Biologie Matura: Botanik

Falta página Wurzelhaarczone

Einsatz von Pflanzen

Essen(Wurzeln - Karotte, Stängel - Rhabarber, Blätter - Spinat, Früchte - Kirschen), Baumaterial und Rohstoffe (Holz), Gärten und Parks

Aufbau der Pflanze

Wurzel (Hauptwurzel mit Seitenwurzel oder viele gleichartige), Spross (Stängel oder Stamm)

Aufbau der Spross

Blüten, Staubblätter, Stempel, Keimblätter, Früchte, Laubblätter, Knospe.

Aufgaben der Spross

Trägt Blätter und Blüten, durch Knospen geschützt; befördert Wasser mit Mineralstoffen nach oben; verteilt Fotosyntheseprodukte.

Laubblätter bzw. alle grünen Pflanzenteile

Nahrung durch Fotosynthese

Blüten

Dienen sexuellen Fortpflanzung, haben Staubblätter und Stempel.

Staubblätter

(männliche Geschlechtsorgane) erzeugen Blütenstaub (Pollen)

Stempel

(weibliche Organe, 1+) mit Eizellen

´

Anordnung der Geschlechtsorganen

zwittrig, einhäusig, zweihäusig.

zwittrig

m und w in einer Blüte

einhäusig

getrennt auf derselben Pflanze

zweihäusig

in unterschiedlichen Pflanzen

Früchte

zur Verbreitung der Samen

Beispiele Früchte

Flugfrüchte - Löwenzahn, leichte Streufrüchte - Mohn, Schleuderfrüchte - Springkraut, Klettfrüchte - Klette, Schwimmfrüchte, fressbare Früchte - Apfelfrucht, Hagebutten (Rose)

Ernährung von Pflanzen

Autotrophe Ernährung durch Fotosynthese

Heterotrophes Keimling

betreibt keine Photosynthese - ernährt sich von den Nährstoffreserven im Samen

Keimstängel wachsen

aus den Samen heraus, dem Licht entgegenwachsend.

Aufbau eines Samens

Frucht- und Samenschale; Mehlkörper; Eiweißschicht; Keimling.

Gibberellinsäure

Im Mehlkörper und Eiweißschicht abgegeben, pflanzliches Hormon, das die Keimfähigkeit erhöht. Bewirkt, dass Eiweißschicht Enzyme produziert, die im Mehlkörper zu Glukose abgebaut werden.

Funktionen der Wurzel

Verankerung im Boden, Aufnahme von Wasser und Nährsalzen, Speicherung von Reservestoffen, Produktionsstätten wichtiger Pflanzenhormone (bsp. Zytokinine)

Aufbau der Wurzel

Wurzelhaube, Meristem, Streckzone, Wurzelhaarzone, Exodermis.

Wurzelhaube

Kappe von verschleimten Zellen, die empfindliche Meristem schützen. Wie können sie zwischen Steinen/Asphalt wachsen?

Meristem

dank des Meristems (Bildungsgewebe an der Spitze mit lebenslang-teilende Zellen) Wachstum - Entstehung neues Wurzelgewebe

Streckungszone

Zellen dehnen sich, schieben Wurzelspitze in den Boden

Blätter der Hydrophyten

stark gegliedert

Stomata der Hydrophyten

Oberseite der Blätter, sehr dünne Cuticula

Warum wird CO2 in Gewässern reguliert?

CO2 oft limitiert, denn von wenig Außenluft durchströmt, bis zu 20% mehr Wachstum

CO2-Begasung/Düngung

fördert schnellere Wachstum von Pflanzen

CO2-Gehalt Außenluft

320-360 vpm

Pflanzen entwickeln sich besser mit CO2-Gehalt

600-1600 vpm

2 Möglichkeiten CO2 Düngung

CO2 Kanonen oder Kohlendioxidanlagen.

CO2 Kanonen

CO2-Generatoren, brennen Erdgas oder Flüssiggas; günstig, aber ungenau, weil sie die Temperatur erhöhen können.

Kohlendioxidanlagen

leiten reines Gas/ technisches Kohlendioxid ein. Aus Gasflaschen mit Regulierventilen entsprechend der Gewächshaus gebaut

Nachteile der CO2 Regulierung

CO2 für Menschen sogar toxisch - Arbeitsschutz notwendig, Überwachung wichtig - CO2-Kanonen müssen begrenzt oder mit Lüftung kombiniert werden.

Priestley Experiment

erster Schritt zur Erforschung der Fotosynthese - entdeckte, dass Pflanzen O2 produzieren - 18. Jahrhundert

Joseph Priestley

englischer Universalgelehrter, beschäftigt mit Biologie, Elektrik, Sprachen, Gasen (beschrieb mehrere zum ersten Mal)

Experiment

Minze-Pflanze mit angezündete Kerze unter einen Glassturz; Kerze erlischt (O2 Verbraucht); Grüne Pflanze unter den Glassturz zur Kerze gestellt; Nach einigen Tagen kann die Kerze wieder angezündet werden (Pflanze regenerierte die Luft); Maus kann auch mit einer Pflanze unter dem Glassturz überleben.

Aufbau des Blattes

Kutikula, Epidermis, Palisadengewebe, Schwammgewebe, Chloroplasten, Interzellularräume, Stomata, Leitbündel (Xylem, Phloem), Atemhöhle.

Kutikula

dünne, wasserundurchlässige Wachsschicht, nicht bei alle, Schutz vor Licht und Verdunstung, auch Fraßschutz (bei Menschen und Tiere, aber andere Bestandteile).

Obere/Untere Epidermis

dünne Schicht mit Spaltöffnungen, Schutz, ein Wenig Wasser kann dadurch diffundieren.

Dickste Schichten des Blattes

Palisadengewebe, Schwammgewebe

Palisadengewebe

aus Palisadenzellen - die meisten Chloroplasten, Großteil der Fotosynthese, Licht von Sonne

Schwammgewebe

erlaubt Austausch von Stoffen, Chloroplasten, Fotosynthese, schnellen Gasaustausch (Interzellularraum), mit Stomata

Chloroplasten (grüne Punkte) - im Palisaden und Schwammgewebe - dort findet Photosynthese statt

Interzellularräume

für Gasaustausch und Transpiration wichtig, freier Raum, wo ein kleiner Spalt ist

Aufbau von Spaltöffnungsapparat

sind Poren in der Epidermis aus 2 Schließzellen (die sich öffnen und schließen können) und andere Nebenzelle, Stoma, Wasserverlust vermeiden

Funktionen der Stomata

Gasaustausch und Transpiration, annehmen von benötigtes CO2 für Fotosynthese.

Stomata geöffnet

gelangt Kohlenstoffdioxid für Fotosynthese, Wasser und Sauerstoff werden verloren.

Bewegungen der Schließzellen

beruhen auf Änderungen des Turgors (Zelldruck-in Vakuole)

Änderung der Turgor

Ionen (v.a. Kalium) in Schließzellen gepumpt - Turgor lässt nach - Wassermoleküle strömen, um Ionen-Konzentration auszugleichen - Schließzellen dehnen/öffnen sich.

Leitbündel

transportieren Wasser (unten nach oben), Nährsalze und Nährstoffe (Zucker), (oben nach unten, vom Blatt bis zu Wurzel) - mit Xylem und Phloem

Xylem

innen Leitbündel - sorgt dafür, dass Wasser von Boden nach oben fließt, Holzteile, etwas geleitet, stabil um das Wasser nach oben zu schicken

Phloem

außen verteilt Nährstoffe (Saccharose), Sauerstoff von Oben nach unten gebracht - langsamer als Xylen, Bastteil

Kambium

Meristem, die Xylem und Phloem trennt, ihre Zellen ermöglichen Dickenwachstum.

VAKUOLE

MIT WASSER GEFÜLLT, dann wird Wasser aus den Blättern ausgegeben, im Intrazellulärraum gespeichert?

SPEICHERN VON KOHLENHYDRATE

in Chloroplasten als Stärke, in Saccharose als Wasser in Organen verteilt

Kohlenhydrate werden von… benötigt

Knospen und junge Blätter - im Frühjahr, Blüten, Früchte, Überdauerungsorgane - Herbst

Co2 Aufnahme

aus der Außenluft, durch die Stomata diffundiert, funktioniert dank Konzentrationsunterschied innerhalb und außerhalb des Blattes, wichtiger Molekül - RuBisCo - Pflanze muss effizient sein, denn es relativ weniger Co2 als O2 in der Luft gibt - Konzentration in den Zwischenzellräumen nur halb so hoch wie Außenluft, geringer in Chloroplasten (dort in Kohlenhydrate umgewandelt)

Luft besteht aus

21% CO2, Großteils aus Stickstoff

Fotosynthese

von Jan Ingenhousz entdeckt, Vorgang der Produktion von Glukose aus Sonnenlicht, Wasser und CO2, in Chloroplasten, die Chlorophyll enthalten.

Chlorophyll

fängt Sonnenlicht ein und stellt Sonnenenergie zur Verfügung, grüne Farbstoff weil absorbiert v.a. blauen und roten Anteile des sichtbaren Lichts - anderes reflektiert (grün)

Zwei Schritten der Photosynthese

Lichtreaktion und Calvin-Zyklus

Formel der Photosynthese

6C02+12H20+ Lichtenergie --\> C6H1206+602+6H20

Kohlenstoffdioxid + Wasser + Lichtenergie → (Chlorophyll) → Glucose + Sauerstoff + Wasser

Lichtreakion

auch Fotolyse, H2O zu O2 gespalten, in den Thylakoid

Ablauf der Lichtreaktion

Chlorophyll und Elektronen beider Photosysteme vom Licht angeregt - Elektronen der Photosystem I an Photosystem II weitergegeben durch die Transportkette „bergab”. - Durch den Transport entsteht ATP - Sonnenlicht spaltet Wasser in 2H und O ab - Sauerstoff wird abgegeben und H verlieren ihre Elektronen, welche im NADP+ wandern - NADP+ wird zu NADPH2

Calvin-Zyklus

unabhängig vom Licht, Melvin Calvin, Zucker (Glucose, 6 C Atomen) wird mit ATP und NADPH hergestellt.

Kohlenstoff-Fixierung

Kohlenstoff wird durch Rubisco an Moleküle mit 5 C-Atomen und 2-Phosphat verbunden, Entsteht instabiles C6-Molekül, Zerfällt in 2 C3-Moleküle, Aufnahme von 3 CO2-Moleküle, insgesamt 6 C3-Körper

Erzeugung von Zucker

C3-Körper in Zuckermoleküle (durch Energie von ATP und Elektronen und Ionen von NADPH), Eine C3-Molekül kann verwendet werden

Wiederherstellung der Moleküle

5 verbleibende C3-Moleküle in 3 Moleküle mit 5 C-Atomen und 2-Phosphat von ATP umgewandelt.

Wovon hängt die Fotosynthese ab? Temperatur, CO2, Licht,

Temperatur bei Fotosynthese

steigt ab 20º kaum mehr an - Stomata schließen, um vor Verdunstung zu schützen - weniger CO2 zur Verfügung, ab 40º denaturieren Proteine - Fotosyntheserate sinkt rasch ab, in optimaler Temperatur - mehr Glucose als sie brauchen - produzieren ihre Körpersubstanz, Enzyme, usw., Zellatmung steigt mit Temperatur - brauchen mehr Zucker - Nettophotosyntheserate sinkt ab 20º, Temperaturkompensationspunkt

CO2 bei Fotosynthese

Gehalt in der Luft

Licht bei Fotosynthese

Steigt mit Beleuchtungsstärke bis Sättigungswert, Lichtkompensationspunkt

Atmen pflanzen? Wer ist dafür verantwortlich? Ja, Stomata

Wie trinken Pflanzen?

Unterdruck - befördert Wasser von dem Boden zu den Blättern, wie Strohhalm (popote), Kapillareffekt - Wasser nach oben zu befördern

Wie schwitzen Pflanzen?

Transpiration

Warum brauchen Pflanzen Wasser?

Stabilität; Enzyme funktionieren nur, wenn Zucker, Salze oder Ionen in Zellsaft verdünnt sind, liefert Elektronen und Protonen für Fotosynthese.

Warum sind Pflanzen nicht absolut wasserdicht?

Sonst könnten sie keine Nährstoffe vom Boden aufnehmen, könnten nicht wachsen. (bsp. Kakteen wachsen langsam aufgrund der langsamen Austausch von Stoffen wegen geringe Permeabilität)

Warum haben Schließzellen viele Chloroplasten?

Öffnen/Schließen braucht viel ATP

WEG DES WASSERS

Wasser wird zuerst osmotisch in den Wurzelzellen aufgenommen und dann in das Xylem (siehe oben), Kapillarkräfte unterstützen in Xylemgefäßen, Wasserstrom nach oben, in den Wasserrohre (aus toten Einzelzellen - mit Zellulose und Lingineinlagerungen - tragen auch zur Stabilität bei), Transpirationssog zieht Wasser in Blattzellen und Interzellularräume und zieht Wassersäule im Xylem, Wasser verdunstet von Blattzellen in Interzellularräume, Wasserdampf diffundiert von Interzellularräume durch Stomata

Tracheiden

intakte Wände, mit Tüpfel, Geschwindigkeit von Wasser - bis 0,4mm/s

Tracheen

(Gefäße) breite Zellen mit vielen Poren in Querwänden, nur bei Bedecktsamer, Geschwindigkeit von Wasser - bis 40 mm/s

Holz

(Xylem) aus Wasserleitungszellen und Fasern.

TRANSPIRATIONSSOG

(Succión de transpiración) entsteht durch die Verdunstung des Wassers in den Blättern, zieht Wasser aus der Wurzel hoch, bei komplett gefüllten Wasserleitungsbahnen

KAPILLARKRÄFTE

Anziehung zwischen Gefäßwand und Flüssigkeit

Was ist Transpiration?

Verdunstung von Wasser über die Spaltöffnungen der Blätter einer Pflanze. Dadurch wird CO2 aufgenommen und Transpirationssog bewirkt, dass Wasser nach oben fließt.

Vorgang der Transpiration

Water evaporates from the surface of mesophyll cells into the air space in the cell, Water concentration becomes higher, than in the atmosphere, Water vapor diffuses into the atmosphere

Arten der Transpiration

stomatäre und cuticuläre

stomatäre Transpiration

Verdunstung über Spaltöffnungen, kontrolliert, Unterseite der Blätter.

Cuticuläre Transpiration

Verdunstung über die gesamte Oberfläche der Blätter, abhängig von Dicke der Kutikula, unkontrolliert, ungewollt. (ca. 10% der Transpiration)

Wo sind die Stomata je nach Pflanzenart?

Normale Pflanzen - Unterseite, Kakteen - kein Unterschied Obere untere, d.h. beide, Teilweise im Wasser - Oberseite, Im Wasser - keine Stomat

Wovon hängt die Verdunstung ab?

Umgebungsbedingungen (Wasserpotential, Temperatur, Wind, Boden, Pflanzendichte, Hormone, CO2-Konzentration, innerer Rhythmus, usw.)

Pflanzen transpirieren mehr

bei warmer, trockener oder windiger Luft oder stärkerem Licht.

Wasserpotential

Wassergehalt im Blatt ungleich Luft, Wasser von feuchten ins Trockenen.

Genügend Wasser bei einer Pflanze

Turgor erhöht - Stomata geöffnet.

Wassermangel

Verschließen der Stomata

Transpirieren bei hohen Temperaturen

müssen sich Pflanzen vor Überhitzung schützen - gibt Wärme über verdunstete Moleküle ab, ein Wassermolekül kann weniger Wärme aufnehmen

Transpiration bei starkem Licht

tropisch-subtropische Zonen, setzt Kalium-Einstrom in Gang - Pflanzen betreiben mehr Photosynthese - entsteht ATP, damit Ionen in Vakuolen gelangen - brauchen mehr CO2 - mehr Transpiration.