Pflanzen Bio an der Universität Heidelberg

Karteikarten und Zusammenfassungen für Pflanzen Bio an der Universität Heidelberg

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Importan dates of crop plant evoluton

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Factors of the Neolithic revolution 8000 BC

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Domestication syndrom

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Wheat general

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Rice general

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Agricultural technology 

What are the changes?

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Input traits Resistance against biotic stress

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Example of output traits

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Uptake of mineral nutrients from soil 

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Chloroplasten

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Plant growth Mersitems, Two nuclei

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What is Plant transformation?

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Pflanzen Bio

Importan dates of crop plant evoluton

8.000 BC: Beginning with pumpkin

1865: Gregor Mendel discovers the principles of inheritance

1953: Deciphering (Entschlüsselung) DNA (J. Watson, F, Crick, R. Franklin)

1972: Begin of genetic engineering: first cloning experiments (Davis, Cohen, Arber)

1983: Creation of first transgenic plant

2000: Completion of Arabidopsis sequence

Today: GMO (genetic modified organism)

Pflanzen Bio

Factors of the Neolithic revolution 8000 BC

Origin of agriculture: Neolithic revolution (8.000 BC)

10.000 years ago agriculture originated at different locations in all continents


  • Global climate change end of last glacial period


-increase in rainfalls: development of annual plants (einjährige Pflanzen)

-geographic redistribution of vegetation (different availability of nutrient in areas of world)

-growing population and development of plant management

 

  • People change from gathering/ hunting to farming/ breeding
  • Conversion (Umbau) of wild landscapes in fields and grasslands
  • Domestication of plants and animals

Pflanzen Bio

Domestication syndrom

Changes in plants as a result of domestication in addition to wild ancestors

  • Similar traits/ properties are chosen to differentiate crop plants from wild ancestors:
    1. Involvement of only few genes
    2. Simple inheritage by restricted genomic localization
    3. Trait gene expression independent from environment
  • Final result:

-Crop plants depend on cultivation by man (sowing (säen) and harvesting)

-man also depend on sufficient plant production

Pflanzen Bio

Wheat general

Wheat: (domesticated Near East)

-Foodstuff for 54% world population

-Wheat: Collective term for the cereal Triticum (3000 recent forms)

-Triticum aestivum (Bread wheat)

-Triticum durum (Pasta wheat)

-Triticum monococcum (Einkorn)

-Most of species originate in Near East:

              -Species of the Genus (Gattung) Triticum and Aegilops

              -Fertile Crescent: Turkey, Libanon, Israel, Jordan, Syria, Iraq, Iran

 

Pflanzen Bio

Rice general

Rice (Oryza): (domesticated Africa and Asia)

-34% of world population depends on nutrients by rice

-Origin in Asia: Oryza sativa (derived from O. nivara)

              2 wild forms dominate in South-east Asia: (500 recent forms)

  1. Oryza nivara (annual einjährig)
  2. Oryza rufipogon (perennial mehrjährig)

 

Domestication of o. nivera was followed by divergence into:

              -indica: non-sticky, long kernels, tropical climate, deep-water rice

              -japonica: sticky, short kernels, moderate climate, dry rice

  • Grow under water (water fields)

-Origin in Africa: O. glaberrina (derived from O. barthii)

  1. Resistant against adverse climates
  2. Extensive cultivation and spontaneous dispersal of seed
  3. Does not grove in water

Pflanzen Bio

Agricultural technology 

What are the changes?

-Since 1850 invention of new machines

-Inorganic fertilization (Application of chemicals to replace natural fertilization (Application of chemicals to replace natural fertilizers)

-Improved crop plant species (Mendelian Laws) (genetic breeding)

-Plant protection measures (herbicides and pesticides)

-Green revolution (Breeding of of resistance traits, e.g. short dwarf cereals(shorter than origin (größerer Ertrag und resistenter gegen Wetter))

-Irrigation (bewässerung) technology (water is the main limitation for agricultural production)

-Information technology (precision (genauigkeit) agriculture e.g. computers, satellites, GPS)

-Improvement programs by Consultative Group for International Agricultural Research (CGIAR)

-> 18% of agricultural surfaces yield up to 40% of  total production

-> green revolution resulted in yield duplication



Pflanzen Bio

Input traits Resistance against biotic stress

Bt maize is resistent against insects Why?

Bt-Gene has its origin from Bacillus thuringiensis

Its expression leads to production of Bt-Protein

Enzymatic hydrolysis of Bt-Protein leads to toxic fregments which are lethal  (tödlich) for insects

Pflanzen Bio

Example of output traits

"Golden Rice": Rice with more vitamin A

50% of world population fed by rice 

Problem: Normal rice has a lack of vitamin A which has negativ effects on health 

Solution:

Introduction of following genes lead to higher synthesis of ß-Carotin (pre-stage Vitamin A):

-Phytoene Synthase (Narcissus)

-Phytoene Desaturase (Erwinia)

-Lycopine Cyclase (Narcissus)


Pflanzen Bio

Uptake of mineral nutrients from soil 

-Cation exchanges at the surface of soil particles  (neggatively charged)

-pH values is very important


Process of uptake is carried out by two different ways:

-> Passive Absorption:

Absorption of minerals without the direct expenditure of metabolic energy

-> Active Absorption:

direct expenditure of metabolic energy. Absorption of minerals, ions from outer space to inner cell is against the concentration gradient

Active transport by ATP or specific proteins


Pflanzen Bio

Chloroplasten

-Own DNA, own translation, lots of endomembranes with unique comosition

-Thylakoids, with photosystems

-Semi-autonomous, features from bacterial origin (own genom) and eukaryotic host

-70S Ribosom

Pflanzen Bio

Plant growth Mersitems, Two nuclei

-Mersitems (=stem cells) are tissue of cell division

-Two nuclei in zygote, which require double fertilization

Pflanzen Bio

What is Plant transformation?

Plant transformation is a stable incorporation and expression of foreign genes.


Agrobacterium is a natural transformation system

Engineering of the Ti-plasmid into a vector for biotechnology

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