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Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 1
Titel
PflanzenphysiologieHeute: Vreni Wiemken
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 10 (17. Mai 2010) - 2
Ankündigung Exkursionen
Programm der Feldstudien für die nächsten drei Wochen
Mi
Do
Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 3
5. Juni 2010: Ganztägige Exkursion zu den Murgseen
Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 4
5. Juli 2010: Ganztägige Exkursion zu den Murgseen
Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 5
10. Symbiose als Lebensprinzip
Symbiose als Lebensprinzip
Skript - p. 103
Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 6
Beispiele von Pflanzen-Symbiosen
Beispiele von Symbiosen
Skript - p. 104
Übersicht aus der Vorlesung "Pflanzliche Symbiosen". Hier werden einige Beispiele präsentiert.
Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 7
Pflanzen-Bakterien-Symbiosen
Partner Mutualismus: Beide Partner profitieren
Antagonistische Symbiose: Partner der Pflanze profitiert
Antagonistische Symbiose: Pflanze profitiert
Bakterien
Knöllchen-Symbiose:Fabaceen und Rhizobium
Wurzelhals-Gallen:Agrobacterium
Nicht bekannt
Pflanzen-Bakterien-Symbiosen ausgefüllt
Skript - p. 104
Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 8
Mutualistische Symbiosen Bakterien-Pflanzen:Beispiel Knöllchen-Symbiose (Rhizobien-Fabaceen)
Knöllchen-Symbiose
Bilder aus dem Internet
Wurzelknöllchen: enthält Bakterien
Photosynthese-Produkte der Pflanze
Fixierter Stickstoff des Bakteriums
Fair trade
Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 9
Rhizobien-Leguminosen-Symbiose
Knöllchen-Symbiose zwischen Rhizobium und Fabaceen
Crosstalk 1:Pflanze produziertFlavonoide
Crosstalk 2:Bakterium produziert Nod-Faktoren
Flavonoid
Nod-Faktor
Entwicklung des Knöllchens
Infektions-schlauch
Stickstoff-Fixierungim Symbiosom
Skript - p. 105
Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 10
Crosstalk 1: Flavonoide
Skript - p. 105
Bei Stickstoffmangel scheidet die Wurzel Flavonoide in die "Rhizosphäre" aus
Flavonoid
Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 11
Crosstalk 1: Wirkung der Flavonoide
Skript - p. 105
Flavonoide locken die Rhizobien an (Chemotaxis)
Flavonoide induzieren die nod-Gene: Biosynthese der Nod-Faktoren
Bakterien werden an der Wurzelhaarspitze angeheftet (durch pflanzliche Lectine)
Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 12Skript - p. 105
Crosstalk 2: Nod-Faktoren
Nod-Faktor
Rückgrat: Chitin-Bruchstück(4x oder 5x N-Acetylglucosamin)
Obligatorische Dekoration:Fettsäure
Fakultative Dekoration:Sulfat, Fucose, Arabinose etc.
Synthese: Nod-Gene(NodABC)
Synthese: Nod-Gene(NodEFG ...)
Synthese: Nod-Gene(NodHK...YZ)
Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 13
Infektionsschlauch, Bildung von Symbiosomen
Crosstalk 2: Wirkung der Nod-Faktoren
Nod-Faktoren führen zu Hakenbildung des Wurzelhaars
Nod-Faktoren führen zu Zellteilung in der Wurzel-Cortex
Bakterien werden in "Symbiosomen" entlassen
Bakterien dringen durch "Infektionsschlauch" ein
Bakterien differenzieren sich in Bakteroide; N2-Fixation beginnt
Skript - p. 105
Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 14
Symbiosomen und Bakteroide
Symbiosomen und Bakteroide
Peribakteroid-Membran =Pflanzen-Membran!
Bakteroid-Membran = Bakterien-Membran!
Assimilate
fix. N (NH4+)
Skript - p. 105
Austausch vermittelt über zwei Membranen!
Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 15
Metabolismus im Symbiosom
Metabolismus im Symbiosom - Übersicht
Assimilate: als Malat geliefert!
Nitrogenase
Leg-Hämoglobin:Sauerstoff-Schutz,Sauerstoff-Transport
Skript - p. 106
Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 16
Nitrogenase (I)
Nitrogenase
Skript - p. 106
- Enzym sauerstoffempfindlich!
Enzymkomplex aus Eisen-Protein und Eisen-Molybdän-Protein
- grosser Energie-Aufwand!
C2H2
C2H4
Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 17
Antagonistische Symbiose Bakterien-Pflanzen:Agrobacterium tumefaciens (Erreger der Wurzelhalsgalle)
Bilder aus Schopfer/Brennicke, 1999
Agrobacterium tumefaciens
Wurzelhalsgalle: enthält Bakterien
Einbahnverkehr:Pflanze liefert Photosynthese-
produkte und Stickstoff!
Ausbeutung
Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 18
Pflanzen-Pilz-Symbiosen
Partner Mutualismus: Beide Partner profitieren
Antagonistische Symbiose: Partner der Pflanze profitiert
Antagonistische Symbiose: Pflanze profitiert
Pilze
Mykorrhiza-Symbiose
Mehltau, RostNestwurz, Neottia nidus-avis (Mykotrophe Pflanzen)
Pflanzen-Pilze ausgefüllt
Skript - p. 104
Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 19
Mutualistische Symbiosen - Ektomykorrhiza
Lehrbuch-Ansicht eines jungen Baumes
Bild aus Strasburger, 1999
Lehrbuch-Ansicht eines jungen Baumes
Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 20
Naturgetreue Ansicht eines jungen Baumes
Bild: Titelseite von "Plant Cell and Environment", Mai 2001
Naturgetreue Ansicht eines jungen Baumes (I)
Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 21
Mutualistische Symbiosen: Beispiel Ektomycorrhiza
Bilder der Ektomykorrhiza
Ektomykorrhiza
Hyphenmantel
Hartig'sches Netz
Skript - p. 107
Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 22
Frage der Woche
Skript - p. 108
Mycorrhiza: Austausch von Zuckern und Mineralstoffen
Kohlehydrate (Zucker)
Mineral- l-Nährstoffe,WasserMantel
Hartig'sches Netz
Extraradikales Mycel
Fair trade
Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 23
Ektomykorrhiza - kulinarisch
Bilder aus dem Internet
Ektomykorrhiza kulinarisch
Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 24
Ektomykorrhiza und das Wood-Wide Web
Bild von der Webpage des Botanischen Instituts der Universität Basel
Wood-Wide Web
Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 25
Mutualistische Symbiosen III: Mykorrhiza
Schema der Endomykorrhiza
Endomykorrhiza
Wichtig: Arbuskeln liegen nicht einfach im Cytoplasma, sondern sind von einer Pflanzenmembran umgeben (periarbuskuläre Membran)
Skript - p. 107
Photosynthese-Produkte der Pflanze
Mineralnährstoffe des Pilzes
Fair trade
Hyphe
Arbuskel
Vesikel
Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 26
Blumeria graminis (Getreidemehltau), ein Mehltaupilz
Aus dem WWW
Erysiphe graminis
Einbahnverkehr:Pflanze liefert Photosynthese-
produkte und Mineralnährstoffe!
Ausbeutung
Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 27
Neottia nidus-avis (Nestwurz): Mykoheterotrophie,die Pflanze parasitiert den Pilz
Bilder aus dem Internet
Neottia nidus-avis
Einbahnverkehr:Pilz liefert Zucker und
Mineralnährstoffe!
Ausbeutung
Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 28
Pflanzen-Insekten-Symbiosen
Partner Mutualismus: Beide Partner profitieren
Antagonistische Symbiose: Partner der Pflanze profitiert
Antagonistische Symbiose: Pflanze profitiert
Insekten
Bestäubungs-Symbiosen
Insekten als Herbivoren
Insektivore Pflanzen
Pflanzen-Insekten ausgefüllt
Skript - p. 104
Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 29
Insekten als Bestäuber: Angraecum sesquipedale
Diese Orchidee ist wegen ihres über 30 cm langen Sporns berühmt. Charles Darwin sagte für sie einen Nachtschwärmer als Bestäuber voraus, der dann auch tatsächlich gefunden wurde (Xanthopan morgani f. predicta)
Angraecum sesquipedale
Bild von der Webpage des Botanischen Instituts der Universität Basel
Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 30
Insekten als Bestäuber: Angraecum sesquipedale
Xanthopan morgani f. predicta, 41 Jahre nach Darwins Voraussage in Madagaskar entdeckt ...
Xanthopan morgani predicta
Bild aus dem WWW
Fair trade
Nektar aus dem Sporn
Bestäubung der Orchidee (Pollinien!)
Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 31
Insekten als Herbivoren: Aphiden
Bilder aus dem Internet
Blattläuse
Einbahnverkehr:Pflanze liefert Photosynthese-
produkte und Mineralnährstoffe!
AusbeutungProblem: Sehr viel Zucker (ca. 30 g/dl) -
keine essentiellen Aminosäuren!
Lösung: endosymbiotische Bakterien produzieren essentielle Aminosäuren!
Blattlaus-Zelle
Buchnera aphidicola
PS: Buchnera aphidicola ist das Bakterium mit dem zweitkleinsten Genom der Welt ...
Pérez-Brocal et al., Science 314, 13. Oct. 2006, p. 312
Das Bakterium mit dem kleinsten Genom der Welt ist Carsonella ruddii, ein endosymbiotisches Bakterium von Psylliden mit ganz ähnlicher Funktion.
Nakabachi et al., Science 314, 13. Oct. 2006, p. 267
Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 32
Pflanzen als Insektivoren
Bild aus dem Internet
Dionaea muscipula
Sonnentau (Drosera rotundifolia)
Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 33
Pflanzen als Insektivoren
Venusfliegenfalle (Dionaea muscipula)
Bild aus dem Internet
Dionaea muscipula
Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 34
Pflanzen-Wirbeltier-Symbiosen
Partner Mutualismus: Beide Partner profitieren
Antagonistische Symbiose: Partner der Pflanze profitiert
Antagonistische Symbiose: Pflanze profitiert
Wirbeltiere
Samen-verbreitungs-Symbiosen
Wirbeltiere als Herbivoren
Keine bekannt; bei weiter Auslegung: Tabak u. ä.)
Pflanzen-Wirbeltiere ausgefüllt
Skript - p . 104
Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 35
Wirbeltiere und Samenverbreitung
Partner Mutualismus: Beide Partner profitieren
Antagonistische Symbiose: Partner der Pflanze profitiert
Antagonistische Symbiose: Pflanze profitiert
Wirbeltiere
Rote Früchte locken Vögel an
(Überlegenswert: "Symbolik" der roten Farbe in der Biologie!)
Bild aus Raven et al., 2000
Rote Früchte
Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 36
Wirbeltiere als Herbivoren
Bild aus dem Internet
Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 37
Wirbeltiere als Herbivoren
Foto aus dem Schweizer Nationalpark (V. Wiemken)
Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 38
Pflanzen-Pflanzen-Symbiosen
Partner Mutualismus: Beide Partner profitieren
Antagonistische Symbiose: Partner der Pflanze profitiert
Antagonistische Symbiose: Pflanze profitiert
Pflanzen
Keine engen Symbiosen bekannt
Halbparasitische und vollparasitische Blütenpflanzen
Pflanzen-Pflanzen ausgefüllt
Skript - p. 104
Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 39
Halbparasitische Blütenpflanzen: Misteln
Viscum album
Mistel
Bild aus dem Internet
Einbahnverkehr: Baum liefert Wasser und Mineralnährstoffe!
Ausbeutung
Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 40
Vollparasitische Blütenpflanzen: Orobanche
Mistel
Bild aus dem Internet
Orobanche hederae (Europa, auf Efeu (Hedera helix)
Einbahnverkehr: Efeu liefert Photosyntheseprodukte, Wasser
und Mineralnährstoffe!
Ausbeutung
Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 41
Generell Heterotrophie (als Gegensatz zur Autotrophie!)
Pathogene und ihre Ernährungsweise
Klassifizierung nach Nahrungsquellen
Saprophytische Ernährung (Saprophyten): Nahrung stammt aus toten SubstratenSymbiontische Ernährung (Pathogene und mutualistische Symbionten): Nahrung stammt direkt von lebenden Organismen
Biotrophie: Der Erreger ernährt sich von lebendem Pflanzengewebe
Nekrotrophie: Lebendes Pflanzengewebe wird vom Erreger zuerstabgetötet und dann als Nahrungsquelle verwertet
Skript - p. 109
Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 42
Weitere Klassifizierung von Pathogenen
Klassifizierung nach der Abhängigkeit von der Wirtspflanze
Fakultatives Pathogen Der Erreger kann zwischen saprophytischer und symbiontischer Ernährung wechseln (typisch für nekrotrophe Pathogene)
Obligates Pathogen Der Erreger kann sich nur von lebendem Substrat ernähren (obligate Biotrophie)
Klassifizierung nach dem räumlichen Vorkommen
Epiphytische Lebensweise Der Mikroorganismus wächst hauptsächlich auf der Pflanzenoberfläche
Endophytische Lebensweise Der Mikroorganismus wächst hauptsächlich im Innern der Pflanze
Skript - p. 109
Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 43
Ausbeutung, brutale Form
Nekrotrophie
Titelblatt
Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 44
Sudden oak death, California
Beispiel 1: Sudden oak death (Phytophthora ramorum)
Bild aus dem Internet
Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 45
"Sudden Oak Death"in den U.S.A.
Bild aus dem Internet
Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 46
"Sudden Oak Death"in den U.S.A.
Bild aus dem Internet
Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 47
"Sudden Oak Death"in den U.S.A.
Bild aus dem Internet
Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 48
Der Erreger: Phytophthora ramorum
Bild aus dem Internet
Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 49
Nekrotrophie
Nekrotrophe Strategie des Krankheitserregers
Der Erreger tötet das Pflanzengewebe ab
Der Erreger ernährt sich vom abgetöteten Gewebe
Die Wirtspflanze wird schwer geschädigt
Problem - der Erreger vernichtet längerfristig seine Nahrungsgrundlage!
Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 50
Ausbeutung, raffinerte Form
Biotrophie
Titelblatt
Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 51
Blumeria graminis
Getreide-Mehltau, Blumeria graminis
Bilder aus der Literatur
Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 52
Blumeria graminis
Mehltau-Sporenträger auf der Blattoberfläche
Bild aus der Literatur
"Ausbeutung" auf Epidermis beschränkt
Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 53
Biotrophie
Biotrophe Strategie des Krankheitserregers
Der Erreger dringt ins Pflanzengewebe ein, ohne dass die Pflanze etwas davon merkt
Der Erreger ernährt sich vom lebenden Gewebe
Die Wirtspflanze wird zunächst kaum geschädigt
Interessant - der Erreger tarnt sich vielleicht als "Symbiont"!
Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 54
Wichtig: Grundbegriffe zur Pflanzen-Pathogen-Interaktion
Wichtig: Terminologie
Erschei-nungsbild
Pflanze Pathogen Interaktion
Pflanze krank
Pflanze gesund
Anfällig,Suszeptibel (S)
Resistent (R)
Virulent (Vir)
Avirulent (Avr)
Kompatibel(Compatible, C)
Inkompatibel(Incompatible, I)
Skript - p. 109
Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 55
Lokal und systemisch induzierte Resistenz
Zeit 0:Infektion mit avirulentem Stamm
Nach 2-4 h:Infektion mit virulentem Stamm
Nach 2-5 d:Lokal induzierte Resistenz
Lokal induzierte Resistenz
Skript - p. 110
Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 56
Zeit 0:Infektion mitTNV (Tabak-Nekrosevirus)
Nach 2-3 d:nekrotische Flecken
Zeit 3d:Infektion mitC. cucumerinum
Zeit 10d:Systemischer Schutz
Kontrolle:
Zeit 0:"Mock-Infektion"mit Wasser
Zeit 10d:Starke Infektion
Systemisch induzierte Resistenz
Skript - p. 110
Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 57
Lokal induzierte Resistenz: Das Elicitor-Phytoalexin-Modell
Konzept des chemischen "Cross-Talk"
Pflanze "erkennt" Chitinfragment aus dem Pilz
Pflanzliche Chitinasen lösen Chitinfragmente aus der Pilzzellwand
Pflanze bildet Abwehrstoffe (u.a. Phytoalexine)
Pilz bildet entgiftendes Enzym (Pisatin-Demethylase)
Definition "Phytalexine": Antibiotische Sekundärstoffe, die nur als Reaktion auf eine Infektion gebildet werden
Elicitor-Phytoalexin-Modell
Skript - p. 111
Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 58
Die Hypersensitive Reaktion
Pilz-Angriff Perzeption (zur Zeit 0)
Nach 15-60 Minuten:Umwälzung der Genexpression
Nach 1-8 Stunden:Zelltod ("Apoptosis")
Nach 2-5 Minuten:Produktion von ROSÄnderung der Ionenflüsse
Nach 5-15 Minuten:Produktion des Stress-Hormons Ethylen
Skript - p. 112
Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 59
Frage der Woche: Erfindungsreichtum der Orchideen
Reinhard et al., "Die Orchideen der Schweiz, 1991
Frage der Woche: Bestäubungs-Symbiosen bei Orchideen Einige der raffiniertesten und spezialisiertesten Symbiosen sind die Bestäubungssymbiosen bei Orchideen. Wieso waren gerade die Orchideen evolutiv so "erfinderisch"?
Erfindungsreichtum der Orchideen
... und zum Dessert:
Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 60
Ophrys insectifera Ophrys sphegodes
Ophrys-Arten
Reinhard et al., "Die Orchideen der Schweiz, 1991
Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 61
Ophrys holoserica Cypripedium calceolus (Sexualtäuschblume) (Kesselfallenblume)
Ophrys und Frauenschuh
Reinhard et al., "Die Orchideen der Schweiz, 1991
Pflanzenphysiologie 10 (17. Mai 2010) - 62
Nigritella nigra Orchis tridentata (Nektartäuschblume) (Nektartäuschblume)
Nigritella und Orchis
Reinhard et al., "Die Orchideen der Schweiz, 1991