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ABT (Subject) / Neueg Eigenschaften transgener Pflanzen III (Lesson)
Stresstoleranz, Ertrag, Qualität
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- Definieren Sie Stress (für Pflanzen) = jede ungünstige Bedingung oder Substanz, die den metabolismus, das Wachstum oder die Entwicklung einer Pflanze beeinträchtigen
- Welche zwei Stress-Typen unterscheidet Selye 1936? Distress führt zur Krankheit oder zum Tod Eustress führt zur Abhärtung
- Welche zwei Arten von Stressfaktoren gibt es? biotische Stressfaktoren ausgelöst von anderen Lebewesen abiotische Stressfaktoren ausgelöst von extremen chemischen oder physikalischen Bedingungen
- Wovon ist die Stressbewältigung(sfähigkeit) einer Pflanze abhängig? Alter (Keimlinge empfindlicher) Vorbelastung komulative Stressfaktoren (Kombis; bspw. Hitze + Trockenheit)
- Warum ist die Konfrontation mit nur einem Stressfaktor eher keine natürliche Bedingung? Weil in der Evolution Umweltbedingungen, die eine Kombi von versch. Stressfaktoren mit sich bringen, als "normal" zu betrachten sind
- Wie reagiert die Pflanze allgemein auf Stress? spezifische Mechanismen detektivieren Umweltbedingungen Aktivierung von Stressbewältigung Pflanzen minimieren Schädigung und schonen gleichzeitig Ressourcen für Wachstum und Reproduktion
- Was ereignet sich auf molekularer Ebene durch Stress? Überproduktion von reaktiven Sauerstoff (ROS)/ -Stickstoffspezies (RNS) sind aufgrund ihrer Reaktivität hochgradig toxisch
- Nenne das wichtigste ROS, sowie ein RNS ROS: H2O2 (Wasserstoffperoxid) RNS: N2O3 (Distickstofftrioxid)
- In welchen Kompartimenten produzieren Pflanzen ROS auch ohne Stress? Mitochondrien Peroxisomen Zellwand Apoplast (Zellwände und Zellzwischenräume) ER Chloroplast
- Warum werden ROS auch ohne Stress gebildet und warum sind diese in der Situation ungefährlich? sind teilweise Bestandteile/ Zwischenprodukte von Reaktionen dienen als Botenstoffe Im Stoffwechsel treten also immer wieder Reaktionen auf, die Radikale bilden, welche dann aber normalerweise wieder gebunden werden.
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- Was sind antioxidative Verteidigungssysteme der Pflanzen? = komplexe Systeme enzymatischer & nicht-enzymatischer Natur, um ROS abzufangen (Scavenger- Mechanismus) in Chloroplasten, Mitochondrien, Peroxisomen (sie arbeiten koordiniert/ zusammen) auf diese Weise werden Konzentrationen toxischer Stoffe niedrig gehalten (einige wenige dienen als Botenstoffe)
- Nenne nicht-enzymatische Komponenten antioxidativer Verteidigungssysteme Ascorbat Glutathion Phenolische Verbindungen Tocopherol Carotinoide
- Welche Bedeutung haben nicht- enzymatische Komponenten antiox. Verteidigungssysteme? reagieren mit zahlreichen zellulären Komponenten herausragende Bedeutung in Stressresistenz Co-Faktoren für Enzyme essentiell für Pflanzenwachstum und Entwicklung Mutanten mit reduzierten Gehalten sind daher stressanfälliger
- Nenne enzymatische Komponenten des antioxidativen Verteidigungssystems SOD (Superoxide Dimutase) CAT (Katalase) GPO (Guaiacol Peroxidase) AsA-GSH APX MDHAR DHAR GR
- Welche Bedeutung haben enzymatische Komponenten im a.V.? sind ebenfalls in verschiedenen Kompartimenten aktiv arbeiten kooperativ wenn Zellen oxidativen Stress erleiden
- Wann nutzt Pflanze H2O2 als sekundären Botenstoff? Regulation der Photosynthese Zellwand-Metabolismus Verteidigung gegen Pathogene Kontrolle der Genexpression Pflanzenentwicklung als Messanger in Interaktion zwischen Pflanzen, Bakterien, Pilzen in Bildung von Mycorrhizen und Stickstofffixierenden Knöllchen
- Welche Auswirkungen hat Stress auf das Gleichgewicht der Pflanze? Oxidativer Stress führt zu einem Ungleichgewicht zwischen ROS den zellulären Mechanismen zur Entgiftung von reaktiven Molekülen den Mechanismen zur Reperatur von ROS bedingten Schäden dies wiederum führt zur Entstehung weiterer Peroxide und freier Radikale es kommt zu einer Zerstörung aller Kompartimente der Zelle (einschließlich Proteine, Lipide und DNA)
- Beschreiben Sie kurz die Reaktion (ROS-Produktion) der Pflanze bei Dürre (Wassermangel) Stress Zu Beginn der Trockenheit haben ROS und Antioxidantien normales Level Dürre induziert erhöhte Synthese von ROS und Antioxidantien (Anpassung und Verteidigung gehen auf Kosten des AUfbaus von Biomasse und der Reproduktion) ROS Produktion artet aus, oxidativer Stress führt zum Tod
- Abiotische und biotische Stressfaktoren treten meist in Kombination auf. Was bedeutet das für den Aufbau, die Auswertung von Studien? Reaktionen von Pflanzen auf kombinierten Stress lassen sich nicht aus Studien mit einzelnen Stressfaktoren ableiten wichtig: Feldstudien in denen Toleranz von Pflanzen nach Einwirkung kombinierter Stressfaktoren getestet - und die Auswirkung auf die Erträge untersucht wird
- Wodurch lassen sich Produktivität und Feldmanagement unter Stressbedingungen optimieren? "precision farming" ein Verfahren der ortsdifferenzierten und zielgerichteten Bewirtschaftung landwirtschaftlicher Nutzflächen verstanden. Ziel des zu deutsch „Präzisionsackerbaus“ ist es dabei, die Unterschiede des Bodens und der Ertragsfähigkeit innerhalb eines Feldes zu berücksichtigen
- Welche Anforderungen stellen globale Klimaveränderungen an die Landwirtschaft bzw. die Pflanzen? Nutzpflanzen mit hohen Stresstoleranzen optimaler Anpassung an extreme Temperaturen, Wasserstress, Versalzung auch zukünftig große Herausforderungen Nährstoffknappheit Dürre Versalzung der Böden Überschwmmungen extreme Temperaturen Nutzpflanzen benötigen verbesserte Stressbewältigungssysteme!
- Nenne die Schritte des Signal-transduktions-Wegs, der durch kombinierte Stressfaktoren aktiviert wird Kombination aus abiotischem- und biotischem Stress Wahrnehmungsvorgönge (Osmorezeptoren, Pathogen-erkennende Rezeptoren) Signalübermittler (MAP-Kinase-Weg, ROS-Bildung, Hormone) Induktion stressbedingter Transkriptionsfaktoren (posttranskriptionale Regulation) Expression funktioneller downstream response genes; Schutzmechanismen (Posttranskriptionale Regulation) Stresstoleranz, -resistenz
- Welche grundsätzlichen Ansätze gibt es bei der Herstellung von transgenen Pflanzen mit verbesserter Stresstoleranz? Nutzung von Potentialien (Landrassen haben höhere Wassernutzungseffizienz Verbesserung/ Ausweitung der Antioxidativen Verteidigungssysteme (Molekulare Ansätze) Verbesserung der Aufnahme von Nährelementen (um Stress durch Nährstoffmangel zu vermeiden Neue Wege: 4. microRNAs 5. Epigenetik