Pflanzenphysiologie 4: Ökophysiologie des Blattes · 01.12.2009 3 Ökophysiologie des Blattes...
14
01.12.2009 1 Pflanzenphysiologie 4: Ökophysiologie des Blattes Zuckertransport und source-sink Regulation Blattanpassungen an Wasserverfügbarkeit Schließzellen kontrollieren Wasser- und Photosynthese Biologie I: Pflanzenphysiologie WS 2009/2010 Rüdiger Hell Heidelberger Institut für Pflanzenwissenschaften Copyright Hinweis: Das Copyright der in dieser Vorlesung genannten Lehrbücher oder reproduzierten Bilder wird anerkannt. Die Reproduktion dient reinen Lehrzwecken. Tagesgang des Saccharose- und Stärkegehalts im Blatt Schopfer 12.33, 253 Objekt: source Blätter von Glycine max (Sojabohne) Saccharosebildung setzt zeitgleich mit der CO 2 -Fixierung ein Stärkesynthese im Chloroplasten beginnt erst, wenn der Saccharosespeicher gefüllt ist (Transitorische Stärke) Am Abend beginnt erst der Saccharoseabbau und anschließend der Stärkeabbau Saccharose-Abtransport aus dem Blatt läuft während der ganzen Lichtperiode
Transcript of Pflanzenphysiologie 4: Ökophysiologie des Blattes · 01.12.2009 3 Ökophysiologie des Blattes...
01.12.2009
1
Pflanzenphysiologie 4:Ökophysiologie des Blattes
Zuckertransport und source-sink Regulation
Blattanpassungen an Wasserverfügbarkeit
Schließzellen kontrollieren Wasser- und Photosynthese
Biologie I: Pflanzenphysiologie WS 2009/2010
Rüdiger HellHeidelberger Institut für Pflanzenwissenschaften
Copyright Hinweis:Das Copyright der in dieser Vorlesung genannten Lehrbücher oder reproduzierten Bilder wird anerkannt.Die Reproduktion dient reinen Lehrzwecken.
Tagesgang des Saccharose- und Stärkegehaltsim Blatt
Schopfer 12.33, 253
Objekt: source Blätter von Glycine max (Sojabohne)Saccharosebildung setzt zeitgleich mit der CO2-Fixierung einStärkesynthese im Chloroplasten beginnt erst, wenn der Saccharosespeichergefüllt ist (Transitorische Stärke)Am Abend beginnt erst der Saccharoseabbau und anschließend derStärkeabbauSaccharose-Abtransport aus dem Blatt läuft während der ganzen Lichtperiode
01.12.2009
2
Source Beladung von Zuckern im Blatt
Triosephosphate
Phlo
em
Zucker aus derPhotosynthese werden imLicht im Blatt (source) alstransitorische StärkegespeichertStärkeabbau im Dunkeln führtzur SaccharosesyntheseSaccharose ist die Hauptformfür LangstreckentransportIn Bedarfsgeweben (source)wie z.B. Wurzel oder Fruchtwird Saccharose gespaltenund über Hexosenverstoffwechselt oder inSpeicherstärke umgewandelt
Saccharose-Synthese in source Geweben:Saccharose-Phosphat-Synthase
Buchanan 13.12
UDP-Glucose + Fructose-6-P Saccharose-6-P +UDPSaccharose-6-P + H2O Saccharose + Pi
Irreversible Reaktion im Cytosol. Transport- und Speicherform von Zucker
01.12.2009
3
Ökophysiologie des Blattes
Zuckertransport und source-sink Regulation
Blattanpassungen an Wasserverfügbarkeit
Schließzellen kontrollieren Wasser- und Photosynthese
Wasserverfügbarkeit bestimmt diePflanzenproduktivität
Jährlicher Niederschlag (cm)Prod
uktiv
ität (
TG g
m-2
a-1 )
Natürliches Ökosystem
Taiz/Zeiger Abb. 3.2 und 3.1
Mai
s E
rtrag
(~dz
ha-
1a-
1 )
Wasserverfügbarkeit
Agrar-Ökosystem
01.12.2009
4
Tagesgang der Transpiration und derWasseraufnahme
Schopfer 26.7
Sonnenblume (Helianthus annuus) im Freiland im SommerWasserpotential und CO2 Bedarf wirken zusammen
Circadiane Rhythmen bestimmen vieleStoffwechselfunktionen
Schematisches Grundmuster circadianer Rhythmen: 2 Proteine haben ihreMaxima morgens oder abendsIm Dauerlicht bleiben die Rhythmen eine Weile erhalten (freies Schwingen),Periode weicht abBeispiele für circadiane Stoffwechselfunktionen: Saccharosetransport,Nitratassimilation, Blütenöffnung und Duftstoffe
01.12.2009
5
6 am 6 pm
noon
midnight
Masdevallia laucheana (6)
Citrus medica (7)
Aerangis confusa (6)
Constantia cipoensis (6)
Cattleya luteola (6)
Mirabilis jalapa (4o clock) (16)
Antirrhinum majus (14)
Rosa damascena semperflorens (11)
Rosa hybrida (10, 21)
Citrus medica (8)
Odontoglossum constrictum (7)
Platanthera chloranthea (22)
Gossypium hirsutum (1)
Cattleya lubiata (6)
Petunia axillaris (4, 5)
Cestrum nocturnum (3)
Stephanotis floribunda (7,8,15)
Nicotiana suaveolens (12,13,17,18)
Epidendrum ciliare (19)
Silene latifolia (20)
Nicotiana suaveolens (14)
Hoya carnosa (8,9)
Lonicera japonica (2)
Blütenduftemission zu bestimmtem Tageszeiten
Prof. B. Piechulla, Univ. Rostock
1,8-Cineol-Synthase Oszillationen
0
20
40
60
80
100
120
00:0
0
03:0
0
06:0
0
09:0
0
12:0
0
15:0
0
18:0
0
21:0
0
00:0
0
03:0
0
06:0
0
09:0
0
12:0
0
15:0
0
18:0
0
21:0
0
00:0
0
03:0
0
06:0
0
09:0
0
12:0
0
15:0
0
18:0
0
21:0
0
00:0
0
03:0
0
06:0
0
09:0
0
12:0
0
15:0
0
18:0
0
21:0
0
00:0
0
03:0
0
06:0
0
09:0
0
12:0
0
15:0
0
18:0
0
21:0
0
00:0
0
Zeit in h
rela
tive
Tran
skrip
tmen
ge (%
) D L D L D L D L D L D
18S
CIN
SR
NA
mR
NA
Oszillationen von mRNA und der Enzymaktivität im Tag/Nacht ZyklusProf. B. Piechulla, Univ. Rostock
01.12.2009
6
Schlafbewegungen der Blätter
Nyktinastie der Feuerbohne Phaseolus coccineus
Grundlagen der Blattfolge
01.12.2009
7
Blattdimorphismus und metamorphosen alsUmweltanpassungen
HeterophyllieRanunculus aquatilis
Ranken: Pisum sativum
PhyllodienAcacia heterophylla
Xeromorphie: Anpassung an Wassermangel
Blattypen (Gelb: Phloem; blau: Xylem)a. Dorsiventralb. Äquifacialc. Übergangsform Unifaciald. Unifaciales Blatt
01.12.2009
8
Xeromorphie: Beispiel Nadelblatt
Nadelblatt
Wanner (2004) Thime 120402, 120404, 120502
Unendlich wachsende Blätter: Welwitschia
Welwitschia mirabilis (Gnetopsida; Gymnospermen)Namibwüste (Südwestafrika)Keimblätter, danach nur 1 paar parallelnervige Laubblätter bis 6 m langSekundäres Meristem an BlattbasisAlter bis 1500 JahreMännliches blühendes Exemplar mit Sporangien
01.12.2009
9
Trockenresistenz des ganzen Kormus
Craterostigma plantgineum (Scrophulariaceae)Südsahara2-Octulose: hohe Zuckerkonzentration zumSchutz der Proteine
Wiederauferstehungspflanze
Pflanzenarten passen sich an Lichtintensität an
Durchschnittliche Lichtintensitäten in Mitteleuropa: Wolkenloser Himmel900W/m2; bedeckter Himmel 100W/m2; Waldschatten 10 W/m2; Vollmond 2 W/m2
Lichtkompensationspunkt: Die Lichtintensität, bei der sich CO2 Verbrauch durchPhotosynthese und Erzeugung durch Zellatmung bzw. Photorespiration geradekompensieren
01.12.2009
10
Blätter einer Pflanze passen sich anLichtintensität an
Querschnitte durch Buchenblätter (Fagus sylvativa)Vergrößerung ca. 340x
Sonnenblatt
Schattenblatt
Ökophysiologie des Blattes
Zuckertransport und source-sink Regulation
Blattanpassungen an Wasserverfügbarkeit
Schließzellen kontrollieren Wasser- und Photosynthese
01.12.2009
11
Regulation der Spaltöffnungsbewegungen
Nultsch 17-3; NW 5.23 p188
Grün: Chloroplasten;K+ = Kaliumionen; A- = Anionen (Malat)
Rot: Absinken des Wasserpotentialsbewirkt SchließenSchwarz: Absinken der CO2 Konzentrationbewirkt Öffnen
SubstomatäreAtemhöhle
Mechanismus und Bau von Spaltöffnungen
01.12.2009
12
Mechanismus und Bau von Spaltöffnungen
Spaltöffnungsapparat von Commelina vulgarisBesteht aus 8 Zellen: Schließzellen und Nebenzellen
Spaltöffnungen von innen aus dem Blattheraus gesehen
Schließzellmechanismus
Öffnung durch BlaulichtSchließung durch Abscisinsäure
01.12.2009
13
Schließzellentstehung: sekundäres Meristem
Modellhafte Darstellung der Entstehung des Spaltöffnungsapparates vonIris spec.Schließzellenmutterzelle entsteht durch entsteht durch inäquale Teilungeiner EpidermiszelleSchließzellenmutterzelle teilt sich längs: Spaltöffnungsinitialen entstehenJeder Spaltöffnungstyp entsteht unterschiedlich
Warum kann ein Baum nicht unendlich hoch wachsen?
Woodward, Nature 428: 807 (2004)
Höchster Baum der Erde: 112.7 m,in Humboldt Redwoods State Park (Californien).Errechnete Höhe 122-130 mWasserpotential an Spitze erreichtphysikalische Grenze des Zerreißens desWasserfadens im XylemWassermangel in Spitze bestimmt Blattstrukturund Photosyntheseleistung
cm
2 35 45 55 65 m
75 85 95 105 112 m
01.12.2009
14
Zusammenfassung
Zucker werden von source zu sink transportiert
Wasser ist entscheidend für das Wachstum und bestimmt diefunktionale Morphologie und biochemische Anpassung von Pflanzen
Der Spaltöffnungsapparat kontrolliert den Gasaustausch im Blatt
REM Aufnahme Tracheenlinks Pelargonium, rechts Tilia
Nultsch 4-24
