Zusammenfassung Allgemeine Botanik

Zusammenfassung zu
Allgemeine Botanik
Chlodwig Franz
SS 08
M-Th. Tschurlovits1
1
Kontakt: [email protected], Web: http://www.mth.at.tt
Zusammenfassung zu „Allgemeine Botanik“ (SS 08)
1 Erste Begriffe zur Morphologie höherer Pflanzen
Axilläre Verzweigung
Verzweigung ausgehend von Knoten (Nodien) der Sprossachse
Blatt – Sprossachse – Wurzel
Die drei Grundorgane der höheren Pflanzen
Blatt (Phyllom)
Seitliche Auswüchse an den Knoten (Nodi) der Sprossachse
Funktionen
− Photosynthese (Aufbau organischer Stoffe mit Hilfe von Licht)
− Transpiration (Wasserverdunstung, wichtig für Nährstoffaufnahme und transport)
Sprossachse
Funktionen
− Verbindung von Wurzel und Blatt
− Träger des Blätterdachs und Ausrichtung des Blätterdachs
− Stabilisierung der Pflanze
− Speicherung von Wasser und Nährstoffen
− Transportorgan für die Wasser-, Nährstoff- und Assimilatleitung.
Wurzel
Eigenschaften
− Hat Wurzelhaare und eine Wurzelhaube (Kalyptra) an der Spitze
− Die primären Leitbündel sind radial angeordnet
Funktionen
− Aufnahme von Wasser und den darin gelösten Mineralstoffen
− Befestigung der Pflanze an ihrem Standort
− Wird durch Metamorphosen auch für andere Aufgaben genutzt (z.B. als
Speicherorgan für Reservestoffe)
− Syntheseort für Pflanzenhormone (z.B. Cytokinin) und sekundäre
Pflanzenstoffe (z.B. Alkaloide).
Beispiel: Das Nikotin in den Blättern der Tabakpflanze wird in der Wurzel
synthetisiert.
Knospe (Gemma)
Jugendlicher Zustand eines Sprosses, in welchem die Stängelglieder noch ganz kurz,
die Blättern noch dicht zusammengedrängt und in ihrer Entwicklung noch wenig
fortgeschritten sind. Jeder in der Fortbildung begriffene Spross (Stamm oder Zweig)
endet daher in einer Knospe (Gipfel-, Haupt-, End- oder Terminalknospe).
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Abbildung 1: Aufbau einer Pflanze
Blüte
Sprossende mit spezialisierten Blättern für die Fortpflanzung:
− Staubblätter: Pollen, männliche haploide Zellen
− Fruchtblätter/-knoten: weibliche haploide Zellen
− Blütenhülle:
o Kronblätter: Anlockungsorgan: leuchtend, bunt, anziehend für
Bestäuber (z.B. Insekten)
o Kelchblätter: Schutzorgan
Die Staubblätter bilden die Pollen. Diese gelangen bei der Bestäubung auf die Narbe
der Fruchtblätter und keimen dort aus. Die Pollen befruchten die im Fruchtblatt
gelegenen Samenanlagen (d.h. die Eizelle):
− Eizelle → Embryo
− Samenanlage → Samen
− Blüte → Frucht
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Knoten (Nodium)
Bereich der Sprossachse, an dem ein oder mehrere Blätter (bzw. Seitenäste) ansetzen
Internodium
Teil einer Sprossachse, der zwischen zwei Knoten (den Ansatzstellen der Blätter) liegt
Keimblätter (Kotyledonen)
Die Keimblätter der Samenpflanzen sind die ersten, im Embryo angelegten Blätter
und bereits im Samen erkennbar. Sie sind meist wesentlich einfacher gestaltet als die
folgenden Blätter. Die Anzahl der Keimblätter dient auch als ein wichtiges
systematisches Merkmal.
Niederblätter (Cataphylle)
Niederblätter sind in der Regel klein und einfach gestaltet, vielfach schuppenförmig.
Meist sind sie nicht grün. An der Sprossachse stehen sie unterhalb der Laubblätter.
Sie finden sich auch an Rhizomen (unterirdischen Ausläufern) und als
Zwiebelschuppen.
Laubblätter
Wachsen aus den Knoten (Nodien). Machen den Großteil der Blattmasse bei den
meisten Pflanzen aus. Deren Hauptaufgabe sind Photosynthese und Transpiration.
Zwiebel (Bulbus)
Gestauchte und verdickte Sprossachse mit fleischigen Blättern
2 Die Bereiche des Lebens
2.1
Prokaryota – Eukaryota
Prokaryota
Archaebakterien, Bakterien, Blaualgen
Nucloeid (kein echter Zellkern)
1 Bakterienchromosom (die größten
DNA-Moleküle eines Bakteriums)
Eukaryota
Tiere, Pilze, Grüne Pflanzen
Echter Zellkern
2-500 Chromosomen
Mitochondrien
Pflanzen: Plastiden bzw. Chloroplasten
(Photosynthetisch aktive Plastiden)
Mesosomen (Einstülpungen der
Plasmamembran von Bakterien)
Zellwand aus Murein (Peptidoglycan)
→ Gramfärbung
Pflanzen: Zellwand aus Zellulose
(unverzweigtes Polysaccharid)
Pilze: Zellwand aus Chitin
(unverzweigtes Polysaccharid)
70 S Ribosomen (aus 30 + 50 S)
80 S Ribosomen (aus 40 und 60 S)
Cilien und Geißeln mit einfachem Aufbau Cilien und Geißeln mit 9×2+2
Mikrotubuli
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2.2
Pflanze – Pilze – Tiere
Pflanzen
Chlorophyll (Blattgrün, für
Photosynthese)
Autotroph („Erzeuger“)
durch Photosynthese, d.h.
die Erzeugung organischer
Stoffe durch Lichtenergie
aus anorganischen Stoffen
„Unbegrenztes“ Wachstum
→ offen
Ortsfest (Abwehr durch
stechen, kratzen, schlecht
schmecken oder riechen,
etc.)
Zellmembran und
Zellwand
Plastiden (Zellorganellen
für die Photosynthese mit
ringförmigem Genom und
eigenen Ribosomen)
Zentrale Vakuole (große
membranumschlossene
Räume)
Polplatte
Tiere
Heterotroph
(„Verbraucher“) durch die
Aufnahme energiereicher
Nahrung
Pilze
Heterotroph
Begrenztes Wachstum →
geschlossen
Frei beweglich (Abwehr
durch Kampf oder Flucht)
Nur Zellmembran
Centriolen
(zylinderförmige
Strukturen die als Paar das
Zentrosom bilden)
Stärke (Verzweigtes
Glykogen („Tierische
Glykogen
Polysaccharid aus Amylose Stärke“, verzweigtes
und Amylopektin)
Polysaccharid aus
Fructosane (Statt Stärke
Glukose-Einheiten)
z.B. in Algen gebildet)
Grundorgane (Blatt,
Grundorgane (Hyphe,
Sprossachse, Wurzeln)
Mycel, Plektenchym)
Saprophyten (Ernährung
von abgestorbenem
pflanzlichem Gewebe),
Parasiten
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3 Zytologie
3.1
Biomembran
Kompartimentierung
Die Pflanzenzelle enthält durch Membranen abgegrenzte Kompartimente.
Membranstrukturen der Zelle sind:
− Plasmalemm (Cytoplasmamembran)
− Tonoplast
− Endoplasmatisches Retikulum (Unterteilung des Protoplasten in eine große
Zahl von Reaktionsräumen)
− Kernmembran
− Dictyosomen (Membranräume des Golgi-Apparates)
− Hüllmembranen von Mitochondrien und Plastiden
Protoplast
Die kleinste selbstständig lebensfähige morphologische Einheit, d.h. der plasmatische
Inhalt, einer Zelle mit Zellwand.
Plasmalemma (Cytoplasmamembran)
Das Plasmalemma grenzt den Protoplasten nach außen hin ab.
Tonoplast
Selektivpermeable Biomembran, die die Zentralvakuole einer pflanzlichen Zelle vom
Cytoplasma abgrenzt.
Osmotisch aktive Substanzen
Osmotisch aktiv: Kleine Moleküle, Ionen
Osmotisch inaktiv: Makromoleküle
Semipermeabilität
Halbdurchlässigkeit von Biomembranen, die für bestimmte Stoffe durchlässig sind
und für andere nicht.
Osmotischer Druck π
Durch Diffusion wird versucht einen Konzentrationsausgleich zu erreichen. Da
bestimmte Stoffe zwar durch die Membran durchtreten können um die
Konzentration auszugleichen, aber andere Stoffe nicht in die andere Richtung
diffundieren können, wird innerhalb des von einer semipermeablen Membran
begrenzten Raumes ein Druck (aufgrund des einströmenden Stoffes) auf diese
Membran aufgebaut, der sogenannte osmotische Druck. Dieser osmotische Druck
wirkt dem weiteren Einströmen des Stoffes entgegen. Es bildet sich ein
Gleichgewicht.
π = −c.R.T
π ... Osmotischer Druck [Pa]
c ... Molare Konzentration
R ... Universelle Gaskonstante
T ... Absolute Temperatur [K]
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3.2
Pflanzliche Zellwand
Primärwand
Die Primärwand besteht aus:
− Cellulose-Mikrofibrillen: Lange, gebündelte Cellulose-Fäden, die
untereinander über Wasserstoffbrücken verbunden sind
− Pectine: Polysaccharide (genauer Polyuronide) mit festigender und
wasserregulierender Funktion
− Hemicellulose: Heterogene Gruppe von kürzerkettigen Nicht-StärkePolysacchariden
Mittellamelle
Besteht aus Pectinen.
Sekundärwand
Die Sekundärwand besteht größtenteils aus Zellulose, aber auch aus Lignin. Sie wird
erst gebildet, wenn die Zelle ihr Wachstum beendet hat. Die Mikrofibrillen werden
parallel zueinander aufgelagert. Mehrere Schichten überkreuzen sich dabei.
− Kollenchym: Festigungsgewebe bei Pflanzen, das noch wachstums- und
dehnungsfähig ist und aus lebenden Zellen besteht. Die Zellen des
Kollenchyms sind meist reich an Chloroplasten, die Zellwände sind durch
Cellulose- oder Pektinauflagerungen verstärkt.
− Sklerenchym: Verholztes Festigungsgewebe bei Pflanzen. Es tritt meist als
Schicht um ein Leitbündel auf. Sklerenchymzellen bilden verdickte
Sekundärzellwände aus, die oft durch Lignin verstärkt sind. Durch diese
Einlagerungen sterben die Zellen ab.
Modifizierungen der pflanzlichen Zellwand
− Verholzung (Lignifizierung): Einlagerung von Lignin erhöht die
mechanische Stabilität
− Verkorkung (Suberinisierung): Versiegelung der Pflanzenoberfläche
durch Suberin und Wachse zum Schutz vor Transpiration.
z.B. Korkeiche
− Mineralisierung von Zellen und Zellwänden: Dient der Verhärtung des
Pflanzengewebes.
z.B. Kieselsäure in Gräsern zum Fraßschutz
− Gerbstoff-/Sekundärstoffeinlagerungen: Diese dienen aufgrund des
resultierenden bitteren Geschmacks der Abwehr.
3.3
Vakuole
Die Vakuole ist der Zellsaftraum (ca. 90 %) der ausdifferenzierten Zelle. Die
umgebende Membran wird als Tonoplast bezeichnet.
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Sie hat folgende Funktionen:
− Träger des Zellturgors: Transport von Ca2+-Ionen nach draußen und K+Ionen nach drinnen. Der Turgor ist der Innendruck der Zelle gegen den
Wanddruck. Sinkt der Turgor fällt die Pflanze in sich zusammen.
− Zwischenlager
− Endlager: von Abfallprodukten
Die Vakuole enthält:
− Bau- und Betriebsstoffe (z.B. einfache Zucker)
− Lösliche Salze
− Farbstoffe (Flavone, Athocyane)
− Weitere Sekundärstoffe (Alkaloide, Glykoside)
− Absonderungsprodukte (Eiweißkristalle, anorganische Kristalle)
3.4
Plastiden
Gemeinsame Merkmale von Mitochondrien und Chloroplasten
− Entstehen durch Teilung
− Doppelte Membranhülle
− Innere Membran stark gefaltet
− Eigene DNA (extrachromosomale genetische Information)
− Eigene Ribosomen (70 S)
− Energiestoffwechsel
⇒ Endosymbiontentheorie (Einwanderung fremder Organismen)
Mitochondrien
Atmungsstoffwechsel zur ATP-Produktion.
Chloroplast
Die Chloroplasten sind Organellen der Zellen höherer Pflanzen, die Photosynthese
(= Primärsynthese = Bildung von Zuckern) betreiben.
Aus den photosynthetisch aktiven Chloroplasten können durch Differenzierung
Chromoplasten, Amyloplasten, Etioplasten, Gerontoplasten und Leukoplasten
hervorgehen.
Chloroplasten besitzen eine eigene DNA und zwei Biomembranen als Hülle. In ihrem
Innern befindet sich als plasmatische Phase das Stroma (die Matrix), das von
Thylakoidmembranen durchzogen wird. Stapel von Thylakoidmembranen nennt
man Granum (Pl. Grana). In die Membranen der Thylakoide sind verschiedene
Pigmente eingelagert, vor allem der grüne Farbstoff Chlorophyll. Besonders viel
davon findet sich in den Membranen der Grana, weshalb diese intensiv grün gefärbt
erscheinen. Glucose wird vorübergehend als „transitorische Stärke“ in den
Chloroplasten gespeichert.
Chromoplast
Plastiden, die Xanthophyll oder Carotine enthalten. Färben die Pflanzenteile gelb,
orange oder rot. Sie betreiben keine Photosynthese.
Funktion: Anlockung von Tieren (als Pollenüberträger und Samenverteilung) bzw.
entstammen dem Alterungsprozess.
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Etioplast
Plastiden bei denen sich auf Grund fehlenden Lichtes die innere Membranstruktur
(Thylakoidmembranen) verändert und das Chlorophyll zurückgebildet hat. Durch
erneute Bestrahlung mit Licht können sie sich wieder zu Chloroplasten entwickeln.
Gerontoplast
Entstehen durch den Abbau von Chloroplasten.
Funktion: Sie sind für die Gelbfärbung der Laubblätter im Herbst verantwortlich.
Leukoplast
Leukoplasten sind farblos, enthalten kein Chlorophyll und betreiben keine
Photosynthese.
Funktion: Synthese von Monoterpenen (flüchtige Bestandteile von pflanzlichen
Ölen) zur chemischen Abwehr vor Pathogenen und Fressfeinden.
Vorkommen: In epidermalen Schichten, die nach außen angrenzen.
Amyloplast (Stärkekörner)
− Funktion: Erstellung und Speicherung von Stärke.
− Vorkommen: Früchte, Teile der Sprossachse, unterirdische Reserveorgane
(Wurzeln, Knollen, Rhizome).
Proteinoplast
Farbloser Plastid, zur Speicherung von Proteinen und .
Proplastid
Noch nicht ausdifferenzierter Plastid, der durch Knospung (d.h. Abschnürung) aus
anderen Plastiden entsteht.
3.5
Pflanzliche Microbodies
Kleine Zellorganellen (0,5-1,5 μm) eukaryotischer Zellen, die Sauerstoff verbrauchen.
Peroxisomen
Peroxisomen enthalten das Enzym Peroxidase, das Wasserstoff von verschiedenen
Substraten abspalten und mit molekularem Sauerstoff zu Wasserstoffperoxid
verbinden kann.
Funktion: Photorespiration (Veratmung trotz Lichteinstrahlung), lichtabhängige
CO2-Produktion unter O2-Verbrauch.
Chloroplasten, Mitochondrien und Peroxisomen arbeiten zusammen.
Über den Glykolat-Weg werden die Aminosäuren Glycin und Serin synthetisiert.
Glyoxysom
Microbodies im Speichergewebe von Pflanzensamen, die bei der Samenkeimung
Speicherfett in Kohlenhydrate umwandeln.
Oleosom (Lipidspeicherorganell), Glyoxysom, Mitochondrium und Cytosol arbeiten
zusammen:
− Glyoxysom (Glyoxylat-Zyklus): Acetyl-CoA → Succinat
− Mitochondrien: Succinat → Malat
− Cytosol (Gluconeogenese): Malat → Zucker
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3.6
Zellkern: Umsetzung der genetischen Information
Die genetische Information befindet sich im Zellkern, den Plastiden und in den
Mitochondrien jeder Zelle.
3.7
Totipotenz, Differenzierung
Totipotenz
Zellen werden als totipotent bezeichnet, wenn sie in geeigneter Umgebung noch zu
kompletten Individuen heranwachsen können.
Meristematische und parenchymatische Zellen sind totipotent. Auch
ausdifferenzierte pflanzliche Gewebe sind totipotent und können wieder
meristematisch werden (d.h. zu undifferenzierten Zellen).
Beispielsweise können aus einer Wurzelzelle wieder alle möglichen Pflanzenzellen
entstehen. Daher sind Pflanzen leicht im eigentlichen Sinne klonbar.
Differenzierung
Die strukturelle und funktionelle Spezialisierung von Zellen oder Zellverbänden
während der Individualentwicklung. Der umgekehrte Vorgang heißt
Dedifferenzierung.
Differentielle Genaktivierung
Durch die Aktivierung oder Inhibierung einer Vielzahl transkriptioneller Faktoren
(Transkription bedeutet umschreiben von DNA auf RNA) ist ein möglicher
intrazellulärer Kontrollmechanismus für die Expression eines Gens gegeben.
Regeneration
Fähigkeit eines Organismus, verloren gegangene Teile zu ersetzen.
− Gewebekulturen
− Vegetative Vermehrung, Stecklinge, Stockteilung
− Klone
Kallus
Komplex undifferenzierter, totipotenter Zellen, welcher sich aus einem Gewebestück
oder einer Zelle, die vorher einer lebenden Pflanze entnommen wurde, entwickelt.
3.8
Polyploidie
Von einer Pflanzenart kann es verschiedene Ploidiestufen geben, z.B. Schafgarbe die
bis zu dodekaploid (zwölffacher Chromosomensatz) sein kann:
− Haploid: Einfacher Chromosomensatz
− Diploid: Doppelter Chromosomensatz
− Polyploid:
o Tetraploid: Vierfacher Chromosomensatz
o Hexaploid: Sechsfacher Chromosomensatz
Allopolyploidie
Form der Polyploidie, bei der Chromosomensätze aus (mindestens) zwei
verschiedenen Arten vorliegen, die miteinander gekreuzt wurden.
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Autopolyploidie
Polyploidie, die auf der Verdopplung von Chromosomensätzen innerhalb einer Art
beruht, wird als Autopolyploidie bezeichnet.
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4 Anatomie und Histologie
4.1
Zelltypen
Meristematisch
Teilungsaktiv (undifferenzierte Zellen), kleinzellig, plasmareich (Ende der
Sprossspitzen, Ende der Wurzeln)
Parenchymatisch
Gleichmäßig, unverdickte Zellwand (dünnwandige Zellen)
Prosenchymatisch
Langgestreckte Zellen mit einer Richtung und Fasergewebe
Sklerenchymatisch
Allseits verdickte Zellwand (Festigungsgewebe), Sklerenchymfasern
4.2
Meristeme
Apikalmeristem
Bildungsgewebe der Pflanzen das dem Aufbau von Wurzel und Spross dient.
Vorkommen: Wurzel, Sprossachse
Grundmeristem
Meristem (Bildungsgewebe) ist ein Gewebetyp aus undifferenzierten (embryonalen)
Zellen.
Kambium
Hohlzylinderförmige Wachstumsschicht zwischen der Splintholzzone (junges Holz)
und der Rinde, die für das Dickenwachstum verantwortlich ist.
Vorkommen: Wurzel, Sprossachse
− Faszikuläres Kambium (Bündelkambium): Zwischen Xylem und
Phloem der Leitbündel
− Interfaszikuläres Kambium: Im primären Markstrahlgewebe zwischen
Leitbündeln
4.3
Parenchyme
Grundgewebe
Parenchymzellen sind dünnwandige (d.h. unverdickte Zellwand) meist große Zellen
des Grundgewebes mit gleichmäßigen Zellformen (isodiametrisch). Sie machen den
Großteil von nichtholzartigen (krautigen) Pflanzenstrukturen aus. Sie besitzen eine
große entwickelte Vakuole in die Wasser für den Turgor eingelagert ist. Zellen mit
Einschlüssen (z.B. Ca-Oxalat Kristalle) nennt man Idioblasten.
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Assimilationsparenchym (Chlorenchym)
Auf Photosynthese spezialisiertes Parenchym. Es ist ein chloroplastenreiches
Blattgewebe (Mesophyll), das aus der Palisadenschicht und dem
Schwammparenchym besteht.
− Palisadenparenchym: Unterhalb der oberen Epidermis. Besteht aus
langgestreckten, zylindrischen Zellen („Zaun“) ohne Interzellularräumen und
dient größtenteils der Photosynthese.
− Armpalisadenparenchym: Fortsätze der Zellwände.
− Schwammparenchym: Kommt in den Blättern der Pflanzen vor und
befindet sich zwischen der unteren Epidermis und dem Palisadenparenchym.
Es besteht aus meist unregelmäßig geformten, oft sternförmigen Zellen,
zwischen denen größere Interzellularräume liegen.
Speicherparenchym
Dient der Speicherung von Nährstoffen wie Stärke (Stärkekörner), Fette, Proteine
sowie Wasser mit meist großen Zellen.
Vorkommen:
− Endosperm der Samen
− Fruchtfleisch
− Speicherorgane
o Speicherwurzel
o Kartoffelknollen
4.4
Abschlussgewebe
Primäres
Vom Keimstadium an
Außen - Epidermis: oberirdisch
- Rhizodermis: unterirdisch
Innen - Endodermis:
- Kontrollschicht in Wurzel
- Manchmal in Blatt (z.B.
Föhrennadel)
Sekundäres
Ausbildung später an Sprossachse
Borke und Kork
Epidermis
Primäres Abschlussgewebe (oberirdisch äußerste Zellschicht) von Sprossachse
und Blättern bei höheren Pflanzen das mit einer wasserundurchlässigen
Wachsschicht (Kutikula) überzogen ist. Die Epidermis ist meist einsschichtig und
häufig ohne Chlorophyll. Die Zellen schließen lückenlos aneinander. Dieses
undifferenzierte Gewebe ist bereits im Keimling vorhanden und bildet sich aus dem
primären Meristem gebildet.
Sonderbildungen der Epidermis:
− Spaltöffnungen
− Pflanzenhaare
− Drüsenhaare
Rhizodermis
Das primäre Abschlussgewebe der Wurzel.
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Kork
Zellschicht zwischen Epidermis und Rinde. Sie wird vom Phellogen (Korkkambium)
gebildet.
Wenn die Epidermis einem starken Dickenwachstum der Pflanzenorgane nicht durch
entsprechendes Erweiterungswachstum gerecht werden kann, wird sie zerstört und
oft durch sekundäre Abschlussgewebe ersetzt.
Borke
Die Borke ist die äußerste, wasserabweisende und abdichtende Schicht bei den
meisten Bäumen. Sie entsteht aus dem Kork und abgestorbenen Teilen des Bastes.
Die Borke schützt die darunterliegenden Schichten des Baumstamms vor
physikalischen Einflüssen, wie Temperatur, Regen, Wind, Sonne, Feuer und
mechanischen Einflüssen und sie dient als Abwehr von Schädlingen und Infektionen.
Die Borke besitzt keine Spaltöffnungen. Der Luftaustausch geht über Lentizellen
(Korkporen), die sich an Stellen befinden, an denen die oberste Zellschicht
aufgebrochen ist.
Endodermis
Die Endodermis ist ein inneres Abschlussgewebe und bildet einen Zylinder um
das Leitbündelsystem der Wurzel. Durchlasszellen der Endodermis pressen Wasser
in den Zentralzylinder wodurch ein Wurzeldruck entsteht.
Spaltöffnungen
Regulation des Gasaustauschs der Photosynthese und der Transpiration. Bestehen
aus Schließzellen (nierenförmig) und Nebenzellen (Epidermiszellen).
Wasser wird aus dem Boden durch die Sprossachse in die Blätter geleitet und als
Wasserdampf über die Spaltöffnungen an die Atmosphäre abgegeben. Nimmt der
Turgor (Zelldruck) zu öffnet sich die Spalte, nimmt er ab schließt sie sich.
Pflanzenhaare
Pflanzenhaare sind Sonderbildungen der Epidermis. Es handelt sich um tote
luftgefüllte Zellen, die das Licht reflektieren und als Strahlungsschutz dienen.
Deckhaare bilden z.B. die Malve und die rostrose Alpenrose.
Drüsenhaare bilden z.B. die Tabakpflanze und die Brennnessel.
4.5
Festigungsgewebe
Festigungsgewebe liefern mechanische Stabilität. Außerdem erhöhen sie den
Rohfasergehalt durch Makromoleküle, Lignin, etc., d.h. Inhaltsstoffen, die schwer
verdaulich sind.
− Sklerenchym: tot und verholzt
− Kollenchym: lebendig und unverholzt
Vorkommen:
− Unter der Epidermis
− In der primären Rinde
− Um die Gefäßbundel herum
− Im Blatt (Festuca, Familie der Süßgräser)
− Fruchtkapseln
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4.6
Gefäßbündel (Leitbündel, Leitgewebe)
Leitbündel sind für den Ferntransport von Wasser, gelösten Stoffen, sowie
organischen Substanzen im Spross, im Blatt und in der Wurzel verantwortlich für den
die Tüpfel (Zellverbindungen) nicht ausreichen.
Das umgebene Sklerenchym (Festigungsgewebe) dient der Stabilisierung (z.B. um
Unterdruck standhalten zu können).
Xylem (Holzanteil)
Holzteil mit Zellelementen für Transport von Wasser und anorganischen Nährstoffen
von unten nach oben (Einbahn).
Es besteht aus:
− Tracheen (größer)
− Tracheiden (kleiner)
− Xylemparenchym
Phloem (Bastanteil)
Bastteil, für den Transport der Assimilate (Stoffwechselprodukte), von
Pflanzenhormonen und Ionen in wässriger Lösung.
Es besteht aus:
− Siebröhren (d.h. leitende Röhren aus Siebzellen, im Querschnitt Siebplatte)
− Geleitzellen
− Phloemparenchym
Kollaterale Gefäßbündel
Xylem (Holzteil) und Phloem (Gefäßteil) liegen einander gegenüber:
− Offen: Zwischen Xylem und Phloem befindet sich noch ein Kambium
(Wachstumsschicht). Weiteres Wachstum ist möglich.
Bei Zweikeimblättrigen.
− Geschlossen: Das Kambium fehlt und die Gefäßbündel sind von einer
geschlossenen sklerenchymatischen Leitbündelscheide umgeben. Das Bündel
ist ausdifferenziert und im Wachstum begrenzt.
Bei Einkeimblättrigen (krautige Pflanzen, Palmen)
4.7
Laubblatt – Schichtbau
Ein Laubblatt ist aus folgenden Schichten (von oben) aufgebaut:
− Kutikula
− Obere Epidermis
− Palissadenparenchym
− Schwammparenchym (mit Gefäßbündeln)
− Untere Epidermis (mit Spaltöffnungen)
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Zusammenfassung zu „Allgemeine Botanik“ (SS 08)
Abbildung 2: Schichtenaufbau eines Laublatts
4.8
Aufbau der Sprossachse
Die Sprossachse ist aus mehreren Teilen aufgebaut:
Faszikuläres Kambium
Interfaszikuläres
Kambium
Gefäßbündel
Epidermis
Mark
(Markhöhle)
Markstrahlen
Primäre Rinde
Abbildung 3: Aufbau der Sprossachse (Querschnitt)
Im Querschnitt der Sprossachse von Zweikeimblättrigen (bedecktsamigen
Samenpflanzen) sind die Gefäßbündel ringförmig angeordnet. Im Gegensatz dazu
sind sie bei Einkeimblättrigen zerstreut im Spross angeordnet.
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Zusammenfassung zu „Allgemeine Botanik“ (SS 08)
4.9
Aufbau der Wurzel
Abbildung 4: Querschnitt einer Wurzel
Zentralzylinder
Der Zentralzylinder der Wurzel ist ein einzelnes zentrales Leitbündel, bei dem das
Xylem innen liegt und im Querschnitt sternförmig ist. Das Phloem füllt
gewissermaßen die Strahlzwischenräume des Xylemsterns aus. Phloem und Xylem
differenzieren sich von außen nach innen (zentripetal), im Gegensatz zum Spross.
Perizykel (Perikambium)
Der Perizykel befindet sich innerhalb der Endodermis und bildet den äußersten Teil
des Zentralzylinders. Er ist eine meist einschichtige Scheide aus lückenlos
aneinandergrenzenden Zellen (restmeristematisch oder parenchymatisch).
Vom Perizykel geht die Seitenwurzelbildung aus und er ist auch wesentlich am
Sekundären Dickenwachstum beteiligt.
Endodermis
Die Endodermis, eine einschichtige Lage lebender Zellen, ist die innerste Schicht der
Wurzelrinde. Sie kontrolliert den Durchtritt von Wasser und Nährsalzen und stellt
eine Barriere für die Mykorrhiza-Pilze dar.
Wurzelrinde
Die Wurzelrinde ist ein in der Regel farbloses Parenchym mit großen, schizogenen
Interzellularen. Die Rinde ist ein Speichergewebe und dient auch dem Stoffaustausch
zwischen der Rhizodermis und dem Xylem. Die Wurzelrinde ist in der Regel von
Mykorrhiza-Pilzen besiedelt. Bei Wurzeln ohne sekundäres Dickenwachstum bildet
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Zusammenfassung zu „Allgemeine Botanik“ (SS 08)
die Rinde auch Festigungsgewebe (Sklerenchym und Kollenchym) aus.
Rhizodermis
Die Rhizodermis ist ein dünnes Abschlussgewebe einer Pflanzenwurzel. Neben der
Aufnahme von Wasser und gelösten Nährstoffen ist die Ausbildung von
Wurzelhaaren eine wichtige Aufgabe der Rhizodermis.
Wurzelhaare
Wurzelhaare bestehen aus einer einzelnen Zelle, die sich von der Rhizodermis
(ausgehend von einer kleinen Ausstülpung) haarförmig in den Boden erstreckt.
Sie dienen der Oberflächenvergrößerung und damit der effektiveren Aufnahme von
Wasser und Nährstoffen.
Exodermis
Noch vor dem Absterben der Rhizodermis bildet sich aus dem äußeren
Rindenparenchym die Exodermis als ein sekundäres Abschlussgewebe. Dieses ist ein
Gewebe aus einer oder mehreren Zelllagen, dessen Zellen ohne Interzellularen
miteinander verbunden sind und Suberin beinhalten. Die Exodermis bildet den
äußersten Abschluss der primären Wurzel und verhindert den Wasser- und
Nährstoffverlust aus der Wurzel.
Wurzelhaube (Calyptra)
Die Wurzelhaube ist ein verschleimendes Gewebe an den Spitzen der Wurzeln. Es
erleichtert der Wurzel das Eindringen in das Erdreich und schützt das
Wurzelmeristem, das sowohl Zellen für die Wurzelhaube als auch für die Wurzelrinde
und den Zentralzylinder bildet, vor Verletzungen.
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Zusammenfassung zu „Allgemeine Botanik“ (SS 08)
Abbildung 5: Aufbau einer Wurzel
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5 Wasserhaushalt
Quellung
Wasseraufnahme eines makromolekularen Körpers. Es gibt begrenzt quellbare und
unbegrenzt quellbare Körper (Sol-Gel-Zustand). Faktoren, die die Quellung
beeinflussen sind der Quellungsdruck und die Wirkung der Kationen.
Diffusion
Stofftransport in einem Konzentrationsgefälle. Diffusion kann auch durch eine
poröse Wand oder Membran hindurch erfolgen. Osmose ist die Diffusion von
Lösungsmittel durch eine für den gelösten Stoff undurchdringbare (semipermeable)
Membran.
Osmotischer Druck
Siehe Kapitel 3.1.
Plasmolyse
Plasmolyse ist die Schrumpfung der Zentralvakuole einer pflanzlichen Zelle bei
gleichzeitiger Abtrennung des Plasmalemmas von der Zellwand.
Um dies zu erreichen, muss man die Zelle einem Plasmolytikum aussetzen, einer
hochkonzentrierten Lösung, die reichlich Salze oder Zuckerbestandteile enthält und
somit mehr gelöste Teilchen als der Zellsaft der Vakuole besitzt.
In diesem Fall strömt auf osmotischem Wege Wasser aus der Vakuole durch die
Membranen in das umgebende, konzentriertere Medium, sodass der Zellsaftraum
kleiner wird und den an der Vakuole klebenden Plasmaschlauch mitsamt
Plasmalemma von der Zellwand abtrennt.
Plasmolyse
hypertones
Turgeszenz
isotonisches
Außenmedium
hypotones
Abbildung 6: Turgordruck abhängig vom Außenmedium
Turgor (Turgordruck)
Der hydrostatische Druck des Zellsafts auf die Zellwand.
Auf dem Zusammenspiel von Turgor und Wanddruck beruht die Festigkeit krautiger,
nichtverholzter Pflanzen.
Turgeszenz
Ist der osmotische Wert in der Zelle höher als im umgebenden Apoplasten, nimmt sie
- 20 -
Zusammenfassung zu „Allgemeine Botanik“ (SS 08)
durch Osmose Wasser auf. Der in ihrem Inneren ansteigende Druck spannt die
umgebende Zellwand. Aufgefangen wird der Turgor durch den elastischen
Wanddruck, der ihm entgegenwirkt. Hat der Turgor seinen größtmöglichen Wert, so
spricht man von voller Turgeszenz.
5.1
Wasserpotential
Hydratur (Hydratisierung)
Die Anlagerung von Wassermolekülen an gelöste Ionen in Form einer Hydrathülle
bzw. die Anlagerung von Wassermolekülen in Festkörpern als Kristallwasser.
Wasserpotential
Das Wasserpotenzial (Druck) ist die Arbeit, die eine Pflanze aufbringen muss, um
Wasser aus dem Boden aufzunehmen. Wasser fließt dabei stets von einem höheren
zum niedrigeren Potenzial.
Es setzt sich zusammen aus:
− Matrix (Kapillar) Potential (-): Kräfte, mit denen Wasser von der
Bodenmatrix festgehalten wird (-1 bis -10 bar).
Das Matrixpotenzial ist umso größer, je feinkörniger ein Boden strukturiert ist.
Wenn der Boden langsam austrocknet, steigt das Matrixpotenzial an, bis nur
noch das nicht mobilisierbare „Totwasser“ in den feinsten Poren vorhanden
ist.
− Osmotisches (Lösungs) Potential (-): Arbeit, die aufgebracht werden
muss, um eine bestimmte Menge Wasser durch eine semipermeable Membran
aus der Bodenlösung aufzunehmen.
Es ist von der Menge an gelösten Salzen abhängig. In Trockengebieten kann
das Osmotische Potenzial besonders hoch sein.
− (Gas) Druck Potential (+): Müsste berücksichtigt werden, wenn der
Luftdruck innerhalb des beobachteten Systems Boden-Pflanze nicht gleich
wäre.
Bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 100 % beträgt das Wasserpotential 0
bar. Bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 70 % beträgt es bereits ca. -480
bar.
Wasserpotentialgefälle
Das Wasser fließt entsprechend des Wasserpotentialgefälles vom höheren zum
niedrigeren Potential. Dabei sind folgende Widerstände zu überwinden:
− Boden
− Übergang Boden-Pflanze
− Xylem (Reibung in den Leitungsbahnen)
− Übergang flüssig-gasförmig (großer Widerstand)
− Spaltöffnungen der Blätter
- 21 -
Zusammenfassung zu „Allgemeine Botanik“ (SS 08)
Abbildung 7: Wasserpotentialgefälle
Welkepunkt
Der Welkepunkt kennzeichnet den Austrocknungsgrad eines Bodens.
Er tritt bei einem Wasserpotential (ca. -20 bis -30 bar) auf bei dem die Pflanze dem
Boden kein Wasser mehr entziehen kann. Die Pflanzenwurzeln können bei einer so
geringen Bodenfeuchte keine vergleichbar hohe Saugspannung entwickeln, um das
Wasser aus dem Boden aufzunehmen. In den Leitungsbahnen der Pflanze reißt der
kapillare Wasserstrom von den Wurzeln zu den Blättern ab, es tritt Luft ein. Als Folge
welkt die Pflanze.
5.2
Stofftransport in der Pflanze
Der Stofftransport erfolgt durch die Gefäßbündel der Pflanze, dem Xylem und
Phloem.
Xylem
Phloem
Wasser und darin gelöste anorganische
Assimilate (Zucker, Aminosäuren),
Stoffe
Phytohormone, Ionen
Einbahntransport von der Wurzel zur
Verteilung innerhalb der Pflanze
Sprossspitze
entsprechend ihren Bedürfnissen
Modell zum Xylemtransport
− Evaporation: Verdunstung von Wasser auf unbewachsenem/freiem Land
oder Wasserflächen.
− Transpiration: Verdunstung von Wasser über die Spaltöffnungen in den
Blättern der Pflanzen. Durch das Wasserdampfpotential (es muss keine
weitere Energie aufgewendet werden) wird das Wasser durch die Pflanze
Richtung Spaltöffnungen in den Blättern gesaugt und als Wasserdampf
abgegeben. Es handelt sich um einen Einbahntransport bei dem die Triebkraft
die relative Luftfeuchtigkeit darstellt. Ist die Luft noch nicht vollständig mit
Wasser gesättigt besteht ein Wasserdampfdefizit das ausgeglichen werden will.
Durch die vielen Spaltöffnungen der Blätter entsteht eine große Oberfläche für
den Gasaustausch.
- 22 -
Zusammenfassung zu „Allgemeine Botanik“ (SS 08)
Modell zum Phloemtransport
Abbildung 8: Modell zum Phloemtransport
Durch Osmose wird in das Gefäß auf der linken Seite (Sink, z.B. Wurzel) zum
Konzentrationsausgleich Wasser eingesaugt wodurch der Druck im Gefäß steigt.
Dieser Druck kann über die Röhre entweichen wodurch die Lösung in das Gefäß auf
der rechten Seite (Source, z.B. Blätter und Sprossspitze) strömt.
Beim Phloemtransport erfordern sowohl das Beladen als auch das Entladen der
Siebröhre Energie, als auch stoffwechselaktive Geleitzellen.
Der Stofftransport innerhalb der Pflanze erfolgt im Vergleich zum Tier sehr langsam.
- 23 -
Zusammenfassung zu „Allgemeine Botanik“ (SS 08)
Abbildung 9: Xylem-Transport in der Pflanze
Über den Xylem-Transport (der keinen Kreislauf darstellt) kann die gesamte Pflanze
versorgt werden. Das Wasser gelangt aus der Wurzel (Source, Quelle) zu den Blättern
und der Sprossspitze (Sink, Senke). Aber auch Blätter können als Quelle für
Photosynthese-Produkte und Abbauprodukte fungieren, die wiederum von Blättern,
Spross- und Wurzelspitze als Senke aufgenommen und für das Wachstum genutzt
werden können.
- 24 -
Zusammenfassung zu „Allgemeine Botanik“ (SS 08)
5.3
Ökologische Anpassungen in Bezug zum Wasserhaushalt
Pflanzen, die an besonders trockenen oder feuchten Orten wachsen haben im Lauf
ihrer Entwicklung verschiedene Anpassungen entwickelt.
Xeromorphe Blätter
Xeromorphe Blätter sind an die Trockenheit angepasst (z.B. Oleander,
Tannennadeln). Die Epidermisschichten sind besonders kräftig und dicht. Die
Kutikula ist ebenfalls sehr dick. Die Spaltöffnungen sind in die Epidermis hinein
versenkt. Dadurch können kleiner Polster von feuchter Luft gebildet werden, die es
den Pflanzen ermöglichen ihre Spaltöffnungen ohne Wasserverlust länger geöffnet zu
halten.
Hygromorphe Blätter
Hygromorphe Blätter sind an die Feuchtigkeit angepasst und vergleichsweise dünn.
Die Spaltöffnungen sind hervorgehoben, da der Xylemtransport trotz geringer
Wasserpotentialdifferenz funktionieren soll.
5.4
Guttation
Hydatode
Der Wasserverlust durch Transpiration hat einen passiven Charakter. Pflanzen
können aber geringere Wassermengen auch aktiv ausscheiden. In den
Morgenstunden (hohe Luftfeuchtigkeit) sind häufig an den Blattspitzen oder
Blatträndern Wassertropfen zu beobachten. Diese werden durch Wasserspalten
(Hydatoden) oder Drüsen aktiv ausgeschieden. Man nennt diese Erscheinung
Guttation.
Wurzeldruck
Durch den Wurzeldruck wird Wasser aktiv durch das Xylem gepresst. Das
Xylemparenchym scheidet anorganische Ionen in die Xylemgefäße ab, die osmotisch
Wasser anziehen.
- 25 -
Zusammenfassung zu „Allgemeine Botanik“ (SS 08)
6 Mineralstoffhaushalt, Pflanzenernährung
6.1
Pflanzennährstoffe
Zu den wichtigsten Stoffen im Stoffwechsel der Pflanzen zählen Kohlenstoff,
Wasserstoff und Sauerstoff in Form von CO2 und H2O.
Natrium ist für die Pflanze kein außerordentlich wichtiges Element, zuviel davon ist
eher schädlich.
Makronährstoffe
(Mengenelemente)
Aminosäuren, Proteine,
N
NO3-,
Nukleinsäuren,
NH4+,
Harnstoff Chlorophyll, Alkaloide
(alkalisch reagierende
Sekundärstoff)
P
HPO42Nukleinsäuren,
Nukleotide, ATP,
Phospholipide,
Coenzyme,
Zuckerphosphate,
Phytinsäure (PSpeicher)
S
SO42Aminosäuren, Proteine,
Nicht-HämEisenproteine, Senf-Öle
K
K+
Enzymaktivator,
Osmotisches Potential,
Bewegung der
Spaltöffnungen,
quellungsfördernd
2+
Ca Ca
Membranstabilität,
Zellwand (Einlagerung
von Calciumoxalat),
Vakuole, Calmodulin
(Regulatormolekül),
entquellend
Mg Mg2+
Bestandteil von
Chlorophyll, EnzymCo-Faktor (Mg-ATPKomplexe), Zellwand
Fe
Mikronährstoffe
(Spurenelemente)
Fe2+
Porphyrinverbindungen
(Häm), Nicht-Häm(Fe3+)
Eisen-Verbindungen,
Chlorophyllsynthese
B
HBO3-
RNA-Stoffwechsel,
Blütenbildung,
Wasserhaushalt
Cu
Cu2+
Enzyme
Mn
Mn2+
Enzyme, Photosynthese
(Sauerstoffbildung)
Zn
Zn2+
Enzyme
Mo
MoO42-
Enzyme, StickstoffFixierung, NitratReduktion
Cl
Cl-
Mineralstoffgehalt und Pflanzenalter
Der Mineralstoffgehalt in einer Pflanze verändert sich im Laufe des Lebens.
Kalium wird innerhalb der Pflanze umverteilt und der Gehalt nimmt tendenziell ab.
Mit zunehmendem Alter entstehen vermehrt die Zellwände, die ärmer an
Aminosäuren, d.h. an Stickstoff sind.
Calcium wird hingegen in den Pflanzen angereichert und wird nicht mehr umverteilt.
- 26 -
Zusammenfassung zu „Allgemeine Botanik“ (SS 08)
Abbildung 10: Mineralstoffgehalt und Pflanzenalter
Essentielle und toxische Spurenelemente
− Essentiell: Fe, Cu, Zn, Mn, Mo, Ni, V (Vanadium)
− Toxisch: Hg (Quecksilber), Pb (Blei), Cd (Cadmium), Zn, Cu
Abbildung 11: Wirkung essentieller und toxischer Spurenelemente
Ionenbilanz
Der Anteil an Kationen und Anionen muss insgesamt ausgeglichen sein um einen
neutralen Zustand zu erreichen. Die Pflanze nimmt viel Kalium und Nitrat auf. Das
Nitrat wird durch Stickstoff-Assimilation in Aminogruppen umgewandelt. Um die
nun fehlende negative Ladung auszugleichen wird Malat (Äpfelsäure) bzw. Citrat
(Zitronensäure) synthetisiert.
- 27 -
Zusammenfassung zu „Allgemeine Botanik“ (SS 08)
Abbildung 12: Ionenbilanz der Pflanzen
6.2
Schwermetalle
Schwermetalle in der Umwelt
Pflanzen stehen am Beginn der Nahrungskette. Wenn sie Schwermetalle aufnehmen
werden diese weiter in die Nahrungskette verschleppt. Schwermetalle zeigen bei
Tieren früher eine toxische Wirkung als bei Pflanzen, da sie in den Zellwänden
gebunden werden können.
Die Pflanze kann auf verschiedenen Wegen Schwermetalle aufnehmen. Die
Aufnahme kann über die Pflanzenoberfläche erfolgen oder über den Boden. Im
Boden kann sich bereits geogen Schwermetall befinden, das mobilisiert und über die
Wurzeln aufgenommen werden kann. Die Witterung, die Bodenbearbeitung und der
Boden haben somit Einfluss auf die Schwermetallaufnahme der Pflanzen, die
abhängig von Art und Genotyp unterschiedlich auf diese reagieren können.
Einflussfaktor Boden
− pH-Wert: Ein niedrigerer pH-Wert (saurer Boden) erhöht die
Schwermetallverfügbarkeit, da die meisten Schwermetalle Kationen sind
− Organischer Kohlenstoff und Ton: Ein höherer Gehalt an Humus bzw.
Ton schafft mehr Bindungsstellen für Schwermetalle wodurch weniger in die
Pflanzen gelangen können.
− Kalkgehalt: Je höher der Kalkgehalt desto höher der pH-Wert desto
niedriger die Schwermetallverfügbarkeit.
Transferfaktoren
Die Transferfaktoren F = [Pflanze]/[Boden] sagen etwas über das Verhalten der
Schwermetalle aus (wie sie wirken, bzw. wie sie aufgenommen werden):
− Äußerst unbeweglich (schlechte Aufnahme): Pb, Hg, Co, Cr
− Mäßig beweglich: Ni, Cu
− Gut beweglich (gute Aufnahme, d.h. Anreicherung): Zn, Cd, Tl (Thallium)
Die Schwermetallanteile im Boden sind sehr unterschiedlich, auch abhängig von der
Nutzung des Bodens. Böden in industriell genutzten Gebieten haben höhere
- 28 -
Zusammenfassung zu „Allgemeine Botanik“ (SS 08)
Schwermetallgehalte als städtische oder ländliche Gebiete. Die Mengenangaben
erfolgen in mg/kg bzw. ppm (parts per million).
Cadmium
Die Bleibelastung stellt heute ein geringeres Problem dar als die Cadmiumbelastung,
da es zum einen schlecht von den Pflanzen aufgenommen wird und zum anderen seit
längerer Zeit bleiversetzter Treibstoff (Aufnahme über die Atmosphäre) verboten ist.
Schwermetall-Richtwerte für Lebensmittel geben an mit welchem Gehalt man
normalerweise rechnen muss und ab welchen Grenzwerten von einer Kontamination
gesprochen werden kann.
Nutzpflanzen mit erhöhtem Cadmium-Gehalt
− Gemüse: Spinat, Sellerie (Salat)
− Diätische Nahrungsmittelergänzung: Sonnenblumenkerne, Sesam,
Leinsamen, Mohn, Buchweizen
− Arzneipflanzen: Johanniskraut, Kamille, Schafgarbe, Weidenrinde,
Birkenblätter
− Genussmittel: Tabak, Kakao
6.3
Mineralstoffmangel
Beurteilt wird Mineralstoffmangel durch visuelle Diagnose (z.B. Farbänderung),
Pflanzenanalyse (Vorhandensein der üblichen Mineralstoffgehalte) und
Bodenuntersuchung.
Die Symptome werden durch verschiedene Aspekte beeinflusst wie Witterung,
Bodenverhältnisse, tierische Schädlinge, Pilz-, Bakterien- und Virenerkrankungen
und toxische Mineralstoffeinwirkung.
Wachstumsverzögerung
Generell führt Mineralstoffmangel zur Wachstumsverzögerung.
Ca
K
N
P
Wachstumshemmung
Stengel knicken
Fruchtentwicklung gestört
Junge Blätter
Wachstumsverzögerung
Welke-Tracht (Störung Turgorregelung)
Ältere Blätter
Wachstumshemmung
Starr-Tracht
Hellgrüne Blätter
Anthocyanbildung
Ältere Blätter
Wachstumsverzögerung
Starr-Tracht
Dunkle, blaugrüne Blätter
Ältere Blätter
- 29 -
Zusammenfassung zu „Allgemeine Botanik“ (SS 08)
Chlorose
Bei Eisenmangel ist die Chlorophyllsynthese gestört, d.h. das Blattgrün fehlt. Es ist
auch sortenabhängig wie gut eine Pflanze dem Boden Eisen entziehen kann.
6.4
Nährstoffaufnahme
Pflanzennährstoffe im Boden
− Gelöst im Bodenwasser
− Adsorbiert an Bodenkolloide (Ton-Humus-Komplexe)
− Im Boden festgelegt und nicht verfügbar
Pflanzenverfügbarkeit
− Einfluss der Wurzel
− pH-Wert
Nährstofftransport durch die Wurzel
− Apoplastischer Weg: Die Nährstoffe werden über die Rhizodermis
aufgenommen und zwischen den Wurzelzellen durchgeschleust.
− Symplastischer Weg: Die Nährstoffe werden über die Wurzelhaare
aufgenommen und durch die Zellen über Plasmodesmen weitergegeben.
Rhizosphäre
Die Rhizosphäre ist der von den Pflanzenwurzeln beeinflusste Bodenraum:
− Wurzelatmung (heterotrophe Ernährung)
− Wasser- und Stoffgradient innerhalb der Wurzel
− pH-Verschiebungen in Wurzelnähe durch ungleichmäßige Kationen- und
Anionenaufnahme
− Mykorrhiza
o Oberflächenvergrößerung
o Nährstoffmobilisierung
− Wurzelausscheidungen
o Schleim (Muci-Gel) um Wurzel leichter in Boden zu bringen
o Zerstörte Zellen der Rhizodermis
o Niedermolekulare Stoffe (Zucker, Organische Säuren, Aminosäuren) →
Beeinflussung der Bodenorganismen
Mykorrhiza
Symbiose von Pilzen und Pflanzen, in der ein Pilz mit dem Feinwurzelsystem einer
Pflanze in Kontakt ist. Sie dienen der Oberflächenvergrößerung und helfen bei der
Nährstoffmobilisierung, v.a. dem Aufschluss von Phosphor:
− Ektotrophe: Pilzgeflecht überzieht die Feinwurzeln außen
− Endotrophe: Pilzfäden wachsen in die Zellen hinein
− Vesikulär-Arbuskuläre: Bildung von Arbuskeln, das sind verzweigte, zarte
Hyphen in Bäumchenform innerhalb der Wurzelzellen
6.5
Hemiparasiten, Holoparasiten
Hemiparasiten (z.B. Mistel, Klappertopf, Augentrost) sind parasitische
Blütenpflanzen, die ihren Wirtspflanzen mit Hilfe spezieller Saugorgane
- 30 -
Zusammenfassung zu „Allgemeine Botanik“ (SS 08)
(Haustorien) Wasser und Nährsalze entziehen. Anders als die Holoparasiten
(z.B. Schuppenwurz) haben sie aber die Fähigkeit, Photosynthese zu betreiben, nicht
verloren und können die ihren Wirten entnommenen Stoffe noch selbst zu
organischen Kohlenstoffverbindungen weiterverarbeiten.
- 31 -
Zusammenfassung zu „Allgemeine Botanik“ (SS 08)
7 Primärstoffwechsel
7.1
Übersicht über den Primärstoffwechsel
Der Primärstoffwechsel ist der allgegenwärtige Grundstoffwechsel, der bei Pflanzen
und Tieren weitgehend gleich abläuft.
− Kohlenhydrate:
o Atmungsstoffwechsel
o Photosynthese
− Aminosäurestoffwechsel: Biosynthese der Aminsäuren
− Lipidstoffwechsel:
o Biosynthese
o Beta-Oxidation (Abbau der Fettsäuren)
− Proteinstoffwechsel: Proteinbiosynthese
− DNA-, RNA-Stoffwechsel
Abbildung 13: Überblick über den Stoffwechsel
- 32 -
Zusammenfassung zu „Allgemeine Botanik“ (SS 08)
Energieäquivalent
ATP (Adenosintriphosphat) kann zu ADP + Phosphatrest oder AMP + Pyrophosphat
und Energie abgebaut werden.
Reduktionsäquivalent
NADH/NAD (Nikotinsäureamid-Adenin-Dinukleotid) überträgt Hydrid-Ionen (2
Elektronen, 1 Proton)
Atmungsstoffwechsel
− Glykolyse: Glukose zu Pyruvat
− Citrat-Zyklus: Das beim Abbau von Fetten, Zuckern und Aminosäuren als
Zwischenprodukt entstehende Acetyl-CoA wird darin unter Freisetzung von
Kohlenstoffdioxid (CO2) und Wasser (H2O) zur direkten und indirekten
Erzeugung von biochemisch für den Organismus verfügbarer Energie genutzt.
− Endatmung: Es werden die durch NADH, FMNH2 und FADH2 angelieferten
Reduktionsäquivalente mit Hilfe einer Reihe von Redoxvorgängen, die an der
inneren Mitochondrienmembran ablaufen, dazu genutzt, aus ADP und
Phosphat die universelle „Energiewährung“ der Zelle, ATP, zu synthetisieren.
Abbildung 14: Atmungsstoffwechsel
Oxidativer Pentosephosphat-Zyklus
Glucose wird oxidativ unter Gewinn von NADPH Ribose-5-Phosphat gebildet, das in
Metaboliten der Glykolyse umgewandelt werden kann, oder als Grundbaustein für
die Biosynthese von Nukleotiden dient:
− Abbau von Glukose
− Bildung von CO2 und NADPH
− Bereitstellung von Zwischenprodukten der Glykolyse
- 33 -
Zusammenfassung zu „Allgemeine Botanik“ (SS 08)
Abbildung 15: Pentosephosphatweg
Abbildung 16: Überblick über den Primärstoffwechsel
7.2
Pflanzliche Kohlenhydrate
Monosaccharide
− Glucose (Traubenzucker)
− Fructose (Fruchtzucker)
Oligosaccharide
− Maltose (Malzzucker)
− Saccharose (Rohrzucker)
− Cellobiose
- 34 -
Zusammenfassung zu „Allgemeine Botanik“ (SS 08)
− Raffinose
Polysaccharide
Gerüstsubstanzen
− Cellulose
− Pektine
− Chitin
− Agar-Agar
− Carrageen
Reservestoffe
− Stärke
− Glycogen
− Inulin
7.3
Pflanzliche Lipide
Fettsäuren
In den Blättern von Pflanzen.
− Stearinsäure 18:0
− Linolsäure 18:2 (9, 12) → essentiell
− Linolensäure 18:3 (9, 12, 15) → essentiell
Triacylglycerine (Neutralfette)
Die 3 OH-Gruppen des Glycerins sind mit Fettsäuren verestert → Speicherstoffe in
Samen
Esterwachse
Ester von Fettsäuren und aliphatischen Fettalkoholen → Cuticularwachse
Membranlipide
− Phospholipide: Glycerin, 2 Fettsäuren, Phosphat + Alkohol
− Glykolipide → Chloroplastenmembranen
7.4
Pflanzliche Proteine
Speicherproteine
− Albumine: wasserlöslich, schwefelreich
− Globuline: in Salzlösungen löslich
− Gluteline: in Säuren oder Basen löslich → in Reis, Getreide
− Prolamine: in 60-80 %igem Alkohol löslich → Kleberproteine der
Getreidekörner, d.h. in Reis, Getreide
Lectine
Glykoproteine, die die Proteinbiosynthese blockieren → Fraßschutz
- 35 -
Zusammenfassung zu „Allgemeine Botanik“ (SS 08)
7.5
Gärung
Alkoholische Gärung
Glukose → Pyruvat → Ethanol (ATP-Gewinn, CO2-Abgabe)
Milchsäure Gärung
Glukose → Pyruvat → Milchsäure (ATP-Gewinn)
7.6
Photosynthese
7.6.1 Photosynthese: der C3-Weg
Chlorophyll
Porphyrin (4 Pyrrolringe, hydrophil und gefärbt) über eine Esterbindung mit Phytol
(lipophil und ungefärbt) verbunden.
Lichtreaktion
Produktion von ATP und NADPH (Elektronen und H+ Transport durch die
Membranen).
Abbildung 17: Lichtreaktion
Dunkelreaktion
Calvin-Zyklus: Synthese der Zucker
- 36 -
Zusammenfassung zu „Allgemeine Botanik“ (SS 08)
Abbildung 18: Dunkelreaktion
7.6.2 Lichtatmung – Photorespiration
RubP (C5) + O2 → Phosphoglycerinsäure PGS (C3) + P-Glycolat (C2) durch Rubisco
im Chloroplast
Recycling: 2 Glycolat → Glycerat + 2 CO2
Unter Beteiligung von Chloroplast, Peroxysom und Mitochondrien und des Glycinund Serin-Stoffwechsels.
- 37 -
Zusammenfassung zu „Allgemeine Botanik“ (SS 08)
7.6.3 Ökologie der Photosynthese
Ausnutzung der Lichtenergie
Abbildung 19: Ausnutzung der Lichtenergie
Einflussfaktoren der Photosyntheseleistung
– Licht: Intensität, Wellenlänge
– Wasser: Die benötigte Menge ist gering, bei Wassermangel kommt es aber zu
Verschluss der Stomata und damit zu einem reduzierten Gasaustausch.
– CO2-Konzentration der Luft (0,03-0,1 %)
– Temperatur:
o Optimum für C3: 20-30 °C, im Schatten: 10-20 °C
o Optimum für C4: auch über 30 °C
– Mineralstoffversorgung: Quellungszustand, Enzymfunktion (Mn, Fe), PMg-Versorgung
– Entwicklungszustand
Lichtkompensationspunkt
Der Lichtkompensationspunkt der Pflanzen gibt an, ab welcher Beleuchtungsstärke
(Photonenfluss) das durch den Calvinzyklus fixierte Kohlenstoffdioxid und das bei
der Atmung ausgeschiedene Kohlenstoffdioxid gerade gleich sind. Ab diesem Punkt
findet eine C-Nettofixierung statt, die Pflanze ist in der Lage, Kohlenhydrate
aufzubauen.
Lichtsättigung
Das Maximum der Photosyntheseleistung von Pflanzen.
- 38 -
Zusammenfassung zu „Allgemeine Botanik“ (SS 08)
Abbildung 20: Lichtabhängigkeit der Photosynthese
7.6.4 Photosynthese: der C4-Weg
C4-Pflanzen sind an subtropische Bedingungen angepasst. Bei der Lichtatmung ist
das erste Produkt Malat statt Phosphoglycerinsäure.
Mais ist eine typische C4-Pflanze. Im Blatt gibt es Bündelscheiden-Zellen. Das CO2
wird vorfixiert (doppelte Fixierung des CO2).
Vorteile:
– Höhere Wachstumsraten
– Weniger Lichtatmung
– Höhere Temperaturen
– Höhere Lichtsättigung
– Bessere Wassernutzung
7.7
Stickstoff-Stoffwechsel
Nitrat ist ein wichtiger Pflanzennährstoff (Dünger). Er ist gut wasserlöslich und im
Boden leicht mobil. Nitrat kann von Pflanzen angereichert werden. Belastungen
entstehen meist im Zusammenhang mit Intensiv-Landwirtschaft.
7.7.1 Nitrat-Assimilation
Nitratreduktase
NADH
Nitrat ⎯⎯⎯
→ Nitrit
Nitritreduktase
FD
Nitrit ⎯⎯
→ Nitrat
7.7.2 Ammonium-Assimilation
Glutaminsynthetase
ATP
→ Glutamin
Glutaminsäure + Ammoniak ⎯⎯⎯
- 39 -
Zusammenfassung zu „Allgemeine Botanik“ (SS 08)
Glutamin-Oxoglutarat-Transferase (GOGAT)
NADH
→ 2 Glutaminsäure
Glutamin + 2-Oxoglutarat ⎯⎯⎯
Transaminierung
Übertragung der Aminogruppe von einer α-Aminosäure auf eine α-Oxosäure.
7.7.3 Luftstickstoff-Assimilation
Luftstickstoff-Assimilation: Nitrogenase
Umwandlung von Stickstoff in Ammoniak durch Nitrogenase (Mo-Fe-Enzym). Wird
nur von freilebenden oder in Symbiose lebenden Mikroorganismen durchgeführt.
Wurzelknöllchen (Knöllchenbakterien, Rhizobien)
Rhizobien besitzen die Fähigkeit, elementaren, molekularen Stickstoff zu binden, also
zu reduzieren und in Verbindungen zu überführen und damit biologisch verfügbar zu
machen. Dies ist ihnen jedoch nur in der Symbiose mit Pflanzen möglich.
7.7.4 Stickstoff-Kreislauf
N-Assimilation in Pflanzen
Stickstoff bzw. Nitrat → Ammonium → Aminosäuren bzw. Ammonium
N-Verbindungen in den Tieren
Aminosäuren → Harnstoff
Nitrifikation
Ammoniak ↔ Ammonium → Nitrit → Nitrat
Denitrifikation
Nitrat → Distickstoffmonoxoid, Stickstoff
- 40 -
Zusammenfassung zu „Allgemeine Botanik“ (SS 08)
7.7.5 Nitratanreicherung und Nitrosaminbildung
Abbildung 21: Nitratanreicherung und Nitrosaminbildung
7.8
Schwefel-Stoffwechsel, Sulfat-Assimilation
Dritte primäre Syntheseleistung der Pflanzen (auch bei Bakterien und Pilzen).
Sulfat → Sulfit → Sulfid → Cystein
- 41 -
Zusammenfassung zu „Allgemeine Botanik“ (SS 08)
8 Sekundärstoffwechsel
8.1
Unterschied Primär - Sekundärstoffwechsel
Unter Primärstoffwechsel werden jene Biosynthesewege zusammengefasst, deren
Produkte für das Überleben der Zellen notwendig sind.
Unter Sekundärstoffwechsel versteht man solche, die nur in ganz bestimmten, meist
ausdifferenzierten Zellen vorkommen, deren Produkte für die Zelle selbst entbehrlich
sind, die aber für den Organismus als Ganzes nützlich sein können (z.B.
Blütenfarbstoffe, Blütenduftstoffe, Festigungselemente). Dabei sind die Grenzen
fließend, denn weder gibt es die typische Zelle, noch ist in vielen Fällen klar, weshalb
eine bestimmte Substanz tatsächlich gebildet wird.
8.2
Sinn und Zweck von Sekundärstoffen
–
–
–
–
Müll
Lockstoffe (Farbe/Geruch)
Abwehrstoffe gegen Pflanzenfresser (Geruch, Geschmack, Giftwirkung)
Abwehr von Pathogenen (Viren, Bakterien, Pilze)
o konstitutive Resistenz
o induzierte Resistenz
– Allelopathie
– Transpirationsschutz
8.3
Primäre Stoffwechselprodukte
– Kohlenhydrate
o Monosaccharide (z.B. Glucose, Fructose, Mannitol, Sorbitol)
o Oligosaccharide (z.B. Lactose, Saccharose, Honig)
o Polysaccharide (z.B. Stärke, Zellulose)
o Pflanzenschleime (z.B. Eibischwurzel, Leinsamen): Inhaltsstoffe, die
ohne äußere Reize gebildet werden und der Pflanze als
Kohlenhydratreserve, Wasserspeicher und Schutzkolloid dienen.
Gemische aus mehreren Polysacchariden. Rohmaterial sind andere
Reserve- oder Gerüstpolysaccharide. Schleime geben mit Wasser
viskose Lösungen oder Gele.
– Fettsäuren und Fettsäureester (z.B. Olivenöl, Mandelöl)
– Aminosäuren, Peptide, Proteine (z.B. Gelatine, Catgut)
8.4
Sekundäre Stoffwechselprodukte
– Phenylpropane (C9) (Shikimat-Weg)
o Flavonoide
o Cumarine (beim Trocknen von Pflanzen gebildeter Duftstoff, z.B.
Heugeruch)
– Isoprenoide
o Ätherische Öle
− Lysigene Ölbehälter: Durch Auflösung von Zellen
− Schizogene Ölbehälter: Auseinanderweichen von Zellkomplexen
− Ölzellen: Öl durch Suberinlamelle abgeschlossen
− Hautdrüsen: Abgabe nach außen und Ansammlung zwischen
- 42 -
Zusammenfassung zu „Allgemeine Botanik“ (SS 08)
Kutikula und Zellwand
o Bitterstoffe
o Harze und Balsame
o Steroide
– Polyketide (Aus Acetyl-CoA)
o Flavonoide → Mariendistelfrüchte
o Phloroglucin
– Alkaloide: Stickstoffhältige, meist basische, heterocyklische Naturstoffe. In
den Pflanzen meist in Form ihrer Salze in den Vakuolen gelöst. Ablagerung
und Akkumulation in bestimmten Stellen in der Pflanze, die nicht unbedingt
Ort der Synthese sein müssen.
o Alkaloide vom Phenylalanin-Typ → Paprika, Opium
o Alkaloide vom Tryptophan-Typ → Chinarinde
o Alkaloide vom Ornithin-Typ
Isoprenoide/Terpenoide
Polymerisation aus Isopreneinheiten (C5)
− DOXP-Weg (Plastiden): Pyruvat → DOXP
o Monoterpene (C10) → Pfefferminzöl (Menthol, Menthon)
o Diterpene (C20)
ƒ ⇒ Chlorophyll
ƒ ⇒ Tocopherol (Vitamin E)
o Tetraterpene (C40)
ƒ ⇒ Karotenoide → β-Carotin (Vitamin A Vorstufe)
− Mevalonat-Weg (Zytoplasma): Pyruvat → Acetyl-CoA → Mevalonat
o Sesquiterpene (C15) → Kamillenblüten (Bisabolol)
o Triterpene (C30) → Fingerhut (Digitoxigenin)
ƒ ⇒ Steroide (C27)
o Polyterpene (n×C5) → Kautschuk
Monoterpene
Sesquiterpene
Diterpene
Triterpene
Tetraterpene
Polyterpene
IsoprenEinheiten
2
3
4
6
8
n
C-Atome
10
15
20
30
40
n×5
Bedeutung
Ätherische Öle, Bitterstoffe
Ätherische Öle, Bitterstoffe
Balsame, Harze, Vitamin A
Saponine, Steroide, Wachse, Harze
Carotinoide
Kautschuk
- 43 -
Zusammenfassung zu „Allgemeine Botanik“ (SS 08)
Isoprenstoffwechsel
Der Mevalonat-Weg (über Acetyl-CoA) findet im Zytoplasma statt.
Der DOXP-Weg findet in den Plastiden statt.
= DOXP
Monoterpene
Pyruvat
Sesquiterpene
Mevalonat
Abbildung 22: Isoprenstoffwechsel
- 44 -
Zusammenfassung zu „Allgemeine Botanik“ (SS 08)
Shikimat-Weg
Der Shikimatweg (Ablauf in den Chloroplasten/Plastiden) spielt eine Rolle im
Proteinaufbau der Pflanzen und in der Biosynthese der Cumarine und Flavonoide.
Abbildung 23: Shikimatweg
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9 Licht
Phototaxis
Lichtinduzierte (positiv oder negativ) freie Ortsbewegung ein- oder wenigzelliger
Organismen.
Phototropismus
Ein zur Lichtquelle hin gerichtetes Wachstum, das für vielzellige Pflanzen typisch ist.
Photomorphogenese
Lichtinduzierte Steuerung von Wachstum und Differenzierung der Pflanzen.
Ein Überangebot an Licht, z.B. eine starke UV-Strahlung im Hochgebirge, führt zu
drastisch reduziertem Streckungswachstum der Internodien, zu einer Verkleinerung
der assimilierenden Oberfläche, vielfach zu starker Anthocyanbildung und meist zu
intensiver gefärbten Blüten.
Die Mehrzahl der photomorphogenen Prozesse von Landpflanzen wird durch
hellrotes Licht und einen Wechsel zwischen hellrotem (λ = 660 nm) und
dunkelrotem (λ = 730 nm) gesteuert. Der zugehörige Rezeptor ist das Phytochrom,
ein Protein-Chromophor-Komplex, der in (mindestens) zwei Zustandsformen
vorliegen kann, die durch Belichtung reversibel von einem in den anderen überführt
werden können.
Durch indirekte Immunfluoreszenz ließ sich Phytochrom im Plasma der Zellen, im
Zellkern und den Plastiden lokalisieren. Es ist nicht in allen Zellen in gleicher Menge
enthalten. Man findet es z.B. in der Epidermis ausschließlich in den Schließzellen.
Photoperiodismus
Die Eigenschaft der Pflanzen die Länge von Lichtperioden zu messen.
Nicht die Tageslänge (Lichtphase), sondern vielmehr die Dunkelphase ist für die
Zeitmessung und eine Blühinduktion entscheidend. Eine minimale Lichtphase wird
allein schon zur Produktion ausreichender Assimilatmengen benötigt. Die
Dunkelphase kann sowohl einen fördernden als auch einen hemmenden Einfluss auf
die Blütenbildung ausüben. Beide Effekte können durch ein permanentes
Schwachlicht aufgehoben werden.
Auch der Photoperiodismus steht unter der Kontrolle des Phytochromsystems.
Mit dem Beginn einer Lichtperiode setzt eine physiologische Aktivität ein, die
photophile Phase beginnt. Nach einer gewissen Anzahl von Stunden wirkt jede
weitere Lichtzufuhr auf die pflanzliche Entwicklung hemmend. Die Pflanze tritt in
ihre skotophile (dunkelheitsliebende) Phase ein.
Etiolement
Im Dunkeln kultivierte Keimlinge zeichnen sich in der Regel durch intensives
Streckungswachstum aus. Die Internodien rücken unverhältnismäßig weit
auseinander, Blattanlagen werden gebildet, doch eine Ausdifferenzierung zu
Blattspreiten unterbleibt. Die Sprosse sind gelblich, da fast kein Chlorophyll entsteht.
Die durch Lichtmangel gestörte Entwicklung wird Etiolement genannt, die Pflanzen
sind etioliert.
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10 Hormone
10.1 Begriffsklärung Hormonkonzept
Das Hormonkonzept aus dem Tierreich kann nicht einfach auf die Pflanzen
übertragen werden:
– Im pflanzlichen Organismus gibt es kein so effizientes Stoff- und
Informationstransportsystem wie den Blutkreislauf
– Kein Hormon isoliert, das allen genannten Kriterien gerecht wird
– In Pflanzen gibt es kein zentrales Kontrollorgan, das wie das
Zentralnervensystem der Tiere sämtliche physiologischen Aktivitäten
integriert und koordiniert
Dennoch gibt es auch bei Pflanzen ein geregeltes Wachstum, klar determinierte
Differenzierungsschritte, unterschiedliche Stoffumsatzraten in Zellen und –
zumindest in Grenzen – eine Kommunikation der Zellen untereinander. Zwar stört
dabei die Zellwand, doch ist sie in regelmäßigen Abständen durchbrochen, so dass
ein Materialaustausch zwischen benachbarten Zellen gewährleistet ist.
Phytohormone sind ausnahmslos kleine Moleküle.
Ausbreitung im Gewebe:
– von Zelle zu Zelle (z.B. beim Auxin)
– über Leitbündel (z.B. bei Cytokininen)
– über den interzellulären Gasraum (Interzellularen) (z.B. Äthylen)
10.2 Auxine
Gruppe von natürlichen und synthetischen Wachstumsregulatoren mit multipler
Wirkung auf Wachstums- und Differenzierungsprozesse bei höheren Pflanzen. In
niederer Konzentration fördern sie das Streckungswachstum von Koleoptilen, der
Sprossachsen und der Wurzel. In hohen Konzentrationen werden Wurzel- und
Sprosswachstum gehemmt.
10.3 Cytokinine
Im Gegensatz zu einer Auxin-Wirkung wird nicht das Streckungs- sondern das
Teilungswachstum von Geweben gefördert.
10.4 Gibberelline
Die Pflanzen wachsen extrem schnell, sehen spindelförmig und bleich aus und
knicken wegen mangelnder Standfestigkeit leicht ab.
Durch die Gibberellin-Wirkung wird vornehmlich das Streckungs- und nicht das
Teilungswachstum gefördert.
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10.5 Abscisinsäure
Die Abscisinsäure (ABA) ist mit einer Substanz identisch, die in verholzten
mehrjährigen Pflanzen Knospenruhe bewirkt und daher zunächst als Dormin
beschrieben wurde. In Ahorn- und Birkenknospen führt ein Wechsel von Langtag- zu
Kurztagbedingungen zu einem merklichen Anstieg der Dormin-(=ABA)-Aktivität, mit
der Folge, dass das Knospenwachstum zur Ruhe kommt.
10.6 Jasmonate
Jasmonsäure und ihr Methylester sind in Pflanzen ubiquitär, sie besitzen
Hormoneigenschaften, sind an der Regulation des Pflanzenwachstums und der
Pflanzenentwicklung beteiligt, und sie scheinen an der Blattseneszenz (Folgen des
Alterns) und bei
den Abwehrmechanismen gegenüber Pilzen mitzuwirken.
10.7 Ethen (Ethylen, Äthylen)
Es wird von Pflanzen ausgehend von der Aminosäure Methionin synthetisiert,
teilweise stimuliert durch das Phytohormon Auxin. Als Hormon beeinflusst es das
Keimwachstum und die Seneszenz bei Pflanzen. Es bewirkt die Fruchtreifung, die
Entwicklung der Blüten, den Abwurf der Blätter im Herbst sowie das Absterben von
Pflanzenteilen. Als gasförmigen Stoff findet man Ethen dabei vor allen in den
Räumen zwischen den Zellen, den Interzellularen.
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11 Pflanzensystematik
Samenpflanzen
(Spermatophyta)
Nacktsamige Samenpflanzen
(Gymnospermae)
Samen zwischen Samenschuppen
z.B. Nadelhölzer
Bedecktsamige Samenpflanzen
(Angiospermae)
Samen in Frucht eingeschlossen
Einkeimblättrige
(Monocotyledonae)
z.B. Grasartige, Lilienartige, Palmen
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Zweikeimblättrige
(Dicotyledonae)
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Inhaltsverzeichnis
1
2
3
4
5
6
7
Erste Begriffe zur Morphologie höherer Pflanzen.................................................. 2
Die Bereiche des Lebens ......................................................................................... 4
2.1
Prokaryota – Eukaryota................................................................................... 4
2.2
Pflanze – Pilze – Tiere ..................................................................................... 5
Zytologie .................................................................................................................. 6
3.1
Biomembran .................................................................................................... 6
3.2
Pflanzliche Zellwand ........................................................................................ 7
3.3
Vakuole............................................................................................................. 7
3.4
Plastiden........................................................................................................... 8
3.5
Pflanzliche Microbodies................................................................................... 9
3.6
Zellkern: Umsetzung der genetischen Information ...................................... 10
3.7
Totipotenz, Differenzierung .......................................................................... 10
3.8
Polyploidie ..................................................................................................... 10
Anatomie und Histologie .......................................................................................12
4.1
Zelltypen .........................................................................................................12
4.2
Meristeme .......................................................................................................12
4.3
Parenchyme ....................................................................................................12
4.4
Abschlussgewebe ............................................................................................13
4.5
Festigungsgewebe ...........................................................................................14
4.6
Gefäßbündel (Leitbündel, Leitgewebe) ..........................................................15
4.7
Laubblatt – Schichtbau...................................................................................15
4.8
Aufbau der Sprossachse..................................................................................16
4.9
Aufbau der Wurzel ..........................................................................................17
Wasserhaushalt .....................................................................................................20
5.1
Wasserpotential ..............................................................................................21
Stofftransport in der Pflanze ......................................................................... 22
5.2
5.3
Ökologische Anpassungen in Bezug zum Wasserhaushalt ........................... 25
5.4
Guttation ........................................................................................................ 25
Mineralstoffhaushalt, Pflanzenernährung............................................................ 26
6.1
Pflanzennährstoffe......................................................................................... 26
6.2
Schwermetalle................................................................................................ 28
6.3
Mineralstoffmangel........................................................................................ 29
6.4
Nährstoffaufnahme........................................................................................ 30
6.5
Hemiparasiten, Holoparasiten ...................................................................... 30
Primärstoffwechsel................................................................................................ 32
7.1
Übersicht über den Primärstoffwechsel ........................................................ 32
7.2
Pflanzliche Kohlenhydrate............................................................................. 34
7.3
Pflanzliche Lipide .......................................................................................... 35
7.4
Pflanzliche Proteine ....................................................................................... 35
7.5
Gärung............................................................................................................ 36
7.6
Photosynthese ................................................................................................ 36
7.6.1 Photosynthese: der C3-Weg ......................................................................... 36
7.6.2 Lichtatmung – Photorespiration ................................................................. 37
7.6.3 Ökologie der Photosynthese......................................................................... 38
7.6.4 Photosynthese: der C4-Weg......................................................................... 39
7.7
Stickstoff-Stoffwechsel .................................................................................. 39
7.7.1 Nitrat-Assimilation ....................................................................................... 39
7.7.2 Ammonium-Assimilation............................................................................. 39
7.7.3 Luftstickstoff-Assimilation...........................................................................40
7.7.4 Stickstoff-Kreislauf .......................................................................................40
7.7.5 Nitratanreicherung und Nitrosaminbildung ................................................41
7.8
Schwefel-Stoffwechsel, Sulfat-Assimilation...................................................41
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Zusammenfassung zu „Allgemeine Botanik“ (SS 08)
8
Sekundärstoffwechsel ........................................................................................... 42
8.1
Unterschied Primär - Sekundärstoffwechsel ................................................ 42
8.2
Sinn und Zweck von Sekundärstoffen........................................................... 42
8.3
Primäre Stoffwechselprodukte ...................................................................... 42
8.4
Sekundäre Stoffwechselprodukte .................................................................. 42
9 Licht....................................................................................................................... 46
10
Hormone............................................................................................................ 47
10.1 Begriffsklärung Hormonkonzept................................................................... 47
10.2 Auxine ............................................................................................................ 47
10.3 Cytokinine ...................................................................................................... 47
10.4 Gibberelline.................................................................................................... 47
10.5 Abscisinsäure ................................................................................................. 48
10.6 Jasmonate ...................................................................................................... 48
10.7 Ethen (Ethylen, Äthylen) ............................................................................... 48
11 Pflanzensystematik ............................................................................................... 49
Quellverzeichnis
– Lehrveranstaltungs-Unterlagen zu „Allgemeine Botanik“ von Ch. Franz
– Wikipedia: http://de.wikipedia.org/
– Leistner, Breckle: „Pharmazeutische Biologie – Grundlagen und Systematik“,
6. Auflage, WBG
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