Grundübungen Pflanzenphysiologie und Molekulare Botanik · 1.6 Abscisinsäure Hierbei handelt es...

Universität Ulm

Grundübungen Pflanzenphysiologie

und Molekulare Botanik

WS 2011/2012

Versuch E: Phytohormone

Betreuerin:

Vorgelegt von:

13.12.2011

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Inhaltverzeichnis

1. Einleitung

1.1 Phytohormone S.3

1.2 Auxine S.4

1.3 Ethylen S.6

1.4 Gibberelline S.7

1.5 Cytokinine S.9

1.6 Abscisinsäure S.10

1.7 Salicylsäure S.11

1.8 Brassinosteroide S.12

1.9 Jasmonate S.13

1.10 Systemin S.14

2. Versuchsteil 1: Antheridienbildung in Abhängigkeit von

Gibberelinsäure

2.1 Material und Methoden S.15

2.2 Ergebnisse S.16

2.3 Diskussion S.17

3. Versuchsteil 2: Gibberellinsäure im Erbsenstreckungstest

3.1 Material und Methoden S.19

3.2 Ergebnisse S.21

3.3 Diskussion S.26

4. Zusammenfassung S.27

2

5. Weiterführende Fragen S.27

6. Literatur S.28

3

1. Einleitung

1.1 Phytohormone

Phytohormone sind organische Stoffe, die in der Pflanze als Botenstoffe wirken. Da

sie lediglich dazu dienen, Informationen zu übermitteln und diese in Second-

Messenger-Kaskaden noch verstärkt werden, sind sie nur in sehr geringen

Konzentrationen zu finden. Im Unterschied zu Hormonen, die in speziellen Drüsen

synthetisiert werden und sich durch eine hohe Wirkungsspezifität auszeichnen, kann

bei den Phytohormonen die Bildung überall erfolgen. Der genaue Syntheseort ist

aber von dem jeweiligen Phytohormon abhängig. Darüber hinaus hängt die jeweilige

Wirkung von vielen verschiedenen inneren und äußeren Faktoren ab. Hier spielen

Faktoren wie Licht, Temperatur und Alter der Pflanze eine Rolle. Auch hängt die

hervorgerufene Reaktion auf ein Phytohormon von dem jeweiligen Zielort ab. In der

Wurzel kann diese anders sein als im Spross.

Der Transport der Hormone bei Mensch und Tier findet in der Blutbahn statt.

Pflanzen besitzen aber keine Blutbahn, somit muss der Transport anders stattfinden.

Als Lösung ergaben sich der Transport über die Leitbündel, Diffusion, aber auch

spezialisierte Mechanismen wie bei Auxin (s. S.4: 1.2 Polarer Auxintransport).

Nach Konstitution und Wirkung werden die Phytohormone in 9 Klassen eingeteilt:

Auxine, Abscisine, Jasmonate, Gibberelline, Ethylen, Salicylsäure, Cytokinine,

Brassinosteroide und Systemin.

4

1.2 Auxine

Der Name dieser Gruppe be

Wichtigster Vertreter der Gruppe ist IAA (Indol

dargestellt.

Synthetisiert wird IAA aus Tryptophan, welches

Bildungsort sind das Sprossapikale Meristem,

junge Pflanzenteile.Transportiert wird es über

spezieller polarer Transport, welcher in basipetaler Richtung e

schematische Darstellung dieses Mechanismus ist in Abb.2 dargestellt.

Quelle:

Der Name dieser Gruppe bezieht sich auf ihre wachstumsfördernde Wirkung.

Wichtigster Vertreter der Gruppe ist IAA (Indol-3-Essigsäure). IAA ist in Abb.1

Quelle: www.wikipedia.org

Abb.1: Indol-3-Essigsäure

Tryptophan, welches über den Shikimat-Weg gebildet wird.

Sprossapikale Meristem, das Wurzelmeristem, Embryonen

junge Pflanzenteile.Transportiert wird es über das Phloem, es existiert aber auch ein

Transport, welcher in basipetaler Richtung e


Quelle: www.accesscience.com

Abb.2: Polarer Auxintransport

zieht sich auf ihre wachstumsfördernde Wirkung.

Essigsäure). IAA ist in Abb.1

Weg gebildet wird.

das Wurzelmeristem, Embryonen und

es existiert aber auch ein

Transport, welcher in basipetaler Richtung erfolgt. Eine


5

IAA wird dabei ohne Schwerkrafteinwirkung von Zelle zu Zelle gereicht. Dies wird

durch spezielle Carrier erreicht. Der Influx-Carrier (AUX1) befindet sich auf der

apikalen Seite, der Efflux-Carrier (PIN) auf der basalen Seite. Jedoch muss beachtet

werden, dass die Protonenpumpen in der Zellwand ein saureres Milieu im Vergleich

zum Cytosol erzeugen. IAA liegt folglich im Periplasma in protonierter Form vor und

kann die Cytoplasmamembran passieren. Influx-Carrier sind folglich nicht zwingend

notwendig. Efflux-Carrier jedoch schon, da IAA im Cytosol deprotoniert wird und das

geladene Teilchen das Plasmalemma wegen seiner hohen Polarität nicht passieren

kann.

Wie der Name dieser Phytohormongruppe schon sagt (griechisch αυξανω „auxano“ –

„ich wachse“), zeichnen sich die Auxine durch ihre wachstumsfördernde Wirkung

aus. Sie stimulieren das Streckungswachstum, die Wurzelbildung und die Zellteilung

(mit Cytokinin), induzieren die Meristeme und Blattprimordien, halten die Apikale

Dominanz aufrecht und wirken beim Photo- wie beim Gravitropismus. Darüner hinaus

induzieren die die Differenzierung on Phloem und Xylem und regulieren die

Fruchtentwicklung.

Das Streckungswachstum wird durch Zellstreckung hervorgerufen. Die jeweiligen

Reaktionen auf eine Konzentration sind im Spross jedoch anders als in der Wurzel.

Im Spross wirken Konzentrationen fördernd während diese für die Wurzel jedoch

schon zu hoch sein können und dort das Wachstum hemmen.

Über die Vorgänge beim Phototropismus herrscht weiterhin Unklarheit. Die

Ausrichtung zum Licht wird durch Wachstum auf der entgegengesetzten Seite

hervorgerufen. Dies kann jedoch durch Zerstörung des Moleküls durch Lichtstrahlen

auf der Lichtzugewandten Seite oder durch Zerstörung der Transporter erreicht

werden, Beides führt zu einem Überschuss von Auxinen auf der lichtabgewandten

Seite im Vergleich zur Lichtzugewandten und damit zu einem asymmetrischen

Wachstum.

Der bekannteste Biotest für IAA ist der Avena-Krümmungstest. Dabei werden bei

Haferkeimlingen die Koleoptilen abgetrennt und auf einen Agarblock gegeben.

Darauf wird der Block in kleine Stücke geschnitten und auf eine Seite der im dunklen

gehaltenen dekapitierten Pflanzen gegeben. Je nachdem wie der Block auf den Stiel

6

gesetzt wird, beobachtet man unterschiedliches Richtungswachstum. Zum Beispiel

ist nach einer gewissen Zeit zu sehen, dass sich die Pflanzen immer vom Agarblock

wegkrümmen, wenn dieser seitlich auf den Stiel gesetzt wurde. Wird der Block mittig

darauf gesetzt, wächst die Pflanze gerade nach oben. Bei einem Vergleichstest, bei

dem zuvor kein Koleoptil auf den Agarblock gesetzt wird, lässt sich dieser Effekt nicht

beobachten. Da Auxin aus dem Koleoptil in den Agarblock diffundierte und der

Agarblock, auf den kein Koleoptli gesetzt wurde, kein Auxin enthielt, war dieses für

das einseitige Wachstum und die damit einhergehende Krümmung verantwortlich.

1.3 Ethylen

Ethylen ist aufgrund seiner essentiellen Bedeutung für die Kunststoffindustrie und die

Nahrungsmittelindustrie eine der meistgebrauchten Chemikalien, als Phytohormon ist

es auch in Pflanzen zu finden. Eine Strukturformel des bei Raumtemperatur

gasförmigen Moleküls ist in Abb.3 dargestellt.

Abb. 3: Strukturformel Ethylen


Trotz seiner Allgegenwärtigkeit wird Ethen in den Pflanzen selbst hergestellt. Dabei

werden die C-Atome 3 u. 4 von Methionin in mehreren Schritten in Ethylen überführt.

Der Transport erfolgt in der Pflanze durch Diffusion.

Die physiologischen Funktionen sind die Förderung der Fruchtreife, der

Blattseneszenz, Stimulation des Seitenwurzelwachstums, Hemmung des

Hauptwurzelwachstums und auch die Herbivor-Abwehr. Außerdem ist Ethylen das

funktionelle Hormon bei Wasserstress und fördert auch seine eigene Synthese.

Die Förderung der Fruchtreife macht man sich insbesondere beim Transport von

Früchten aus weit entfernten Gegenden zu Nutze (z.B. Bananen).

7

Ein besonderes Charakteristikum der Ethyleneinwirkung in Pflanzen ist die „triple

response“. Dabei lassen

Steigerung des Dickenwachstums und

beobachten. Die Pflanze kann das für

Heranwachsen auftretende Widerstände wie z.B. Steine nutzen, inde

herum wachsen oder bei leichten Widerstän

Die „triple response“ kann als Biotest verwendet werden. Dabei zeigt die Pflanze

unter äußerer Ethyleneinwirkung die jeweiligen Symptome.

1.4 Gibberelline

Erstmals wurde diese Phytohormongruppe in dem Pilz

nachgewiesen, welcher bei Pflanzen ein unkontrolliertes Streckungswachstum

auslöst. Somit wurde der Pilz als Namensgeber für die gefundenen Wirkstoffe

auserwählt. Die Gibberelline zeichnen sich durch das Gibban

mehr als 110 physiologisch aktive Vertreter bekann

Gibberellinsäure (GA3), welche in Abb. 4 dargestellt ist.

Die Biosynthese erfolgt in jüngerem Gewebe, meist reifenden Organen

Dabei entstehen die Gibberelline

Phloem und Xylem transportiert.

Proteinen gekoppelt sind.

besonderes Charakteristikum der Ethyleneinwirkung in Pflanzen ist die „triple

lassen sich eine Reduktion des Längenwachstums, eine

gerung des Dickenwachstums und eine Krümmung des

beobachten. Die Pflanze kann das für den Schutz der Sprossspitze und

Heranwachsen auftretende Widerstände wie z.B. Steine nutzen, inde

herum wachsen oder bei leichten Widerständen diese auch wegschieben kann.


unter äußerer Ethyleneinwirkung die jeweiligen Symptome.

Erstmals wurde diese Phytohormongruppe in dem Pilz Gibberella



Die Gibberelline zeichnen sich durch das Gibban-Skelett aus.

ysiologisch aktive Vertreter bekannt. Der wichtigste ist

), welche in Abb. 4 dargestellt ist.

Abb. 4: Gibberellinsäure


Die Biosynthese erfolgt in jüngerem Gewebe, meist reifenden Organen

e Gibberelline aus Diterpenen. Die Gibbereline werden über

Phloem und Xylem transportiert. Aber auch in Carriern, die an den Cotransport von

besonderes Charakteristikum der Ethyleneinwirkung in Pflanzen ist die „triple

e Reduktion des Längenwachstums, eine

eine Krümmung des Epikotylhakens

den Schutz der Sprossspitze und beim

Heranwachsen auftretende Widerstände wie z.B. Steine nutzen, indem sie darum

den diese auch wegschieben kann.


Gibberella fujikori



Skelett aus. Es sind

Der wichtigste ist die

Die Biosynthese erfolgt in jüngerem Gewebe, meist reifenden Organen und Wurzeln.

Die Gibbereline werden über

Aber auch in Carriern, die an den Cotransport von

8

Die Gibberilline induzieren starkes Internodienwachstum bei Pflanzen. Es kommt bei

Einwirkung zu einer vermehrten Zellteilung und auch Zellstreckung, Darüber hinaus

werden die Blütenbildung und die Samenkeimung gefördert.

Besonders gut untersucht ist die Aktivierung des Genmaterials für α-Amylase durch

GA3. Dabei wird der Promotor für das Gen GA-MYB durch ein DELLA-Protein

blockiert. Dieses wird unter GA Einwirkung von einem SCF-F Komplex für den Abbau

markiert. GA-MYB wird transkribiert, im Cytoplasma translatiert und das kodierte

Protein wandert dann in den Nucleus zurück und aktiviert die Transkription des Gens

für α-Amylase.

Wirtschaftlichen Nutzen hat man vor allem dadurch, dass Gibberellin-Mutanten,

sogenannte „dwarfs“ (engl. Zwerge), durch ihre verminderte Größe eine höhere

Resistenz gegen Umwelteinflüsse besitzen. Ein weiterer Vorteil der Mutanten ist die

resultierende Biomasseverschiebung, also die Umwandlung von Stengelmasse in

Fruchtmasse. Gibberellin bewirkt auch Parthenokarpie. Darunter versteht man die

Bildung samenloser Früchte ohne vorangegangene Bestäubung und Befruchtung.

Dies wird z.B. bei der Produktion von kernlosen Weintrauben genutzt.

9

1.5 Cytokinine

Bei den Cytokininen handelt es sich um die Zellteilung fördernde Stoffe, die allesamt

Derivate des in Abb, 5 dargestellten Adenins sind. Die beiden wichtigsten Vertreter,

das synthetische Kinetin und das natürlich vorkommende Zeatin, sind ebenfalls in

Abb. 5 zu sehen.

Abb.5: Adenin, Kinetin und Zeatin

Quelle: www.softchalkconnect.com

Das Grundgerüst des Adenins und somit auch der Cytokinine ist der Purinkern,

welcher über den üblichen Weg der Purinbiosynthese gebildet wird. Die Seitenketten

werden aus IPP (Isopentenylpyrophosphat) gebildet. Der genaue Mechanismus ist

jedoch weiterhin unklar.

Vor allem in jungen Wurzeln und jungen Samen und Früchten findet die Synthese

der Cytokinine statt. Der Transport aus den Wurzeln zum Zielort findet über das

Xylem statt.

Vertreter dieser Phytohormongruppe bedingen eine Förderung der Zellteilung und

Zelldifferenzierung, vor allem im Spross und in der Wurzel, insoweit auch Auxin

vorhanden ist. Darüber hinaus hemmen sie die Apikale Dominanz und zögern die

Blattseneszenz hinaus. Bei der apikalen Dominanz wirken sie antagonistisch zu den

Auxinen, welche das Austreiben von Seitenknospen zu Gunsten von

Längenwachstum verhindern. Die Cytokinine fördern das Austreiben von

Seitenknospen.

10

1.6 Abscisinsäure

Hierbei handelt es sich nicht um eine ganze Hormongruppe, sondern um ein

einzelnes Hormon. Abscisinsäure

erkennen kann.

Die Biosynthese in den Chloroplasten und auch anderen

Xyntaphyllepoxid Violaxanthin.

Früchten und in den Wurzeln

von ABA. Aus den Wurzeln wird

transportiert.

ABA zeichnet sich wie Ethylen durch eine hemmende Wirkung aus. Sie hemm

Zellteilung, bewirkt ein Schließen der Stomata

leitet die Dormanz in Embryonen ein.

Blütenknospen und fördert die Abscission.

als Reifungshormon. Im keimenden Gerstenkorn wirkt es GA

entgegen.


einzelnes Hormon. Abscisinsäure (ABA) ist ein Sesquiterpen, wie man in Abb. 6

Abb. :6 Abscisinsäure

Quelle: www.wikipedia.rog

Die Biosynthese in den Chloroplasten und auch anderen Plastiden erfolgt aus dem

phyllepoxid Violaxanthin. Es wird alternden Blättern; reifen Samen und

Früchten und in den Wurzeln gebildet. Vor allem Trockenstress induziert

Aus den Wurzeln wird es über das Xylem, aus den Blättern im Phloem

ABA zeichnet sich wie Ethylen durch eine hemmende Wirkung aus. Sie hemm

chließen der Stomata um Wasserverlust zu verringern

leitet die Dormanz in Embryonen ein. Es verhindert das Austreiben von

Blütenknospen und fördert die Abscission. In den Embryonen findet si

Im keimenden Gerstenkorn wirkt es GA3 bei der Genaktivi


ist ein Sesquiterpen, wie man in Abb. 6

Plastiden erfolgt aus dem

alternden Blättern; reifen Samen und

induziert die Bildung

über das Xylem, aus den Blättern im Phloem

ABA zeichnet sich wie Ethylen durch eine hemmende Wirkung aus. Sie hemmt die

sserverlust zu verringern und

Es verhindert das Austreiben von

In den Embryonen findet sich ABA auch

bei der Genaktivierung

11

1.7 Salicylsäure

Salicylsäure (SA) hat eine schmerzstillende und f

beim Menschen wegen der schlechten Verträ

Essigsäurester, als Medikament Verwendung. Der Name leitet sich aus dem

lateinischen Namen der Weide (

finden ist. Abb. 7 zeigt die Strukturformel.

In Abb. 7 lässt sich als Gr

Hydroxylierung in ortho-Stellu

Phloem statt.

Auf der einen Seite fördert Salicylsäure

In der Blüte aktiviert

Wärmeentwicklung Stoffe verflüchtigt, um Insekten anzuziehen.

Eine weitere Rolle spielt SA bei der Pathogenabwehr

erhöhter Gehalt an SA am Infektionsort festgestellt. Dieser geht mit einer

nachfolgenden Bildung von PR

die nach einer Erstinfektion auftretende höhere Resistenz, die SAR (

acquired resistance) verantwortlich.

hat eine schmerzstillende und fiebersenkende Wirkung, und findet

wegen der schlechten Verträglichkeit in Acetylsalicylsäure

als Medikament Verwendung. Der Name leitet sich aus dem

lateinischen Namen der Weide (Salix spec ) ab, in deren Rinde sie vermehrt zu

finden ist. Abb. 7 zeigt die Strukturformel.

Abb. 7: Salicylsäure


In Abb. 7 lässt sich als Grundgerüst die Benzoesäure erkennen, aus der durch

Stellung Salicylsäure gebildet wird. Der Transport findet im

Auf der einen Seite fördert Salicylsäure als Blühhormon Calorigen die Blütenbildung

sie Genmaterial für eine Oxidase, welche durch

Wärmeentwicklung Stoffe verflüchtigt, um Insekten anzuziehen.

spielt SA bei der Pathogenabwehr. Bei einer Infektion wird ein


nachfolgenden Bildung von PR-Proteinen und Phytoalexinen einher. SA ist auch für

die nach einer Erstinfektion auftretende höhere Resistenz, die SAR (

cquired resistance) verantwortlich.

iebersenkende Wirkung, und findet

Acetylsalicylsäure, ihrem

als Medikament Verwendung. Der Name leitet sich aus dem

) ab, in deren Rinde sie vermehrt zu

undgerüst die Benzoesäure erkennen, aus der durch

Der Transport findet im

die Blütenbildung.

sie Genmaterial für eine Oxidase, welche durch

. Bei einer Infektion wird ein


Proteinen und Phytoalexinen einher. SA ist auch für

die nach einer Erstinfektion auftretende höhere Resistenz, die SAR (engl. systemic

12

1.8 Brassinosteroide

Brassinosteroide besitzen als Grundgerüst ein modifiziertes Steran

bekannteste Vertreter dieser Klasse

wurde erstmals aus einer großen Menge Rapspollen synthetisiert.

Aus IPP wird Squalen hergestellt. Aus diesem wiederum Campesterol, welches dann

nach dem Einfügen eines Ringsauerstoffs in Brassinolid überführ

Synthetisiert wird es nahe seinem Wirkort, also im selben Organ.

erfolgt über das Xylem

Die Funktionen sind im Vergleich zu den anderen Phytohormonen relativ schlecht

untersucht. Bekannt sind eine Förderung der Zellteilung, Zel

Längenwachstum, Induktion von Gefäßen, Stimulierung der Ethylensynthese

Hemmung von Entwicklung und Wachstum der Wurzeln.

1.8 Brassinosteroide

Brassinosteroide besitzen als Grundgerüst ein modifiziertes Steran-

bekannteste Vertreter dieser Klasse, Brassinolid, ist in Abb. 8 dargestellt.

wurde erstmals aus einer großen Menge Rapspollen synthetisiert.

Abb. 8: Brassinolid



nach dem Einfügen eines Ringsauerstoffs in Brassinolid überführ

Synthetisiert wird es nahe seinem Wirkort, also im selben Organ.


untersucht. Bekannt sind eine Förderung der Zellteilung, Zel

wachstum, Induktion von Gefäßen, Stimulierung der Ethylensynthese

Hemmung von Entwicklung und Wachstum der Wurzeln.

-Grundgerüst. Der

ist in Abb. 8 dargestellt. Brassinolid


nach dem Einfügen eines Ringsauerstoffs in Brassinolid überführt werden kann.

Synthetisiert wird es nahe seinem Wirkort, also im selben Organ. Der Transport


untersucht. Bekannt sind eine Förderung der Zellteilung, Zellstreckung und

wachstum, Induktion von Gefäßen, Stimulierung der Ethylensynthese und die

13

1.9 Jasmonate

Zu dem wichtigsten Vertreter dieser Klasse gehört die in Abb. 9 dargestellte

Jasmonsäure (JA), ein Oxidationsprodukt von Fettsäuren.

Abb.9: Jasmonsäure


Die Biosynthese erfolgt in den Chloroplasten über den Oktodekanoid-Weg. Aus

Linolensäure bildet sich OPDA (12-Oxo-Phytodienolic Acid), welches in den

Peroxisomen in Jasmonsäure überführt wird. Transportiert wird JA über das Phloem

und das Xylem.

Bei der Wundantwort sorgen Jasmonate für die Bildung von Proteinase-Inhibitoren,

die den Herbivor schädigen, indem sie Enzyme hemmen, die für die Spaltung von

Proteinen sorgen. Nach Verwundung oder Jasmonatbehandlung häufen sich die

Proteinaseinhibitoren in Blättern an. JA induziert auch die Bildung weiterer

Wundproteine und Defensine, die bei der Pathogenabwehr eine Rolle spielen.

14

1.10 Systemin

Systemin ist ein kleines Polypeptid aus 18 Aminosäuren. Es ist in Abb. 10 dargestellt.

Systemin bildet sich aus dem 200 AS

das Phloem

Systemin spielt vor allem bei der

verletzten Zellen freigesetzt.

Jasmonsäure, die über das Phloem dann sämtliche Gewebe erreicht und die

Synthese von Proteinase-Inhibitoren aktiviert.

ist ein kleines Polypeptid aus 18 Aminosäuren. Es ist in Abb. 10 dargestellt.

Abb. 10: Sytemin


dem 200 AS-langen Prosystemin. Der Transport erfolgt über

Systemin spielt vor allem bei der Pathogenabwehr eine Rolle. Dabei wird es aus den

verletzten Zellen freigesetzt. Dies führt zu einer vermehrten Produktion


Inhibitoren aktiviert.

ist ein kleines Polypeptid aus 18 Aminosäuren. Es ist in Abb. 10 dargestellt.

Der Transport erfolgt über

Dabei wird es aus den

Dies führt zu einer vermehrten Produktion von


15

2. Versuchsteil 1: Antheridienbildung in

Abhängigkeit von Gibberellinsäure

2.1 Material und Methoden

Materialen

Geräte: Mikroskop, Petrischalen, 50 ml Falcons, Spatel, Objektträger, Deckgläser

Pflanzenmaterial: Farnsporen von Anemia phyllitidis

Puffer und Lösungen:

1x Mohr´sche Lösung (0,25 g MgSO4, 1 g Ca(NO3)2, 0,12 g KNO3, 0,25 g KH2PO4)

Gibberellinsäurestammlösung (GA3): 0,1 mM

Methoden

Es wurde eine Verdünnungsreihe mit folgenden Konzentrationen an GA3 hergestellt:

0,05 mM; 0,025 mM; 0,0125 mM; 6,25x10 -3 mM; 3,125x10 -3 mM; 1,56x10 -3 mM;

0,78x10-3 mM; 0,39x10 -3 mM

2 weitere Ansätze enthielten einmal kein GA3 und der andere eine unbekannte

Konzentration an GA3.

Die Petrischalen mit den Nährlösungen von oben genannten Konzentrationen

wurden mit Farnsporen von Anemia phyllitidis bedeckt und 1 Woche bei Dauerlicht

inkubiert.

Diese wurden danach mit dem Mikroskop auf Antheridienausbildung untersucht. Es

wurde dann der Prozentsatz an Prothallien errechnet, die schon Antheridien

ausgebildet hatten und die Ergebnisse gegen die GA3 Konzentration aufgetragen.

Damit wurde dann die Konzentration der Probe mit unbekanntem GA3-Gehalt

ermittelt.

16

2.2 Ergebnisse

Tab. 1: Ergebnisse der Untersuchung von Antheridien auf Prothallien

[GA3] in

mM

Anzahl an

Prothallien mit

ausgewachsenen

Antheridien

Anzahl an

Prothallien mit

nicht

ausgewachsenen

Antheridien

Gesamtzahl

an

ausgezählten

Prothallien

Anteil an

Prothallien mit

ausgewachsenen

Antheridien an der

Gesamtzahl in %

0 14 75 89 15,7

0,05 13 48 61 21,3

0,025 16 44 60 26,7

0,0125 15 46 61 24,6

6,25x10-3 12 50 62 19,4

3,125x10-3 21 51 72 30,2

1,56x10-3 7 53 60 12,7

0,78x10-3 8 52 60 13,3

0,39x10-3 3 58 61 4,9

unbekannt 12 51 63 23,5

In Tabelle 1 sind die Anzahl an ausgewerteten Prothallien, die Anzahl derer, die

bereits Antheridien ausgebildet haben und deren Anteil an der Gesamtzahl, sowie

die Anzahl von denen, die noch keine Antheridien ausgebildet haben, für die

jeweiligen Konzentrationen von GA3 in den Nährlösungen aufgelistet. In Diagramm 1

wurden die Anteile an positiven Prothallien gegen die Gibberellinkonzentrationen

aufgetragen.

Der höchste Anteil an positiven Prothallien ist bei einer Konzentration von 3,125x10-3

mM zu erkennen. Der niedrigste bei einer Konzentration von 0,39x10-3 mM.

17

Diagramm 1: Antheridienausbildung in Abhängigkeit von log [GA3] und eine

Regressionsgerade mit Formel

In Diagramm 1 lässt sich ein steigender Anteil von Antheridien mit Prothallien bei

steigender GA3 - Konzentration erkennen. Die Regressionsgerade macht diesen

Trend nochmals deutlich.

Die unbekannte Konzentration lässt sich mit der Geradenformel für die

Regressionsgerade berechnen:

� = 3,5492 ln��+ 38,383

Nach Einsetzten von y = 23,5 und Umstellen nach x erhält man:

� = �� = 0,015�

2.3 Diskussion

In Tab. 1 und Diagramm 1 lässt sich grob erkennen, dass eine steigende

Konzentration von GA3 zu einem höheren Anteil an Prothallien mit Antheridien führt

(21,3% bei 0,05 mM und 4,9% bei 0,39*10-3 mM). Dieses Ergebnis deckt sich mit

unseren Erwartungen. Gibberelline fördern das Wachstum, die Blütenbildung und die

Samenkeimung, somit war auch zu erwarten, dass eine höhere Konzentration zu

einer stärkeren Prothallienausbildung führt.

Jedoch lassen sich nicht alle Werte eindeutig diesem Trend zuordnen. So ergab sich

der höchste Prozentsatz positiver Prothallien bei einer Konzentration an GA3 von

y = 3,5492ln(x) + 38,383

0

5

10

15

20

25

30

35

0,0001 0,001 0,01 0,1 1Pro

zent

uale

r A

ntei

l an

Pro

thal

lien

mit

ausg

ewac

hsen

en A

nthe

ridie

n

log[Gibberellinsäure] in mM

Anteil von Prothallien mit Antheridien an der Gesam tzahl in Prozent

Anteil von Prothallien mit Antheridien an der Gesamtzahl in ProzentLog. (Länge [mm])

18

6,25*10-3 mM. Außerdem waren bei einer Konzentration an GA3 von 0 mM mehr

positive Prothallien als bei den drei am niedrigsten konzentrierten Proben zu

erkennen. Fehler könnten sich hier beim Ansetzten der Lösungen oder beim

Abzählen der positiven Prothallien ergeben haben. Es könnten durchaus welche

doppelt gezählt oder auch falsch zugeordnet worden sein. Darüber hinaus war die

Anzahl an ausgewerteten Prothallien nicht besonders hoch. Um wirklich signifikante

Ergebnisse zu erhalten, müssten weit größere Mengen untersucht werden. Dies war

wegen begrenzter Mittel und auch aus zeitlichen Gründen nicht möglich. Da die

Prothallien auch selbst Gibberelline synthetisieren, ist es auch durchaus möglich,

dass die Antheridienausbildung bei sehr geringen Mengen an von außen

zugeführtem Gibberellin weniger von diesen als von den selbst synthetisierten

Mengen abhing. Diese sind unter den einzelnen Antheridien nicht immer gleich.

Die Ergebnisse sind somit nur bedingt aussagekräftig. Da die Geradengleichung der

Regressionsgeraden aber von diesen abhängt und mit dieser dann die Konzentration

der unbekannten Lösung berechnet wurde, ist das Ergebnis für die Konzentration

ebenfalls nicht besonders aussagekräftig.

19

3. Versuchsteil 2: Gibberellinsäure im

Erbsen Streckungstest

3.1 Material und Methoden

Material

Material und Geräte: Mikropipette 10µl, Pipetten (10 und 5ml), Tupperware-Behälter,

Lineal, Eppendorfgefäße

Pflanzenmaterial: Erbsen (Pisum sativum), unter Dauerlicht eine Woche vorkultiviert

Puffer und Lösungen: GA3-Stammlösung 0,1mM (10-4g/ml)

Methoden

Es wurde eine Verdünnungsreihe mit GA3- Konzentrationen von 0,01 mM; 0,005 mM

und 0,001 mM angesetzt. Mit der Mikropipette wurden jeweils 10 µl der jeweiligen

GA3- Konzentrationen auf das jüngste Blätterpaar von 12 Pflanzen appliziert.

Kontrollpflanzen wurden nur mit Mohr´scher Lösung behandelt. Die Erbsen wurden 1

Woche unter Dauerlicht inkubiert.

Darauf wurden die Längen des Hypokotyls und der einzelnen Internodien gemessen.

Die Standardabweichung sx der Ergebnisse wurde mit der Formel aus Abb. 11

berechnet.

Sx=Standardabweichung; xi=arithmetischer Mittelwert; x=Wert der Einzelmessung;

n=Anzahl der Messungen

Abb. 11: Formel der Standardabweichung

20

Quelle: Versuchsanleitung

Der mittlere Fehler ��̅ wurde mit der Formel, welche in Abb. 12 gezeigt ist, berechnet.

��̅=mittlerer Fehler; Sx=Standardabweichung; n=Anzahl der Messungen

Abb. 12: Formel zur Berechnung des mittleren Fehlers

Quelle: Versuchsanleitung

Mit dem dreifachen mittleren Fehler wurden dann die Signifikanzbewertung und eine

Beurteilung des Zusammenhangs zwischen den Gesamtlängen und der GA3-

Konzentration vorgenommen.

3.2 Ergebnisse

Die Ergebnisse der Längenmessungen mit den Mittelwerten und Fehlerrechnungen

sind in den Tabellen 2-5 dargestellt. In Tab. 6 und Diagramm 1 wird dann eine

Auswertung der Aussagekraft der einzelnen Ergebnisse vorgenommen.

21

Tab.2: Ergebnisse für [GA3]=0 mM

Pflanze Hypo-

kotyl

[mm]

Internodium [mm] Gesamt-

länge

[mm]

1 2 3 4 5 6

1 17 5 10 10 9 7 58

2 14 7 9 15 8 14 53

3 4 8 14 6 10 12 6 56

4 9 5 8 9 11 5 10 48

5 12 3 9 9 8 29

6 5 6 8 9 6 29

7 16 5 10 12 10 1 7 45

8 15 5 10 10 7 9 10 51

9 13 6 9 8 7 7 37

10 11 5 11 10 6 7 39

Mittelwert 11,6 5,5 9,8 9,8 8,2 7,75 8,25 49,3

Standardabweichung 4,20 1,28 1,66 2,27 1,66 3,77 1,79 10,04

Mittlerer Fehler 1,26 0,39 0,50 0,68 0,50 1,13 0,54 3,02

Dreifacher mittlerer

Fehler

3,78 1,16 1,50 2,05 1,50 3,39 1,61 9,05

In Tab. 2 sind die Länge der Internodien, des Hypokotyls, die Gesamtlänge und die

Fehlerrechnungen (Standardabweichung, mittlerer Fehler und dreifacher mittlerer

Fehler) für die Lösung ohne Gibberellinsäure gezeigt.

Es sind vier bis maximal sechs Internodien aufgetreten. Das Zweite und das Dritte

sind mit einer Durchschnittslänge von jeweils 9,8 mm die Längsten. Das kürzeste ist

das dritte Internodium mit einer mittleren Länge von 5,5 mm. Das Hypokotyl hat eine

durchschnittliche Länge von 11 mm, die Gesamtlänge eine von 49,3 mm.

22

Tab.3: Ergebnisse für [GA3]=0,001 mM

Pflanze Hypo-

kotyl

[mm]


länge

[mm]

1 2 3 4 5 6

1 18 7 9 11 7 52

2 11 11 12 11 14 12 71

3 12 10 8 12 14 13 69

4 13 11 14 11 23 18 17 107

5 13 3 5 12 11 13 7 64

6 13 3 6 10 12 16 10 70

7 10 9 14 19 9 14 75

8 17 4 1 14 4 7 47

9 18 5 11 10 10 10 64

10 12 8 11 19 18 6 14 76

Mittelwert 13,70 7,10 9,10 12,90 12,20 12,11 12,00 65,41




Fehler

2,39 2,61 3,43 2,81 4,49 3,20 3,30 13,30



Fehler) für die Lösung mit einer Konzentration an Gibberellinsäure von 0,001mM

gezeigt.

Es sind wieder vier bis maximal 6 Internodien aufgetreten. Am kürzesten ist das erste

Internodium mit 7,1 mm. Am längsten ist das Dritte mit durchschnittlich 12,9 mm. Die

durchschnittliche Länge von Hypokotyl beträgt 13,7 mm und die Gesamtlänge im

Mittel 65,41 mm.

23


Pflanze Hypo-

kotyl

[mm]


länge

[mm]

1 2 3 4 5 6

1 15 4 13 18 22 10 17 99

2 22 7 16 8 10 9 50

3 18 4 11 12 25 23 25 100

4 15 5 10 12 21 11 16 75

5 16 11 13 12 9 10 55

6 15 7 16 15 19 11 14 82

7 14 8 11 13 10 10 52

8 20 7 11 14 5 10 47

9 15 6 9 11 27 25 21 99

10 14 9 11 11 15 13 59

Mittelwert 16,4 6,8 12,1 12,6 16,3 13,2 18,6 79,6




Fehler

2,23 1,81 1,96 2,20 6,22 4,78 3,41 18,02



Fehler) für die Lösung mit einer Konzentration an Gibberellinsäure von 0,005 mM

gezeigt.

Es sind fünf bis maximal sechs Internodien aufgetreten. Am kürzesten ist im Mittel

das Erste mit einer Länge von 6,8 mm. Das Längste ist das Sechste mit 18,6 mm.

Das Hypokotyl hat eine durchschnittliche Länge von 16,4 mm, die Gesamtlänge

beträgt im Mittel 79,6 mm.

24


Pflanze Hypo-

kotyl

[mm]


länge

[mm]

1 2 3 4 5 6

1 18 7 9 11 21 19 20 87

2 16 6 9 14 23 10 18 80

3 17 7 10 9 24 25 75

4 14 7 10 23 26 16 82

5 19 7 15 19 18 13 72

6 19 9 15 17 31 25 21 118

7 18 6 10 15 12 43

8 23 4 11 20 21 50 29 135

9 19 5 11 16 26 17 75

10 17 5 10 15 15 12 57

Mittelwert 18,00 6,30 11,00 15,90 21,70 20,78 22,00 97,68




Fehler

1,94 1,17 1,82 3,41 4,62 9,94 3,63 22,07



Fehler) für die Lösung mit einer Konzentration an Gibberellinsäure von 0,01 mM

gezeigt.

Es sind vier bis maximal sechs Internodien aufgetreten. Das Längste ist das Sechste

mit einem Mittelwert von 22 mm. Das Kürzeste ist das Erste mit einer

durchschnittlichen Länge von 6,3 mm. Das Hypokotyl hat im Mittel eine Länge von 18

mm und die Gesamtlänge einen Durchschnittswert von 97,68 mm.

25

Tab. 6: Signifikanzrechnung

Tab. 6 zeigt zusammenfassend die Mittelwerte, zur Probe ohne GA3 (Referenz)

wurde der dreifache mittlere Fehler hinzuaddiert, bei den restlichen Proben

subtrahiert, da die Differenzen für signifikante Werte dann negativ erscheinen.

Signifikante Werte sind fett gedruckt.

Es ist zu erkennen, dass Signifikante Werte nur bei Konzentrationen von 0,005 mM

und 0,01 mM auftreten, bei 0,01 mM aber deutlich mehr Werte signifikant sind.

Während bei einer Konzentration von 0,005mM nur das vierte Internodium, das

sechste Internodium und die Gesamtlänge signifikant sind, sind das bei 0,01 mM

das Hypokotyl, das dritte, vierte und sechste Internodium und die Gesamtlänge.

Hypokotyl 15,38 11,3 14,17 16,06 4,08 1,24 -0,681 6,66 4,5 4,99 5,13 2,16 1,67 1,53

2 11,3 5,67 10,14 9,18 5,63 1,16 2,123 11,85 10,1 10,4 12,49 1,75 1,45 -0,644 9,7 7,7 10,08 17,08 2 -1,1 -7,385 11,15 8,9 8,42 10,84 2,25 2,73 0,316 9,86 8,7 15,19 18,37 1,16 -5,33 -8,51Gesamt-länge

58,35 52,11 61,58 70,57 6,24 -3,23 -12,22

Inter-nodium

Mittelwert + dreifacher mittlerer Fehler Signifikanz

Konzentration 0,001 mM

Konzentration 0mM

Konzentration 0,005

Konzentration 0,01

Unterschied Referenz zur Konzentration

0,001mM


0,005mM


0,01mM

26

Diagramm 2: Gesamtlänge in Abhängigkeit von log[GA3]

In Diagramm 2 ist der Logarithmus der Konzentration gegen die Gesamtlänge

aufgetragen. Bei einer steigenden Konzentration an Gibberellinsäure ist eine

Zunahme der Länge zu erkennen. Die Regressionsgerade verdeutlicht diesen Trend.

3.3 Diskussion

Signifikantes Wachstum lässt sich nach Tab. 6 nur bei einer Konzentration der GA3

von 0,005 mM und 0,01 mM erkennen. Wobei es bei einer Konzentration von 0,01

mM mit einem signifikanten Unterschied von 12,22 mm für die Gesamtlänge im

Vergleich zur Referenz noch deutlich stärker war. Bei 0,005 mM betrug dieser 3,23

mm. Bei einer Konzentration von 0,001 mM lässt sich hingegen kein signifikantes

Wachstum beobachten. Bei der applizierten Lösung war die Konzentration zu gering

um signifikantes Wachstum auszulösen.

Die Ergebnisse decken sich mit unseren Erwartungen, wonach eine steigende

Konzentration von Gibberellinsäure ein stärkeres Wachstum bewirkt. Wachstum

zeigte sich auch wie zu erwarten bei Pflanzen, an die keine Gibberellinsäure

appliziert wurde, da diese wachstumsfördernde Hormone auch selbst synthetisieren.

Fehler können beim Ansetzen der Verdünnungsreihe und beim Messen der Längen

entstanden sein. Außerdem könnte es passiert sein, dass einzelne Pflanzen beim

y = 13,099ln(x) + 105

0

10

20

30

40

50

60

0,001 0,01 0,1 1

Län

ge

[m

m]

log. GA3-Konzentration [mM]

Länge [mm]

Log. (Länge [mm])

27

Auswerten vertauscht wurden, sodass sie einer falschen Konzentration zugeordnet

wurden.

Auch muss beachtet werden, dass die Anzahl an ausgewerteten Pflanzen recht

gering war und die Längen bei gleichen Konzentrationen stark schwankten. Das

macht die Mittelwerte nur bedingt aussagekräftig. An den recht großen Werten der

Fehlerrechnungen wird das deutlich. Eine weitere Fehlerquelle ist, dass die Pflanzen

zu Beginn nicht immer die gleiche Größe besaßen. Dies macht sich später auch in

den Längen der einzelnen Messgrößen bemerkbar und verzerrt somit die

Längenmessungen.

4. Zusammenfassung

In den Versuchen war deutlich zu erkennen, dass GA3 ein starkes Wachstum und

auch eine starke Entwicklung an Prothallien hervorrufen kann. Mit höheren

Konzentrationen stellen sich auch stärkere Reaktionen ein. Man muss jedoch

beachten, dass in Diagramm 1 eine logarithmische Auftragung der Konzentration

verwendet wurde. Es stellt sich somit eine gewisse Sättigung ein, wenn die

Konzentrationen steigen.

Im Erbsenstreckungstest zeigte sich das ebenfalls. Diagramm 2 verwendet ebenfalls

eine logarithmische Auftragung und auch hier stellt sich eine Sättigung ein. Die

wachstumsfördernde Wirkung wird ebenfalls deutlich erkennbar.

5. Weiterführende Fragen

Wie gelangen Hormone in der Pflanze vom Synthese- an den Wirkort?

- Hormone können über das Phloem und das Xylem, durch Diffusion oder über

spezielle Carrier vom Synthese- an den Wirkort gelangen.

28

Welche Gene könnten bei einer Zwergmutante betroffen sein, wenn selbst nach

Zugabe von Gibberellin kein normales Wachstum eintritt, bzw. nachweislich

Gibberellin in der Pflanze synthetisiert wird?

- Gene, die für die Rezeptoren und den Signalweg von Gibberellin Information

tragen, könnten betroffen sein, sollte selbst nach Zugabe von Gibberellin kein

Wachstum eintreten. Es kann somit nicht wirken, da der Signalweg

unterbrochen ist.

6. Literatur

Skript zu den Grundübungen Pflanzenphysiologie und Molekulare Botanik/ WS 11/12

Dieter Heß: Pflanzenphysiologie/ Verlag Eugen Ulmer Stuttgart/ 11. Auflage 2008

Grundübungen Pflanzenphysiologie und Molekulare Botanik · 1.6 Abscisinsäure Hierbei handelt es...

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