Bau und Funktion der Pflanzen at Universität Tübingen

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Typische Eigenschaften der Pflanzenzelle

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Funktionen von Pflanzen

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Entstehung der Pflanzen

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Mikrobodies

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Stoffe in der Vakuole

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Lösungen

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Organe - Sprossachse - Sprossmetamorphosen Verankerung - Sprossranken

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Endoplasmatisches Reticulum

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Pflanzenschutz durch Mikroorganismen

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Organe - Sprossachse - Sprossmetamorphosen - Stammsukkulenz

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Organe - die Sprossachse - Dickenwachstum: Kernholzbildung: Gesteuerter Zelltod zur Erzielung neuer Funktionen

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Organe - die Sprossachse - Dickenwachstum - Sekundäres und tertiäres Abschlussgewebe

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Bau und Funktion der Pflanzen

Typische Eigenschaften der Pflanzenzelle

- Plasmodesmata, Chloroplasten, Zellwand, Vakuole, Mikrobodies

- Vakuole macht bis zu 98% des Gesamtvolumens aus

- Zahlreiche Funktionen (Recycling, Entgiftung, Speicher)

- In ausgewachsenen Zellen eine große (vereinigte) Vakuole, in sich entwickelnden viele kleine

- Frostschutz: Umwandlung der großen Vakuole in mehrere kleine

Bau und Funktion der Pflanzen

Funktionen von Pflanzen

- Starter aller essenziellen Nahrungsketten

- Gasaustausch (O2-Produktion, CO2-Fixierung)

- Verhindern Bodenerosion und beeinflussen Bodenfruchtbarkeit

- Klimaregulatoren

- Ökonomisch bedeutend

Bau und Funktion der Pflanzen

Entstehung der Pflanzen

- Am Anfang einzellige eukaryontische Algen

- Endosymbiontentheorie: Plasmamembraneinstülpungen erzeugten Zellorganellen

- Cyanobakterien erzeugten durch Atmossphäreveränderung Selektionsdruck

- Durch Zufall kam es zu der Aufnahme eines aeroben Bakteriums, welches sich zum Mitochondrium differenziert

- Bei Pflanzen: Differenzierung zu Chloroplasten

- Primäre Endosymbiose: Chloroplasten, Mitochondrien

- Sekundäre Endosymbiose: Wiederaufnahme von Eukaryonten, die primäre Endosymbiose durchgeführt haben

- Landpflanzen sind über primäre Endosymbiose entstanden

- Erste Pflanzen: Cooksonia, Rhynia

Bau und Funktion der Pflanzen

Mikrobodies

- Peroxisomen, Glykosomen und Lysosomen 

- Peroxisomen sind eng mit Photosynthese verbunden 

 -> Katalase kann Wasserstoffperoxid in Wasser zerlegen im Fall von zu viel Sonneneinstrahlung

Bau und Funktion der Pflanzen

Stoffe in der Vakuole

- Anthocyane schützen vor UV-Licht

- ucker, wasserlösliche Farbstoffe ( Anthocyane), Alkoide (Kaffein, Nikotin), Glycoside (scharf, dienen der Abwehr), Phenol -rganische Säuren ( Pflanze nimmt in der Nacht CO2 auf und wandelt es in  HCO-3 und Malat um; Am Tag wird aus Malat Pyruvat gemacht, unter UV-Licht entsteht Stärke)

- Vakuolen sind hoch spezialisiert ( eine Zelle kann verschiedene Vakuolen mit verschiedenen Funktionen haben)

Bau und Funktion der Pflanzen

Lösungen

- Isotonische Lösung:

 -> Konzentration außen = Konzentration innen

 -> Normale Tierzellen / Pflanzenzellen

- Hypotonische Lösung:

 -> Konzentration innen > außen

 -> Tierzelle lysiert, Pflanzenzelle wird turgeszent

- Hypertonische Lösung:

 -> Konzentration innen < außen

 -> Tierzelle schrumpft, Pflanzenzelle  plasmolysiert

- Turgor (Druck) bei Früchten ist vom Alter abhängig

Bau und Funktion der Pflanzen

Organe - Sprossachse - Sprossmetamorphosen Verankerung - Sprossranken

- Spross fixiert Pflanze an Stütze: 

- Passionsblume (Passiflora) Ranken führen zum Teil eine Suchbewegung aus, nach Auftreffen auf ein Objekt wächst

- Ranke um dieses herum -> Thigmotropismus


- Sprossranke bei Gurken

Bau und Funktion der Pflanzen

Endoplasmatisches Reticulum
- Raues ER: mit Ribosomen versetzt, Ort der Proteinbiosynthese; dynamische Struktur 
- Bildung des Golgi-Apparats (cis / trans-Seite) 

Bau und Funktion der Pflanzen

Pflanzenschutz durch Mikroorganismen

Probleme: Identifikation neuer Organismen erfolgt unter

großem Aufwand empirisch



Erkenntnisse: Entdeckung zahlreicher Mechanismen zur

Abwehr von Pathogenen (z.B. Antibiotika) durch nützliche

Bakterien


- Anwendung in Probiotika (lebende Mikroorganismen, die dem

Wirtsorganismus einen gesundheitlichen Nutzen bringen)


- Probiotika müssen sich an gegebene Wirts-Faktoren anpassen

können, müssen mit sehr vielen Organismen interagieren

können


- Mikroorganismen sind nicht homogen verteilt

- Bakteriendichte in Wurzel und Rhizosphäre wird durch

zahlreiche Faktoren beeinflusst

- Zahlreiche Faktoren in Wurzel und Rhizosphäre beeinflussen die mikrobielle Zusammensetzung

- Probiotika müssen auf der Pflanze eine stabile Gemeinschaft bilden

- Müssen sich in den pflanzliche Holobionten integrieren und positiv beeinflussen



Holobiont: biologisches System, das aus einem eukaryoten Wirtsorganismus und einer Mehrzahl mit

diesem eng zusammenlebenden prokaryoten Arten besteht


- Mikrobielle Gemeinschaften können sich in ihrer Zusammensetzung überschneiden ->

Gemeinschaften bilden sich aufgrund ihrer Bedürfnissen (Nische, Geographie, Wirt)


-> Epiphytische Gemeinschaft

-> Endophytische Gemeinschaft



- Holobiont muss eine stabile Diversität aufweisen, um das Wachstum pathogener Organismen zu

verhindern


- Kommt es zur Massenvermehrung eines Organismus, ist dies meist ein Pathogen, das die Ressourcen

des Wirts ausbeutet


- Probiotika müssen: mikrobielle Gemeinschaften stabilisieren und der Dynamik des Holobionten folgen

- Mikrobielle Netzwerke sind sehr dynamisch


 Ziel: Probiotika auf synthetischen mikrobiellen Gemeinschaften


 Anwendung: Landwirt nimmt Probe, Bestimmung der Mikroorganismen, Analyse der

Mikrobenstruktur, Empfehlung für das Ausbringen bestimmter Mikroorganismen


Mikrobiom der menschliche Haut: Bakterien, Pilze, Viren Beeinflussen der Gesundheit,

Immunsystem

-> Probiotika zur Verwendung von Akne


Bau und Funktion der Pflanzen

Organe - Sprossachse - Sprossmetamorphosen - Stammsukkulenz

- für Wasserspeicher

- Konvergenz: Bei einer konvergenten Entwicklung entstehen also infolge gleichartiger Umweltbedingungen und ähnlicher Lebensweise bei Lebewesen verschiedener Herkunft gleiche Merkmale, mit denen diese Lebewesen an ihren Lebensraum angepasst sind 

Bau und Funktion der Pflanzen

Organe - die Sprossachse - Dickenwachstum: Kernholzbildung: Gesteuerter Zelltod zur Erzielung neuer Funktionen

Vorgänge 

Anlieferung von Zucker (Saccharose) zu Holzparenchymzellen an der Grenze Splint-/Kernholz 

Neusynthese von Gerbstoffen, Harzen; oxidieren sich an der Luft und bedingen spezifische Färbung von Harthölzern (Mahagoni, Palisander, Ebenholz)

• Abtransport verwertbarer Substanzen

• Ablagerung nicht benötigter Stoffe (Ca, Silikate = Verkieselung: Härte des Holzes Teakholz ) 

• Befüllung der Gefäße mit Luft


Kernholzbildung: chemische Vorgänge (Bildung von phenolischen Verbindungen, „Gerbstoffe“) -> Beispiel: Scheinakazie (Robinia pseudoacacia) Bildung von fluoreszierenden Abwehrstoffen nach Verletzung / Infektion 


Prozess der Gerbung: Gerbstoffe bewirken eine Vernetzung der Eiweißmoleküle tierischer Häute, dadurch entsteht Leder, das kaum quellbar und gegen mikrobielle Einflüsse weitgehend resistent ist. 

Chemisch sind (pflanzliche) Gerbstoffe ausschließlich Polyphenole (vgl. Vakuoleninhaltsstoffe)  


Einheimische Kernholzbäume: Kiefer, Lärche, Eiche und Ulme. 

Kernholz ohne Imprägnierung: Tanne, Fichte, Buche und Linde 

Splintholzbäume: Erle, Birke, Pappel und Hainbuche

Bau und Funktion der Pflanzen

Organe - die Sprossachse - Dickenwachstum - Sekundäres und tertiäres Abschlussgewebe

Sekundäres Dickenwachstum ohne tertiäres Abschlussgewebe (z.b Buche)


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