Uni Kassel FB11 SS24 G18 Ertragsphysiologie

Was ist Photorespiration? Wann findet diese statt und welche Strategien entwickelten Pflanzen dagegen.

Als Photorespiration bezeichnet man die Bindung von O2 anstatt CO2 durch RUBISCO an RuBP. RUBISCO Katalysiert vorrangig CO" aber ist auch ein Oxygener akzeptor 1:4-1:2 Photorespiration sind normal. Das passiert wenn die Konzentratin von O2 durch Stomataschluss bei hohen temperaturen. Bei dem PRozess geht 1C Atom als Co2 verloren, deswegen ist dieser Prozess Photosynthesemindernd und als not Wiederverwertung zu sehen.

CAM und C4 Pflanzen sind weniger anfällig für Photorespiration da hier O2 und Co2 synthese räumlich oder Zeitlich voneinander getrennt sind

Unterschiede zwischen C3, CAM und C4 Photosynthese

	C3	C4	CAM
Transpirationskoeffizient	450-900	250-350	18-100 Nachts und 150-600 Tags
Temperaturoptimum	15-25Grad	30-47Grad	35 Grad
TM Gewinn T/ha/a	10-25	40-80	6-10

 

Welche Umweltfaktorielle Einflüsseauf die Photosynthese kennen Sie und wie welche Anpassungsorganismen haben Pflanzen?

1. Erhöhung der Co2 Konzentration

-->C4 Photosynthese, Steigende Photosyntheseleistung

2. Temperatur

Da Dunkelreaktion Temperaturabhängig-->Stomataschluss führt zur Photorespiration

Welche GRundlegenden Prozesse sind auf Zell, ORgan und PFlanzenebene für Wachstum und Entwicklung verantwortlich?

Zellebene:

Mitose und Zellstreckung, Zellstreckung voran geht die erweichung der Zellwand und anschließend der Einlagerung von mehr H2o in die ZEllvakuole worauf sich die Zelle streckt, dann wird die Zellwand wieder verfestigt

Massezuwachs durch Synthese organischer Stoffe

 

Organebene:

Wurzel: Zellteilung im Meristem, Zellstreckung in der Elongationszone und dann Differenzierungszone

Blatt:

Zellteilung-->Zellstreckung-->Zelldiferenzierung

 

Wachstumsgewebe: Apikalmeristem, Primäres Dickenwachstum und Sekundäres Dickenwachstum

Gewebetypen: Abschlussgewebe, Grundgewebe, Leitgewebe

 

Pflanzenebene:

Summe aller Wachstums und Differenzierungsprozesse aller ORgane, NEue ORgane Bauen auf älteren auf

Welche Tropsimen gibt es?

Geotropismus:

Statolithen (Stärkekörner, Amyloplasten)  Druck auf ER-Membranen Zug auf Actinfilamente  Ionenströme an Membranen  Querverlagerung von Auxin  Differentielles Flankenwachstum  Krümmung

Magnetotropismus:

Hydrotropimus:

Wachstumsbewegung entlang eines Feuchtigkeitsgradienten

Phototropismus:

Phototropin ist ein Rezeptormölekül, auch Photorezeptor genannt-->Es sitzt als Membranprotein in den Pflanzenzellen-->blaues Licht bewirkt eine kovalente Bindung von Chromofor mit phot1-->Autophosphorilierung-->Aktiviertes Phot1 besetzt Auxintransporter in einem zur Schattenseite abnehmenden Graienten-->Auxinquerverlagerung und Krümmungsbewegung

 

Für andere Bewegungen sind Nastien verantwortlich

Wie funktioniert die Lichtregulation, Phototropismus, Photoperiodismus und welche Rezeptoren gibt es?

- Über das Photochromsystem

- Phytochrome nimmt Wellenlänge des Red light und far red light wahr

--> Germination oder Bewegung aus dem Schattenbereich durch wahrnehmung von Far red light

- Phototropin nimmt blaues Licht wahr

--> Tropismen

- Cryptochrome 

--> wahrnehmung blauer bereich und verantwortlich für Photoperiodismus

 

Photoperiodismus:

Wahrnehmung im Blatt photorezeptoren-->circadiane uhr--> und Reaktion im Apex 

Nennen Sie LAngtags und Kurztagspflanzen

Kurztagspflanzen (Langnachtpflanzen):

Rice, Mais, Kartoffel (wild)

 

Langtagspflanzen:

Weizen, Gerste, Erbse, Linse

Was ist Vernalisation?

• Blüteninduktion durch einen Kältereiz

• Temperaturen müssen in einem bestimmten Stadium der Entwicklung (Keimling, Rosettenstadium, Bestockung) zwischen -3 bis 13°C (je nach Art) für eine ausreichend lange Zeit einwirken (i.d.R. mehrere Wochen)

• Ansonsten kommt es zu einer verspäteten oder ganz ausbleibenden Blüte

• Kältewahrnehmung vermutlich im (Apikal)-Meristem (weitgehend ungeklärt!)

• Häufig in Kombination mit weiteren Reizen (z.B. LangtagsBedingungen

Wie funktioniert Wasseraufnahme und Transport, welche treibenden KRäfte gibt es?

ib

Wie funktioniert die Regulation der Transpiration?

Über die Einalgerung oder auspumpen von K+ Kationen in die Stomata

Temperaturstree, Kältestress, Lichtstress, Salzstress, Trockenstress, Oxydativer Stress, Wasserstress

ib

Was ist die NEtto-C Assimilation?

Durchschnittliche C Fixierung bei optimalen BEdingungen. Ein Maßstab für die Max. Effizienz der Photosynthese

 Ordnen Sie die vier Zustände (Kontrolle, Hitze, Trockenheit und Hitze + Trockenheit) nach ihrem zu erwartenden Ertrag ein

------------------>zunehmender ertrag

trockenheit und hitze, trockenheit, hitze, kontrolle

Welche MEchanismen für die Wahrnehmung von Stress innerhalb der Pflanze kennen Sie?

ib

Wie kommen wir von der Wahrnehmung von Stress zu einer Reaktion?

Umweltreiz oder Entwicklungssignal

Licht/Temperatur/BErührung/Nährstoffe

 

Rezeptor

Rezeptorkinease/Ionenkanäle/G-Protein gekoppelte Rezeptoren

 

Signaltransduktionskette

Proteinphosphorelierung/Sekundärmessenger/Repressorproteinabbau

 

Signalübertragung

Phytohormontransport

 

Reaktion

Genexpression/Enzym(de)aktivierung

Toleranzmechanismen gegen Temperaturstress

Gegen Temperaturstress:

• Schutz von Proteinen

– Konstanthaltung des pH durch Protonenpumpen

– Osmotische Anpassung

– Chaperon-Proteine: interagieren mit anderen Proteinen, um korrekte Faltung der Tertiärstruktur zu gewährleisten und zu erhalten

• Heat shock proteins (HSP) werden bei Trockenstress, Verwundung, Kälte, Salzstress gebildet dadurch auch cross-protection

• Hydrophiline: Schützen Proteine und Membranen bei Trockenheit

• Dehydrins: bei Salzstress, Trockenstress, Kälte und Frost, molekulare Schutzproteine, Frostschutzmolekül

• Veränderung der Membranlipide, um Flexibilität konstant zu halten

– Kälteresistente Pflanzen haben mehr ungesättigte Fettsäuren in Membran für höhere Fließfähigkeit

– Transmembran-Enzyme können gesättigte in ungesättigte Fettsäuren wandeln

• Frost: Bildung von Frostschutzmolekülen und Antifrost-Proteinen, um Eiskristallbildung zu vermeiden

MEchanismen gegen Salzstress

Toleranz bei Salzstress:

Kompartimentierung des Salzes in der Vakuole

Synthese verträglicher Gegenionen

Induktion von Protonenpumpen und Ionentransportern

Vermeidung bei Salzstress:

Ionenexclusion

-NA Exlusion an Wurzeloberfläche, Ausscheidung in Boden

-Na Inklusion in Vakuole

-Na Absorption in Xylemparenchymzellen

-Na Retranslokation über Phloem

-Na Exkretion über Salzdrüsen

Anpassungsstrategien gegen Stress

Stressflucht:

Schneller Wechsel in die Generative Phase, um möglichst viele lebensfähige Samen zu bilden. Beendung des Lebenszyklus bevor Stress zu groß wird

Resistenz:

-Toleranz

Aufrechterhaltung der Stoffwechselprozesse auch bei Stresseinwirkung

Erhaltung des Turgor durch osmotische Anpassung, Hohe Zellwandelastizität oder bildung kleinerer Zellen

-Vermeidung

einer zu hohen Stressdosis in empfindlichen Pflanzenorganen

Beibehaltung eines Hohen Wasserstatus durch

-Vermeidung von Wasserverlust

-Gewährleistung guter Wasseraufnahme

Erklären Sie den Calvin Zyklus

1. CO2 Fixierung

CO2 wird durch Katalyse Enzym RUBISCO an RuBP gebunden-->Zerfall in 2x3PG(C3Körper)

2. Reduzierung

ATP -->ADP+P+Energie, die Energie aus Sonne wird genutzt um P auf 3PG zu übertragen-->1,3 Bisphosphatglycerat-->NADPH gibt 2 Elektronen und 1H+ an das 1,3 Molekül ab und wird wieder zu NADP+(Oxidation)-->GAP ist entstanden

Teile des GAP werden abgespalten (1/6) und bilden Glucose oder Fructose (Hexosen)

3. Regeneration

RuMP wird durch ATP Pholsphoriliert-->ATP wird zu ADP, P wird gebunden und es entsteht wieder RuBP

Benennen Sie die Grundlegenden Prozesse der Photosynthese

Photosynthese findet in den Chloroplasten der Mesophylzellen statt, genauer in der Thylakoidmembran.

Dort liegen PSII und PSI, das Chlorropder Wasserspaltkomplex, die Elektronentransportkette

Aus 6CO2+6H2O-->C6H12O6+6O2

1. Lichtrektion

Photonen werden über Lichtsammelkomplexe in das Reaktionszentrum geleitet-->Dort regt Licht mit der Wellenlänge 680nm ein Elektron des Chlorrophyl-a an-->dieses wird in die Elektronentransportkette weitergeleitet

Der Wasserspaltkomplex spaltet H2O in H+, O2 und Elektronen ab die iederum die freie e Stelle des Chlorophyls besetzen.

Das Angerechte Elektron wandert-->Phäophytin-->Plastochinon-->Chytocrom-komplex-->Plastocyanin zum PSI. H+ Protonen werden in das Tykaloidlumen geleitet nd Elektrochemischer Gradient wird aufgebaut.

PSI sammelt 700nm Licht und regt Elektron an welches dann NADP+ zu NADPH+H+ reduziert

H+ Protonen aus dem Lumen werden durch Carrierproteine ATP-Synthase wieder außerhalb der MEbran transportiert-->Freiwerdende Energie phosphoreliet ADP-->ATP

 

Nun haben wir  wieder ATP und NADP+H+ welche dann in der Dunkelreaktion mit CO2 o. O2 bei der Photorespiration RuMP mit RUBISCO im Calvin-Zyklus zu Glycolyse synthetisieren welche dann in der Atmusngkette eingespeist werde kann.

 

2.Dunkelreaktion