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Zusammenfassung Botanik/Nutzpflanzen
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Zusammenfassung der Botanik/Nutzpflanzen Vorlesungen des allgemeinen Biologie Bachelors (1.Semester)
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Zusammenfassung V1 Wozu Botanik der Nutzpflanzen? PflanzlicheZellen
Wozu Botanik der Nutzpflanzen?
Pflanzen und Nahrung
• Alles Leben auf diesem Planeten hängt von Pflanzen ab
• Mehr als ¾ der menschlichen Nahrung ist pflanzlichen Ursprungs (z.B. Reis, Weizen, Mais)
• Bevölkerung steigt – Fläche sinkt (Urbanisierung, Desertifikation, Klimawandel)
• Fortschritte bei Züchtung, Düngung und Pflanzenschutz (Green Revolution) als Ausgleich
Pflanzen und Gesundheit
• Pflanzlicher Stoffwechsel kann viel mehr als der Tierische
• Viele pflanzliche Stoffe für menschliche Gesundheit wichtig
• Pflanzlicher Sekundärstoffwechsel erst teilweise verstanden
• Durch Aufklärung der beteiligten Enzyme in Verbindung mit molekulargenetischen Verfahren
kann man den Sekundärstoffwechsel gezielt verändern, ohne dass die Grundfunktionen
beeinträchtigt sind
• z.B. Golden Rice Project → Reis mit genügend Carotinoiden in Endosperm → Vitamin A
Pflanzen und Rohstoffe
• Pflanzen = Erzeuger von Rohstoffen für Industrieprodukte
• Nachwachsend!
• Pflanzliche Rohstoffe = einziger Weg zu nachhaltiger Entwicklung
• gezielte Veränderung der Anbaueigenschaften → Verbesserung der Ausbeute und
Nachhaltigkeit der Ressource
• z.B. Baumwolle → genetic engineering mit Bt-Toxin → Reduzierung der Pestizidmenge
Pflanzen und Umwelt
• Pflanzen können über verzweigtes Wurzelsystem Gifte „heraussaugen“
• Triebkraft = Transpirationsstrom
• Giftstoffe werden in Vakuole gespeichert
• Ernten der Pflanzen = Entfernen der aufkonzentrierten Gifte aus der Umwelt
(Phytoremediation)
• z.B. Fukushima – Sonnenblumen zur Dekontamination des Bodens
Pflanzliche Zellen
Plastiden
• pflanzliche Organellen („Zellorgane“)
• Meist grün gefärbt
• Für Photosynthese verantwortlich (Chloroplasten)
• Innen Membranstabel (Thylakoide) an denen Chlorophyll (Blattgrün) und andere
Photosynthesepigmente (Carotinoide) gebunden sind
• Thylakoide sind in Stapeln (Grana) organisiert
• Struktur und Funktion von Chloroplasten:
Das Innere der Chloroplasten ist durch komplexe Membranauffaltungen untergliedert. Um den
elektrischen Gradienten aufbauen zu können, müssen verschiedene Reaktionsräume
(Kompartimente) voneinander abgetrennt werden
Zellwand
• Pflanzenzellen sind zusätzlich zur Zellmembran von Zellwand umgeben
• Zellwand liegt außerhalb der Zellmembran
• Zellwand besteht aus Fasern aus Cellulose, den Mikrofibrillen
• Apoplast = Zellwand und alles was außerhalb der Zellmembran liegt
, • Protoplast = Zelle ohne Zellwand
Feinbau der Zellwand
• Cellulosefasern in einer Matrix aus amorphen Anteilen (Pectine, Hemicellulosen, Proteine)
• Prinzip eines Verbundmaterials → Cellulosefasern sind in amorphe Matrix (Pectin, Protein)
eingebettet + Verdickungen aus Lignin
• hohe mechanische Stabilität mit geringem Gewicht
• Zellwand ist geschichtet – die ältesten Schichten sind außen, die Jüngsten innen
→ Mittellamelle, Primärwand, Sekundärwand
Tüpfel und Plasmodesmen
• Zellen eines Gewebes sind durch Poren (Plasmodesmen) verbunden → Poren als sogenannte
Tüpfel sichtbar (Lichtmikroskopie)
• Tüpfel = Dünnstelle der Zellwand, wo Gruppen von Plasmodesmen sitzen
• Durch Tüpfel ziehen Kanäle aus Cytoplasma und ER von Zelle zu Zelle
• Symplast = was innerhalb der Plasmamembran liegt
• Apoplast = außerhalb der Plasmamembran
Vakuole
• Können fast die gesamte Zelle ausfüllen
• entstehen durch Verschmelzung saurer Vesikel
• Vakuolenmembran = Tonoplast
• Entsprechen den Lysosomen tierischer Zellen
• Inhalt = Zellsaft
• Funktion: Stoffspeicherung, Absonderung von Giftstoffen, Wachstum durch Aufnahme von
Wasser
Arbeitsfelder der Botanik der Nutzpflanzen
Forschung und Entwicklung
• Pflanzen erzeugen 106 sekundäre Komponenten mit medizinischer Wirkung (erst ansatzweise
genutzt!)
Züchtung
• Landwirtschaft der Zukunft muss nachhaltig sein → geht nicht mehr einseitig um hohen
Ertrag
• Resistenz gegen Krankheiten, Trockenheit, Kälte, Mineralknappheit
• Genetische Ressourcen und Genomik werden kombiniert, um Prozess der Züchtung zu
beschleunigen (smart breeding)
Bioenergie
• Nachhaltige Energieversorgung erfordert Ersatz fossiler Brennstoffe → pflanzliche Basis
• Problem: Konkurrenz Nahrungserzeugung vs. Bioenergie
• Erfordert: klugen Einsatz von nachwachsenden Rohstoffen, die auf Grenzertragsflächen
(marginal land) wachsen können
• Next-Generation Biofuels: Pflanzen, die auf Grenzertragsböden wachsen können,
konkurrieren nicht mit Nahrungspflanzen
Verbraucherschutz
• Globalisierung bringt ständig neue Produkte auf den europäischen Markt, die oft eine
medizinische Wirkung haben
• Absichtliche/ versehentliche Verwechslung (adulteration) → Wirkungsverlust / negativer
Effekt
• Authentifizierung von Nahrungspflanzen + Produkte
,Artenschutz
• Biodiversität ist wichtig, doch bedroht
• Kontrollen und Untersuchung von Handelsprodukten (erfordern Kenntnis von Formen und
Methoden der Bestimmung)
Lichtmikroskopie
Regeln:
1. Scharfstellen: Immer vom Präparat weg
2. Objektring immer am Rändelring
3. Okular reinigen (weiches Papiertuch, Linsenreiniger)
Richtig „Köhlern“:
1. Präparat scharfstellen
2. Leuchtfeldblende schließen
3. Kondensor nach oben fahren bis Bild der Irisblende scharf ist
4. Aperturblende einstellen bis Kontrast gut ist
Vergrößerung und Auflösung
Gesamtvergrößerung = Produkt aus
Okularvergößerung x Objektivvergrößerung x Tubusfaktor
Abbésche Formel des Auflösungsvermögens D
D: die Fähigkeit, 2 nahe Punkte voneinander zu trennen
D= ƛ/A
ƛ = Wellenlänge
A = numerische Apertur
→Je kleiner die Wellenlänge, desto besser die Auflösung
Numerische Apertur
A = n x sin α
α = Öffnungswinkel
n = Brechungsindex
• Luft = 1
• Immersionsöl = 1,41
• Glas = 1,5
Auf den Objektiven ist die numerische Apertur für n= 1 angegeben
z.B.
40x = Vergrößerung des Objektivs
0,65 = numerische Apertur
Totalreflexion und Ölimmersion
• Beim Übergang vom dichteren Medium (Glas) zum dünneren Medium (Luft) werden flache
Strahlen reflektiert
• Für höhere Aperturen taucht man daher die Objektive in Immersionsöl (Brechungsindex
genau wie bei Glas)
, Licht kann auf 3 Arten mit Molekülen wechselwirken
1. Absorption: Grundlage für Hellfeldmikroskopie und Histologie
2. Reflexion: Grundlage für Reflexionsmikroskopie (Geologie)
3. Fluoreszenz: Grundlage für Fluoreszenzmikroskopie
Histochemie
• „Chemie unter dem Mikroskop“, Spezifische Färbemethoden: nicht nur Information über das
„Wo“, sondern auch über das „Was“
• Farbstoff durch bestimmte Molekülgruppen gebunden, diese dadurch sichtbar gemacht
• Spezifische Erhöhung der Absorption für das Zielmolekül
• z.B. Lugolsche Lösung (Jod-Jod-Kalium-Lösung) zum Nachweis von Stärke
• z.B. Astralblau-Safranin zur Unterscheidung von verholzten bzw. unverholzten Geweben
• z.B. Sudan-Rot - Lipide werden sichtbar
Zeichentechniken
Übersichtszeichnung
• Schematische Skizze
• Darstellung der Lage und Ausdehnung der Gewebe in einem Organ oder Organteil
• Nur in Umrissen, keine einzelnen Zellen!
Detailzeichnung
• Zellgetreue Wiedergabe von Ausschnitten (maßstab- und formgetreu)
• Je nach Gewebstyp als Ein-, Zwei- oder Dreistrichtechnik
Beschriftung!
Praxis: Plasmolyse
Semipermeabilität
• Biomembranen = semipermeabel
• Kleine unpolare Moleküle lösen sich leicht in Lipidschicht
• Kleine geladene polare Moleküle können leicht durch Membran diffundieren
• Ionen und geladene Moleküle können nicht durch die Membran hindurch
• Fluid-Mosaic-Modell: Membranlipide bewegen sich, so entstehen kleine Lücken, durch die
kleine Moleküle (Wasser) hindurchgelangen können, geladene oder größere Moleküle
können jedoch ohne eigene Transporter nicht hindurch
• = chemisches Potenzial
Plasmolyse
• Absenkung der Wasserkonzentration außen (Salzlösung, hypertonisch)
• Natürlicher Einstrom des Wassers umgekehrt
• Zelle schrumpft
• Wenn man die Zellen zurück in Wasser (hypertonisch) bringt, strömt Wasser wieder in die
Zelle ein (Deplasmolyse)
Plasmolyse im Alltag:
• Platzen reifer Kirschen oder Wurzelrüben (z.B. Karotten)
→ Hier führen ein zu hoher Turgor und der teilweise Abbau der Zellwand infolge der Reifung
manchmal zum Platzen der Zelle
• Welken durch Wassermangel
→ Die Turgeszenz geht verloren, die Zellwände werden „schlaff“, solange die
Plasmamembran nicht beschädigt ist, erholt sich die Zelle wieder nach Zugabe von Wasser
(Deplasmolyse)
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