Pflanzliche Rohstoffe an der Hochschule Hannover | Karteikarten & Zusammenfassungen

Lernmaterialien für Pflanzliche Rohstoffe an der Hochschule Hannover

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Was ist Chitosan? Nennen Sie bitte wichtige Einsatzgebiete für Chitin und Chitosan.


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  • Gereinigtes und verarbeitetes Chitin (deacyteliert, gewaschen, getrocknet, gemahlen)
  • Chitin: biomedizinische und pharmazeutische Materialien, Landwirtschaft, Wassertechnik, Glucosaminherstellung
  • Chitosan: biomedizinische und pharmazeutische Materialien, Landwirtschaft, Kosmetik, Analytik/ Biochemie, Wassertechnik, Lebensmittel, Papier- und Textilindustrie
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Beschreiben Sie bitte den grundsätzlichen Aufbau eines Stärkekorns und die Anordnung der Amylopektin- und der Amylosemoleküle darin. 4P


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  • Stärke in Plastiden als Stärkekörner (Granula) gelagert
  • Stärkekorn hat semikristalline Struktur: 
    • Amylopektin: Radial angeordnet; reduzierende Glucose innen, En-den nach außen, benachbarte Zweige bilden Doppelhelices, kristallin gepackt
    • Amylose: Amorph (ungeordnet)
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Erläutern Sie bitte die Grundsätze der drei Mendelschen Regeln. 3P

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1. MendelscheRegel (= Uniformitäts-oder Rezi-prozitätsregel)

▪Uniformitätsregel: Bei Kreuzung zweier Pflanzen, die sich in einem Merkmal unterscheiden, erhält man in Bezug auf dieses Merkmal gleichförmig aussehende Bastarde

   -Dominant-rezessiver Erbgang: Ein Merkmal dominant über das andere: Alle Individuen der         F1 zeigen dominantes Merkmal

   -Intermediärer Erbgang: Merkmalsausprägung in F1 zeigt Zwischenstellung zwischen                   Merkmalen beider Eltern

▪Reziprozitätsregel: Bei Kreuzung ist unwichtig, ob Merkmal von Vater oder Mutter stammt ▪Beispiel:-(weiblich) Samen rund x (männlich) Samen kantig: F1-Individuen mit runden Samen (rund dominant über kantig)-(weiblich) Samen kantig x (männlich) Samen rund: Gleiches Ergebnis 

2. MendelscheRegel (= Spaltungsregel)

▪Bei Kreuzung der uniformen Individuen aus  F1 ergeben sich in Nachkommenschaft (F2) verschiedene Kombinationen (Aufspaltung)

▪Merkmale der Ausgangsformen (Parentalgeneration) treten in best. Zahlenverhältnissen wieder auf-Dominant-rezessiver Erbgang: Aufspaltung im Zahlenverhältnis 3:1-Intermediärer Erbgang: Aufspaltung im Zahlenverhältnis 1:2:1 

▪Beim dominant-rezessiven Erbgang sieht man Individuen, die dominantes Merkmal zeigen, nicht an, ob es in nachfolgenden Generationen erhalten bleibt oder aufspaltet:-Homozygoter (reinerbiger) Zustand-Heterozygoter (mischerbiger) Zustand

3. MendelscheRegel (Unabhängigkeitsregel; Neukombination verschiedener Genpaare)

▪Ein Merkmal (1. und 2. MendelscheRegel): Monohybrider Erbgang

▪Mehrere Merkmale (Gene): Dihybrider, trihybrider... polyhybriderErbgang ▪Unabhängigkeitsregel: Bei polyhybridemErbgang neue Genkombinationen möglich

▪Beispiel:Runde Samen+gelbeKotyledonen x kantige Samen+grüneKotyledonen:

-F1: Alle Individuen runde Samen+gelbeKotyledonen (uniform)

-F2 : Aufspaltung 9:3:3:1, z. B.:

    -315 x runde Samen+ gelbe Kotyledonen 

    -101 x kantige Samen+ gelbe Kotyledonen (neu!!) 

    -108  x runde Samen+ grüne Kotyledonen (neu!!)

    -38 x kantige Samen+grüneKotyledonen


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Beschreiben  Sie  Aufbau  und  Funktion  der  DNA  und  der  drei  RNA-Formen;  nennen  Sie dabei  bitte  Gemeinsamkeiten  und  Unterschiede.  Wie  ist  die  räumliche  Anordnung  der DNA-Moleküle? 6P

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- Polynucleotidkettenum gemeinsame Achse antiparallel gewunden

   - Purin-und Pyrimidinbasenins Innere der Helix gerichtet-Phosphate und Zuckerreste außen („Rückgrat“)

    - Ebenen der Basen senkrecht zur Helixachse

- Zusammenhalt der Ketten durch H-Brücken jeweils zwischen Purin-und einer Pyrimidinbase

   - Adenin-Thymin(2 H-Brücken)

   - Guanin -Cytosin(3 H-Brücken) 

- RNA hat Funktion eines Messengers(mRNA) und ist an Proteinbiosynthese beteiligt (transferRNA, ribosomaleRNA) 

  • Boten-RNA (mRNA, Messenger-RNA): bringt die genetische Information aus dem Zellkern zu den Ribosomen, dem Ort in der Zelle, wo die Proteine gebildet werden.
  • Ribosomale RNA (rRNA): ist an der Strukturbildung der Ribosomen beteiligt. (Katalytische Funktion)
  • Transfer-RNA (tRNA): vermittelt in den Ribosomen den Einbau einzelner Aminosäuren in die wachsende Proteinkette.
  • small interferring RNA (siRNA) und micro RNA (miRNA): erfüllen wichtige Funktionen bei der Regulation von zellulären Prozessen.
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Beschreiben Sie bitte den Vorgang der Meiose (Ablauf und Bedeutung); gehen Sie dabei auch kurz auf die Unterschiede zur Mitose ein.

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Meiose 1 (Reduktionsteilung)

  • Interphase: Verdopplung des Genetischen Materials zu 2-Chromatid-Chromosomen
  • Prophase 1:
    • Leptotän: Verdichtung der DNA zu dünnen Fäden
    • Zygotän: Aufwicklung der Fäden zu Chromosomen und Anlagerung 2er homologer Chromosomen (Bivalente) (Vorgang = Synapsis)
    • Pachytän: Austausch gleichgoßer DNA Abschnitte zwischen den angelagerten Chromosomen (Crossing Over)
    • Diplotän: Auftrennung der Bivalente aber bleiben an den Enden verbunden (Chiasmata)
    • Diakinese: Auflösung der Kernmembran, Verdichtung der Chromosomen und Bildung des Spindelapperates.
  • Metaphase 1: Anordnung der Bivalente auf der Äquatorialebene, Fasern des Spindelapperat verbinden sich mit den Centromer
  • Anaphase 1: jeweils ein Chromosom eines Bivalent wird von den Spindelfasern zu jeweils einem Pol gezogen
  • Telophase 1: Bildung einer Kernhülle um jeweils beide Chromosomensätze und Trennung der Tochterzellen (Cytokinese)


Meiose 2 (Äquationsteilung) ähmlich zu Mitose

  • Prophase 2: Bildung eines Spindelapperates und Auflösung der Kernmembran
  • Metaphase 2: Anordnung der Chromosomen in der Äquatorialebene und Verbinden der Spindelfasern mit den Centromeren
  • Anapahase 2: Verkürzung der Spindelphasern sodass Chromatiden zu den Polen gezogen werden.
  • Telophase 2: Bildung der Kernhüllen um die Chromatiden, Entwirrung der Chromatiden, Auflösung des Spindelapperates und Trennung der Zellen (Cytokinese)
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Beschreiben Sie bitte kurz die Kulturgeschichte des Weizens, der Kartoffel, der Zuckerrübe oder des Maises. 3P

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Kulturgeschichte des Weizens

  • Vor ca. 10.000Jahren ernähren sich Steinzeitmenschen in Osttürkei von „Einkorn“, einer Wildform des Weizens
  • Aus Kreuzungen entstehen Emmer und Dinkel, später Weichweizen und Durum
  • Einkorn, Emmer: Hauptgetreide der Ägypter, Griechen, Phönizier
  • Emmer, Dinkel: Hauptgetreide der Germanen und Römer
  • Ende 19 Jhd.: Wenige Arten systematisch gezüchtet; Einkorn und Emmer verdrängt
  • Heute Anbau/Züchtung von Einkorn, Emmer und Dinkel in geringem Umfang (Öko-Landbau)
  • Vorteile alter Landrassen und -sorten: Angepasst an lokale Besonderheiten, hochwertiges Protein, Resistenzen vorhanden; Nachteil: Ertrag

Kulturgeschichte von Mais

  • Einziges Gras der Gattung Zea, bis heute keine eindeutige Wildform bekannt, evtl. Teosinteaus Mexiko und Guatemala
  • Ab 5.000 v. Chr. Mais als Nahrung im Hochland von Mexiko
  • Kolumbus bringt 1520 die ersten Maiskörner nach Spanien; dort als „Wunderpflanze“ verehrt
  • Siegeszug in alle Welt ab 1530
  • Heute ca. 50.000 unterschiedliche Maissorten in Genbanken gelagert▪GrosseVariabilität hinsichtlich Wuchshabitus, Kolbenform, Kornfarbe etc.

Kulturgeschichte der Zuckerrübe

  • Kulturpflanze de industriellen Zeitalters
  • Erst 1747 in Mangold und Roter Bete Saccharose nachgewiesen; davor nur Zuckerrohr genutzt (sehr teuer)
  • Kreuzung aus Futterrübe und Mangold: „weiße schlesische Zuckerrübe“
  • Innerhalb von ca. 100 Jahren Saccharosegehaltedurch intensive züchterische Bearbeitung von  2% auf  >15% gesteigert
  • 1850 bereits 200 Zuckerfabriken in D, Anbaufläche erhöht von 1000 auf 530000 ha von 1850 bis 1914

Kulturgeschichte der Kartoffel

  • Erst ca. 1565 (nach Kolumbus) in Europa bekannt (ähnlich wie Mais)
  • Wildarten enthalten giftige Alkaloide; vor ca. 4.000 Jahren Entdeckung von alkaloidfreienMutanten in Peru
  • Anbau in Europa erst im 18. Jhd., da ursprüngliche „andigena“-Typen Langtagpflanze (Knollenbildung zu spät)
  • Heute „tuberosum“-Typen; tagneutral, Knollenbildung von Photoperiodeunabhängig▪Ab ca. 1800 intensive züchterische Bearbeitung; 1884 bereits 230 verschiedene Sorten in 3 Reifegruppen
  • Intensive Nutzung von Wildarten: Resistenzgene
  • Bereits sehr frühe Nutzung biotechnologischer Verfahren (Doppel-haploide, Protoplastenfusion)
  • Heute große Sortenvielfalt (Knollenform-und Farbe, Geschmack....), aber nur wenige Sorten im Anbau
  • Ausnahme: Im Ökolandbau Anbau und Züchtung „alter“ Sorten 
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Mutationen  können  in  der  Pflanzenzüchtung  zur  Erzeugung  neuer  Variation  eingesetzt werden. In welche drei Klassen können Mutationen eingeordnet werden, wie können Mutationen ausgelöst werden und auf welche Weise lassen sie sich pflanzenzüchterisch nutzen? 5P

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Mutationen

  • Genmutationen (Punktmutationen)
    • Mutationen, durch die nur ein einziges Gen verändert wird
    • Mutagene Behandlung: Bestrahlung,Chemikalien oderZellkulturen 
    • Älteste Methode zur Erzeugung von Mutationen: Bestrahlung mit Röntgenstrahlen oder Neutronen
    • Behandlung mit Chemikalien; viele mutageneStoffe bekannt; z. B.  Ethylmethansulfonat(EMS)
    • Mutationsauslösung an verschiedenen Pflanzenteilen möglich, am ein-fachstenbei Samen
    • SomaklonaleVariation: Wenn Gewebe über einen längeren Zeitraum inin vitro-Kultur wächst, kommt es zu hoher Mutationsrate
  • Chromosomenmutationen
    • Strukturelle Veränderungen der Chromosomen, keine einzelne Gene, sondern größere Genblöcke
    • Meist Chromosomenbrüche durch Strahlung: Deletion, Duplikation, In-versionund/oder Translokation
    • Nur Translokationen von züchterischem Interesse: 
      • Abschnitt eines Chromosoms wird  an anderes angelagert; interessant zwischen Chromosomen verschiedener Arten
    • Bei Kreuzung zweier Arten mit anschließender Bestrahlung der Bastarde Translokationen möglich; Genübertragung von einer auf andere Art
    • Translokationen bei Weizen: 
      • Gene für Braunrostresistenz aus der Wildart Aegilops umbellata
      • Viele Sorten tragen auf Chromosom 1 ein Segment des Roggens mit Genen für Mehltau-, Braunrost-, Gelbrost-und Schwarzrostresistenz
  • Genommutationen
    • Änderungen der Chromosomenzahl 
      • Aneuploide: Enthalten ein oder zwei Chromosomen mehr oder weniger als die normale Anzahl
      • Haploide: Tragen nur einfachen statt des üblichen zweifachen Chromosomensatzes
      • Autopolyploide: Enthalten einfachen Chromosomensatz in mehr als zwei Kopien
      • Allopolyploide: Die vollständigen Chromosomensätze von zwei oder mehr verschiedenen Arten sind addiert (= amphipolyploide)

Auslöser

  • Fehler bei der Meiose
  • Fehler bei der DNA-Replikation 
  • Umweltfaktoren  wie elektromagnet. Strahlung (UV, Röntgen), radioaktive Strahlung, Chemikalien, Temperatur
  • Fehler im DNA-Reparaturmechanismus der Zelle

Pflanzenzüchterischer Nutzen (Genmutation)

  • Zwergformen bei Getreide: 
    • Unter natürlichen Konkurrenzverhältnissen benachteiligt, aber im Reinbestand (besonders bei hoher N-Düngung) hohe Standfestigkeit
  • Blattlose bzw. halbblattlose  Erbsen: 
    • Eigentlich Defekte der Pflanze; halbblattlose Erbsen zunehmend von Bedeutung; ähnliche Erträge wie normale Formen, aber sehr viel standfester, Ernte erheblich einfacher und sicherer
  • Mutationen mit drastischen Effekten selten, aber auch kleine Ver-änderungender Wuchshöhe, Reifezeit oder Krankheitsanfälligkeit von züchterischem Interesse
  • Problem: Sichere Erkennung solcher Mutanten 

Zusammenfassung

  • Genmutationen: Bestrahlung, Chemikalien oder Gewebekulturen, meist unerwünschte Effekte, gelegentlich züchterisch interessant; meist rezessiv
  • Chromosomenmutationen: Nur Translokationen von züchterischer Bedeutung; Übertragung von Chromosomensegmenten können zwischen verwandten Arten
  • Haploide: Z. B. durch  Antherenkulturen; nach Colchicinierung: homozygote Doppelhaploide
  • Autopolyploide: Größere TM-Produktion, aber geringere Samenzahl als Diploide; deshalb bei vegetativ genutzten Arten interessant
  • Allopolyploide: In Evolution häufig entstanden; Weizen und Raps wichtigste Beispiele; künstlich zu erzeugen durch Artkreuzung und anschließende Colchicinbehandlung


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Was versteht man unter dem Begriff „cytoplasmatisch-männliche Sterilität (CMS)“ und bei welchem Züchtungsverfahren wird CMS eingesetzt? 2P

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Unter Cytoplasmatischer männlicher Sterilität (CMS) versteht man die Unfähigkeit von Pflanzen, befruchtungsfähigen Pollen zu bilden. Die Eigenschaft beruht auf Mutationen, die ausschließlich über die Mutter vererbt werden. Die mutierten Gene befinden sich nicht auf der DNA im Zellkern, sondern im Cytoplasma in den Mitochondrien. 

Pflanzen verbreiten ihre Gene über Pollen. In der Hybridzüchtung werden die männlich sterilen Linien als Mutterpflanzen zur Saatgutproduktion eingesetzt. Somit wird die unerwünschte Selbstbestäubung der Pflanzen verhindert und eine kontrollierte Bestäubung gewährleistet. 

Eingesetzt wird die CMS beispielsweise bei Raps, Roggen oder Mais. 

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Nennen Sie bitte die zur Verfügung stehenden Sortentypen für Selbstbefruchter, Fremd-befruchter und vegetativ vermehrte Pflanzenarten. 3P

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Vier Sortentypen

  • Klonsorten: Vegetative Vermehrung (Kartoffeln, Topinambur)
  • Liniensorten: Selbstbefruchter (Weizen, Gerste, Erbse)
  • Populationssorten: Fremdbefruchter (Roggen, Raps)
  • Hybridsorten: Kombination von Inzuchtlinien, Nutzung von Heterosis (Mais, Raps)
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Definieren Sie bitte den Begriff „Heterosis“. Ist Heterosis größer für das Merkmal Ertrag oder für Qualitätseigenschaften? Welches Fortpflanzungssystem führt zu den größten Heterosiseffekten? 2P

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Heterosis

  • Leistungssteigerung nach Kreuzung von zwei unterschiedlichen, homozygoten Eltern 
  • Bei Fremdbefruchtern sehr viel größer als bei Selbstbefruchtem
  • Umso stärker, je komplexer das Merkmal, d. h., je mehr Gene beteiligt sind (z. B. Ertrag mehr Heterosisals Wuchshöhe)
  • Bei Qualitätseigenschaften (Öl-und Proteingehalt) nur gering
  • Heterosisbes. ausgeprägt, wenn Eltern genetisch stark unterschiedlich 
  • Bsp. Mais: Unterschiedliche Formenkreise: Hart-und Zahnmais
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Nennen Sie einige Gründe für die Notwendigkeit der Erhaltung genetischer Ressourcen für die Züchtung von Kulturpflanzen. Wie nennt man Einrichtungen, die genetische Res-sourcen sammeln, aufbewahren und pflegen? 2P

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Erhaltung genetischer Ressourcen

  • Einige Regionen der Welt besonders gute Voraussetzungen zur Entfaltung einer großen genetischen Variabilität (hotspots)
  • Genzentren:China, Indien, Indonesien, Zentralasien, Naher Osten, Mittelmeergebiet, Äthiopien, Mittelamerika und Südamerika
  • Bislang nicht genutzte Variabilität in Zukunft möglicherweise von großer Bedeutung
  • Genetische Ressourcen müssen in Zukunft der Pflanzenzüchtung zur Verfügung stehen
  • Genbanken sammeln, beschreiben, konservieren und verteilen auf Anfrage an Züchter
  • Alternative: Erhaltung von Ökosysteme mit gesamter Flora und Fauna: “Genparks" oder “in situ-Konservierung"
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Wo in der Zelle erfolgt der Einbau der Fettsäuren in die Triacylglycerole? Beschreiben Sie bitte auch Bildung, Aufbau und Funktion der Oleosomen. 3P


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  • Im Cytosol, nahe ER
  • Bildung durch Anlagerung an ER-Membran, Doppellipidschicht ummantelt mit äußerer Schicht die Triacylglycerole und separiert sich vom ER 
  • In Endosperm und Embryonalgewebe von Samen Proteine in Lipidmonoschicht (Oleosine): Funktion bei Mobilisierung der FS bei Keimung 
  • Bei Abbau der Oleosomen (Keimung und Keimlingswachstum) zerlegen Lipasen TAGs hydrolytisch in Glycerin und Fettsäuren
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Q:

Was ist Chitosan? Nennen Sie bitte wichtige Einsatzgebiete für Chitin und Chitosan.


A:
  • Gereinigtes und verarbeitetes Chitin (deacyteliert, gewaschen, getrocknet, gemahlen)
  • Chitin: biomedizinische und pharmazeutische Materialien, Landwirtschaft, Wassertechnik, Glucosaminherstellung
  • Chitosan: biomedizinische und pharmazeutische Materialien, Landwirtschaft, Kosmetik, Analytik/ Biochemie, Wassertechnik, Lebensmittel, Papier- und Textilindustrie
Q:

Beschreiben Sie bitte den grundsätzlichen Aufbau eines Stärkekorns und die Anordnung der Amylopektin- und der Amylosemoleküle darin. 4P


A:
  • Stärke in Plastiden als Stärkekörner (Granula) gelagert
  • Stärkekorn hat semikristalline Struktur: 
    • Amylopektin: Radial angeordnet; reduzierende Glucose innen, En-den nach außen, benachbarte Zweige bilden Doppelhelices, kristallin gepackt
    • Amylose: Amorph (ungeordnet)
Q:

Erläutern Sie bitte die Grundsätze der drei Mendelschen Regeln. 3P

A:

1. MendelscheRegel (= Uniformitäts-oder Rezi-prozitätsregel)

▪Uniformitätsregel: Bei Kreuzung zweier Pflanzen, die sich in einem Merkmal unterscheiden, erhält man in Bezug auf dieses Merkmal gleichförmig aussehende Bastarde

   -Dominant-rezessiver Erbgang: Ein Merkmal dominant über das andere: Alle Individuen der         F1 zeigen dominantes Merkmal

   -Intermediärer Erbgang: Merkmalsausprägung in F1 zeigt Zwischenstellung zwischen                   Merkmalen beider Eltern

▪Reziprozitätsregel: Bei Kreuzung ist unwichtig, ob Merkmal von Vater oder Mutter stammt ▪Beispiel:-(weiblich) Samen rund x (männlich) Samen kantig: F1-Individuen mit runden Samen (rund dominant über kantig)-(weiblich) Samen kantig x (männlich) Samen rund: Gleiches Ergebnis 

2. MendelscheRegel (= Spaltungsregel)

▪Bei Kreuzung der uniformen Individuen aus  F1 ergeben sich in Nachkommenschaft (F2) verschiedene Kombinationen (Aufspaltung)

▪Merkmale der Ausgangsformen (Parentalgeneration) treten in best. Zahlenverhältnissen wieder auf-Dominant-rezessiver Erbgang: Aufspaltung im Zahlenverhältnis 3:1-Intermediärer Erbgang: Aufspaltung im Zahlenverhältnis 1:2:1 

▪Beim dominant-rezessiven Erbgang sieht man Individuen, die dominantes Merkmal zeigen, nicht an, ob es in nachfolgenden Generationen erhalten bleibt oder aufspaltet:-Homozygoter (reinerbiger) Zustand-Heterozygoter (mischerbiger) Zustand

3. MendelscheRegel (Unabhängigkeitsregel; Neukombination verschiedener Genpaare)

▪Ein Merkmal (1. und 2. MendelscheRegel): Monohybrider Erbgang

▪Mehrere Merkmale (Gene): Dihybrider, trihybrider... polyhybriderErbgang ▪Unabhängigkeitsregel: Bei polyhybridemErbgang neue Genkombinationen möglich

▪Beispiel:Runde Samen+gelbeKotyledonen x kantige Samen+grüneKotyledonen:

-F1: Alle Individuen runde Samen+gelbeKotyledonen (uniform)

-F2 : Aufspaltung 9:3:3:1, z. B.:

    -315 x runde Samen+ gelbe Kotyledonen 

    -101 x kantige Samen+ gelbe Kotyledonen (neu!!) 

    -108  x runde Samen+ grüne Kotyledonen (neu!!)

    -38 x kantige Samen+grüneKotyledonen


Q:

Beschreiben  Sie  Aufbau  und  Funktion  der  DNA  und  der  drei  RNA-Formen;  nennen  Sie dabei  bitte  Gemeinsamkeiten  und  Unterschiede.  Wie  ist  die  räumliche  Anordnung  der DNA-Moleküle? 6P

A:

- Polynucleotidkettenum gemeinsame Achse antiparallel gewunden

   - Purin-und Pyrimidinbasenins Innere der Helix gerichtet-Phosphate und Zuckerreste außen („Rückgrat“)

    - Ebenen der Basen senkrecht zur Helixachse

- Zusammenhalt der Ketten durch H-Brücken jeweils zwischen Purin-und einer Pyrimidinbase

   - Adenin-Thymin(2 H-Brücken)

   - Guanin -Cytosin(3 H-Brücken) 

- RNA hat Funktion eines Messengers(mRNA) und ist an Proteinbiosynthese beteiligt (transferRNA, ribosomaleRNA) 

  • Boten-RNA (mRNA, Messenger-RNA): bringt die genetische Information aus dem Zellkern zu den Ribosomen, dem Ort in der Zelle, wo die Proteine gebildet werden.
  • Ribosomale RNA (rRNA): ist an der Strukturbildung der Ribosomen beteiligt. (Katalytische Funktion)
  • Transfer-RNA (tRNA): vermittelt in den Ribosomen den Einbau einzelner Aminosäuren in die wachsende Proteinkette.
  • small interferring RNA (siRNA) und micro RNA (miRNA): erfüllen wichtige Funktionen bei der Regulation von zellulären Prozessen.
Q:

Beschreiben Sie bitte den Vorgang der Meiose (Ablauf und Bedeutung); gehen Sie dabei auch kurz auf die Unterschiede zur Mitose ein.

A:

Meiose 1 (Reduktionsteilung)

  • Interphase: Verdopplung des Genetischen Materials zu 2-Chromatid-Chromosomen
  • Prophase 1:
    • Leptotän: Verdichtung der DNA zu dünnen Fäden
    • Zygotän: Aufwicklung der Fäden zu Chromosomen und Anlagerung 2er homologer Chromosomen (Bivalente) (Vorgang = Synapsis)
    • Pachytän: Austausch gleichgoßer DNA Abschnitte zwischen den angelagerten Chromosomen (Crossing Over)
    • Diplotän: Auftrennung der Bivalente aber bleiben an den Enden verbunden (Chiasmata)
    • Diakinese: Auflösung der Kernmembran, Verdichtung der Chromosomen und Bildung des Spindelapperates.
  • Metaphase 1: Anordnung der Bivalente auf der Äquatorialebene, Fasern des Spindelapperat verbinden sich mit den Centromer
  • Anaphase 1: jeweils ein Chromosom eines Bivalent wird von den Spindelfasern zu jeweils einem Pol gezogen
  • Telophase 1: Bildung einer Kernhülle um jeweils beide Chromosomensätze und Trennung der Tochterzellen (Cytokinese)


Meiose 2 (Äquationsteilung) ähmlich zu Mitose

  • Prophase 2: Bildung eines Spindelapperates und Auflösung der Kernmembran
  • Metaphase 2: Anordnung der Chromosomen in der Äquatorialebene und Verbinden der Spindelfasern mit den Centromeren
  • Anapahase 2: Verkürzung der Spindelphasern sodass Chromatiden zu den Polen gezogen werden.
  • Telophase 2: Bildung der Kernhüllen um die Chromatiden, Entwirrung der Chromatiden, Auflösung des Spindelapperates und Trennung der Zellen (Cytokinese)
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Q:

Beschreiben Sie bitte kurz die Kulturgeschichte des Weizens, der Kartoffel, der Zuckerrübe oder des Maises. 3P

A:

Kulturgeschichte des Weizens

  • Vor ca. 10.000Jahren ernähren sich Steinzeitmenschen in Osttürkei von „Einkorn“, einer Wildform des Weizens
  • Aus Kreuzungen entstehen Emmer und Dinkel, später Weichweizen und Durum
  • Einkorn, Emmer: Hauptgetreide der Ägypter, Griechen, Phönizier
  • Emmer, Dinkel: Hauptgetreide der Germanen und Römer
  • Ende 19 Jhd.: Wenige Arten systematisch gezüchtet; Einkorn und Emmer verdrängt
  • Heute Anbau/Züchtung von Einkorn, Emmer und Dinkel in geringem Umfang (Öko-Landbau)
  • Vorteile alter Landrassen und -sorten: Angepasst an lokale Besonderheiten, hochwertiges Protein, Resistenzen vorhanden; Nachteil: Ertrag

Kulturgeschichte von Mais

  • Einziges Gras der Gattung Zea, bis heute keine eindeutige Wildform bekannt, evtl. Teosinteaus Mexiko und Guatemala
  • Ab 5.000 v. Chr. Mais als Nahrung im Hochland von Mexiko
  • Kolumbus bringt 1520 die ersten Maiskörner nach Spanien; dort als „Wunderpflanze“ verehrt
  • Siegeszug in alle Welt ab 1530
  • Heute ca. 50.000 unterschiedliche Maissorten in Genbanken gelagert▪GrosseVariabilität hinsichtlich Wuchshabitus, Kolbenform, Kornfarbe etc.

Kulturgeschichte der Zuckerrübe

  • Kulturpflanze de industriellen Zeitalters
  • Erst 1747 in Mangold und Roter Bete Saccharose nachgewiesen; davor nur Zuckerrohr genutzt (sehr teuer)
  • Kreuzung aus Futterrübe und Mangold: „weiße schlesische Zuckerrübe“
  • Innerhalb von ca. 100 Jahren Saccharosegehaltedurch intensive züchterische Bearbeitung von  2% auf  >15% gesteigert
  • 1850 bereits 200 Zuckerfabriken in D, Anbaufläche erhöht von 1000 auf 530000 ha von 1850 bis 1914

Kulturgeschichte der Kartoffel

  • Erst ca. 1565 (nach Kolumbus) in Europa bekannt (ähnlich wie Mais)
  • Wildarten enthalten giftige Alkaloide; vor ca. 4.000 Jahren Entdeckung von alkaloidfreienMutanten in Peru
  • Anbau in Europa erst im 18. Jhd., da ursprüngliche „andigena“-Typen Langtagpflanze (Knollenbildung zu spät)
  • Heute „tuberosum“-Typen; tagneutral, Knollenbildung von Photoperiodeunabhängig▪Ab ca. 1800 intensive züchterische Bearbeitung; 1884 bereits 230 verschiedene Sorten in 3 Reifegruppen
  • Intensive Nutzung von Wildarten: Resistenzgene
  • Bereits sehr frühe Nutzung biotechnologischer Verfahren (Doppel-haploide, Protoplastenfusion)
  • Heute große Sortenvielfalt (Knollenform-und Farbe, Geschmack....), aber nur wenige Sorten im Anbau
  • Ausnahme: Im Ökolandbau Anbau und Züchtung „alter“ Sorten 
Q:

Mutationen  können  in  der  Pflanzenzüchtung  zur  Erzeugung  neuer  Variation  eingesetzt werden. In welche drei Klassen können Mutationen eingeordnet werden, wie können Mutationen ausgelöst werden und auf welche Weise lassen sie sich pflanzenzüchterisch nutzen? 5P

A:

Mutationen

  • Genmutationen (Punktmutationen)
    • Mutationen, durch die nur ein einziges Gen verändert wird
    • Mutagene Behandlung: Bestrahlung,Chemikalien oderZellkulturen 
    • Älteste Methode zur Erzeugung von Mutationen: Bestrahlung mit Röntgenstrahlen oder Neutronen
    • Behandlung mit Chemikalien; viele mutageneStoffe bekannt; z. B.  Ethylmethansulfonat(EMS)
    • Mutationsauslösung an verschiedenen Pflanzenteilen möglich, am ein-fachstenbei Samen
    • SomaklonaleVariation: Wenn Gewebe über einen längeren Zeitraum inin vitro-Kultur wächst, kommt es zu hoher Mutationsrate
  • Chromosomenmutationen
    • Strukturelle Veränderungen der Chromosomen, keine einzelne Gene, sondern größere Genblöcke
    • Meist Chromosomenbrüche durch Strahlung: Deletion, Duplikation, In-versionund/oder Translokation
    • Nur Translokationen von züchterischem Interesse: 
      • Abschnitt eines Chromosoms wird  an anderes angelagert; interessant zwischen Chromosomen verschiedener Arten
    • Bei Kreuzung zweier Arten mit anschließender Bestrahlung der Bastarde Translokationen möglich; Genübertragung von einer auf andere Art
    • Translokationen bei Weizen: 
      • Gene für Braunrostresistenz aus der Wildart Aegilops umbellata
      • Viele Sorten tragen auf Chromosom 1 ein Segment des Roggens mit Genen für Mehltau-, Braunrost-, Gelbrost-und Schwarzrostresistenz
  • Genommutationen
    • Änderungen der Chromosomenzahl 
      • Aneuploide: Enthalten ein oder zwei Chromosomen mehr oder weniger als die normale Anzahl
      • Haploide: Tragen nur einfachen statt des üblichen zweifachen Chromosomensatzes
      • Autopolyploide: Enthalten einfachen Chromosomensatz in mehr als zwei Kopien
      • Allopolyploide: Die vollständigen Chromosomensätze von zwei oder mehr verschiedenen Arten sind addiert (= amphipolyploide)

Auslöser

  • Fehler bei der Meiose
  • Fehler bei der DNA-Replikation 
  • Umweltfaktoren  wie elektromagnet. Strahlung (UV, Röntgen), radioaktive Strahlung, Chemikalien, Temperatur
  • Fehler im DNA-Reparaturmechanismus der Zelle

Pflanzenzüchterischer Nutzen (Genmutation)

  • Zwergformen bei Getreide: 
    • Unter natürlichen Konkurrenzverhältnissen benachteiligt, aber im Reinbestand (besonders bei hoher N-Düngung) hohe Standfestigkeit
  • Blattlose bzw. halbblattlose  Erbsen: 
    • Eigentlich Defekte der Pflanze; halbblattlose Erbsen zunehmend von Bedeutung; ähnliche Erträge wie normale Formen, aber sehr viel standfester, Ernte erheblich einfacher und sicherer
  • Mutationen mit drastischen Effekten selten, aber auch kleine Ver-änderungender Wuchshöhe, Reifezeit oder Krankheitsanfälligkeit von züchterischem Interesse
  • Problem: Sichere Erkennung solcher Mutanten 

Zusammenfassung

  • Genmutationen: Bestrahlung, Chemikalien oder Gewebekulturen, meist unerwünschte Effekte, gelegentlich züchterisch interessant; meist rezessiv
  • Chromosomenmutationen: Nur Translokationen von züchterischer Bedeutung; Übertragung von Chromosomensegmenten können zwischen verwandten Arten
  • Haploide: Z. B. durch  Antherenkulturen; nach Colchicinierung: homozygote Doppelhaploide
  • Autopolyploide: Größere TM-Produktion, aber geringere Samenzahl als Diploide; deshalb bei vegetativ genutzten Arten interessant
  • Allopolyploide: In Evolution häufig entstanden; Weizen und Raps wichtigste Beispiele; künstlich zu erzeugen durch Artkreuzung und anschließende Colchicinbehandlung


Q:

Was versteht man unter dem Begriff „cytoplasmatisch-männliche Sterilität (CMS)“ und bei welchem Züchtungsverfahren wird CMS eingesetzt? 2P

A:

Unter Cytoplasmatischer männlicher Sterilität (CMS) versteht man die Unfähigkeit von Pflanzen, befruchtungsfähigen Pollen zu bilden. Die Eigenschaft beruht auf Mutationen, die ausschließlich über die Mutter vererbt werden. Die mutierten Gene befinden sich nicht auf der DNA im Zellkern, sondern im Cytoplasma in den Mitochondrien. 

Pflanzen verbreiten ihre Gene über Pollen. In der Hybridzüchtung werden die männlich sterilen Linien als Mutterpflanzen zur Saatgutproduktion eingesetzt. Somit wird die unerwünschte Selbstbestäubung der Pflanzen verhindert und eine kontrollierte Bestäubung gewährleistet. 

Eingesetzt wird die CMS beispielsweise bei Raps, Roggen oder Mais. 

Q:

Nennen Sie bitte die zur Verfügung stehenden Sortentypen für Selbstbefruchter, Fremd-befruchter und vegetativ vermehrte Pflanzenarten. 3P

A:

Vier Sortentypen

  • Klonsorten: Vegetative Vermehrung (Kartoffeln, Topinambur)
  • Liniensorten: Selbstbefruchter (Weizen, Gerste, Erbse)
  • Populationssorten: Fremdbefruchter (Roggen, Raps)
  • Hybridsorten: Kombination von Inzuchtlinien, Nutzung von Heterosis (Mais, Raps)
Q:

Definieren Sie bitte den Begriff „Heterosis“. Ist Heterosis größer für das Merkmal Ertrag oder für Qualitätseigenschaften? Welches Fortpflanzungssystem führt zu den größten Heterosiseffekten? 2P

A:

Heterosis

  • Leistungssteigerung nach Kreuzung von zwei unterschiedlichen, homozygoten Eltern 
  • Bei Fremdbefruchtern sehr viel größer als bei Selbstbefruchtem
  • Umso stärker, je komplexer das Merkmal, d. h., je mehr Gene beteiligt sind (z. B. Ertrag mehr Heterosisals Wuchshöhe)
  • Bei Qualitätseigenschaften (Öl-und Proteingehalt) nur gering
  • Heterosisbes. ausgeprägt, wenn Eltern genetisch stark unterschiedlich 
  • Bsp. Mais: Unterschiedliche Formenkreise: Hart-und Zahnmais
Q:

Nennen Sie einige Gründe für die Notwendigkeit der Erhaltung genetischer Ressourcen für die Züchtung von Kulturpflanzen. Wie nennt man Einrichtungen, die genetische Res-sourcen sammeln, aufbewahren und pflegen? 2P

A:

Erhaltung genetischer Ressourcen

  • Einige Regionen der Welt besonders gute Voraussetzungen zur Entfaltung einer großen genetischen Variabilität (hotspots)
  • Genzentren:China, Indien, Indonesien, Zentralasien, Naher Osten, Mittelmeergebiet, Äthiopien, Mittelamerika und Südamerika
  • Bislang nicht genutzte Variabilität in Zukunft möglicherweise von großer Bedeutung
  • Genetische Ressourcen müssen in Zukunft der Pflanzenzüchtung zur Verfügung stehen
  • Genbanken sammeln, beschreiben, konservieren und verteilen auf Anfrage an Züchter
  • Alternative: Erhaltung von Ökosysteme mit gesamter Flora und Fauna: “Genparks" oder “in situ-Konservierung"
Q:

Wo in der Zelle erfolgt der Einbau der Fettsäuren in die Triacylglycerole? Beschreiben Sie bitte auch Bildung, Aufbau und Funktion der Oleosomen. 3P


A:
  • Im Cytosol, nahe ER
  • Bildung durch Anlagerung an ER-Membran, Doppellipidschicht ummantelt mit äußerer Schicht die Triacylglycerole und separiert sich vom ER 
  • In Endosperm und Embryonalgewebe von Samen Proteine in Lipidmonoschicht (Oleosine): Funktion bei Mobilisierung der FS bei Keimung 
  • Bei Abbau der Oleosomen (Keimung und Keimlingswachstum) zerlegen Lipasen TAGs hydrolytisch in Glycerin und Fettsäuren
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