Inhaltsbeschreibung
Die 2. Auflage des vorliegenden Grundrisses der Allgemeinen Botanik glänzt durch sorgfältige Überarbeitung einzelner Abschnitte, insbesondere der Physiologie.
Prof. Kull bietet mit seinem Grundriss eine Rundum-Einführung in die Botanik an: von Molekül und Zelle, über Evolution, Histologie, Fortpflanzung und Genetik, Stoffwechsel und Ionenhaushalt bleibt er keine Einführung schuldig.
Für eine immer mehr technisch orientierte Biologie hat sich allmählich ein Kanon der Anforderungen in den Grundlagen-Disziplinen herausgebildet. Diesem war Rechnung zu tragen und Verknüpfungen zu den späteren Studienschwerpunkten waren herauszustellen. Das zum Verständnis moderner Biologie unerlässliche chemische und physikochemische Basiswissen ist komprimiert wiedergegeben; an diesen Abschnitten lässt sich prüfen, ob die erforderlichen Vorkenntnisse vorhanden sind. Die Darstellung der Molekularbiologie beschränkt sich auf die für das Verständnis der Physiologie notwendigen Grundlagen. Insbesondere die Entwicklungsphysiologie geht zunehmend von der molekularen Genetik aus und wird ihrerseits zu einer entscheidenden Basisdisziplin der "grünen Biotechnologie"; eine ausführlichere Darstellung war daher geboten. Auch in anderen Abschnitten zur Physiologie und der Cytologie waren viele Themenbereiche neu zu fassen. Die moderne Zellbiologie allerdings kann in einem einführenden Lehrbuch nur unvollständig behandelt werden. Auf eine knappe und klare Darstellung wird in allen Kapiteln großer Wert gelegt.
Inhaltsverzeichnis
1 Botanik: Die Pflanzen und ihre Lebenserscheinungen 1
1.1 Eigenschaften der Lebewesen 1
1.2 Teilgebiete der Botanik 2
1.3 Die Pflanzenwelt und ihre Gliederung 3
1.3.1 Prinzipien der Systematik 3
1.3.1.1 Evolution 3
1.3.1.2 Verwandtschaftsforschung 4
1.3.1.3 Grundlagen der Namengebung: Taxonomie 5
1.3.2 Abteilungen (Stämme) und Organisationstypen 5
1.4 Pflanze und Tier 9
2 Moleküle der Zelle 11
2.1 Lipide 12
2.2 Kohlenhydrate 15
2.2.1 Monosaccharide und ihre Derivate 15
2.2.2 Oligosaccharide 17
2.2.3 Polysaccharide 17
2.3 Aminosäuren und Proteine 20
2.3.1 Aminosäuren und ihre peptidische Verknüpfung 20
2.3.2 Proteine 23
2.4 Nucleotide und Nucleinsäuren 26
2.4.1 Nucleotide 26
2.4.2 Nucleinsäuren 27
2.5 Porphyrine 30
2.6 Aromaten 30
2.7 Aufgaben der verschiedenen Moleküle im Stoffwechsel 32
3 Cytologie 35
3.1 Die Zelle als Grundbaustein der Lebewesen 35
3.1.1 Gestalt der Zellen 35
3.1.2 Größe der Zellen 36
3.1.3 Protocyte und Eucyte 36
3.1.4 Genetische Information und epigenetisches System 36
3.1.5 Grundeigenschaften von Zellen 37
3.1.6 Charakterisierung der Pflanzenzelle 37
3.1.7 Polyenergide, Plasmodium, Symplast 39
3.2 Bau der Pflanzenzelle 39
3.2.1 Methoden der Cytologie 39
3.2.1.1 Mikroskopie und Elektronenmikroskopie 39
3.2.1.2 Isolierung von Organellen und Makromolekülen 40
3.2.1.3 Zellfreies System und Zellkultur 40
3.2.1.4 Wachstum einer Zellkultur 40
3.2.2 Übersicht über den Bau der Pflanzenzelle 41
3.2.3 Plasmatische und nichtplasmatische Räume der Zelle 43
3.2.4 Protoplast 43
3.2.4.1 Grundstrukturen des Cytoplasmas (Grundplasma) 43
3.2.4.2 Membran 44
3.2.4.3 Organellen ohne Membran 46
3.2.4.4 Kleine Organellen 50
3.2.4.5 Zellkern (Nucleus, Karyon) 55
3.2.4.6 Mitochondrien und Plastiden 61
3.2.5 Ergastische Gebilde 66
3.2.5.1 Vakuom 66
3.2.5.2 Kristalle 69
3.2.5.3 Stärke als Reservestoff 69
3.2.5.4 Zellwand 70
3.3 Bau der Prokaryoten-Zelle (Protocyte) 79
3.4 Entstehung der Eucyte; Endosymbionten-Theorie 83
3.5 Wasserhaushalt der Pflanzenzelle 85
3.5.1 Diffusion 85
3.5.2 Osmose und Osmometer; Wasserpotenzial 86
3.5.3 Das Osmometermodell der Pflanzenzelle 87
3.5.4 Quellung 88
3.5.5 Plasmolyse 89
3.5.6 Zellen im Verband 89
3.5.7 Osmotische Regulation in der Zelle 90
4 Organisationsstufen der eukaryotischen Pflanzen 91
4.1 Evolution der Vielzeller und der Landpflanzen 91
4.1.1 Vom Einzeller zum Vielzeller 91
4.1.2 Von den Thallophyten zu den Landpflanzen 92
4.2 Protophyten 93
4.2.1 Organisation der Protophyten 93
, 4.2.2 Endosymbiosen 93
4.2.3 Übergänge zum Vielzeller 95
4.3 Thallophyten 95
4.3.1 Coenoblast 95
4.3.2 Fadenthallus 96
4.3.3 Gewebethallus 97
4.3.4 Organisation der Moose 97
4.4 Kormophyten 98
4.4.1 Anpassung ans Landleben 98
4.4.2 Telomtheorie 98
4.4.3 Regressionen 99
5 Histologie (Gewebelehre) 101
5.1 Bildungsgewebe oder Meristeme 101
5.2 Dauergewebe 102
5.2.1 Grundgewebe 102
5.2.2 Abschluss- und Absorptionsgewebe 103
5.2.2.1 Epidermis 103
5.2.2.2 Spaltöffnungen (Stomata) 104
5.2.2.3 Haare (Trichome) und Emergenzen 105
5.2.2.4 Hypodermis 106
5.2.2.5 Rhizodermis 106
5.2.2.6 Exodermis 106
5.2.2.7 Endodermis 106
5.2.2.8 Periderm (Sekundäres Abschlussgewebe) 107
5.2.2.9 Spezielle Absorptionsgewebe 107
5.2.3 Festigungsgewebe (Mechanisches System) 107
5.2.3.1 Kollenchym 108
5.2.3.2 Sklerenchym 108
5.2.4 Leitgewebe 109
5.2.4.1 Phloem 109
5.2.4.2 Xylem 111
5.2.4.3 Leitbündel 111
5.2.4.4 Transferzellen 112
5.2.5 Ausscheidungsgewebe (Exkretionsgewebe) 113
5.2.5.1 Exkretionsgewebe s. str. (Absonderungsgewebe) 113
5.2.5.2 Drüsen 113
6 Anatomie und Morphologie des Vegetationskörpers 117
6.1 Keimung bei Blütenpflanzen 117
6.2 Sprossachse l18
6.2.1 Phylogenie der Sprossachse 118
6.2.2 Ontogenie der Sprossachse 118
6.2.2.1 Vegetationskegel 118
6.2.2.2 Determination 119
6.2.2.3 Differenzierungszone 119
6.2.2.4 Entstehung der Leitbündel 119
6.2.2.5 Primäres Dickenwachstum (Erstarkungswachstum) 120
6.2.2.6 Längsdifferenzierung der Sprossachse 120
6.2.3 Anatomie der Sprossachse 121
6.2.3.1 Dicotyle und Coniferen 121
6.2.3.2 Monocotyle 123
6.2.3.3 Mechanische Bauprinzipien der Sprossachse 123
6.2.3.4 Stelärtheorie 123
6.2.4 Sekundäre Veränderungen der Sprossachse 125
6.2.4.1 Sekundäres Dickenwachstum 125
6.2.4.2 Bau des Holzes 125
6.2.4.3 Bau der sekundären Rinde 130
6.2.4.4 Sekundäre und tertiäre Abschlussgewebe 131
6.2.4.5 Abweichende Formen sekundären Dickenwachstums 133
6.2.4.6 Wundheilung 133
6.2.5 Morphologie der Sprossachse 133
6.2.5.1 Längenwachstum der Sprossachse 133
6.2.5.2 Symmetrie und Dickenwachstum der Sprossachse 134
6.2.5.3 Blattstellung (Phyllotaxis) 134
6.2.5.4 Verzweigung der Sprossachse 136
6.3 Blatt 137
6.3.1 Phylogenie des Blattes 137
6.3.2 Ontogenie des Blattes 138
6.3.2.1 Blattanlagen 138
6.3.2.2 Blattwachstum 138
6.3.3 Anatomie des Blattes 139
6.3.3.1 Blattspreite (Lamina) 139
6.3.3.2 Blattstiel 144
6.3.4 Morphologie des Blattes 144
6.3.5 Blattfolge am Spross 147
6.3.6 Lebensdauer der Blätter, Blattfall 148
6.4 Wurzel 149
6.4.1 Ontogenie und primäre Anatomie der Wurzel 149
6.4.1.1 Wurzelanlage 149
6.4.1.2 Wurzelhaube (Calyptra) 151
6.4.1.3 Rhizodermis 151
6.4.1.4 Wurzelrinde 151
6.4.1.5 Zentralzylinder 152
6.4.1.6 Wurzelhals 152
6.4.2 Sekundäre Veränderungen der Wurzel 152
6.4.2.1 Sekundäres Dickenwachstum 152
6.4.2.2 Seitenwurzelbildung 154
6.4.3 Morphologie der Wurzel 154
6.4.4 Bewurzelungsformen 155
6.5 Anpassungen des Kormus 155
6.5.1 Ökologische Potenz und ökologische Nische 156
6.5.2 Anatomisch-morphologische Anpassungen an Standortbedingungen 156
6.5.2.1 Anpassungen an die Wasserverfugbarkeit 156
6.5.2.2 Anpassungen an die Überdauerung ungünstiger Zeiten 160
6.5.2.3 Anpassungen an die Lichtverhältnisse und zur
Erhöhung der mechanischen Stabilität 163
6.5.2.4 Anpassungen an besondere Ernährungsbedingungen 167
6.5.2.5 Anpassungen als Schutz vor Tierfraß 169
6.5.2.6 Anpassungen an Feuer (Pyrophyten) 170
6.5.3 Lebensformen 170
7 Fortpflanzung 173
7.1 Fortpflanzungssysteme 173
7.1.1 Vegetative Fortpflanzung durch Zerfall oder Zerteilung 173
7.1.1.1 Einzeller 173
7.1.1.2 Vielzeller 173
7.1.2 Ungeschlechtliche Fortpflanzung durch besondere Zellen 175
7.1.3 Geschlechtliche Fortpflanzung 176
7.1.3.1 Formen der Syngamie 176
7.1.3.2 Meiose 177
7.1.3.3 Zeitpunkt der Meiose; Generationswechsel 179
7.1.3.4 Generationswechsel bei Landpflanzen (Moose und Kormophyten) 181
7.2 Blüte 186
7.2.1 Aufbau der Angiospermen-Blüte 186
7.2.2 Blütenbildung und Lebensdauer der Pflanze 188
7.2.3 Blütenstände (Infloreszenzen) 188
7.2.3.1 Aufbau von Blütenständen 188
7.2.3.2 Pseudanthien 188
7.2.3.3 Synfloreszenzen 189
7.2.3.4 Wichtige Infloreszenz-Formen 189
7.2.4 Phylogenie der Blüte 191
7.2.4.1 Phylogenie der Blütenhülle 191
7.2.4.2 Phylogenie der Staubblätter 191
7.2.4.3 Phylogenie der Fruchtblätter 191
7.2.5 Ontogenie der Blüte 192
7.2.6 Blütenhülle 192
7.2.7 Androeceum 192
7.2.7.1 Staubblätter 192
7.2.7.2 Staminodien 193
7.2.7.3 Pollensack und Büdung der Pollenkörner 193
7.2.7.4 Pollenkorn 193
7.2.8 Gynoeceum 194
7.2.8.1 Bau der Fruchtknotens 194
7.2.8.2 Placentation 195
7.2.8.3 Bau der Samenanlage 195
7.2.8.4 Lage des Fruchtknotens 196
7.2.9 Geschlechterverteilung und Bestäubung 196
7.2.9.1 Geschlechterverteilung in Blüten 196
7.2.9.2 Bestäubung 197
7.3. Entwicklung der Gametophyten, Befruchtung 199
7.3.1 Entwicklung des Pollenkorns zum Mikrogametophyten 199
7.3.2 Entwicklung des Embryosacks zum Megagametophyten 200
7.3.3 Befruchtung 200
7.4 Same und Frucht 201
7.4.1 Bildung von Embryo und sekundärem Endosperm 201
7.4.2 Samenbildung 201
7.4.3 Samenanhängsel 203
7.4.4 Apomixis 203
7.4.5 Fruchtbildung 204
7.4.6 Fruchtformen 205
7.4.6.1 Einzelfrüchte 205
7.4.6.2 Sammelfrüchte 205
7.4.6.3 Zusammengesetzte Früchte 207
7.4.7 Verbreitung der Diasporen 207
7.4.7.1 Autochore Verbreitung 208
7.4.7.2 Allochore Verbreitung 208
8 Grundlagen der Genetik 211
8.1 Grundbegriffe 211
8.2 Variabilität und Vererbung, Modifikationen 212
8.3 Gesetzmäßigkeiten der Vererbung 213
8.3.1 Kreuzungsversuche 213
8.3.2 Kreuzung von Haplonten 213
8.3.3 Kreuzung von Diplonten: MENDEL'sche Regeln 215
8.3.3.1 Intermediäre Vererbung 215
8.3.3.2 Dominante Vererbung 216
8.3.3.3 MENDEL'sche Regeln 216
8.3.3.4 Abweichungen von den MENDEL'schen Regeln 217
8.4 Geschlechtsbestimmung und -Vererbung 217
8.4.1 Haplogenotypische Geschlechtsbestimmung 217
8.4.2 Diplogenotypische Geschlechtsbestimmung; Geschlechtschromosomen 218
8.4.3 Inkompatibüität 218
8.4.4 Abweichende Geschlechtsverhältnisse 218
8.5 Chemische Natur der Gene 219
8.5.1 Genetischer Code 219
8.5.2 Viren und Phagen 220
8.5.3 Struktur der DNA 222
8.5.3.1 DNA der Prokaryoten 223
8.5.3.2 DNA der Eukaryoten 223
8.5.3.3 Information der DNA 223
8.5.4 Replikation der DNA 224
8.5.5 Rekombination 226
8.5.5.1 Konjugation und Rekombination bei Bakterien 226
8.5.6 Untersuchung von Genen 227
8.5.7 Mutation 229
8.5.7.1 Genmutationen 229
8.5.7.2 Chromosomenmutationen 231
8.5.7.3 Genom-Mutationen 232
8.5.7.4 Transposons 232
8.5.7.5 Vererbung epigenetischer Muster 233
8.6 Realisierung der genetischen Information 233
8.6.1 Gene als Funktionseinheiten 233
8.6.2 Transkription 233
8.6.3 Reverse Transkriptasen und Struktur der Gene bei Eukaryoten 234
8.6.4 Funktion der Ribonucleinsäuren 235
8.6.4.1 Kleinmolekulare Ribonucleinsäuren 235
8.6.4.2 Ribosomale Ribonucleinsäuren (rRNA) 236
8.6.5 Posttranskriptionale Veränderung der Ribonucleinsäuren (processing) 236
8.6.6 Translation 238
8.6.7 Proteinfaltung 240
8.6.8 Lokalisierung und posttranslationale Veränderung der Proteine 242
8.7 Extrachromosomale Vererbung 245
8.8 Transgene Pflanzen 246
8.8.1 Einbringung rekombinanter DNA 247
8.8.2 Nachweis der Genübertragung 247
8.8.3 Genexpression 247
8.8.4 Protoplasten-Technik 247
8.9 Protein-Engineering 248
8.10 Genomik und Proteomik 248
9 Grundprinzipien der Stoffwechselphysiologie 251
9.1 Grundlagen der Energetik 251
9.2 Energetische Kopplung; Bedeutung von ATP 253
9.3 Energetik der Redoxreaktionen 255
9.4 Biologische Katalyse: Enzyme 256
9.4.1 Katalysator-Funktion der Enyzme 256
9.4.2 Kinetik der Enzymreaktionen 258
9.4.3 Regulation von Enzymreaktionen 259
9.4.4 Enzyme im Stoffwechsel 260
9.5 Lebewesen als offene Systeme 260
9.6 Membrantransport 261
9.6.1 Permeation 261
9.6.2 Spezifischer Transport 261
10 Energiestoffwechsel der Pflanze 265
10.1 Photosynthese 265
10.1.1 Primärreaktionen der Photosynthese 267
10.1.1.1 Photosynthetische Farbstoffe, Absorptions-
und Wirkungsspektren 267
10.1.1.2 Physikalische Vorgänge: Lichtabsorption
und Energiewanderung 270
10.1.1.3 Chemische Primärreaktionen 272
10.1.1.4 Photoprotektive Reaktionen 279
10.1.2 Sekundärreaktionen der Photosynthese (CO2-Fixierung und Reduktion) 279
10.1.3 Photosynthese und Umweltfaktoren 283
10.1.3.1 Anpassungen der Photosynthese an Standortverhältnisse 283
10.1.3.2 Abhängigkeit der Photosynthese von Umweltfaktoren 287
10.1.4 Bakterielle Photosynthese 289
10.2 Chemosynthese 290
10.3 Assimilationsprodukte und deren weitere Umsetzungen 291
10.3.1 Photosyntheseprodukte 291
10.3.2 Umsatz der Monosaccharide 292
10.4 Dissimilation, Übersicht 293
10.5 Monosaccharid-Abbau 296
10.5.1 Oxidativer Pentosephosphatzyklus (Hexosemonophosphat-Abbau) 296
10.5.2 Glykolyse 296
10.5.3 Gärungen 299
10.6 Dissimilation durch Citratzyklus und Endoxidation 300
10.6.1 Citratcyclus 300
10.6.1.1 Ablauf des Citratzyklus 301
10.6.1.2 Synthesen vom Citratzyklus aus 302
10.6.1.3 Porphyrin-Synthese 302
10.6.1.4 Anaplerotische CO2-Fixierung 302
10.6.2 Glyoxylat-Zyklus und Gluconeogenese 302
10.6.3 Speicherung von Carbonsäuren 303
10.6.4 Endoxidation 304
10.6.4.1 Elektronentransportkette 304
10.6.4.2 Atmungskettenphosphorylierung 306
10.6.4.3 Regulation der Atmungskette 306
10.6.4.4 Anaerobe Atmung (Nitrat- und Sulfatatmung) 306
10.7 Nebenatmung 307
10.8 Dissimilation und Umweltfaktoren 308
10.8.1 Untersuchung der Atmungsvorgänge 308
10.8.2 Einflüsse verschiedener Umweltfaktoren 309
11 Stoffwechsel der Kohlenhydrate, Lipide
und Stickstoffverbindungen 311
11.1 Kohlenhydrat-Stoffwechsel: Oligo- und Polysaccharide 311
11.1.1 Oligosaccharide 312
11.1.2 Stärke 313
11.1.3 Zellwand-Polysaccharide 314
11.1.4 Glykoside (Heteroside) 315
11.2 Lipid-Stoffwechsel 316
11.2.1 Fettsäuren: Synthese und Abbau 316
11.2.1.1 Fettsäure-Biosynthese 316
11.2.1.2 Bildung ungesättigter Fettsäuren 318
11.2.1.3 Abbau der Fettsäuren 318
11.2.2 Fette (Reservelipide) 319
11.2.3 Polare Lipide (Membran- oder Strukturlipide) 319
11.2.4 Oberflächenlipide 321
11.2.5 Terpenoide (Isoprenoide) 322
11.3 Stoffwechsel der Stickstoff-Verbindungen 324
11.3.1 Stoffwechsel des anorganischen Stickstoffs 325
11.3.1.1 Stickstoff-Fixierung 325
11.3.1.2 Nitrat-Reduktion 327
11.3.2 Stoffwechsel der Aminosäuren 327
11.3.2.1 Primäre Aminierung (Ammoniumassimilation) 327
11.3.2.2 Transaminierung 328
11.3.2.3 Aufbau des Kohlenstoff-Gerüstes der Aminosäuren 329
11.3.2.4 Abbau von Aminosäuren 329
11.3.2.5 Ammoniak-Entgiftung (Stickstoffspeicherung) 332
11.3.2.6 Sulfat-Reduktion 332
11.3.3 Stoffwechsel der Peptide und Proteine 334
11.3.3.1 Oligopeptide 334
11.3.3.2 Eigenschaften und Klassifizierung der Proteine 335
11.3.3.3 Stoffwechsel der Proteine 336
11.3.4 Nucleotidstoffwechsel 337
11.3.5 Alkaloide 338
11.3.6 Glucosinolate und cyanogene Verbindungen 340
11.4 Stoffwechsel der Aromaten 340
12 Wasser- und lonenhaushalt; Transportvorgänge 345
12.1 Wasserhaushalt der Pflanze 345
12.1.1 Wasserabgabe 345
12.1.2 Wasseraufnahme 347
12.1.3 Wassertransport 348
12.2 Assimilat-Transport im Phloem 349
12.3 Stoffausscheidung (Exkretion) 350
12.4 lonenhaushalt 351
12.4.1 Funktion der Ionen 351
12.4.2 Aufnahme und Transport der Ionen 352
12.4.3 Spaltöffnungsbewegung 354
12.4.4 Das Membranpotenzial als Folge der lonenverteilung 354
12.4.5 Ionen als Standortfaktoren 356
13 Heterotrophe Ernährung 357
13.1 Saprophytismus 358
13.2 Parasitismus 358
13.3 Symbiose 359
13.3.1 Flechten 359
13.3.2 Mykorrhiza 360
13.4 Carnivorie 361
14 Entwicklung und Wachstum 363
14.1 Wachstum und Differenzierung 363
14.1.1 Wachstum der einzelnen Zellen 363
14.1.2 Wachstum der Organe 364
14.1.3 Differenzierung 364
14.1.3.1 Differenzierung und Totipotenz 364
14.1.3.2 Dedifferenzierung und Restitution 365
14.1.3.3 Determination und Musterbildung 365
14.1.3.4 Korrelationen 366
14.1.4 Polarität 366
14.1.5 Positionseffekt 367
14.2 Regulationsvorgänge 368
14.2.1 Differentielle Genaktivität 368
14.2.2 Voraussetzungen der Regulationsvorgänge in der Zelle 369
14.2.3 Intrazelluläre Regulation 369
14.2.3.1 Regulation der Art und Anzahl der Proteine 370
14.2.3.2 Posttranslationale Regulation 376
14.2.3.3 Regulation der Aktivität von Enzymen 376
14.2.3.4 Metaboliten-Regulation 378
14.2.4 Signaltransduktion in der Zelle 378
14.2.4.1 Proteine in der Signaltransduktion 378
14.2.4.2 Intrazelluläre Botenstoffe 379
14.2.4.3 Metabolit-Signale 380
14.2.4.4 Regulation des Zellzyklus 380
14.2.4.5 Zelluläre Regulation 380
14.3 Innere Entwicklungsfaktoren 381
14.3.1 Phytohormone 381
14.3.1.1 Auxine 381
14.3.1.2 Gibberelline 384
14.3.1.3 Cytokinine 384
14.3.1.4 Abscisinsäure 385
14.3.1.5 Ethen (Ethylen) 385
14.3.1.6 Octadecanoide und Jasmonate 386
14.3.1.7 Brassinosteroide 386
14.3.1.8 Weitere hormonartige Stoffe 386
14.3.1.9 Zusammenarbeit der Hormone 387
14.3.2 Morphoregulatoren 388
14.3.3 Gallbildungen 388
14.3.4 Gegenseitige Erkennung von Zellen 388
14.4 Äußere Entwicklungsfaktoren 389
14.4.1 Licht 389
14.4.1.1 Phytochrome und ihre Wirkungen 389
14.4.1.2 Wirkungen von Blaulicht und UV-Strahlung 392
14.4.2 Temperatur 392
14.4.3 Schwerkraft 393
14.4.4 Chemische Einflüsse auf die Entwicklung 393
14.4.5 Mechanische Wirkungen 393
14.4.6 Stressphysiologie 393
14.4.6.1 Temperaturstress 395
14.4.6.2 Dürrestress 397
14.4.6.3 Andere abiotische Stressfaktoren 397
14.4.6.4 Stress durch Parasitenbefall 397
14.5 Entwicklung und Rhythmik 399
14.5.1 Vegetative Entwicklung 399
14.5.2 Blütenbildung 399
14.5.2.1 Blühinduktion 399
14.5.2.2 Vernalisation 399
14.5.2.3 Photoperiodismus und Blütenbildung 400
14.5.2.4 Weitere photoperiodisch gesteuerte Vorgänge 401
14.5.2.5 Regulation der Blüten- und Embryobildung 401
14.5.3 Bildung der Samen und Früchte 402
14.5.4 Aktivitätswechsel ausdauernder Arten 403
14.5.5 Programmierter Zelltod 403
14.5.6 Keimruhe und Keimung 403
14.5.6.1 Keimfähigkeit 403
14.5.6.2 Umweltfaktoren und Keimung 404
14.5.6.3 Mobilisierung der Reservestoffe 404
14.5.7 Rhythmik 404
14.5.7.1 Circadiane Rhythmik 405
14.5.7.2 Molekularer Mechanismus der inneren Uhr 406
14.6 Tumoren 406
14.6.1 Infektionstumoren 407
14.6.2 Anwendung des TrPlasmids 407
15 Bewegungen 411
15.1 Bewegung und Reizbarkeit bei Pflanzen 411
15.2 Intrazelluläre Bewegungen und Bewegungen von Zellen 412
15.2.1 Intrazelluläre Bewegungen 412
15.2.2 Mechanismen der Zellbewegungen 412
15.2.3 Freie Ortsbewegungen (Taxien) 413
15.3 Bewegungsmechanismen der vielzelligen Pflanzen 415
15.3.1 Mechanische Bewegungen 415
15.3.1.1 Quellungsbewegungen 415
15.3.1.2 Kohäsionsbewegungen 416
15.3.2 Bewegungen unter Beteiligung der Protoplasten 417
15.3.2.1 Wiederholbare Turgorbewegungen 417
15.3.2.2 Schleuder- und Explosionsbewegungen 418
15.3.2.3 Wachstumsbewegüngen 419
15.4 Reizbewegungen vielzelliger Pflanzen 419
15.4.1 Wirkungen von Strahlung 419
15.4.2 Wirkungen der Schwerkraft 420
15.4.3 Chemische Wirkungen 422
15.4.4 Mechanische Wirkungen 422
15.4.5 Wirkungen der Temperatur 423
16 Evolution 425
16.1 Nachweis der Evolution 425
16.1.1 Baupläne der Lebewesen und ihr Vergleich 425
16.1.2 Beobachtungen an Populationen 425
16.1.3 Stammbaumforschung 426
16.2 Evolutionsfaktoren 428
16.2.1 Mutationen 428
16.2.2 Genetische Rekombination 429
16.2.3 Selektion 429
16.2.4 Gendrift 430
16.2.5 Aufspaltung von Genpools (genetische Separation) 430
16.3 Einige Prinzipien des Evolutionsvorgangs 432
16.4 Transspezifische Evolution 433
16.4.1 Indizien für die transspezifische Evolution 433
16.4.2 Entstehung und Ausbreitung neuer Organisationsformen 433
16.4.3 Anagenese (Höherentwicklung) 435
16.5 Entstehung des Lebens und Evolution des Pflanzenreiches 437
16.5.1 Entstehung des Lebens auf der Erde (Biogenese) 437
16.5.1.1 Chemische Evolution 437
16.5.1.2 Von Makromolekülen zu Protobionten 438
16.5.2 Evolution des Stoffwechsels 439
16.5.3 Evolution des Pflanzenreichs 439
Weiterführende Literatur 443
Register 449
Die 2. Auflage des vorliegenden Grundrisses der Allgemeinen Botanik glänzt durch sorgfältige Überarbeitung einzelner Abschnitte, insbesondere der Physiologie.
Prof. Kull bietet mit seinem Grundriss eine Rundum-Einführung in die Botanik an: von Molekül und Zelle, über Evolution, Histologie, Fortpflanzung und Genetik, Stoffwechsel und Ionenhaushalt bleibt er keine Einführung schuldig.
Für eine immer mehr technisch orientierte Biologie hat sich allmählich ein Kanon der Anforderungen in den Grundlagen-Disziplinen herausgebildet. Diesem war Rechnung zu tragen und Verknüpfungen zu den späteren Studienschwerpunkten waren herauszustellen. Das zum Verständnis moderner Biologie unerlässliche chemische und physikochemische Basiswissen ist komprimiert wiedergegeben; an diesen Abschnitten lässt sich prüfen, ob die erforderlichen Vorkenntnisse vorhanden sind. Die Darstellung der Molekularbiologie beschränkt sich auf die für das Verständnis der Physiologie notwendigen Grundlagen. Insbesondere die Entwicklungsphysiologie geht zunehmend von der molekularen Genetik aus und wird ihrerseits zu einer entscheidenden Basisdisziplin der "grünen Biotechnologie"; eine ausführlichere Darstellung war daher geboten. Auch in anderen Abschnitten zur Physiologie und der Cytologie waren viele Themenbereiche neu zu fassen. Die moderne Zellbiologie allerdings kann in einem einführenden Lehrbuch nur unvollständig behandelt werden. Auf eine knappe und klare Darstellung wird in allen Kapiteln großer Wert gelegt.
Inhaltsverzeichnis
1 Botanik: Die Pflanzen und ihre Lebenserscheinungen 1
1.1 Eigenschaften der Lebewesen 1
1.2 Teilgebiete der Botanik 2
1.3 Die Pflanzenwelt und ihre Gliederung 3
1.3.1 Prinzipien der Systematik 3
1.3.1.1 Evolution 3
1.3.1.2 Verwandtschaftsforschung 4
1.3.1.3 Grundlagen der Namengebung: Taxonomie 5
1.3.2 Abteilungen (Stämme) und Organisationstypen 5
1.4 Pflanze und Tier 9
2 Moleküle der Zelle 11
2.1 Lipide 12
2.2 Kohlenhydrate 15
2.2.1 Monosaccharide und ihre Derivate 15
2.2.2 Oligosaccharide 17
2.2.3 Polysaccharide 17
2.3 Aminosäuren und Proteine 20
2.3.1 Aminosäuren und ihre peptidische Verknüpfung 20
2.3.2 Proteine 23
2.4 Nucleotide und Nucleinsäuren 26
2.4.1 Nucleotide 26
2.4.2 Nucleinsäuren 27
2.5 Porphyrine 30
2.6 Aromaten 30
2.7 Aufgaben der verschiedenen Moleküle im Stoffwechsel 32
3 Cytologie 35
3.1 Die Zelle als Grundbaustein der Lebewesen 35
3.1.1 Gestalt der Zellen 35
3.1.2 Größe der Zellen 36
3.1.3 Protocyte und Eucyte 36
3.1.4 Genetische Information und epigenetisches System 36
3.1.5 Grundeigenschaften von Zellen 37
3.1.6 Charakterisierung der Pflanzenzelle 37
3.1.7 Polyenergide, Plasmodium, Symplast 39
3.2 Bau der Pflanzenzelle 39
3.2.1 Methoden der Cytologie 39
3.2.1.1 Mikroskopie und Elektronenmikroskopie 39
3.2.1.2 Isolierung von Organellen und Makromolekülen 40
3.2.1.3 Zellfreies System und Zellkultur 40
3.2.1.4 Wachstum einer Zellkultur 40
3.2.2 Übersicht über den Bau der Pflanzenzelle 41
3.2.3 Plasmatische und nichtplasmatische Räume der Zelle 43
3.2.4 Protoplast 43
3.2.4.1 Grundstrukturen des Cytoplasmas (Grundplasma) 43
3.2.4.2 Membran 44
3.2.4.3 Organellen ohne Membran 46
3.2.4.4 Kleine Organellen 50
3.2.4.5 Zellkern (Nucleus, Karyon) 55
3.2.4.6 Mitochondrien und Plastiden 61
3.2.5 Ergastische Gebilde 66
3.2.5.1 Vakuom 66
3.2.5.2 Kristalle 69
3.2.5.3 Stärke als Reservestoff 69
3.2.5.4 Zellwand 70
3.3 Bau der Prokaryoten-Zelle (Protocyte) 79
3.4 Entstehung der Eucyte; Endosymbionten-Theorie 83
3.5 Wasserhaushalt der Pflanzenzelle 85
3.5.1 Diffusion 85
3.5.2 Osmose und Osmometer; Wasserpotenzial 86
3.5.3 Das Osmometermodell der Pflanzenzelle 87
3.5.4 Quellung 88
3.5.5 Plasmolyse 89
3.5.6 Zellen im Verband 89
3.5.7 Osmotische Regulation in der Zelle 90
4 Organisationsstufen der eukaryotischen Pflanzen 91
4.1 Evolution der Vielzeller und der Landpflanzen 91
4.1.1 Vom Einzeller zum Vielzeller 91
4.1.2 Von den Thallophyten zu den Landpflanzen 92
4.2 Protophyten 93
4.2.1 Organisation der Protophyten 93
, 4.2.2 Endosymbiosen 93
4.2.3 Übergänge zum Vielzeller 95
4.3 Thallophyten 95
4.3.1 Coenoblast 95
4.3.2 Fadenthallus 96
4.3.3 Gewebethallus 97
4.3.4 Organisation der Moose 97
4.4 Kormophyten 98
4.4.1 Anpassung ans Landleben 98
4.4.2 Telomtheorie 98
4.4.3 Regressionen 99
5 Histologie (Gewebelehre) 101
5.1 Bildungsgewebe oder Meristeme 101
5.2 Dauergewebe 102
5.2.1 Grundgewebe 102
5.2.2 Abschluss- und Absorptionsgewebe 103
5.2.2.1 Epidermis 103
5.2.2.2 Spaltöffnungen (Stomata) 104
5.2.2.3 Haare (Trichome) und Emergenzen 105
5.2.2.4 Hypodermis 106
5.2.2.5 Rhizodermis 106
5.2.2.6 Exodermis 106
5.2.2.7 Endodermis 106
5.2.2.8 Periderm (Sekundäres Abschlussgewebe) 107
5.2.2.9 Spezielle Absorptionsgewebe 107
5.2.3 Festigungsgewebe (Mechanisches System) 107
5.2.3.1 Kollenchym 108
5.2.3.2 Sklerenchym 108
5.2.4 Leitgewebe 109
5.2.4.1 Phloem 109
5.2.4.2 Xylem 111
5.2.4.3 Leitbündel 111
5.2.4.4 Transferzellen 112
5.2.5 Ausscheidungsgewebe (Exkretionsgewebe) 113
5.2.5.1 Exkretionsgewebe s. str. (Absonderungsgewebe) 113
5.2.5.2 Drüsen 113
6 Anatomie und Morphologie des Vegetationskörpers 117
6.1 Keimung bei Blütenpflanzen 117
6.2 Sprossachse l18
6.2.1 Phylogenie der Sprossachse 118
6.2.2 Ontogenie der Sprossachse 118
6.2.2.1 Vegetationskegel 118
6.2.2.2 Determination 119
6.2.2.3 Differenzierungszone 119
6.2.2.4 Entstehung der Leitbündel 119
6.2.2.5 Primäres Dickenwachstum (Erstarkungswachstum) 120
6.2.2.6 Längsdifferenzierung der Sprossachse 120
6.2.3 Anatomie der Sprossachse 121
6.2.3.1 Dicotyle und Coniferen 121
6.2.3.2 Monocotyle 123
6.2.3.3 Mechanische Bauprinzipien der Sprossachse 123
6.2.3.4 Stelärtheorie 123
6.2.4 Sekundäre Veränderungen der Sprossachse 125
6.2.4.1 Sekundäres Dickenwachstum 125
6.2.4.2 Bau des Holzes 125
6.2.4.3 Bau der sekundären Rinde 130
6.2.4.4 Sekundäre und tertiäre Abschlussgewebe 131
6.2.4.5 Abweichende Formen sekundären Dickenwachstums 133
6.2.4.6 Wundheilung 133
6.2.5 Morphologie der Sprossachse 133
6.2.5.1 Längenwachstum der Sprossachse 133
6.2.5.2 Symmetrie und Dickenwachstum der Sprossachse 134
6.2.5.3 Blattstellung (Phyllotaxis) 134
6.2.5.4 Verzweigung der Sprossachse 136
6.3 Blatt 137
6.3.1 Phylogenie des Blattes 137
6.3.2 Ontogenie des Blattes 138
6.3.2.1 Blattanlagen 138
6.3.2.2 Blattwachstum 138
6.3.3 Anatomie des Blattes 139
6.3.3.1 Blattspreite (Lamina) 139
6.3.3.2 Blattstiel 144
6.3.4 Morphologie des Blattes 144
6.3.5 Blattfolge am Spross 147
6.3.6 Lebensdauer der Blätter, Blattfall 148
6.4 Wurzel 149
6.4.1 Ontogenie und primäre Anatomie der Wurzel 149
6.4.1.1 Wurzelanlage 149
6.4.1.2 Wurzelhaube (Calyptra) 151
6.4.1.3 Rhizodermis 151
6.4.1.4 Wurzelrinde 151
6.4.1.5 Zentralzylinder 152
6.4.1.6 Wurzelhals 152
6.4.2 Sekundäre Veränderungen der Wurzel 152
6.4.2.1 Sekundäres Dickenwachstum 152
6.4.2.2 Seitenwurzelbildung 154
6.4.3 Morphologie der Wurzel 154
6.4.4 Bewurzelungsformen 155
6.5 Anpassungen des Kormus 155
6.5.1 Ökologische Potenz und ökologische Nische 156
6.5.2 Anatomisch-morphologische Anpassungen an Standortbedingungen 156
6.5.2.1 Anpassungen an die Wasserverfugbarkeit 156
6.5.2.2 Anpassungen an die Überdauerung ungünstiger Zeiten 160
6.5.2.3 Anpassungen an die Lichtverhältnisse und zur
Erhöhung der mechanischen Stabilität 163
6.5.2.4 Anpassungen an besondere Ernährungsbedingungen 167
6.5.2.5 Anpassungen als Schutz vor Tierfraß 169
6.5.2.6 Anpassungen an Feuer (Pyrophyten) 170
6.5.3 Lebensformen 170
7 Fortpflanzung 173
7.1 Fortpflanzungssysteme 173
7.1.1 Vegetative Fortpflanzung durch Zerfall oder Zerteilung 173
7.1.1.1 Einzeller 173
7.1.1.2 Vielzeller 173
7.1.2 Ungeschlechtliche Fortpflanzung durch besondere Zellen 175
7.1.3 Geschlechtliche Fortpflanzung 176
7.1.3.1 Formen der Syngamie 176
7.1.3.2 Meiose 177
7.1.3.3 Zeitpunkt der Meiose; Generationswechsel 179
7.1.3.4 Generationswechsel bei Landpflanzen (Moose und Kormophyten) 181
7.2 Blüte 186
7.2.1 Aufbau der Angiospermen-Blüte 186
7.2.2 Blütenbildung und Lebensdauer der Pflanze 188
7.2.3 Blütenstände (Infloreszenzen) 188
7.2.3.1 Aufbau von Blütenständen 188
7.2.3.2 Pseudanthien 188
7.2.3.3 Synfloreszenzen 189
7.2.3.4 Wichtige Infloreszenz-Formen 189
7.2.4 Phylogenie der Blüte 191
7.2.4.1 Phylogenie der Blütenhülle 191
7.2.4.2 Phylogenie der Staubblätter 191
7.2.4.3 Phylogenie der Fruchtblätter 191
7.2.5 Ontogenie der Blüte 192
7.2.6 Blütenhülle 192
7.2.7 Androeceum 192
7.2.7.1 Staubblätter 192
7.2.7.2 Staminodien 193
7.2.7.3 Pollensack und Büdung der Pollenkörner 193
7.2.7.4 Pollenkorn 193
7.2.8 Gynoeceum 194
7.2.8.1 Bau der Fruchtknotens 194
7.2.8.2 Placentation 195
7.2.8.3 Bau der Samenanlage 195
7.2.8.4 Lage des Fruchtknotens 196
7.2.9 Geschlechterverteilung und Bestäubung 196
7.2.9.1 Geschlechterverteilung in Blüten 196
7.2.9.2 Bestäubung 197
7.3. Entwicklung der Gametophyten, Befruchtung 199
7.3.1 Entwicklung des Pollenkorns zum Mikrogametophyten 199
7.3.2 Entwicklung des Embryosacks zum Megagametophyten 200
7.3.3 Befruchtung 200
7.4 Same und Frucht 201
7.4.1 Bildung von Embryo und sekundärem Endosperm 201
7.4.2 Samenbildung 201
7.4.3 Samenanhängsel 203
7.4.4 Apomixis 203
7.4.5 Fruchtbildung 204
7.4.6 Fruchtformen 205
7.4.6.1 Einzelfrüchte 205
7.4.6.2 Sammelfrüchte 205
7.4.6.3 Zusammengesetzte Früchte 207
7.4.7 Verbreitung der Diasporen 207
7.4.7.1 Autochore Verbreitung 208
7.4.7.2 Allochore Verbreitung 208
8 Grundlagen der Genetik 211
8.1 Grundbegriffe 211
8.2 Variabilität und Vererbung, Modifikationen 212
8.3 Gesetzmäßigkeiten der Vererbung 213
8.3.1 Kreuzungsversuche 213
8.3.2 Kreuzung von Haplonten 213
8.3.3 Kreuzung von Diplonten: MENDEL'sche Regeln 215
8.3.3.1 Intermediäre Vererbung 215
8.3.3.2 Dominante Vererbung 216
8.3.3.3 MENDEL'sche Regeln 216
8.3.3.4 Abweichungen von den MENDEL'schen Regeln 217
8.4 Geschlechtsbestimmung und -Vererbung 217
8.4.1 Haplogenotypische Geschlechtsbestimmung 217
8.4.2 Diplogenotypische Geschlechtsbestimmung; Geschlechtschromosomen 218
8.4.3 Inkompatibüität 218
8.4.4 Abweichende Geschlechtsverhältnisse 218
8.5 Chemische Natur der Gene 219
8.5.1 Genetischer Code 219
8.5.2 Viren und Phagen 220
8.5.3 Struktur der DNA 222
8.5.3.1 DNA der Prokaryoten 223
8.5.3.2 DNA der Eukaryoten 223
8.5.3.3 Information der DNA 223
8.5.4 Replikation der DNA 224
8.5.5 Rekombination 226
8.5.5.1 Konjugation und Rekombination bei Bakterien 226
8.5.6 Untersuchung von Genen 227
8.5.7 Mutation 229
8.5.7.1 Genmutationen 229
8.5.7.2 Chromosomenmutationen 231
8.5.7.3 Genom-Mutationen 232
8.5.7.4 Transposons 232
8.5.7.5 Vererbung epigenetischer Muster 233
8.6 Realisierung der genetischen Information 233
8.6.1 Gene als Funktionseinheiten 233
8.6.2 Transkription 233
8.6.3 Reverse Transkriptasen und Struktur der Gene bei Eukaryoten 234
8.6.4 Funktion der Ribonucleinsäuren 235
8.6.4.1 Kleinmolekulare Ribonucleinsäuren 235
8.6.4.2 Ribosomale Ribonucleinsäuren (rRNA) 236
8.6.5 Posttranskriptionale Veränderung der Ribonucleinsäuren (processing) 236
8.6.6 Translation 238
8.6.7 Proteinfaltung 240
8.6.8 Lokalisierung und posttranslationale Veränderung der Proteine 242
8.7 Extrachromosomale Vererbung 245
8.8 Transgene Pflanzen 246
8.8.1 Einbringung rekombinanter DNA 247
8.8.2 Nachweis der Genübertragung 247
8.8.3 Genexpression 247
8.8.4 Protoplasten-Technik 247
8.9 Protein-Engineering 248
8.10 Genomik und Proteomik 248
9 Grundprinzipien der Stoffwechselphysiologie 251
9.1 Grundlagen der Energetik 251
9.2 Energetische Kopplung; Bedeutung von ATP 253
9.3 Energetik der Redoxreaktionen 255
9.4 Biologische Katalyse: Enzyme 256
9.4.1 Katalysator-Funktion der Enyzme 256
9.4.2 Kinetik der Enzymreaktionen 258
9.4.3 Regulation von Enzymreaktionen 259
9.4.4 Enzyme im Stoffwechsel 260
9.5 Lebewesen als offene Systeme 260
9.6 Membrantransport 261
9.6.1 Permeation 261
9.6.2 Spezifischer Transport 261
10 Energiestoffwechsel der Pflanze 265
10.1 Photosynthese 265
10.1.1 Primärreaktionen der Photosynthese 267
10.1.1.1 Photosynthetische Farbstoffe, Absorptions-
und Wirkungsspektren 267
10.1.1.2 Physikalische Vorgänge: Lichtabsorption
und Energiewanderung 270
10.1.1.3 Chemische Primärreaktionen 272
10.1.1.4 Photoprotektive Reaktionen 279
10.1.2 Sekundärreaktionen der Photosynthese (CO2-Fixierung und Reduktion) 279
10.1.3 Photosynthese und Umweltfaktoren 283
10.1.3.1 Anpassungen der Photosynthese an Standortverhältnisse 283
10.1.3.2 Abhängigkeit der Photosynthese von Umweltfaktoren 287
10.1.4 Bakterielle Photosynthese 289
10.2 Chemosynthese 290
10.3 Assimilationsprodukte und deren weitere Umsetzungen 291
10.3.1 Photosyntheseprodukte 291
10.3.2 Umsatz der Monosaccharide 292
10.4 Dissimilation, Übersicht 293
10.5 Monosaccharid-Abbau 296
10.5.1 Oxidativer Pentosephosphatzyklus (Hexosemonophosphat-Abbau) 296
10.5.2 Glykolyse 296
10.5.3 Gärungen 299
10.6 Dissimilation durch Citratzyklus und Endoxidation 300
10.6.1 Citratcyclus 300
10.6.1.1 Ablauf des Citratzyklus 301
10.6.1.2 Synthesen vom Citratzyklus aus 302
10.6.1.3 Porphyrin-Synthese 302
10.6.1.4 Anaplerotische CO2-Fixierung 302
10.6.2 Glyoxylat-Zyklus und Gluconeogenese 302
10.6.3 Speicherung von Carbonsäuren 303
10.6.4 Endoxidation 304
10.6.4.1 Elektronentransportkette 304
10.6.4.2 Atmungskettenphosphorylierung 306
10.6.4.3 Regulation der Atmungskette 306
10.6.4.4 Anaerobe Atmung (Nitrat- und Sulfatatmung) 306
10.7 Nebenatmung 307
10.8 Dissimilation und Umweltfaktoren 308
10.8.1 Untersuchung der Atmungsvorgänge 308
10.8.2 Einflüsse verschiedener Umweltfaktoren 309
11 Stoffwechsel der Kohlenhydrate, Lipide
und Stickstoffverbindungen 311
11.1 Kohlenhydrat-Stoffwechsel: Oligo- und Polysaccharide 311
11.1.1 Oligosaccharide 312
11.1.2 Stärke 313
11.1.3 Zellwand-Polysaccharide 314
11.1.4 Glykoside (Heteroside) 315
11.2 Lipid-Stoffwechsel 316
11.2.1 Fettsäuren: Synthese und Abbau 316
11.2.1.1 Fettsäure-Biosynthese 316
11.2.1.2 Bildung ungesättigter Fettsäuren 318
11.2.1.3 Abbau der Fettsäuren 318
11.2.2 Fette (Reservelipide) 319
11.2.3 Polare Lipide (Membran- oder Strukturlipide) 319
11.2.4 Oberflächenlipide 321
11.2.5 Terpenoide (Isoprenoide) 322
11.3 Stoffwechsel der Stickstoff-Verbindungen 324
11.3.1 Stoffwechsel des anorganischen Stickstoffs 325
11.3.1.1 Stickstoff-Fixierung 325
11.3.1.2 Nitrat-Reduktion 327
11.3.2 Stoffwechsel der Aminosäuren 327
11.3.2.1 Primäre Aminierung (Ammoniumassimilation) 327
11.3.2.2 Transaminierung 328
11.3.2.3 Aufbau des Kohlenstoff-Gerüstes der Aminosäuren 329
11.3.2.4 Abbau von Aminosäuren 329
11.3.2.5 Ammoniak-Entgiftung (Stickstoffspeicherung) 332
11.3.2.6 Sulfat-Reduktion 332
11.3.3 Stoffwechsel der Peptide und Proteine 334
11.3.3.1 Oligopeptide 334
11.3.3.2 Eigenschaften und Klassifizierung der Proteine 335
11.3.3.3 Stoffwechsel der Proteine 336
11.3.4 Nucleotidstoffwechsel 337
11.3.5 Alkaloide 338
11.3.6 Glucosinolate und cyanogene Verbindungen 340
11.4 Stoffwechsel der Aromaten 340
12 Wasser- und lonenhaushalt; Transportvorgänge 345
12.1 Wasserhaushalt der Pflanze 345
12.1.1 Wasserabgabe 345
12.1.2 Wasseraufnahme 347
12.1.3 Wassertransport 348
12.2 Assimilat-Transport im Phloem 349
12.3 Stoffausscheidung (Exkretion) 350
12.4 lonenhaushalt 351
12.4.1 Funktion der Ionen 351
12.4.2 Aufnahme und Transport der Ionen 352
12.4.3 Spaltöffnungsbewegung 354
12.4.4 Das Membranpotenzial als Folge der lonenverteilung 354
12.4.5 Ionen als Standortfaktoren 356
13 Heterotrophe Ernährung 357
13.1 Saprophytismus 358
13.2 Parasitismus 358
13.3 Symbiose 359
13.3.1 Flechten 359
13.3.2 Mykorrhiza 360
13.4 Carnivorie 361
14 Entwicklung und Wachstum 363
14.1 Wachstum und Differenzierung 363
14.1.1 Wachstum der einzelnen Zellen 363
14.1.2 Wachstum der Organe 364
14.1.3 Differenzierung 364
14.1.3.1 Differenzierung und Totipotenz 364
14.1.3.2 Dedifferenzierung und Restitution 365
14.1.3.3 Determination und Musterbildung 365
14.1.3.4 Korrelationen 366
14.1.4 Polarität 366
14.1.5 Positionseffekt 367
14.2 Regulationsvorgänge 368
14.2.1 Differentielle Genaktivität 368
14.2.2 Voraussetzungen der Regulationsvorgänge in der Zelle 369
14.2.3 Intrazelluläre Regulation 369
14.2.3.1 Regulation der Art und Anzahl der Proteine 370
14.2.3.2 Posttranslationale Regulation 376
14.2.3.3 Regulation der Aktivität von Enzymen 376
14.2.3.4 Metaboliten-Regulation 378
14.2.4 Signaltransduktion in der Zelle 378
14.2.4.1 Proteine in der Signaltransduktion 378
14.2.4.2 Intrazelluläre Botenstoffe 379
14.2.4.3 Metabolit-Signale 380
14.2.4.4 Regulation des Zellzyklus 380
14.2.4.5 Zelluläre Regulation 380
14.3 Innere Entwicklungsfaktoren 381
14.3.1 Phytohormone 381
14.3.1.1 Auxine 381
14.3.1.2 Gibberelline 384
14.3.1.3 Cytokinine 384
14.3.1.4 Abscisinsäure 385
14.3.1.5 Ethen (Ethylen) 385
14.3.1.6 Octadecanoide und Jasmonate 386
14.3.1.7 Brassinosteroide 386
14.3.1.8 Weitere hormonartige Stoffe 386
14.3.1.9 Zusammenarbeit der Hormone 387
14.3.2 Morphoregulatoren 388
14.3.3 Gallbildungen 388
14.3.4 Gegenseitige Erkennung von Zellen 388
14.4 Äußere Entwicklungsfaktoren 389
14.4.1 Licht 389
14.4.1.1 Phytochrome und ihre Wirkungen 389
14.4.1.2 Wirkungen von Blaulicht und UV-Strahlung 392
14.4.2 Temperatur 392
14.4.3 Schwerkraft 393
14.4.4 Chemische Einflüsse auf die Entwicklung 393
14.4.5 Mechanische Wirkungen 393
14.4.6 Stressphysiologie 393
14.4.6.1 Temperaturstress 395
14.4.6.2 Dürrestress 397
14.4.6.3 Andere abiotische Stressfaktoren 397
14.4.6.4 Stress durch Parasitenbefall 397
14.5 Entwicklung und Rhythmik 399
14.5.1 Vegetative Entwicklung 399
14.5.2 Blütenbildung 399
14.5.2.1 Blühinduktion 399
14.5.2.2 Vernalisation 399
14.5.2.3 Photoperiodismus und Blütenbildung 400
14.5.2.4 Weitere photoperiodisch gesteuerte Vorgänge 401
14.5.2.5 Regulation der Blüten- und Embryobildung 401
14.5.3 Bildung der Samen und Früchte 402
14.5.4 Aktivitätswechsel ausdauernder Arten 403
14.5.5 Programmierter Zelltod 403
14.5.6 Keimruhe und Keimung 403
14.5.6.1 Keimfähigkeit 403
14.5.6.2 Umweltfaktoren und Keimung 404
14.5.6.3 Mobilisierung der Reservestoffe 404
14.5.7 Rhythmik 404
14.5.7.1 Circadiane Rhythmik 405
14.5.7.2 Molekularer Mechanismus der inneren Uhr 406
14.6 Tumoren 406
14.6.1 Infektionstumoren 407
14.6.2 Anwendung des TrPlasmids 407
15 Bewegungen 411
15.1 Bewegung und Reizbarkeit bei Pflanzen 411
15.2 Intrazelluläre Bewegungen und Bewegungen von Zellen 412
15.2.1 Intrazelluläre Bewegungen 412
15.2.2 Mechanismen der Zellbewegungen 412
15.2.3 Freie Ortsbewegungen (Taxien) 413
15.3 Bewegungsmechanismen der vielzelligen Pflanzen 415
15.3.1 Mechanische Bewegungen 415
15.3.1.1 Quellungsbewegungen 415
15.3.1.2 Kohäsionsbewegungen 416
15.3.2 Bewegungen unter Beteiligung der Protoplasten 417
15.3.2.1 Wiederholbare Turgorbewegungen 417
15.3.2.2 Schleuder- und Explosionsbewegungen 418
15.3.2.3 Wachstumsbewegüngen 419
15.4 Reizbewegungen vielzelliger Pflanzen 419
15.4.1 Wirkungen von Strahlung 419
15.4.2 Wirkungen der Schwerkraft 420
15.4.3 Chemische Wirkungen 422
15.4.4 Mechanische Wirkungen 422
15.4.5 Wirkungen der Temperatur 423
16 Evolution 425
16.1 Nachweis der Evolution 425
16.1.1 Baupläne der Lebewesen und ihr Vergleich 425
16.1.2 Beobachtungen an Populationen 425
16.1.3 Stammbaumforschung 426
16.2 Evolutionsfaktoren 428
16.2.1 Mutationen 428
16.2.2 Genetische Rekombination 429
16.2.3 Selektion 429
16.2.4 Gendrift 430
16.2.5 Aufspaltung von Genpools (genetische Separation) 430
16.3 Einige Prinzipien des Evolutionsvorgangs 432
16.4 Transspezifische Evolution 433
16.4.1 Indizien für die transspezifische Evolution 433
16.4.2 Entstehung und Ausbreitung neuer Organisationsformen 433
16.4.3 Anagenese (Höherentwicklung) 435
16.5 Entstehung des Lebens und Evolution des Pflanzenreiches 437
16.5.1 Entstehung des Lebens auf der Erde (Biogenese) 437
16.5.1.1 Chemische Evolution 437
16.5.1.2 Von Makromolekülen zu Protobionten 438
16.5.2 Evolution des Stoffwechsels 439
16.5.3 Evolution des Pflanzenreichs 439
Weiterführende Literatur 443
Register 449