Information

30.7: Pflanzensensorische Systeme und Reaktionen - Biologie

30.7: Pflanzensensorische Systeme und Reaktionen - Biologie


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

30.7: Pflanzensensorische Systeme und Reaktionen

30.6 Pflanzensensorische Systeme und Reaktionen

Am Ende dieses Abschnitts können Sie Folgendes tun:

  • Beschreiben Sie, wie rotes und blaues Licht das Pflanzenwachstum und die Stoffwechselaktivitäten beeinflussen
  • Besprechen Sie den Gravitropismus
  • Verstehen Sie, wie Hormone das Pflanzenwachstum und die Entwicklung beeinflussen
  • Beschreiben Sie Thigmotropismus, Thigmonastismus und Thigmogenese
  • Erklären Sie, wie Pflanzen sich gegen Fressfeinde verteidigen und auf Wunden reagieren

Tiere können auf Umweltfaktoren reagieren, indem sie an einen neuen Standort ziehen. Pflanzen hingegen sind fest verwurzelt und müssen auf die umgebenden Umweltfaktoren reagieren. Pflanzen verfügen über ausgeklügelte Systeme, um Licht, Schwerkraft, Temperatur und körperliche Berührung zu erkennen und darauf zu reagieren. Rezeptoren nehmen Umweltfaktoren wahr und leiten die Informationen an Effektorsysteme weiter – oft über chemische Zwischenbotenstoffe –, um Pflanzenreaktionen auszulösen.

Pflanzenreaktionen auf Licht

Pflanzen haben eine Reihe von ausgeklügelten Anwendungen für Licht, die weit über ihre Fähigkeit hinausgehen, niedermolekularen Zucker nur mit Kohlendioxid, Licht und Wasser zu photosynthetischen zu synthetisieren. Photomorphogenese ist das Wachstum und die Entwicklung von Pflanzen als Reaktion auf Licht. Es ermöglicht Pflanzen, ihre Licht- und Raumnutzung zu optimieren. Photoperiodismus ist die Fähigkeit, Licht zu verwenden, um die Zeit zu verfolgen. Pflanzen können die Tages- und Jahreszeit erkennen, indem sie verschiedene Wellenlängen des Sonnenlichts wahrnehmen und verwenden. Phototropismus ist eine gerichtete Reaktion, die es Pflanzen ermöglicht, in Richtung auf oder sogar weg von Licht zu wachsen.

Die Wahrnehmung von Licht in der Umwelt ist für Pflanzen wichtig und kann für Wettbewerb und Überleben entscheidend sein. Die Reaktion von Pflanzen auf Licht wird durch verschiedene Photorezeptoren vermittelt, die aus einem Protein bestehen, das kovalent an ein lichtabsorbierendes Pigment namens Chromophor gebunden ist. Beide zusammen werden als Chromoprotein bezeichnet.

Die roten/dunkelroten und violettblauen Bereiche des sichtbaren Lichtspektrums lösen bei Pflanzen die strukturelle Entwicklung aus. Sensorische Photorezeptoren absorbieren Licht in diesen bestimmten Bereichen des sichtbaren Lichtspektrums aufgrund der Qualität des im Tageslichtspektrum verfügbaren Lichts. In terrestrischen Lebensräumen erreicht die Lichtabsorption durch Chlorophylle Spitzen im blauen und roten Bereich des Spektrums. Da das Licht durch den Baldachin filtert und die blauen und roten Wellenlängen absorbiert werden, verschiebt sich das Spektrum zum dunkelroten Ende und verschiebt die Pflanzengemeinschaft zu den Pflanzen, die besser auf dunkelrotes Licht reagieren. Blaulichtrezeptoren ermöglichen es Pflanzen, die Richtung und Fülle des Sonnenlichts zu messen, das reich an blaugrünen Emissionen ist. Wasser absorbiert rotes Licht, was die Erkennung von blauem Licht für Algen und Wasserpflanzen unerlässlich macht.

Das Phytochrom-System und die Rot/Far-Rot-Antwort

Die Phytochrome sind eine Familie von Chromoproteinen mit einem linearen Tetrapyrrol-Chromophor, ähnlich der beringten lichtabsorbierenden Tetrapyrrol-Kopfgruppe des Chlorophylls. Phytochrome haben zwei photokonvertierbare Formen: Pr und Pfr. Pr absorbiert rotes Licht (

667 nm) und wird sofort in Pfr umgewandelt. Pfr absorbiert dunkelrotes Licht (

730 nm) und wird schnell wieder in Pr umgewandelt. Die Absorption von rotem oder dunkelrotem Licht verursacht eine massive Veränderung der Form des Chromophors, wodurch die Konformation und Aktivität des Phytochrom-Proteins, an das es gebunden ist, verändert wird. Pfr ist die physiologisch aktive Form des Proteins, daher führt die Einwirkung von rotem Licht zu einer physiologischen Aktivität. Die Exposition gegenüber dunkelrotem Licht hemmt die Phytochrom-Aktivität. Zusammen bilden die beiden Formen das Phytochrom-System (Abb. 30.38).

Das Phytochrom-System fungiert als biologischer Lichtschalter. Es überwacht die Stärke, Intensität, Dauer und Farbe des Umgebungslichts. Die Wirkung von rotem Licht ist reversibel, indem sofort tiefrotes Licht auf die Probe gestrahlt wird, das das Chromoprotein in die inaktive Pr-Form umwandelt. Darüber hinaus kann Pfr im Dunkeln langsam zu Pr zurückkehren oder im Laufe der Zeit zusammenbrechen. In allen Fällen wird die durch rotes Licht induzierte physiologische Reaktion umgekehrt. Die aktive Form von Phytochrom (Pfr) kann andere Moleküle im Zytoplasma direkt aktivieren oder zum Zellkern transportiert werden, wo es direkt die spezifische Genexpression aktiviert oder unterdrückt.

Sobald sich das Phytochrom-System entwickelt hatte, passten Pflanzen es an, um eine Vielzahl von Bedürfnissen zu erfüllen. Ungefiltertes, volles Sonnenlicht enthält viel mehr rotes Licht als tiefrotes Licht. Da Chlorophyll im roten Bereich des sichtbaren Spektrums stark absorbiert, aber nicht im tiefroten Bereich, wird jede Pflanze im Schatten einer anderen Pflanze auf dem Waldboden einem an Rot verarmten, tiefrot angereicherten Licht ausgesetzt. Das Übergewicht von dunkelrotem Licht wandelt Phytochrom in den schattierten Blättern in die Pr-Form (inaktiv) um, wodurch das Wachstum verlangsamt wird. Die nächsten nicht beschatteten (oder sogar weniger beschatteten) Bereiche auf dem Waldboden haben mehr Rotlichtblätter, die diesen Bereichen ausgesetzt sind, nehmen das rote Licht wahr, das die Pfr-Form aktiviert und das Wachstum induziert. Kurz gesagt, Pflanzentriebe nutzen das Phytochrom-System, um vom Schatten weg und in Richtung Licht zu wachsen. Da der Wettbewerb um Licht in einer dichten Pflanzengemeinschaft so hart ist, liegen die evolutionären Vorteile des Phytochrom-Systems auf der Hand.

Bei Samen wird das Phytochrom-System nicht verwendet, um die Richtung und Qualität des Lichts zu bestimmen (schattiert vs. unschattiert). Stattdessen wird es lediglich verwendet, um festzustellen, ob überhaupt Licht vorhanden ist. Dies ist besonders wichtig bei Arten mit sehr kleinen Samen, wie zum Beispiel Salat. Salatsamen haben aufgrund ihrer Größe nur wenige Nahrungsreserven. Ihre Sämlinge können nicht lange wachsen, bevor ihnen der Treibstoff ausgeht. Wenn sie auch nur einen Zentimeter unter der Bodenoberfläche keimten, würde der Sämling es nie ins Sonnenlicht schaffen und würde sterben. Im Dunkeln befindet sich Phytochrom in der Pr (inaktiver Form) und der Samen keimt nicht, sondern keimt nur, wenn er Licht an der Bodenoberfläche ausgesetzt wird. Bei Lichteinwirkung wird Pr in Pfr umgewandelt und die Keimung schreitet fort.

Pflanzen nutzen das Phytochrom-System auch, um den Wechsel der Jahreszeiten wahrzunehmen. Photoperiodismus ist eine biologische Reaktion auf das Timing und die Dauer von Tag und Nacht. Es kontrolliert die Blüte, das Setzen von Winterknospen und das vegetative Wachstum. Die Erkennung saisonaler Veränderungen ist entscheidend für das Überleben der Pflanzen. Obwohl Temperatur und Lichtintensität das Pflanzenwachstum beeinflussen, sind sie keine zuverlässigen Indikatoren für die Jahreszeit, da sie von Jahr zu Jahr variieren können. Die Tageslänge ist ein besserer Indikator für die Jahreszeit.

Wie oben erwähnt, ist ungefiltertes Sonnenlicht reich an rotem Licht, aber mangelhaft an dunkelrotem Licht. Daher wandeln sich im Morgengrauen alle Phytochrom-Moleküle in einem Blatt schnell in die aktive Pfr-Form um und bleiben in dieser Form bis zum Sonnenuntergang. Im Dunkeln dauert es Stunden, bis die Pfr-Form langsam wieder in die Pr-Form zurückkehrt. Wenn die Nacht lang ist (wie im Winter), wird die gesamte Pfr-Form zurückgesetzt. Wenn die Nacht kurz ist (wie im Sommer), kann bei Sonnenaufgang eine beträchtliche Menge Pfr übrig bleiben. Durch Erfassen des Pr/Pfr-Verhältnisses im Morgengrauen kann eine Pflanze die Länge des Tag/Nacht-Zyklus bestimmen. Darüber hinaus speichern Blätter diese Informationen mehrere Tage lang, was einen Vergleich zwischen der Länge der vorherigen Nacht und den mehreren vorangegangenen Nächten ermöglicht. Kürzere Nächte signalisieren der Pflanze den Frühling, wenn die Nächte länger werden und der Herbst naht. Diese Informationen, zusammen mit der Erfassung von Temperatur und Wasserverfügbarkeit, ermöglichen es Pflanzen, die Jahreszeit zu bestimmen und ihre Physiologie entsprechend anzupassen. Pflanzen mit kurzem Tag (lange Nacht) verwenden diese Informationen, um im Spätsommer und frühen Herbst zu blühen, wenn die Nächte eine kritische Länge überschreiten (oft acht oder weniger Stunden). Langtag-Pflanzen (Kurznacht-Pflanzen) blühen im Frühjahr, wenn die Dunkelheit weniger als eine kritische Länge beträgt (oft acht bis 15 Stunden). Nicht alle Pflanzen nutzen das Phytochrom-System auf diese Weise. Die Blüte bei tagesneutralen Pflanzen wird nicht durch die Tageslänge reguliert.

Karriereverbindung

Gartenbauer

Das Wort „Gartenbauer“ kommt von den lateinischen Wörtern für Garten (hortus) und Kultur (Kultur). Diese Karriere wurde durch Fortschritte beim Verständnis der Pflanzenreaktionen auf Umweltreize revolutioniert. Landwirte von Feldfrüchten, Obst, Gemüse und Blumen waren bisher dadurch eingeschränkt, dass sie ihre Aussaat und Ernte entsprechend der Jahreszeit planen mussten. Jetzt können Gärtner Pflanzen manipulieren, um die Blatt-, Blüten- oder Fruchtproduktion zu steigern, indem sie verstehen, wie Umweltfaktoren das Pflanzenwachstum und die Entwicklung beeinflussen.

Gewächshausmanagement ist ein wesentlicher Bestandteil der Ausbildung zum Gärtner. Um die Nacht zu verlängern, werden die Pflanzen mit einem Verdunkelungstuch abgedeckt. Langtagpflanzen werden im Winter mit rotem Licht bestrahlt, um eine frühe Blüte zu fördern. Beispielsweise fördert fluoreszierendes (kaltweißes) Licht mit hohen blauen Wellenlängen das Blattwachstum und eignet sich hervorragend zum Starten von Sämlingen. Glühlampen (Standardglühbirnen) sind reich an rotem Licht und fördern bei einigen Pflanzen die Blüte. Der Zeitpunkt der Fruchtreife kann durch die Gabe von Pflanzenhormonen verlängert oder verzögert werden. In jüngster Zeit wurden erhebliche Fortschritte bei der Entwicklung von Pflanzenrassen gemacht, die für unterschiedliche Klimazonen geeignet und resistent gegen Schädlinge und Transportschäden sind. Sowohl der Ernteertrag als auch die Qualität sind als Ergebnis der praktischen Anwendung des Wissens über Pflanzenreaktionen auf äußere Reize und Hormone gestiegen.

Gärtner finden Anstellung in privaten und staatlichen Labors, Gewächshäusern, botanischen Gärten und im Produktions- oder Forschungsbereich. Sie verbessern Nutzpflanzen, indem sie ihr Wissen über Genetik und Pflanzenphysiologie anwenden. Um sich auf eine Karriere im Gartenbau vorzubereiten, belegen die Studierenden Kurse in Botanik, Pflanzenphysiologie, Pflanzenpathologie, Landschaftsgestaltung und Pflanzenzüchtung. Als Ergänzung zu diesen traditionellen Studiengängen ergänzen die Studiengänge Gartenbau Wirtschaftswissenschaften, Betriebswirtschaftslehre, Informatik und Kommunikationswissenschaften.

Die Blaulicht-Antworten

Phototropismus – die Richtungsbiegung einer Pflanze zu oder von einer Lichtquelle weg – ist eine Reaktion auf blaue Lichtwellenlängen. Positiver Phototropismus ist Wachstum in Richtung einer Lichtquelle (Abb. 30.39), während negativer Phototropismus (auch Skototropismus genannt) Wachstum weg vom Licht ist.

Die treffend benannten Phototropine sind proteinbasierte Rezeptoren, die für die Vermittlung der phototropen Reaktion verantwortlich sind. Wie alle pflanzlichen Photorezeptoren bestehen Phototropine aus einem Proteinanteil und einem lichtabsorbierenden Anteil, dem Chromophor. In Phototropinen ist der Chromophor ein kovalent gebundenes Flavinmolekül, daher gehören Phototropine zu einer Klasse von Proteinen, die Flavoproteine ​​genannt werden.

Andere Reaktionen unter der Kontrolle von Phototropinen sind das Öffnen und Schließen der Blätter, die Bewegung der Chloroplasten und das Öffnen der Spaltöffnungen. Von allen durch Phototropine kontrollierten Reaktionen wurde der Phototropismus jedoch am längsten untersucht und ist am besten verstanden.

In ihrer Abhandlung von 1880 Die Kraft der Bewegungen in Pflanzen, Charles Darwin und sein Sohn Francis beschrieben erstmals den Phototropismus als das Biegen von Sämlingen in Richtung Licht. Darwin beobachtete, dass Licht von der Spitze der Pflanze (dem apikalen Meristem) wahrgenommen wurde, dass die Reaktion (Biegen) jedoch in einem anderen Teil der Pflanze stattfand. Sie kamen zu dem Schluss, dass das Signal vom apikalen Meristem zur Basis der Pflanze wandern musste.

1913 zeigte Peter Boysen-Jensen, dass ein chemisches Signal, das in der Pflanzenspitze erzeugt wird, für die Biegung an der Basis verantwortlich ist. Er schnitt die Spitze eines Sämlings ab, bedeckte den Schnitt mit einer Schicht Gelatine und ersetzte dann die Spitze. Der Sämling beugte sich dem Licht entgegen, wenn er beleuchtet wurde. Wenn jedoch undurchlässige Glimmerflocken zwischen die Spitze und die geschnittene Basis eingebracht wurden, beugte sich der Sämling nicht. Eine Verfeinerung des Experiments zeigte, dass sich das Signal auf der schattierten Seite des Sämlings ausbreitete. Wenn die Glimmerplatte auf der beleuchteten Seite eingesetzt wurde, beugte sich die Pflanze dem Licht entgegen. Daher war das chemische Signal ein Wachstumsstimulans, da die phototrope Reaktion auf der schattierten Seite eine schnellere Zellverlängerung beinhaltete als auf der beleuchteten Seite. Wir wissen jetzt, dass Licht beim Durchdringen eines Pflanzenstamms gebeugt wird und eine Phototropinaktivierung über den Stamm hinweg erzeugt. Die meiste Aktivierung erfolgt auf der beleuchteten Seite, wodurch sich das Pflanzenhormon Indolessigsäure (IAA) auf der schattierten Seite ansammelt. Stammzellen verlängern sich unter dem Einfluss von IAA.

Cryptochrome sind eine weitere Klasse von Blaulicht absorbierenden Photorezeptoren, die auch einen auf Flavin basierenden Chromophor enthalten. Cryptochrome bestimmen den 24-Stunden-Aktivitätszyklus der Pflanzen, der auch als zirkadianer Rhythmus bekannt ist, unter Verwendung von Blaulichtsignalen. Es gibt einige Hinweise darauf, dass Cryptochrome mit Phototropinen zusammenarbeiten, um die phototrope Reaktion zu vermitteln.

Link zum Lernen

Verwenden Sie das Navigationsmenü im linken Bereich dieser Website, um Bilder von Pflanzen in Bewegung anzuzeigen.

Pflanzenreaktionen auf die Schwerkraft

Ob sie im Licht oder in völliger Dunkelheit keimen oder nicht, Triebe sprießen normalerweise aus dem Boden und Wurzeln wachsen nach unten in den Boden. Eine Pflanze, die im Dunkeln auf die Seite gelegt wird, wird Triebe nach oben schicken, wenn sie genügend Zeit haben. Gravitropismus sorgt dafür, dass Wurzeln in den Boden wachsen und Triebe in Richtung Sonnenlicht wachsen. Das Wachstum der Sprossspitze nach oben wird als negativer Gravitropismus bezeichnet, während das Wachstum der Wurzeln nach unten als positiver Gravitropismus bezeichnet wird.

Amyloplasten (auch als Statolithen bekannt) sind spezialisierte Plastiden, die Stärkekörner enthalten und sich aufgrund der Schwerkraft nach unten absetzen. Amyloplasten kommen in Trieben und in spezialisierten Zellen der Wurzelkappe vor. Wenn eine Pflanze gekippt wird, fallen die Statolithen auf die neue untere Zellwand. Einige Stunden später zeigt der Trieb oder die Wurzel Wachstum in der neuen vertikalen Richtung.

Der Mechanismus, der Gravitropismus vermittelt, ist einigermaßen gut verstanden. Wenn sich Amyloplasten am Boden der schwerkraftempfindlichen Zellen in der Wurzel oder im Spross absetzen, kontaktieren sie physisch das endoplasmatische Retikulum (ER), wodurch Kalziumionen aus dem Inneren des ER freigesetzt werden. Diese Calcium-Signalisierung in den Zellen bewirkt einen polaren Transport des Pflanzenhormons IAA zum Boden der Zelle. In Wurzeln hemmt eine hohe Konzentration von IAA die Zellverlängerung. Der Effekt verlangsamt das Wachstum auf der Unterseite der Wurzel, während sich die Zellen auf der Oberseite normal entwickeln. Den gegenteiligen Effekt hat IAA in Sprösslingen, wo eine höhere Konzentration an der Unterseite des Sprosses die Zellexpansion stimuliert, wodurch der Sproß heranwächst. Nachdem der Spross oder die Wurzel vertikal zu wachsen beginnt, kehren die Amyloplasten in ihre normale Position zurück. Andere Hypothesen – die die gesamte Zelle in den Gravitropismus-Effekt einbeziehen – wurden vorgeschlagen, um zu erklären, warum einige Mutanten, denen Amyloplasten fehlen, immer noch eine schwache gravitrope Reaktion zeigen können.

Wachstumsreaktionen

Die sensorische Reaktion einer Pflanze auf äußere Reize beruht auf chemischen Botenstoffen (Hormonen). Pflanzenhormone beeinflussen alle Aspekte des Pflanzenlebens, von der Blüte bis zum Fruchtansatz und der Reifung und vom Phototropismus bis zum Blattfall. Potenziell kann jede Zelle einer Pflanze Pflanzenhormone produzieren. Sie können in ihrer Ursprungszelle wirken oder zu anderen Teilen des Pflanzenkörpers transportiert werden, wobei viele Pflanzenreaktionen die synergistische oder antagonistische Wechselwirkung von zwei oder mehr Hormonen beinhalten. Im Gegensatz dazu werden tierische Hormone in bestimmten Drüsen produziert und an einen entfernten Wirkort transportiert, und sie wirken allein.

Pflanzenhormone sind eine Gruppe nicht verwandter chemischer Substanzen, die die Pflanzenmorphogenese beeinflussen. Traditionell werden fünf Hauptpflanzenhormone beschrieben: Auxine (insbesondere IAA), Cytokinine, Gibberelline, Ethylen und Abscisinsäure. Darüber hinaus können andere Nährstoffe und Umweltbedingungen als Wachstumsfaktoren charakterisiert werden.

Auxine

Der Begriff Auxin leitet sich vom griechischen Wort ab Auxein, was "wachsen" bedeutet. Auxine sind die Haupthormone, die für die Zellverlängerung beim Phototropismus und Gravitropismus verantwortlich sind. Sie steuern auch die Differenzierung von Meristem in Gefäßgewebe und fördern die Blattentwicklung und -anordnung. Während viele synthetische Auxine als Herbizide verwendet werden, ist IAA das einzige natürlich vorkommende Auxin, das physiologische Aktivität zeigt. Die apikale Dominanz – die Hemmung der seitlichen Knospenbildung – wird durch Auxine ausgelöst, die im apikalen Meristem produziert werden. Blühen, Fruchtansatz und Reifung sowie die Hemmung der Abszission (Blattabfallen) sind andere Pflanzenreaktionen unter der direkten oder indirekten Kontrolle von Auxinen. Auxine fungieren auch als Relais für die Auswirkungen des blauen Lichts und der roten/dunkelroten Reaktionen.

Die kommerzielle Verwendung von Auxinen ist in Gärtnereien und für die Pflanzenproduktion weit verbreitet. IAA wird als Bewurzelungshormon verwendet, um das Wachstum von Adventivwurzeln an Stecklingen und abgelösten Blättern zu fördern. Die Anwendung von synthetischen Auxinen auf Tomatenpflanzen in Gewächshäusern fördert die normale Fruchtentwicklung. Die Anwendung von Auxin im Freien fördert die Synchronisation von Fruchtansatz und -fall, um die Erntesaison zu koordinieren. Früchte wie kernlose Gurken können durch die Behandlung unbefruchteter Pflanzenblüten mit Auxinen zum Fruchten gebracht werden.

Cytokinine

Die Wirkung von Cytokininen wurde erstmals beschrieben, als festgestellt wurde, dass die Zugabe des flüssigen Endosperms von Kokosnüssen zu sich entwickelnden Pflanzenembryonen in Kultur deren Wachstum stimulierte. Als stimulierender Wachstumsfaktor wurde Cytokinin gefunden, ein Hormon, das die Cytokinese (Zellteilung) fördert. Bis heute sind fast 200 natürlich vorkommende oder synthetische Cytokinine bekannt. Cytokinine sind am häufigsten in wachsenden Geweben wie Wurzeln, Embryonen und Früchten vorhanden, wo die Zellteilung stattfindet. Cytokinine sind dafür bekannt, die Seneszenz in Blattgeweben zu verzögern, die Mitose zu fördern und die Differenzierung des Meristems in Trieben und Wurzeln zu stimulieren. Viele Wirkungen auf die Pflanzenentwicklung stehen unter dem Einfluss von Cytokininen, entweder in Verbindung mit Auxin oder einem anderen Hormon. Zum Beispiel scheint die apikale Dominanz aus einem Gleichgewicht zwischen Auxinen zu resultieren, die seitliche Knospen hemmen, und Cytokininen, die ein buschigeres Wachstum fördern.

Gibberelline

Gibberelline (GAs) sind eine Gruppe von etwa 125 eng verwandten Pflanzenhormonen, die die Triebverlängerung, die Samenkeimung sowie die Frucht- und Blütenreifung stimulieren. GAs werden in den apikalen Meristemen der Wurzel und des Stängels, in jungen Blättern und Samenembryonen synthetisiert. In städtischen Gebieten werden GA-Antagonisten manchmal auf Bäume unter Stromleitungen aufgetragen, um das Wachstum zu kontrollieren und die Häufigkeit des Beschneidens zu reduzieren.

GAs brechen die Keimruhe (ein Zustand gehemmten Wachstums und Entwicklung) in den Samen von Pflanzen, die zum Keimen Kälte oder Licht ausgesetzt sind. Abscisinsäure ist ein starker Antagonist der GA-Wirkung. Andere Auswirkungen von GAs sind die Geschlechtsausprägung, die Entwicklung von kernlosen Früchten und die Verzögerung der Seneszenz in Blättern und Früchten. Kernlose Trauben werden durch Standardzüchtungsverfahren gewonnen und enthalten unauffällige Samen, die sich nicht entwickeln. Da GAs von den Samen produziert werden und da die Fruchtentwicklung und Stielverlängerung unter GA-Kontrolle stehen, würden diese Traubensorten normalerweise kleine Früchte in kompakten Trauben produzieren. Reife Trauben werden routinemäßig mit GA behandelt, um eine größere Fruchtgröße sowie lockerere Trauben (längere Stiele) zu fördern, was das Auftreten von Mehltaubefall verringert (Abbildung 30.40).

Abscisinsäure

Das Pflanzenhormon Abscisinsäure (ABA) wurde zuerst als der Wirkstoff entdeckt, der das Abszissieren oder Fallenlassen von Baumwollkapseln bewirkt. Neuere Studien weisen jedoch darauf hin, dass ABA beim Abszissionsprozess nur eine untergeordnete Rolle spielt. ABA sammelt sich als Reaktion auf stressige Umweltbedingungen wie Dehydration, kalte Temperaturen oder verkürzte Tageslängen an. Seine Aktivität wirkt vielen der wachstumsfördernden Wirkungen von GAs und Auxinen entgegen. ABA hemmt die Stängelverlängerung und induziert die Ruhe der Seitenknospen.

ABA induziert die Keimruhe in Samen, indem es die Keimung blockiert und die Synthese von Speicherproteinen fördert. Pflanzen, die an gemäßigtes Klima angepasst sind, benötigen eine lange Kälteperiode, bevor die Samen keimen. Dieser Mechanismus schützt junge Pflanzen vor dem zu frühen Austrieb bei ungewöhnlich warmem Wetter im Winter. Da das Hormon im Winter nach und nach abgebaut wird, wird der Samen aus der Ruhephase befreit und keimt, wenn die Bedingungen im Frühjahr günstig sind. Eine weitere Wirkung von ABA besteht darin, die Entwicklung von Winterknospen zu fördern. Es vermittelt die Umwandlung des Apikalmeristems in eine ruhende Knospe. Niedrige Bodenfeuchtigkeit führt zu einem Anstieg von ABA, wodurch sich die Spaltöffnungen schließen und der Wasserverlust in den Winterknospen reduziert wird.

Ethylen

Ethylen wird mit Fruchtreife, Blütenwelke und Blattfall in Verbindung gebracht. Ethylen ist ungewöhnlich, weil es ein flüchtiges Gas ist (C2h4). Vor Hunderten von Jahren, als Gaslaternen in den Straßen der Stadt installiert wurden, entwickelten Bäume, die in der Nähe von Laternenpfählen wuchsen, verdrehte, verdickte Stämme und verloren ihre Blätter früher als erwartet. Diese Effekte wurden durch die Verflüchtigung von Ethylen aus den Lampen verursacht.

Alterndes Gewebe (insbesondere alternde Blätter) und Stängelknoten produzieren Ethylen. Die bekannteste Wirkung des Hormons ist jedoch die Förderung der Fruchtreife. Ethylen stimuliert die Umwandlung von Stärke und Säuren in Zucker. Manche Leute lagern unreife Früchte wie Avocados in einer versiegelten Papiertüte, um die Reifung zu beschleunigen. Das von der ersten Frucht freigesetzte Gas beschleunigt die Reifung der restlichen Früchte. Ethylen löst auch Blatt- und Fruchtabriss, Blütenverblassen und -abfallen aus und fördert die Keimung bei einigen Getreidesorten und das Austreiben von Zwiebeln und Kartoffeln.

Ethylen wird häufig in der Landwirtschaft verwendet. Kommerzielle Obstbauern kontrollieren den Zeitpunkt der Fruchtreife mit der Anwendung des Gases. Gärtner hemmen das Fallenlassen von Blättern bei Zierpflanzen, indem sie Ethylen mithilfe von Ventilatoren und Belüftung aus Gewächshäusern entfernen.

Nicht-traditionelle Hormone

Neuere Forschungen haben eine Reihe von Verbindungen entdeckt, die auch die Pflanzenentwicklung beeinflussen. Ihre Rolle ist weniger bekannt als die Wirkung der bisher beschriebenen Haupthormone.

Jasmonate spielen eine wichtige Rolle bei der Abwehr von Pflanzenfressern. Ihr Spiegel steigt an, wenn eine Pflanze von einem Raubtier verwundet wird, was zu einer Zunahme toxischer Sekundärmetaboliten führt. Sie tragen zur Produktion flüchtiger Verbindungen bei, die natürliche Feinde von Raubtieren anziehen. Zum Beispiel führt das Kauen von Tomatenpflanzen durch Raupen zu einem Anstieg des Jasmonsäurespiegels, was wiederum die Freisetzung flüchtiger Verbindungen auslöst, die Feinde des Schädlings anlocken.

Oligosaccharide spielen auch eine Rolle bei der Pflanzenabwehr gegen Bakterien- und Pilzinfektionen. Sie wirken lokal an der Verletzungsstelle und können auch in andere Gewebe transportiert werden. Strigolactone fördern bei einigen Arten die Samenkeimung und hemmen die laterale apikale Entwicklung in Abwesenheit von Auxinen. Strigolactone spielen auch eine Rolle bei der Etablierung von Mykorrhiza, einer wechselseitigen Verbindung von Pflanzenwurzeln und Pilzen. Brassinosteroide sind für viele Entwicklungs- und physiologische Prozesse wichtig. Signale zwischen diesen Verbindungen und anderen Hormonen, insbesondere Auxin und GAs, verstärken ihre physiologische Wirkung. Apikale Dominanz, Samenkeimung, Gravitropismus und Frostresistenz werden alle durch Hormone positiv beeinflusst. Wurzelwachstum und Fruchtfall werden durch Steroide gehemmt.

Pflanzenreaktionen auf Wind und Berührung

Der Trieb einer Erbsenpflanze windet sich um ein Spalier, während ein Baum als Reaktion auf vorherrschende starke Winde schräg wächst. Dies sind Beispiele dafür, wie Pflanzen auf Berührung oder Wind reagieren.

Die Bewegung einer Pflanze, die einem konstanten Richtungsdruck ausgesetzt ist, wird Thigmotropismus genannt, abgeleitet von den griechischen Wörtern thigma bedeutet „berühren“ und Tropismus impliziert „Richtung“. Ranken sind ein Beispiel dafür. Die meristematische Region der Ranken ist sehr berührungsempfindlich, leichte Berührung ruft eine schnelle Windungsreaktion hervor. Zellen in Kontakt mit einer Auflagefläche ziehen sich zusammen, während sich Zellen auf der gegenüberliegenden Seite der Auflage ausdehnen (Abb. 30.14). Die Gabe von Jasmonsäure reicht aus, um ohne mechanischen Reiz eine Rankenwindung auszulösen.

Eine thigmonastische Reaktion ist eine Berührungsreaktion unabhängig von der Reizrichtung Abb. 30.24. Bei der Venusfliegenfalle sind zwei modifizierte Blätter an einem Scharnier verbunden und an den Außenkanten mit dünnen gabelartigen Zinken ausgekleidet. In der Falle befinden sich winzige Haare. Wenn ein Insekt gegen diese Triggerhaare streift und zwei oder mehr von ihnen nacheinander berührt, schließen sich die Blätter schnell und fangen die Beute ein. Drüsen auf der Blattoberfläche sezernieren Enzyme, die das Insekt langsam verdauen. Die freigesetzten Nährstoffe werden von den Blättern aufgenommen, die sich für die nächste Mahlzeit wieder öffnen.

Die Thigmomorphogenese ist eine langsame Entwicklungsänderung der Form einer Pflanze, die ständigem mechanischen Stress ausgesetzt ist. Wenn sich Bäume beispielsweise im Wind biegen, wird das Wachstum meist gehemmt und der Stamm verdickt. Verstärkungsgewebe, insbesondere Xylem, wird hergestellt, um die Steifigkeit zu erhöhen, um der Kraft des Windes zu widerstehen. Forscher vermuten, dass mechanische Belastung Wachstum und Differenzierung induziert, um das Gewebe zu stärken. Ethylen und Jasmonat sind wahrscheinlich an der Thigmomorphogenese beteiligt.

Link zum Lernen

Über das Menü auf der linken Seite können Sie zu drei Kurzfilmen navigieren: eine Venusfliegenfalle, die Beute fängt, das fortschreitende Schließen empfindlicher Pflanzenblättchen und das Winden von Ranken.

Abwehrreaktionen gegen Pflanzenfresser und Krankheitserreger

Pflanzen stehen zwei Arten von Feinden gegenüber: Pflanzenfressern und Krankheitserregern. Sowohl große als auch kleine Pflanzenfresser verwenden Pflanzen als Nahrung und kauen sie aktiv. Krankheitserreger sind Krankheitserreger. Diese infektiösen Mikroorganismen wie Pilze, Bakterien und Nematoden leben von der Pflanze und schädigen deren Gewebe. Pflanzen haben eine Vielzahl von Strategien entwickelt, um Angreifer abzuschrecken oder zu töten.

Die erste Verteidigungslinie von Pflanzen ist eine intakte und undurchdringliche Barriere. Rinde und die wachsartige Nagelhaut können vor Fressfeinden schützen. Andere Anpassungen gegen Pflanzenfresser umfassen Dornen, die modifizierte Zweige sind, und Stacheln, die modifizierte Blätter sind. Sie entmutigen Tiere, indem sie körperliche Schäden verursachen und Hautausschläge und allergische Reaktionen auslösen. Der äußere Schutz einer Pflanze kann durch mechanische Beschädigungen beeinträchtigt werden, die eine Eintrittspforte für Krankheitserreger darstellen können. Wird die erste Verteidigungslinie durchbrochen, muss die Pflanze auf andere Abwehrmechanismen wie Toxine und Enzyme zurückgreifen.

Sekundärmetaboliten sind Verbindungen, die nicht direkt aus der Photosynthese stammen und für die Atmung oder das Pflanzenwachstum und die Entwicklung nicht notwendig sind. Viele Metaboliten sind giftig und können für Tiere, die sie aufnehmen, sogar tödlich sein. Einige Metaboliten sind Alkaloide, die Raubtiere mit schädlichen Gerüchen (wie den ätherischen Ölen von Minze und Salbei) oder abweisendem Geschmack (wie der Bitterkeit von Chinin) abschrecken. Andere Alkaloide wirken sich auf Pflanzenfresser aus, indem sie entweder eine übermäßige Stimulation (Koffein ist ein Beispiel) oder die mit Opioiden verbundene Lethargie verursachen. Einige Verbindungen werden nach der Einnahme giftig. Zum Beispiel setzt Glykolcyanid in der Maniokwurzel Zyanid nur bei der Einnahme frei. Die fast 500 Millionen Menschen, die auf Maniok für die Ernährung angewiesen sind, müssen sicher sein, dass die Wurzel vor dem Essen richtig verarbeitet wird.

Mechanische Verwundung und Raubtierangriffe aktivieren Abwehr- und Schutzmechanismen sowohl im geschädigten Gewebe als auch an Stellen, die weiter vom Verletzungsort entfernt sind. Manche Abwehrreaktionen treten innerhalb von Minuten auf, andere über mehrere Stunden. Die infizierten und die umgebenden Zellen können absterben, wodurch die Ausbreitung der Infektion gestoppt wird.

Fernsignale lösen eine systemische Reaktion aus, die darauf abzielt, das Raubtier abzuschrecken. Wenn Gewebe geschädigt wird, können Jasmonate die Synthese von Verbindungen fördern, die für Raubtiere toxisch sind. Jasmonate rufen auch die Synthese flüchtiger Verbindungen hervor, die Parasitoide anziehen, bei denen es sich um Insekten handelt, die ihre Entwicklungsstadien in oder an einem anderen Insekt verbringen und schließlich ihren Wirt töten. Die Pflanze kann die Abspaltung von verletztem Gewebe aktivieren, wenn es irreparabel beschädigt ist.


Pflanzensensorik und -kommunikation

Die Nachricht, dass eine blühende Unkraut-&mdashmousear-Kresse (Arabidopsis thaliana)&mdash kann das besondere Kaugeräusch seines häufigsten Raupenräubers wahrnehmen und seine chemischen Abwehrkräfte als Reaktion darauf anpassen, was zu Schlagzeilen führte, die die Entdeckung der ersten &ldquohörenden&rdquo-Pflanze ankündigten. Da Pflanzen kein zentrales Nervensystem (und tatsächlich keine Ohren) haben, unterscheiden sich die Mechanismen hinter diesem „Hören&rdquo zweifellos sehr von denen unseres eigenen akustischen Sinnes, aber die irreführenden Schlagzeilen weisen auf eine übersehene Wahrheit hin: Pflanzen nehmen tatsächlich Umweltsignale wahr und reagieren darauf schnell zu ihnen, indem sie ihre chemischen, morphologischen und Verhaltensmerkmale ändern.

In Pflanzensensorik und -kommunikation, bietet Richard Karban den ersten umfassenden Überblick darüber, wie Pflanzen ihre Umwelt wahrnehmen, diese Wahrnehmungen kommunizieren und lernen. Angesichts vieler der gleichen Herausforderungen wie Tiere haben Pflanzen viele ähnliche Fähigkeiten entwickelt: Sie nehmen Licht, Chemikalien, mechanische Reize, Temperatur, Elektrizität und Geräusche wahr. Darüber hinaus haben frühere Erfahrungen bleibende Auswirkungen auf die Sensibilität und Reaktion auf Hinweise. Pflanzen haben im Wesentlichen ein Gedächtnis. Ihre Sinne sind auch nicht auf die Prozesse einer einzelnen Pflanze beschränkt: Pflanzen lauschen den Hinweisen und Verhaltensweisen ihrer Nachbarn und–zum Beispiel durch Blumen und Früchte&mdashextauschen Informationen mit anderen Arten von Organismen aus. Weit entfernt von unbelebten Organismen, die durch ihre stationäre Existenz begrenzt sind, befinden sich Pflanzen, wie dieses Buch fraglos deutlich macht, in einem ständigen und lebendigen Diskurs.

Kapitel 1. Pflanzenverhalten und Kommunikation
1.1 Pflanzen und Tiere sind verschieden, aber auch ähnlich
1.2 Arbeitsdefinitionen
1.3 Pflanzenwahrnehmung und -kommunikation – Aufbau dieses Buches

Kapitel 2. Pflanzensensorische Fähigkeiten
2.1 Pflanzen nehmen ihre Umgebung wahr
2.2 Pflanzen nehmen Licht wahr
2.3 Chemische Sensorik
2.4 Mechanische Abtastung – Berührung
2.5 Anlagensensorik von Temperatur, Elektrizität und Geräuschen

Kapitel 3. Pflanzenlernen und Gedächtnis
3.1 Lernen Pflanzen?
3.2 Lernen, Gedächtnis und Licht
3.3 Lernen, Gedächtnis und Wahrnehmung von Chemikalien, Ressourcen, Krankheitserregern und Pflanzenfressern
3.4 Lernen, Gedächtnis und Berührung
3.5 Lernen, Gedächtnis und Kälte
3.5 Generationenübergreifendes Gedächtnis

Kapitel 4. Hinweise und Signale in der Pflanzenkommunikation
4.1 Die Natur von Hinweisen und Signalen
4.2 Pflanzenkonkurrenz – Licht und hormonelle Hinweise
4.3 Hinweise zur Pflanzenabwehr
4.4 Signale und Signale von Pflanzen, die Tiere wahrnehmen

Kapitel 5. Pflanzenreaktionen auf Hinweise auf Ressourcen
5.1 Allgemeine Eigenschaften von Pflanzenreaktionen
5.2 Pflanzen suchen nach Ressourcen
5.3 Ressourcenbedarf integrieren

Kapitel 6. Pflanzenreaktionen auf Herbivorie
6.1 Induzierte Reaktionen als Pflanzenabwehr
6.2 Flüchtige Signale und Kommunikation zwischen Ramets und Individuen
6.3 Indirekte Abwehrmaßnahmen gegen Pflanzenfresser
6.4 Visuelle Kommunikation zwischen Pflanzen und Pflanzenfressern

Kapitel 7. Pflanzenkommunikation und -reproduktion
7.1 Bestäubung und Kommunikation
7.2 Samenausbreitung und -kommunikation

Kapitel 8. Mikroben und Pflanzenkommunikation
8.1 Mikroben sind entscheidend für den Pflanzenerfolg
8.2 Pflanzen erkennen Krankheitserreger
8.3 Befallene Pflanzen ziehen die mikrobiellen Feinde ihrer Angreifer an
8.4 Pflanzen kommunizieren mit Mykorrhizapilzen
8.5 Pflanzen kommunizieren mit N-fixierenden Bakterien

Kapitel 9. Pflanzenwahrnehmung und -kommunikation als Anpassungen
9.1 Pflanzensinne und Aussendung von Hinweisen – adaptive Eigenschaften?
9.2 Fallstudien zu Anpassungen

Kapitel 10. Pflanzensensorik und -kommunikation in Landwirtschaft und Medizin
10.1 Manipulation des Wahrnehmungs- und Kommunikationsprozesses
10.2 Manipulation der Ressourcenbeschaffung und -zuweisung
10.3 Manipulation der Toleranz gegenüber abiotischem Stress
10.4 Resistenz gegen Krankheitserreger manipulieren
10.5 Manipulation der Resistenz gegen Pflanzenfresser
10.6 Manipulation des reproduktiven Timings und der reproduktiven Anstrengung
10.7 Als Arzneimittelquelle
10.8 Plant Sensing in der Zukunft der Menschheit


Molekulare Pflanzenreaktionen auf kombinierten abiotischen Stress rücken unbekannte und reichlich vorhandene Gene ins Rampenlicht

Umweltbelastungen wie Dürre, Hitze und Salzgehalt schränken die Pflanzenentwicklung und die landwirtschaftliche Produktivität ein. Während einzelne Belastungen ausführlich untersucht wurden, ist viel weniger über die molekulare Interaktion von Reaktionen auf mehrere Belastungen bekannt. Um dieses Problem anzugehen, haben wir die molekularen Reaktionen von Arabidopsis auf einfache, doppelte und dreifache Kombinationen von Salz-, Osmose- und Hitzestress untersucht. Eine Metabolit-Profiling-Analyse zeigte die Produktion spezifischer kompatibler gelöster Stoffe in Abhängigkeit von der Art der ausgeübten Belastung. Wir fanden heraus, dass Hitze in Kombination mit anderen Belastungen einen dominanten Einfluss auf die globale Genexpression und die Muster der Metabolitenebene hat. Behandlungen, die Hitzestress beinhalten, führen zu einer stark reduzierten Transkription von Genen, die für reichlich vorhandene photosynthetische Proteine ​​und Proteine ​​​​kodieren, die den Zelllebenszyklus regulieren, während Gene, die am Proteinabbau beteiligt sind, hochreguliert werden. Unter kombinierten Stressbedingungen verlagerten die Pflanzen ihren Stoffwechsel in einen Überlebenszustand, der durch geringe Produktivität gekennzeichnet war. Unsere Arbeit liefert molekulare Beweise für die Gefahren für die Pflanzenproduktivität und die zukünftige Welternährungssicherheit durch Hitzewellen infolge der globalen Erwärmung. Wir heben Kandidatengene hervor, von denen viele funktionell nicht charakterisiert sind, um die abiotische Stresstoleranz von Pflanzen zu verändern.

Schlüsselwörter: Globale Genexpression Metaboliten zur globalen Erwärmung profilieren mehrere abiotische Belastungen.


VIB-UGent Zentrum für Pflanzensystembiologie

Der Eckpfeiler von PSB ist die von Neugier getriebene Erforschung grundlegender zellulärer Mechanismen. Ein Großteil dieser Forschung wird an Arabidopsis sowie an anderen Pflanzen wie Mais, Pappel, Tomate, Weizen, Marchantia, Wasserlinse, Raps, Sojabohne und Pflanzen durchgeführt, die hochwertige spezialisierte Metaboliten produzieren. PSB hat fünf wissenschaftliche Schwerpunkte identifiziert. Nachfolgend finden Sie eine kurze Beschreibung des Umfangs der Schwerpunktbereiche. Details on the content of these focus areas can be found in the Future Plans of the individual PIs.

Plant metabolism, growth, and development

Many research lines at the Center aim to unravel the genetic programs that control plant metabolism, growth, and development. Ultimately, these programs determine the morphological and biochemical features of plants that enable them to optimize carbon fixation, adapt to their environment, and make them suitable for human consumption and utilization.

This focus area on plant metabolism, growth, and development has considerable potential to address climate-related issues. Engineering of metabolic pathways can optimize nitrogen use efficiency to reduce greenhouse gas emissions, and increase plant resilience to pathogens and environmental stresses including heat, cold, drought, or heavy metals. Metabolic engineering, as well as targeted modification of cell proliferation, can optimize carbon capture and support the switch to a bio-based economy. Modulating plant architecture via gene regulatory networks or hormone signaling also can increase carbon sequestration and contribute to improved plant performance under both favorable and environmental stress conditions. Understanding the role of cellular processes such as autophagy, endocytosis, nitrogen and phosphate signaling, or programmed cell death can identify alternative means to increase plant performance.

Interaction of plants with the environment

Crop productivity is the most vulnerable factor under climate change. Diverse abiotic stresses such as drought, flooding, waterlogging, high salinity, extreme temperatures, nutrient deficiency and heavy metals reduce crop yield. In this context, researchers at PSB are focusing on the precise elucidation of physiological and molecular mechanisms that contribute to stress tolerance in plants at different developmental stages and in different organs including leaves, roots as well as the soil microbiome that interacts with roots.

An important future aspect of this focus area is the study of the interaction of different abiotic stress factors. Whereas the interaction of some stress factors, e.g. drought and heat, are well documented, others are much less. For example, it is of interest to study how water deficiency affects nutrient uptake by roots and the associated microbiome. This focus area will also examine the relationship between data/phenotypes obtained in the lab compared to similar data obtained from field grown plants. The ultimate aim is to close this lab-field gap as much as possible. Another interesting aspect is intercropping in which different plant species are grown together resulting in higher yields and a better protection to environmental stress. PSB will further explore collaborations to develop and test equipment for measuring the effects of stress on overall plant physiology. The phenotyping platforms will be updated and new, custom-made phenotyping platforms will be installed. For example, an automated imaging system (rhizotron) for the analysis of root growth and architecture is envisaged. Results of this focus area are not only of importance for understanding the molecular basis of stress responses in plants but they can also be used as a basis to develop new strategies for improving sustainability and climate resilience of crop productivity.

Bioinformatics and integrative biology

Bioinformatics and computational biology are cornerstones of modern-day molecular biology and are strongholds of the center. PSB has longstanding expertise in many subdomains of bioinformatics, including the assembly and annotation of novel plant genome sequences, evolutionary genomics, the analysis and integration of -omics data, gene network modeling, and comparative genomics.


30.7: Plant Sensory Systems and Responses - Biology

Um diesen Inhalt anzuzeigen, ist ein Abonnement von J o VE erforderlich. Sie können nur die ersten 20 Sekunden sehen.

Der JoVE-Videoplayer ist mit HTML5 und Adobe Flash kompatibel. Ältere Browser, die HTML5 und den H.264-Videocodec nicht unterstützen, verwenden weiterhin einen Flash-basierten Videoplayer. Wir empfehlen, die neueste Version von Flash hier herunterzuladen, aber wir unterstützen alle Versionen 10 und höher.

Wenn das nicht hilft, lassen Sie es uns bitte wissen.

When a seed germinates, the roots extend into the soil and the shoot towards the light. Plants also modify their growth to maximize light exposure. How do plants sense the direction and quality of light?

Light-sensitive receptors, also called photoreceptors, mediate a plant&rsquos response to light. Photoreceptors contain a protein component bound to a light-absorbing pigment called the chromophore.

Plants may possess multiple families and variants of photoreceptors. Together, they respond to wavelengths of light ranging from ultraviolet to the far-red regions of the light spectrum.

Each chromophore in a specific photoreceptor absorbs light of a particular wavelength, causing a structural change in the receptor. Activation of the photoreceptor triggers a signaling cascade within the plant cells. This, in turn, can lead to gene expression affecting plant growth and morphology.

For example, plants alter their growth in response to shade using the family of phytochrome photoreceptors. Each phytochrome has two distinct, interconvertible forms: the physiologically inactive Pr and the active Pfr.

Pr absorbs red light and is quickly converted to the active Pfr form. Pfr absorbs far-red light and is converted back to the inactive Pr form. The successive conversion of Pr and Pfr reaches a dynamic equilibrium in daylight.

Taller plants can filter the red light out of the light spectrum, leaving plants underneath with more far-red light than direct sunlight. The phytochrome system allows the plant to sense the ratio of red to far-red light and adjust its growth.

36.2: Photoreceptors and Plant Responses to Light

Light plays a significant role in regulating the growth and development of plants. In addition to providing energy for photosynthesis, light provides other important cues to regulate a range of developmental and physiological responses in plants.

What Is a Photoreceptor?

Plants respond to light using a unique set of light-sensitive proteins called photoreceptors. Photoreceptors contain photopigments, which consist of a protein component bound to a non-protein, light-absorbing pigment called the chromophore. There are several different types of photoreceptors, which vary in their amino acid sequences and the type of chromophore present. These types maximally respond to different specific wavelengths of light, ranging from ultraviolet B (280-315 nanometers) to far-red (700-750 nanometers). The chromophore's absorption of light elicits structural changes in the photoreceptor, triggering a series of signal transduction events that result in gene expression changes.

The Phytochrome System

Many types of photoreceptors are present in plants. Phytochromes are a class of photoreceptors that sense red and far-red light. The phytochrome system acts as a natural light switch, allowing plants to respond to the intensity, duration, and color of environmental light.

The phytochrome system plays a significant role in photomorphogenesis&mdashthe growth and development of plants in response to light. Bright sunlight contains more red light than far-red light. Chlorophyll strongly absorbs red light, so shaded plant regions receive more far-red light than red light.

Plants use phytochromes to adapt their growth in response to red and far-red light. Exposure to far-red light in shaded regions triggers the elongation of stems and petioles in search of light. On the other hand, exposure to red wavelengths from unfiltered sunlight enhances lateral growth and branching.

Kong, Sam-Geun, and Koji Okajima. 2016. "Diverse Photoreceptors and Light Responses in Plants." Journal of Plant Research. 129 (2): 111&ndash114. [Quelle]

Casal, Jorge J. "Shade Avoidance." The Arabidopsis Book / American Society of Plant Biologists 10 (January 19, 2012). [Quelle]

Fiorucci, Anne-Sophie, and Christian Fankhauser. (2017). "Plant Strategies for Enhancing Access to Sunlight." Aktuelle Biologie. 27 (17): R931&ndashR940. [Quelle]


Die InfoCoBauen

This is a collection of audio/video courses and lectures in biology and biological engineering from educational institutions around the world. The courses and lectures included in this section cover: animal physiology, astrobiology, biochemistry, bioelectricity, bioenergy, bioengineering, biomathematics, cell biology, evolution, general biology, genetics, human anatomy, mathematical biology, microbiology, molecular biology, neurobiology, origins of life on Earth, plant physiology, and wildlife ecology.


UC Berkeley Webcast

Video Biology 1A - General Biology Lecture
Video Biology 1AL - General Biology Laboratory
Video Biology 1B - General Biology
Video PMB 160 - Plant Molecular Genetics
Video MCB C148 - Microbial Genomics and Genetics
Video Integrative Biology C13 - Origins
Video Integrative Biology 131 - General Human Anatomy
Video Nutritional Sciences and Toxicology 10: Introduction to Human Nutrition
Video Bioeng/ME C117 Structural Aspects of Biomaterials
Video ESPM 114 - Wildlife Ecology

MIT OpenCourseWare
Video/text 7.01SC Fundamentals of Biology
Video/text 7.012 Introduction to Biology
Video/text 7.013 Introductory Biology (Spring 2013)
Video/text 7.013 Introductory Biology (Spring 2006)
Video/text 7.014 Introductory Biology
Video/text 7.016 Introductory Biology
Video/text 5.08J Biological Chemistry II (Spring 2016)
Video/text 7.38J Introduction to Bioengineering (BE.010J)
Video/text 7.81J - Systems Biology
Video/text 7.91J - Fundamentals of Computational and Systems Biology
Video/text 9.04 Sensory Systems
Video 20.309 Biological Engineering II: Instrumentation and Measurement
Audio/text HST.508 Genomics and Computational Biology
Audio/text HST.512 Genomic Medicine

Open Yale courses
Audio/video BENG 100 - Frontiers of Biomedical Engineering
Audio/video EEB 122 - Principles of Evolution, Ecology and Behavior
Audio/video MCDB 150 - Global Problems of Population Growth
Video Evolution and Medicine

Stanford on YouTube
Video BIO 150 - Human Behavioral Biology (Spring 2010)
Video Astrobiology and Space Exploration (Winter 2010)
Video Astrobiology and Space Exploration (Spring 2010)
Video DAR 200 - Darwin's Legacy (Fall 2008)

UCI OpenCourseWare
Video/text Bio Sci 93 - DNA to Organisms (Fall 2012)
Video Bio Sci 94 - Organisms to Ecosystems (Winter 2013)
Video/text Bio Sci M121 - Immunology and Hematology (Fall 2013)
Video/text Chemistry 128 - Introduction to Chemical Biology (Winter 2013)
Video Math 113B - Mathematical Biology
Video/text Physics 20E - Life in the Universe (Spring 2015)

UCLA Courses on YouTube
Video HC 70A - Genetic Engineering in Medicine, Agriculture, & Law
Video Life Sciences 15 - Life: Concepts and Issues
Video Mathematics 3C - Probability for Life Science
Video ESS 15 - Blue Planet: Introduction to Oceanography

New York University - Open Education
Video Genomes and Diversity

The Science Media Production Center at Cornell
Video BIOPL 3420: Plant Physiology

California State University Dominguez Hills on YouTube
Video BIO 190 - Introduction to Marine Life (Fall 2013)
Video BIO 190 - Introduction to Marine Life (Fall 2015)

NPTEL Courses
Video Physics of Biological Systems
Video Biochemie
Video Biochemical Engineering
Video Eukaryotic Gene Expression: Basics and Benefits
Video Essentials in Immunology
Video Enzyme Science and Engineering
Video Analytical Technologies in Biotechnology
Video Biomathematics
Video Introduction to Dynamical Models in Biology
Video Introduction to Biostatistics
Video Biostatistics and Design of Experiments
Video Bioelectricity
Video Introductory Neuroscience and Neuro-Instrumentation
Video Animal Physiology
Video Bioenergy
Video Bioreactors
Video Functional Genomics
Video Humane molekulare Genetik
Video Mass Spectrometry Based Proteomics
Video Proteins and Gel-Based Proteomics
Video Introduction to Biomaterials
Video Medical Biomaterials
Video Biomaterials for Bone Tissue Engineering Applications
Video Interactomics: Protein Arrays and Label-free Biosensors
Video Principles of Downstream Techniques in Bioprocess

Department of Microbiology & Immunology, Columbia University
Video Biology W3310 - Virology (Spring 2011)
Video Biology W3310 - Virology (Spring 2012)

UC Davis Academics on YouTube
Video IST 8A - Introduction to Biophotonics (Winter 2009)
Video IST 8A - Introduction to Biophotonics (Winter 2010)
Video BIM 289 - Special Topics in Biophotonics (Winter 2009)
Video ECS 124 - Fundamental Algorithms in Bioinformatics

Open Education Edinburgh on YouTube
Video Astrobiology and the Search for Extraterrestrial Life

nanoHUB Courses
Video/text Illinois Physics 498 - Introduction to Biological Physics
Video/text BME 695N - Engineering Nanomedical Systems
Video/text An Introduction to BioMEMS and Bionanotechnology

Biochemistry Department at Stanford University
Video/text Biochem 218 - Computational Molecular Biology

Howard Hughes Medical Institute (HHMI)
Video HHMI's BioInteractive - Lecture Series and Informal Talks

This is a collection of lecture series and informal talks discussing various biomedical issues such as biodiversity, neuroscience, infectious diseases, stem cells, evolution, obesity, cancer, immunology and RNA.


Department of Zoology, Oklahoma State University

Video Biology 1114 - Introductory Biology

Greenfield Community College on YouTube
Video BIO 130: Introduction to Nutrition

School of Food Science - College of Agriculture, University of Idaho
Video/text FS 464 - Food Toxicology

iBioSeminars

This provides free on-demand lectures on various topics in biological research: Biological Mechanisms, Neuroscience, Cell Biology & Medicine, Chemical Biology & Biophysics, Developmental Biology & Evolution, Global Health & Energy, Bio Techniques.

This provides on-demand streaming video presentations on biology and related topics including stem cells, animal behavior, the pathway to genomic medicine, structures and functions of genomes, ecosystems, and food and fitness.


Bevölkerung: A Model System for Plant Biology

AbstraktWith the completion of the Populus trichocarpa genome sequence and the development of various genetic, genomic, and biochemical tools, Bevölkerung now offers many possibilities to study questions that cannot be as easily addressed in Arabidopsis and rice, the two prime model systems of plant biology and genomics. Tree-specific traits such as wood formation, long-term perennial growth, and seasonality are obvious areas of research, but research in other areas such as control of flowering, biotic interactions, and evolution of adaptive traits is enriched by adding a tree to the suite of model systems. Furthermore, the reproductive biology of Bevölkerung (a dioeceous wind-pollinated long-lived tree) offers both new possibilities and challenges in the study and analysis of natural genetic and phenotypic variation. The relatively close phylogenetic relationship of Bevölkerung zu Arabidopsis in the Eurosid clade of Eudicotyledonous plants aids in comparative functional studies and comparative genomics, and has the potential to greatly facilitate studies on genome and gene family evolution in eudicots.


Schau das Video: Reiz-Reaktionskette einfach erklärtBiologie Lernvideo Learning Level Up (Kann 2022).