Allgemeine und molekulare Botanik

Elmar W. Weiler, Lutz Nover: Allgemeine und molekulare Botanik

Innentitel

Impressum

Vorwort

Danksagung

Inhalt

1 Molekularer Aufbau des pflanzlichen Organismus

1.1 Elementare Zusammensetzung des Pflanzenkörpers

1.2 Kohlenstoff: Grundelement organischer Verbindungen

1.3 Die wichtigsten organischen Verbindungen

1.3.1 Monomere Verbindungen

Verbindungen mit Hydroxylgruppen: Alkohole

Verbindungen mit Oxogruppen: Carbonylverbindungen

Verbindungen mit Oxohydroxygruppen: Carbonsäuren

Aminogruppen tragende Verbindungen

1.3.2 Polymere Verbindungen

Nucleinsäuren

Proteine

Polysaccharide

Lignin

1.4 Wasser

2 Zellstruktur

2.1 Übersicht über die Zellbestandteile

2.2 Struktur des Cytoplasmas

2.3 Cytoplasmatische Einschlüsse

2.3.1 Cytoskelett

Mikrotubuli

Mikrofilamente

2.3.2 Ribosomen

2.4 Biomembranen

2.4.1 Chemische Zusammensetzung

2.4.2 Membranmodelle

2.4.3 Funktionen von Biomembranen

2.5 Das System der Grundmembranen

2.5.1 Endoplasmatisches Reticulum

2.5.2 Golgi-Apparat

2.5.3 Plasmalemma und Tonoplast

2.5.4 Zellkern

2.5.5 Microbodies

2.5.6 Vesikelfluß im System der Grundmembranen

2.5.7 Plasmodesmen

2.6 Semiautonome Zellorganellen

2.6.1 Mitochondrien

2.6.2 Plastiden

Chloroplasten

Chromoplasten

Leukoplasten

2.7 Zellwand

2.7.1 Chemie der Zellwand

2.7.2 Aufbau der Zellwand

3 Zellspezialisierungen

3.1 Gewebetypen

3.2 Wachstum und Differenzierung der Zelle

3.2.1 Die Zellsaftvakuole

3.2.2 Zellwandwachstum

Isodiametrische Zelle

Prosenchymatische Zelle

3.2.3 Zellfusionen

3.3 Sekundäre Veränderungen der Zellwand

3.3.1 Verholzung

3.3.2 Mineralstoffeinlagerung

3.3.3 Cutinisierung und Ablagerung von Wachsen

3.4 Drüsenzellen

4 Organisationsformen der Pflanzen

4.1 Stammbaum der Pflanzen

4.2 Prokaryoten

4.2.1 Bakterien

Eubakterien

Cyanobakterien

Prochlorobakterien

4.2.2 Archaea

4.2.3 Vielzellige Prokaryoten

4.3 Einzellige Eukaryoten

4.4 Organisationsformen der Thallophyten

4.4.1 Zellkolonie

4.4.2 Coenoblast

4.4.3 Fadenthallus

4.4.4 Flechtthallus

4.4.5 Gewebethallus

4.5 Organisationsformen der Bryophyten

4.6 Organisationsform der Kormophyten

5 Kormus

5.1 Sproßachse

5.1.1 Sproßscheitel

5.1.2 Bau des Leitsystems

5.1.3 Primärer Bau der Sproßachse

5.1.4 Sekundäres Dickenwachstum der Sproßachse

Holz

Bast

Periderm

Dickenwachstum der Monokotylen

5.1.5 Morphologie der Sproßachse

Verzweigung

Metamorphosen der Sproßachse

5.2 Blatt

5.2.1 Entwicklung des Blattes

5.2.2 Anordnung der Blätter an der Sproßachse

Blattstellung

Blattfolge

5.2.3 Anatomie des Laubblattes

Bau und Funktion von Spaltöffnungen

Leitbündelanordnung

Bau des Nadelblattes

5.2.4 Metamorphosen des Blattes

5.3 Wurzel

5.3.1 Wurzelscheitel

5.3.2 Primärer Bau der Wurzel

5.3.3 Seitenwurzeln

5.3.4 Sekundäres Dickenwachstum der Wurzel

5.3.5 Metamorphosen der Wurzel

6 Bioenergetik: thermodynamische Grundlagen der Lebensprozesse

6.1 Energie, Arbeit, Leistung

6.1.1 Hauptsätze der Thermodynamik

6.1.2 Chemisches Potential

6.1.3 Wasserpotential

6.1.4 Energiewandlung und energetische Kopplung

6.2 Transport durch Biomembranen

6.2.1 Permeabilität von Biomembranen

6.2.2 Transportproteine in Biomembranen

6.3 Enzymatische Katalyse

7 Mineralstoff- und Wasserhaushalt

7.1 Aufnahme und Verteilung der Mineralsalze

7.2 Wasseraufnahme

7.3 Wasserabgabe

7.3.1 Cuticuläre Transpiration

7.3.2 Stomatäre Transpiration

7.3.3 Molekularer Mechanismus der Spaltöffnungsbewegung

7.3.4 Guttation

7.4 Leitung des Wassers

7.5 Wasserbilanz

8 Autotrophie: Photosynthese und Chemosynthese

8.1 Photosynthese der Pflanzen

8.1.1 Die Lichtreaktionen

Strahlungsabsorption

Transport von Elektronen und Wasserstoff-Ionen

Photophosphorylierung

Räumliche Anordnung und Regulation der Lichtreaktion

8.1.2 Assimilation des Kohlenstoffs: Calvin-Zyklus

8.1.3 Photorespiration

8.1.4 Zusatzmechanismen der CO2-Fixierung in C4- und CAM-Pflanzen

C4-Photosynthese

CAM-Stoffwechsel

8.1.5 Photosynthese am natürlichen Standort

8.2 Bakterienphotosynthese

8.3 Chemosynthese

8.4 Evolution der Photosynthese

9 Haushalt von Stickstoff, Schwefel und Phosphor

9.1 Der Stickstoffhaushalt

9.1.1 Globaler Kreislauf des Stickstoffs

9.1.2 Biologische Fixierung des Luftstickstoffs

9.1.3 Stickstoffhaushalt der Pflanzen

Assimilation des Stickstoffs

Einbau des reduzierten Stickstoffs in organische Verbindungen

Synthese weiterer Stickstoffverbindungen

9.2 Haushalt des Schwefels

9.2.1 Globaler Kreislauf des Schwefels

9.2.2 Assimilation des Schwefels

9.2.3 Einbau des reduzierten Schwefels in organische Verbindungen

9.2.4 Synthese weiterer Schwefelverbindungen

9.3 Haushalt des Phosphors

10 Transport und Verwertung der Assimilate

10.1 Assimilattransport

10.2 Bildung und Abbau von Speicherstoffen

10.2.1 Speicherpolysaccharide

10.2.2 Speicherlipide

10.2.3 Speicherproteine

11 Dissimilation

11.1 Übersicht

11.2 Glykolyse

11.3 Gärungen

11.4 Zellatmung

11.5 Kreislauf des Kohlenstoffs

12 Sekundärstoffwechsel

12.1 Ökochemische Funktionen pflanzlicher Sekundärstoffe

12.2 Phenole

12.2.1 Der Shikimat-Weg

12.2.2 Der Polyketid-Weg

12.2.3 Mischaromaten

12.3 Terpenoide

12.4 Alkaloide

13 Genetik und Vererbung

13.1 DNA als Träger genetischer Informationen

13.2 Der genetische Code

13.3 Verpackung von DNA in Chromatin und Chromosomen

13.3.1 Histone als Verpackungsmaterial

13.3.2 Histon-Modifikationen

13.4 Die drei Genome der Pflanzenzellen

13.5 DNA-Replikation

13.6 Klassische Genetik

13.6.1 Grundbegriffe der klassischen Genetik

13.6.2 Drei Grundregeln der Vererbung

13.7 Zellzyklus

13.7.1 Chromosomentheorie der Vererbung

13.7.2 Der Zellzyklus

13.7.3 Mitose

13.7.4 Rolle der Cytoskelett-Systeme

13.7.5 Zellteilung (Cytokinese)

13.7.6 Meiose

13.8 Mutationen und DNA-Reparatur

13.8.1 Genommutationen

13.8.2 Chromosomenmutationen

13.8.3 Genmutationen

13.8.4 Mutagene Agenzien

13.8.5 DNA-Reparatur

13.9 Vererbungsvorgänge außerhalb der Mendel-Regeln

13.9.1 Extrachromosomale Vererbung

13.9.2 Transposons und Insertionsmutagene

13.10 Genetische Grundlagen der Evolution

13.10.1 Grundlagen der Evolution

13.10.2 Faktoren zur Beschleunigung der Evolution

13.10.3 Natürliche Auslese

13.11 Gentechnik und DNA-Sequenzierung

13.11.1 DNA-Klonierung

13.11.2 Die Polymerasekettenreaktion (PCR)

13.11.3 Kopplung von reverser Transkription mit PCR (RT-PCR)

13.11.4 DNA-Sequenzierung

13.12 Pflanzentransformation und transgene Pflanzen

13.12.1 Transiente Transformation und Reporterassays

13.12.2 Herstellung transgener Pflanzen

13.12.3 Anbau transgener Pflanzen

14 Fortpflanzung und Vermehrung bei Niederen und Höheren Pflanzen

14.1 Definitionen und Grundbegriffe

14.1.1 Sexualität – Bildung von Gameten und Befruchtung

14.1.2 Generationswechsel

14.1.3 Vegetative Vermehrung

14.2 Drei Formen von Entwicklungszyklen bei Grünalgen

Chlamydomonas reinhardtii

Cladophora

Halicystis ovalis/Derbesia marina

14.3 Drei Formen von Generationswechsel bei Braunalgen

Cutleria

Dictyota

Fucus-Arten

14.4 Generationswechsel bei Rotalgen

Polysiphonia

Porphyra

14.5 Zelluläre Schleimpilze

14.6 Fortpflanzung und Vermehrung der echten Pilze

14.6.1 Ascomyceten (Schlauchpilze)

Einfache Ascomyceten: Saccharomyces

Höhere Ascomyceten: Neurospora

14.6.2 Basidiomyceten (Ständerpilze)

14.7 Generationswechsel der Archegoniaten

14.7.1 Moose

14.7.2 Farne

14.8 Generationswechsel der Samenpflanzen

15 Genexpression und ihre Kontrolle

15.1 Informationsverarbeitung

15.1.1 Genexpression und Informationsamplifikation

15.1.2 Genstruktur und Grundprozesse der Genexpression

15.2 Transkription bei E. coli

15.2.1 Biochemie der Transkription

15.2.2 RNA-Polymerase von E. coli

15.2.3 Drei Phasen der Transkription

15.3 Regulation der Transkription bei E. coli

15.3.1 Das Lac-Operon

15.3.2 Promotorstärke und alternative Sigmafaktoren

15.4 Transkription und RNA-Verarbeitung in Pflanzenzellen

15.4.1 Sechs RNA-Polymerasen in Pflanzenzellen

15.4.2 RNA-Verarbeitung: Kappenbildung und Spleißen

15.4.3 Alternatives Spleißen

15.4.4 RNAP II als biologische Maschine

15.4.5 Organisation der Transkription am Chromatin

15.5 Transkriptionskontrolle bei Eukaryoten

15.5.1 Klassifizierung von Transkriptionsfaktoren

15.5.2 Funktionelle Anatomie von Transkriptionsfaktoren

15.5.3 Kernimport und -export

15.5.4 Das Galactose-Regulon in Bäckerhefe

15.5.5 Transkriptionskontrolle bei der Hitzestreßantwort

15.6 Ribosomensynthese

15.7 Proteinbiosynthese

15.7.1 Aminosäureaktivierung

15.7.2 Der Translationszyklus an Ribosomen

15.7.3 Eukaryotische mRNP-Komplexe

15.7.4 Postsynthetische Modifikation von Proteinen

15.8 Kontrolle der Translation

15.9 Proteinfaltung und die Rolle molekularer Chaperone

15.9.1 Entstehung der Raumstruktur von Proteinen

15.9.2 Hitzestreßproteine als molekulare Chaperone

15.9.3 Zwei biologische Nanomaschinen

15.9.4 Faltung von Proteinen in einem Netzwerk von Chaperonen

15.10 Proteintopogenese

15.10.1 Zwei Klassen von Proteinen werden bei der Translation getrennt

15.10.2 Proteinimport in Plastiden

15.10.3 Vesikeltransport von Proteinen

15.10.4 Entstehung und Reifung von Glykoproteinen

15.11 Proteinabbau und seine Kontrolle

15.11.1 Das Ubiquitin-Proteasom-System

15.11.2 E3-Ubiquitin-Ligase-Komplexe

15.11.3 Pflanzliche Proteasen

15.12 Genexpression in Plastiden

15.12.1 Plastidengenom und Transkription

15.12.2 Prozessierung polycistronischer mRNAs

15.12.3 RNA-Editing

15.12.4 Translation und Proteinfaltung

15.12.5 Lichtkontrollierte Translation am Beispiel des D1-Proteins

15.12.6 Abstimmung der Genexpressionsprozesse zwischen Kern und Plastiden

15.13 Mikrobielle Sekundärmetabolite als Antibiotika und Biopharmaka

16 Phytohormone und Signalstoffe

16.1 Begriffe und Analysen

16.2 Phytohormone – auf einen Blick

16.3 Cytokinine

16.3.1 Struktur, Biosynthese, Abbau

16.3.2 Biologische Wirkungen der Cytokinine

16.3.3 Molekularer Wirkungsmechanismus

16.4 Auxine

16.4.1 Struktur, Biosynthese und Abbau der Auxine

16.4.2 Auxintransport

16.4.3 Wirkung von Auxinen

16.4.4 Auxinrezeptoren und Signaltransduktion

16.5 Gibberelline

16.5.1 Struktur, Biosynthese und Abbau von Gibberellinen

16.5.2 Biologische Wirkung

16.5.3 Signaltransduktion

16.6 Brassinosteroide

16.6.1 Biosynthese und Inaktivierung der Brassinosteroide

16.6.2 Biologische Wirkungen der Brassinosteroide

16.6.3 Molekularer Wirkungsmechanismus

16.7 Ethylen

16.7.1 Biosynthese von Ethylen

16.7.2 Biologische Wirkungen

16.7.3 Ethylen und Fruchttechnologie

16.7.4 Ethylenrezeption und Signaltransduktion

16.8 Abscisinsäure

16.8.1 ABA-Biosynthese und -Abbau

16.8.2 Biologische Wirkungen

16.8.3 ABA-Rezeption und Signaltransduktion

16.9 Jasmonsäure

16.9.1 JA-Biosynthese und Metabolisierung

16.9.2 Wirkungen der Jasmonsäure

Entwicklungsspezifische Wirkungen der JA

JA als Streßhormon

JA als Regulator des Sekundärstoffwechsels

16.9.3 Wirkungsmechanismus

16.10 Weitere pflanzliche Signalstoffe

16.10.1 Peptidsignale

16.10.2 Stickstoffmonoxid (NO)

16.10.3 Ca2+ und Signaltransduktionsketten

16.10.4 Salicylsäure

16.11 Hormonnetzwerke

16.11.1 Zellzykluskontrolle durch Hormone

16.11.2 Apikaldominanz

16.11.3 Pflanzenregeneration

17 Licht und Schwerkraft

17.1 Pflanzen und Licht

17.1.1 Lichtrezeptoren

17.1.2 Phytochrome

17.1.3 Cryptochrome

17.1.4 Phototropine

17.2 Lichtgesteuerte Wachstumsprozesse

17.2.1 Etiolierung und Deetiolierung von Keimpflanzen

17.2.2 Schattenvermeidungssyndrom

17.2.3 Circadiane Rhythmen

17.2.4 Photoperiodismus

17.2.5 Kontrolle der Nitrat-Reductase

17.3 Gravitropismus

17.3.1 Begriffe und Definitionen

17.3.2 Wahrnehmung und Verarbeitung von Schwerkraftreizen

18 Pflanzliche Entwicklung

18.1 Grundlagen pflanzlicher Entwicklung

18.2 Meristeme

18.2.1 Vegetative Meristeme in Pflanzen

18.2.2 Das Sproßapikalmeristem (SAM)

18.2.3 SAM als morphogenetisches Feld für die Entstehung von Blattanlagen

18.2.4 Entwicklung von Blättern und Leitbündeln

18.2.5 Das Apikalmeristem der Wurzel (RAM)

18.3 Muster der Zellspezialisierungen in der Epidermis

18.3.1 Entwicklung von Trichomen bei Arabidopsis

18.3.2 Bildung von Wurzelhaaren

18.4 Blütenentwicklung

18.4.1 Blühinduktion

18.4.2 Kontrolle der Blütenorganidentität

18.4.3 Realisierung der Blütenmorphologie

18.5 Bestäubung und Befruchtung

18.5.1 Pollenentwicklung auf der Narbe

18.5.2 Blütenbiologie und Bestäubungsbiologie

18.5.3 Molekulare Mechanismen der Selbstinkompatibilität

18.6 Embryonal- und Fruchtentwicklung

18.6.1 Embryogenese

18.6.2 Samen- und Fruchtentwicklung

18.6.3 Samen und Früchte als Verbreitungseinheiten

18.6.4 Samenruhe und Samenkeimung

19 Pflanzen und Streß

19.1 Das Streßsyndrom im Alltag der Pflanzen

19.2 Hitzestreßantwort

19.3 Kälte-, Salz- und Wassermangelstreß

19.3.1 Molekulare Mechanismen

19.3.2 Kältestreß

19.3.3 Salzstreß

19.4 Oxidativer Streß

19.5 Hypoxie durch Überflutung

19.6 Wirkung chemischer Stressoren

19.6.1 Schwermetallstreß

19.6.2 Chemischer Streß durch Herbizide

19.7 Mechanischer Streß und Verwundung

20 Biotische Stressoren – Wechselwirkung von Pflanzen mit anderen Organismen

20.1 Direkte und indirekte Wechselwirkung zwischen Organismen

20.2 Pflanzenparasiten

20.3 Flechten

20.4 Mykorrhiza

20.5 Symbiotische Stickstoff-Fixierung

20.6 Pflanzenpathogene Mikroorganismen

20.6.1 Erkennung von Pflanzen und Mikroorganismen

20.6.2 Entstehung von Pflanzentumoren nach Infektion mit Agrobacterium tumefaciens

20.7 Viren und Viroide

20.7.1 Symptome von Viruserkrankungen

20.7.2 Virusgenome: Replikation und Expression

20.7.3 Wege der Infektion und Verbreitung

20.7.4 Pflanzliche Abwehr gegen Viruserkrankungen

21 Anhang

Weiterführende Literatur

Bücher

Biologie allgemein, Botanik, Morphologie

Chemie, Biochemie

Mikroorganismen, Niedere Pflanzen

Pflanzenphysiologie

Zell- und Entwicklungsbiologie

Genetik, Gentechnik, Evolutionsbiologie

Streß und Pflanzenpathologie

Klassiker der Pflanzenforschung bei Stueber, online

Original- und Übersichtsartikel

Kap. 1

Kap. 2

Kap. 3

Kap. 4

Kap. 5

Kap. 6

Kap. 7

Kap. 8

Kap. 9

Kap. 10

Kap. 11

Kap. 12

Kap. 13

Kap. 14

Kap. 15

Kap. 16

Kap.17

Kap. 18

Kap. 19

Kap. 20

Sachverzeichnis

A Physikalische Größen und deren Einheiten

B Naturkonstanten und wichtige Zahlenwerte

C Wichtige Umrechnungen

D Dezimale Größenangaben

E Genetischer Code (s. auch Tab. 13.1 S. 378)