Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 1 Titel Pflanzenphysiologie Thomas Boller...

Pflanzenphysiologie 06 (19. April 2010) - 1

Titel

PflanzenphysiologieThomas Boller

Frühjahrsemester 2010

Montag, 8 – 10

www.plantbiology.unibas.ch/teaching/pflanzenphysiologie/index.htm

Dass ich erkenne, was die WeltIm innersten zusammenhält,

Schau alle Wirkungskraft und Samen ...


Ankündigung Exkursionen

Programm der Feldstudien für die laufende Woche

Mi

Mo

Di

Sa

http://www.conservation.unibas.ch/teach/feld.php?lang=de


"Feuer und Eis": Ganztägige Exkursion ins Wallis

http://plantbiology.unibas.ch/teaching/pflanzenphysiologie/




Heute!


Frage der Woche:

Können Bäume in den Himmel wachsen?


Skript - p. 62


Frage der Woche:

Zu den höchsten Bäumen gehören Eucalyptus (Eucalyptus regnans, Bild links oben: laut "Guiness Book of Records" bis zu 132 m hoch), Douglasie (Pseudotsuga menziesii, Bild links unten: laut "Guiness Book of Records" bis zu 126 m hoch) und Mammutbaum (Sequoia sempervirens, Bild rechts unten: laut "Guiness Book of Records" bis zu 132 m hoch).

Was begrenzt das Höhenwachstum dieser Bäume?

Frage der Woche


Skript - p. 62


Eucalyptus regnans (Australien)

Eucalyptus regnans

Skript - p. 62


Pseudotsuga menziesii (Douglasie, Nordamerika)

Pseudozuga menziesii

Skript - p. 62


Sequoia sempervirens (Mammutbaum, Nordamerika)

Sequoia sempervirens

Skript - p. 62


"Chandelier tree", Drive-Thru-Tree-Park, California

Sequoia sempervirens

Bild aus dem WWW

Height: 315 ft.Diameter: 21 ft.

Age: 2400 years


Nature, 22.April 04

"Headline" in der Wissenschafts-Zeitschrift NATURE

Nature 428, 851-855 (2004)


Stratospheric Giant

Der "Stratospheric Giant", der höchste (?) Baum der Erde

Im Jahr 2004 galt eine Sequoie namens "Stratospheric Giant" im Humboldt Redwoods State Park als der höchste Baum der Erde. Der "Stratospheric Giant" war damals 112.83 m hoch.

Im Jahr 2006 wurden im Redwood National Park drei noch höhere Bäume entdeckt. Der höchste davon, "Hyperion" genannt, war damals 115.55 m hoch.

Nature 428, 851-855 (2004)


Variation physiologischer Parameter

Höhenabhängige Variation physiologischer Parameter

Koch et al., Nature 428, 851-855 (2004)

Nature 428, 851-855 (2004)


Variation der Blätter

Höhenabhängige Variation der Blattstruktur

Koch et al., Nature 428, 851-855 (2004)

Nature 428, 851-855 (2004)


Epiphytischer Baum

Höhenabhängige Variation der Blattstruktur (2)

Nature 428, 851-855 (2004)


Limits to growth ...

"Limits to growth" - Grenzen des Wachstums für Bäume

Nature 428, 851-855 (2004)


6. Und sie bewegt sich doch!Eppur si muove ...

Blüte der Mimosa pudica Henri Matisse

"Mimosa", 1949

Eppur si muove ...

Skript - p. 63


Pilobolus, Schema

Sporangium, mit Sporen gefüllt

Sporangienträger: unter Hochdruck!

Abschuss-Vorrichtung von Pilobolus und Sphaerobolus

Explosions-Bewegung

Nicht im Skript


Das Experiment von Holly Jolivette (1910):Kann Pilobolus in Bildern sehen?

Experiment von Holly Jolivette

Skript - p. 12


Resultat des Experiments

Resultat des Experiments

Skript - p. 12


Begriffe der Bewegungsphysiologie

Begriffe der Bewegungsphysiologie

Explosionsbewegung (Sporen, Samen)

Taxis: Topotaxis, Phobotaxis (Bakterien, Ciliaten) - positiv: auf den Reiz hin - negativ: vom Reiz weg

Bewegungen von festsitzenden Pflanzen

Tropismus: ″zielgerichtete″ Bewegung - positiv: auf den Reiz hin - negativ: vom Reiz weg

Nastie: Bewegung mit vorgegebener Richtung

Freie Ortsbewegung

Skript – p. 63


Freie Ortsbewegung bei Einzellern

Freie Ortsbewegung bei Einzellern

Bakterien-Flagellum: Erfindung des Rades in der Natur

Eukaryoten-Geissel: Fortbewegung mit Schwimmzügen

Flagellum extrazellulär

Baustein: Flagellin(= Protein )

Geissel "intrazellulär" (d.h. von Membran umgeben)

Komplizierte Bauweise und Funktion

Skript - p. 64


Feinstruktur der Eukaryoten-Geissel (I)

Feinstruktur der Eukaryoten-Geissel: EM quer

Plasma-Membran

Neun periphere Doppel-Mikrotubuli

Zwei zentrale Mikrotubuli

Dynein-Arme = Antriebsmotor

Radiale Speichen

Skript - p. 64

100 nm


Feinstruktur der Eukaryoten-Geissel (II)

Feinstruktur der Eukaryoten-Geissel: EM längs

Basal-Körper

Skript - p. 64

100 nm


Feinstruktur der Eukaryoten-Geissel (III)

Feinstruktur der Eukaryoten-Geissel: Schema

Bewegung nach dem Prinzip der "gleitenden Filamente"

Skript - p. 64


Chemotaxis

Chemotaxis

Topotaxis: gezielte Bewegung entlang von Gradienten

Phobotaxis: Zickzack-Kurs, unterschiedliche Frequenz des Kurswechsels

Taxis = freie Ortsbewegung, gesteuert durch die Richtung eines Umweltreizes

Skript - p. 65


Lockstoff-Chemie: Braunalgen

Gametenlockstoffe bei Braunalgen

Hohe Spezifität und Sensitivität (Schwellenwert < 10-9 M)

Ungesättigte Kohlenwasserstoffe

Skript - p. 65


Lockstoff-Chemie: Grünalgen, Pilze

Gametenlockstoffe bei Grünalgen (B) und Pilzen (C)

Hohe Spezifität und Sensitivität (Schwellenwert < 10-9 M)

Skript - p. 65


Phototaxis

Phototaxis

Positive Topotaxis

"Stigma":Carotinoide

Photorezeptor :Retinal

Beschattungs-Prinzip: Richtungsänderung bei Beschattung des Photorezeptors

Skript - p. 65


Magnetotaxis

Magnetotaxis

Orientierung im Magnetfeld mit Hilfe von "Magnetosomen"

Skript - p. 65


Phototropismus: Farn-Chloronemen

Phototropismus

Skript - p. 66

Tropismus: ″zielgerichtete″ Bewegung!

Zeit 0: Wechsel der Lichtrichtung!

Nach 2 Tagen Scharfer Knick!


Wachstumsbewegungen: Tropismen

Positiver Phototropismus

Negativer Phototropismus

Wachstumsbewegungen

Skript - p.66

Wieso nicht so?


Phototropismus: Halbseiten-Beleuchtung

Experiment: Lichteinfall senkrecht von oben

Schnelleres Wachstum auf der "Schatten-Seite"

Differentielles Flankenwachstum

Natürliche Situation:Lichteinfall von linker Seite

Beschattungspigmente

Rezeptoren auf der "Lichtseite" stärker aktiviert als auf der "Schattenseite"

Querverlagerung von Auxin: von "Lichtseite" auf "Schattenseite"

Phototropismus

Skript - p. 66


Typisches Wirkungsspekrum des Phototropismus

Wachstumsbewegungen

Maximale Wirkung:~ 450 nm

Blaulicht-Rezeptor!

Skript - p. 66


Phototropismus: Querverlagerung von Auxin

Agarblock: fängt diffundierendes Auxin auf

Bioassay von F. Went:Koleoptil-Krümmungstest

Seitlich aufgesetzter Agarblock

Dekapitierte Koleoptile

Krümmungswinkel = Mass für Auxin-Konzentration

Diffusionsbarriere

Auxin-Querverlagerung

Phototropismus und Querverlagerung von Auxin

Skript - p. 67


Phototropismus: Differentielles Flankenwachstum

Phototropismus und Querverlagerung von Auxin

Skript - p. 67


mehr Auxin

weniger Auxin


Gravitropismus: Bau der Wurzel

Gravitropismus der Wurzel: Wurzelhaube als Sensor

Skript - p. 68

Wurzelhaube(Kalyptra)


Gravitropismus: Statocyten und Statolithen (I)

Statocyten in der Wurzelhaube

Wo wird der Reiz in der Wurzel wahrgenommen?

Wie wird der Reiz wahrgenommen?

Statolithen-Stärke

ER = distales ER

Reizwahrnehmung beruht auf Druck der Statolithen auf das distale ER

Gravitropismus

Skript - p. 68


Gravitropismus: Statocyten und Statolithen (II)

Prinzip:Absinken der Statolithen-Stärke entlang des Schwerkraftvektors

Symmetrische Verteilung des Drucks auf das "distale ER"

Druck auf dER nimmt ab

Druck auf dER nimmt zu

Asymmetrische Verteilung des Drucks auf das "distale ER"

Statocyten und Statholithen

Skript - p. 69


Gravitropismus des Sprosses: Querverlagerung von Auxin


Skript - p. 69


Wichtig: basipetaler Transport von Auxin!


Gravitropismus: Differentielles Flankenwachstum


Skript - p. 69

mehr Auxin

weniger Auxin


Beispiel für eine Turgor-Bewegung:Öffnung und Schliessung der Spaltöffnung

Wenig gelöste Stoffe in der Vakuole (wenig negatives osmotisches Potential)

Turgordruck gering

Spaltöffnung geschlossen

Viel gelöste Stoffe in der Vakuole (stark negatives osmotisches Potential)

Turgordruck hoch

Spaltöffnung offen

Turgor-Bewegung: Spaltöffnung

Skript - p. 70


Schliessung der Spaltöffnung: Bedeutung von ABA

Kein Effekt von ABA auf Nebenzellen

ABA bewirkt Absinken des osmotischen Potentials in den Schliesszellen

Plasmolyse-Versuch

ABA und Stomata

Skript - p. 70


Öffnung der Spaltöffnung: Bedeutung von Kalium-Fluss

Spaltöffnung geschlossen Spaltöffnung offen

Wenig Kalium in Schliesszellen Viel Kalium in

Schliesszellen

Öffnung der Stomata

Skript - p. 70


Schnelle Bewegung der Fiederblätter der Mimose

Blattgelenk (Pulvinus):

Leitelemente und Festigungsgewebe im Zentrum

Dünnwandiges, dehnbares "Ziehharmonikagewebe" an der Peripherie

Mimose: Anatomie

Begriff "Nastie":Bewegung unabhängig von Reiz-Richtung.

Hier: "Seismonastie"

Skript - p. 71


Schnelle Bewegung der Fiederblätter der Mimose

"Aktions-Potential"

Mimose: Schnelle Bewegung

Skript - p. 71

(ergibt Potentialdifferenz zwischen Phloem und Referenz-Elektrode)


Mimose: Aktionspotential

Aktionspotential

Ruhe-Potential (innen negativ)

Depolarisierung

Repolarisierung

Öffnen von Ionenkanälen

Nicht im Skript


Ranke Vitis

Skript - p. 72

Schon Charles Darwin interessierte sich für die pflanzlichen Sinnesleistungen. Er stellte fest, dass Ranken von verschiedenen Pflanzen auf Berührungsreize mit einem Wollfaden zehn- bis hundertmal empfindlicher reagieren als menschliche Fingerkuppen.

Wer kann Berührungen 100x empfindlicher wahrnehmen?


Ranke Vitis

Ranke der Weinrebe

Skript - p. 72


Ranke Bryonia

Ranke der Zaunrübe

Umkehrpunkt

Skript - p. 72


Ranke Bryonia

Ranke der Zaunrübe: Umkehrpunkt

Skript - p. 72


Impatiens

Skript - p. 73

Explosionsbewegung: Impatiens noli-tangere

Frucht vor Samen-Abschuss Frucht nach Samen-Abschuss

ca. 5 msec


Ecballium elaterium I

Skript - p. 73

Explosionsbewegung: Ecballium elaterium

Samen fliegen bis 12 m weit!

ca. 100 msec


Ecballium elaterium II

Skript - p. 73

Explosionsbewegung: Ecballium elaterium

Sollbruchstelle

Innen-Druck: ca. 15 bar!


... und zum Dessert:

Wieso regt sich die Mimose?

Frage der Woche: Blattbewegungen der Mimose (Sinn-pflanze, Mimosa pudica)Es gibt auch im Pflanzenreich einige augenfällige Bewe-gungsvorgänge, etwa die schnelle Turgorbewegung der Blattgelenke der Mimose. Die Pflanze reagieren auf lokale Berührung oder Verletzung mit dem Zusammenklappen der Blattfiedern, wobei eine Reizleitung erfolgt. Was könnte die biologische Funktion dieser raschen Bewegung sein?

Frage der Woche

Skript - p. 74


Fiederblätter der Mimose vor der Berührung

Fiederblätter der Mimose vor der Berührung

Skript - p. 74


Fiederblätter der Mimose nach der Berührung

Fiederblätter der Mimose nach der Berührung

Skript - p. 74


Mimosen-Population am natürlichen Standort

Mimosen-Population in Kerala

Skript - p.74

Frage der Woche: Was könnte die biologische Funktion der raschen Blatt-Bewegungun von Mimosa pudica sein? Was für "Fitness-Vorteile" hat die Mimose in ihrem Habitat, wenn sie ihre Fiederblättchen bei Berührung zusammenklappt?

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