Pflanzenphysiologie: molekulare und biochemisch-physiologische Grundlagen von Stoffwechsel, Entwicklung und Ökologie
Gespeichert in:
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Format: | Buch |
Sprache: | German |
Veröffentlicht: |
Stuttgart
Ulmer
1991
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Ausgabe: | 9., durchges. Aufl. |
Schriftenreihe: | Uni-Taschenbücher
15 |
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Beschreibung: | 560 S. Ill., graph. Darst. |
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adam_text | Titel: Pflanzenphysiologie
Autor: Hess, Dieter
Jahr: 1991
Inhaltsverzeichnis
Vorwort
1 Steuerung der Merkmalsbildung durch Nucleinsäuren. . . 17
1 Averys Transformationsexperimente.............. 18
2 Die chemische Konstitution der Nucleinsäuren....... 20
2.1 Bausteine der Nucleinsäuren.................. 20
2.2 Nucleoside, Nucleotide, Polynucleotide........... 21
2.3 Das Watson-Crick-Modell der DNA.............. 23
3 Die Expression der Gene bei der Merkmalsbildung .... 25
3.1 Das Konzept der Genexpression................. 26
3.2 Transkription............................ 27
3.3 Der genetische Code........................ 29
3.4 Processing.............................. 30
3.5 Translation.............................. 38
3.6 Antimetaboliten der Transkription und Translation .... 41
1.3.7 Langlebige mRNA in höheren Pflanzen............ 46
1.3.8 Transkription und Translation im zellfreien System..... 48
1.3.9 Ein-Gen - Ein-Polypeptid.................... 50
1.4 Gentechnologie: Genübertragungen.............. 56
1.4.1 Plasmide und Phagen als Vektoren............... 57
1.4.2 Nachweiskriterien für Genübertragungen.......... 62
1.4.3 Protoplastentransformation................... 65
1.4.4 Pollentransformation....................... 71
2 Photosynthese............................ 75
2.1 Die Gliederung der Photosynthese in Primär- und
Sekundärvorgänge......................... 75
2.2 Primärvorgänge der Photosynthese.............. 77
2.2.1 Elektronentransportketten.................... 77
2.2.2 Redoxsysteme bei den Primärvorgängen der
Photosynthese............................ 78
2.2.3 Photosysteme und Lichtsammler-Komplexe......... 85
2.2.4 Die Primärvorgänge der Photosynthese............ 89
2.2.5 Der Chloroplast: Ort der Photosynthese........... 92
2.2.6 Photophosphorylierung nach der chemiosmotischen
Hypothese.............................. 96
2.3 Sekundärvorgänge der Photosynthese............. 99
2.3.1 Der CGy Akzeptor......................... 99
2.3.2 Der Anschluß an die Primärprozesse............. 100
10 Inhaltsverzeichnis
2.3.3 Der Calvin-Zyklus (reduktiver Pentosephosphatzyklus) . 103
2.3.4 Variante 1 in der CCb-Anlieferung:
der CrDicarbonsäureweg.................... 104
2.3.5 Variante 2 in der CCb-Anlieferung:
der Crassulaceen-Säuremetabolismus (diurnaler Säure-
zyklus der Sukkulenten) ..................... 112
2.3.6 Vergleich Q-Dicarbonsäureweg und diurnaler Säure-
zyklus: räumliche und zeitliche Kompartimentierung ... 115
3 Kohlenhydrate........................... 117
3.1 Monosaccharide.......................... 117
3.1.1 Phosphorylierung (Kinasen)................... 118
3.1.2 Intramolekulare Verschiebung von Phosphat (Mutasen) . 118
3.1.3 Zucker-Nucleotide (UDPG)................... 119
3.1.4 Inversion einer OH-Gruppe (Epimerasen).......... 119
3.1.5 Steuerung des Gleichgewichts zwischen Aldosen und
Ketosen (Isomerasen)....................... 120
3.1.6 Oxidativer Abbau um 1 C-Atom (Übergang Hexose -
Pentose)............................... 120
3.2 Oligosaccharide und Polysaccharide.............. 122
3.2.1 Glykoside.............................. 122
3.2.2 Oligosaccharide........................... 124
3.2.3 Polysaccharide........................... 126
4 Biologische Oxidation....................... 143
4.1 Glykolyse.............................. 143
4.2 Oxidative Decarboxylierung des Pyruvats, Bildung
aktivierter Essigsäure....................... 148
4.3 Citronensäure-Zyklus....................... 150
4.4 Endoxidation an der Atmungskette; Mitochondrien
als Energiezentralen........................ 152
4.4.1 Bau der Mitochondrien...................... 153
4.4.2 Atmungskette und Atmungskettenphosphorylierung ... 154
4.5 Photorespiration (Glykolatweg)....... ........ 158
4.5.1 Microbodies............................. 158
4.5.2 Photorespiration......................... 159
5 Fette.................................. 153
5.1 Chemische Konstitution der Fettsäuren............ 163
5.2 Die Biosynthese der Fettsäuren................ 164
5.2.1 Die Bildung von Malonyl-CoA............ .. . . . 165
5.2.2 Die Synthese gesättigter Fettsäuren........... [ 165
5.2.3 Die Synthese ungesättigter Fettsäuren............. 169
5.3 Die Biosynthese der Neutralfette.............[][ 170
5.4 Polare Lipide: Membranbausteine par excellence ..... 171
Inhaltsverzeichnis 11
5.5 Der Abbau der Fette....................... 172
5.5.1 Die ß-Oxidation.......................... 173
5.5.2 Die a-Oxidation.......................... 174
5.6 Der Glyoxylatzyklus (Glyoxylsäurezyklus).......... 175
6 Terpenoide.............................. 178
6.1 Chemische Konstitution..................... 179
6.2 Biosynthese, generell....................... 181
6.3 Biosynthese, speziell; Funktionen............... 182
6.3.1 Monoterpene............................ 182
6.3.2 Sesquiterpene............................ 191
6.3.3 Triterpene.............................. 191
6.3.4 Diterpene.............................. 212
6.3.5 Tetraterpene: Carotinoide.................... 213
6.3.6 Polyterpene............................. 217
7 Phenole................................ 220
7.1 Chemische Konstitution..................... 220
7.2 Biosynthese, generell....................... 221
7.2.1 Der Shikimisäure-Weg...................... 221
7.2.2 Der Acetat-Malonat-Weg..................... 223
7.3 Biosynthese, speziell; Funktionen............... 224
7.3.1 Zimtsäuren............................. 224
7.3.2 Cumarine............................... 228
7.3.3 Lignin................................. 231
7.3.4 Phenolcarbonsäuren und einfache Phenole.......... 236
7.3.5 Flavanderivate (Flavonoide)................... 242
7.3.6 Blütenfärbung............................ 248
7.3.7 Phytoalexine. ............................ 250
8 Aminosäuren............................ 254
8.1 Die Reduktion des Stickstoffs.................. 254
8.1.1 Nitratreduktase........................... 255
8.1.2 Nitritreduktase........................... 255
8.1.3 Biologische N-Fixierung in Symbiosen und Assoziationen 255
8.1.4 Die Assimilation von Schwefel................. 259
8.2 Glutamat als primärer NH,-Akzeptor............. 260
8.3 Transaminierungen......................... 261
8.4 Die Herkunft des C-Skeletts der Aminosäuren....... 263
9 Cyanogène Glykoside....................... 266
9.1 Chemische Konstitution, Biosynthese und Abbau..... 266
9.2 Ökologie............................... 267
12 Inhaltsverzeichnis
10 Alkaloide..............................270
10.1 Derivate der aliphatischen Aminosäuren Ornithin und
Lysin.................................272
10.1.1 Chinolizidin-Alkaloide..................... 272
10.1.2 Pyrrolizidin-Alkaloide...................... 274
10.1.3 Nicotiana-Alkaloide und Nicotinsäure............ 276
10.1.4 Tropan-Alkaloide........................ ¦ 279
10.2 Derivate der aromatischen Aminosäuren Phenylalanin
und Tyrosin.............................280
10.2.1 Amaryllidaceen-Alkaloide und Colchicin..........280
10.2.2 Betalaine..............................281
10.2.3 Isochinolin-Alkaloide......................282
10.2.4 Benzylisochinolin-Alkaloide..................284
10.3 Derivate der Aminosäure Tryptophan:
Indolalkaloide und Derivate..................285
10.4 Purin-Alkaloide..........................288
10.5 Biochemische Systematik....................290
11 Porphyrine.............................292
12 Teilungswachstum.........................294
12.1 Entwicklung = Wachstum, Differenzierung und
Musterbildung...........................294
12.2 Teilungswachstum.........................295
12.2.1 Der Mitose-Zyklus........................295
12.2.2 Die Replikation der DNA...................296
13 Totipotenz.............................305
13.1 Regenerationsexperimente...................305
13.2 Vegetative Hybridisierung...................307
14 Différentielle Genaktivität: der Nachweis..........312
14.1 Stadienspezifische mRNA...................312
14.2 Stadien-und gewebespezifische Proteinmuster......315
15 Intrazelluläre Regulation....................317
15.1 Regulation der Genexpression.................318
15.1.1 Regulation der Transkription..................318
15.1.2 Regulation der Translation...................330
15.2 Regulation der Enzymaktivität................331
15.2.1 Isosterische Effekte.................... 331
15.2.2 Allosterische Effekte.............. 331
15.2.3 Feinregulation durch Isoenzyme........... . . . . . 334
Inhaltsverzeichnis 13
16 Interzelluläre Regulation: Phytohormone.......... 336
16.1 Indolderivate: IES........................ 336
16.1.1 Chemische Konstitution..................... 336
16.1.2 Historik, Testverfahren..................... 338
16.1.3 Biosynthese und Abbau..................... 341
16.1.4 Einige physiologische Funktionen der IES......... 342
16.1.5 Polarer Transport der IES.................... 345
16.2 Gibberelline............................ 348
16.2.1 Chemische Konstitution..................... 348
16.2.2 Historik, Testverfahren..................... 349
16.2.3 Biosynthese............................ 350
16.2.4 Einige physiologische Funktionen der Gibberelline. . . . 350
16.3 Cytokinine............................. 353
16.3.1 Chemische Konstitution..................... 353
16.3.2 Historik, Testverfahren..................... 354
16.3.3 Einige physiologische Funktionen der Cytokinine..... 355
16.4 Abscisinsäure........................... 357
16.4.1 Chemische Konstitution..................... 357
16.4.2 Historik, Testverfahren..................... 358
16.4.3 Biosynthese............................ 358
16.4.4 Einige physiologische Funktionen der Abscisinsäure . . . 360
16.5 Ethylen............................... 360
16.5.1 Chemische Konstitution..................... 360
16.5.2 Historik, Testverfahren..................... 362
16.5.3 Biosynthese............................ 362
16.5.4 Einige physiologische Funktionen des Ethylens...... 363
16.6 Molekularer Wirkungsmechanismus der Phytohormone 365
16.6.1 Die Rezeptorhypothese..................... 365
16.6.2 Sekundäre Messenger...................... 367
16.6.3 Subzelluläre Zielstrukturen................... 374
17 Regulation durch Außenfaktoren............... 380
17.1 Regulation durch biotische Außenfaktoren......... 380
17.2 Regulation durch abiotische Außenfaktoren........ 384
17.2.1 Temperatur............................. 384
17.2.2 Licht................................. 386
18 Musterbildung........................... 396
18.1 Die Polarität............................ 396
18.1.1 Das Phänomen.......................... 396
18.1.2 Induktion und Fixierung der Polarität............ 398
18.2 Inäquale Zellteilungen...................... 400
18.2.1 Erste Teilung der Zygote.................... 401
18.2.2 Spaltöffnungsentwicklung.................... 402
18.2.3 Wurzelhaarbildung........................ 402
14 Inhaltsverzeichnis
18.2.4 Pollenmitose............................403
18.2.5 Cytoskelett und inäquale Zellteilungen...........404
18.3 Streckungswachstum.......................409
18.3.1 Das Phänomen.......................... 409
18.3.2 Der Ablauf innerhalb einer Zelle............... 410
18.3.3 Wirkungsmechanismus der IES bei der Zellstreckung .. 417
18.4 Positionsinformation (Positionskontrolle).......... 422
18.4.1 Das Modell der Tricolore.................... 422
18.4.2 Positionsinformation und Musterbildung im Achsen-
system ................................ 423
18.4.3 Positionsinformation und Musterbildung im Blattsystem 429
19 Komplexe Funktionen (Kapitel 20 bis 24)..........433
20 Die Bildung von Samen und Früchten............435
20.1 Der Ablauf.............................435
20.2 Die Regulation..........................437
20.2.1 Differenzierung von Sproß- und Wurzelanlagen...... 437
20.2.2 Bildung von Speicherproteinen................ 444
20.2.3 Kulturvon Embryonen..................... 450
20.2.4 Entwicklung der Frucht..................... 452
21 Keimung..............................455
21.1 Keimruhe..............................455
21.1.1 Unvollständige Embryonen.................. 455
21.1.2 Nachreife durch Trocknung................... 456
21.1.3 Impermeabilität für Wasser und/oder Gase......... 456
21.1.4 Inhibitoren............................. 456
21.2 Keimungsbedingungen....... 458
21.2.1 Wasser...... ....................... 45«
21.2.2 Sauerstoff.............................. 459
21.2.3 Temperatur........... 459
21.2.4 Licht................................. 461
21.3 Mobilisierung von Reservestoffen............... 465
21.4 Zentrale Stoffwechseiprozesse im Keimling........ 465
21.4.1 Phasen im Sauerstoffverbrauch eines Keimlings......466
21.4.2 Deroxidative Pentosephosphatzyklus..... .......467
21.5 Der Aufbau des Photosynthese-Ápparates.........468
21.5.1 Entstehung und Umwandlung von Piastiden........ 468
21.5.2 Bildung von Chloroplastenproteinen............. 470
21.6 Regulation der Keimung durch Phytohormone...... 473
21.7 Regulation der Keimung und Ökologie........... 474
21.7.1 Eichung auf Temperatur.....................474
21.7.2 Chemische Eichung auf Niederschlag............475
Inhaltsverzeichnis 15
22 Allelopathie............................ 478
22.1 Ein historischer Fall: der Walnußbaum........... 479
22.2 Allelopathie in natürlichen Ökosystemen: der Chaparral 481
22.3 Allelopathie bei Nutzpflanzen................. 484
23 Stofftransport........................... 487
23.1 Langstreckentransport...................... 488
23.1.1 Die Elemente........................... 488
23.1.2 Die Funktion............................ 488
23.2 Mittelstreckentransport..................... 504
24 Bliitenbildung........................... 508
24.1 Definitionen............................ 508
24.2 Temperatur und Blühinduktion: Vernalisation....... 510
24.2.1 Petkuser Winterroggen..................... 510
24.2.2 Bilsenkraut............................. 512
24.2.3 Chrysanthemum.......................... 512
24.2.4 Streptocarpus........................... 514
24.2.5 Hypothese zur Vernalisation.................. 517
24.3 Tageslänge und Blühinduktion: Photoperiodismus .... 518
24.3.1 Lang-und Kurztagpflanzen. Tagneutrale.......... 519
24.3.2 Analyse des Photoperiodismus bei der Blühinduktion . . 520
24.3.3 Hypothese zur Blühinduktion (Vernalisation und
Photoperiodismus)........................ 525
24.4 Gibberelline und Blütenbildung................ 526
24.5 Die ökologische Bedeutung der induktiven
Bedingungen............................ 528
24.5.1 Photoperiodismus......................... 528
24.5.2 Vernalisation............................ 529
24.6 Licht und circadiane Rhythmen................ 530
24.6.1 Das Phänomen der physiologischen Uhr........... 530
24.6.2 Photoperiodismus bei der Blühinduktion und
physiologische Uhr........................ 531
Literaturhinweise..............................536
Bildquellen..................................541
Sachregister.................................544
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