Pflanzenaufbau und Funktionsweise PDF

Basismodul Pflanze AUFBAU UND FUNKTIONSWEISE VON PFLANZEN P r o f. D r. a g r. h a b i l. H a r a l d L a s e r  Aufbau und Funktionsweise von Pflanzen 2 3 Aufbau und Funktionen von Pflanzenorganen 3.1...

Basismodul Pflanze AUFBAU UND FUNKTIONSWEISE VON PFLANZEN P r o f. D r. a g r. h a b i l. H a r a l d L a s e r  Aufbau und Funktionsweise von Pflanzen 2 3 Aufbau und Funktionen von Pflanzenorganen 3.1 Gewebearten Basismodul Pflanze Aufbau und Funktionsweise von Pflanzen  Übungsfragen zur letzten Stunde 3 1. Sind Enzyme das Gleiche wie Hormone? Phytohormon Bakterien-Enzym (Beispiel Cellulase) (Beispiel Auxin Indol-3-Essigsäure) Basismodul Pflanze Aufbau und Funktionsweise von Pflanzen  Übungsfragen zur letzten Stunde 4 2. Aus welchen Bausteinen bestehen Fette? 3 Fettsäuremoleküle über Esterbindungen mit Glycerin verbunden Basismodul Pflanze Aufbau und Funktionsweise von Pflanzen  Gliederung 5 1. Einführung in die Nutzpflanzenbiologie 2. Die Zelle und ihre Funktionen 2.1 Zellformen, Zellgrößen, Bauplan 2.2 Pflanzen-Zellwand 2.3 Plasmalemma und Endomembransystem 2.3.1 Membranen 2.3.2 Plasmalemma 2.3.3 Unterteilung in Kompartimente durch Membranen 2.4 Zellkern und Reproduktion 2.5 Zellinhaltsstoffe 2.6 Zellstoffwechsel und interzellulärer Stoffaustausch 3. Aufbau und Funktionen von Pflanzenorganen 3.1 Gewebearten 3.2 Blatt 3.3 Sprossachse 3.4 Wurzel 3.5 Blüten, Samen, Früchte Basismodul Pflanze Aufbau und Funktionsweise von Pflanzen Erdnuss (Arachis hypogea) einjährig bis 50 cm Höhe 6 3. Aufbau und Funktionen von Pflanzenorganen 7  Nutzpflanzen gehören zu den Kormophyten  Kormophyten sind die Farnpflanzen und die Samenpflanzen  Der Kormus ist unterteilt in 3 Grundorgane : Achse Blatt Wurzel  Jeweils gebildet von Zellen, die in Gewebesystemen organisiert sind Basismodul Pflanze Aufbau und Funktionsweise von Pflanzen  Gewebetypen im Laufe der Pflanzenentwicklung 8  Meristeme (embryonale Gewebe)  sind undifferenziert (Stammzellen)  dünnwandige, plasmareiche Zellen mit großem Zellkern und Proplastiden  zur Teilung fähig  Wachstum  Dauergewebe (ausdifferenzierte Gewebe)  haben unterschiedliche Funktionen und behalten diese in der Regel  Teilungsinaktiv  Funktionen der Pflanzenteile Basismodul Pflanze Aufbau und Funktionsweise von Pflanzen  Gewebetypen im Laufe der Pflanzenentwicklung 9  Meristeme (embryonale Gewebe)  sind undifferenziert (Stammzellen)  dünnwandige, plasmareiche Zellen mit großem Zellkern und Proplastiden  zur Teilung fähig  Dauergewebe (ausdifferenzierte Gewebe)  haben unterschiedliche Funktionen und behalten diese in der Regel  teilungsinaktiv Basismodul Pflanze Aufbau und Funktionsweise von Pflanzen  Meristeme 10 Meristemgewebe im Vegetationskegel von Rapspflanzen Meristemgewebe für Dickenwachstum Basismodul Pflanze Aufbau und Funktionsweise von Pflanzen  Meristeme 11  Stammzellen Phytohormone Basismodul Pflanze Aufbau und Funktionsweise von Pflanzen  Meristeme  apikale Meristeme  Lateralmeristeme  Interkalare Meristeme Basismodul Pflanze 12 Aufbau und Funktionsweise von Pflanzen  Gewebetypen im Laufe der Pflanzenentwicklung 13  Meristeme („embryonale“ Gewebe)  sind undifferenziert (=Stammzellen)  dünnwandige, plasmareiche Zellen mit großem Zellkern und Proplastiden  zur Teilung fähig  Dauergewebe (ausdifferenzierte Gewebe)  haben unterschiedliche Funktionen und behalten diese in der Regel  teilungsinaktiv Basismodul Pflanze Aufbau und Funktionsweise von Pflanzen  Gewebekultur aus Meristem 14  Meristeme = Gewebe aus Stammzellen  In Nährmedien und gezieltem Einsatz von Phytohormonen können alle Pflanzenteile erzeugt werden Basismodul Pflanze Aufbau und Funktionsweise von Pflanzen Entwicklung verschiedener Pflanzenorgane aus Meristemzellen in Abhängigkeit von der Dosierung zweier Phytohormone 15 Phytohormon 1: Phytohormon 2: Quelle: HESS (2004) Basismodul Pflanze Aufbau und Funktionsweise von Pflanzen Basismodul Pflanze 16 Aufbau und Funktionsweise von Pflanzen  Meristeme 1 17 apikale Meristeme  Bildungsgewebe an der Spitze von Sprossachse und Wurzel  liefern Zellen für die Bildung aller Gewebe, aus denen sich der primäre Pflanzenkörper formt  Primäres Wachstum RAM= Root-Apical  Pflanzenkörper -Meristeme Apikales Meristem Blattanlage SAM= Spross-Apikal-Meristem Vegetationskegel des Weizens  Meristeme 2 18 Lateralmeristeme  verlaufen parallel zu den Seiten von Sprossachse und Wurzel  liefern Zellen für das sekundäre Dickenwachstum  das sekundäre Dickenwachstum bewirkt eine Umfangserweiterung von Sprossachse und Wurzel Basismodul Pflanze Aufbau und Funktionsweise von Pflanzen  Quelle: KADEREIT et al. (2014). Strasburger – Lehrbuch der Pflanzenwissenschaften Basismodul Pflanze 19 Aufbau und Funktionsweise von Pflanzen Basismodul Pflanze 20 Aufbau und Funktionsweise von Pflanzen  Meristeme 3 21 Interkalare Meristeme  Wachstumszonen z.B. an den Halmknoten (=Nodien) der Gräser interkalare Meristeme  Streckungswachstum der Internodien (Schossen)  Bei Getreide (= Gräser) für die Wiederaufrichtung umgeknickter Halme bedeutsam Basismodul Pflanze „Goose Neck“ durch Diabrotica Basismodul Pflanze 22 Aufbau und Funktionsweise von Pflanzen  Meristemgewebe in einer Pflanzenknospe (Löwenmäulchen) 23 Basismodul Pflanze Aufbau und Funktionsweise von Pflanzen  Warum überwintern Tannen besser als Palmen? Tanne Palme 24  Meristeme 25  apikale Meristeme  Lateralmeristeme  Interkalare Meristeme interkalare Meristeme  Gewebetypen im Laufe der Pflanzenentwicklung 26  Meristeme (embryonale Gewebe)  sind undifferenziert (Stammzellen)  dünnwandige, plasmareiche Zellen mit großem Zellkern und Proplastiden  zur Teilung fähig  Dauergewebe (ausdifferenzierte Gewebe)  haben unterschiedliche Funktionen und behalten diese in der Regel  teilungsinaktiv Basismodul Pflanze Aufbau und Funktionsweise von Pflanzen  Dauergewebe 27  Abschlussgewebesystem: Schutzgewebe an der Oberfläche aller Pflanzenteile sowie weitere organspezifische Aufgaben  Leitgewebesystem: Durchzieht gesamte Pflanze und hat Transport- und Stützfunktion  Grundgewebesystem: am wenigsten spezialisiertes Gewebe, großer Volumenanteil entfällt auf Interzellularraum Basismodul Pflanze Aufbau und Funktionsweise von Pflanzen  Dauergewebe 28  Abschlussgewebesystem: Schutzgewebe an der Oberfläche aller Pflanzenteile sowie, weitere organspezifische Aufgaben.  Leitgewebesystem: Durchzieht gesamte Pflanze und hat Transport- und Stützfunktion  Grundgewebesystem: am wenigsten spezialisiertes Gewebe, großer Volumenanteil entfällt auf Interzellularraum Basismodul Pflanze Aufbau und Funktionsweise von Pflanzen  Grundgewebearten Grundgewebe Parenchyme Collenchyme Sclerenchyme Stoffwechselprozesse Festigungsgewebe 1. Speicherparenchym 2. Hydrenchym 3. Aerenchym 4. Chlorenchym Basismodul Pflanze 29 Aufbau und Funktionsweise von Pflanzen  Grundgewebearten Grundgewebe Parenchyme Collenchyme Sclerenchyme Stoffwechselprozesse Festigungsgewebe 1. Speicherparenchym 2. Hydrenchym 3. Aerenchym 4. Chlorenchym Basismodul Pflanze 30 Aufbau und Funktionsweise von Pflanzen  Parenchym 31 Kann unterschieden werden in 4 Typen: 1. Speicherparenchym:  in „fleischigen“ Speicherorganen wie Knollen, Zwiebeln 2. Hydrenchym:  Wasserspeicherung in extrem großen Vakuolen wie bei Kakteen (Sukkulenz) Basismodul Pflanze Aufbau und Funktionsweise von Pflanzen  Parenchym 32 3. Aerenchym:  Durchlüftungsgewebe  starke Entwicklung des Interzellularensystems ~ 70% Aufbau und Funktionsweise von Pflanzen  Parenchym 33 3. Aerenchym von Binsenarten Basismodul Pflanze Aufbau und Funktionsweise von Pflanzen  Parenchym 34 4. Chlorenchym = Assimilationsparenchym:  chloroplastenreiches Gewebe vor allem in Blättern Basismodul Pflanze Aufbau und Funktionsweise von Pflanzen  Grundgewebearten Grundgewebe Parenchyme Collenchyme Sclerenchyme Stoffwechselprozesse Festigungsgewebe 1. Speicherparenchym 2. Hydrenchym 3. Aerenchym 4. Chlorenchym Basismodul Pflanze 35 Aufbau und Funktionsweise von Pflanzen  Festigungsgewebe 36 Collenchym Sclerenchym Basismodul Pflanze Aufbau und Funktionsweise von Pflanzen  Grundgewebearten Grundgewebe Parenchyme Collenchyme Sclerenchyme Stoffwechselprozesse Festigungsgewebe 1. Speicherparenchym 2. Hydrenchym 3. Aerenchym 4. Chlorenchym Basismodul Pflanze 37 Aufbau und Funktionsweise von Pflanzen  Collenchyme bieten jungem, noch wachsendem Gewebe halt haben nur teilweise verdickte Primärwände (z.B. an den Ecken der Zellen), die reich an Pektinen sind (wenig Cellulose, Lignin, etc.) Collenchymzellen bleiben flexibel (biegsam) und können daher Stützfunktion ohne Behinderung des Wachstums der Pflanze ausüben Basismodul Pflanze Aufbau und Funktionsweise von Pflanzen  Grundgewebearten Grundgewebe Parenchyme Collenchyme Sclerenchyme Stoffwechselprozesse Festigungsgewebe 1. Speicherparenchym 2. Hydrenchym 3. Aerenchym 4. Chlorenchym Basismodul Pflanze 39 Aufbau und Funktionsweise von Pflanzen  Sclerenchyme  allseitig verdickte Sekundärwände, die häufig verholzen  verlieren zunehmend an Elastizität und festigen daher Teile der Pflanze, die das Längenwachstum beendet haben  sterben in den meisten Fällen nach ihrer vollständigen Ausbildung ab; ihre feste Wand dient dann der Pflanze als Stützgerüst  nach der Zellform unterscheidet man zwei Typen von Sclerenchym-Zellen: Steinzellen und Sclerenchymfasern Basismodul Pflanze Aufbau und Funktionsweise von Pflanzen  Sclerenchyme Steinzellen große Härte und hohe Druckfestigkeit, z.B. in Samen- und Fruchtschalen (Nussschale, Kerne von Kirsche, Pflaume, Pfirsich....) Tüpfelkanäle Wandverdickung Zell-Lumen Tüpfelkanäle geschichtete Sekundärwand Raumbild einer Steinzelle, Steinzellen-Gruppe quer, schematisch schematisch Basismodul Pflanze Aufbau und Funktionsweise von Pflanzen  Sclerenchyme Sclerenchymfasern...sind lange schlanke Zellen mit oft zugespitzten Enden. Sie treten meist in Strängen oder Bündeln auf und bewirken eine hohe Biege- und Zugfestigkeit, z.B. in Getreidehalmen, Baumstämmen.... Wandverdickung Zell-Lumen Sclerenchymfasern bilden die längsten Zellen höherer Pflanzen: sie können bis über 30 cm lang werden Einige Sclerenchymfasern werden technisch und kommerziell genutzt (z.B. Lein, Hanf, Ramie, Jute, Sisal, Kokos....). Sclerenchymfaser- Sclerenchymfasern quer, Basismodul Pflanze bündel, schematisch im Lichtmikroskop  Sclerenchyme Die Sclerenchymfasern der Leinpflanze (Linum usitatissimum) ….werden bis zu 10 cm lang und bilden mehrere Gruppen (Bündel) von ca. 15 Einzelfasern zur Festigung des Stängels Zur Gewinnung der Fasern unterzieht man die geernteten Leinpflanzen einem mikrobiellen oder chemischen Zersetzungsprozess („Röste“)…. Faserlein bei der Ernte Collenchymzellen Sclerenchymzellen Sclerenchymfasern Steinzellen  Dauergewebe 45  Abschlussgewebesystem: Schutzgewebe an der Oberfläche aller Pflanzenteile sowie weitere organspezifische Aufgaben.  Leitgewebesystem: Durchzieht gesamte Pflanze und hat Transport- und Stützfunktion  Grundgewebesystem: am wenigsten spezialisiertes Gewebe, großer Volumenanteil entfällt auf Interzellularraum Basismodul Pflanze Aufbau und Funktionsweise von Pflanzen  Abschlussgewebe 46 Zellschicht, die die Außenseite der Organe überzieht: a) primäres Abschlußgewebe bei krautigen Pflanzen oder krautigen Teilen von Holzpflanzen = Epidermis b) sekundäres Abschlußgewebe, ersetzt Epidermis bei sekundärem Dickenwachstum oder bei Verletzungen = Kork  Borke von Bäumen sind abgestorbene Zellmassen von Kork Abschlussgewebe - die Epidermis Sprossachse quer Abschlussgewebe der oberirdischen Teile des Pflanzenkörpers (Sprossachse, Blätter, Blütenteile, Früchte...) setzt sich aus verschiedenen Zelltypen mit unterschiedlichen Funktionen zusammen. in der Regel einschichtig, ohne Chloroplasten Cuticula (Cutin = Wachse, Pektin,…) Luftraum Epidermis inneres Gewebe des Pflanzen- körpers Basismodul Pflanze Aufbau und Funktionsweise von Pflanzen Herbizidschäden im Mais durch mangelhafte Ausbildung der Cuticula 48  Querschnitt durch ein Blatt 49 Cuticula Epidermis Assimilationsparenchym Epidermis Spaltöffnung Basismodul Pflanze Aufbau und Funktionsweise von Pflanzen  Spaltöffnung 50  Spaltöffnung = Stoma  Plural: Stomata  eine Spaltöffnung besteht aus zwei Schließzellen Basismodul Pflanze Aufbau und Funktionsweise von Pflanzen  Schließzellen haben ungleichmäßig verdickte Zellwände. Dadurch werden Formveränderungen ermöglicht, die sich auf den Grad der Spaltöffnungsweite auswirken. Schließzellen enthalten fast immer Chloroplasten. Schließzellen Zellwand- verdickungen eigentliche Epidermiszellen Assimilationsparenchym Basismodul Pflanze Aufbau und Funktionsweise von Pflanzen  Stomata Quelle: KÜCK & WOLFF (2014) Basismodul Pflanze 52 Aufbau und Funktionsweise von Pflanzen  Stomata - Funktion  während der Photosynthese  CO2 rein  O2 raus  Transpiration  Unterschiedliche Dichten und Größen der Stomata => unterschiedlich gute CO2 Transpiration  Sog entsteht und transportiert Wasser aus den Wurzeln bis in die Blätter H2O Basismodul Pflanze  Besondere Schutzmechanismen 54  Lotus-Effekt Basismodul Pflanze Aufbau und Funktionsweise von Pflanzen  Besondere Schutzmechanismen 55 Basismodul Pflanze Aufbau und Funktionsweise von Pflanzen