Biologie (Subject) / Struktur und Funktion der Pflanzen (Lesson)

VO Struktur und Funktion der Pflanzen

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• Synapomorphie = der gemeinsame Besitz eines abgeleiteten Merkmals, welches seinen Ursprung beimletzten gemeinsamen Vorfahren hatz.B. Samenpflanzen: Megasporophyll mit exponierten Samenz.B. Blütenpflanzen zu den Samenpflanzen zählend: geschlossenes Fruchtblatt (Karpell)mit eingeschlossenem Samen
• Wichtigste Merkmale der Pflanzen: meist mehrzellig primär photosynthetisch meist nicht beweglich Zellwände aus Zellulose Chlorophyll A UND B Reservepolysaccharid: Stärke Sporopollenin Generationswechsel: - haploide Phase: Gametophyt                                                                                                 - diploide Phase: Sporophyt
• Sporopollenin ist die pflanzliche Substanz (Bausubstanz), die den Baustoff des Exospors bei Sporen und der Exine von Pollenkörnern bildet
• Generationswechsel -> haploide Phase: Gametophyt,-> diploide Phase: Sporophyt
• Die Phylogenie der Eukaryoten Rhizaria (Einzeller zB.: Foraminifera, Stahlentierchen) Stramenophile (besitzen 2 verschieden ausgebildete Geißeln zB.: Braunalge, Kieselalge,..) Alevolata (einzellige eukaryoten zB.: Dinoflagellaten, Wimperntierchen, Apicomplexa)  Excavata (begeißelte Einzeller) Amoebozoa (einzellige Eukaryoten, mit teils mehrzelligen Sporen) Opisthokonta (einzellige und mehrzellige (Tiere & Pilze) Organismen)
• monophyletische Gruppe (= clade) Eine Gruppe von Taxa, die einen gemeinsamen Vorfahren und alle dessen Nachkommenenthält, z.B. Pflanzen, Angiospermen, Vögel
• Paraphyletische Gruppe Eine Gruppe von Taxa, die zwar nur Nachkommen eines gemeinsamen Vorfahren enthält aber nicht alle, z.B. Dinosaurier, Grünalgen, Moose
• Polyphyletische Gruppe Eine Gruppe von Taxa, die Nachkommen von 2 oder mehr Vorfahren enthält            z.B. Algen,Dickhäuter
• Grünalgen = Chlorophyta  paraphyletische Gruppe Landpflanzen haben sich aus den Grübalgen entwickelt und sind am nächsten mit den Charophyta verwandt min. 17.000 Arten meist aquatisch, meist im Süsswasser meist mikroskopisch klein, einzellig Bsp. für nicht-aquatische Grünalgen: „Grüner Schnee“ (Chloromonas brevispina) „Grünalgen i.w. Sinn“:-> Klasse: Chlorophyta i.e. Sinn-> Klasse: Ulvophyta-> Division: „Charophyta“
• Grünalgen im weiteren Sinne = "Chlorophyta" - min. 17.000 Arten
• Bryophyta (Moose) "Bryophyta im weiteren Sinn"  - ca. 18.000 Arten Moose sind keine monophyletische Gruppe terrestrisch, leben aber meist in feuchten Habitaten Wichtige Eigenschaften der Moose: Poikilohydrie (Austrocknungstoleranz) Wasser- und Nährstoffaufnahme über gesamte Oberfläche (keine echten Wurzeln, nur sog. Rhizoide)
• Farnpflanzen Pteridophyta - ca. 12.000 Arten = samenlose Gefässpflanzen 2 monophyletische Gruppen: Lycopodiophyta und Monilophyta Monilophyta ist die Schwestergruppe der Samenpflanzen ca. 12000 Arten
• Nacktsamer Gymnospermen - ca. 650 Arten
• Angiospermen (Antophyta) Angiospermen - min. 300.000 Arten =  Bedecktsamer = Blütenpflanzen dominieren die meisten terrestrischen Ökosysteme (seit ca. 100 Millionen Jahren) riesige Diversität, ökologisch und ökonomisch wichtig meist autotroph (photosynthetisch), z.T. heterotroph, parasitisch, myko-heterotroph (mit Hilfe von Pilzen) wichtige Merkmale: Blüten  „bedeckte“ Samenanlagen (Fruchtblatt) Besonderheiten im Lebenszyklus Blätter mit netzförmiger Nervatur Xylem mit Tracheiden UND Tracheen Phloem mit Siebzellen UND Siebröhren
• Reihung des Pflanzenreiches Pflanzen = Plantae = Chlorobionta = Viridophyta Plantae> Landpflanzen (Embryophyta)> Gefäßpflanzen ( Tracheophyta)> Samenpflanzen (Spermatophyta)
• Phycoplast Zellspindel (Mikrotubuli) Ausrichtung während der Zellteilung (anstatt senkrecht) - parallel zur Trennungsebene der zwei neuen Zellen. Manchmal mit zentraler Zellplatte http://de.wikipedia.org/wiki/Phycoplast#mediaviewer/Datei:Phycoplast.png
• Phragmoplast = „Wandbildner“ ist die Vorstufe der Zellwandplatte bei Pflanzen. Er besteht aus einem Komplex aus Mikrotubuli, Mikrofilamenten und endoplasmatischem Retikulum.
• Chlorophyceae eine Klasse von Algen, zu denen viele bekannte mikroskopisch kleine Algen gehören. Die Klasse gehört zur Gruppe der Chlorophyta, eine der beiden großen Gruppen von Grünalgen zB.: Gonium, Pandoria, Eudorina, Volvox meist im Süßwasser einige im marinen Phytoplankton selten terrestrisch (Schneealge) Phycoplast Organisationsform variabel: einzellig (mit oder ohne Geißel) Fadenalgen Gewebethalli koloniebildend (Volvox)
• Charophyceae Armleuchteralgen, Klasse der Grünalgen weltweit ca 300 Arten Die Armleuchteralgen bilden in stehenden oder schwach fließenden Gewässern oft fußhohe „Unterwasser-Wiesen“ (Chara-Wiesen) 
• Wurzelsystem des Geißelapparates bei Chlorophyceae = symetrisches Mikrotubulisystem bei Charophyceae und Bryophyta = Asymetrisches Mikrotubulisystem
• Chlamydomonas (Chlorophyzeae) grosse Gattung einzelliger Algen häufige Süsswasseralge Reproduktion sexuell oder asexuell Haplont, isogam
• Haplont (Reproduktionzyklus) Zellen eines Organismus stets haploid (einfacher Chromosomensatz) nur Zygote ist diploid zygotische Meiose - Pilze und manche Algen
• Diplont besitzen diploiden Zellen erzeugen haploide Gameten (Keimzellen) gametische Meiose - Tiere, einige Protisten und Algen
• Haplo-Diplont Generationswechsel aus Spore entwickelt sich der Gametophyt (= haploides Individuum)  haploide Gameten Befruchtung --> diploide Zygote --> Sporophyt (diploides Individuum) Sporic Meiosis (aus diploid wird wieder haploide Spore) bei Pflanzen und viele Algen Generationswechsel, Einschub einer multizellulären diploiden Phase Gametophyt (n): -> entsteht aus Sporen (n) durch Mitose, bildet Gameten (n) durch Mitose Zygote (2n): -> entsteht durch Fusion zweier Gameten (n) Sporophyt (2n): -> entsteht aus Zygote (2n) durch Mitose, bildet Sporen (n) durch Meiose !!
• Form der Gameten Isogamy - gleich große Gameten (+/-) Anisogamy - weibliche Gamete größer als männliche, beide begeißelt Oogamy - wenige weibliche Gameten: groß und unbeweglich, männlich klein, vielzählig und beweglich
• Volvox = "Gattung" mehrzelliger Grünalgen aus der Klasse der Chlorophyceae häufige Süsswasseralge, kugelige Kolonien aus 500-60.000 Individuen Individuen sind durch Plasmodesmen verbunden Reproduktion sexuell (Haplont, Oogamie) oder asexuell
• Ulveophyceae Organisationsform variabel: einzellig, Fadenalgen, Gewebethalli mit wenigen Ausnahmen marin; Brackwasser asexuelle Reproduktion durch Zoosporen sexuelle Reproduktion: Anisogamie und Generationswechsel Haplo-Diplont (isomorpher Generationswechsel), anisogam Vertreter der Ulvophyceae: Ulva, Enteromorpha, Ulothrix, Codium
• Thallus (Gewebethalli) ist der vielzellige Vegetationskörper bei Pflanzen und Pilzen, der nicht in Sprossachse, Wurzel und Blatt unterteilt ist. Solche Pflanzen nennt man Thallophyten oder Lagerpflanzen.
• Charophyta nicht monophyletisch Organisationsform variabel: einzellig, Fadenalgen, koloniebildend Gewebethalli, vielzellig verzweigt Süsswasser, Kernspindel bleibt bestehen, z.T. mit Phragmoplast asymmetrisch begeißelte Zellen, Apikalwachstum (Coleochaetales, Charales) Vertreter: Charales, Coleochaetales
• Coleochaetales („Charophyta“) Organisationsform: verzweigte Fadenalgen, scheibenförmige Gewebethalli Süsswasser, Wachstum apikal oder perifer asexuelle Reproduktion mit Zoosporen sexuelle Reproduktion: Haplont, Oogamie, Zygote bleibt auf Mutterthallus, Transferzellen
• Nodien / Internodien Nodien =  Bereich der Sprossachse bezeichnet, an dem ein oder mehrere Blätter ansetzen Internodien = Bereich ("Stängel") zwisschen den Nodien 
• Charales (Charophyta) Organisationsform: verzweigte Gewebethalli, unterteilt in Nodien und Internodien, Cortex meist Süsswasser, Wachstum apikal (spitzenwärts) asexuelle Reproduktion durch Fragmentation !! sexuelle Reproduktion: Haplont, Oogamie: - männliche Gameten (Spermatozoiden mit 2 Geißeln) in Spermatogonien- weibliche Gameten (Eizellen) in Oogonien- Dauerspore (Oorspore) mit Sporopollenin (Baustoff)
• Landpflanzen (Embryophyta) = Seitenast der Grünalgen ihre nächsten Verwandten sind Vertreter der Charophyta (Choleochaletales & Charales)
• "The conquest of land" vor 540 -  480 Millionen Jahren Grund: vermeidung von Konkurenz älteste Landpflanzenfossilien: ca. 473 Millionen Jahre, Cryptosporen (Lebermoosähnlich) aus Argentinien Hauptprobleme: Wasseraufnahme & Wasserverlust (mechanische Stabilität / Verbreitung) die Eroberung des Landes durch Pflanzen ging mit der Evolution von Strukturen einher die die Wasseraufnahme ermöglichten und den Wasserverlust minimierten Charophyta hatten Präadaptionen (schon vorhandene Merkmale, die den Übergang zumLeben an Land erleichtert haben)
• Präadaptionen der Charophyta Süsswasser, Dauersporen mit Sporopollenin Zygote (2n) wird von Mutterpflanze (n) unterstützt weshalb ist dies präadaptiv ?: Süsswasser ist an Land vorhanden (Salzwasser nicht) Dauersporen sind gut gerüstet für die Verbreitung an Land (Gameten nicht) je mehr Nährstoffe und Wasser eine Spore (Zygote) enthält, desto besser sind ihre Chancen sich an einem neuen Ort zu etablieren
• Adaptionen der Landpflanzen Cuticula:  nicht-zelluläre, hydrophobe Schutzschicht-  Cutin (beinahe wasserundurchlässig, Heteropolymer aus Fettsäuren) wasserdicht (verhindert Austrocknung), verhindert aber auch Gasaustausch  Poren / Stomata ermöglichen Gasaustausch  Weitere wichtige Merkmale der Landpflanzen (im Unterschied zu Grünalgen): Generationswechsel, Archegonien (weibl.), Antheridien (männl.) Embryo (Embryophyta !) und Sporophyt
• Gametangien (Archegonien / Antheridien) Archegonien (weibl.): ein spezialisiertes weibliches Gametangium, enthält eine Eizelle sterile Hülle bietet Schutz gegen Austrocknung Halskanalzellen verschleimen wenn das Ei reif ist, die Spermatozoen müssen durch den entstehenden Kanal zur Eizelle schwimmen Antheridium (männl.): ein spezialisiertes männliches Gametangium enthält spermatogene Zellen aus denen Spermatozoen entstehen sterile Schutzhülle bietet Schutz gegen Austrocknung
• Embryo = diploider (2n), junger Sporophyt, der von Mutterpflanze ernährt wird
• Sporophyt (2n) (Vorteile einer sporophytischen Generation) ermöglicht die Etablierung eines vielzelligen, diploiden Sporophyten durch Meiose eine grosse Zahl von genetisch unterschiedlichen, haploiden Sporen bilden kann  vorteilhaft für die Eroberung des Landes, weil es für die tieferen Befruchtungsraten bei Wasserknappheit kompensieren konnte da der Sporophyt 2 Kopien jedes Gens besitzt, können die Auswirkungen von potentiell nachteiligen Allelen gemildert werden In der Evolutionsgeschichte der Landpflanzen wird der Sporophyt im Vergleich zumGametophyten tendenziell immer größer.
• Unterschiede der Reproduktionszyklen zwischen Bryophyten und Tracheophyten Anisomorpher Generationswechsel:  “Bryophyten": Gametophyt ist meist größer als Sporophyt Sporophyt ist unverzweigt, nur 1 Sporangium Sporophyt verbleibt auf Gametophyten Sporophyt wird vom Gametophyten ernährt   Gametophyt (n) ist dominant "Tracheophyta": Sporophyt ist größer als Gametophyt Sporophyt ist verzweigt, viele Sporangien Sporophyt wird von Gametophyt unabhängig Sporophyt (2n) ist dominant
• Wuchsformen des Gametophyten!! bei Moosen: thallos: undifferenzierter Thallus, dünn, ca. 30 Zellschichten Hornmoose, thallose Lebermoose folios: differenziert in blatt- und stammähnliche Strukturen z.T. Zellen mit Transportfunktion Laubmoose, foliose Lebermoose
• Rhizoide sowohl bei thallosen als auch bei foliosen Moosen einzellig (Leber- und Hornmoose) oder vielzellig-verzweigt (Laubmoose) Funktion: Verankerung (nicht Wassertransport!)
• Protonemata jüngstes Stadium des Gametophyten, aus dem sich der foliose Gametophyt entwickelt charakteristisch für alle Laub- und einige Lebermoose
• Lebermoose (Hepatophyta) ca. 5200 Arten, meist sehr klein, thallos oder folios meist an schattigen, feuchten Standorten Ölkörperchen (in Zellen eingelagerte Terpene) Elateren (helfen bei Sporenverbreitung)
• Elatere sind schraubenförmige Zellen in den Sporenkapseln von Lebermoosen, die die Sporenausbreitung fördern
• Marchantia (Brunnenlebermoos) gehört zu den Lebermoosen weit verbreitete, thallose Lebermoose Gametophyt dichotom (gegabelt) verzweigt Gametophyten sind eingeschlechtlich  Gametangien in Gametangienständen Haplo-Diplont (anisomorpher Generationswechsel / Generationen unterscheiden sich vom Aussehen), oogam Sexuelle Reproduktion: Antheridien und Archegonien auf separaten männlichen bzw. weiblichen Gametophyten Befruchtung: Spermatozoid muss vom Antheridiophor auf ein Archegoniophor gelangenund dann ins Archegonium schwimmen -> WASSER ! Embryo und Sporophyt (2n): Zygote verbleibt im Archegonium und wird von maternalen Gametophyten über eine Plazenta mit Nährstoffen versorgt (Matrotrophie) Sporophyt -> Sporangien -> Sporen -> Elateren ! Asexuelle Reproduktion bei Marchantia: - Fragmentation z.T. mit speziellen Brutkörperchen (Gemmae)
• Hornmoose (Anthocerophyta) ca. 300 Arten, meist an schattigen, feuchten Standorten Gametophyt thallos, dichotom verzweigt Symbiose mit Cyanobakterien (Stickstoff !), meist nur ein Chloroplast pro Zelle Stomata Gametophyt ein- oder zweigeschlechtlich Antheridien und Archegonien auf Oberseite des Thallus (eingesenkt)
• Sporophyten der Hornmoose photosynthetisch, relativ langlebig (z.T. vom Gametophyten unabhängig) Stomata Interkalar-meristem (Gewebetyp der Pflanze, der an Wachstum beteiligt ist) an Basis aufrecht; exponiert, hornförmig (Name !), mit langem Sporangium (bis 7 cm) Columella (Leitgewebe ?) Pseudo-Elateren
• Laubmoose (Bryophyta) ca. 12800 Arten meist an feuchten, warmen Standorten (aber sehr divers: Trockengebiete, alpine Stufe) folios (Name !), meist klein, aber bis 50 cm ! (in Blättchen & Stämmchen differenziert) Stomata 3 Untergruppen: Torfmoose, Klaffmoose und Laubmoose im engeren Sinn Dawsonia superba (Australien, Südostasien - Gametophyt bis 50 cm !) Haplo-Diplont (anisomorpher Generationswechsel), oogam
• Merkmale der Laubmoose (Bryophyta) Leitgewebe bestehend aus: Hydroiden (Wassertransport) Leptoiden (Nährstofftransport) --> Ähnlichkeit mit Phloem und Xylem der Gefäßpflanzen (Homologie unklar!!) Sexualorgane (Archegonien und Antheridien) stehen am Ende der Stämmchen und sind von den obersten Blättchen umgeben (Hüllblättchen)  Gametophyten können ein- oder zweigeschlechtlich sein 

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