Vlc Höhere Pflanzen Lebenszyklen

• vor weniger als 500 Millionen Jahren

• Die Ersten im Ordovizium, also vor ca. 480 Millionen Jahren - fossile Sporen, die von niederen Pflanzen (Algen oder Moosen) stammen könnten

Änderung der Verwitterungsraten im Boden ➡️ mehr Nährstoffe in die Ozeane ➡️ Klime veränderte sich

Pflanzen und Wälder zogen CO2 aus der Atmosphäre ➡️ Abkühlung

Kaltzeitphasen: teils mit starker Vereisung, konnten Prozesse wie Vulkanismus umkehren, abwechselnd kalte und warme Phasen

Aktuell Erdneuzeit, Pflanzen besiedelten das Land im Erdaltertum

Eiszeit im Karbon und Perm

“Pflanzen spiegeln das Klima wieder, nicht nur lokal sondern auch global, und dazu tragen unter anderem die Merkmale von Blattfossilien bei”

• ersten Vertreter der Landpflanzen

• Besiedelung des rauen Festlandes nur durch Kombination verschiedener Merkmale möglich:

  • Wasseraufnahmesystem in unteren Pflanzenteilen

  • Besitz von Leitgewebe und Stützelementen

  • Ausbildung eines Verdunstungsschutzes (Cuticula)

  • Spaltöffnungen (Stromata) in der Pflanzenoberfläche zum Gasaustausch

rapide Entwicklung und Ausbreitung der Landpflanzen:

versteintes Pflanzenfossil Rhynie Chert (Schottland) Rhynia

• über 400 Million Jahre

• schichtähnlicher Aufbau (übereinander gestapelt)

• nur Leitgewebe, ohne Stützgewebe

• gesamte Ökosystem verkieselte zu Stein

• schilfartiger, schrrischer Sumpf

• vor 370 - 380 Millionen Jahren

• einfache dichotome Verzweigung

• Sporangien

• 15 - 30cm hoch

• keine Wuzeln, sonder Rhizome

• Stromata mit Schließzellen

• zentraler Gefäßstrang

• Cuticula (Verdunstungsschutz)

• Blätter ohne Gefäßverbindungen

Vegetation geprägt von Verwandten der Konifernen, Farnsamern, Farnen und Ur-Schachtelhalmen, die damals so groß wie Bäume wuchsen

feuchte Klima ➡️ trockener

bis zum Ende des Perms

➡️ Steinkohlewälder (bedeckten den Großteil der tropischen Landflächen der Erde)

• zogen langfristig CO2 aus der Atmosphäre

• stieg aber im Perm wieder an

• Kohle: zu Stein gewordene Sonnenenergie, in Form von Pflanzenresten die das CO2 einer mehr als 300 Mio. Jahre alten Atmosphäre banden

Erdplatten schoben sich zum Superkontinent Pangaea zusammen

• beeinflusste das kontinentale Klima

Ende des Perms: Vulkane förderten massenhaft Magma als treppenartige Formationen aus Flutbasalten an die Oberfläche (Sibirischen Trapp zu finden)

= Perm-Trias-Grenze:

Grenze zwischen Erdaltertum und Erdmittelalter ➡️ größte Massenaussterben

• genauer Auslöser nicht genau belegt

= Generationswechsel

spezielle Form der Fortpflanzung

geschlechtliche Phase (Gametophyten) und ungeschlechtliche Phase (Sporophyten) wechseln sich miteinander ab

geschlechtliche Vermehrung: Neukombination des Erbgutes

ungeschlechtliche Vermehrung: identischem genetischen Code wie Mutterpflanze, unabhängig von äußeren Faktoren

Warum?

erste Pflanzen waren auf das Wasser angewiesen um sich fortzupflanzen ➡️ begeiselte Fortpflanzungsstadien

Landbesiedelung ➡️ weitgehende Unabhängigkeit vom Wasser ➡️ Entwicklung der Samenpflanze

• Bedecktsamer (Angiospermae) am weitesten entwickelt

  • einbetten der weiblichen Sexualorgane in den Fruchtknoten

  • geschützte Ausreifen innerhalb der Frucht

  • ➡️ am unabhängigsten von Wasser/Trockenheit

  • spezielle Organe für Fortpflanzung

• sexuelle Generation einer Pflanze

• haben nur einen einfachen (haploiden, 1n) Chromosomensatz

• bei Samenpflanzen stark reduziert

  • Spermazellen

  • Eizelle

• ungeschlechtliche Generation einer Pflanze

• doppelter (diploide, 2n) Chromosomensatz

• Vereinigung eines männlichen und eines weiblichen Gametophyten

• tragen die Fortpflanzungsorgane aus denen wiederum Gametophyten entstehen

Hornmoose ähneln einer der ersten Gefäßpflanzen, der ausgestorbenen Horneophyton (vor 400 Mio. Jahren)

• sprossähnliche Sporangien

  ➡️ entweder Abstammung oder Weiterentwicklung

• älteste bekannte Gefäßpflanze

• aus gabelig verzweigten Achsen

  blattlose oberirdische Achsen mit 2,5cm Höhe. die in Sporangien endete

Cooksonia

• aus Sprossachsen, die Verzweigungen, von etwa derselben Länge bildeten, an deren Spitze Sporangien gebildet wurden

• Bindeglied zwischen Rhyniophyta und den Bryophyten (Moose)

• fehlende Tracheiden

• primitives Leitsystem

1. Zweige: viel kurze Seitensporangien

2. entwickeln sich vor 360 Mio Jahren aus den Rhyniophyten

   • mehrere Verzweigungen

   • in Gruppen angeordnete Sporangien

beschreibt das Entstehen eines komplexen morphologischen Aufbau der Landpflanzen

aus einfach gebauten, an Algen erinnernden sogenannten Urpflanzen

Telome: einfach gebauter Spross der ersten tracheophyten Landpflanzen (Urfarne)

• die bis 50cm hohen, binsenförmigen Triebe besassen einen zentralen Leitstrang für den Stofftransport, waren in Folge der Zweiteilung des ursprünglichen Vegetationskegels gabelig (dichotom) verzweigt

• trugen endständige Sporangien und waren durch horizontal liegende, mit Rhizoiden besetzten Rhizome im Boden verankert

Übergipfelung: eines der beiden ursprünglich gleichwertigen Telome der gabeligen Verzweigung wächst bevorzugt ➡️ Haupt- und Nebentriebe mit der verbundenen Arbeitsteilung

Planation: Ordnung der Telome von Seitentrieben, die ursprünglich hintereinander lagen, in eine Ebene

Verwachsung: 2 Möglichkeiten

• zwischen den in einer Ebene eingedrückten Telome bilden sich Gewebe aus, die Telome verwachsen flächig miteinander

  Entwicklung zu typischen Blättern

• Telome, die nicht in einer Ebene stehen verwachsen miteinander, sodass ein säulenförmiges Gebilde entsteht, das dann mehr als nur ein Leitbündel (Stele) enthält.

  Dieser Prozess führte zur Sprossachse der Landpflanzen

• Makrophyllen = Blätter die mehr als einen Leitstrang besitzen

Einkrümmung: Evolution der entständigen Sporangien der Telome zu Sporangien auf der Unterseite von Megaphyllen oder auf der Oberseite der Mikrophyllen

Gegenüberliegende Flanken eines Teloms wachsen ungleichmäßig stark, sodass sich diese Struktur nach einer Seite krümmt/ausrichtet. Man geht davon aus, dass durch extreme Einkrümmung Telomteile sogar vom Gewebe eingeschlossen werden können. Evolution der Fortpflanzungsorgane

Reduktion: Einzelne Telome werden stark reduziert. Die Mikrophylle bezeichnen einnervige Blättchen (zu finden bei Bärlappengewächsen) und lassen sich als Ergebnis dieser Reduktion deuten

Staubblätter: könnten sich entwickelt haben, indem exponierte Mikrosporangien umschlossen wurden und der untere Teil des Blattes schmäler wurde und sich zu einem Filament entwickelte

Fruchtblätter: könnten sich entwickelt haben, indem die Blätter nach innen gefaltet und das Megasporangium eingeschlossen wurde. Die Narbe des Fruchtblattes könnte das Ergebnis der Reduktion einer größeren Narbenoberfläche sein.

gut angepasste Bewohner des Festlandes

• wasserunabhängige Befruchtung mit Pollen/Pollenkorn

• samenentwicklung: gut geschützter Embryo

Gymnospermen: NACKTSAMER

Coniferophyta (Koniferen): 550 Arten

Cycadoohyta (Cycadeen): 100 Arten

Gingkophyta (Gingkogewächse): 1 Art

Gnetoohyta (Gnetumgewächse) 70 Arten

Angiospermen: BEDECKTSAMER

235 000 Arten

Nacktsamige Pflanzen

• deren Samenanlagen nicht wie bei den Bedecktsamern in einem Fruchtknoten eingeschlossen sind. Die Fruchtblätter sind nicht geschlossen. Dies stellt innerhalb der Samenpflanzen den ursprünglichen Zustand dar.

• Seit dem Oberperm, vor 270 Millionen Jahren, entwickelten sich die Gruppen von Nacktsamern

Heterospore Pflanze: Mikro- und Makrosporen

haben keine Sporangien sondern

Strobili (= Zapfen, ähnlich den Koniferen)

• Zapfen sind Blüten(-Stände) mit verlängerter, verholzter Achse und verholzenden Tragblättern

in Sporophyllständen (=Blüte) befinden sich Mikrosporophylle (=Staubblätter, Stamina) und Makrosporophylle (=Fruchtblätter, Carpelle).

Staubblatt = Filament + Anthere

Die Anthere besteht aus Pollensäckchen (=Mikrosporangien). in diesen gehen aus den Mikrosporenmutterzellen durch Meiose die Pollenkörner (=Mikrosporen) hervor. Ihr Kern teilt sich einmal.

Fruchtblätter tragen Samenanlagen. Der Nucellus ist das Makrosporangium. Dort durchläuft eine Zelle, die Embryosackmutterzelle, eine Meiose. Aus einer der 4 entstehenden Zellen entwickelt sich der haploids Gametophyt.

Durch 3 Mitosen entwickelt sich der 8-kernige Embryosack. Eizelle und Synergiden grenzen sich als Eiapparat ab. Synergiden können als Reste der Archegonien angesehen werden. Der Sporophyt dominiert noch stärker.

Embryosack = weibliche Gametophyt

Pollenkorn = männliche Gametophyt

Männliche + weibliche Kerne verschmelzen innerhalb des Embryosacks.

doppelte Befruchtung: aus 2 seperaten Verschmelzungsvorgängen

➡️

Spermazelle + Eizelle = Zygote (2n)

nach der Fusion der anderen Spermazelle mit der Zentralzelle = Endosperm (3n)

➡️ durch Verschmelzung der drei Zellkerne = triploide Zelle

Nach Erreichen der Narbe keimen die Pollenkörner zum Pollenschlauch aus. Die generative Zelle des Pollenkorn teilt sich noch einmal, die beiden Kerne (eigentlich: Spermazellen) wandern zur Eizelle ➡️ Befruchtung

Durftstoff der Eizelle welche das Pollenkern anlockt

Aus der Zygote bildet sich ein mehrzelliger Faden (Proembryo), dessen vordere Zelle später zum Embryo wird und dessen restlicher Teil den Suspensor ausbildet, der den Embryo tiefer in das Endosperm hineinschient und die Nährstoffversorgung vermittelt. Die vordere Zelle durchläuft weitere Zellteilungen, so dass ein kugeliges, vielzelliges Gebilde (Oktant) erreicht wird.

Die Keimblätter entwickeln sich bei den Dikotylen aus den vier vorderen Zellen des Oktanten, der zum Suspensor gelegene Anteil bildet das Hypokotyl. Erst relativ spät wird die Vorwölbung des Sprossscheitels sichtbar. In diesem Stadium sind auch die Anlagen von Procambium, Protoderm und der Radicula ausgebildet.

• Bei den Monokotylen wird der Sprossscheitel seitlich angelegt.

Die Keimwurzel (Radicula) bildet sich bei den Dikotylen an der Spitze des Hypokotyls aus. Bei den Monokotylen soll sie schon die erste Seitenwurzel darstellen und wird schnell von anderen Seitenwurzeln überwachsen (sekundäre Homorrhizie).

Besteht aus einem Frcuhtblatt, das sich mit der Bauchnaht öffnet - Hahnenfuchsgewächse

Nur 1 Fruchtblatt, das sich an der Bauchnaht und entlang des Rückens öffnet

Schmetterlingsblütengewächse

2 Fruchtblätter, die sich beim öffnen von einer mittleren unechten Scheidewand lösen. Unecht weil sie nicht vom Fruchtblatt selbst gebildet wird, sondern von deren randlichen Auswachsungen - Kreuzblütlern

Zwei bis mehrere Fruchtblätter können die Kapsel bilden. Sie öffnet sich mit dem Längsspalten wie bei Tulpe, Kaiserkrone, Herbst-Zeitlose, mit Poren wie beim Mohn oder mit Deckeln wie beim Bildenkraut und Gauchheil

Der Pollenschlauch zeigt ein spezielles Spitzenwachstum von bis zu 10nm/min. Dabei ist der Turgor im Gegensatz zum Streckungswachstum nur am Rande wichtig.

Das Cytoplasma konzentriert sich in der wachsenden Spitze. Dahinter schließt ein Callosepfropfen den restlichen Schlauch ab. Mit weiteren Wachstum werden nach hinten zu immer neue Callosepfropfen gesetzt. Nahe der Spitze liegt der, das Wachstum steuernde, vegetative Kern, hinter ihm die beiden Spermazellen. Auch bei zunächst zweiwertigen Pollenkörner haben sie sich nun gebildet.

Die Wanderung des Pollenschlauchs besteht vor allem aus einer wachstumsfähigen Primärwand aus Pektinen, die sehr unterschied dick sein kann, un einer Sekundärwand aus Kallose. In der äußersten Spitze kommt es zu einer Anreicherung von Ca2+, ohne die das Wachstum eingestellt wird. Dieser Spitzenbereich wird nach außen hin nur von der Plasmamembran und einer sehr dünnen Primärwand umgrenzt.

Golgi-Vesikel mit Baumaterial für Plasmamembran und Primärmembran werden dorthin transportiert und fusionieren unter Exocytose mit der Plasmamembran, ähnlich wie das beim Wachstum normaler Zellwände geschieht. Dadurch kommt es auch hier zum Wachstum von Membran und Primärwand.

• elektrische Signale

• Chemotropismus

• Haptotropismus (vorgegebene Strukturen im Griffel)

Epigäische (oberirdisch)

Hypogäische (unterirdisch)

Einsamig

Das Perikarp besteht weitgehend aus sklerenchymatischen Steinzellen. Haselnuss, Eichel, Nüsschen der Hahnenfußgewächse

Sonderformen: Frucht- und Samenwand miteinander verwachsen:

Achäne der Korbblütler und Karyopse der Gräser

Mehrsamig

Das Perikarp ist fleischig, wobei das Exokarp server gebaut sein kann. Banane, Heidelbeere, Weinbeere, Früchte von Nachtschattengewächsen

Einsamig

Das Mesokarp ist fleischig, das Endokarp sklerenchymatisch “Stein” hart. Kirschen, Pflaumen, Olive, Kokosnuss

Zunächst mehrsamig, doch dann Zerfall in einsamige Teilfrüchte.

Zerfall entlang der Grenzen der Fruchtblätter ➡️ Spaltfrüchte (Malven, Ahorn)

Mehrere Fruchtknoten

Oft beteiligt sich der Blütenboden an der Fruchtbildung.

• Erdbeeren, bei der Nüsschen dem Fruchtfleisch aus der Fruchtachse aufsitzen

• Himbeere und Brombeere, die aus vielen einzelnen Steinfrüchten zusammengesetzt sind

• Apfel und Birne, bei ihnen stammt nur das leicht sklerenchymatische Kerngehäuse von den Fruchtblättern, das darum herum liegende Fruchtfleisch ist eine Bildung der Blütenachse

• Hagebutte, werden die Nüsschen von Achsengewebe umgeben

Vereinigung ganzer fruchtender Blütenstände. Sie werden als Ganzes verbreitet

Ananas, Feige, Maulbeere

besteht aus Sprossachse, Blätter, Blüte, Früchten

Wurzeln und Spross sind durch ein durchgängiges Gefäßsystem verbunden

• Blätter sind an der Sprossachse an Knoten angebracht, die durch Internodien oder internodiale Segmente voneinander getrennt sind. Die Blattspreiten sind an der Sprossachse an Blattstielen befestigt.

Blattanlage

Wulst an der Oberfläche des Vegetationskegels

Blätter werden in akropetaler Weise von der Sprossspitze her angelegt

• jüngsten Blätter: nahe des Sprossscheitels

• Umso älter umso weiter weg von Sprossspitze

➡️ Unter und Oberblatt

Oberblatt: Blattspreite

Basis der Oberblattanlage: Blattstiel

Unterblattbereiche: Blattgrund + Nebenblätter

• wechselständig

  • zerstreut

  • distich

• kreuzgegenständig

• wirtelig

  • > 2 Blätter pro Knoten

  • dreizählig

  • vierzählig

• normales bifaziales Flachblatt

• invers bifaziales Flachblatt ➡️ unifaziales Rundblatt ➡️ unifaziales Flachblatt

• äquifaziales Flachblatt ➡️ äquifaziales Rundblatt ➡️ äquifaziales Nadelblatt

Spaltöffnungen:

je durch 2 Schließzellen reguliert

• Öffnung in der Epidermis

• vorwiegend an Blättern

• inäquale Teilung

Spaltöffnungsbewegungen erfordern Turgor und spezielle anatomische Konstruktion

• durch die radiale Ausrichtung der Cellulosemikrofibrillen in der Zellwand nehmen die Schließzellen bei steigendem Turgor mehr in der Länge als in der Breite zu. Da die beiden Schließzellen an den Polen fest verbunden sind, krümmen sie sich bei Turgeszenz nach außen, und der Spalt öffnet sich.

Grundbauplab einer Blüte

Ist eine Methode mit der alle Charakteristika der verschiedenen Blütenteile und ihrer Blüten-Symmetrie grafisch ausgedrückt werden kann.

Fruchtblätter (Karpelle): weiblichen Geschlechtsorgane, Enthalten die sich entwickelnden weiblichen Gametophyten

Staubblätter (Stamina): männlichen Geschlechtsorgane, enthalten die sich entwickelnden männlichen Gametophyten

Zellwand

• Mittellamelle

• Primärwand

• Sekundärwand

• Plasmodesmen

Protoplast

• Zellkern

  • Kernhülle

  • Nucleoplasma

  • Chromatin

  • Nucleolus

Cytoplasma

• Plasmamembran (äußere Begrenzung des Cytoplasmas)

• Grundplasma

• Organellen mit doppelter Membran

  • Plastiden

  • Mitochondrien

• Organellen mit einfacher Membran

  • Peroxisomen

  • Vakuole (+ Tonoplast)

• Endomembransystem* (Hauptbestandteile)

  • Endlplasmatisches Reticulum

  • Golgi-Apparat

  • Vesikel

• Cytoskelett

  • Mikrotubuli

  • Aktinfilamente

• Ribosomen

• Lipidtröpfchen

*umfasst auch die Plasmamembran, Kernhülle, Tonoplasten und alle anderen inneren Membranen mit Ausnahme der Mitochondrien-, Plastiden- und Peroxisommembranen

Trägt eine Pflanze mehrere zwittrige Blüten, gibt es folgende Möglichkeiten:

Selbstbestäubung: (Selbstung) Pollen wird auf eine Narbe in der gleichen Blüte übertragen

Nachbarbestäubung: Pollen wird auf eine Narbe in einer anderen Blüte der gleichen Pflanze übertragen

Fremdbestäubung: Pollen wird auf eine Narbe in einer Blüte auf einer anderen Pflanze übertragen. Bei Nachbar- und besonders Fremdbestäubung müssen größere Entfernungen überbrückt werden mit Hilfe von Wasser (Hydrochorie, selten), Wind (Anemochorie) und Tieren (Zoochorie)

Beteiligung 4 ausgestorbener Pflanzengruppen:

• Progymnospermen

• Samenpflanzen

• 2 Gruppen primitiver Nacktsamer

Bei den Spermatophyten (Nackt- und Bedecktsamer) ist das Pollenkorn ein unterschiedlich stark reduzierter Mikrogametophyt mit der Funktion eines (nicht ausgebildeten) Antheridiums. Bei den Nacktsamern werden im Embryosack, dem Makrogametophyten, noch Archegonien gebildet, im stärker reduzierten Embryosack der Bedecktsamer nicht mehr.

• Meiosporen werden nicht mehr freigesetzt

• Der weibliche Gametophyt verbleibt innerhalb der Sporangien des elterlichen Sporophyten. Dies bewirkt einen Schutz vor Gefahren wie UV-Strahlung und Trockenheit

• Wurzel, Spross und Blatt bilden sich um an Nährstoffe, Wasser und Licht zu kommen