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

VO Struktur und Funktion der Pflanzen

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• Progymnospermen † Aneurophyten (tot), ab ca. 380 Millionen Jahren: mit frei verbreiteten Sporen (keine Samen) Homosporie, sekundäres Dickenwachstum bis 12m ! Archaeopteris (tot), ab ca. 370-340 Millionen Jahren: mit frei verbreiteten Sporen (keine Samen) Heterosporie, sekundäres Dickenwachstum bis 17m ! Samenfarne (tot), ab ca. 365 Millionen Jahren: polyphyletische Gruppe, aus denen die heutigen Gruppen der Samenpflanzen hervorgegangen sind Samen, Heterosporie, sekundäres Dickenwachstum farnähnliche Blätter bis 5m, Steinkohlebildung im Karbon
• Cycadophyta = Palmfarne ca. 130 lebende Arten (Cycadacea, Zamiaceae) meist tropisch-subtropisch große Vielzahl an fossilen Formen, besonders aus dem Mesozoikum (Jura, Kreide): -> „Zeitalter der Cycadeen und Dinosaurier“ !! älteste Fossilien sind min. 250 Millionen Jahre alt Stamm unverzweigt, Blätter pinnst, circinat giftig ! (neurotoxisch und karzinogen) Symbiose mit Cyanobakterien (Stickstofffixierung) diözisch (Zweihäusigkeit = 2 Geschlechter) Strobili (Zapfen): -> Cycadaceae: nur Mikrosporophylle in Zapfen-> Zamiaceae: Mikro- und Megasporophylle Zapfen Spermatozoiden (begeißelte Spermazellen) Insektenbestäubung
• Ginkophyta = Ginko nur eine lebende Art (Ginkgo biloba) China (am natürlichen Standort ausgestorben) laubwerfender Baum (bis 30m) seit ca. 150 Millionen Jahren mehr oder weniger unverändert -> lebendes Fossil fossile Vertreter waren weltweit verbreitet (Mesozoikum) diözisch (Zweihäusigkeit) Samenanlagen stehen in Paaren an Kurztrieben Pollenschlauch (Haustorium) stark verzweigt Spermatozoiden (begeißelte Spermazellen) Windbestäubung
• Coniferophyta = Nadelbäume ca. 600 lebende Arten (in 70 Gattungen, 7 Familien) ökologisch wichtig (boreale Gebiete) älteste Fossilien sind mind. 300 Millionen Jahre alt Mikro- und Megasporophylle in Zapfen unbegeißelte Spermazellen -> Siphonogamie sekundäres Dickenwachstum, xerophytische (an extrem trockene Standorte angepasst) Anpassungen (Nadelblätter) Zapfen z.B. Pinus: -> weibl.: zusammengesetzte Struktur aus modifizierten Kurztrieben (nicht bei Taxaceae und Cephalotaxaceae) -> Megasporocyte, Nucellus, Integument, Mikropyle, Deckschuppe -> männl.: einfach gestauchte Sprossachse mit Mikrosporophyllen Reproduktionszyklus: kein Wasser notwendig -> Windbestäubung, Bestäubungstropfen Samen geflügelt, Windverbreitung
• Systematik Coniferophyta Pinaceae Auracariaceae Taxaceae Cupressaceae
• Pinaceae (Coniferophyta) 10 Gattungen, ca. 220 Arten, v.a. nordhemisphärisch (zB.: Lärche, Fichte, Kiefer, Föhre,...) 2 Mikrosporangien / Mikrosporophyll, 2 Samenanlagen / Samenschuppen geflügelte Samen
• Auracariaceae (Coniferophyta) 3 Gattungen, ca. 30 Arten, v.a. südhemisphärisch, tropisch-subtropisch 4-20 Mikrosporangien pro Mikrosporophyll, 1 Samenanlage pro Samenschuppe
• Taxaceae (Coniferophyta) 5 Gattungen, ca. 20 Arten, v.a. nordhämisphärisch 2-9 Mikrosporangien / Mikrosporophyll, Samenanlagen einzeln (keine Zapfen) Arillus (=Samenmantel: ist eine fleischige Hülle, die einen Samen ganz oder teilweise umhüllt)
• Cupressaceae (Coniferophyta) 30 Gattungen, ca. 120 Arten, weltweit verbreitet Blätter oft schuppenförmig, bis zu 10 Mikrosporangien / Mikrosporophyll bis zu 20 Samenanlagen / Samenschuppen, Mikropyle nach außen gerichtet
• Gnetophyta eine Ordnung der Samenpflanzen (Nacktsamer), wird zu den Coniferophytan gestellt ca. 70 lebende Arten (in 3 sehr unterschiedlichen Gattungen resp. Familien) älteste Fossilien sind mind. 250 Millionen Jahre alt (Trias) Blätter gegenständig - dekussiert Brakteen (Deckblätter im Blütenstand / Hochblätter) an der Basis der Samenanlagen und MIkrosporangien diözisch (Zweihäusigkeit), verlängertes Integument unbegeißelte Spermazellen -> Siphonogamie Ähnlichkeiten mit Angiospermen: -> Xylem mit Tracheiden und Tracheen-> netzförmige Blattnervatur, Strobili teilweise blütenähnlich (Anthophytenhypothese)-> keine Archegonien bei Gnetum und Welwitschia-> doppelte Befruchtung (vgl. Angiospermen), z.T. mit Nektar, insektenbestäubt
• heterotroph = Aufnahme von organischen Molekülen aus der Umgebung
• auxotroph = Notwendigkeit der Aufnahme bestimmter organischer Verbindungen(Vitamine und Mineralstoffe)
• photo-organotroph = Licht liefert Energie, einfache organische Moleküle aus der Umgebung liefern Reaktionsäquivalente
• autotroph = ausschließlich anorganische Moleküle aus der Umgebung werden für denBau- und Betriebsstoffwechsel benötigt
• chemo-autotroph = Oxidation reduzierter anorganischer Moleküle liefert Reduktionsäquivalente
• photo-autotroph = Licht liefert Energie, reduzierte anorganische Moleküle liefern Reduktionsäqu.
• mixotroph = gleichzeitiges Ausnützen von verschiedenen Möglichkeiten der Ernährungsweise
• Nettoprimärproduktion (NPP) Nettoprimärproduktion (NPP) in g/m/a: NPP = BPP-R Nettoprimärproduktion = Bruttoprimärproduktion - Respiration (Veratmung)
• Grundgleichung der Photosynthese 6 CO2 + 12 H2O + Lichtenergie -> C6H12O6 + 6O2 + 6H2O
• Xylem Holzteil der höheren Pflanzen --> tote Zellen Wasserleitend  + anorganische Salze Stützfunktion
• Terminologie der Blüte Fruchtblatt /blätter (Pistill) = Gynoecium, Karpell, Karpelle (mit eingeschlossenen Samenanlagen) Staubblätter = Androecium, Stamen (Stamina) Krone = Corolla, Petalum (Petalen) Kelch = Calyx, Sepalum (Sepalen) Blütenachse od. Blütenboden = Rezeptakulum Perianth = Blütenhülle (beeinhaltet Perigon/ Tepalen (wenn nicht in Kronblatt und Kelchblatt differenziert) , sonst Kelch & Krone) Perigon / Tepalen = nicht differenzierte Kron- und Kelchblätter
• Evolution Kelch & Krone Sepalen (Kelchblätter) ws aus Hochblättern entstanden Pedalen (Kronblätter) ws aus Sepalen oder Stamina (Staubblätter) entstanden
• Evolution Staubblätter Gymnospermen: massives Mikrosporophyll, Mikrosporangienzahl variabel Angiospermen: Mikrosporophyl in Staubfaden (Filament) und Staubbeutel (Anthere) differenziert, meist mit 4 Mikrosporangien
• Evolution Fruchtblätter Gymnospermen: „nackte“ Samenanlagen bzw. Samen Angiospermen: Samenanlagen sind im Fruchtknoten (Ovar) eingeschlossen                   -> „bedeckte“ Samenanlagen bzw. Samen
• Reproduktionszyklus der Angiospermen - Besonderheiten Gametophyten sind stark reduziert (noch stärker als bei Gymnospermen): -> der vollentwickelte Mikrogametophyt ist 3-zellig-> der vollentwickelte Megagametophyt ist meist 7-zellig Antheridien und Archegonien sind nicht vorhanden Bestäubung ist indirekt: Pollen landet auf der Narbe und der Pollenschlauch muss durch den Griffel wachsen, um die unbegeißelten Spermazellen (Siphonogamie)  zum Megagametophyten zu transferieren doppelte Befruchtung Karpell (Fruchtblatt) entwickelt sich zur Frucht, welche den / die Samen enthält
• Mikrosporogenese und Mikrogametogenese bei Angiospermen Mikrosporocyte (2n) -> Meiose -> 4 1-zellige Mikrosporen (n) 4 1-zellige Mikrosporen (n) -> Mitose -> 2-zelliger Mikrogametophyt 2-zelliger Mikrogametophyt -> Mitose -> 3-zelliger Mikrogametophyt
• Megasporogenese und Megagametogenese: Megasporocyte (2n) -> Meiose -> 4 1-zellige Megasporen (n) (3 werden abortiert) 4 1-zellige Megasporen (n) -> Mitose -> Mitose -> Mitose -> Embryosack Embryosack = Megagametophyt (7 Zellen, 8 Zellkerne)
• Vergleich der Samen von Gymnospermen und Angiospermen:  Übereinstimmungen: -> Same enthält ruhenden Embryo-> Samenschale ist aus Integument(en) entstanden !!!   wichtige Unterschiede: -> Nährgewebe: Gym.: Megagametophyt (n), Ang.: Endosperm (3n)-> Position der Samen auf Megasporopyhll: Gym.: exponiert, Ang.: im Karpelleingeschlossen -> Frucht !
• Embyrogenese: befruchtete Samenanlage (Endosperm 3n + Zygote 2n) Same (Endosperm 3n, Samenschale, Embryo 2n) Proembryo: 1. Teilung: Apikalzelle und Basalzelle (Polarität festgelegt) Globulärer Embryro: oben Protoderm, Embryo und unterer Teil = Suspensor Globulärer Embryo: Protoderm, Keimblatt, Prokambium, Grundmeristem Protoderm -> Epidermis Grundmeristem -> Grundgewebe (Parenchym, Kollenchym, Sklerenchym) Prokambium -> Leitgewebe (Primärxylem, Primärphloem) Apikalmeristem (Spross) = Plumula Apikalmeristem (Wurzel) = Radicula vollentwickelter Embryo: monokotyl (einkeimblättrig), dikotyl (zweikeimblättrig)
• Plumula die Keimknospe der Sprossachse eines Keimlings.
• Radicula = Wurzelanlage eines Embryos
• Bestandteile des Embryos (Angiosperm) Der Suspensor schiebt den sich entwickelnden Embryo von der Mikropyle in das Nährgewebe hinein. Die Verbindung zwischen Suspensor und eigentlichem Embryo besteht aus einer oder mehreren Zellen und heißt Hypophyse. Im reifen Samen sind Suspensor und Hypophyse meist nicht mehr erkennbar. Die Kotyledonen oder Keimblätter liegen in unterschiedlicher Zahl vor. Das Hypokotyl ist der Sprossabschnitt und verbindet die Keimblätter mit der Radicula oder Wurzelanlage. Die Plumula liegt zwischen den Keimblättern und ist das Achsenmeristem mit den ersten Blattanlagen.
• Primärmeristeme Protoderm  --> Epidermis Grundmeristem  --> Grundgewebe (Parenchym, Kollenchym, Sklerenchym) Prokambium  --> Leitgewebe (Primärxylem, Primärphloem) Apikalmeristem der Wurzel  --> Radicula Apikalmeristem des Sprosses  --> Plumula
• Meristeme = Bildungsgewebe Meristemzellen: -> teilen sich fortwährend, sind unspezialisiert, sind klein und ohne Zentralvakuole Dauergewebezellen: -> entstehen aus merismatischenZellen, sind teilungsinaktiv-> sind auf bestimmteLeistungenspezialisiert, sind groß (Streckungswachstum durchVakuolenvergrößerung) Sprossapikal- und Wurzelapikalmeristem: -> Apikalwachstum
• epigäische Keimung = oberirdische Keimblätter
• hypogäische Keimung = unterirdische Keimblätter
• die Wurzel Hauptfunktionen sind Verankerung im Boden sowie Wasseraufnahme und Transport weitere wichtige Funktionen sind Nährstoffspeicher und Stofftransport (Nährstoffe, Hormone)
• Wurzelsysteme Allorrhizie (meisten Angiospermen) Homorrhizie (bei Monokotyledonen)
• Allorrhizie heterogenes Wurzelsystem, Primärwurzel bleibt bestehen und bildet eine Pfahlwurzel Primärwurzel bildet Seitenwurzeln bei den meisten Angiospermen
• Homorrhizie homogenes Wurzelsystem, Primärwurzel stirbt ab wird durch sprossbürtige Seitenwurzeln ersetzt (Adventivwurzeln) bei Monokotyledonen
• Metamorphosen der Wurzeln Speicherwurzel (Süßkartoffel, Karotte, Zuckerrübe, Futterrüber, Rote Bete) Stelzwurzeln (Zea Mays) Atemwurzeln (= Pneumatophoren)  Luftwurzlen der Orchideen / Ficus Haftwurzeln (Hedera Helix = Efeu) Brettwurzeln  Haustorien (parasitischer / halb parasitischer Pflanzen)
• Unterschied Sprossachse - Wurzel Sproasspikalmeristem bildet Blätter und Achselknospen = verzweigte Struktur   Wurzelapikalmeristem bildet nur eine einfache lineare Struktur (Wurzel verzweigt sich sekundär)
• Metamorphosen der Sprossachse Ausläufer = horizontal wachsende OBERIRDISCHE Sprossachse Rhizom = horizontal wachsende UNTERIRDISCHE Sprossachse Speicherachse: unterirdische Sprossknolle (zB.: Kartoffel (Solanum)) verdickter, oberirdischer Stängel (zB.: Kohl (Brassica)) Flachsprosse = Platykladien  Stammsukkulenz (Kakteen)
• Das Blatt Oberblatt: Blattspreite + Stiel Unterblatt: Nebenblatt + Blattgrund
• Metamorphosen des Blattes Blattdornen: z.B. Berberis, Cactaceae (Blattdornen in Kurztrieben) Blattranken: z.B. Pisum, Lathyrus Blattsukkulenz: z.B. Kalanchoe, Lithops Insektivorie (Blattfallen): z.B. Utricularia, Dionaea, Drosera, Sarracenia
• Euanthientheorie (Arber & Parkin 1907): Vorfahre aller Angiospermen hatte bereits zwittrige Strukturen, Blüten sind einachsig z.B. Caytonia als möglicher naher Verwandter der Angiospermen: -> hatte ev. schon zwittrige Strukturen, Megasporophyll -> Karpell-> Reduktion der Samenanlagenanzahl auf 1 / Cupula-> Cupula -> 2. Integument-> Reduktion auf 4 Mikrosporangien pro Mikrosporophyll
• Pseudanthientheorie (Wettstein 1907) Vorfahre aller Angiospermen hatte eingeschlechtliche „Blüten“ -> Blüten entsprechen einem Achsensystem Gnetales als mögliche nahe Verwandte der Angiospermen: -> Tragblatt der weiblichen „Blüte“ -> Karpell -> Vorblätter -> 2. Integument
• Entwicklung der Blüte (Ontogenes) Vegetatives Sprossapikalmeristem: Apikalmeristem ist relativ klein und flach bildet Laubblätter und Achselknospen Meristemzellen teilen sich unbeschränkt ! Reproduktives Sprossapikalmeristem: Apikalmeristem ist relativ groß und konvex bildet „Blütenblätter“ (ohne Achselknospen) merismatische Aktivität endet (Blütenachse ist determiniert) z.B. Fabaceae: -> Blütenapex + Tragblatt -> Blütenapex + Sepalen-> Primordium = erstes sichtbares Stadium eines Organs
• Primordium = erstes sichtbares Stadium eines Organs
• Apex = Vegetationskegel, Spitze des Sprosses, an dem sich das Längenwachstum vollzieht

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