Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 1 Titel Pflanzenphysiologie Thomas Boller...

Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 1

Titel

PflanzenphysiologieThomas Boller

Frühjahrsemester 2010

Montag, 8 – 10

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

Dass ich erkenne, was die WeltIm innersten zusammenhält,

Schau alle Wirkungskraft und Samen ...

Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 2

Ankündigung Exkursionen

Programm der Feldstudien für die nächste Woche

Di

Mi

Do

Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 3

Frage der Woche

Wieso regt sich die Mimose?

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

Frage der Woche

Skript - p. 74

Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 4

Fiederblätter der Mimose vor der Berührung

Fiederblätter der Mimose vor der Berührung

Skript - p. 74

Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 5

Fiederblätter der Mimose nach der Berührung

Fiederblätter der Mimose nach der Berührung

Skript - p. 74

Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 6

Mimosen-Population am natürlichen Standort

Mimosen-Population in Kerala

Skript - p. 74

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

Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 7

7. Geprägte Form, die lebend sich entwickelt

, Dämon

Wie an dem Tag, der dich der Welt verliehen,Die Sonne stand zum Gruße der Planeten,Bist alsobald und fort und fort gediehenNach dem Gesetz, wonach du angetreten.So mußt du sein, dir kannst du nicht entfliehen,So sagten schon Sibyllen, so Propheten;Und keine Zeit und keine Macht zerstückeltGeprägte Form, die lebend sich entwickelt.

Geprägte Form, die lebend sich entwickelt

J. W. von Goethe, 1817

J. W. von Goethe (1749 - 1832), Porträt von F. Jagemann, 1817

(nicht im Skript)

Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 8

"Metamorphose" der Pflanzen ...

Die Metamorphose der Pflanzen Dich verwirret, Geliebte, die tausendfältige Mischung

dieses Blumengewühls über den Garten umher;viele Namen hörest du an, und immer verdränget

mit barbarischem Klang einer den andern im Ohr.Alle Gestalten sind ähnlich, und keine gleichet der andern;

und so deutet das Chor auf ein geheimes Gesetz,auf ein heiliges Rätsel. O könnt' ich dir, liebliche Freundin,

überliefern sogleich glücklich das lösende Wort!Werdend betrachte sie nun, wie nach und nach sich die Pflanze,

stufenweise geführt, bildet zu Blüten und Frucht.Aus dem Samen entwickelt sie sich, sobald ihn der Erde

stille befruchtender Schoß hold in das Leben entläßt,und dem Reize des Lichts, des heiligen, ewig bewegten,

gleich den zärtesten Bau keimender Blätter empfiehlt.Einfach schlief in dem Samen die Kraft, ein beginnendes Vorbild

lag, verschlossen in sich, unter die Hülle gebeugt,Blatt und Wurzel und Keim, nur halb geformet und farblos;

trocken erhält so der Kern ruhiges Leben bewahrt,quillet strebend empor, sich milder Feuchte vertrauend, 

und erhebt sich sogleich aus der umgebenden Nacht.

(...)

Geprägte Form, die lebend sich entwickelt

J. W. von Goethe, 1798

J. W. von Goethe (1749 - 1832), Porträt von Angelika Kauffmann, 1788

(nicht im Skript)

Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 9

Geprägte Form, die lebend sich entwickelt ...

Geprägte Form, die lebend sich entwickelt

(nicht im Skript)

Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 10

Das Bild der Pflanze ...

Kürzlich erschienen im Mayer Verlag (Stuttgart/Berlin, 2002)

Bild der Pflanze in Wissenschaft und Kunst

(nicht im Skript)

Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 11

Die "Urpflanze" von J. W. Goethe

Notizblatt von Goethe Lehrbuchdarstellung aus Strasburger, 1999

Urpflanze von Goethe

(nicht im Skript)

Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 12

Skizze der Urpflanze vonJoseph Beuys (1977)

Urpflanze von Beuys

(nicht im Skript)

Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 13

Paul Klee, Flora am FelsenKunstmuseum Bern, 1940

Paul Klee: Flora am Felsen

(nicht im Skript)

Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 14

Mitose-Aktivität und Organbildung

Wachstum durch Zellteilung und Differenzierung

kein Auxin

oderkein Kinetin

oderweder noch

viel Auxinviel Kinetin

viel Auxinwenig Kinetin

wenig Auxinviel Kinetin

........ nach einigen Wochen ........

Konzept der Hormon-Balance!

Stengel-Mark von Tabak

Basales Nährmedium:ZuckerMineralsalze

+ Hormone

Mitose-Aktivität und Organbildung

Skript - p. 76

Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 15

Entdeckung des Wachstumshormons "Auxin"

Wachstum durch Zellstreckung

Paradebeispiel: Die Koleoptile wächst nur durch Zellstreckung

"Dekapitierung" der Koleoptile

Streckungs-wachstum von isolierten Koleoptilen

Zuwachs

Zuwachs

Agarblock

Schlussfolgerung: aus der Koleoptilspitze diffundiert ein Wuchsstoff in den Agarblock

KontrolleZuwachs

Entdeckung von Auxin

Skript - p. 76

Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 16

Zur Erinnerung: Phototropismus

Agarblock: fängt diffundierendes Auxin auf

Bioassay von F. Went:Koleoptil-Krümmungstest

Seitlich aufgesetzter Agarblock

Dekapitierte Koleoptile

Krümmungswinkel = Mass für Auxin-Konzentration

Diffusionsbarriere

Auxin-Querverlagerung

Phototropismus und Querverlagerung von Auxin

Skript - p. 67

Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 17

Auxin: Basipetaler Transport

Hormon-Konzept

Bildung des Hormons im Gewebe A

Wirkung des Hormons im Gewebe C

Transport des Hormons via Gewebe B

Förderung des primären Sprossmeristems

Spross: viel Auxin fördert Streckungswachstum

Wurzel: viel Auxin hemmt Streckungswachstum

Wichtig: Multiple Wirkung von Pflanzenhormonen!

Auxin: Basipetaler Transport

Skript - p. 76

Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 18

"Totipotenz" von Pflanzenzellen (1)

Differenzierte Phloem-Parenchymzellen

De-Differenzierung

Embryoide

Erwachsene Pflanze

Erwachsene Pflanze "Ruby"

Klon von "Ruby"

Reversible Differenzierung der Pflanzenzellen

- Keine Trennung von "Soma" und "Keimbahn"!

- Keine Stammzellen!

- Klonierung ist bei Pflanzen ein natürlicher Prozess!

Totipotenz der Pflanzenzellen

Skript - p. 77

Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 19

Direkter Gen-Transfer(Inkorporierung eines Stücks Fremd-DNA in die Einzelellen)

Potrykus und Paszkowski, 1983(FMI Basel)

Klonale Vermehrung von Tabak "in vitro"

Resultat: "Transgene" Pflanze

Totipotenz der Pflanzenzellen

"Totipotenz" von Pflanzenzellen (2)

Skript - p. 77

Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 20

Ingo Potrykus und der "Golden Rice"

Aus dem WWW; nicht im Skript

Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 21

Phytohormone

Totipotenz der Pflanzenzellen

Skript - p. 78

Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 22

Auxin

Totipotenz der Pflanzenzellen

Skript - p. 78

Indol-Essigsäure(= indole acetic acid, IAA)

Wichtig:Basipetaler Transport(von Zelle zu Zelle)

Wichtig:Multiple Funktionen!Wirksame Dosis (EC50):

ca. 10-7 - 10-6 M

Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 23

Cytokinine

Totipotenz der Pflanzenzellen

Skript - p. 78

Zeatin, ein Adenin-Derivat (=Purin)

(kann auch in andern Organen synthetisiert werden)

Wichtig:Multiple Funktionen!

Wirksame Dosis (EC50):

ca. 10-8 - 10-7 M

Wichtig:Zusammenspiel mit Auxin in der Differenzierung!(Hormon-Balance)

x

Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 24

Gibberelline

Totipotenz der Pflanzenzellen

Skript - p. 78

Gibberellin, ein Diterpen

(entdeckt als Wirkstoff des pathogenen Pilzes Gibberella fujikuroi)

Wichtig:Multiple Funktionen!

Wirksame Dosis (EC50):

ca. 10-8 - 10-7 M

Wichtig:Gegenspieler von ABA bei der Samenkeimung!(Hormon-Balance)

Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 25

Abscisinsäure (ABA)

Totipotenz der Pflanzenzellen

Skript - p.78

Abscisinsäure, ABA(ein Sesquiterpen)

(kann auch in andern Organen synthetisiert werden)

Wichtig:Multiple Funktionen!

Wirksame Dosis (EC50):

ca. 10-7 - 10-6M

Wichtig:Gegenspieler von GA bei der Samenkeimung!(Hormon-Balance)

keine Funktion beim Blattfall (Abscission)

Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 26

Ethylen

Totipotenz der Pflanzenzellen

Skript - p. 78

Ethylen, ein einfacher Kohlenwasserstoff

Wichtig:Als "Stresshormon" in allen Organen gebildet!

Wichtig:Multiple Funktionen!

Wirksame Dosis (EC50):

ca. 10-10 - 10-9 M

Wichtig:Zusammenspiel mit Auxin beim Blattfall!(Hormon-Balance)

Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 27

Brassinolide

Totipotenz der Pflanzenzellen

Skript - p. 78

Brassinolid, ein Steroid

(erstmals isoliert 1979 aus Pollen von Raps:10 mg aus 230 kg Pollen)

Wichtig:Multiple Funktionen!

Wirksame Dosis (EC50):

ca. 10-9 - 10-8 M

fördern Sprosswachstum

Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 28

Skotomorphogenese und Photomorphogenese

"Etiolement", "etiolierter Keimling"

Hypokotyl gestreckt

"Haken" geschlossen

"De-Etiolierung": Anthocyan-Bildungin Subepidermis

Photomorphogenese

Skript - p. 79

Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 29

Belichtung und Anthocyanbildung bei Senf-Keimlingen

Anthocyan-Bildung = "Marker" für De-etiolierung

Kontrolle im Dunkeln (nicht gezeigt)

Hellrot-Puls

oder Hellrot-Puls, gefolgt von Dunkelrot-Puls

Dunkelrot-Puls

Photoreversion!

Anthocyan-Bildung bei Senf-Keimlingen

Skript - p. 79

Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 30

Das Phytochrom-System (1)

Hellrot-Licht (HR, 665 nm)

Dunkelrot-Licht (DR, 730 nm)

Phytochrom in der Pr-Form akkumuliert im Dunkel

Phytochrom in der Pfr-Form ist aktiv

z.B. Anthocyan-Bildung ("Marker")

Phytochrom-System 1

Skript - p. 80

Photoreversion!

Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 31

Das Phytochrom-System (2)

Absorptionsspektren Wirkungsspektren

Differenz-Spektrum

Phytochrom-System 2

Skript - p. 80

Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 32

Experimentelle Bestimmung des Wirkungsspektrumsz.

B.

An

tho

cyan

-Geh

alt

("M

arke

r")

F = Quantenmenge = "Quantenfluss" x Zeit

= 666 nm = 600 nm

z.B. 50% der maximalen Antwort

Wirkungsspektrum

Skript - p. 80

Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 33

"Phytochrom-Verhältnis"

Maximum: ca. 0.8

Minimum: ca. 0.01

Phytochrom-Verhältnis

Skript - p. 81

Steiler Abfall zwischen 680 und 720 nm

Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 34

Phytochrom: Struktur des Chromophors

Protein mit ca. 1200 Aminosäuren (MW = 120 kDa)

Prosthetische Gruppe (kovalent gebunden)

Chromophor in der Pr-Form: "offen"

Chromophor in der Pfr-Form: "geschlossen"

Reversible

Konformationsänderung

Phytochrom - Struktur des Chromophors

Skript - p. 81

Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 35

Phytochrom: Hypothese zur Signaltransduktion

Modell: Konformationsänderung des Chromophors bewirkt Konformationsänderung des Proteins!

Phytochrom: Signaltransduktion

Skript - p. 81

Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 36

Pfropfung

"Geissfuss"-Technik "Kopulieren"

Unterlage (engl. "stock")

"Edelreis" (engl. "scion")

Pfropfung - allgemein

Skript - p. 82

Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 37

Pfropfung: Sektorialchimären

Nachtschatten (Solanum nigrum)

Tomate (Lycopersicon esculentum)

Chimären-Blatt

Chimären-Pflanze

Pfropfung - Sektorialchimären

Skript - p. 82

Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 38

Pfropfung: Periklinalchimären

Nachtschatten Nachtschatten mit "Haut von Tomate"

Tomate Tomate mit "Haut von Nachtschatten"

Solanum tubigense

Solanum koelreuterianum

Solanum nigrum

Lycopersicon esculentum

Pfropfung - Periklinalchimären

Skript - p. 82

Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 39

Blühinduktion und Photoperiodizität (1)

Senf: Langtagpflanze

Prachtwinde: Kurztagpflanze

Blühinduktion, Photoperiode (1)

Skript - p. 83

Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 40

Blühinduktion und Photoperiodizität (2)

Kurz- und Langtagpflanzen bei nah verwandten Spezies

Pfropf-Experiment mit Sedum (LTP) und Kalanchoë (KTP); Pflanzen im Kurztag gehalten

Unterlage beblättert >> Blühstimulus ok!

Unterlage entblättert >> Blühstimulus fällt aus!

Florigen =Blühhormon

Blühinduktion, Photoperiode (2)

Skript - p. 83

Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 41

Blühinduktion und Photoperiodizität (3)

Störlicht mitten in der Nacht

Stördunkel mitten am Tag

Die Pflanzen messen die (ununterbrochene) Nachtlänge!

>> die Nachtwird "kurz"!

Kein Effekt!

KT

LT

KT

LT

"Langnacht-Pflanzen"

"Kurznacht-Pflanzen"

Blühinduktion, Photoperiode (3)

Skript - p. 83

Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 42

Blühinduktion und Photoperiodizität (4)

8 h Weisslicht8 h Weisslicht+ 1 min HR inmitten der Nacht

8 h Weisslicht+ 1 min HR + 1 min DR inmitten der Nacht

Experimente mit der Kurztagpflanze ("Langnacht-Pflanze") Kalanchoe blossfeldiana

Blühinduktion, Photoperiode (4)

>> Messung der Nachtlänge mittels Phytochrom

Skript - p. 83

Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 43

Blüh-Induktion und innere Uhr

Blüh-Induktion und innere Uhr

Optimale Wirkung des Störlichts in der Mitte der Dunkelperiode!

Skript - p. 84

Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 44

Endogene Rhythmik: Pfeffersche Apparatur

Apparate von Pfeffer zur Messung der Blattstellung

Skript - p. 84

Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 45

Endogene Rhythmik: Blattbewegungen

Endogene Rhythmik der Blattbewegungen (Pfeffer)

Skript - p. 84

Blattbewegung geht im Dauerdunkel weiter!

Blattbewegung geht im Dauerlicht weiter!

Periodizität der "inneren Uhr": ca. 20 h!

Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 46

... und zum Dessert:

Wieso wird der Senf rot?

Frage der Woche: Anthocyan-Akkumulation bei der Photomorphogenese Eines der bestuntersuchten Phänomene bei der Photo-morphogenese des Senfkeimlings ist die Akkumulation von Anthocyan, einem rotvioletten Farbstoff, in den Vakuolen der Subepidermis. Wie sieht die Kausalkette zwischen Licht und Anthocyan-Akkumulation aus? Was könnte die biologische Funktion der Anthocyan-Akkumulation sein?

Wieso wird der Senf rot?

Skript - p. 75

Pflanzenphysiologie 07 (26. April 2010) - 47

En Guete!