BSc Botanik VL 3 WS2024/2025 PDF

Bau und Funktion der Pflanzen Eric Kemen Mikrobielle Interaktionen in Pflanzlichen Ökosystemen.de en IMIT & ZMBP ing eb...

Bau und Funktion der Pflanzen Eric Kemen Mikrobielle Interaktionen in Pflanzlichen Ökosystemen.de en IMIT & ZMBP ing eb i-tu un @ en em c.k eri  Fragen zur 2. Vorlesung https://ovidius.uni-tuebingen.de/vote/JPRW  Unsere Lernziele BFP Die Entstehung der Pflanzen Die Pflanzenzelle Pflanzengewebe Pflanzenorgane Sprossachse Wurzel Blatt Holobiont Pflanze Die Entstehung der Pflanzen Vom Einzeller zum Vielzeller  Die Entstehung der Pflanzen Bildung einer Vielzahl von Gewebetypen Gewebe, das – miteinander in Zusammenhang stehende Zellen mit annähernd gleicher Struktur und Funktion  Gewebe bei Pflanzen Gewebe Definition bei „höheren“ Organismen: Verbände gleichartig differenzierter Zellen innerhalb eines vielzelligen Organismus, die gemeinsam einen umschriebenen Aufgabenbereich erfüllen und das spezifische Baumaterial für Organe bilden. Im Gegensatz zum bloßen Zusammenschluss undifferenzierter oder nur zeitweilig differenzierter Einzelzellen etwa mehrzelliger Algen oder Pilze. einfaches frühes Gewebe Gewebe Gewebe bei Pflanzen Meristem reproduktive Gewebe Grundgewebe Festigungsgewebe Abschlussgewebe Leitungsgewebe Absorptionsgewebe Exkretionsgewebe  Das Meristem (Bildungsgewebe) Spitzenmeristem (Apikalmeristem) Meristemoide  Meristem (Bildungsgewebe) Blattprimordien Endknospe Endknospe mit Spross- Spross- Achsel- Apikalmeristem Apikal- knospe meristem Achsel- knospe laterales Meristem (Dickenwachstum) Korkkambium vaskuläres Kambium Spitzenmeristem Wurzel- Apikal- meristem Meristemoide Wurzel- (produzieren Achselknospen haube und Blattanlagen)  Meristem (Bildungsgewebe) Sprossspitzenmeristem: Organisation L1, L2: 2-schichtige Tunica Gelb, grün, blau: Stammzellen Rot: Kontrollzentrum Spitzenmeristem Tunica / Corpus Konzept (Entstehung der Sprossachse) Tunica: antikline Teilungen Corpus: antikline + perkline Teilungen Antiklin: neue Wand senkrecht zur Oberfläche Periklin: neue Wand parallel zur Oberfläche andere Meristeme Scheitelzelle Meristemoid Folgemeristem (Protokambium / Kambium) Interkalares, basales Meristem (Restmeristem)  Meristemoide Apikal-Meristem à Die Anordnung der Meristemoide bestimmt die Blattanlagen Blattstellung Strasburger  Meristemoide Apikal-Meristem Blattanlagen https://www.youtube.com /watch?v=7sgvCTi6cA4  Meristemoide Kreuz- wechselständig Rosette gegenständig Internodium Rosette: kaum Abstände (Internodien) zwischen den Meristemoiden andere Meristeme Scheitelzelle Meristemoid Folgemeristem (Protokambium / Kambium) Interkalares, basales Meristem (Restmeristem)  Interkalares / basales Meristem basales Meristem Welwitschia mirabilis (Welwitschia à die „Wundersame“) R. Hampp Gewebe bei Pflanzen Meristem reproduktive Gewebe Grundgewebe Festigungsgewebe Abschlussgewebe Leitungsgewebe Absorptionsgewebe Exkretionsgewebe  Gewebe bei Pflanzen Grundgewebe Abschluß- Photosynthese, Lagerung, gewebe Grundstruktur Schutz Sprossspitzenmeristem Embryonalgewebe oder Meristeme Blatt (Bildungsgewebe) Leitungsgewebe Transport Spross Abschlußgewebe Grundgewebe Leitungsgewebe Wurzelspitzen- Keimling meristem Wurzel Abschlußgewebe Grundgewebe Leitungsgewebe  Grundgewebe Parenchym Zelle Parenchym von Zyperngras Interzellularen Markparenchym von Clematis Parenchymzellen: polygonal, dünnwandig Wanner  Grundgewebe Aerenchym (Durchlüftungsgewebe) Stengelquerschnitt der Teichrose Zellen Interzellulare Wanner  Grundgewebe Aerenchym Atemwurzeln (Pneumatophoren) von Mangrove- / Schlickpflanzen in den Tropen und Subtropen https://www.sciencephoto.com/media/935472/view/mangroves-indonesia https://www.spektrum.de/lexikon/geographie/atemwurzeln/534  Grundgewebe Chlorenchym Schwammparenchym mit Chloroplasten im Blatt der Christrose Zelle Interzellulare Wanner Gewebe bei Pflanzen Meristem reproduktive Gewebe Grundgewebe Festigungsgewebe Abschlussgewebe Leitungsgewebe Absorptionsgewebe Exkretionsgewebe  Festigungsgewebe Kollenchyme (colla = Leim) Elastische Wandversteifungen in noch wachsendem Gewebe Wandverstärkung aus Kallose ß-1,3-verknüpfte Glucose, abwechselnd mit Lamellen aus Zellulose  Festigungsgewebe Ecken-Kollenchym Blattstiel von Begonia Wanner Mittellamelle  Festigungsgewebe Platten-Kollenchym Stängel der Taubnessel mit Platten- (außen, PK) und Kallose an tangentialen Wänden Ecken-Kollenchym (innen, EK) (parallel zum Umfang) Wanner  Festigungsgewebe Kallose-Bildung als Abwehrmechanismus (1) Lokale Antwort Auf Blatt auskeimende Spore eines pathogenen Pilzes (Alternaria brassicicola) Pilzhyphen Erhöhte Kallose-Bildung im Bereich der Eindringstelle (Spaltöffung) Nachweis mit Fluoreszenzfarbstoff Spaltöffnung mit Kallose Auskeimende Pilzspore Venetia Karidaki, Silvia Schrey  Festigungsgewebe Kallose-Bildung als Abwehrmechanismus (1) Lokale Antwort Modell einer Kallose-Papille à Vesikel liefern Kallose an die Plasmamembran. Die Zellulose wird zunehmend mit Kallose verstärkt. Der Effekt wird durch einen ansteigenden pH-Wert verstärkt. C. Voigt, Front. Plant. Sci., 2014  Festigungsgewebe Kallose-Bildung als Abwehrmechanismus (2) Systemische Antwort: Gesamtes Blatt reagiert nach kurzer Zeit Auf Blatt auskeimende Sporen eines pathogenen Pilzes (Alternaria brassicicola) Zellwände der Starke Zunahme der Kallose-Bildung im gesamten Abschlußgewebe Epidermis Nachweis mit Fluoreszenzfarbstoff Pilzsporen Spaltöffnung Venetia Karidaki, Silvia Schrey  Festigungsgewebe Kallose-Bildung als Abwehrmechanismus (2) Systemische Antwort: Gesamtes Blatt reagiert nach kurzer Zeit Das Signal kann sich über die gesamte Pflanze ausbreiten und sie so robust gegen weitere Pathogene machen.  Festigungsgewebe Kallose-Bildung als Abwehrmechanismus (3) Kallose umschließt Infektionsstrukturen und stoppt Infektion Infektionsstrukturen von falschem Mehltau in der Pflanzenzelle Einschluss einer Infektionsstruktur (Haustorium – Ha) durch Kallose (EN) Caillaud, et al., PLOS Pathogens, 2014  Festigungsgewebe Sklerenchym Sklerenchymfasern (sklerós: hart, rauh, spröde) Sklerenchym- von Spargel (quer) fasern von Spargel - Verholzt bei Apikal - intrusives Wachstum (längs) Druckbeanspruchung (Hartfasern) - Unverholzt bei Zugbeanspruchung (Zugfasern) - Hartfasern meist 1 bis 2 mm lang -Bei Jute bis 50 cm Anordnung in der Sprossachse peripher = biegestabil Angeschnittene Tüpfelkanäle (Plasmodesmen) Tüpfelkanäle (Plasmodesmen) Wanner; R. Hampp  Festigungsgewebe Sklerenchym - Verwendung Sklerenchymfasern von Jute Pflanze (Corchorus capsularis und Corchorus olitorius) Für Taschen, Körbe, Teppiche, Seile …  Festigungsgewebe Sklerenchym + Kollenchym Kollenchyme Sklerenchyme (Holzfasern etc.) Ausnahme: Lianen Sklerenchym zentral = zugfest „Jakobsleiter“ Festigungsgewebe Festigungsgewebe mit Zugfasern bei Lianen: Zugstabil + elastisch (ohne Lignin) Anordnung in der Wurzel / in Lianen zentral = zugstabil und biegsam  Festigungsgewebe Steinzellen (druckstabil) Sklerenchym Tüpfelkanäle (Plasmodesmen) z.B. Steinzellnester in Birnen, Steinfrüchten (Kirschen etc.) Wanner  Festigungsgewebe Die Zellwand verholzter Zellen enthält Lignin Zell-Lumen Sekundärwand (S3) Sekundärwand (S2) Sekundärwand (S1) Primärwand Mittellamelle Cellulose Pektin Lignin Hemicellulose primäre Zellwand sekundäre Zellwand Rytioja, Microbiol. Mol. Rev., 2014  Festigungsgewebe Die Zellwand verholzter Zellen enthält Lignin à Phenole als Vorstufen für Lignin R. Hampp  Festigungsgewebe Zellwand verholzter Zellen: Lignin Forschung: Ligninarmes/-freies Holz für Papierherstellung Wissenswert: Cellulose = häufigste Lignin = zweithäufigste organische Verbindung auf der Erde Vanillin, künstlich aus Ligninabbau R. Hampp  t ch w e r u a ns e Vanilla spec., tropische Orchidee w i ss Hauptaromastoff in den Kapselfrüchten der Gewürzvanille Vanillin Als Vanillin wird der Hauptaromastoff der Gewürzvanille (Vanilla planifolia) bezeichnet. Der weltweite Bedarf an Vanillin ist riesig. Ca. 12.000 Tonnen Vanillin werden weltweit pro Jahr benötigt. Die Jahresausbeute an natürlichem Vanillin aus Vanillekapseln beträgt jedoch nur 16 Tonnen. Deswegen wird der allergrößte Teil des Vanillinbedarfs durch naturidentisches Vanillin gedeckt. Zur Herstellung von Vanillin gibt es heute drei gängige Wege (1) aus dem bei der Papierherstellung anfallenden Nebenprodukt Lignin (Holzaufschlussverfahren),und aus (2) Phenol, bzw. (3) Chlorbenzol. Das auf diesen Wegen hergestellte Vanillin muss als „naturidentisch“ deklariert werden. Das naturidentische Vanillin ist von seiner Aromafülle mit der echten Vanille nicht vergleichbar. Kein Wunder, denn bei ihr runden ca. 170 weitere Geschmacksstoffe das einzigartige Aroma ab. Quelle: Ritter-Sport  Festigungsgewebe Zellwand verholzter Zellen Nachweis von Lignin mit Phloroglucin-HCl = Rotfärbung Nachweis mit Phloroglucin-HCl HCl + Lignin Gewebe bei Pflanzen Meristem reproduktive Gewebe Grundgewebe Festigungsgewebe Abschlussgewebe Leitungsgewebe Absorptionsgewebe Exkretionsgewebe  Abschlussgewebe Blattepidermis https://www.youtube.com/watch?v=R9d-Ekv5mfg  Abschlussgewebe Blattepidermis C Cuticula CS Cuticularschicht ZW Zellwand http://www.u- helmich.de/bio/stoffwechsel/reihe4 /reihe41/412-Blatt.html Wanner Abschlussgewebe Blattepidermis Oberflächen Wachs Eigentliche Cuticula Cuticular-schicht Zellwand Mittellamelle Plasma- membran Vakuolen- membran C Cuticula Vakuole CS Cuticularschicht ZW Zellwand Wanner  Abschlussgewebe Cuticula - Zusammensetzung Zusammenfassung Die Cuticula enthält primär hydrophobe Kohlenwasserstoffe (CH3(CH2)nCH3) mit geringem Anteil von Doppelbindungen und polaren Gruppen (–COOH, -OH) Carnaubapalme, Copernicia prunifera 76% Carnauba- Wachs (200 ml) (1100 €)  Abschlussgewebe Monomere Cuticula Polymer Cutin C Cuticula stark hydrophob CS Cuticularschicht mit polaren Komponenten (Kohlenhydrate, Proteine) ZW Zellwand Wanner  Abschlussgewebe Cuticula Wachs epicuticulär Cutin Cuticula Suberin Polymerisation Transport durch Zellwand Zellwand ABC Transporter Plasmamembran Acylglycerole, Oligomere Oligomerisation Glycerol Esterifizierung Acyl oxidation FS Acyl Erweiterung / Synthese Acyl Aktivierung Verlängerung Acyl Reduktion  Abschlussgewebe Transportwege durch die Cuticula Wasser- tropfen Epiphytische Bromelien: Aufnahme von Ionen über Epidermis R. Hampp  Abschlussgewebe Transportwege durch die Cuticula Permeabilitätskoeffizienten von Cuticulen (m Diffusionsstrecke / sec) Beispiel Citrus Gas mm/s m/s H2O 1 1,1 * 10-9 CO2 54 5,4 * 10-8 O2 310 3,1 * 10-7 SO2 200 2,0 * 10-7 NOx 500 5,0 * 10-7  Abschlussgewebe Cuticula - Zusammensetzung Zusammenfassung Die Cuticula enthält primär hydrophobe Kohlenwasserstoffe (CH3(CH2)nCH3) mit geringem Anteil von Doppelbindungen und polaren Gruppen (–COOH, -OH) Sie enthält aber auch polare Komponenten, über die Ionen langsam transportiert werden können (Blattdüngung)  Abschlussgewebe Sekundäre Bestandteile der Cuticula Cuticula-löslicher, lipophiler Wirkstoff gegen Blattläuse und andere Insekten (aus Chrysanthemenblüten, im Handel als Suspension) Pyrethrin I F.E. Köhler  Abschlussgewebe - Epidermis Formen der Cuticula, epicuticuläre Wachse Papillen mit Cuticularleisten (Blüten von Stiefmütterchen) Epicuticuläre Wachse verschiedener Pflanzen Querschnitt durch Cuticularleisten Abschlussgewebe - Epidermis epicuticuläre Wachse / Lotuseffekt Luft zwischen papillärer Epidermis und Wassertropfen = stark verringerte Benetzbarkeit = Wasser läuft rückstandslos ab (Oberflächen von Dachziegeln, Autolacke) Weiler, Nover  Abschlussgewebe - Epidermis Haare (Trichome) Trichome auf Blatt Arabidopsis Blattrosette  Abschlussgewebe - Epidermis Haare (Trichome) a-c: einzellige, mehrzellige Haare Beschattung, Reduktion der Transpiration e-h: Brennhaare Schutz vor Herbivoren Gewebe bei Pflanzen Meristem reproduktive Gewebe Grundgewebe Festigungsgewebe Abschlussgewebe Leitungsgewebe Absorptionsgewebe Exkretionsgewebe Im Kontext der Organe  Unsere Lernziele BFP Die Entstehung der Pflanzen Die Pflanzenzelle Pflanzengewebe Pflanzenorgane Sprossachse Wurzel Blatt Holobiont Pflanze  n r sio tik ku a Ex stem Sy Die wichtigsten Pflanzengruppen: Gefäßlose Pflanzen Bryophyten Samenlose Gefäßpflanzen Pteridophyten Samenpflanzen Gymnospermen (Nacktsamer) Angiospermen (Bedecksamer) Dikotyledonen (Zweikeimblätter) Monokotyledonen (Einkeimblätter)  Organe Organ, ein aus mehreren Geweben bestehender, abgegrenzter Teil der Pflanze, der spezielle Aufgaben erfüllt; z.B. Wurzel, Sproß, Blatt, Blüte Die Sprossachse  Die Sprossachse Funktionen: Träger für Anhangsorgane Transport Stoffspeicherung  Die Sprossachse Terminalknospe Längszonierung der Sprossachse Internodium äußerlich Achselknospen Nodium Hypocotyl (Sprossstück unterhalb der Keimblätter) Seitenwurzel Pfahlwurzel R. Hampp  Die Sprossachse Internodien Internodium Spitzenmeristem Meristemoide (produzieren Achselknospen und Blattanlagen) Knoten Internodium  Internodien: Unterschiede im Streckungswachstum Rosettenpflanze Palme Gut entwickelte Internodien Gering entwickelte Internodien Weiler, Nover  Die Sprossachse Längszonierung der Sprossachse Kambium Weiler, Nover  Die Sprossachse primärer Bau / Querschnitt Epidermis Hypodermis Rindenparenchym Leitbündel Markstrahlparenchym Markparenchym Hahnenfuß Wanner  Leitelemente Die Gewebe des Langstreckentransports sind in den Leitbündeln zusammengefasst. Sie bestehen aus Xylem (X) und Phloem (P). Phloem Kambium Xylem Wanner; Weiler, Nover  Leitelemente Das Xylem Transport: Tracheiden / Tracheen (tot) Grundgewebe: Xylemparenchym (lebend) Festigungsgewebe: Holzfasern (tot) Leitelemente - Xylem Xylem Leitelemente - Xylem  Leitelemente - Xylem Trachee: Aufgelöste Querwände ST Schraubentrachee RT Ringtrachee XP Xylemparenchym B Tüpfeltrachee C Tracheide D Holzfaser Wanner  Leitelemente - Xylem Veränderungen bei der Entwicklung von Tracheiden Tracheen Ø < 100 µm Ø bis 700 µm R. Hampp  Organe/Sprossachse Entwicklungsstufen der Gefässpflanzen: Leitelemente - Xylem Vorkommen von Tracheiden Entwicklungsstufen der Dicotyledonen und Tracheen Gefäßpflanzen (Zweikeimblättrige) Vorkommen von Tracheiden und Angiospermen (Tracheen dominieren) Tracheen (Bedecktsamer) Monocotyledonen (Einkeimblättrige) Spermatophyten (Samenpflanzen) Gymnospermen (Tracheiden) (Nacktsamer) (Welwitschia mit Tracheen) Kormophyten Pteridophyten (Tracheiden) (Farnpflanzen) (Adlerfarnrhizom schon mit Tracheen) R. Hampp Xylem - Wasserleitbahnen von Gymnospermen Tracheiden von Gymnospermen besitzen Hoftüpfel (bordered pits)  Xylem - Wasserleitbahnen von Gymnospermen Tracheiden von Gymnospermen besitzen Hoftüpfel (bordered pits) Mechanismus: Xylem - Wasserleitbahnen von Gymnospermen Tracheiden von Gymnospermen besitzen Hoftüpfel (bordered pits) à Vernhindern Embolien der Leitgefäße Embolie  Xylem – Vergleich von Tracheiden mit Tüpfel und Hoftüpfel Tüpfel (Angiospermen) Sensitivität des Xylems gegenüber Embolien Pflanze komplette Kavitation bei (MPa) Tüpfel (Angiospermen) Pappel - 1,6 Weide - 1,4 Hoftüpfel (Gymnospermen) Ahorn - 1,9 Hoftüpfel (Gymnospermen) Tanne - 3,1 Wacholder - 3,5 Kavitation: Eindringen von Luft  Möglichkeiten zur Reparatur von Embolien: osmotische Wasseranreicherung durch Eintransport von Zucker Zucker- transport im Frühjahr  Xylem - Transportgeschwindigkeiten ( ) (Moos-Gametophyten haben noch keine Wasserleitbahnen) Strasburger  Leitelemente Das Phloem Transport: Siebzellen / Siebröhren Steuerung: Geleitzellen bei Siebröhren Grundgewebe: Phloemparenchym Festigungsgewebe: Bastfasern (tot) Leitelemente - Phloem Phloem  Leitelemente - Phloem Bestandteile Grundgewebe: Phloemparenchym Leitgewebe: Siebröhren/Siebzellen Hilfszellen: Geleitzellen Siebröhren längs Lüttge, Kluge, Bauer  Leitelemente – Phloem - Siebröhren Phloemparenchym Siebplatte Siebplatte mit Siebporen Siebröhre Kallose Geleitzelle PP Phloemparenchym SR Siebröhre GZ Geleitzelle Wanner Leitelemente - Phloem  Leitelemente End-Zellwand mit Perfora-tionen Xylem Siebplatte mit Poren Phloem Sieb- röhre Transport durch tote Transport durch Zellen (Tracheen / Hof- lebende Zellen Phloem- Tracheiden) tüpfel parenchym (Siebzellen) Festigungsgewebe sind Zell- Lateralsieb Festigungsgewebe Holzfaser (Lignin) wand sind Bastfasern Tüpfelkanal Dicke Zellwand Lumen (Plasmo- (Cellulose) desmata) Wasser- und Dünne Zellwand Mineralientransport Assimilat Transport Geleit- zelle Tracheen Siebröhre Tracheid  Organe - die Sprossachse Zusammenfassung von Leitelementen zu größeren Einheiten: Leitbündel Leitbündel