Titel

1
Titel
Pflanzenphysiologie Thomas Boller Sommersemester
2007 Montag, 8 10 www.plantbiology.unibas.ch/
teaching/pflanzenphysiologie/index.htm Dass ich
erkenne, was die Welt Im innersten
zusammenhält, Schau alle Wirkungskraft und Samen
...
2
Feldstudien
Programm der Feldstudien für die nächste Woche
Di
Sa
3
Scholander-Bombe
Experimente von Scholander und Mitarbeitern
"Scholander-Bombe"
Skript - p. 62
4
Wasserpotential in den Zweigen
Druckgradienten im Xylem von Douglasien
Wasserpotential in herunter- geschossenen Zweigen
10 m Höhendifferenz 0.1 Mpa 1 bar
Skript - p. 62
5
Per Fredrik Scholander
Per Fredrik Scholander, 1905 - 1980
Nicht im Skript
6
Scholander-Biographie
Per Fredrik Scholander, 1905 - 1980
Per Fredrik Scholander - Geboren am 29. November
1905 in Orebro, Schweden - Abschluss in Medizin,
Doktorat in Botanik an der Universität Oslo -
Auswanderung nach den USA, Captain in the Air
Corps of the United States Army (trug
entscheidend zur Sicherheit der Piloten und zum
Überleben in arktischen Gewässern bei) -
Biologie-Professor am Swarthmore College, seit
1945 US-Bürger - Professor und Leiter des
Physiologie-Labors an der Scripps Institution of
Oceanography, 1958-1975 - Gestorben am 13. Juni
1980 in La Jolla, Kalifornien   "Pete Scholander
was an esthete, enjoying music, fine food,
conversation and nature. His greatest joy was to
call into question the orthodox account of a
natural phenomenon. All his abundant gifts were
recruited as he searched for an enlightened view
of a biological or physical process. He possessed
ingenuity, enthusiasm and motivation befitting a
genius, and he could inspire his associates to
share his pursuits. All his ideas he subjected to
experimentation, and he was the consummate
experimentalist. A list of his achievements in
animal and plant physiology is long. He
anticipated and discovered that hemoglobin could
facilitate the diffusion of oxygen and suggested
that myoglobin may function in a similar capacity
in muscles. He largely explained how the counter
flow of arterial and venous blood in the rete
mirabile of the swim bladder of some deep sea
fishes could maintain a large difference in
oxygen and nitrogen with respect to their partial
pressures in sea water. He also found one of the
clues to attaining the high oxygen pressure in
the swim bladder. By direct measurement, he
confirmed the cohesion theory of transpiration in
tall trees, mangroves and desert shrubs. He came
to understand the turgor pressure in plant cells
must be attributed to pressure exerted by the
solutes in the cytosol rather than to
intracellular water, the orthodox view. This led
to further challenge of the orthodox view of
osmosis and osmotic pressure. He enlightened us
on such varied subjects as the role of
insulation and metabolism in polar birds, mammals
and man exposed to cold freezing survival in
polar insects and freezing avoidance in polar
fish paleoatmospheres preserved in gas bubbles
entrapped in glacial ice the cardiovascular
adjustments during diving in marine mammals and
how porpoises ride the bow waves of ships."
Nicht im Skript
7
Huber-Experimente I
Experimente von Huber und Mitarbeitern
Strömungsgeschwindigkeit im Xylem
Messung der Zeit, bis die "Hitzewelle" ankommt!
Skript - p. 62
8
Transportgeschwindigkeit Xylem
Transportgeschwindigkeit im Xylem der Eiche (in m
h-1)
Rekord-Wert bei Lianen180 m/h 3 m/min
5 cm/sec
Rekord-Wert bei Eicheca. 36 m/h 60 cm/min 1
cm/sec
Skript - p. 63
9
Modell Transpirationssog
Modell für den Transpirationssog
Wasserpotential der Atmosphäre Yw lt - 100 bar!
Pro 10 m Wassersäule 0.76 m Quecksilbersäule
0.1 Mpa 1 bar
Skript - p. 63
10
Wurzeldruck und Guttation
Wasseraufnahme und Transpiration im Tagesverlauf
Wasseraufnahme Transpiration!
Pflanze hat geringe Wasserspeicher-Kapazität!
Skript - p. 63
11
Huber-Experimente II
Experimente von Huber und Mitarbeitern "Dendromet
er"
Messung des Durchmessers ("Dicke") des Baumes
zeigt Zu- oder Abnahme des "Wasserspeichers" im
Stamm an!
Skript - p. 63
12
Wurzeldruck und Guttation
Wurzeldruck und Guttation
Feuchte Nacht keine Transpiration
Feuchter Boden ?Boden 0
Aktive Ionen-Aufnahme ins Xylem ? Nachfliessen
von Wasser ? "osmotischer Druck" im Xylem
Skript - p. 63
13
Können Bäume in den Himmel wachsen?
... und zum Dessert Können Bäume in den Himmel
wachsen?
Skript - p. 64
14
Frage der Woche
Citius, altius, fortius bei den Bäumen ...
Frage der Woche Zu den höchsten Bäumen
gehören Eucalyptus (Eucalyptus regnans, Bild
links oben laut "Guiness Book of Records" bis zu
132 m hoch), Douglasie (Pseudotsuga menziesii,
Bild links unten laut "Guiness Book of Records"
bis zu 126 m hoch) und Mammutbaum (Sequoia
sempervirens, Bild rechts unten laut "Guiness
Book of Records" bis zu 132 m hoch 110 m). Was
begrenzt das Höhenwachstum dieser Bäume?
Skript - p. 64
15
Eucalyptus regnans
Eucalyptus regnans (Australien)
Skript - p. 64
16
Pseudozuga menziesii
Pseudotsuga menziesii (Douglasie, Nordamerika)
Skript - p. 64
17
Pseudozuga menziesii
Pseudotsuga menziesii und Zwerg-Mistel
Bild aus dem WWW
18
Sequoia sempervirens
Sequoia sempervirens (Mammutbaum, Nordamerika)
Skript - p. 64
19
Sequoia sempervirens
"Chandelier tree", Drive-Thru-Tree-Park,
California
Height 315 ft. Diameter 21 ft. Age 2400 years
Bild aus dem WWW
20
Frage der Woche
Frage der Woche Zu den höchsten Bäumen
gehören Eucalyptus (Eucalyptus regnans, Bild
links oben laut "Guiness Book of Records" bis zu
132 m hoch), Douglasie (Pseudotsuga menziesii,
Bild links unten laut "Guiness Book of Records"
bis zu 126 m hoch) und Mammutbaum (Sequoia
sempervirens, Bild rechts unten laut "Guiness
Book of Records" bis zu 132 m hoch 110 m). Was
begrenzt das Höhenwachstum dieser Bäume?
Skript - p. 64
21
Nature, 22.April 04
"Headline" in der Wissenschafts-Zeitschrift NATURE
22
Stratospheric Giant
Der "Stratospheric Giant", der höchste Baum der
Erde
23
Variation physiologischer Parameter
Höhenabhängige Variation physiologischer Parameter
Koch et al., Nature 428, 851-855 (2004)
24
Variation der Blätter
Höhenabhängige Variation der Blattstruktur
Koch et al., Nature 428, 851-855 (2004)
25
Epiphytischer Baum
Höhenabhängige Variation der Blattstruktur (2)
26
Limits to growth ...
"Limits to growth" - Grenzen des Wachstums für
Bäume
27
Eppur si muove ...
7. Und sie bewegt sich doch! Eppur si muove ...
Henri Matisse "Mimosa", 1949
Blüte der Mimosa pudica

Skript - p. 65
28
Pilobolus, Schema
Abschuss-Vorrichtung von Pilobolus und
Sphaerobolus
Explosions-Bewegung
Nicht im Skript
29
Experiment von Holly Jolivette
Das Experiment von Holly Jolivette (1910) Kann
Pilobolus in Bildern sehen?
Skript - p. 12
30
Resultat des Experiments
Resultat des Experiments
Skript - p. 12
31
Begriffe der Bewegungsphysiologie
Begriffe der Bewegungsphysiologie
Freie Ortsbewegung
? Explosionsbewegung (Sporen, Samen)
? Taxis Topotaxis, Phobotaxis (Bakterien,
Ciliaten) - positiv auf den Reiz
hin - negativ vom Reiz weg
Bewegungen von festsitzenden Pflanzen
? Tropismus ?zielgerichtete? Bewegung
- positiv auf den Reiz hin
- negativ vom Reiz weg
? Nastie Bewegung mit vorgegebener Richtung
32
Freie Ortsbewegung bei Einzellern
Freie Ortsbewegung bei Einzellern
Bakterien-Flagellum Erfindung des Rades in der
Natur
Eukaryoten-Geissel Fortbewegung mit Schwimmzügen
Geissel "intrazellulär" (d.h. von Membran
umgeben) Komplizierte Bauweise und Funktion
Flagellum extrazellulär Baustein Flagellin(
Protein )
Skript - p. 66
33
Feinstruktur der Eukaryoten-Geissel (I)
Feinstruktur der Eukaryoten-Geissel EM quer
Skript - p. 66
34
Feinstruktur der Eukaryoten-Geissel (II)
Feinstruktur der Eukaryoten-Geissel EM längs
Basal-Körper
Skript - p. 66
35
Feinstruktur der Eukaryoten-Geissel (III)
Feinstruktur der Eukaryoten-Geissel Schema
Bewegung nach dem Prinzip der "gleitenden
Filamente"
Skript - p. 66
36
Chemotaxis
Chemotaxis
Taxis freie Ortsbewegung, gesteuert durch die
Richtung eines Umweltreizes
Topotaxis gezielte Bewegung entlang von
Gradienten
Phobotaxis Zickzack-Kurs, unterschiedliche
Frequenz des Kurswechsels
Skript - p. 67
37
Lockstoff-Chemie Braunalgen
Gametenlockstoffe bei Braunalgen
Ungesättigte Kohlenwasserstoffe
Hohe Spezifität und Sensitivität (Schwellenwert lt
10-9 M)
Skript - p. 67
38
Lockstoff-Chemie Grünalgen, Pilze
Gametenlockstoffe bei Grünalgen (B) und Pilzen (C)
Hohe Spezifität und Sensitivität (Schwellenwert lt
10-9 M)
Skript - p. 67
39
Phototaxis
Phototaxis
Positive Topotaxis
Beschattungs-Prinzip Richtungsänderung bei
Beschattung des Photorezeptors
Skript - p. 67
40
Magnetotaxis
Magnetotaxis
Orientierung im Magnetfeld mit Hilfe von
"Magnetosomen"
Skript - p. 67
41
Wachstumsbewegungen
Wachstumsbewegungen Tropismen
Tropismus Krümmungsbewegung, gesteuert durch
die Richtung eines Umweltreizes
Positiver Phototropismus
Negativer Gravitropismus
Negativer Phototropismus
Positiver Gravitropismus
Phototropismus
Gravitropismus
Skript - p. 68
42
Phototropismus
Phototropismus Halbseiten-Beleuchtung
Experiment Lichteinfall senkrecht von oben
Schnelleres Wachstum auf der "Schatten-Seite"
Differentielles Flankenwachstum
Rezeptoren auf der "Lichtseite" stärker aktiviert
als auf der "Schattenseite"
Natürliche Situation Lichteinfall von linker
Seite
Querverlagerung von Auxin von "Lichtseite" auf
"Schattenseite"
Beschattungspigmente
Skript - p. 68
43
Phototropismus und Querverlagerung von Auxin
Phototropismus Querverlagerung von Auxin
Agarblock fängt diffundierendes Auxin auf
Auxin-Querverlagerung
Diffusionsbarriere
Skript - p. 68
44
Gravitropismus Bau der Wurzel
Gravitropismus Bau der Wurzel
Skript - p. 69
45
Gravitropismus
Gravitropismus Statocyten und Statolithen (I)
Wo wird der Reiz in der Wurzel wahrgenommen?
Wie wird der Reiz wahrgenommen?
Statolithen-Stärke
ER distales ER
Statocyten in der Wurzelhaube
Reizwahrnehmung beruht auf Druck der Statolithen
auf das distale ER
Skript - p. 69
46
Statocyten und Statholithen
Gravitropismus Statocyten und Statolithen (II)
Prinzip Absinken der Statolithen-Stärke entlang
des Schwerkraftvektors
Druck auf dER nimmt ab
Druck auf dER nimmt zu
Symmetrische Verteilung des Drucks auf das
"distale ER"
Asymmetrische Verteilung des Drucks auf das
"distale ER"
Skript - p. 69
47
Turgor-Bewegung Spaltöffnung
Beispiel für eine Turgor-Bewegung Öffnung und
Schliessung der Spaltöffnung
Viel gelöste Stoffe in der Vakuole (stark
negatives osmotisches Potential)
Wenig gelöste Stoffe in der Vakuole (wenig
negatives osmotisches Potential)
Turgordruck hoch
Turgordruck gering
Spaltöffnung offen
Spaltöffnung geschlossen
Skript - p. 70
48
ABA und Stomata
Schliessung der Spaltöffnung Bedeutung von ABA
Plasmolyse-Versuch
ABA bewirkt Absinken des osmotischen Potentials
in den Schliesszellen
Kein Effekt von ABA auf Nebenzellen
Skript - p. 70
49
Öffnung der Stomata
Öffnung der Spaltöffnung Bedeutung von
Kalium-Fluss
Wenig Kalium in Schliesszellen
Viel Kalium in Schliesszellen
Spaltöffnung geschlossen
Spaltöffnung offen
Skript - p. 70
50
Mimose Anatomie
Schnelle Bewegung der Fiederblätter der Mimose
Begriff "Nastie" Bewegung unabhängig von
Reiz-Richtung. Hier "Seismonastie"
Blattgelenk (Pulvinus) Leitelemente und
Festigungsgewebe im Zentrum Dünnwandiges,
dehnbares "Ziehharmonikagewebe" an der Peripherie
Skript - p. 71
51
Mimose Schnelle Bewegung
Schnelle Bewegung der Fiederblätter der Mimose
"Aktions-Potential"
Skript - p. 71
52
Mimose Aktionspotential
Aktionspotential
Depolarisierung
Öffnen von Ionenkanälen
Repolarisierung
Ruhe-Potential (innen negativ)
Nicht im Skript
53
Ranke Vitis
Schon Charles Darwin interessierte sich für die
pflanzlichen Sinnesleistungen. Er stellte fest,
dass Ranken von verschiedenen Pflanzen auf
Berührungsreize mit einem Wollfaden zehn- bis
hundertmal empfindlicher reagieren als
menschliche Fingerkuppen.
Skript - p. 72
54
Ranke Vitis
Ranke der Weinrebe
Skript - p. 72
55
Ranke Bryonia
Ranke der Zaunrübe
Umkehrpunkt
Skript - p. 72
56
Ranke Bryonia
Ranke der Zaunrübe Umkehrpunkt
Skript - p. 72
57
Impatiens
Explosionsbewegung Impatiens noli-tangere
ca. 5 msec
Frucht vor Samen-Abschuss
Frucht nach Samen-Abschuss
Skript - p. 73
58
Ecballium elaterium I
Explosionsbewegung Ecballium elaterium
Samen fliegen bis 12 m weit!


ca. 100 msec
Skript - p. 73
59
Ecballium elaterium II
Explosionsbewegung Ecballium elaterium
Skript - p. 73
60
Rekordschnelle Bewegung
Citius, altius, fortius - rekordschnelle Bewegung
Nicht im Skript
61
Pollen-Abschuss bei Cornus canadensis
Citius, altius, fortius - rekordschnelle Bewegung
Zeitlupe 12'000
Nature 435, p. 164, 2005
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Frage der Woche
... und zum Dessert 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?
Skript - p. 74
63
Fiederblätter der Mimose vor der Berührung
Fiederblätter der Mimose vor der Berührung
Skript - p. 76
64
Fiederblätter der Mimose nach der Berührung
Fiederblätter der Mimose nach der Berührung
Skript - p. 76
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Mimosen-Population in Kerala
Mimosen-Population am natürlichen Standort
Skript - p. 76