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Botanik LA 1+2 A. Kriterien des Lebendigen: Stoffliche Zusammensetzung Lebendiges besteht hauptsächlich aus Kohlenstoff C, Wasserstoff H und Sauerstoff O Ernährung Unter Aufnahme von Energie (bei Pflanzen Sonnenlicht) entsteht eine Ordnung die ein definiertes Gebilde aufweist. Bewegung Aktiver Vorgang, gespeist von Körpereigener Energie Reizaufnahme und Beantwortung Lebewesen reagieren auf einen äußeren Reiz (z.B. Sonnenblume) Wachstum und Entwicklung Wachstum ist eine Volumenzunahme die nicht wieder rückgängig zu machen ist. Bei der Entwicklung wird ein qualitativ neuer Zustand erreicht. Fortpflanzung Verschmelzung einer Ei – und Samenzelle (oder Plus – und Minuszelle), es entsteht ein Nachkomme (geschlechtlich). Vermehrung Vervielfältigung (ungeschlechtlich), keine Verschmelzung (Mitose/Teilung der Vegetationskörper) Vererbung Weitergabe der Information zur Ausbildung eines Merkmals. Evolution Weiterentwicklung von Arten durch Mutation und Selektion Systemcharakter Das Lebewesen ist mehr als die Summe seiner Teile. Es besteht aus einzelnen Organen, welche sinnvoll zusammenarbeiten sollten. B. Bau einer Eukaryotenzelle Pflanzenzelle 1. Zellwand Unlebendiger Teil der Zelle (Außenskelett), erster Bestandteil bei der Entstehung der Zelle, übernimmt zudem Transportfunktionen. Mittellamelle Teilt die Zelle bei der Zellteilung, ist dehnbar, elastisch. Die Grundsubstanz ist Pektin (Polysaccharide) Primärwand Nach innen auf Mittellamelle aufgelagert, reisfest und leicht elastisch. Pektin und Zellulose als Grundsubstanz. Sekundärwand Gibt der Zelle Stabilität durch Paralleltextur von Zellulose. Die Zelle ist dadurch nicht mehr elastisch Plasmodesmen (Tüpfel) Durch die Zellwände wären die Pflanzenzellen von einander isoliert, wenn nicht die Plasmodesmen Verbindungen zwischen den Zellen aufrechterhalten würden. Kleine Moleküle können von einer Zelle in die andere frei diffundieren. Ermöglichen Austausch und Kommunikation der Zellen 2. Plasmalemma (Biomembran) Grenzt den lebendigen Teil der Zelle vom toten Teil (Zellwand) ab. Diffusion Die gleichmäßige Verteilung eines Stoffes in einem gegebenen Volumen. Osmose Diffusion durch eine semiperemable Membran (z.B. das Plasmalemma) Osmose ist ein Konzentrationsausgleich zwischen 2 verschieden stark konzentrierten Lösungen durch eine semipermeable Membran; hierbei strömt das Lösungsmittel (z.B. Wasser) zur stark konzentrierten Seite Bau Das Plasmalemma besteht aus einer Doppellipidschicht, der Proteine freibeweglich angelagert sind. Die Doppellipidschicht besteht aus Lipiden mit je einem hydrophilen (wasserliebend) und einem hydrophoben (wasserabweisend) Pol. Funktion Das Plasmalemma ist semipermeabel (teildurchlässig) und selektivpermeable (nicht jeder Stoff wird durchgelassen) Es erfüllt eine Torhüterfunktion und kontrolliert den Stoffaustausch einer Zelle Transport Der Transport kann aktiv (unter Energieverbrauch) oder bei manchen Stoffen passiv (mit dem Sättigungsgefälle) erfolgen 3. Cytoplasma Wässrige Substanz die die Zelle ausfüllt. Aufgaben Im Cytoplasma finden Energie liefernde Stoffwechselprozesse statt. Biosynthese (Aufbau) von Makromolekülen und Bausteinen Aufbau und Resorption (Abbau) von Membran Zudem findet Stofftransport im Cytoplasma statt 4. Reaktionsräume im Cytoplasma (Organellen) 4.1. von keiner Membran umschlossen: Ribosomen Bestehen aus 40% Ribonukleinsäure (RNS/RNA) und 60% Eiweiß. In den Ribosomen findet Proteinsynthese statt, dabei werden einfache Aminosäuren zu langen Ketten zusammengefügt. Dabei ist die Zusammensetzung in der DNA schon vorher festgelegt. Diese Ketten (Primärstruktur) bilden die Sekundärstruktur (Helix) 4.2. von einer Membran umschlossen (Kleine Organellen) Endoplasmatisches Reticulum (ER) Für den Stofftransport innerhalb der Zelle verantwortlich. Das ER wird nach Bedarf aufgebaut und resorbiert. Im ER wird die Sekundärstruktur von Eiweißen in die dreidimensionale Tertiärstruktur umgewandelt. Außenseite mit Ribosomen bedeckt: raues ER Außenseite ohne Ribosomen: glattes ER Golgi – Apparat Ist die Summe der Dictyosomen (Zisternenartige Zellorganellen mit synthetischer Funktion). Transportiert mit Hilfe von Golgi – Vesikeln Stoffe innerhalb und außerhalb der Zelle. Saures Polysaccharid wird gebildet. Tonoplast Grenze zwischen Vakuole und Cytoplasma (Elementarmembran) Vakuole Bilden sich im Laufe des Zellwachstums, können im Alter fast die ganze Zelle ausfüllen. Lagerplatz für im Moment nicht gebrauchte nützliche Stoffe und Abfallstoffe. Hält den Innendruck der Zelle aufrecht. 4.3. von zwei Membranen umschlossen (Grosse Organellen) können von der Zelle nicht selbst hergestellt werden, vermehren sich durch Teilung, enthalten eigene Ribosomen, enthalten eigene Erbsubstanz und haben eigene Plasma – Art. Mitochondrien Besitzen eine Außenmembran als Schutzfunktion und eine gefaltete Innenmembran zur Oberflächenvergrößerung. Mitochondrien kommen gehäuft in Zellen mit hohem Energiebedarf vor. Sie wandeln Glukose in für Zelle nutzbare Energie um. Sind also die Kraftwerke der Zelle. Zellkern Enthält die Erbsubstanz des Organismus (DNA). Steuerzentrale der Zelle. Jede Zelle enthält die gleiche Erbsubstanz Plastiden - Chloroplasten Betreiben Photosynthese und färben die Pflanzen grün - Leukoplasten Speichern Stärke - Chromoplasten Sind aus Chloroplasten oder direkt aus Plastiden entstanden. In Blättern, Blüten und Frucht sind sie für die Färbung der Pflanze verantwortlich sind (z.B. Herbstfärbung, Fruchtfarbe, etc.) C. Bau der Organe von Dicotyledonae (zweikeimblättrige Pflanzen) 1. Verschiedene Gewebetypen Bildungsgewebe (Meristeme) Haben ihren Sitz in den Spitzen der Wurzeln und den Sproßachsen. Primäres Meristem teilt sich immer (Spross, Wurzelspitze) Sekundäres Meristem erwirkt die Fähigkeit zur Teilung erst wenn es nötig wird, z.B. Kambium beim Breitenwachstum Grund- und Speichergewebe (Parenchyme) 90% eines Vegetationskörpers sind Parenchyme. Werden in verschiedene Funktionen untergliedert, wie z.B. Speicherparenchym zur Speichern von Stärke und Reservestoffen, Assimilationsparenchym zur Photosynthese, Palisadenparenchym (Assimilationparenchym der Blätter) sowie Schwammparenchym (Grundgewebe mit großen Interzellularen zur Durchlüftung, etc) Abschlussgewebe Als äußere Häute schützen sie oberirdisch Organe vor mechanischer Beschädigung und vermindert Transpirationsverlust. Als innere Häute grenzen sie bestimmt Gewebe voneinander ab. Besteht aus einer einziger Lage von Zellen, die ohne Zellzwischenräume miteinander verbunden sind. Beispiele für Abschluss –oder Hautgewebe sind Epidermis, Exodermis, Endodermis, Rhizodermis, Peridermis, Cutis- und Korkgewebe. Festigungsgewebe Verleihen den Pflanzlichen Organen durch Einbau von Zellulose (Holzstoffen) in die Primärwand ihre Festigkeit. Man unterscheidet dabei das noch wachstums – und dehnungsfähige Festigungsgewebe Kollenchym, bei dem sich die Verdickungen (Zellulose und Pektin) auf einzelne Kanten und Wände der Zelle beschränken und das Sklerenchym, dessen Zellen gleichmäßig verdickte (verholzte) Zellwände haben. Exkretionsgewebe Abgabe, bzw. Ausscheidung von Stoffen. Unterteilt in z. B. Idioplasten (Speicher für ätherische Öle), Drüsenzellen (Nektarien), Hydatoden (Wasserdrüsen), Salzdrüsen zur Abgabe von NaCl (Natriumchlorid z.B. beim Limonium), Verdauungsdrüsen (bei Karnivoren), schizogener Exkretbehälter (umgewandelter Zellzwischenraum, z.B. beim Hypericum) und Milchröhren (längliche schlauchartige Zellen bei Milchsaftgewächsen, z. B. Euphorbia, Taraxacum, Papaver, Kautschuk) Leitgewebe (Gewebesysteme) Komplexe Leitungssysteme aus Leitbündeln, Xylem, Phloem, Kambium, Leitbündelscheide 2. Anatomie 2.1. Der Same Samenschale (Testa) Abschlussgewebe zum Schutz vor mechanischen Einflüssen und Austrocknung. Ist durchlässig, also aufnahmefähig für Wasser und Gase. Ist eventuell ein Keimhemmer. Nährgewebe (Endosperm) Besteht aus Parenchym (Grundgewebe). Speicher für Reservestoffe für den Embryo (Stärke, Eiweiß und Fette). Ist eventuell ein Keimhemmer. Keimling (Embryo) - Sprosspol Sitz der Keimblätter. Austrittsstelle für den Spross - Keimachse Verbindung zwischen Spross- und Wurzelpol - Wurzelpol Austrittsstelle für die Wurzel 2.2. Die Wurzel a) Im Längsschnitt der Wurzelspitze Kalyptra (Wurzelhaube) Zellen sterben ab und verschleimen. Schleimschicht dient als Gleitmittel zwischen Wurzel und Boden. Somit wird der Wurzelvortrieb im Boden erleichtert. Beinhaltet Sensoren für Geotropismus (Schwerkraftsensoren) Ernährt Mikroorganismen die für die Nährstofffreisetzung und für den Schutz vor Krankheitskeimen zuständig sind. Initialzellenzone (Wachstumszone) Wurzel wächst hier durch Zellteilung. Ist in alle Richtungen möglich Determinationszone (Streckungszone) Relativ kleiner Bereich in der die Wurzel durch Zellstreckung wächst. Aufgabe der Zelle wird vorbestimmt. Differenzierungszone (Wurzelhaarzone) Einziger Bereich mit Wurzelhaaren. Hier wird jede Zelle entsprechend ihrer Aufgabe ausdifferenziert. Durch die vielfache Vergrößerung der Oberfläche durch die Wurzelhaare wir die Wasser und Ionenaufnahme erleichtert. b) Querschnitt im Bereich der Differenzierungszone Rhizodermis Hauptbereich für Wasser und Nährstoffnahme. Einlagiges Abschlussgewebe ohne Zellzwischenräume, stülpt sich nach außen und bildet so Wurzelhaare. Keine Einlagerung von Schutzstoffen. Rhizodermis ist völlig durchlässig für Wasser, etc. Stirbt nach 2 – 3 Tagen ab und bietet so Nahrung für Mikroorganismen. Exodermis Abschlussgewebe zum Schutz der restlichen Wurzel. In Primär – bzw. Sekundärwand werden eventuell Stoffe zur Festigung eingelagert (Zellulose). Beinhaltet Durchlasszellen zur Stoffaufnahme (ohne verstärkte Zellwand) Wurzelrinde Grundgewebe bildet den Vegetationskörper und dient eventuell als Stoffspeicher Zentralzylinder Durch Endodermis von der Wurzelrinde abgeschlossen. Sitz von Xylem (Wassertransport) Phloem (Nährstofftransport) Endodermis Casparische Streifen (eingelagerte Wachsschicht in der Zellwand). Besitzt Durchlasszellen. - Perizykel Äußere an die Endodermis grenzende Zellschicht des Zentralzylinders Sekundäres Meristem. Bildung der Seitenwurzeln. - Radiäres Leitbündel (Xylem/Phloem) Bei zweikeimblättrigen Pflanzen mit Kambium für sekundäres Dickenwachstum (Teilung ab dem zweiten Jahr) Leitbündel für Nährstoff – und Wassertransport von unten nach oben sowie von Assimilaten von den Blättern nach unten. 2.3. Der Spross a) Im Längsschnitt der Sprossspitze (Vegetationskegel) Knospe Besetzt aus Blattprimordien, Sprossspitze und Schutzzone die aus Blattanlagen gebildet wird. Initialzellenzone (Zellteilzone) Besetzt aus primärem Meristem. Wachstum durch Zellteilung. Determinationszone (Streckungszone) Wachstum durch Zellstreckung. Differenzierung der Zellen nach Lage. - Tunica Äußerer Bereich - Meristemzylinder Teilungsfähige Zellen - Corpus Vegetationskörper des Sprosses - Blattprimordien Die Blattanlagen entstehen am Vegetationskegel als seitliche Höcker c) Querschnitt im Bereich der Differenzierungszone Epidermis Erst Cuticula (Wachsschicht auf der Epidermis), Eingelagerte Spaltöffnungen (Stomata), Schutzfunktion, teilweise durchlässig (Stomata), Chlorophyllfrei Sprossrinde Grundgewebe, Vegetationskörper des Sprosses, verleiht Stabilität, Reservestoffspeicherung (weniger als bei der Wurzel), besitzt Chlorophyll Zentalzylinder Ohne Abschlussgewebe. Besitzt Mark und am Rand Leitgewebe - Leitgewebe Xylem innen, umgeben vom Phloem, dazwischen Kambium 2.3. Das Laubblatt Von oben nach unten Epidermis (wie bei Spross) Palisadenparenchym Reich an Chloroplasten (Assimilation), ohne Zellzwischenräume. Je sonniger desto mehr Lagen. Schwammparenchym Interzellularreich, weniger Chloroplasten als Palisadenparenchym. Zuständig für Gas – und Wasserdampfaustauch. Epidermis (wie bei Spross) Blattadern Leitgewebe. Bei Einkeimblättrigen Pflanzen parallelnervig. Bei Zweikeimblättrigen netzartig. 2.4. Stomata (Spaltöffnungen) Spaltöffnung oben oder unten am Blatt Bau Zwei Bogenförmige Schließzellen, getrennt durch einen Spalt. Vorne Vorhof, hinten einen Hinterhof. Verbunden durch ein Hautgelenk. Zur Nachbarzelle eine dünne Zellwand ansonsten recht dick. Aufgaben Gas – und Wasseraustausch. Vertrocknungsschutz durch Schließen. D. Morphologie 1. Wurzel Pfahlwurzel (Allorhizie) Entwicklung: Samen → Keimwurzel → Primär – bzw. Hauptwurzel Hierarchische Anordnung von Primär – und Seitenwurzel (in Dicke und Wachstumsgeschwindigkeit) Typisches Beispiel Karotte, Löwenzahn Sprossbürtige Wurzel (Homorhizie) Entwicklung: Samen → Keimwurzel (stirbt später ab) → gleichberechtigte Wurzeln entspringen am unteren Teil des Sprosses. Typisches Beispiel Gräser. Übergangstypen sind ebenfalls möglich. 2. Der Spross Gliederung der Sprossachse in Nodien (Verdickungen, Ansatz der Blätter und Seitensprosse) und Internodien (Abstand zwischen den Verdickungen), Hypocotyl (Sprossabschnitt unterhalb der Keimblätter) und Epicotyl (Sprossabschnitt zwischen Keim – und Primärblättern) Sprosssysteme - monopodiale Verzweigung Verzweigungstyp der Sprossachse bei dem die Seitentriebe dem Haupttrieb in ihrem Wachstum untergeordnet bleiben. Oder Hauptspross ohne Seitensprosse (nur Blätter). Gestreckt: Lange Internodien ; Gestaucht: fast keine Internodien erkennbar z.B. Rosetten (Löwenzahn) - sympodiale Verzweigung Im Gegensatz zur monopodialen Verzweigung stellt hier die Hauptachse ihr Wachstum ein und das weitere Wachstum wird von einem oder mehreren Seitentrieben 1. Ordnung übernommen. Monochasial: Ein Seitentrieb wird Hauptspross (Picea, Abies) Dichasial: Zwei Seitentriebe wachsen gleichberechtigt weiter (Flieder, Rhododendron, Kreuzdorn) Pleiochasial: Zwei oder mehr Seitentriebe die gleichberechtigt weiter wachsen. (Wolfsmilch) 3. Das Laubblatt Blattform/Blattspreite Ungeteilt (z.B. oval, eiförmig, herzförmig) Geteilt (z.B. paarig -, unpaarig -, doppelt – gefiedert) Blattadern Parallelnervig (Einkeimblättrig mit wenigen Ausnahmen) Netzartig, Adern netzartig über Blattspreite verteilt (Zweikeimblättrig) Blattgliederung Oberblatt (Spreite, Stiel) Unterblatt (Nebenblätter/Stipula, Blattgrund der am Stängel ansitzt oder ihn umfasst) Blattfolgen am Spross Keimblätter Niederblätter Laubblätter (erstes Paar = Primärblätter) Hochblätter Blütenblätter Blattstellung Grundständig (Rosettenpflanzen z.B. Taraxacum, Halbrosetten) Einzel bzw. Paarig - gegenständig: an einem Knoten zwei Laubblätter gegenüber - kreuzgegenständig: Blattpaar gegeneinander um 90° versetzt - wechselständig: spiralig (Blätter winden sich um den Spross) schraubig (Winkelabstand ändern sich) 4. Metamorphosen Definition: Verwandlung der äußeren Form eines Organs, in Hinblick auf eine Spezialleistung. Es ermöglicht Pflanzen an extremen Standorten zu leben. Reservestoffspeicherung - Speicherwurzel (Rübe z.B. Zuckerrübe; Knolle z.B. Dahlie) - Sukkulenz Sprosssukkulenz (Kaktus) Sprossrinde verdickt sich, Wasser wird eingelagert, Blattspreite reduziert zu Dornen Blattsukkulenz (Agave) Blattspreite verdickt sich - Sprossknolle Primäre Rinde verdickt (z.B. Kartoffel (unterirdisch) Kohlrabi (oberirdisch)) - Rhizom Waagerecht verlaufender unterirdischer Spross (Zuckerspeicher), mehrjährig, treibt jedes Jahr neuen einjährigen Spross. (Bambus, Spargel, Quecke, Girsch) - Zwiebelblatt Gestauchte Internodien, Laubblätter verdicken, Zucker wird gespeichert (Zwiebel, Knoblauch, Tulpe) Verankerung - Haft -/Kletterwurzeln Kurze Wurzeln mit Hauptfunktion zum Haften (z.B. Hedera helix) - Sprossranke Seitentrieb verwandelt sich in Ranke (z.B. Humulus lupulus, Vites) - Blattranke Blätter werden teilweise oder komplett in Ranken umgewandelt (Erbse) Schutz - Sprossdorn Umgewandelte Seitensprosse zu Dornen - Blattdorn Umgewandelte Blätter zu Dornen Weitere Funktionen - Atemwurzel Besonders bei sumpfigen Standorten zur Versorgung mit Sauerstoff (Mangroven) - Luftwurzel Grüne Assimilationswurzeln (z.B. Epiphyten) - Brett – und Stützwurzel Zur Stamm – und Kronenstabilisierung - Rhizom Unterirdisch Verlaufender Spross zur Ausbreitung und Verjüngung - Ausläufer Sprossmetamorphose, oberirdisch waagerecht verlaufender Spross zur Ausbreitung und Vermehrung (z.B. Fragaria, Waldsteinia) - Phyllodien Blattartig verbreiterte Stiele (Acacia heterophylla) - Schlauchfallenblätter (Fangblätter) Zum Fangen von Insekten (z.B. Venusfliegenfalle), zur Stickstoffversorgung der Pflanzen, Blattspreite zu Schlauch umgewandelt (z.B. Nepenthes) 5. Aufgaben der Organe Same Speicherung der Reservestoffe (Kohlenhydrate, Eiweiße, Fette) Vermehrung Örtliche Ausbreitung Ernährung von Mensch und Tier Wurzel Verankerung der Pflanze am Standort Wasser und Nährstoffaufnahme Speicherung von Reservestoffen Ernährung von Mikroorganismen Eventuell Vermehrung (durch Mensch) Photosynthese bei Luftwurzeln Spross Tragen der Blätter zum Licht Wasser – und Stofftransport (Langstrecke) Eventuell Reservestoffspeicherung Blatt Photosynthese (Gasaustausch) Verdunstung (Aufrechterhaltung des Wassertransports) Speicherfunktion Stickstoffernährung bei Carnivoren Befreiung von Abfallstoffen im Herbst (Sonderfunktion) E. Keimung 1. Epigäische Keimung Kotyledonen (Keimblätter) entfalten sich über der Erdoberfläche (Phaseolus coccineus) 2. Hypogäische Keimung Kotyledonen entfalten sich unter der Erdoberfläche (Fraxinus exelsior) F. Blüten 1. Blütenhülle Perigon Blütenhülle besteht aus gleichartigen Blättern (Tepalen), z.B. Tulipa Periant Blütenhülle besteht aus verschiedenen Blättern: Kelch (Sepalen) und Kronblätter (Petalen), z.B. Rosa 2. Symmetrie Radiär Bestandteile der Blüte sind gleichmäßig verteilt (Beliebig viele Symmetrieachsen), z.B. Asteraceae, Bellis, Rosa, Tulipa Zygomorph/ Dorsiventral Nur eine Symmetrieebene, z.B. Orchidee, Viola, Fabaceae 3. Geschlechterverhältnisse Zwittrig ♂ und ♀ Geschlechtsorgane auf einer Blüte Diklin Blüten tragen entweder nur ♂ oder nur ♀ Geschlechtsorgane - monoecisch (einhäusig) ♂ und ♀ Blüten kommen auf einer Pflanze vor z.B. Corylus, Mais, - dioecisch (zweihäusig) es gibt rein ♂ oder rein ♀ Pflanzen z.B. Humulus lupulus, Taxus baccata, Ginkgo biloba 4. Gewährleistung von Allogamie (Fremdbestäubung) Verhinderung von Selbstbestäubung um Genaustausch zu Fördern Dikline Blüten Dioecisch oder monoecisch Zwittrige Blüten Auf einer Blüte werden ♀ und ♂ Geschlechtsorgane zu unterschiedlichen Zeiten reif Selbstunverträglichkeit Männliche Sterilität Länge von Griffel und Anthere Bauliche Maßnahme um Selbstbefruchtung zu verhindern 5. Blütenstände Racemös /Monopodial Hauptachse an der die Blüten abzweigen - Traube Gestielte Einzelblüten. Sie besitzt typischerweise keine Terminalblüte (z.B. Ribes), - Rispe Verzweigte Traube, im unteren Bereich Seitenzweige, Einzelblüten sind gestielt, Terminalblüte vorhanden (z.B. Syringa, Vites, Hafer, Sambucus) - Ähre Einzelblüten nicht gestielt (z.B. Plantago) - Kolben Hauptachse fleischig verdickt, sonst wie Ähre (z.B. Mais, Arum) - Kätzchen Sonderform der Ähre, Blütenstand fällt als gesamtes ab (z.B. Popolus, Salix) - Dolde Hauptachse verkürzt, Einzelblüten gestielt, strahlig angeordnet, Seitenäste scheinen fast von einem Punkt auszugehen (z.B. Hedera helix, Primula veris, Malus domestica) - Zusammengesetzte Dolde Mehrere Dolden von einem Punkt der Hauptachse ausgehend (z.B. Möhre, Kerbel, Petersilie, Achillea, Anis) - Thyrse Zusammengesetzte Traube - Köpfchen Hauptachse verdickt, kurz oder ungestielt (z.B. Trifolium) - Korb Hauptachse flach wie ein Teller, Hüllblütler (z.B. Sonnenblümchen, Taraxacum) Zymos/Symmpodial Hauptachse stellt Wachstum ein, Seitenachsen verzweigen sich, mit Blüten besetzt. - Trugdolde Zwei oder mehr gleichlange Seitenzweige mit Einzelblüten besetzt, Hauptachse endet wegen Umwandlung zur Blüte (z.B. Euphorbia, Nelkengewächse) - Schraubel/Sichel Nur ein Seitenast wächst weiter und endet mit einer Blüte, neuer Seitenast geht in dieselbe Richtung (z.B. Hypericum perforatum) - Wickel/Fächel Neugebildeter Seitenast geht in eine beliebige Richtung (z.B. Iris) 6. Bestäubung Allogamie Fremdbestäubung. Pollen einer Pflanze einer Art fällt auf die Narbe einer anderen Pflanze der gleichen Art. - Zoogamie (Pollenverbreitung durch Tiere) - Anemogamie (Verbreitung durch Wind) - Hydrogamie (Verbreitung durch Wasser) Autogamie Selbstbestäubung. Pollen einer Pflanze kommt auf die Narbe der gleichen Blüte G. Generationswechsel der Samenpflanze (Meiose) Unter der Meiose versteht man eine besondere Form der Kern- und Zellteilung, die in zwei Schritten zur Bildung von 4 Keimzellen (Gameten) führt und bei der der Chromosomensatz vom diploiden auf den haploiden Zustand reduziert wird. Die normalen Körperzellen eines Lebewesens sind meistens diploid, das heißt, sie besitzen von jedem Typ Chromosom zwei ähnliche (homologe) Exemplare, eines von der Mutter und eines vom Vater. Keimzellen (Eizellen und Spermien) dagegen sind haploid; sie besitzen nur jeweils ein Chromosom jedes Typs. Neue Lebewesen entstehen bei sich sexuell fortpflanzenden Organismen meist durch Verschmelzung zweier Keimzellen zur Zygote. Daher muss dafür gesorgt sein, dass die Keimzellen haploid sind - denn würden zwei diploide Gameten miteinander verschmelzen, wäre das Verschmelzungsprodukt, die befruchtete Eizelle (Zygote), tetraploid, sie besäße also einen vierfachen Chromosomensatz. Würden sich diese Lebewesen wiederum fortpflanzen, ergäbe sich in der nächsten Generation erneut eine Verdoppelung des Chromosomensatzes usw. Eine konstante Anzahl an Chromosomen wird durch die Meiose gewährt. H. Früchte 1. Fruchtbildung Teile der Blüte die an der Fruchtbildung mitwirken: Blütenboden Blütenstandsachse Fruchtblatt 2. Fruchtarten Schließfrüchte Schließfrüchte (Fruchtblatt bleibt geschlossen) Fleischig Außen fleischig /innen verholzt Beerenfrucht Steinfrucht Nuss Spaltfrucht (zwei Fruchtblätter) Bruchfrucht Tollkirsche Olive Haselnuss Ahorn Mäusewicke Atropa Olea Corylus Acer Ornithopus Achaene (Nuss mit Flugapparat) Karyopse (Samenschale und Fruchtblatt verwachsen) Getreide, Weizen Carduus Spring – und Streufrüchte Balg: Ein Fruchtblatt platzt an der Verwachungsnaht auf (z.B. Delphinium) Hülse: Ein Fruchtblatt platzt vorne und hinten auf (z.B. Erbse, Bohne) Kapsel: mehrere Fruchtblätter - Deckelkapsel: Deckel wird abgesprengt - Porenkapsel - Spaltkapsel: Fleischig z.B. Impatiens Trocken z.B. Schote (Raps), Balg Hülse Delphinium Laburnum verholzt Spaltkapsel Veratrum Iris Chelidonium Porenkapsel Deckelkapsel Papaver Anagalus Sammelfrüchte Blütenstände werden zur Frucht, z.B. Trollius, Blütenstandsachsen mit Bälgen Sammelsteinfrucht Balg Trollius Nuphar Malus Mespilus Rosa Rhubus Geum I. Gräserblüte Keine Blütenblätter, sondern Spelzen (Vor-, Deck- und Hüllspelzen) Blüten müssen aufgrund der Windbestäubung große Oberfläche haben und weit über den Blättern sein Blütenformen Ähre dicht Ähre locker Ährenrispe Rispe Traube Traube einseitwendig Fragaria J. Pflanzen und Umwelt 1. Samen Prozess der Samenkeimung - Quellung: Wasseraufnahme durch elektrostatische Kräfte (Wasserdipol lagert sich an Samen an) Wasser verteilt sich im Samen - Mobilisierung von Energie aus dem Endosperm - Austritt der Wurzel - Austritt des Sprosses Aufgaben des Samens - Arterhalt - Überdauern ungünstiger Zustände (Winter, Trockenheit) - Nahrung für Tier und Mensch Keimfähigkeit - nimmt eventuell mit dem Alter des Samens ab Keimruhe (Dormanz) Bedingungen: Harte Testa / Harte Fruchtschale Hemmstoffe im Fruchtfleisch / Testa Unvollständige Embryonen (E. muss erst noch fertig gebildet werden) z.B. Esche, Möhre Verhältnis des Phytohormonspiegel im Endosperm gibt Keimung an (Verantwortliche Hormone sind Abscisin und Gibberellin) Der Hormonspiegel wird durch Äußere Einflüsse verändert (Temperatur, Licht,…) Brechen der Keimruhe kann nur durch günstige Bedingungen gebrochen werden, z.B. durch Mikroorganismen, mechanisch (Stechen, Anritzen), durch Erwärmen, durch Abkühlen, Licht/Dunkel, Nachreifen Keimbedingungen Wasser, Temperatur (unterscheidet sich von Art zu Art, Entwicklungsabhängig), Licht, Sauerstoff Auch hier gilt das Toleranzgesetz (Minimum, Pessimum, Optimum) 2.Reizreaktion Reize - Licht (Photo) - Berührung (Thigmo) - Schwerkraft (Gravitro) - Chemische Stoffe (Chema) - Magnetfeld (Magneto) Rezeptor Wahrnehmungsstation für den Reiz Reaktion Tropismus: Ein Organismus reagiert mit einer gerichteten Bewegung oder Krümmung auf einen Reiz seiner Umwelt z.B. bei schräg eingebrachten Pflanzen erfolgt eine Aufrichtung Nastie: eine Reaktion eines oder mehrerer Organe einer Pflanze, die durch einen äußeren Reiz ausgelöst wird. Dabei ist entscheidend, dass die Richtung des Reizes keine Rolle spielt. Taxie: Eine Taxie ist eine Orientierungsreaktion von Lebewesen, das heißt die Ausrichtung einer Bewegung in einem Umweltgradienten oder auf ein Objekt zu (positive Taxis) oder von ihm weg (negative Taxis). Reaktionsnorm Quantitativ: je mehr Reiz, desto stärker die Reaktion Qualitativ: Schwellenwert muss überschritten werden um eine Reaktion auszulösen Thigmonastie (z.B. Venusfliegenfalle, Mimose) Thigmotropismus (z.B. Zaunwinde, bei dauerhafter Berührung wird Wachstumreaktion ausgelöst) Gravitropismus oder Geotropismus: Orientierung ortsgebundener Pflanzen anhand von Masse (Wurzeln wachsen nach unten) Negativer Gravitropismus: Spross wächst in die Höhe Phototropismus: Orientierung ortsgebundener Pflanzen anhand von Licht (Photorezeptoren) Negativer Phototropismus: Orientierung weg vom Licht Photonastie: Durch Licht ausgelöste aber nicht gerichtete Bewegung pflanzlicher Organe, z.B. Klee der nachts seine Blätter einklappt 3. Spaltöffnungen (Öffnungen der Stomata) Hier spielen Reizreaktionen eine wichtige Rolle. Reize werden verschieden schwer gewichtet: Hierarchie Wasserzustand der Pflanze Licht Kohlendioxidstatus im Blatt 4. Bedeutung des Wassers für die Pflanze Stofftransport: in Wasser gelöste Nährsalze Photosynthese: Wasser als Baustoff (C6H12O6) im Anabolismus Kühlung Stabilität (Tugor) Lösungsmittel Katabolismus: Substrat für chemische Reaktionen 5. Wasserhaushalt 5.1. Aufnahme - Wurzel: Hauptaufnahme des Wassers über die Wurzelhaarzone (große Oberfläche - Blatt: Geringe Mengen Prozesse - Quellung (langsam) - Diffusion - Osmose Transport - Kurzstreckentransport: innerhalb der Zelle über Plasmaströmung - Mittelstreckentransport: zwischen den Zellen eines Gewebes oder Organs mittels Diffusion (Läuft im Zellwandbereich ab, geht mit dem Gradienten des Wasserpotentials) - Langstreckentransport: Zwischen den Organen einer Pflanze, über Leitgewebe (Xylem) mittels Diffusion, Adhäsion, oder Kapillarkräfte - Wurzeldruck - Differenz Wassergehalt Luft – Boden 5.2.Wasserabgabe In Form von Wasserdampf über Stomata oder Epidermis/Cuticula - Blatt: Hauptabgabe - Spross: Teilweise Prozesse - Transpiration: Verdunstung findet überall statt wo keine Wasserdampf gesättigt Luft ist - Cutikuläre Transpiration: Kommt in unseren Breiten kaum vor 5.3.Guttation Bei Luftfeuchte über 100% werden Wassertropfen am Blattrand über Hydatoden ausgeschieden - passive Hydatoden: am Ende vom Xylem, ohne Energie - aktive Hydatoden: unter Energieverbrauch, oft gekoppelt mit Ausscheidung von Abfallstoffen, z.B. Salz Wasserbilanz der Pflanze (Differenz zwischen Wasserauf – und Abnahme) Das Ziel der Pflanze ist es eine positive Wasserbilanz aufrecht zu erhalten Transpirationsreduzierung: durch dickere Cuticular, Bau der Stomata (Blattunterseite, eingesenkt), Härchen die Wasserdampf festhalten um die laminare Grenzschicht zu erhalten, Rollblätter (rollen sich bei Trockenheit zusammen => Spaltöffnung sind verdeckt), Graulaubigkeit zur Verminderung des Aufheizen, Oberflächenreduzierung durch Metamorphose Erhöhung der Wasseraufnahme: durch Verstärktes Wurzelwachstum auf kosten des Sprosses o. a., Änderung des Wasserpotentials der Pflanze, Vermehrte Zuckerbildung und Einlagerung ins Xylem, Anlage von Wasserspeichern in Form von Blatt – oder Sprosssukkulenz, Anpassung im Stoffwechsel, Stomata sind nur nachts geöffnet. 7. Umgang der Pflanze mit Wasserüberschuss (Sauerstoffknappheit) Anlage eines Aerenchyms oder durch Atemwurzeln, Erhöhung der Transpiration (große Blattspreite, dünne, kleine Cuticular, Stomata auf der Blattoberfläche, Stomata gewölbt) 6. 8. Temperatur Einfluss der Temperatur Wachstum: Bei Pflanzen ist keine Temperaturregelbarkeit vorhanden (wie z.B. bei Warmblütern), eine Ausnahme bildet der Aronstab. Vielmehr sind die Pflanzen von der Außentemperatur abhängig. Wie alle chemischen Reaktionen unterliegt auch die Fotosynthese dem Einfluss der Temperatur. Nach der RGT-Regel nimmt bei einer Temperaturzunahme von 10°C die Reaktionsgeschwindigkeit um das 2- bis 4-fache zu. Da jedoch bei der Fotosynthese nicht einfach nur thermodynamische Effekte eine Rolle spielen, sondern durch die Temperaturerhöhung eine Öffnung der Spaltöffnungen und damit ein erhöhter Einstrom von CO2 bewirkt wird, nimmt die Fotosyntheserate zunächst stärker zu als die Atmung. Ab ca. 30°C schließen sich jedoch die Spaltöffnungen um einer zu großen Verdunstung entgegen zu wirken. Darum sinkt die Fotosynthese ab dieser Temperatur rasch ab, um schließlich ab ca. 50°C völlig zum Erliegen zu kommen. Bei genügend Licht kann man ein Optimum bezüglich der Temperatur beobachten, welches jedoch von Pflanze zu Pflanze unterschiedlich ist. Das Temperaturoptimum für arktische Pflanzen oder Pflanzen des Hochgebirges liegt bereits unterhalb von +10°C. Die Optima für Pflanzen unserer Breiten liegen meist zwischen +15°C und +25°C, wohingegen tropische Gewächse Temperaturoptima von über +40°C besitzen können. Bei wenig Licht erreichen Pflanzen ihr Temperaturoptimum nicht, Licht wird zum limitierenden Faktor, so dass über einen weiten Temperaturbereich ein Plateau gleich bleibender Fotosyntheseaktivität entsteht, welche dann wieder bei zu hohen Temperaturen gegen Null sinkt. Schäden: Kälteschäden (bei über 0°C). Es liegt kein Frost vor. Die ungleichmäßige Stoffwechselgeschwindigkeit wirkt sich jedoch negativ auf das Wachstum der Pflanze aus. Frostschäden (bei < 0°C). Im Gewebe wird scharfkantiges Eis gebildet, das sich ausdehnt und somit die Zelle zum Platzen bringt (vgl. Wasserflasche im Eisschrank). Durch Zuckereinlagerung können sich viele Pflanzen bis zu einem gewissen Grad vor Frostschäden schützen. Trockenschäden: Die Pflanze vertrocknet wenn der Untergrund gefroren ist, die Lufttemperatur allerdings schon eine Assimilation zulässt. Wasser würde benötigt, kann aber nicht in die Zellen gelangen. Hitzeschäden entstehen dadurch, dass Proteine in den Zellen bei zu hohen Temperaturen (meist bei 60°C) denaturieren. (vgl. Ostereier ) Temperatur abhängige Entwicklung: Samenruhe wird bei manchen Pflanzen durch Kälte bzw. Wärme gebrochen (Stratifikation) Knospenruhe Durch Kälte – oder Wärmeperioden wird der die Blüte induziert (Vernalisation) Man unterscheidet zwischen Quantität (die Menge macht’s) und Qualität (ein bestimmter Wert muss unter bzw. überschritten werden) K. Photobiologie 1. Photosynthese Pflanzen sind in der Lage mittels Chlorophyll Sonnenlicht in für sie nutzbare Energie umzuwandeln. Dabei wird CO2, H2O unter Sonnenlicht in Glukose (C6H12O6) umgewandelt. Dabei entsteht auch O2. 6 CO2 + 12 H2O Strahlungsenergie C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O 2. Ort der Photosynthese Chloroplasten (enthalten grünen Farbstoff der zur Färbung der Pflanzen beiträgt) 3. Photosynthese Typen C3 – Pflanzen: an unsere Breitengrade angepasst; circa 90% der Samenpflanzen. Einbau des Kohlendioxid direkt über die C3 – Körper. Enzym zum Einbau arbeitet erst ab einer bestimmten CO2 – Konzentration im Gewebe. Benachteiligt bei extremer Trockenheit (siehe Stomata) C4 – Pflanzen: begrenzte Anzahl von Pflanzen die an bestimmte Standorte angepasst sind. Einbau von Kohlendioxid erfolgt über den Umweg der C4 – Körper, CO2 – Aufnahme im Mesophyll, getrennt von Glucose – Produktion in Bündelscheide. Chloroplastendimorphismus ( Zwei verschiedene Chloroplastentypen) Enzym arbeitet auch bei geringem CO2 – Gehalt. Vorteil bei Trockenheit. CAM – Pflanzen: Photosynthese erfolgt wie bei C4 – Pflanzen. Aber keine räumliche Trennung von CO2 – Aufnahme und Glucoseproduktion sondern eine zeitliche Trennung (Nachts Aufnahme, tagsüber Umwandlung) 4. Photomorphogenese Sonnenpflanzen: Wuchsort in der Sonne, Nutzen 100% des verfügbaren Lichtes Halbschattenpflanzen: Wuchsorte in der Sonne und im Schatten: Nutzen Sonnenlicht von 100% bis zu einer unteren Grenze Schattenpflanzen: Es werden niemals 100% des Lichtes genutzt 5. Wirkung des Lichtmangel auf Gestalt - Habitus - Blattform/Rand - (Kein) Chlorophyll - (Keine) Keimung - Gehemmte Blütenbildung - lange Internodien (Vergeilung) - Verminderung der Blattspreite (Bzw. fehlende Blattspreite) - Leitgewebe nur mangelhaft ausgebildet 6. Wirkung des Lichts auf Blütenbildung (Photoperiodismus) Der Vegetationskegel wird von vegetativem Wachstum auf Blütenbildung umgestellt - Langtagpflanzen: Tageslänge muss zur Blütenbildung zunehmen und eine bestimmte Länge erreichen - Kurztagpflanzen: Brauchen bestimmte, ununterbrochene Dunkelheit - Tagneutrale Pflanzen: unterliegt keiner Photoperiodischen Steuerung L. Zeigerpflanzen Zeigerpflanzen (Indikatorpflanzen) sind Pflanzenarten mit einer geringen ökologischen Potenz, d.h. mit einer geringen Toleranz auf Veränderungen ihrer Lebensbedingungen. Sie geben deshalb unter anderem guten Hinweise auf die Beschaffenheit des Untergrundes und Bodens auf dem sie wachsen oder auf die Einträge von Luftschadstoffen, und gehören damit zu den sog. Bioindikatoren. Beispiele für Zeigerpflanzen stickstoffreicher Boden: (Nitrophyten) Große Brennnessel, Kletten-Labkraut, Kerbel, Melde, Vogelmiere, Kreuzkraut stickstoffarmer Boden: Mauerpfeffer, Wilde Möhre, Hundskamille saurer Boden: Honiggras, Hundskamille, Kleiner Sauerampfer, Ackerminze alkalischer Boden: Luzerne, Leinkraut, Huflattich, Ackersenf, Vogelmiere, Ackerstiefmütterchen kalkhaltiger Boden: Hahnenfuß feuchter Boden: Ampfer, Schachtelhalm, Kohldistel Staunässe: Acker-Schachtelhalm, Mädesüß, Ackerminze, Huflattich Salzboden: (Halophyten) Melde Sandboden: Vogelmiere, Königskerze verdichteter Boden: Breitwegerich, kriechender Hahnenfuß, Quecke, Gänsefingerkraut Zeigerwerte nach Ellenberg 1. Die Lichtzahl Die Lichtzahl L bewertet das Vorkommen in Beziehung zur relativen Beleuchtungsstärke. Für die Pflanzen maßgebend ist dabei die relative Beleuchtung, die am Wuchsort der jeweiligen Art zur Zeit der vollen Belaubung der sommergrünen Pflanzen (also etwa von Juli bis September) bei diffuser Beleuchtung (z.B. bei Nebel oder gleichmäßig bedecktem Himmel) herrscht. 2. Die Temperaturzahl Die Temperaturzahl T bewertet des Vorkommens im Wärmebereich der polaren Zone bzw. der alpinen Höhenstufe bis ins mediterran geprägte Tiefland 3. Die Kontinentalitätszahl Die Kontinentalitätszahl K bewertet das Verbreitungsschwergewicht von der europäischen Atlantikküste (1) bis ins innere Asien (9) 4. Die Feuchtezahl Die Feuchtezahl F bewertet Vorkommen von flachgründigen, trockenen Felshängen bis zu Sumpfböden und zu submersen Standorten 5. Die Reaktionszahl R bewertet das Vorkommen in Abhängigkeit von extrem sauren bis zu alkalischen (kalkreichen) Böden, dabei entspricht R jedoch nicht dem pH-Wert 6. Die Stickstoffzahl Die Stickstoffzahl N bezeichnet das Vorkommen auf Böden mit sehr geringer bis übermäßiger Mineralstickstoffversorgung (NH4+ und NO3-) 7. Die Salzzahl Die Salzzahl S bezeichnet das Vorkommen im Gefälle der Salzkonzentration (insbesondere Cl--Konzentration) im Wurzelbereich des Bodens von 0 (nicht salzertragend) bis 9 (extrem salzertragend).
