Biologie (Fach) / Systematik (Lektion)

Pflanzenreich

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• binäre Nomenklatur - zeichnet die Art eindeutig aus: Gattungsname (Hypericum), Artname (Epitheton) Bsp.: echte Kamille Matricaria (Gattung) recutita (Art, Epitheton) L. (Angabe des erstbeschreibenden Autors) - wird die Gattung in eine andere systematische Kategorie überführt, wird der erstbeschreibende Autor hinter dem Epitheton in Klammern genannt, dahinter dann der neue Autor - lateinische Gattungs- und Artnamen schreibt man per Konvention kursiv   
• Systematik Wissenschaft von der Evolutionsgeschichte und damit von den verwandtschaftlichen Zusammenhängen der Organismen. Ziel: Rekonstruktion der Phylogenie basierend auf der Ähnlichkeit von Merkmalen
• Taxonomie Wissenschaft von der Identifizierung, Benennung und Klassifizierung der verschiedenen Organismengruppen (Taxa) nach bestimmten allgemeingültigen Regeln
• Taxa (am Beispiel eingriffiger Weißdorn) Reich (Domäne): Eucarya, Eukaryoten Unterreich: Chlorobionta (grüne Pflanzen) Abteilung: Streptophyta (Landpflanzen + z.T. Grünalgen) Unterabteilung: Magnoliopsida (Bedecktsamer) Unterklasse: Rosidae (Rosenähnliche) Ordnung: Rosales (Rosenartige) Familie: Rosaceae (Rosengewächse) Unterfamilie: Maloideae (Apfelartige) Gattung: Crataegus (Weißdorn) Art: Crataegus monogyna
• Methoden der Systematik - morphologisch und anatomisch durch Blütenbauplan, Blätter, etc. - phytochemisch (chemotaxonomisch) durch Inhaltsstoffe - molekulargenetisch durch Untersuchung der Nukleinsäuren (DNA- und rRNA-Sequenzierung, elektrophoretischer Vergleich)
• Anatomie Lehre von der Anordnung der Gewebe im Pflanzenkörper (innerer Bau)  
• Begriff Taxon - Plural Taxa - eine als biologische Einheit erkannte systematische Gruppe von Lebewesen - Begriff wird unabhängig vom Rang verwendet - jedes Taxon ist monophyletisch (d.h.: enthält ausschließlich solche Organismen, die sich von einem gemeinsamen Vorfahren ableiten)
• taxonomische Regeln - einheitliche Benennung von Pflanzen ist verbindlich geregelt im International Code of Botanical Nomenclature (ICBN) - jeder Name wird nur EINMAL vergeben, meist aus dem Lateinischen oder Griechischen abgeleitet - neu beschriebene Taxa müssen "wirksam" veröffentlicht werden > Beschreibung muss in einem botanischen Fachjournal erfolgen - es muss ein Typexemplar (Herbarexemplar) als Beleg hinterlegt werden
• Algen allgemein - i.d.R. Wasserpflanzen - Organisationsform ein- bis vielzellig, z.B. > monadal (einzellig, beweglich) > tichal (monoenergide Einzelzellen zu Fäden verwachsen) > siphonocladal (bereits polyenergide, verschmolzene Zellen in den Fäden) > siphonal (eine einzige große vielkernige Zelle) - keine hochentwickelten Organe der Kormophyten (sondern Thalli bei vielzelligen Algen) - durch Pigmente grün, gelbbraun oder rot gefärbt - photoautotrophe Wasserpflanzen - alle Algen enthalten Chlorophyll a (kommt auch bei Spermatophyta vor) - Plastiden - keine typischen Schutzeinrichtungen der Landpflanzen (z.B. Cuticula)
• Kormophyten Pflanze mit Wurzel, Sprossachse und Blättern
• Thallus vielzelliger, undifferenzierter Vegetationskörper - Sonderform siphonaler Thallus - verschiedene Thallusformen: > Fadenthallus > Flechtthallus > Gewebethallus
• photoautotroph - Nutzung von Licht als Energiequelle (Photosynthese) - können Bausteine des Lebens ausschließlich aus anorganischen Stoffen aufbauen (Autotrophie)
• Braunalgen - Abteilung Heterokontophyta - Klasse Phaeophyceae (=Braunalgen) - formenreiche Gruppe, z.T. sehr große fädige oder blattartige Thalli (Thange) - ca. 2000 Arten, fast alle marin - Plastidenfarbstoffe: Chlorophyll a und c, Carotinoide, Xanthophylle > Braunfärbung durch Fucoxanthin - Differenzierung bis hin zu Siebröhren - Ordnung: Laminaria-Arten (Laminariales) - Fucus vesiculosus (Fucales) - bilden unter Wasser Wälder (Tang, Kelp) - großer Sporophyt (diploide Generation), thallöse Struktur aus Rhizoid, Cauloid (mit phloemartigem Leitgewebe) und Phylloid (blattähnliche Wedel) - heteromorpher Generationswechsel: großer Sporophyt, Gametophyt aus mikroskopisch kleinen verzweigten Zellfäden - bei Macrocystis pyrifera bis zu 60 m hoher Sporophyt  
• Alginat (Ph. Eur. 2005) - saures Polysaccharid in der Zellwand von Braunalgen, besteht aus Mannuronsäure und Gulurunsäure - freie Säure nur wenig in Wasser löslich, Na+, K+, Mg2+-Salze gut wasserlöslich - bildet mit Ca2+-Gele - Anwendung in der Lebensmittelindustrie, Kosmetik und pharmazeutischer Technologie - Bedarf weltweit: 30.000 Tonnen/Jahr - Gewinnung aus Laminaria-, Fucus-, Macrocystis- und Ascophyllum-Arten
• Tang (Blasentang) (Ph. Eur. 2005) - Braunalgen: Phaeophyceae - Droge: Thallus von Fucus vesicusolus, F. serratus oder Ascophyllum nodosum - Inhaltsstoffe: Iod (anorganisch oder organisch gebunden), Alginsäure - Anwendung: > als Nahrungsergänzungsmittel bei Schilddrüsenunterfunktion (cave: Iodgehalt unterliegt starken Schwankungen, außerdem Schwermetallbelastung!!!) > als Schlankheits- und Entfettungsmittel >> nicht empfehlenswert!!
• Rotalgen - Abteilung: Rhodophyta - rot bis violett gefärbte Algen - Färbung durch rote (Phycoerythrin) und blaue (Phycocyanin) Pigmente - Plastidenfarbstoffe: Chlorophyll a und teilweise d, Carotinoide - einfache bis reich gegliederte Thalli - etwa 4000 Arten, überwiegend marin
• Agar (Ph.Eur.2005) und Carrageenan - Galactansulfate=Polysaccharide mit Galactose und 3,6-Anhydrogalaktose (z.T. sulfatiert) in der Zellwand von Rotalgen - können Gele bilden - Agar als Nährboden in der Mikrobiologie - Agar und Carrageenane als Dickungsmittel (Lebensmittelindustrie) - jährl. Produktion in etwa gleich wie Alginsäure - Agar: Gewinnung aus Gracilaria- und Gelidium-Arten - Carrageen: Gewinnung aus Chondrus- und Gigartina-Arten
• Grünalgen - Abt.: Chlorophyta=Grünalgen - fast alle Organisationsformen von Einzellern bis blattartigen Thalli - etwa 7000 Arten überwiegend in Süßwasser - Plastidenfarbstoffe: Chlorophyll a und b, Carotinoide, Xanthophylle
• Algen - Fortpflanzung Isogamie: männliche und weibliche Gameten gleich groß Anisogamie (Heterogamie): weibliche Makrogameten größer als männliche Mikrogameten Oogamie: Befruchtung der größeren, UNBEWEGLICHEN weiblichen Makrogameten durch die kleineren, beweglichen männlichen Mikrogameten
• Kernphasenwechsel Wechsel zwischen diploidem und haploidem Zustand Gameten (1n)>[Syngamie, haploide Kernphase]>Zygote(2n)>[Reduktionsteilung, diploide Kernphase]>4 Gameten (1n)
• Generationswechsel regelmäßiger Wechsel zwischen i.d.R. zwei sich geschlechtlich, bzw. ungeschlechtlich, fortpflanzenden Generationen - reine Haplonten durch Vermehrung über Zoosporen (Ulothrix) - Generationswechsel Haplont-Diplont (Laminaria, Phaeophyceae) - reine Diplonten durch starke Reduktion der Gametophyten (gametischer Kernphasenwechsel): Fucus und Ascophyllum, (Phaeophyceae)
• Sporophyt Generation, die mit der Zygote beginnt und mit der Bildung von Sporen abschließt (wichtig, Generationswechsel)
• Gametophyt Generation, die mit der keimenden Spore beginnt und mit der Bildung von Gameten abschließt; männl. und weibl. Gametophyt (ganze Pflanze, z.B. Moose, bis hin zu wenigen Zellen, z.B. mehrzelliges Pollenkorn+Embryosack bei Angiospermen)
• Entwicklung/Evolution der grünen Landpflanzen - gekennzeichnet durch fortschreitende Anpassung an das Leben auf dem Land - alle grünen Landpflanzen bilden als Produkt der geschlechtlichen Fortpflanzung erst einen Embryo, der sich im Schutz der Mutterpflanze entwickelt >> Embryophyten - Grünalgen tun dies nicht - bei Moosen und Farnpflanzen ist der Embryo ungeschützt - bei den Samenpflanzen (Spermatophytina) wird der Embryo durch die Ausbildung einer "Schutz"hülle mit Nährgewebe geschützt (Samen) - bei den Bedecktsamern (Angiospermen=Klasse Magnoliopsida) werden die Samen zusätzlich in einen Fruchtknoten eingeschlossen, der bei der Reifung zur Frucht wird (weiterer Schutz des Embryos) - Samen und Früchte spielen eine wichtige Rolle bei der Ausbreitung der Pflanzen (großer evolutionärer Erfolg) - Farn- und Samenpflanzen (Spermatophytina) zählen zu den Gefäßpflanzen (Tracheophyten) > bilden einen in Spross und Wurzel gegliederten Kormus (werden deswegen auch Kormophyten genannt) - als Anpassung an das Leben auf dem Land haben sich besondere Leit- und Festigungsgewebe entwickelt > so konnten auch trockene Standorte besiedelt werden > Wachstum zum Licht (in die Höhe) wurde möglich
• Lebermoose in thallösen und foliosen Formen
• Laubmoose foliose Moose mit mehr oder weniger aufrecht wachsendem Vegetationskörper
• Hornmoose thallöse Moose
• folios (z.B. bei Moosen) in Sprossachse (ohne echte Leitbündel) und einfach gebaute Blättchen gegliedert, aber nie mit echten Wurzeln (Verankerung durch Rhizoide)
• Moose - Gametophyt (haploid) ist die dominierende Generation > hierauf ist der kleine Sporophyt verankert (Generationswechsel) - Cellulosezellwand ohne Lignin, Suberin - meistens keine Cuticula (kein Verdunstungsschutz) > daher häufig an kühlen, feuchten Standorten - Chemie: ätherische Öle (Monoterpene=C10 und Sesquiterpene=C15) - pharmazeutische Relevanz: unbedeutend, lediglich Torfmoose für die Herstellung von Moorbädern
• Archegonium (Archegonien) weibliche Geschlechtsorgane bei Moosen und Farnen
• Antheridium (Antheridien) männliche Geschlechtsorgane bei Moosen und Farnen
• Sporangien Bildungsorte der auf ungeschlechtlichem Weg entstehenden Sporen bei Algen, Pilzen, Moosen und Farnen
• Meiosporen aus Meiose entstandene Sporen, haploid
• Mitosporen aus Mitose entstandene Sporen
• Farnpflanzen - allgemein - fossile Funde aus unterem Devon (ca. 400 Mio. Jahre) versus Samenpflanzen im oberen Devon (ca. 370 Mio. Jahre) - im Karbon (vor 350-300 Mio. Jahren) riesige Wälder aus Farnen > liefern heutige Steinkohlevorkommen - fast ausschließlich an schattigen, feuchten Plätzen, besonders in den Tropen - Grundorgane: Blatt, Stängel, Wurzel - Generationswechsel mit dominierenden Sporophyten  
• Farnpflanzen eroberten das Land - sie benötigten dazu: - Verdunstungsschutz (Suberin, Cutin) - Leitelemente (Tracheiden und Siebröhren in Leitbündeln) - Festigung durch Lignin - sekundäres Dickenwachstum - Inhaltsstoffe: Alkaloide, Gerbstoffe - man unterscheidet: > isospore Farne (mit gleichgestalteten Sporen) > heterospore Farne (mit Mikro- und Makrosporen; Mikrosporen männlich)
• Equisetophytina (Schachtelhalmgewächse) - Equisetum arvense (Ackerschachtelhalm), Ph. Eur. 2005 Pflanze: krautig, ausdauernd, 4-40 cm hoch, Wurzelsystem bis zu 2 Meter Tiefe, quirlig verzweigte Sprosse, nadelähnliche Blätter, Stängelscheide mit bis zu 18 Zähnen Verbreitung: nördliche Hemisphäre, Equisetum ist die einzige rezente Gattung Droge: Equiseti herba - Schachtelhalmkraut Inhaltsstoffe: Kieselsäure, Flavonglykoside Anwendung: Kraut als Diuretikum Sporangien - tragende Triebe wachsen zuerst, vegetative Triebe ab Mai/Juni
• Filicophytina ("echte Farne") - Dryopteris filix-mas (Gemeiner Wurmfarn) Pflanze: bis 1 Meter hohe, ausdauernde Pflanze mit schwarzem Wurzelstock Blätter: wechselständig mit zentraler Rippe (bis zu 1 Meter), Wedel, langgestielt und zweifach gefiedert, Unterseite schuppig behaart Vermehrung: isospore Sporangien, kleiner kurzlebiger Gametophyt Verbreitung: Europa, Nord- und Südamerika, nördliches Asien Droge: Filicis rhizoma - Wurmfarnwurzelstock Inhaltsstoffe: Phloroglucinderivate (Phloroglycin färbt Lignin) Anwendungen: früher gegen Wurminfektionen (obsolet)
• Gymnospermen - Nacktsamer - Samenanlagen und Befruchtung - Zapfenschuppe, geflügelte Samen, Embryo im primären Endosperm - Same, Testa, Embryo, Endosperm (1n) - Spross mit männlichen und weiblichen Blütenständen - männlich: Blüte, weiblich: Blütenstand (beim jungen Zapfen) - männlich: Staubbeutel, Pollenmutterzelle, ein- und mehrzellige Pollenkörner (Luftsäcke > Windbestäuber), keimendes Pollenkorn - weiblich: Deckschuppe, Samenschuppe, Same frei, mehrere Archegonien mit je einer Eizelle - einfache Befruchtung: > nur Eizelle wird befruchtet > Endosperm wird vom Gametophyt gebildet
• Samenanlagen und Befruchtung der Bedecktsamer - Angiospermen - Same mit Embryo, sekundärem Endosperm, Testa, sich aus der Frucht lösend - Same, Testa, Embryo, Endosperm (3n) - zwittrige Blüte - eingeschlossene Samenanlage, bestäubt mit Pollenschlauch - 1 Eizelle - 1 sekundärer Embryosackkern (2n) - doppelte Befruchtung: > 1 Spermazelle + 1 Eizelle ergeben Zygote > andere Spermazelle fusioniert mit Embryosackkern, bildet triploides Endosperm
• Gymnospermen (Nacktsamer) - allgemein - Samenanlagen frei am Rande des Fruchtblattes - grundsätzlich Holzpflanzen - Blätter nadel- oder schuppenförmig - Tracheiden (noch keine Tracheen) - getrenntgeschlechtliche Blüten - Windbefruchtung (Anemogamie)
• Ginkgoaceae (Ginkgogewächse) - Ginkgo biloba (Ginkgobaum) Ph.eur. 2005, DAB 2005 Phylogenie: - Gattung Ginkgo seit dem Jura - Ginkgo biloba einzige Art Pflanze: - 30-40 m hoher diözischer (zweihäusig) Baum Blätter: - fächerförmig mit dichotomer Blattaderung, langgestielt Verbreitung: - China und Japan Droge: Ginkgo folium - Ginkgoblätter Inhaltsstoffe: Flavonoide, Sesquiterpene (C15) und Diterpene (C20) Anwendung: zur Gefäßerweiterung, Durchblutungssteigerung und bei Gedächtnisschwäche Blüten: männliche kätzchenartig, weibliche Blüten einzeln gestielt mit je 2 Samenanlagen Befruchtung: durch Spermatozoiden (im Wassertropfen), Bestäubung und Befruchtung durch Monate getrennt Frucht: pflaumenähnlich, rötlich, bis 3,5 cm groß, buttersäureahnlicher Geruch
• Pinaceae - Kiefern(Föhren)gewächse - Bäume, selten Sträucher, insg. 194 Arten - Blätter nadelförmig, xeromorph (an Trockenheit angepasst); bis auf Larix (Lerche) immergrün - Blattstellung: schraubig angeordent, einzeln stehend oder 2-5 Blätter gebüschelt - Nadelblätter in Langtrieben: Picea (Fichte), Abies (Tanne) - Nadelblätter in Kurztrieben: Pinus (Kiefer) - Nadelblätter in Lang- und Kurztrieben: Larix (Lerche) > jeder Langtrieb im ersten Jahr mit grünen Nadeln, derselbe Trieb ab dem 2. Jahr mit Nadelbüscheln aus den Achseln der Nadeln (=Kurztrieb)
• Pinaceae - Pflanzen monözisch (einhäusig) männliche Zapfen: - klein, häufig in Clustern entlang der Stängelachse - kätzchenartig mit zahlreichen Staubblättern mit jeweils 2 Pollensäcken weibliche Zapfen: - holzig und häufig groß - mit zahlreichen Samenschuppen, die jeweils 2 Samenanlagen enthalten Position der weiblichen Zapfen unterschiedlich: - Abies: stehend, zerfallen zur Samenreife - Picea: hängend - Larix: rel. waagerecht - Pinus: waagerecht Frucht: reife weibliche Zapfen holzig mit häufig einseitig geflügelten nussartigen Samen Blüte: Zapfenblüten eingeschlechtlich
• Pinaceae - Chemie - ätherishes Öl (Monoterpene) in schizogenen Exkretgängen der Blätter - Balsame: Gemische aus Harzen und ätherischem Öl, im Stamm - α-, β-Pinen: Monoterpen (Bestandteil ätherisches Öl) Arzneipflanzen: Abies balsamea (Balsamtanne) Pinus sylvetris (Waldkiefer) P. mugo ssp. pulmilio (Latschenkiefer) P. palustris (Sumpfkiefer) Picea abies (Gemeine Fichte)  
• Pinaceae Abies balsamea (Balsam-Tanne) Pflanze: bis zu 20 m hoher Baum, Krone: dicht, dunkelgrün Nadeln: flach, 2 und 3 cm lang, dorsiventral Verbreitung: Nordamerika Droge: Balsamum canadense - Kanadabalsam Inhaltsstoffe: ätherisches Öl, Harz Anwendung. bei chronischen Erkrankungen der Bronchien
• Pinaceae Pinus mugo ssp. pumilio (Latschenkiefer) Pflanze: 1-3 m hoch, krummer Wuchs Nadeln: dunkelgrün, spitz, 5 cm lang, paarweise an den Kurztrieben Verbreitung: Gebirge Mitteleuropas Droge: Pini pumilionis aetherolum - Latschenkiefernadelöl Inhaltsstoffe: ätherisches Öl Anwendung: bei Katharren der oberen und unteren Luftwege / Rheuma
• Pinaceae Pinus sylvestris Pflanze: ca. 25-35 m hoher Baum Nadeln: graugrün, bis zu 8 cm lang, paarweise gedreht in einer Nadelscheide zusammengefasst Verbreitung: Europa Droge: Pini aetherolum - Kiefernadelöl Inhaltsstoffe: ätherisches Öl Anwendung: bei chronischen Erkrankungen der Bronchien
• Pinaceae Picea abies (Gemeine Fichte) Pflanze: bis 40 m hoch Nadeln: 1-2 cm lang, deutlich vierkantig, dunkelgrün, teilweise blaugrün, einzeln am Zweig Frucht: 10-19 cm lang - reife weibliche Zapfen hängend, als Ganzes abfallend Verbreitung: nördliche Hemisphäre ohne Afrika Droge: Fichtennadelöl Inhaltsstoffe: ätherisches Öl Anwendung: Atemwegserkrankungen, rheumatische Beschwerden
• Cupressaceae (Zypressengewächse) Juniperus communis (Gewöhnlicher Wacholder) Pflanze: Strauch oder Baum bis zu 12 m Höhe Blätter: blaugrün, stechend spitz, längsgefurcht, in trimeren Wirteln Blüten: meist diözisch, gelb (männlich), grünlich (weiblich), einzeln in den Blattachseln Frucht: schwarzbraune, fleischige, kugelige Scheinbeere (Beerenzapfen) Verbreitung: weltweit Droge: Juniperi fructus - Wacholderbeeren Inhaltsstoffe: ätherisches Öl (Monoterpene C10) Anwendung: Rheuma, Verdauungsbeschwerden, cave: diuretisch!

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