Kapitel 1: Bau der Pflanzenzelle

Zusammenfassung OBOE I WS05 Spring Botanik Kapitel 1/5 (nach Skript)
Kapitel 1: Bau der Pflanzenzelle
Merkmal
Prokaryoten /
Bakterien
+
+
+/- (Murein u.a.)
-
Cytoplasma
Zellmembran
Kern
Mitochondrien
Plastiden
Zellwand
Vakuole
Eukaryoten / Lebewesen außer Bakterien
Tiere
Pilze
Pflanzen
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+ (Chitin)
(Cellulose)
+
+
1.1. Allgemeiner Aufbau der Pflanzenzelle
Membran
Doppelte
Membran
(LipidDoppelschicht)
Einfache
Membran
Organell
Bau und Funktion
Zellkern (Nucleus)
Steuerzentrum (mit Hilfe von Botenstoffen (RNA)), Bildung von
Ribosomen, Großteil der Erbinformation (in Chromosomen)
Zellatmung, eingefalltete innere Membran (Cristae), Intermembranraum,
Matrix (Ribosomen, mitochondriale DNA, Enzyme für Stoffwechsel)
Fotosynthese (Licht + CO 2 + H2O à Zucker à Stärke), Thylakoiden
(Stapelung = Grana), Stroma, Intermembranraum
Mitochondrium
Chloroplasten
(Plastiden)
Endoplasmatisches Synthese und Verarbeitung von Stoffen, innerzellulärer Stofftransport,
raues ER: Synthese von Proteinen, glattes ER: Synthese von Lipiden, in
Retikulum (ER)
Dictyosom (GolgiApparat)
Peroxisomen
(Microbody)
Vakuole
Keine
Membran
Ribosom
Cytoskelett
Centriol
Eukaryoten auch Hormone
Syntheseprodukte des ER werden umgewandelt, gespeichert und als
Golgi-Vesikel verpackt, Weitertransport zur Zellmembran oder Lysosom
bauen mit Hilfe von Enzymen Fettsäuren und andere Substrate ab,
können auch entgiften, Vermehrung durch Teilung
Verdauung von Makromolekülen, speichert Produkte des
Zellstoffwechsels, sorgt für Innendruck der Pflanze
bestehen aus Proteinen und RNA, Bildung von Eiweißen und Enzymen,
katalysieren Stoffwechselvorgänge im Cytoplasma
Proteinstruktur für Stabilität und Zusammenhang, verantwortlich für
Transportvorgänge in der Zelle
wichtig für Zellteilung, Organisation des Spindelapparats
1
1.2. Bau und Funktion der Plastiden
1.2.1. Definition:
Plastide sind Organellen pflanzlicher Zellen, die in unterschiedlicher morphologischer und
funktioneller Erscheinungsform auftreten, und sich prinzipiell alle ineinander umwandeln
können. Sie zeigen eine große Ähnlichkeit mit den Mitochondrien und befinden sich im
Cytoplasma. Plastiden sind gut sichtbare, eiförmige Organellen. Ausgangsform ist immer
ein Proplastid, der sich je nach Bedarf zu einem der folgenden drei Plastid-Typen
entwickelt:
1. Chromoplasten
- rot , gelb, orange gefärbt
- in Blütenblättern und Früchten
- Farbe durch Carotinoide und Xanthophylle als Pigmente
- Durch leuchtende Farbe wird Verbreitung der Samen und Befruchtung durch
Insekte angeregt
2. Leukoplasten
- farblose Plastide
- in Samen oder Wurzeln
3. Chloroplasten
- Ort der Photosynthese
- grün gefärbt
- enthalten Chlorophyll
- in Blatt- und Sprosszellen
1.2.1. Funktion:
- Ausgangspunkt für andere Plastidenformen
- Speicherfunktionen
- Fotosynthese
- Lagerung organischer Stoffe (Assimilationsstärke)
1.3. Argumente der Endosymbiontentheorie
1.3.1. Definition:
Eine gut belegte Hypothese über den Ursprung der Eukaryotenzelle, derzufolge deren
Vorläufer symbiotische Gemeinschaften aus größeren Prokaryoten und in ihrem Inneren
lebenden kleineren Prokaryoten waren.
1.3.2. Argumente für die Hypothese
1. Man kann heute bei unterschiedlichen Lebewesen verschiedene Stadien zwischen
Symbiose und Endosymbiose beobachten, d.h. ein derartiger Mechanismus ist
denkbar.
o Korallen und einige Muscheln leben in Symbiose mit Algen oder Bakterien,
die im Zellinneren des Wirtes leben.
2
o
Die Wurzeln einiger Pflanzen leben in Symbiose mit stickstofffixierenden
Bakterien.
o Einige Dinoflagellaten leben mit einzelligen Algen, die in Zukunft zu
Chloroplasten werden könnten.
2. Chloroplasten und Mitochondrien sind von ihrem Aufbau her Prokaryonten. (Kein
Zellkern, ringförmige DNA, Größe entspricht kleinen Bakterien). Sie stellen ihre
eigenen Proteine her. Ihre Ribosomen ähneln denen der Bakterien, nicht denen
der Wirtszelle.
3. Die DNA-Sequenzen der Chloroplasten und Mitochondrien ähneln denen anderer
Prokaryonten, und weisen daher eine Abstammung von den Prokaryonten hin. Ein
Vergleich mit der Wirts-DNA weist auf keine Abstammung der Organellen vom
Wirt hin.
4. Chloroplasten und Mitochondrien sind von zwei Doppelmembranen umgeben,
wobei, der Hypothese entsprechend die äußere beim "Verschlucken" des
Bakteriums hinzugekommen ist.
1.4. Zellwand
1.4.1. Definition:
Die Zellwand ist eine feste, vorwiegend aus Cellulose bestehende Umhüllung
prokaryotischer Zellen, Pilzzellen und pflanzlicher Zellen.
1.4.2. Aufbau:
- Hauptbestandteil: Cellulose
- Besteht aus vier Schichten (von außen nach innen):
o Mittellamelle: äußerste Schicht der Zelle, dünne Schicht Polysaccharide
und Pektinen → Ca2+, Mg2+, hält Zellen zusammen (ist aber Trennschicht
zwischen zwei Zellen)
o Primärwand: bietet jungen Zellen Schutz, setzt dem Druck des Zellinhaltes
einen elastischen Widerstand entgegen, Erkennungs- und Rezeptorenfunktion
o Sekundärwand: aus 3 Schichten aufgebaut (Fibrillen!), Tragende
Grundgerüst der Zelle, bildet sich nach Abschluss der Zellvergrößerung aus
Cellulose, Schutz und Stütze
o Tertiärwand: deckt Zellwand nach innen ab, warzige Oberfläche (Pektine,
Hemicellulose)
- zusätzliche eingelagerte Stoffe können der Zellwand neue Eigenschaften
verleihen:
o wachsartige Schichten verhindern Wassereintritt
o Lignin festigt die Wände
o Gerbstoffe hemmen den Abbau von Mikroorganismen
1.4.3.
-
Funktion:
Gegendruck zum Turgor, verhindert ein Platzen der Zelle
Abgrenzung zum Zelläußeren
Festigt die Zelle und stabilisiert so den ganzen Organismus (Pflanze, Pilz)
3
1.4.4. Bildung der Zellwand bei der Cytokinese (Zellteilung)
1.4.4.1. Definition:
Cytokinese ist der biologische Fachbegriff für die Teilung
des Zellplasmas (Cytoplasma) in zwei, selten auch in
mehr, Zellen im Anschluss an die Mitose und die Meiose.
Die Cytokinese ist ein Teil der Zellteilung, und damit die
Voraussetzung für die Zellvermehrung. Sie beginnt
gewöhnlich während der späten Anaphase oder der
Telophase. Dabei kommt es bei tierischen Zellen zur
Bildung eines kontraktilen Ringes in der Höhe der
Metaphasenplatte und die Zellmembran wird zwischen
den Tochterkernen nach innen gezogen. Dieser
kontrakile Ring besteht aus Actin und Myosin,
Bestandteile aus dem Cytoskelett. Die Kontraktion
verläuft analog zur Muskelkontraktion in den
Muskelfasern, wo diese Filamente ebenfalls vorkommen
und sich über den sogenannten molekularen
Ruderschlag gegeneinander verschieben.
Bei pflanzlichen Zellen trennt der kontraktile Ring die
Zellen nicht vollständig voneinander, so dass alle Zellen
im sogenannten Symplasten miteinander verbunden
sind und eine Stoffverteilung durch alle Zellen hindurch
möglich ist. Zudem bildet sich in der Äquartorialebene
eine Zellwand aus, wie an der übrigen Zellmembran.
Die Cytokinese muss nicht in jeden Fall im Anschluss an
eine Mitose oder Meiose erfolgen noch ist sie
erforderlich für eine erneute Replikation der DNA. Sie
dient nur dem Zweck, das Zellmaterial bzw. bei
Einzellern die Anzahl der Individuen zu erhöhen.
1.5. Funktion der Vakuole
1.5.1. Definition:
Vakuolen sind große (80% des Zellvolumens) intrazelluläre, flüssigkeitsgefüllte
Hohlräume, die vielfältige Funktionen erfüllen. Sie enthalten Zellsaft, der wiederum hohe
Konzentrationen verschiedener Stoffe beinhaltet. Diese hohen Konzentrationen an
Stoffen befähigen die Pflanzenzelle durch Osmose, Wasser aus der Umgebung
aufzunehmen. Durch die pralle Füllung (Turgeszenz oder auch Turgordruck) mit
Flüssigkeit erhält die Pflanzenzelle ihre Form.
1.5.2. Aufbau:
- durch Membranhülle (= Tonoplast) vom Cytoplasma
abgegrenzt
- Membranhülle ist selektiv und lässt gelöste
Substanzen nicht generell durch
- mit Zellsaft gefüllt, der eine andere
Zusammensetzung wie das Cytoplasma hat
1.5.3.
-
Funktion:
Speicherung (z.B. von Nährstoffen, wie Ionen, Zucker und Vitamine)
Abbau von Makromolekülen
Abfallbeseitigung
Zellwachstum (Wasseraufnahme durch Osmose)
Schutz vor Tierfraß (durch ungenießbaren Inhalt)
kontraktile Vakuolen für Druckregulierung (bei Einzellern)
4
1.6. Definitionen
1.6.1. Plasmolyse: Entzug von Wasser einer Zelle durch Osmose ins Aussenmedium.
Der Protoplast löst sich von der Zellwand und nimmt ein kleineres Volumen als das ein,
das ihm von der Zellwand vorgegeben ist.
1.6.2. Deplasmolyse: Umkehrung der Plasmolyse. In einer hypooosmotischen
Umgebung nimmt die Zelle wieder Wasser auf, stellt den Turgor her und füllt das durch
die Zellwand vorgegebene Volumen wieder aus.
1.6.3. Grenzplasmolyse: Ausgeglichener Zustand.
1.6.4. Turgor: Innendruck der Zelle, der durch die Vakuole erzeugt wird.
1.6.5. Protoplast: Zelle ohne Zellwand. Das Zellplasma wird nur durch die Zellmembran
nach außen hin begrenzt.
1.6.6. Tonoplast: Membran, die die Vakuole umgibt und gegen das Cytoplasma
abgrenzt.
Zusammenfassung OBOE I WS05 Spring Botanik Kapitel 2/5 (nach Skript)
Kapitel 2: Der Kormus und seine Gewebe
2.1. Definition:
Der Kormus ist ein Begriff für den Aufbau der höheren Pflanzen, die auch Kormophyten oder
Gefäßpflanzen genannt werden. Diese zeichnen sich durch den Besitz von drei Grundorganen aus:
Sprossachse, Blatt und Wurzel. Bei Kormophyten unterscheidet man drei grundsätzliche
Gewebearten: Abschlussgewebe, Leitungsgewebe und Grundgewebe. Die weniger hoch entwickelten
Thallophyten (niedere Pflanzen) werden auch Lagerpflanzen genannt, da sie über kein eigenes
Festigungsgewebe verfügen und daher dem Boden mehr oder weniger lose aufliegen bzw. im Wasser
treiben. Sie zeichnen sich durch einfacheren Gewebebau aus. Zwar gibt es bei den hoch entwickelten
Laubmoosen und den tangartigen Braunalgen ebenfalls Ansätze zu einer Zelldifferenzierung, doch
bleibt diese gegenüber den höheren Pflanzen deutlich zurück.
Die drei Gewebesysteme. die Epidermis (weiß), das Leitgewebesystem
(violett), das Grundgewebesystem (gelb)
5
2.2. Merkmale und Funktion der verschiedenen Gewebetypen
2.2.1. Definition:
Ein Gewebe ist ein Verband von gleichartig differenzierten Zellen. Zellen eines Gewebes besitzen
typischerweise dieselbe Aufgabe. Grundsätzlich lassen sich alle Anteile eines vielzelligen
Organismus, das heißt alle Organe, Strukturen und sonstigen Inhalte von Tieren und Pflanzen, einem
Gewebe zuordnen beziehungsweise sind von einem Gewebetyp produziert worden. Ausnahmen sind
die Idioplasten, die spezielle Funktionen innerhalb eines Gewebes übernehmen.
2.2.2. Gewebearten bei Pflanzen (Übersicht):
2.2.2.1. Bildungsgewebe (Meristeme)
1. Primäres Meristem
2. Sekundäres Meristem
2.2.2.2. Dauergewebe
1. Abschlussgewebe
1.1. Endodermis
1.2. Epidermis
1.3. Kork
2. Festigungsgewebe
2.1. Kollenchym
2.1.1. Ecken-/ Kantenkollenchym
2.1.2. Plattenkollenchym
2.1.3. Lückenkollenchym
2.2. Sklerenchym
2.3. Holz- und Bastfasten
3. Grundgewebe (Parenchym)
3.1. Rindenparenchym
3.2. Markparenchym
3.3. Aerenchym
3.3.1. Schwammparenchym
3.4. Parenchymstrahlen (Markstrahlen)
3.5. Speicherparenchym
3.6. Palisadenparenchym
3.6.1. Hydrenchym
3.6.2. Holzparenchym
4. Leitgewebe
4.1. Phloem
4.1.1. Siebzellen
4.1.2. Siebröhrenzellen
4.2. Xylem
4.2.1. Tracheiden
4.2.2. Tracheen
4.2.3. Sklerenchymfasern
4.2.4. Hadrom
5. Sekretionsgewebe
6. Absorbtionsgewebe
6.1. Rhizodermis
6.2. Velamen Radicum
7. Eliminationsgewebe
2.3. Definitionen der jeweiligen Untertypen:
2.3.1. Bildungsgewebe (Meristeme): Wachstumszonen der Pflanzen; dünne, lokal begrente
Gewebepartien aus teilungsfähigen Zellen
1. Primäres Meristem:
stets teilungsbereite Zellgruppen; primäres Wachstum à Ausbildung
und Differenzierung aller Zellsorten einer Pflanze (anschließend folgt
sekundäres Wachstum); befinden sich in den so genannten
Vegetationskegeln oder -punkten, die sowohl an den
Spitzen der Sprosse als auch in den Wurzeln sitzen wird an diesen
Stellen auch Apikalmeristeme genannt
2. Sekundäres Meristem:
aus Dauerzellen wieder teilungsaktiv gewordene Meristeme
(Remeristematisierung); sekundäres Wachstum dient zur weiteren
Erstarkung (Verdickung und Verlängerung des Sprosssystems,
insbesondere bei Holzgewächsen); sekundäres Meristem nur bei
Nacktsamern und zweikeimblättrigen Bedecktsamern
6
2.3.2. Dauergewebe: Dauergewebe besteht aus nicht teilungsfähigen, ausdifferenzierten Zellen;
schließt Dauerzellen zusammen. Der Aufbau des Dauergewebes geht aus dem Bildungsgewebe
(Meristeme) durch Zellteilung hervor und differenzieren sich während seines Wachstums (durch
Wasseraufnahme und Streckung); von Meristemzellen unterscheiden sie sich durch ihre Größe, Form
und Wandstruktur, den nur noch wandständigen Plasmabelag und das Vorhandensein von Vakuolen,
z.B. Palisadenzellen; Zellen von Dauergeweben können auch ausgestorben sein, z.B. Kork, Holz
1. Abschlussgewebe:
Außenhaut der Pflanze, dient dem Schutz; bedeckt Triebe, Blätter,
Blüten und Wurzeln
1.1 Endodermis:
Zylinder um das Leitbündelsystem der Wurzel
1.2 Epidermis:
schützendes Abschlussgewebe um den Spross
1.3 Kork:
festes Gewebe, dickwandige Zellen ohne Interzellulare, ersetzt
zerstörtes Epidermisgewebe
2. Festigungsgewebe:
Gewebe dass zur Festigung der Pflanze beiträgt, bestehend aus
Kollenchym und Sklerenchym
2.1 Kollenchym:
wachstums- und dehnungsfähiges, nicht verholztes Festigungsgewebe
aus lebenden Zellen, chloroplastenreich, die Kanten bzw. einzelne
Wände sind durch Cellulose- oder Pektinauflagerungen verstärkt
2.1.1 Kantenkollenchym und/ nicht verholzte Zellwandverdickungen in den Zellecken; an
Eckenkollenchym:
Mittellamelle unverdickt
2.1.2 Plattenkollenchym:
nicht verholzte Verdickungen der tangentialen Zellwände
2.1.3 Lückenkollenchym:
Interzellularräume im Vergleich zu Kanten- und Plattenkollenchym stark
ausgeprägt
2.2 Sklerenchym:
tritt als Schicht um ein Leitbündel auf, Sklerenchymzellen bilden
verdickte Sekundärzellwände aus, diese sind oft durch Lignin verstärkt,
durch die Einlagerungen sterben die Zellen oft ab
2.3 Holz-/Bastfasern:
(auch Sklerenchymfasern) bestehen hauptsächlich aus Zellulose,
Hemizellulose und Pektin; treten als gebündelte Fasern auf;
Sklerenchymfasern enthalten Lignin; umgeben im Rindengewebe den
Holzteil der Pflanze; dienen zur Festigung von Leitbündeln in Blättern
und Stängeln
3. Grundgwebe:
(auch Parenchym) Speichergewebe für Wasser, Stärke, Fette,
Eiweiße
3.1 Rindenparenchym:
Füllgewebe zwischen Epidermis und Leitbündelkranz; ist meist ein
Chlorenchym, d.h. ein chlorophyllhaltiges Parenchym; äußeren
Bereiche häufig Festigungsgewebe (Collenchym); lebenden Zellen
weisen Wandverdickungen auf, bestehen aus abwechselnden Lamellen
von Cellulose und Pektinstoffen; Festigkeit ist begrenzt, eine
Verholzung findet nicht statt; das meist mehrschichtige Collenchym
bildet unter der Epidermis einen geschlossenen Zylinder bzw. tritt
verstärkt an Stängelkanten auf und dient der jungen Sprossachse als
Festigungsgewebe
3.2 Markparenchym:
wird gebildet vom Markmeristem; es füllt das Zentrum aus; dient oft als
Speichergewebe; z. T. liegen die Zellen abgestorben vor und sind dann
gaserfüllt (z.B. Sonnenblume, Holunder); bei weiterer Auflösung bzw.
Zerreißung des Gewebes entsteht eine Markhöhle; wenn Rindenund Markzellen größer werden, entstehen zwischen ihnen viele
Interzellularräume, die für den Gasaustausch wichtig sind
3.3 Aerenchym:
(auch Durchlüftungsgewebe) besteht aus Zellen, die zwischen sich ein
großes Interzellularsystem aufgebaut haben; bei diesen Geweben
können bis zu 70% des Gewebevolumens auf die Interzellularräume
entfallen; entsteht entweder durch Auseinanderweichen von
parenchymatischen Zellen, oder aber durch Reißen von Geweben
aufgrund von Spannungsdifferenzen
3.3.1 Schwammparenchym: grenzt an untere Epidermis; besteht aus meist unregelmäßig geformten,
oft sternförmigen Zellen, zwischen denen größere Interzellularräume
liegen; enthält Chloroplasten (aber weniger als Palisadenparenchym);
dient dem Gasaustausch
3.4 Parenchymstrahlen:
(auch Markstrahlen) Verbinden das Mark mit der Rinde und dienen im
Spross und den Blättern als Füllgewebe zwischen den Leitbündeln
7
3.5 Speicherparenchym:
3.6 Palisadenparenchym:
3.6.1 Hydrenchym:
3.6.2 Holzparenchym:
4. Leitgewebe:
4.1 Phloem:
4.1.1 Siebzellen:
4.1.2 Siebröhren:
4.2 Xylem:
4.2.1 Tracheiden:
4.2.2 Tracheen:
4.2.3 Sklerenchymfasern:
4.2.4 Hadrom:
5. Sekretionsgewebe:
6. Absorbtionsgewebe:
6.1 Rhizodermis:
6.2 Velamen Radicum:
7. Eliminationsgewebe:
Idioplasten:
Speicherung von Fetten, Eiweißen, Kohlenhydraten; kommt vor allem in
Wurzeln, Sprossachsen, Niederblättern, Samen und Früchten vor
besteht aus lang gestreckten, zylindrischen Zellen; viele Chloroplasten;
mehrschichtig bei Sonnenblättern und nur einschichtig bei
Schattenblättern
Wasserspeichergewebe; besitzt große Parenchymzellen; tritt vor allem
in Spross, Wurzel und Blättern von Sukkulenten auf
umgibt Leitgewebe, dienen als Transfer-Zellen; kontrollierte
Abgabe von Ionen in das Lumen der Leitelemente
pflanzliches Gewebe, dass aus zu Röhren verbundenen Zellen besteht,
durch die Wasser u. Nährstoffe d. den Pflanzenkörper verteilt werden
aktiver Stofftransport vor allem Saccharose; unverholzte dünne
Zellwände, nur bei höheren Pflanzen mit Xylem zu Leitbündeln
zusammengefasst
lebende, lang gestreckte/faserartige (prosenchymatische) Zellen, deren
geneigte Querwände und radiale Längswände fein perforiert sind
(Siebfelder, durch deren Poren die Protoplasten benachbarter Zellen
verbunden sind), gering differenziert
bestehen aus aneinander gereihten Siebröhrenzellen; lebende, in ihrem
Zellsaft an organischen Stoffen reiche Transportzellen, deren Quer.und Längswände in den Siebplatten von Poren durchbrochen sind.
Diese direkte Verbindung benachbarter Protoplasten erleichtert die
Weitergabe organischer Stoffe
tote Zellen, zuständig für Wasser- u. Mineraltransport von den Wurzel
in den Rest der Pflanze
schmale, stark verlängerte und an den Enden abgeschrägte Zellröhren,
deren Enden vielfach durchbrochene Zellwände aufweisen, um den
Wasserdurchfluss zu ermöglichen
bestehen häufig aus längs aneinander gereihten, dickeren, kurzen
zylindrischen Zellen, deren Querwände sich bereits während der
Gefäßbildung auflösen und somit lange Röhren bilden; besonders
effektiv, schneller Wassertransport; nur bei höchst entwickelten
Pflanzen vorhanden
sind spezialisierte Tracheiden mit stark verdickten Wänden; als Leitung
dienen sie nur in geringem Umfang, vielmehr ist ihre Aufgabe, das
Xylem zu verstärken
Xylem ohne Festigungszellen, also ohne Sklerenchymfasern
Gewebe die Sekrete absondern oder sie speichert; je nach Funktion der
abgegebenen Substanzen unterscheidet man zwischen Sekreten (mit
nützlicher Funktion für die Pflanze) oder Exkreten (abgesonderte
Stoffwechselabfälle)
Gewebeart die unter anderem für die Produktion von Wurzelhaaren
verantwortlich ist
Mehrschichtige Epidermis die nur bei Luftwurzel-Gewächsen
anzutreffen ist, besteht zum größten Teil aus abgestorbenen Zellen die
Wasser speichern können
Zellen die innerhalb eines Gewebes spezielle Aufgaben übernehmen
(z. B. Schließzellen)
8
Zusammenfassung OBOE I WS05 Spring Botanik Kapitel 3/5 (nach Skript)
Kapitel 3: Das Blatt
3.1. Allgemein
3.2. Vergleich bifazial/äquifazial
Querschnitt (Laubblatt, bifacial)
ep: Epidermis
sp: Spaltöffnungen
pl: Palisaden-,
s: Schwammparemchym
k: Kristallzellen
L: Leitbündel
Querschnitt (Nadelblatt, äquifazial)
E: Epidermis
Sp: Spaltöffnung
AP: Assimilationsparenchym
ED: Endodermis
LB: Leitbündel
TFG: Transfusionsgewebe
HK: Harzkanal
9
3.3. Morphologische und physiologische Veränderungen des
Blattbaus
3.3.1. Blattmetamorphosen
3.3.1.1. Definition:
Blattmetamorphosen sind morphologische Anpassungen an Umweltgegebenheiten. Z.B.:
Dornen und Stacheln, die die Blätter von gewöhnlichen Laubblättern unterscheiden. Sie
haben oft spezielle Funktionen in der Pflanze. Beispiele:
3.3.1.2. Bei der Anpassung gibt es zwei Wege:
- Nutzung des genetischen Spielraums des Individuums (Bsp.: Verstärkung der
Cutikula, Sonnen- / Schattenblatt)
- Evolutionäre Veränderung über viele Generationen (Bsp.: Flachblatt / Rundblatt)
3.3.1.3. Man unterscheidet morphologisch zwischen
- bifazial (Blatt, das aus den jeweiligen morphologischen Ober- und Unterseite der
Blattanlage entstanden ist)
- äquifazial (Blattober- und Unterseite ist gleich gestaltet)
- unifazial (geht nur aus der Unterseite der Blattanlage hervor)
3.3.1.4. Man unterscheidet ökophysiologisch zwischen
- xeromorph (an Trockenheit angepasst)
- hygromorph (an feuchtes Klima angepasst)
3.3.2. Photosynthese bei C3, C4 und CAM-Pflanzen:
Das Enzym RuBisCO, ohne das die Photosynthese nicht ablaufen könnte, besitzt eine
Eigenschaft, die der Photosynthese entgegenwirkt. Es kann O2 genauso gut binden wie
CO2.
Wenn O2 gebunden wird, wirkt das Enzym als Oxygenase und RuDP wird oxidiert. Dies
führt zu einem Prozess, der Photorespiration genannt wird, weil er nur im Licht, also
am Tag geschieht. Dabei gibt es einen Stoffwechsel zwischen Chloroplast, Peroxysom und
Mitochondrium, wobei ein Teil des Kohlenstoffs als CO2 verloren geht.
10
Die Oxidation von RuDP führt zur Bildung von jeweils 1 Molekül 3PGS und 2-PhosphoGlycolsäure (CCP). Dieses wird zu Glycolsäure (CCred) umgewandelt und die
Peroxisomen transportiert, wo es zu Glyoxylsäure (CCox) oxidiert wird. Die
Glyoxylsäure diffundiert in die Mitochondrien und wird in die Aminosäure Glycin (Gly)
umgewandelt. 2 Moleküle Glycin reagieren weiter zu Serin (Ser), was zur Abspaltung
von CO2 und NH3 führt. Auf diese Weise geht ein Teil des fixierten C verloren.
Das Verhältnis von Photosynthese zu Photorespiration wird durch das Verhältnis von CO2
und O2 in der Luft bestimmt. Je höher die CO2-Konzentration, desto höher die
Photosyntheseleistung. Bis zu 20% des Kohlenstoffs, der in der Photosynthese gebunden
wird, kann durch Photorespiration verloren gehen.
In den meisten Pflanzen läuft die Photosynthese wie oben beschrieben ab. Das erste
stabile Produkt nach der CO2-Fixierung ist 3PGA. Da das Molekül 3 C-Atome besitzt nennt
man diese Pflanzen auch C3-Pflanzen. Bei allen Pflanzen werden sich bei warmem
Sommerwetter die Transpiration und so auch die Evaporation an den Blättern erhöhen.
Um den Wasserverlust zu minimieren, schließen die Pflanzen bei heißem Wetter die
Stomata. Dies bedeutet jedoch auch eine Beschränkung der Photosynthese, da kein CO2
durch die Stomata aufgenommen werden kann.
Einige Pflanzen tropischer und subtropischer Herkunft wie Mais, Zuckerrohr, Hirse oder
Amaranthusarten besitzen eine Möglichkeit, selbst geringste CO2-Konzentrationen zu
nutzen. Sie haben ein Enzym namens PEP-Carboxylase mit einer erheblich höheren
CO2-Affinität als RuBisCo. So können auch geringe Mengen CO2 verwendet werden. Da
die Produkte der CO2-Fixierung 4 C-Atome haben, werden diese Pflanzen C4-Pflanzen
genannt. Sie besitzen auch eine etwas andere Blattanatomie.
Die Blattgefäßbündel sind von einer Schicht dicker, chloroplastenhaltiger
Parenchymzellen umgeben (Bündelscheide), die ihrerseits von Palisadenzellen
(Mesophyll) umgeben sind. Zwischen diesen Zellen findet ein intensiver Stoffaustausch
statt. In den Chloroplasten der Mesophyllzellen wird durch die PEP-Carboxylase CO2 an
11
PEP = Phosphoenolpyruvat gebunden wodurch Oxalacetat entsteht. Dieses wandert
als Malat in die Chloroplasten und zerfällt dort in Pyruvat und CO2 wobei auch
NADPH+H+ gebildet wird. Beide Zerfallsprodukte werden in den Calvinzyklus
eingeschleust.
Dieser Stoffwechselweg ist also dem Calvinzyklus vorgeschaltet und eine Anpassung an
sehr warme und sonnige Klimabedingungen.
CAM-Pflanzen:
Nachts nehmen sie bei geöffneten Spaltöffnungen CO2 auf und speichern es in
verschiedenen organischen Säuren. Am Tag, wenn die Lichtreaktion abläuft und ATP
gebildet wird, entnehmen sie das CO2 aus den Speicherstoffen und führen es dem
Calvinzyklus zu. Man nennt diese Pflanzen CAM-Pflanzen was crassulacean acid
metabolism (Säurestoffwechsel der Crassulaceen) bedeutet. Bei diesen Crassulaceen hat
man diesen Stoffwechsel erstmals entdeckt. Er ist gleich wie bei den C4-Pflanzen.
Auch hier wird im Mesophyll (nachts) mit der PEP-Carboxylase CO2 an PEP gebunden und
es entsteht Oxalacetat. Dieses wird in Malat umgewandelt und wandert über
Plasmodesmen in die Bündelscheidenzellen wo es in den Vakuolen gespeichert wird. Am
Tag wird es von den Vakuolen freigegeben und in Pyruvat und CO2 umgewandelt, das
dann zum 2. Mal durch RuBisCo gebunden werden kann.
12
3.3.3. Bau und Funktion von Spaltöffnungen
3.3.3.1. Funktion:
- Gasaustausch
o Austausch von CO2 und O2 bei der Fotosynthese
- Wassertransport in der Pflanze:
o Durch Verdunstung wird bei den Spaltöffnungen in den Blättern ein Sog
erzeugt, der Wasser (und damit auch Nährstoffe) durch die Pflanze nach
oben zieht
- Verdunstung kühlt die Pflanze und schützt sie vor Überhitzung
3.3.3.2. Aufbau:
- Äußerste Schicht ist die Epidermis
- zwischen den Epidermisschichten liegt das aus Palisadengewebe und
Schwammgewebe (und Blattadern) bestehende Mesophyll in dem hauptsächlich
die Photosynthese stattfindet
- Der Spaltöffnungsapparat selbst besteht aus zwei meist bohnenförmigen
Schließzellen, die an beiden Enden aneinander haften
- dazwischen liegt der Interzellularspalt der den Kontakt zwischen Außenluft und
Atemhöhle darstellt
- in Schließzellen finden sich Chloroplasten (können Photosynthese betreiben) und
in den manchmal vorkommenden Nebenzellen (unterstützende Funktion) sind
Leukoplasten vorhanden
- bei Sonnenlicht und genügend Wasserzufuhr meist geöffnet, bei Nacht und
Wassermangel geschlossen
3.3.3.3. Typen:
- Gramineentyp (bei Gräsern)
- Helleborustyp (bei Ein- und Zweikeimblättrigen)
- Mniumtyp (bei Moosen)
3.3.3.4. Entstehung:
- Zwei Arten:
o Fortlaufende Zellteilungen einer Meristemoide, die letzte Teilung ergibt die
Schließzellen-Mutterzelle (Bsp.: Brassicaceen-Typ)
13
o
Abgliederung der Nebenzellen von Benachbarten Meristemoiden (Bsp.
Gramineen-Typ)
Zusammenfassung OBOE I WS05 Spring Botanik Kapitel 4/5 (nach Skript)
Kapitel 4: Die Sprossachse
4.1. Aufbau der primären Sprossachse im Längs- und Querschnitt
14
4.2. Verteilung und Bau der Leitgewebe (Vgl. krautige/holzige
Dikotyledonen gegenüber Monokotyledonen)
4.2.1. Definition: Verweis auf Kapitel 2 (Gewebe)
4.2.2. Unterschiede Monokotyledonen - Dikotyledonen
Monokotyledonen
Dikotyledonen
Wuchs
−
ursprünglich krautig
−
ursprünglich holzig
Blatt
−
Keimblatt
−
2 Keimblätter (meist)
−
Parallelnervatur
−
Netznervatur
−
Stomata parallel zur Längsachse
−
Stomata zufällig angeordnet
−
Blattstiel meist undeutlich
−
Blattstiel meist deutlich
−
Blattscheiden häufig ausgebildet
−
Blattscheiden selten ausgebildet
−
Blattspreite meist einfach und ganzrandig
−
Blattspreite vielgestaltig, oft zusammengesetzt
−
Nebenblätter sehr selten
−
Nebenblätter oft ausgebildet
−
fast immer wechselständig angeordnet
−
wechselständig oder gegenständig
−
verbreiterte Blattbasen mit mehreren
−
nur ein Blattspurstrang pro Blatt
Blattspursträngen
Spross
−
Atactostele: Leitbündel zerstreut angeordnet
−
Eustele: Leitbündel ringförmig angeordnet
−
Prokambium, Xylem und Phloem
−
Prokambium Xylem, Kambium und Phloem
Geschlossene Leitbündel
Offene Leitbündel
kein normales sekundäres Dickenwachstum
Wurzel
normales sekundäres Dickenwachstum
−
Basales, interkalares Meristem
−
Apikales Meristem
−
Siebröhrenplastiden: P-Typ
−
Siebröhrenplastiden: meist S-Typ
−
1 adossiertes Vorblatt
−
2 transversale Vorblätter
−
sekundär homorhiz = homogen
−
allorhiz = heterogen
(Cryptophyten sind primär homorhiz)
−
Primärwurzel stirbt frühzeitig ab später nur
(Cryptophyten sind primär homorhiz)
−
sprossbürtige Wurzeln
Blüte
Chemie
Primärwurzel bleibt erhalten zusätzlich
sprossbürtige Wurzeln
−
Zentralzylinder polyarch
−
Zentralzylinder oligarch
−
Wirtelig
−
spiralig oder (meist) wirtelig
−
meist einfaches Perianth = Perigon
−
meist doppeltes Perianth aus Kelch und Krone
−
Wirtel meist 3-zählig (P3+3 A3+3 G3)
−
Wirtel meist 5-zählig (K5 C5 A5+5 G5), seltener
−
Nektarien oft septal (in den Frknsepten)
−
Pollen meist mit 1 Apertur (monocolpat)
−
Nektarien nie septal
−
Pollenentwicklung meist sukzedan
−
Pollen meist mit 3 (colpat oder porat) oder mehr
−
Tapetum oft periplasmodial
4-, 3-, 2
Aperturen
−
Pollenentwicklung meist simultan
−
Tapetum oft zellulär
−
Ellagsäure/Tannine fehlen
−
Ellagsäure/Tannine verbreitet
−
Saponine fast immer Steroidsaponine
−
Saponine meist Triterpensaponine
−
Alkaloide, Polyterpene, ätherische Öle und
−
Alkaloide, Polyterpene, ätherische Öle und
Gerbstoffe selten
−
Gerbstoffe verbreitet
−
Ca-Oxalat meist als Raphiden
15
Ca-Oxalat meist als Drusen
4.3. Primäres und sekundäres Dickenwachstum
-
Bezeichnung für das Wachsen in die Horizontale
Unterscheidung in primäres und sekundäres Dickenwachstum
o Das primäre Dickenwachstum geht alleine auf das Wachstum der bereits
im jungen Spross vom Bildungsgewebe gebildeten Zellen zurück
o beim sekundären Dickenwachstum werden vom Kambium, welches
zwischen Phloem und Xylem liegt, nach beiden Seiten zusätzliche Zellen
abgegliedert, die in die Breite wachsen.
o Auch das im Phloem entstehende Korkkambium trägt zum sekundären
Dickenwachstum bei; besonders auffällig ist dies z. B. bei der Korkeiche
⇒ Histologische Veränderungen der Rinde beim sekundären
Dickenwachstum
4.4. Aufbau von Holz bei Gymnospermen und Angiospermen
4.4.1. Definitionen:
- Gymnospermen: Nacktsamige Pflanzen, Gefäßpflanzen, deren Samen nicht in
spezialisierten Kammern eingeschlossen sind
- Angiospermen: Bedecktsamige Pflanzen, die ihren Samen im Inneren einer als
Fruchtknoten bezeichneten schützenden Kammer bilden
4.4.2. Holzaufbau:
Gymnospermen
Zelltypen (Funktionen)
Tracheiden (Wasserleitung +
Festigung) [Holzparenchymzellen]
Markstrahlenparenchym
(Speicherung)
Transportleistung (m/h)
aktive Jahrringe
1-1,5
Viele
Evolustionstendenz
Tracheiden mit Doppelfunktion
(Transport / Festigung)
Beispiel
Pinus (Kiefer)
Abies (Tanne)
16
Angiospermen
zerstreutporig
/
ringporig
Tracheen + Tracheeiden
(Wasserleitung)
Holzfasern (Festigung)
Holzparenchym (Speicherung)
Markstrahlenparenchym
(speicherung)
2-6
4-44
bis ca. 10
meist nur
jüngster Ring
Transport und Festigung
spezialisiert und auf versch. Zellen
verteilt
Retula (Birke)
Ulmus (Ulme)
Tilia (Linde)
Quercus (Eiche)
Zusammenfassung OBOE I WS05 Spring Botanik Kapitel 5/5 (nach Skript)
Kapitel 5: Die Wurzel
5.1. Aufbau der Keimwurzel im Längs- und Querschnitt
5.2. Entstehung und Funktion der Kalyptra
Die Wurzelhaube bei Samenpflanzen,
auch
Kalyptra
genannt,
ist
ein
verschleimendes
Gewebe
aus
Polysaccariden an den Spitzen der
Wurzeln. Es erleichtert der Wurzel das
Eindringen in das Erdreich und schützt
das Wurzelmeristem, das sowohl Zellen
für die Wurzelhaube als auch für die
Wurzelrinde und den Zentralzylinder
bildet, vor Verletzungen.
5.3. Bau und Funktion der
Epidermis
Besteht im Allgemeinen aus einer
Einzelschicht dicht gepackter Zellen die
alle Teile einer Pflanze bedecken und
schützen. Die Wurzelhärchen die für die
Aufnahme
von
Wasser
und
Mineralstoffen so wichtig sind, sind
Ausstülpungen der Epidermiszellen in
der Nähe der Wurzelspitze.
17
5.4. Aufnahme und Leitung von Wasser von der Wurzelhaarzone
zum Blatt
-
Wasser gelangt über die Wurzelepidermis in die Pflanze (Osmose)
Übertritt des Wassers ins Xylem, durch die Endodermis
Wassertransport in die Pflanze bzw. in die Blätter erfolgt zunächst über
Wurzeldruck (Wurzeln nehmen weiter Wasser auf und pressen das schon
aufgenommene Wasser im Xylem nach oben, nur auf geringe Distanz wirksam)
und Transpirationssog (durch Verdunstung an der Blattoberfläche entsteht ein
Unterdruck in den Blättern, der ausreicht um das Wasser mehrere Meter (teilweise
sogar bis zu 100m) in die Höhe zu saugen).
5.5. Funktion des Prekambiums
Der Begriff Perizykel oder Pericambium bezeichnet eine innere Gewebeschicht der
Wurzeln der Pflanzen. Diese radiäre Schicht befindet sich zwischen Endodermis und
Zentralzylinder. Die Bildung der Seitenwurzeln nimmt hier ihren Ausgang. Haben Wurzeln
ein sekundäres Dickenwachstum, so sind Teile des Perizykels an diesem, sowie an der
Bildung eines sekundären Abschlussgewebes beteiligt
5.6. Wurzelmetamorphosen
5.6.1. Wurzelsprosse
Bei manchen Bäumen (Robinia, Ulmus) sind die Wurzeln in der Lage, Sprosse zu bilden,
deren Apikalmeristem aus dem Perizykel entsteht wie Seitenwurzeln oder aus dem
Phellogen des Periderms. Häufig tritt dieses Phänomen bei flach streichenden
(plagiotropen) Wurzeln an der Oberseite auf.
5.6.2. Wurzelmetamorphosen
Als Metamorphose wird eine morphologische Umgestaltung mit gleichzeitiger Änderung
der Funktion verstanden.
5.6.3. Speicher-Wurzeln
Bei Speicherwurzeln führt eine Gewebevermehrung z. B. des Parenchyms innerhalb oder
außerhalb des Leitgewebes oder ein perikambiales Dickenwachstum mit der zusätzlichen
Produktion von Xylem- und Phloemringen zur Verdickung der Wurzel mit der Möglichkeit
der vermehrten Speicherung von Wasser oder Reservestoffen.
5.6.4. Stützwurzeln
Sprossbürtige, weit ausladende Stütz oder Stelzwurzeln können schon im Jugendstadium
angelegt werden (Mangroven, z. B. Rhizophora).
5.6.5. Haft- und Kletterwurzeln
Bei Lianen und Epiphyten kommen Haft- und Kletterwurzeln vor, die geotrop neutral,
aber phototrop negativ (dem Substrat zugewandt) reagieren. Sie können ein Hindernis
rankenartig umschlingen und sich mit Wurzelhaaren verankern.
5.6.6. Atemwurzeln
Aerenchymreiche, geotrop negative Wurzeln über sauerstoffarmen Sumpfboden heißen
Atemwurzeln. Man findet sie bei Mangroven, Sumpfzypressen und einigen Palmen. In
ihnen steht ein ausgedehntes Interzellularen-System über Lenticellen oder Rindenrisse
mit der Außenluft in Verbindung.
5.6.7. Zug- und Ankerwurzeln
Normalerweise verankern die Wurzeln eine Pflanze durch eine reiche Verzweigung sowie
durch die Verflechtung der Wurzelhaare um die Bodenpartikel. Es gibt jedoch Wurzeln,
die durch ihre Verkürzung die Pflanze in den Boden „
ziehen“
. Diese Kontraktion kann
durch Erweiterung von Parenchymzellen unter gleichzeitiger Verkürzung oder durch
Kollabieren von Parenchym in bestimmten Abschnitten zustande kommen.
18
5.6.8. Mykorrhiza
Bei den meisten Waldbäumen zeigen die jungen Wurzeln eine Symbiose mit bestimmten
Pilzen. Einzelne Pilzhyphen ersetzen dabei die Wurzelhaare. Bei der ektrotrophen
Mykorrhiza befindet sich der Pilz interzellulär in der Rinde, ohne in die Rindenzellen
einzudringen (bei unseren meisten Waldbäumen), bei den endotrophen Formen leben die
Pilzhyphen intrazellulär (VA-Mykorrhiza bei krautigen Pflanzen und vielen tropischen
Bäumen, bei unseren Waldbäumen seltener, z.B. Taxus). Die Affinität beider Partner bzw.
ihre Abhängigkeit voneinander kann unterschiedlich stark sein. Obligat ist die Mykorrhiza
bei Kiefer, Fichte, Lärche, Eiche und Hainbuche (stark mykotrophe), fakultativ bei Tilia,
Populus, Salix, Acer und Fraxinus (schwach mykotrophe Bäume).
Alle Angaben sind ohne Gewähr von Marcel Oschwald und Hannes Wetterauer
19