ZUSAMMENFASSUNG + KURZFRAGEN
Pflanzenbiologie Zusatzdokumente (Abb): siehe hier

1. Bedeutung der Pflanzen:
   Biologisch/Ökologisch: Pflanzen sind als Produzenten in einer einmaligen Stellung: Als einzige Lebewesen, von ganz wenigen Bakterien abgesehen, sind sie in der Lage, selbstständig aus sonst nicht speicherbarer Sonnenenergie stabile energiereiche Biomoleküle herzustellen (autotrophe Lebensweise). Alle Organismen, Tiere, Pilze, Einzeller, Bakterien und Mensch sind vollkommen abhängig von pflanzlichen Rohstoffen für ihren Energie- und Baustoffwechsel. Lebensräume (Ökosysteme) funktionieren nur mit Hilfe der Pflanzen, die entscheidend für das lebenserhaltende "ökologische Gleichgewicht" sind! Kurz: Ohne Pflanzen kein Leben!
   Ökonomisch: Aber nicht nur aus rein biologischer Sicht sind Pflanzen unentbehrlich, auch aus rein ökonomischer Sicht: Praktisch alle Produkte des menschlichen Alltags stammen direkt oder indirekt aus pflanzlichen Rohstoffen ab (vgl. Abb. Grundlage des Lebens). Kurz: Pflanzen beeinflussen praktisch jeden Aspekt des Lebens des Menschen (Ernährung, Wirtschaft, Gesundheit, Freizeit). Auch der Mensch im kommenden Informationszeitalter, der "virtuellen Realitäten" und der Cyperspacefantasien wird komplett von Pflanzen abhängig sein!.
   
   
2. Kennzeichen des Lebens:
   Pflanzen erfüllen sämtliche Kriterien des Lebens wie abgegrenzte Einheiten, zellulär aufgebaut, Stoffwechsel, Fortpflanzung und Vermehrung, Vererbung sowie weitere Lebensphänomene (Bewegung, Reaktionsfähigkeit, Wachstum, Stoffaustausch).
   
   
3. Typisch pflanzliche Merkmale
   Das typischste pflanzliche Merkmal ist der durch die Fotosynthese ermöglichte autotrophe Stoffwechsel. Um die relativ "verdünnt" anfallende Sonnenenergie aufzufangen, muss die Pflanze riesige Oberflächen aufbauen, um die Lichtenergie einzufangen, zu konzentrieren und in stabile chemische Verbindungen der Kohlenhydrate wie Zucker und Stärke und der daraus abgeleiteten Verbindungen der Biomoleküle (Proteine, Fette, u.v.a.) festzulegen.
   Die typisch pflanzliche Gestalt der Gliederung in Wurzel, Sprossachse (Stängel) und Blätter ermöglicht erst die Fotosynthese effizient zu betreiben.
   
   
4. Mensch und Pflanze:
   Schon seit Urzeiten nutzt der Mensch die Pflanzen in ihrer Vielfalt, sei es aus Notwendigkeit (Nahrung, Kleider, Energieträger, Baustoff, Medizin), Freizeit (Erholung, Instrumentenbau) oder Ästhetik.
   Die Bedeutung geht über den Nutzungsaspekt hinaus, sind sie doch notwendig für alle Konsumenten (z.B. Tiere Mikroorganismen [mit wenigen autotrophen Ausnahmen]), aber auch zur Erhaltung einer funktionierenden Biosphäre (Gas- bzw. Stoffkreisläufe).
   Die Nutzung der Pflanzen lässt sich grob in 5 Phasen einteilen: 1. Landwirtschaft (10'000 v.Chr.), 2. Globaler Austausch von Kulturpflanzen (Ende Mittelalter/Beginn Neuzeit); 3. Technisch-chemische Landwirtschaft (18./19. Jh.), 4. Grüne Revolution (Hochleistungspflanzen, klassische Züchtungsverfahren, 1960), 5. Gentechnische Revolution (gentechnisch modifizierte Pflanzen, ab 1990).
   
   
5. Erforschung der Pflanze:
   Eine Vielzahl von Disziplinen ist heute an der Erforschung der Pflanzen beteiligt, so u.a. die Physiologie, Anatomie, Biochemie, Molekularbiologie und Molekulargenetik, Bio- und Gentechnologie. Sie hat sich von einer primär-beschreibenden (Botanik, Pflanzenanatomie, Pflanzensystematik) zu einer experimentierenden Wissenschaft (Pflanzenphysiologie, Pflanzenbiochemie) bis hin zu einer verändernden Wissenschaft (Pflanzengentechnik, Pflanzenbiotechnologie) entwickelt.
   
   
6. Pflanzen als "Energie-Sammler und -Konzentrierer":
   Das "pflanzlichste" Merkmal ist ihre Autotrophie ("Selbst-Ernährer"). Ihre Lebensweise ist als Sammler von Lichtenergie und Konzentrierer dieser flüchtigen Energieform in stabile chemische Verbindungen wie Kohlenhydrate, Proteine und Fette zu kennzeichnen. Pflanzenbilden dazu riesige äussere Oberflächen (Bsp. 100-jährige Buche, ca. 200'000 - 600'000 Blätter , 1'200 m² Blattoberfläche, 15'000 m² innere Oberfläche des Schwammparenchyms, 360'000-1'000'000 m² Thylakoidmembranen der Chloroplasten).
   
   Die irreversible Umwandlung von arbeitsfähiger Energie (z.B. Energie in Nahrungsmitteln) in Entropie (= Wärme bzw. Unordnung im molekularen Bereich) ist der Motor des Lebens. Pflanzen vermögen mittels Chloroplasten durch die Fixierung der Strahlungsenergie in die chemische Energie der Biomoleküle diese arbeitsfähige Energie liefern, die den Aufbau von Strukturen (= Ordnung) ermöglichen und so temporär der Entropie (= Unordnung) entgegenwirken.
   
   Mensch und Tier sind dank der Mitochondrien in der Lage, ihrer Entropiezunahme durch aus pflanzlichen Energieträgern wie Kohlenhydrate, Fette und Proteine (= Grundnahrungsmoleküle) gewonnenem Atmungs-ATP entgegenzuwirken und so mindestens temporär dem "allgemeinen Zerfall" zu entkommen.
   
   
7. Rolle der Pflanzen in Stoffkreisläufen und Energieflüssen:
   In der Biosphäre vollzieht sich ein ständiger Auf- und Abbau von Stoffen, bei dem die Pflanzen mit ihrer Fähigkeit zur Fotosynthese die treibende Kraft sind. Die Fotosynthese der Pflanzen und die Atmung aller übrigen Organismen (Mensch, Tier, Pilze, Mikroorganismen) sind gegenläufige Fundamentalprozesse, welche in die komplementären Kreisläufe des Kohlenstoffs und des Sauerstoffs eingeschaltet sind.
   Diese Materiekreisläufe sind untrennbar verbunden mit einem Strom der Energie, der mit der Lichtabsorption beginnt. Die Arbeitsfähigkeit, der thermodynamische Wert der von den Fotosynthesepigmenten absorbierten Energie, nimmt beim Durchgang durch die lebenden Systeme beständig ab (im Einzelorganismus: chemische Energie der Kohlenhydrate, Proteine, Fette u.a. ----> in der Atmung zu biologisch verwertbarer Energie (= ATP) umgewandelt ----> ATP ermöglicht biologische Arbeiten + Wärme; im "Organismenverbund" (Nahrungskette): Pflanze ----> Konsument 1 [Tier] ---- > Konsument 2 [Raubtier]: pro Stufe geht 90% der Energie als Wärme verloren, nur 10% als Biomasse gespeichert). Schliesslich wird alle Energie, die von den biologischen Systemen aufgenommen wurde, als Wärme, als nicht mehr arbeitsfähige, entwertete Energie in die unbelebte Umwelt abgegeben. Quantitativ übersteigen die biologischen Energie- und Stoffumsetzungen die Gesamtheit aller technologischen Vorgänge auf der Erde (die Fotosynthese übertrifft den "industriellen Stoffwechsel" um das 50-fache).
   
   
8. Pflanzengestalt:
   Die Organisationsform der höheren Pflanzen besteht aus den drei Grundorganen Sprossachse, Blatt und Wurzel, eine Organisationsform, die perfekt dem stationären Landleben angepasst ist.
   Die nicht-bewegliche Lebensweise verlangt nach riesigen "Sonnenenergiekollektoren" (= Blätter), elastischem Halt, optimaler Blattausrichtung und Transportsystemen (= Sprossachse mit Leitbündelsystem) sowie fester Verankerung und riesiger unterirdischer Wasser- und Nährsalzaufnahme (= Wurzel).
   
   
9. Pflanzen als Nutzpflanzen:
   Nutzung der Primärproduktion: Die Pflanzen (= Produzenten) sind die universellen Nahrungsmittelproduzenten, ob für Mensch, Tiere inkl. Raubtiere (= primäre oder sekundäre Konsumenten) und grösstenteils auch für Mikroorganismen (= Zersetzer). Sie liefern die notwendigen Makronährstoffe Kohlenhydrate, Proteine und Fette.
   Nutzung der Sekundärstoffwechselprodukte: 1. Nutzholz [1. Brennholz (45%), 2. Chemische Verwertung (Zellstoff, Papier, Zucker, Ethanol), 3. Holz direkt verwertet (Schnittholz, Furnierholz, Spanholz), 4. trockene Destillation (Holzgas, Holzteer ---> zahlreiche Chemikalien)]; 2. Faserpflanzen; 3. Gerbstoffe (zur Haltbarmachung der Häute); 4. Farbstoffe; 5. Gummi, Wachse, Harze, Balsame, Kautschuk; 6. Drogenpflanzen (Arzneipflanzen, Heilpflanzen); 7. Gewürzpflanzen.
   Weitere Nutzungsarten von Pflanzen: 1. Landschaftsbildner und -erhalter (z.B. Erosionsschutz); 2. Erholungs- und Verschönerungseffekt (z.B. Wald, Zimmerpflanzen); 3. Sauerstoffproduktion (zentrale Voraussetzung für Entstehung und Erhaltung des Lebens [Atmer]); 4. Klimafaktor durch Transpiration; 5. Pflanzenkleid als globaler Faktor (Klimaänderungen, Verlust der Artenvielfalt; Stabilität von Ökosystemen)
   
   Zusammenfassende Tab. und Abb.:
   Grundlage des Lebens...Pflanzen als H-Speicher....Biologische Kraftwerke....
   Organisationsform Pflanze (3 Abb.)
   autotroph (Pflanze) vs. heterotroph (Tier/Mensch)...Bedeutung der Pflanzen

Facts (oder: nochmals Kurzfragen zur Repetition)
1.1. Pflanzeneigenschaften: Welche Eigenschaften besitzen Pflanzen im engeren Sinne?
1.2. Pflanzliche Organisationsform: Warum ist eine Pflanze zwangsläufig in Wurzel, Sprossachse und Blätter gegliedert?
1.3. Pflanzenbau: Beschriften Sie die nummerierten Teile der beiden Pflanzentypen: für Bild hier klicken !!
1.4. Pflanze vs. Tier: Wie könnte man experimentell eine Pflanze von einem Tier (rasch) unterscheiden?
1.5. Mensch und Pflanze: Kommentieren Sie die folgende Aussage: "Der hochtechnisierte Mensch ist dank seines technischen Know-hows nur noch bedingt von Pflanzen abhängig".
1.6. Synthetische Nahrungsmittel: Stimmt die folgende Aussage: "In Zukunft werden synthetisch hergestellte Nahrungsmittel die heute konventionellen Nahrungsmittel ablösen können!"

1. Struktur des Samens und Embryo:
   Samen: Während der Embryonalentwicklung und der Ausbildung des Endosperms (Nährgewebe) bilden sich die Integumente (den Nucellus umgebende Hülle der Samenanlage) zur Samenschale aus. Dieses Gebilde, das aus der Samenschale, dem Endosperm und dem ruhenden Embryo besteht, ist der Same. Er ist die charakteristische Verbreitungseinheit der Samenpflanzen [Spermatophyten].
   Erst bei der Samenkeimung setzt der Embryo, zunächst auf Kosten des Nährgewebes, seine Entwicklung fort und wächst zu einer neuen Pflanze heran. In manchen Fälle wird allerdings kein besonderes Nährgewebe ausgebildet, sondern die Speicherung der Nährstoffe von den Keimblättern (= Speicherkeimblättern [Speicherkotyledonen]) übernommen.
   
   Embryo: Der Embryo (Entstehung: siehe hier) ist zunächst ein kugeliges Gebilde, aus dem durch Differenzierung an dem der Mikropyle zugekehrten Pol die Keimwurzel [Radicula], an dem entgegengesetzten Pol das Sprossscheitelmeristem (Bildungsgewebe) und die Keimblätter [Kotyledonen] angelegt werden. Bei den Zweikeimblättrigen Pflanzen [Dikotyledonen] liegt der Sprossscheitel zwischen den beiden seitlich stehenden Kotyledonen, bei den Einkeimblättrigen Pflanzen [Monokotyledonen] befindet er sich seitlich an dem einzigen Keimblatt.
   
   
2. Keimruhe (Samenruhe):
   Samen können ab dem Zeitpunkt der Verbreitung keimfähig oder erst nach einer Keimruhe [Dormanz] keimfähig sein. Wichtigste Ursachen der inneren (endogenen) Keimruhe sind:
   - morphologische oder physiologische Unreife des Embryos (z.B. Esche)
   - mechanische Resistenz und wasserundurchlässige Samenschale oder Fruchtschale; durch Alterung bzw. Einwirkung von Mikroorganismen kann die Keimruhe durchbrochen werden.
   - Keimungshemmstoffe (z.B. Phytohormon Abscisin (ABA) im Fruchtfleisch von z.B. Tomaten, Blausäure HCN (!) enzymatisch freigesetzt aus Amygdalin, Kaffeesäure, Cumarin aus Waldmeister)
   
   
3. Pflanzenanzucht:
   Zukünftige Lehrpersonen brauchen für Demonstrations- und Schulversuche mit Pflanzen ein Grundwissen zum Thema Pflanzenzucht. Dieses Grundwissen wird im PHS-Biologiepraktikum II vermittelt (siehe hier) und kann auch aus Lehrbüchern geholt werden [Literaturtipp: Toogood, A. (Hrsg.): Handbuch der Pflanzenvermehrung. - Eugen Ulmer, Stuttgart, 319 S. (2000)]
   
   
4. Keimungsbedingungen:
   Als notwendige Keimungsbedingungen zählen Wasser, Sauerstoff, Temperatur, Licht bzw. Lichtabwesenheit, Tageslänge.
   - Wasser: in der ersten Phase quillt der Same durch Wasseraufnahme (Hydratisierung: reversibel), welche die Stoffwechselvorgänge "anwirft"
   - Sauerstoff: (Ausnahme: z.B. Reis infolge anaerober Energiegewinnung durch Glykolyse).
   - Licht: fördert Keimung bei Lichtkeimern (z.B. bei Kopfsalat, Sellerie: Phytochromsystem: siehe unten), hemmt sie bei Dunkelkeimern (z.B. Efeu, Kürbis, Striefmütterchen).
   - Tageslänge: man unterscheidet Licht- und Dunkelkeimer (vgl. Phytochromsystem)
   - Temperatur: wirkt artspezifisch (Stratifikation: gequollener Samen (Embryo) benötigt eine Kälteperiode; Frostkeimung: Samen benötigt Frostphase).
   
   
5. Keimungsablauf:
   Es gibt zwei Samenkeimungstypen. Bei der epigäischen Keimung wächst des Hypokotyl (der Abschnitt oberhalb der Keimblätter) in die Länge --> Keimblätter befinden sich eindeutig über der Erde, ergrünen und fotosynthetisieren rasch (Bsp. Raps).
   Bei der hypogäischen Keimung streckt sich der Abschnitt oberhalb der Keimblätter und diese befinden sich in der unteren Erde oder ganz knapp an der Oberfläche (z.B. Erbse).
   Weiterer Keimungsablauf: Das Ende der Keimung ist der Beginn des fotoautotrophen Wachstums (= vegetative Phase).
   
   
6. Phytochrom:
   Das Wachstum der höheren Pflanzen wird durch Aussen- und Innenfaktoren gesteuert. Zu den Aussenfaktoren, die einen Einfluss auf die Entwicklung haben können, sind Strahlung, Temperatur, Schwerkraft und chemische Einflüsse. Die Wahrnehmung [Perzeption] der gestaltbildend wirksamen Strahlung erfolgt in vielen Fällen über das Phytochromsystem.
   
   Phytochrom: Pflanzenpigment, das in zwei verschiedenen, durch Licht verschiedener Wellenlängen reversibel ineinander überführbaren Formen vorliegen kann. Die eine Form hat ihr Absorptionsmaximum bei ca. 666 nm und wird deshalb als P_r bzw. P_HR (r = rot, engl. red; deutsch HR = Hellrot) bezeichnet. Unter Hellrotbestrahlung (< 680 nm) wandelt es sich in das P_fr bzw. P_DR (fr = dunkelrot, engl.: far red; dtsch.: DR = Dunkelrot) um, dessen Absorptionsmaximum bei etwa 730 nm liegt: Dies ist die physiologisch aktiove Form. Durch Dunkelrotbestrahlung (> 700 nm) wird P_fr wieder in P_r überführt. P_fr löst zahlreiche Effekte z.B. auf die Gestaltbildung [Fotomorphogenese] aus (z.B. Sprosswachstum Keimlinge, schnelles Streckungswachstum, Lichtkonkurrenz: stärkeres Höhenwachstum, Schattenvermeidungsreaktion, Blattbewegungen, Timing für Bestäubung, Förderung Keimung bei Lichtkeimern).
   
   Ausserdem sind ein als Cryptochrom bezeichneter Blaulichtrezeptor (--> Gene für Blattproteine, Steuerung einiger Bewegungsvorgängen wie Schliesszellen der Spaltöffnungen) sowie ein UV-B Photorezeptor (--> UV-Schutzstoffsynthese) nachgewiesen worden.
   
   
7. Versuche zur Samenkeimung:
   Mit wenig Aufwand lassen sich grundlegende Versuche zum Thema Keimung/Wachstum/Entwicklung durchführen: 1. das Phänomen Keimung/Wachstum selbst (z.B. "unterirdische" [hypogäische] Keimung: Feuerbohne; "oberirdische" [epigäische] Keimung: Gartenbohne); 2. Beeinflussung durch Umweltfaktoren (z.B. Wasser, Licht, Temperatur, Bodenart, Schadstoffe); 3. Untersuchungen, Eingriffe in den Ablauf der Keimung (z.B. durch Entfernen von einem oder beiden Keimblättern, Abbauversuche von Stärke in einem Stärkeagar durch quellende Samen); 4. Wirkung von Phytohormonen. Für Bildmaterial: siehe hier !!, für geeignete Versuchsanleitungen: siehe hier !!
   
   Zusammenfassende Tab. und Abb.:
   Samenstruktur...Embryo...Keimungsarten...Phytochrom...Fotomorphogenesen
   Bedeutung
   

1. Elementarprozesse der Entwicklung:
   Entwicklung umfasst alle Änderungen der Form und Funktionen, die im Laufe des pflanzlichen Lebens von der Keimzelle bis zum Tod auftreten: die miteinander gekoppelten Prozesse des Wachstums, der Differenzierung und der Musterbildung (Entwicklung = Wachstum + Differenzierung + Musterbildung) und führt damit zu einer bestimmten Pflanzengestalt.
   Unter Wachstum versteht man die irreversible Volumenzunahme der Zellen, Gewebe und Organe, meist gekoppelt mit einer Gestaltveränderung. Sie ist messbar in einer Zunahme der Frischmasse (nicht unbedingt auch der Trockenmasse), der Grössenverhältnisse, u.a. Bezogen auf die Einzelzelle erfolgt Wachjstum durch zwei Vorgänge:Zellvermehrung bzw. Zellteilung und Zellvergrösserung oder Zellstreckung.
   Die Zellvermehrung (= Zellteilungsaktivität) beschränkt sich bei höheren Pflanzen auf die Meristeme (primäre Meristeme, Sprossspitze- und Wurzelspitzenmeristeme, Blattmeristeme; sekundäre Meristeme (durch Dedifferenzierung aus bereits spezialisierten Zellen wieder entstanden), z.B. Kambium zwischen den Leitbündeln).
   Die Zellvergrösserung ist gekennzeichnet durch Vakuolisierung (osmotische Wasseraufnahme) und nachfolgender irreversibler Zellstreckung
   Unter Differenzierung versteht man die qualitative Änderung der Zellen, die Gestalt und Funktion betreffend. Sie ist Voraussetzung für die Ausbildung von Geweben und Organen und findet nach Abschluss der Zellstreckung statt. Differenzierung ist nicht auf eine Differenz im Genbestand (Genom) zurückzuführen, sondern ist primär das Resultat einer differentiellen Genaktivität, d.h. ein Unterschied der aktiven Gene während bestimmten Entwicklungsstadien. Differenzierung ist wichtig, weil es Zellen zu verschiedenen Aufgaben spezialisiert.
   Unter Musterbildung wird die Verteilung von Strukturen im Organismus und in einzelnen Organen (z.B. Verzweigungstypus) als auch auf Zellebene (z.B. Verteilung der Spaltöffnungen) verstanden. Es ist das Ergebnis eines zeitlich und räumlich geordneten Differenzierungsplans.
   Die Totipotenz pflanzlicher Zellen lässt sich auch an der Regeneration ganzer Pflanzen, Reparation, Wundverschluss, Knospenaustrieb nach Kahlfrass und der vegetativen Vermehrung von abgerissenen Sprossstücken erahnen.
   
   
2. Wachstumsprozesse:
   Wachstum ist eine irreversible Volumenzunahme der Zelle bzw. der Pflanzenorgane, basierend auf mitotischen Kern- und anschliessenden Zellteilungen (Plasmavermehrung durch Proteinbiosynthese ----> Zellvermehrung, bzw. Zellteilungen im Zellzyklus), Streckungswachstum und Differenzierungswachstum. Das Streckungswachstum ist hauptverantwortlich für das primäre Wachstum und beruht auf Erweichung der Zellwand und positivem Turgordruck: siehe auch IES.
   
   
3. Phytohormone:
   Phytohormone sind pflanzliche Botenstoffe, die schon in geringer Konzentration Entwicklungs- und Wachstumsvorgänge steuern. Sie besitzen im Gegensatz zu tierischen Hormonen ein breites Wirkungsspektrum (multiple oder spezifische Wirkung). So können verschiedene Hormone ähnliche Effekte auslösen; Weiter kann ein bestimmtes Hormon in Abhängigkeit von der Konzentration oft gegensätzliche Effekte auslösen. Schliesslich ist die Wirkung abhängig von der Entwicklungssituation des aufnehmenden Gewebes, d.h. vom aktuellen Genmuster der betroffenen Zellen.
   In erster Näherung werden die Phytohormone in zwei Gruppen klassifiziert:
   fördernd: Auxine, Gibberelline, Cytokinine
   hemmend: Abscisine, Ethylen.
   
   
4. Phytohormonklassen:
   Auxine (IES: Indol-Essigsäure): Synthese in Vegetationspunkten und jungen Blättern. Wirkung: fördern die Wurzel-Anlage und hemmen die Sprossanlage, fördern Streckungswachstum der Sprossachse und unterdrückt das Auswachsen von Seitenknospen [Apikaldominanz], fördert die Bildung von Adventiv- und Seitenwurzeln, u.a. Der Schwerpunkt der Auxinwirkung liegt im Effekt auf das Streckungswachstum: 1. IES --> verstärkte mRNA-Synthese --> verstärkte Synthese von Wandmaterial; 2. IES --> Lockerung des Wandmaterials, Osmoregulation --> Ausdehnung und Streckung der Zelle. Der Auxin-Nachweis erfolgt im Krümmungstext von Haferkoleoptilen. Transport: polar, energieabhängig
   Gibberelline: Synthese in Embryonen, in Spross- und Wurzelspitzen und in jungen Blättern. Wirkung: fördern Zellteilung in Kambien, Streckungswachstum der Sprossachse, hemmt Spross- und Wurzelanlage, fördert Samenkeimung durch Anregung der Enzym-Synthese und des Embryo-Wachstums. Transport: nicht polar, im Phloem, im Frühjahr im Xylem.
   Cytokinine: Synthese in Wurzelspitzen, Samen und Früchten. Wirkung: fördern RNA- und Proteinsynthese und stimulieren damit allgemein den Stoffwechsel, stimuliert Zellteilung, fördern Seitenknospenaustrieb, verzögern die Seneszenz. Transport: im Transpirationsstrom des Xylems.
   Abscisine: Synthese in Blättern und Früchten. Wirkung: Gegenspieler zu Auxin, Gibberellin und Cytokinine, hemmt Samenkeimung und Wachstum, bewirkt Schliessung der Spaltöffnungen bei Wassermangel. Transport: Xylem, Phloem.
   Ethylen: Synthese vor allem in Früchten. Wirkung: fördert Fruchtreifung und Alterung [Seneszenz], beschleunigt Blatt- und Fruchtfall. Transport: Diffusion in den Interzellularen.
   
   
5. Weitere Entwicklungsfaktoren:
   Zu den äusseren Entwicklungsfaktoren gehören Licht (Phytochromsystem), Temperatur, Schwerkraft, chemische Einflüsse und Stress (Kälte/Hitze, Wasser, Parasiten).
   Neben den inneren Entwicklungsfaktoren der Phytohormone spielen auch Morphoregulatoren (= gestaltbeeinflussende Stoffe) und Gallbildungen eine gestaltprägende Funktion. Aber auch rhythmische Erscheinungen (Photoperiodismus, Blühinduktion, biologische Uhr) und die Seneszenz prägen pflanzliches Wachstum und Entwicklung nachhaltig.
   
   Blühinduktion: Moment des "Umschaltens" von der vegetativen zur generativen Phase. Diese Induktion der "blühreifen" Pflanzen erfolgt durch Auusenfaktoren: Tageslänge (Photoperiode) und Temperatur. Aufgrund der Ansprüche an die Tageslänge zur Induktion werden Kurztagpflanzen (kritische Tageslänge < 11 - 15 Std.), Langtagpflanzen (> 9 -13 Std.) und tagneutrale Pflanzen unterschieden.
   
   Seneszenz: Nach der generativen Phase stirbt die Pflanze ab; diese Seneszenzphase ist von innen [endogen] gesteuert, d.h. nicht abhängig von äusseren Faktoren. Die Seneszenz kann einzelne Organe (Bsp. jährlicher Blattfall, Sprossseneszenz bri Zwiebel- , Knollen- und Rhizompflanzen) oder die ganze Pflanze betreffen (Bsp. einjährige Pflanzen). Phytohormone (Cytokinine, Ethylen) spielen eine bedeutende Rolle.
   
   Wurzelhalsgallen (Tumorbildung): An der Übergangszone Spross-Wurzel finden sich bei vielen Pflanzenarten Krebsbildungen (= sog. Wurzelhalsgallen). Sie gehen auf tumorauslösende Bakterien, Agrobacterium tumefaciens, zurück. Diese natürlichen "Geningenieure" enthalten ein Ti-Plasmid; sie übertragen einen Sektor des Ti-Plasmids, die T-DNA, nach Aktivierungsvorgängen an Wundstellen in Pflanzenzellen. Diese T-DNA wird bleibend in das pflanzliche Genom eingebaut, wo es via Phytohormone die Rezeptorzellen zu Tumorzellen umstimmt. Im der entstehenden Wurzelhalsgalle werden Zellen zur Bildung von Opinen angeregt, welche eine spezielle Diät für die wachsende Agrobakterienpopulation darstellen.
   
   Zusammenfassende Tab. und Abb.:
   Begriffe...Phytohormone...Streckungswachstum...Krümmungstest...Bedeutung

Facts (oder: nochmals Kurzfragen zur Repetition)
3.1. Begriff Entwicklung: Was versteht man unter dem Begriff Entwicklung und welche elementaren Prozesse umfasst er?
3.2. Zellvermehrung/-vergrösserung: Wie grenzen sich die beiden Begriffe, "Zellvermehrung" und "Zellvergrösserung" voneinander ab?
3.3. Wachstum: Was versteht man unter Wachstum?
3.4. Phasen des Zellwachstums: Welche Phasen durchläuft das typisch pflanzliche Wachstum?
3.5. Wachstumsvorgänge Wurzelspitze: Kommentieren Sie den Wachstumsvorgang an einer Wurzelspitze: für Bild hier klicken!!
3.6. Totipotenz: Was versteht man unter Totipotenz? Wie kann man das mit Pflanzen besonders eindrücklich demonstrieren?
3.7. Musterbildung: Definition, Beispiel, Bedeutung?
3.8. Phytohormone: Was sind Hormone allgemein (klassischer Hormonbegriff) und was sind Phytohormone?
3.9. Phytohormongruppen: Wieviele Phytohormon-Gruppen gibt es und welche haben fördernden Einfluss auf die Zellstreckung?
3.10. Kurzcharakterisierung Phytohormone: Ordnen Sie jeder Phytohormonklasse mit je einem Stichwort eine Hauptfunktion zu!
3.11. Begriffsklärungen: Erklären Sie ganz knapp und prägnant die folgenden Begriffe: 1. Photomorphogenese, 2. Photoperiode, 3. Seneszenz.
3.12. Wachstumsmessungen: Wie könnte man mit schulischen Möglichkeiten Wachstum messen/verfolgen?

1. Prinzip des Pflanzenbaus
   Pflanzen sind aus dem ursprünglichen Leben im Wasser "aufs Land gestiegen". Die folgende Tabelle stellt die entscheidenden Faktoren gegenüber:
   

   Umweltfaktor	Wasserleben	Landleben
   Wassergehalt	ausreichend	Luftraum: sehr knapp Boden: ausreichend
   Nährsalzionen	ausreichend, in gelöster Form	manchmal begrenzend, im Bodenwasser gelöst, im mineralischen Untergrund fest
   Licht	knapp bis sehr knapp	ausreichend
   mechanische Belastung/ Schwerkraft	mässig/ ungünstig	stärker/ geringer
   Kohlenstoffdioxid	aus Bikarbonatsystem (HCO3-) ausreichende Versorgung	aus Luft-CO2-Pool in relativ geringer Konzentration (370 ppm)

   
   Aus diesen terrestrischen Bedingungen heraus ergibt sich fast zwangsläufig der typische Bau der Pflanzen: die Gestalt des Kormus (vgl. Abb. hier).
   1. Pflanzenblatt als Energiekollektor und CO₂-Absorber:
   Um in trockener und CO^₂-armer Umgebung existieren zu können, müssen Blätter als riesige äussere (= Blattspreite) und innere Oberflächen (= intrazelluläre Membransysteme [Chloroplasten]) ausgebildet "verdünnte Energien" (= Sonnenenergie) auffangen und viel Luft zur CO₂-Gewinnung durchströmen lassen, gleichzeitig aber den dabei zwangsläufig auftretenden Wasserverlust der Transpiration durch Spaltöffnungen geregelt minimieren.
   2. Sprossachse als Stützsystem der Blätter und Transportsystem:
   Die Sprossachse fungiert zunächst als statische Voraussetzung der flächigen Blattausbreitung. Durch die räumliche Trennung der "Fotosynthesefaktoren" Licht und CO₂ im Luftraum und des Wassers inkl. gelöster Nährsalzionen im Bodenraum als Bodenwasser braucht es zusätzlich ein effizientes Transportsystem Boden --> Blätter und für den Abtransport der Fotosyntheseprodukte zu den Speicherstätten Sprossachse und Wurzel ein Wasser-/Mineralsalz- und ein Assimilattransportsystem, das die Wurzeln mit den Blättern verbindet.
   3. Wurzel als Verankerung und Wasser-/Nährsalz-absorbierendes System:
   Die Wurzel schliesslich dient der Verankerung der Pflanze im Boden und insbesondere der Aufnahme von Wasser und von darin gelösten Salzen. Wasser und Salze werden ins Innere der Wurzel geleitet und von dort zur Sprossachse weitertransportiert.
   
   
2. Pflanzenzelle:
   Um den Erfordernissen des Landlebens zu genügen, muss eine Pflanzenzelle sich:
   - sich selbstständig, "vor Ort" ernähren können --> riesige innere Oberflächen zum Lichteinfang --> Membransysteme der Chloroplasten ---> Fotosynthese
   - Festigkeit und gleichzeitig Elastizität bieten --> starre Zellwand, Innendruck (Zentralsaftvakuole, Turgor)
   Die kleinste selbstständig lebensfähige Einheit ist der membranumhüllte Protoplast, d.h. der plasmatische Inhalt einer Zelle. Die Hauptmasse des Protoplasten macht das Cytoplasma aus. Es enthält den Zellkern, Mitochondrien und Plastiden bzw. deren Vorstufen, Dictyosomen (Golgi-Apparat), das ER (endoplasmatisches Retikulum), Ribosomen u.a. Zelleinschlüsse.
   
   Die Protoplasten sind nach aussen durch eine Biomembran (= Plasmalemma) begrenzt. Die Protoplasten benachbarter Zellen stehen untereinander durch "Poren" (= Plasmodesmen) in Verbindung.
   Zu den kleinsten Einschlüssen (= Microbodies) zählen die Glyoxisomen und Peroxisomen; sie sind von einer einfachen Membran umgeben. In den Glyoxisomen erfolgt der Abbau der Fette (z.B. im Keimling), während die Peroxisomen die Organellen der "Lichtatmung" (Photorespiration) sind. Daneben gibt es noch proteinumhüllte Vesikel im Dienste des intrazellulären Stoftransports.
   
   Das ebenfalls von einer einfachen Membran begrenzte endoplasmatische Reticulum (ER) ist sowohl Snytheseort als auch intrazeluläres Transportsystem. Im Gegensatz zum glatten ER sind die Membranen des rauhen ER auf der Aussenseite mit Polysomen (Ribosmomenketten) besetzt. Dictyosomen (Gesamtheit: Golgi-Apparat) bestehen aus flachen, von einfachen Membranen begrenzten Zisternen, die paketartig übereinander geschichtet sind. Bei der Pflanze synthetisieren sie vor allem Zellwand-Polysaccharide (Ausnahme: Cellulose). Das synthetisierte Material wird in Golgi-Vesikel verpackt zur Peripherie der Zelle durch das Plasmalemma hindurch geschleust und als Zellwandmaterial eingebaut.
   Die Ribosomen kommen in grösseren Einheiten im Cytoplasma vor und als etwas kleinere Einheiten in den Plastiden und Mitochondrien. Sie sind die Orte der Proteinsynthese.
   Die Mitochondrien sind von zwei Membranen begrenztre Organellen, die von Zelle zu Zelle weitervererbt werden (mit eigener DNA!). Die inneren Membranen sind zu Falten oder Röhren eingestülpt. Die Mitochondrien enthalten die Enzyme des Citronensäurezyklus, der Atmungskette, der oxidativen Phosphorylierung (ATP-Synthese; siehe hier !!) und des Fettsäureabbaus. Ausserdem regulieren sie die Ionenzusammenstzung des Cytoplasmas. Sie können durch Teilung auseinander hervorgtehen oder aus Vorstufen entstehen. Sie enthalten eigene DNA und Ribosomern und sind zu einer begrenzten eigenständigen Proteinsynthese befähigt.
   
   Die Plastiden sind den Pflanzen eigene Organellen, die von einer aus zwei Biomembranen bestehenden Plastidenhülle begrenzt sind. Die farblosen Leukoplasten speichern vor allem Reservestoffe (Bsp. Stärke). Die Chromoplasten, die für die Färbung zahlreicher Blüten und Früchte verantwortlich sind, enthalten grosse Mengen an Carotinoiden (gelbe und orange Pigmente). Die wichtigsten Plastiden sind die grünen Chloroplasten, in denen sich die Fotosynthese abspielt. Durch Einstülpung der inneren Membran entstehen Thylakoide, auf denen die Chlorophylle und Carotinoide sowie die Bestandteile der Elektronentransportkette und der Fotophosphorylierung (siehe Fotosynthese) lokalisiert sind. Auch die Chloroplasten besitzen eine Kontinuität wie die Mitochondrien und gehen entweder durch Teilung auseinander hervor oder aus Vorstufen (Prochloroplasten). Sie besitzen ebenfalls DNA und Ribosomen und sind zu einer begrenzten Proteinsynthese befähigt.
   
   Der Zellkern ist durch die aus zwei Biomembranen bestehende Kernhülle begrenzt. Diese ist als Teil des ER anzusehen, mit dem ihr Innenraum in Verbindung steht. Die Kernhülle ist von Kernporen durchbrochen, die mit einem Porenapparat ausgestattet sind und Transportfunktionen hzaben. Der Kern ist von eigenem Plasma, dem Kernplasma (Karyoplasma) erfüllt. Ausserdem enthält er das Chromatin (= dekondensierte, feinfädige Chromosomen) und die Kernkörperchen (Nucleoli), welche in Ein- oder Mehrzahl vorhanden die Bildungsstätten der Ribosomenvorstufen sind.
   Die Pflanzenzelle ist von einer dicken, derben Zellwand umgeben, die in der Mehrzahl der Fälle aus Cellulose besteht. Eng anliegend ist eine Biomembran (= Plasmalemma, bzw. Plasmamembran) zu finden, während eine zweite Biomembran, der sog. Tonoplast die grosse Zellsaftvakuole (oder einfach Vakuole) umhüllt. Die Vakuole speichert Substanzen, baut Makromoleküle ab (dafür haben tierische Zellen die sog. Lysosomen, die bei Pflanzen fehlen!) und spielt durch ihren Innendruck (Turgor) eine wichtige Rolle für das Wachstum und die Aussteifung der Pflanze.
   
   
3. Pflanzenzelle vs. Tierzelle:
   Pflanzenzellen besitzen gemeinsam wie tierische Zellen neben der Plasmamembran, Zellkern, Ribosomen, ER, Golgi-Apparat, Mitochondrien, Peroxisomen und fadigen Strukturen (Mikrofilamente, Mikrotubuli) noch zusätzlich eine Zellwand mit Zellwandkanälen (Plasmodesmen), Chloroplasten und weitere Plastiden (Leukoplasten, Chromoplasten), Glyoxisomen und besonders auffällige Zellsaftvakuole mit dem Tonoplasten. Es fehlen ihr die typisch tierischen Organellen wie Lysosomen und die fädigen Intermediärfilamente sowie die Centriolen (die bei der tierischen Zellteilung an der Bildung des Spindelapparates während der Zellteilung beteiligt sind).
   
   
4. Gewebesysteme der Pflanzen:
   Charakteristisch für alle höheren Pflanzen sind die 1. Bildungs- und die 2. Dauergewebe, wobei letztere sich in drei Hauptgewebesysteme einteilen lassen:
   1. das Grundgewebesystem, 2. das Haut- oder Abschlussgewebesystem und 3. das Leitgewebesystem. Diese drei Gewebesysteme treten in allen Pflanzenorganen auf und erstrecken sich kontinuierlich von Organ zu Organ, was beweist, dass der Pflanzenkörper im Grunde genommen ein einheitliches Gebilde ist. Viele Lehrbücher unterteilen zusätzlich die Grundgewebe in das eigentliche Grundgewebssystem Parenchym und das Festigungsgewebe mit Sklerenchym und Kollenchym, das Abschlussgewebe in die primäre und sekundären Abschlussgewebe, Drüsenzellen und -gewebe sowie Absorptionsgewebe. Bezüglich der Funktionen können insgesamt 8 differenzierte Gewebegruppen unterschieden werden:
   1. Bildungsgewebe ([Meristeme] z.B. Kambium)
   2. Dauergewebe:
   2.1 Grundgewebe ([Parenchym], als Assimilations-, Speicher- und Leitparenchym funktionell unterscheidbar)
   2.2.1 Abschlussgewebe (als epidermales Abschlussgewebe, Absorptions- und Ausscheidungsgewebe)
   2.2.2 Festigungsgewebe (totes Sklerenchym, lebendes Kollenchym)
   2.2.3 Absorptionsgewebe
   2.2.4 Sekretionsgewebe
   2.2.5 reproduktive Gewebe
   2.3 Leitgewebe ([Xylem]: Gefässe für Wasser, gelöste Salze, [Phloem]: Siebröhren für Assimilate)
   
   
5. Blatt:
   Das Zwischenblattgewebe [Mesophyll] ist beiderseits von einer dickwandigen, chloroplastenfreien und häufig mit wachsartigen Überzug [Cuticula] bedeckten Epidermis abgeschlossen. Meist kann man Palisadenparenchym und Schwammparenchym unterscheiden. Ersteres setzt sich aus länglichen, pfahlförmigen, dickt gepackten chloplastenreichen Zellen zusammern: es stellt das eigentliche Fotosynthesegewebe dar! Das Schwammparenchym ist von grossen Hohlräumen [Interzellularen] durchzogen und stellt den Gas- und Wasseraustausch sicher (CO₂-Aufnahme zur Fotosynthese, O₂-Abgabe aus Fotosynthese und O₂-Aufnahme zur Atmung, H₂O-Verlust aus Transpiration).
   Die Leitbündel treten als Blattspur (Blattnerven, Blattadern) durch den Blattstiel in das Blatt ein. Sie bilden entweder ein reich verzweigtes Netz, dessen feine Verästelungen schliesslich blind enden oder durchziehen das Blatt mehr oder weniger parallel in Längsrichtung.
   Die Spaltöffnungen bestehen aus zwei Schliesszellen. Sind diese von Nebenzellen umgeben, spricht man von einem Spaltöffnungsapparat. Beim Haupttyp sind die Schliesszellen bohnenförmig. Zwischen ihnen befindet sich der Zentralspalt. Die Aussen- und Innenwände sind zur Bauchwand des Spaltes hin zunehmend verdickt; nur die Rückenwand bleibt unverdickt.
   Funktionen der Blätter
   - Fotosynthese: Bereitstellung rosser Blattflächen zur Absorption von Sonnenlicht, Aufnahme grosser Luftmengen zur CO₂-Absorption, Fotosynthese in den Chloroplasten zur Produktion von Baustoffen und Energieträgern.
   -Transpiration: Abgabe von Wasserdampf zur Aufrechterhaltung des Transpirationsstromes und damit des Wasser- und Mineralstofftransportes
   - Thermoregulation: Kontrollierte Abgabe von Wasser zur Verminderung der Überhitzung des Blattes (Verdunstungskälte) bei hoher Sonnenlichteinstrahlung beziehungsweise hoher Umgebungstemperatur
   - Fotoregulation: Fotorezeptor-Systeme (Phytochrom) kontrolliert sowohl die Synthese als auch die Verteilung der Phytohormone..
   Aufgabenteilung im Blattgewebe:
   - Obere Epidermis: Verdunstungsschutz (Wachs, Cutis), mechanische Festigkeit, UV-Filter
   - Palisadenparenchym: Lichtabsorption, Fotosynthese (Lichtreaktionen --> ATP, NADPH₂), Dunkelreaktionen --> Glukose, Stärke).
   - Schwammparenchym: Gastransporte (CO₂, O₂), Fotosynthese, Wasserleitung/Transpiration.
   - Gefässbündel: Zufuhr von Wasser und Mineralstoffen, Abtransport Fotosyntheseprodukte, Hormontransport, Aussteifung Blattspreite)
   - Untere Epidermis mit Spaltöffnungen: CO₂, O₂-Gasaustausch mit der Umgebung, Transpiration(sregelung), Verdunstungsschutz, mechanische Festigung, UV-Filter
   
   Blattumbildungen [Blattmetamorphosen]: Zu den Blattmetamorphosen zählen Speicherblätter (Zwiebeln), Blattdornen (Dornblätter, Bsp. Disteln) und Blattranken (vgl. auch Übersicht hier !!)
   
   
6. Sprossachse:
   An der Spitze einer sog. Endknospe (syn. Terminalknospe) befindet sich das Apikalmeristem eines Sprosses, auch als Sprossvegetationspunkt bezeichnet. Durch die modulare Konstruktion des Sprosses (Blatt mit Achselknospe im Knoten) - Sprossachsenabschnitt (= Internodium) - Blatt - etc.) wächst die Sprossachse mit den Blättern (= Spross) durch Internodienstreckung mittels Zellteilung und anschliessender Zellstreckung. In der Sprossachse verläuft das Leitgewebe in mehreren Strängen, den sog. Leitbündeln durch das Grundgewebe (innen = Mark [Markparenchym], Grundgewebestrahlen [Markstrahlen] zwischen den Leitbündeln, aussen die primäre Rinde [Rindenparenchym]). Das wasserleitende Xylem liegt jeweils innen zum Mark, das assimilatleitende Phloem verläuft entlang der Rinde. In den Sprossachsen der einkeimblättrigen Pflanzen [Monokotyledonen] liegen die Leitbündel im Querschnitt verstreut, bei den Zweikeimblättrigen [Dikotyledonen] ringförmig. Eine Epidermis schliesst die Sprossachse nach aussen ab.
   
   Aufgaben der Sprossachse:
   - Stoffleitung zwischen Wurzeln und Blättern (Wasser, gelöste Mineralsalze (= Ionen), Pflanzenhormone)
   - Stabilität und Biegeelastizität (z.B. durch Hohlzylinderstruktur: Festigungselemente aussen)
   - Speicherung (Fotosyntheseprodukte, andere Syntheseprodukte)
   
   Sprossachsenumbildungen: mm
   
   
7. Wurzel:
   Die Wurzelspitze (= Wurzelscheitel) ist von einer Wurzelhaube [Kalyptra] umhüllt, deren Zellen verschleimen und so die teilungsfähigen Wurzelspitzenzellen vor mechanischer Beschädigung durch Bodenpartikel schützen. An diese teilungsfähige Zone schliesst sich die Zellstreckungszone an, die in die Differenzierungs- oder Wurzelhaarzone übergeht.
   Die Wurzelhaare entstehen aus den Epidermiszellen der Wurzel (= Rhizodermiszellen). Durch sie wird die zur Wasser- und Ionenaufnahme zur Verfügung stehende Oberfläche vervielfacht (Bsp. ). Ihre Lebensdauer ist meist auf wenige Tage begrenzt.
   Aufgaben der Wurzel:
   - Mechanische Verankerung der Pflanze im Boden: Zugkräfte werden durch die in einem zentralen Strang zusammengefassten Leit- und Festigungsgewebe (vorwiegend Sklerenchymfasern) aufgefangen.
   - Aufnahme von Bodenwasser mit darin gelösten mineralischen Nährstoffen in ionischer Form (z.B. Ca²⁺, K⁺, Nitrat NO₃^-, Phosphat PO₄^3-)
   - Transport von Wasser und Ionen in Richtung Sprossspitze
   - Transport und Speicherung von Fotosynthese- und anderen Produkten des Primär- und Sekundärstoffwechsels
   - Synthese besonderer Wirkstoffe (z.B. Pflanzenhormone, allelopathisch wirksame Substanzen)
   - Speicherorgane
   
   Wurzelumbildungen:
   
   
8. Holzkörper durch sekundäres Dickenwachstum:
   Primäres Wachstum ist vor allem Längenwachstum und führt zum primären Pflanzenkörper krautiger Pflanzen (die typische "Standardblütenpflanze") und junger Holzpflanzen. Sekundäres Wachstum bei verholzenden Pflanzen ist vor allem ein Dickenwachstum. Das Leitgewebekambium und das Korkkambium bilden den sekundären verholzten Pflanzenkörper. Das meristematische Leitgewebekambium als ununterbrochener Zylinder bildet Holz (= sekundäres Xylem) nach innen und Bast (= sekundäres Phloem) nach aussen. Holz ist also sekundäres Xylem, das sich über die Jahre angesammelt hat. Das Korkkambium ist ein Zylinder in der äusseren Rinde der Sprossachse und produziert nach aussen wachsartige Korkzellen, der zusammen mit dem Bast die Borke bildet. Das Korkkambium ist ein meristematischer Zylinder in der äusseren Rinde der Sprossachse. Es bildet nach aussen wachsartige Korkzellen und nach innen ein Parenchym (= Phelloderm; Korkkambium + Phelloderm + Kork = Periderm). Es ersetzt die nach aussen schützende Epidermis, die sich während des Dickenwachstums ablöst. Aus dem sekundären Phloem geht nach Abstossen der ursprünglichen Rinde neues Korkkambium hervor; die Borke besteht aus Phloem plus Periderm.
   
   
   Zusammenfassende Tab. und Abb.:
   Grundtyp pflanzliche Zelle...Pflanzen- vs. Tierzelle...Pflanzengrundtypus (Kormus]
   .Gewebesysteme....Übersicht Zelltypen....Blatt....Spaltöffnungsapparat
   Blattumwandlungen....Sprossmodulkonstruktion....Sprossachse...Leitbündel...Holz
   Baumstamm...Wurzel...Zusammenfassung

Facts (oder: nochmals Kurzfragen zur Repetition)
4.1. Pflanzenzelle: W?
4.2. Pflanzenzelle: Worin unterscheidet sich eine pflanzliche von einer tierischen Zelle?
4.3. Gewebesysteme: Welche Hauptgewebesysteme gibt es?
4.4. Grundgewebesystem: Wie kann man das Grundgewebesystem funktionell weiter unterteilen?
4.5. "Pflanzenskelett": Wie schafft es die Pflanze, ohnen Innenskelett auszukommen?
4.6. Pflanzenblatt: Welche Funktionen erfüllen die verschiedenen Gewebe eines Pflanzenblattes?
4.7. Sprossachse: Wie ist der typische Aufbau eines Leitbündels innerhalb der Sprossachse a) bei einer zweikeimblättrigen Pflanze, b) bei einer einkeimblättrigen Pflanze?
4.8. Wurzel: Wie ist eine typische Wurzel von aussen nach innen aufgebaut und welche Funktionen übernehmen die verschiedenen Gewebsschichten?
4.9. Transport: Welche Zelltypen sind am Transport von Wasser und darin gelösten Stoffen beteiligt?
4.10. Kambium: Definition und Aufgaben des Kambiums.
4.11. Blattfunktionen: Welche beiden Hauptfunktionen übt die Transpiration bei einem Blatt aus?
4.12. Casparischer Streifen: Worin liegt die Bedeutung des Casparischen Streifens?

1. Begriffsklärungen:
   Unter Fortpflanzung wird die Erzeugung von Tochterorganismen zur Erhaltung (und Anpassung) der Art, unter Vermehrung eine Vervielfachung der Anzahl verstanden. Allerdings ist in der Natur in der Mehrzahl der Fälle die Fortpflanzung auch mit einer Vermehrung verbunden. Bei allen sich sexuell fortpflanzenden Organismen werden Gene von zwei verschiedengeschlechtlichen Eltern rekombiniert, wobei eine genetisch abweichende Nachmommenschaft entsteht.
   Von einer ungeschlechtlichen (vegetativen) Fortpflanzung spricht man dann, wenn die Fortpflanzungseinheiten ausschliesslich das Ergebnis mitotischer Teilungen sind und dadurch die Nachkommenschaft genetisch identisch ist. Im einfachsten Falle besteht sie in einer Teilung des Vegetationskörpers, dessen Teilstücke getrennt weiterwachsen. Beispiele dazu sind: 1. Sprossstecklinge, Kopfstecklinge, 2. Blattstecklinge, Teilblattstecklinge, 3. Grundständige Stecklinge, 4. Rosettenstecklinge, 5. Steckhölzer, 6. Veredelung, 7. Gewebe- und Meristemkultur,. Weitere Beispiele: 8. Vegetative Fortpflanzungseinheiten sind Brutknospen, Brutkörper, Knollen, Zwiebeln
   
   
2. Mitose als Grundlage der vegetativen Vermehrung:
   Vor Eintritt in die Kern- und Zellteilung (Mitose) wird die DNA-Doppelhelix eines jeden der jeweils doppelt vorhandenen Chromosomen vermehrt (repliziert). Jedes Chromosom besteht dann aus zwei Chromatiden (= 2-Chromatid-Chromosom, syn. Schwesterchromatiden). Zu Beginn der Mitose wird es aus der langgestreckten Funktionsform in die kompakte Transportform überführt. Es bildet sich ein Spindelapparat aus, der die Chromosomen im Zelläquator anordnet. Hierauf erfolgt die Trennung der 2-Chromatid-Chromosomen in 1-Chromatid-Chromosomen, die nun als Tochterchromosomen zu den beiden Polen der Zelle transportiert werden, so dass jede Tochterzelle exakt die gleiche genetische Information erhält. Gegen Ende der Mitose erfolgt die Neubildung der Kerne und schliesslich die Teilung der Zelle durch eine neue Zellwand.
   Zellzyklusschema: INTERPHASE (2n 1-Chromatid-Chromosom --> DNA-Replikation --> 2n 2-Chromatid-Chromosomen) --> MITOSE (2 Tochterzellen mit je 2n 1-Chromatid-Chromosomen) --> ZYTOKINESE (Zellwandbildung und Plasmawachstum)
   
   
3. Meiose als Grundlage der geschlechtlichen Fortpflanzung:
   In der Meiose wird der doppelte (= 2n, diploide) Chromosomensatz zum haploiden (= 1n) Satz reduziert. Die Meiose setzt sich aus 2 Zellteilungen zusammen.
   In der Meiose I paaren sich die homologen Chromosomen zu einer Chromatidentetrade (die beiden homologen 2-Chromatid-Chromosomen, also ingesamt 4 Chromatide) und es kommt durch Crossing-over zwischen homologen Segmenten von Nichtschwesterchromatiden zu einem Austausch von genetischem Material. Die Crossing-over-Ereignisse sind im Lichtmikroskop als Chiasmata (Überkreuzung) sichtbar. Anschliessend werden die rekombinanten gepaarten homologen Chromosomen getrennt (nicht die beiden Schwesterchromatiden!) und zu den Zellpolen hin verteilt. Dies reduziert den doppelten 2n-Chromosomensatz auf einen einfachen, aber vollständigen 1n-Chromosomensatz. In der Meiose II werden analog zur Mitose die Schwesterchromatiden getrennt und es entstehen vier Tochterzellen.
   
   
4. Blütenbau:
   Warum investieren Pflanzen Energie und Stoffressourcen in solch aufwendige, variationenreiche und ästhetische Strukturen, wie es die Blüten darstellen? Die ganze Vielfalt an Blüten, grosse oder kleine, farbige oder weisse, auffällige oder unscheinbare, geruchlose oder duftende dienen alle nur dem einen Ziel: Der geschlechtlichen Fortpflanzung und damit dem Fortbestehen der Art sowie ihrer Verbreitung.
   
   Bauplan der Blüten: An der Blütenachse (syn. Blütenstiel, gewölbt: Blütenboden = Sprossachsenabschnitt, an denen die Blütenorgane sitzen) befinden sich
   - Kelchblätter (Schutz der Blüte in der Knospe)
   - Blütenblätter (syn. Kronblätter, alle zusammen = Blütenkrone, Anlockung der Insekten, Landemöglichkeit, Gewährleistung eines engen Kontaktes zwischen Insekten und Blütenstaub)
   - Staubblätter: umgewandelte Blätter zur Bildung von Pollenkörnern (= Blütenstaub), aus Staubfaden, Staubbeutel (aus je zwei Staubbeutelhälften [Theken] mit je zwei Pollensäcken mit den Pollenkörnern ()
   - die Fruchtblätter umfassen den Stempel, bestehend aus Narbe, Griffel und Fruchtknoten (die grünen, chloroplastenhaltigen Fruchtblätter sind nicht flach wie die ihnen nahestehenden Laubblätter, sondern schlauchförmig zu einem die Samenanlagen umschliessenden Gehäuse, die Fruchtknoten, umgestaltet, der bei den Bedeckt-Samern (Name!) die Samenanlagen umschliesst.
   
   
5. Eizellbildung und Pollenkornbildung:
   Bildung der Eizelle: in Samenanlage aus Embryosack, umschlossen vom Nucellus und von Integumenten: 2n-Embryosack-Mutterzelle) —Meiose--> 4 primäre 1n-Embryosackzellen —> 3 degenerieren, 4. wächst zu Riesenzelle heran: Embryosack mit primärem Embryosackkern —> 3 Mitosen (nur Kernteilung) —> 8 haploide Kerne, je 4 an jedem Pol: 2 Polkerne verschmelzen zum diploiden sekundären Embryosackkern in zentraler Embryosackzelle, 3 bilden Eiapparat aus 2 Hilfszellen (Gehilfinnenzellen, Synergiden: helfen bei Aufnahme der Spermazellen durch Lockstoffabgabe) und zentraler befruchtungsfähiger Eizelle (Nähe Mikropyle), 3 bilden Antipodenzellen (Gegenfüssler, Nährstoffversorgung des heranwachsenden Embryosackes).
   Bildung Pollenkörner mit Spermazellen:
   In Pollensäcken der Staubblätter: viele 2n-Pollenmutterzellen (Mikrosporenmutterzellen, Zellen der Pollensäcke der jungen Staubblätter) —> Meiose: je 4 1n-Mikrosporen (unreife einzellige Pollenkörner, männlicher Mikrogametophyt) —> innerhalb Pollenkorn mitotische Teilung in 1 vegetative Zelle (Pollenschlauchzelle, = reifer Mikrogametophyt beim Pollenschlauchwachstum) und 1 generative Zelle —> nach Bestäubung Reifung der generativen Zelle unter mitotischer Teilung zu 2 1n-generativen Zellen (eigentliche Samenzellen: Spermazellen, mit Spermakern).
   
   
6. Bestäubung und Befruchtung:
   Betrachtet man die sexuelle Fortpflanzung bei Tieren und Pflanzen auf dem Hintergrund der verschiedenartigen Lebensweise, wird unmittelbar verständlich, weshalb die auf ihren Standorten fixierten Pflanzen im Lauf der Evolution besondere Lösungen für die Zusammenführung von männlichen und weiblichen Geschlechtszellen entwickelt haben. Bei den Blütenpflanzen sind die männlichen Geschlechtszellen unbeweglich und die Befruchtung setzt voraus, dass für die Übertragung Tiere, v.a. Insekten, eingespannt werden. Eine andere Strategie verfolgen jene Pflanzen, welche die Bestäubung mit Hilfe des Windes erreichen.Das Übertragen von Pollen auf die Narbe hat nur indirekt mit “Befruchtung” (= Verschmelzung zweier Gameten zur Zygote) zu tun. Es ist auch keine eigentliche “Begattung” (= Übertragen männlicher Gameten in den Bereich der weiblichen).
   Die Befruchtung der Eizellen setzt die Übertragung von Pollenkörnern auf die Narben der Fruchtblätter, die Bestäubung voraus.
   
   Zur Verhinderung der unerwünschten Selbstbestäubung gibt es morphologische und molekulare Strategien, z.B. Zweihäusigkeit, gestaffelter Reifezeitpunkt von Staub- und Fruchtblättern, Trennung von Staubbeuteln und Narben innerhalb einer Zwitterblüte, Verschiedengriffligkeit und Selbstunfruchtbarkeit (Selbstinkompatibilität). Im Pollenschlauch sowie im Narben- oder Griffelgewebe werden Proteine (Inkompatibilitätsfaktoren) gebildet, welche das Wachstum des Pollenschlauches hemmen, wenn sie in beiden Geweben vom gleichen Allel codiert werden.
   
   Die erste Spermazelle vollzieht im weiblichen Embryosack die Vereinigung mit der Eizelle; die beiden Kerne verschmelzen zum diploiden Zygotenkern (= Befruchtung). Die zweite Spermazelle dringt zum sekundären diploiden Embryosackkern (2 verschmolzene Polkerne) im Zentrum des Embryosackes vor; diese Kerne vereinigen sich zu einem triploiden Endospermkern. Erst nach dieser doppelten Befruchtung entwickelt sich aus der Zygote der Embryo und das ressourcenintensive Nährgewebe, das Endosperm, das später bei der Keimung den Embryo ernähren wird.
   
   
   Zusammenfassende Tab. und Abb.: siehe hier
   Mitose...MMeiose...Blütenbau...Pollen/Embryosackbildung
   Doppelte Befruchtung
   

Facts (oder: nochmals Kurzfragen zur Repetition)
5.1. Asexuelle vs. sexuelle Fortpflanzung: Zählen Sie je zwei Hauptvorteile und 1 Nachteil der beiden Fortpflanzungsarten dar!
5.2. Chromosomensatz: Was ist der Unterschied zwischen haploid und diploid?
5.3. Meiose: Was ist der Zweck der Meiose?
5.4. Homologe Chromosomen: Wie würden Sie einem Freund, der nicht Biologe ist, erklären, was homologe Chromosomen sind?
5.5. Meiose I: Warum wird die erste Reifeteilung auch als Reduktionsteilung bezeichnet?
5.6. Lebenszyklus: Skizzieren Sie den Lebenszyklus einer Pflanze. Wo tritt dabei die Mitose und wo die Meiose auf?
5.7. Blüte: Skizzieren Sie den Bau einer Blüte!
5.8. Selbstbestäubung: Welche Mechanismen verhindern eine Selbstbestäubung?
5.9. Windbestäubung: Warum produzieren Windbestäuber deutlich mehr Pollenkörner als Tierbestäuber
5.10. Doppelte Befruchtung: Was versteht man unter einer "doppelten Befruchtung"?
5.11. Nektar: Wie könnte man den Zuckergehalt pflanzlichen Nektars einfach nachweisen?
5.12. Heuschnupfen: Was hat der gefürchtete Heuschnupfen mit der pflanzlichen Fortpflanzung zu tun?

1. Überblick 1: Funktion Fotosynthese:
   Pflanzen, Algen und Fotosynthese betreibende Bakterien sind photo-autotroph, d.h. sie gewinnen ihre gesamte Eenergie durch den Prozess der Fotosynthese und nicht durch Aufnahme energiereicher Nahrungsmoleküle wie z.B. Zuckerarten. Die meisten Organismen, darunter alle Tiere und Menschen, die keine Fotosynthese betreiben, sind heterotroph, d.h. sie hängen vollkommen von anderen Organismen ab, wenn es um die Ernährung und damit um Energie- und Bausteinbereitstellung handelt. Die Fotosynthese läuft in den Chloroplasten ab und stellt sowohl die Bausteine des Lebens und die Energieträger bereit und erhält das Leben, indem sie zusätzlich auch noch den O₂ liefert.
   Gesamtreaktion: 6 CO₂ + 12 H₂O + Licht --> C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ + 6 H₂O
   
   
2. Überblick 2: CO₂-Assimilation:
   Die Lichtreaktionen entnehmen dem Wasser Elektronen und benutzen das durch Chlorophyll absorbierte Sonnenlicht dazu, sie mit Energie auszustatten. Diese energetisierten Elektronen werden benutzt, um ATP zu bilden; weitere energiereiche Elektronen werden als reaktionsfreudiger Wasserstoff in NADPH-Form bereitgestellt.
   Chlorophyll und andere Licht absorbierende Pigmente ("Herbstfarben"!) befinden sich in den Membransystemen (= Thylakoide) der Chloroplasten. Der Calvin-Zyklus im Stroma der Chlorplasten benutzt ATP und NADPH aus den Lichtreaktionen sowie CO₂, um Zucker (Triosephosphate) zu bilden.
   
   
3. Überblick 3: Fotosynthese und Atmung:
   Bei der Fotosynthese werden Elektronen aus H₂O mithilfe von Sonnenenergie entzogen. Die energiereichen Elektronen helfen dabei, CO₂ in Zucker umzuwandeln. Bei der Atmung wird der in den Zuckern enthaltene Kohlenstoff freigesetzt. Währenddessen wird die im Zucker gespeicherte Energie in ATP umgewandelt, und die Elektronen werden auf O₂ übertragen, wodurch schliesslich wieder H₂O entsteht.
   
   
4. Umwandlung Lichtenergie --> chemische Energie ATP und NADPH: Lichtreaktionen:
   Die Rolle des Chlorophylls
   In den Thylakoidmembranen der Chloroplasten befinden sich Chlorophyll und andere Licht absorbierende Pigmente. Chlorophyll absorbiert blaues und rotes Licht, während es grünes Licht reflektiert.
   
   Photosysteme
   Die Sonnenenergie regt Elektronen im Chlorophyll in Licht erntenden Einheiten an, die als Fotosystem I und Fotosystem II bezeichnet werden. Diese Fotosysteme kommen mehrfach in den Thylakoidmembranen vor. Die Lichtreaktionen nutzen etwa ein Drittel der durch das Chlorophyll absorbierten Sonnenenergie.
   
   Lichtreaktionen
   Bei den Lichtreaktionen führt der Elektronenfluss zunächst vom Wasser zu einem Chlorophyll a-Molekül im Photosystem II, wo das Elektron angeregt und auf einen Akzeptor übertragen wird. Das Elektron verliert allmählich an Energie, wobei ein Protonengradient aufgebaut wird, der zur Bildung von ATP verwendet wird. Das Elektron wird zum Chlorophyll im Fotosystem I weitergeleitet, wo das Elektron wieder durch Licht angeregt wird und schliesslich zur Bildung von NADPH benutzt wird.
   
   ATP-Synthese
   Zwischen dem Fotosystem II und dem Fotosystem I gibt es eine Elektronentransportkette, durch deren Hilfe Sonnenenergie dazu benutzt wird, H⁺-Ionen durch die Thylakoidmembran zu pumpen. Die H⁺-Ionen setzen Energie frei, wenn sie durch die Membran durch das Enzym ATP-Synthase zurückfliessen. Dieser Prozess wird als Chemieosmose bezeichnet. Die ATP-Synthase benutzt die Energie aus der Chemiosmose, um durch Phosphorylierung (Phosphat-Anlagerung an ADP: ADP + Pi ) ATP zu bilden.
   
   
5. Die Umwandlung von CO₂ in Zucker: Der Calvin-Zyklus ("Dunkelrekationen"):
   Calvin-Zyklus:
   Der Calvin-Zyklus, der im Stroma der Chloroplasten abläuft, benutzt CO₂ aus der Luft und ATP sowie NADPH aus den Lichtreaktionen zur Bildung von Zucker. In 3 Phasen wird der Kohlenstoff des energiearmen CO₂ in energiereiche Kohlenhydrate C₆H₁₂O überführt: 1. CO₂-Reduktion mittels eines CO₂-Fängers und ATP, 2. Reduktion durch NADPH und C3-Kohlenhydratproduktion, 3. Regeneration des CO₂-Fängers der Phase 1. Nach drei Durchläufen des Zyklus wird rein rechnersich ausreichend CO₂ addiert, um ein Triosephosphat-Molekül C3 zu bilden, was wiederum in andere Zuckerarten umgewandelt wird, z.B. C6-Zucker wie Glucose.
   
   
6. Bedeutung der Fotosynthese:
   siehe Bedeutung der Pflanzen: Kap. 2.
   
   
   Zusammenfassende Tab. und Abb.: siehe hier
   
   
   

Facts (oder: nochmals Kurzfragen zur Repetition)
6.1. Be: Was t er?
6.2. Zg: Wag?
6.3. W: Wam?
6.4. Ps: Wm?
6.5. Wze: Koken!!
6.6. Tz: Wen?
6.7. Mg: Dg?

1. Struktu:
   Währenblatt.
   
   
2. Keim:
   Samen)
   
   
3. Pflanzenanzucht:
   Der .
   
   
4. Kei:
   Als nase)
   
   
5. Kef:
   Ee).
   
   
6. Pm:
   Dasn.
   
   
7. Versg:
   nzy
   
   
   Zusammenfassende Tab. und Abb.:
   Innere Atmung: Übersicht...xxxx
   
   
   

Facts (oder: nochmals Kurzfragen zur Repetition)
7.1. Be: Was t er?
7.2. Zg: Wag?
7.3. W: Wam?
7.4. Ps: Wm?
7.5. Wze: Koken!!
7.6. Tz: Wen?
7.7. Mg: Dg?

1. Struktu:
   Währenblatt.
   
   
2. Keim:
   Samen)
   
   
3. Pflanzenanzucht:
   Der .
   
   
4. Kei:
   Als nase)
   
   
5. Kef:
   Ee).
   
   
6. Pm:
   Dasn.
   
   
7. Versg:
   nzy
   
   
   Zusammenfassende Tab. und Abb.:
   
   
   
   
   

Facts (oder: nochmals Kurzfragen zur Repetition)
8.1. Be: Wt er?
8.2. Zel: Wung?
8.3. W: Wa?
8.4. Phs: W?
8.5. Wae: Ken!!
8.6. T: Waren?
8.7. M: Dg?