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Ulrich Lüttge wirkte in Forschung und Lehre als Lehrstuhlinhaber am Institut für Botanik der Technischen Universität Darmstadt. Er lehrte über 40 Jahre lang Botanik auf breiter Basis und hält nach seiner Emeritierung immer noch Vorlesungen und Praktika ab. Er ist ein erfahrener Didaktiker und betreut das kleine Botanik-Lehrbuch 'Lüttge, Kluge, Bauer' gemeinsam mit Manfred Kluge seit über 20 Jahren.
Manfred Kluge hatte einen Lehrstuhl am Institut für Botanik der Technischen Universität Darmstadt inne. Er blickt auf eine mehr als vierzigjährige Lehrtätigkeit zurück, die breite Bereiche der Botanik umfasste. Ein besonderes Anliegen waren ihm die Lehrveranstaltungen des Grundstudiums, darunter die Vorlesungen 'Allgemeine Biologie' und 'Allgemeine Botanik'.
Gerhard Thiel ist Professor für Botanik an der Technischen Universität Darmstadt mit Schwerpunkt Membranbiophysik. Seine Beiträge in der Lehre sind breit gefächert und beinhalten klassische Disziplinen wie die Biologie der Algen aber auch biophysikalisch geprägte Vorlesungen über Ionentransport und Signaltransduktion bei Pflanzen.
Ulrich Lüttge wirkte in Forschung und Lehre als Lehrstuhlinhaber am Institut für Botanik der Technischen Universität Darmstadt. Er lehrte über 40 Jahre lang Botanik auf breiter Basis und hält nach seiner Emeritierung immer noch Vorlesungen und Praktika ab. Er ist ein erfahrener Didaktiker und betreut das kleine Botanik-Lehrbuch "Lüttge, Kluge, Bauer" gemeinsam mit Manfred Kluge seit über 20 Jahren. Manfred Kluge hatte einen Lehrstuhl am Institut für Botanik der Technischen Universität Darmstadt inne. Er blickt auf eine mehr als vierzigjährige Lehrtätigkeit zurück, die breite Bereiche der Botanik umfasste. Ein besonderes Anliegen waren ihm die Lehrveranstaltungen des Grundstudiums, darunter die Vorlesungen "Allgemeine Biologie" und "Allgemeine Botanik". Gerhard Thiel ist Professor für Botanik an der Technischen Universität Darmstadt mit Schwerpunkt Membranbiophysik. Seine Beiträge in der Lehre sind breit gefächert und beinhalten klassische Disziplinen wie die Biologie der Algen aber auch biophysikalisch geprägte Vorlesungen über Ionentransport und Signaltransduktion bei Pflanzen.
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Titelblatt 5
Copyright-Seite 6
Vorwort 7
Inhaltsverzeichnis 11
Teil A: Anfänge 23
Kapitel 1 Die Evolution bis zu den einfachsten Pflanzen: Progenoten – Prokaryonten – Eukaryonten 25
1.1 Einleitung 25
1.2 Die ersten Schritte der Evolution von Lebewesen 25
1.3 Die Ernährungsweise 31
1.4 Die Prokaryonten 32
1.4.1 Archaebakterien 33
1.4.2 Eubakterien 33
1.4.3 Besondere Eubakterien: Die Cyanobakterien als prokaryotische Algen 35
1.5 Die eukaryotischen Zellen 37
1.5.1 Organisation: Euglena 37
1.5.2 Schema der Eukaryontenzelle 39
1.6 Evolution der Eukaryontenzellen 39
1.6.1 Urkaryonten 40
1.6.2 Endosymbiontentheorie der Evolution Mitochondrien und Chloroplasten enthaltender eukaryotischer Zellen 41
1.6.2.1 Cytologische und zellbiologische Beobachtungen 43
1.6.2.2 Rezente Endosymbiosen 43
1.6.2.3 Glaucophyta 44
1.6.3 Symbiogenese 44
1.6.4 Hydrogen-Hypothese 45
1.7 Die Domänen und Reiche der Organismen 45
Zusammenfassung und Übungsaufgaben 47
Weiterführende Literatur 48
Kapitel 2 Bioenergetik 51
2.1 Fließgleichgewichte und Bioenergetik 51
2.2 Wärme und Arbeit sind verschiedene Formen von Energie 52
2.3 Die Entropie bestimmt die Richtung von Prozessen 54
2.4 Die Freie Energie ist ein Maß für nutzbare Energie 55
2.5 Die Energiekoppelung bei biochemischen Umsetzungen 56
2.6 Die Energiekoppelung bei biophysikalischen Umsetzungen mit Licht 58
2.6.1 Halobakterien 58
2.6.2 Durch Licht energetisierte Redoxreaktionen 59
2.6.3 Photosynthese betreibende Eubakterien 62
2.6.4 Photosynthese höher entwickelter Formen 64
2.6.5 Evolution der Elektronenübertragungsketten der Photosynthese und der Atmung 64
2.7 Die Enzyme 66
2.7.1 Aktivierungsenergie und Biokatalyse 66
2.7.2 Stoffliche Eigenschaften von Enzymen 67
2.7.3 Wirkungsweise der Enzyme 69
2.7.4 Kinetik der Biokatalyse 69
2.7.4.1 Abhängigkeit der Enzymaktivität von der Substrat-konzentration 70
2.7.4.2 Anhängigkeit der Enzymaktivität von Ionen, Cofaktoren, Temperatur und pH-Wert 72
2.7.5 Regulierung der Enzymaktivität 72
2.7.5.1 Regulation auf der posttranslationalenen Ebene 72
2.7.5.2 Regulierung der Enzymmenge 75
2.7.6 Isoenzyme 76
2.7.7 Benennung von Enzymen 77
Zusammenfassung und Übungsaufgaben 78
Weiterführende Literatur 78
Kapitel 3 Ebenen der Integration: Arbeitsteilung und Regulation 81
3.1 Struktur und Funktion auf verschiedenen Skalierungsebenen 81
3.2 Arbeitsteilung und Regulation 83
3.3 Fraktionierung der Systeme 86
3.4 Reduktionismus, Freiheitsgrade und emergente Eigenschaften 86
Zusammenfassung und Übungsaufgaben 87
Teil B: Bau und Funktion der Pflanzenzelle 89
Kapitel 4 Prinzipen des Membrantransports 91
4.1 Membranen als kontrolliert zu überwindende Barrieren 91
4.2 Membranaufbau 92
4.3 Mechanismen des Ionentransports 95
4.3.1 Uniporter 96
4.3.2 Cotransporter 98
4.4 Die elektrische Membranspannung 99
4.4.1 Aktiver Transport 100
4.4.2 Passiver Transport 101
4.5 Kanäle 105
Zusammenfassung und Übungsaufgaben 111
Weiterführende Literatur 112
Kapitel 5 Membrandynamik 115
5.1 Pflanzen ändern ihre Oberfläche mittels Exo- bzw. Endocytose 116
5.2 Exo- und Endocytose verändern den funktionellen Charakter der Membran 117
5.3 Viele dynamische Prozesse beginnen am Endoplasmatischen Reticulum 120
5.4 Die Untersuchung von Exo- und Endocytose 122
5.5 Exo- und Endocytose in Pflanzen sind reguliert 124
5.6 Mechanismus der Membranfusion 125
5.7 Mechanismus der Endocytose 127
Zusammenfassung und Übungsaufgaben 129
Weiterführende Literatur 129
Kapitel 6 Plasmalemma und Tonoplast 131
6.1 Inventar von Membranproteinen in der Plasmamembran 131
6.2 Inventar von Membranproteinen im Tonoplasten 135
Zusammenfassung und Übungsaufgaben 139
Weiterführende Literatur 139
Kapitel 7 Vakuole 141
7.1 Vakuolen und Lysosomen: Speicherfunktionen und hydrolytische Enzyme 141
7.1.1 Cytologie und Funktionen 141
7.1.2 Verschiedene Vakuolen für verschiedene Aufgaben 142
7.2 Osmose und Turgor 144
7.3 Wasserpotenzialgradienten und Volumenfluss 147
7.4 Messung der Wasserhaushaltsparameter 148
7.5 Turgorabhängige Lebensvorgänge 150
Zusammenfassung und Übungsaufgaben 152
Weiterführende Literatur 152
Kapitel 8 Cytoplasma: Struktur und Stoffwechselprozesse 155
8.1 Cytosol 156
8.2 Cytoskelett 158
8.2.1 Allgemeine Funktionen des Cytoskeletts 160
8.2.2 Elemente des Cytoskeletts 161
8.2.2.1 Mikrotubuli 161
8.2.2.2 Mikrofilamente 163
8.2.2.3 Motorproteine 165
8.3 Stoffwechselprozesse im Cytosol 168
8.3.1 Kohlenhydrate als Energiereserven 169
8.3.2 Mobilisierung der Reservekohlenhydrate 171
8.3.3 Glykolyse 172
8.3.3.1 Umformung und Spaltung des Hexosemoleküls 174
8.3.3.2 ATP-Bildung bei der Glykolyse 176
8.3.3.3 Energiebilanz der Glykolyse 177
8.3.3.4 Anaerobe Reoxidation von NADH + H+: Gärungen 178
8.3.3.5 Regulation der Glykolyse 179
8.4 Die zentrale Stellung des Cytosols im Stoffwechsel der Zelle 181
8.4.1 Zusammenspiel zwischen Cytosol und anderen Organellen und Kompartimenten im Zellstoff-wechsel 181
8.4.2 Biosynthese der Triglyceride 181
Zusammenfassung und Übungsaufgaben 183
Weiterführende Literatur 184
Kapitel 9 Mitochondrien und Atmung 187
9.1 Struktur der Mitochondrien 187
9.2 Atmung 189
9.2.1 Biochemische Umsetzungen 190
9.2.1.1 Oxidative Decarboxylierung des Pyruvats 190
9.2.1.2 Zitronensäurezyklus 191
9.2.2 Mitochondriale Elektronentransport- und Redoxkette 194
9.2.2.1 Atmungskette 194
9.2.2.2 Thermodynamik der Atmungskette und ATP-Bildung durch die oxidative Phosphorylierung 198
9.3 Oxidative Phosphorylierung: ATP-Bildung durch den mitochondrialen FO/F1-ATPase-Komplex 199
9.4 Energiebilanz des vollständigen oxidativen Abbaus der Glucose in der Atmung 200
9.5 Thermogenese 201
9.6 Transport von Metaboliten durch die Mitochondrien-membran 202
9.7 Kohlenhydratabbau als Sammelbecken im Stoffwechsel 205
Zusammenfassung und Übungsaufgaben 208
Weiterführende Literatur 209
Kapitel 10 Plastiden und ihre Funktionen: Photosynthese, Hexoseoxidation, Fettsäurebiosynthese 211
10.1 Plastiden 213
10.1.1 Größe und Gestalt 213
10.1.2 Struktureller Feinbau 213
10.1.2.1 Membranhülle der Plastiden 213
10.1.2.2 Plastoplasma oder Stroma der Plastiden 213
10.1.2.3 Thylakoidsystem der Plastiden 213
10.2 Primärprozesse der Photosynthese: Photochemische Reaktionen 216
10.2.1 Elektromagnetische Strahlung: Lichtquanten, Wellenlänge und Energie 216
10.2.2 Pigmente der Photosynthese 217
10.2.3 Anregung des Chlorophylls durch Licht-absorption 221
10.2.4 Lichtsammelantennen und Photosysteme 223
10.2.5 Reaktionszentrum 225
10.2.6 Elektronentransport bei der Lichtreaktion 227
10.2.7 Schutzmechanismen: Ein Überschuss an Anregungsenergie wird gefährlich 231
10.2.8 Chlorophyllfluoreszenz 235
10.3 Mechanismus der Photophosphorylierung 236
10.4 Sekundärprozesse der Photosynthese: CO2 -Assimilation 240
10.4.1 Carboxylierung 241
10.4.2 Reduktion des fixierten Kohlenstoffs 244
10.4.3 Regeneration des CO2 -Akzeptors 245
10.4.4 Synthese photosynthetischer Endprodukte 245
10.4.5 Bilanz der Photosynthese 248
10.5 Glucoseoxidation: Oxidativer Pentosephosphatzyklus 249
10.6 Vergleich der Regenerationsphasen des reduktiven und oxidativen Pentosephosphatzyklus 250
10.7 Biosynthese der Fettsäuren 253
Zusammenfassung und Übungsaufgaben 256
Weiterführende Literatur 258
Kapitel 11 Microbodies: Glyoxysomen und Peroxisomen 261
11.1 Glyoxysomen 261
11.1.1 Chemischer Aufbau der Fette 263
11.1.2 Mobilisierung des Kohlenstoffs aus den Speicherlipiden 263
11.1.2.1 Oleosomen und hydrolytische Spaltung der Triacylglyceride 263
11.1.2.2 ß-Oxidation der Fettsäuren 269
11.1.2.3 Glyoxylsäurezyklus 270
11.1.2.4 Gluconeogenese 270
11.1.2.5 Nutzung der Speicherlipide bei Pflanzen und Tieren: Ein Vergleich 272
11.2 Peroxisomen und Photorespiration 272
11.2.1 Reaktionsweg der Photorespiration 273
11.2.1.1 Glycolat-Zyklus 273
11.2.1.2 Glutamat-Synthase-Zyklus 273
11.2.1.3 Mechanismen des Membrantransports 276
11.2.1.4 Glycin-Decarboxylase/Serin-Hydroxymethyltransferase-Komplex 277
11.2.2 Eine erste Bilanz der Photorespiration: Stöchiometrien 279
11.2.3 Eine zweite Bilanz: Was nützt die Photorespiration? 280
Zusammenfassung und Übungsaufgaben 281
Weiterführende Literatur 282
Kapitel 12 Metabolismus von Sauerstoff 285
12.1 Sauerstoff als Zellgift: Reminiszenz der Evolution der Erdatmosphäre 285
12.2 Sauerstoff im pflanzlichen Stoffwechsel und die Bildung reaktiver Sauerstoff-Spezies (RSS) 287
12.3 Antioxidative Reaktionen (AOR) 292
12.4 Funktionen der reaktiven Sauerstoff-Spezies 294
12.4.1 Zerstörende Wirkungen 294
12.4.2 Biotischer Stress: Pathogenabwehr 295
12.4.3 Polymerisierungen: Lignin 296
12.4.4 Signalwirkungen 296
12.5 Bildung von reaktiven Sauerstoff-Spezies bei abiotischem Stress 297
Zusammenfassung und Übungsaufgaben 298
Weiterführende Literatur 298
Kapitel 13 Zellwand 301
13.1 Chemische Zusammensetzung der Zellwände 302
13.1.1 Pectinstoffe: Protopectine und Pectine 303
13.1.2 Hemicellulosen 304
13.1.3 Cellulose 305
13.1.4 Kallose 305
13.1.5 Ein Sonderfall unter den Zellwandsubstanzen: Chitin 307
13.1.6 Zellwandproteine 307
13.2 Biosynthese der chemischen Zellwandkomponenten und ihre Kompartimentierung 308
13.2.1 Dictyosomen und ihre Rolle bei der Zellwandbildung 309
13.2.2 Biosynthese der Cellulose 312
13.2.2.1 Cellulose-Synthase 312
13.2.2.2 Verlauf der Biosynthese 313
13.2.2.3 Biosynthese der Kallose 314
13.3 Entwicklung der Zellwand 314
13.3.1 Hilfsstrukturen zur Anlage einer neuen Zellwand: Phycoplast und Phragmoplast 314
13.3.2 Bildung der Zellplatte und der Mittellamelle 316
13.4 Bau der Zellwand 317
13.4.1 Hierarchie der Cellulosestrukturen 317
13.4.2 Textur der Cellulosefibrillen 319
13.4.3 Primärwand 320
13.4.4 Sekundärwand und Tertiärwand 322
13.5 Durchbrechungen in Zellwänden 323
Zusammenfassung und Übungsaufgaben 327
Weiterführende Literatur 328
Kapitel 14 Proteine und Aminosäuren 331
14.1 Aminosäuren und ihre Eigenschaften 331
14.2 Kondensation von Aminosäuren zu Peptiden 335
14.3 Proteine und ihre Eigenschaften 336
14.4 Proteome 339
14.5 Strukturhierarchie der Proteine 342
14.5.1 Primärstruktur 342
14.5.2 Sekundärstruktur 343
14.5.3 Tertiärstruktur 346
14.5.4 Quartärstruktur 349
14.6 Posttranslationale Proteinmodifikationen 349
14.7 Funktionen der Proteine 350
14.8 Stoffwechsel der Aminosäuren und Proteine 351
14.8.1 Synthese von Aminosäuren 351
14.8.2 Umsatz der Proteine 355
Zusammenfassung und Übungsaufgaben 356
Weiterführende Literatur 358
Kapitel 15 Naturstoffe: Pflanzen als vielseitige Synthetiker 361
15.1 Ein Überblick 361
15.2 Terpenoide 362
15.2.1 Biosynthese und Vielfalt der Terpenoide 362
15.2.2 Funktionen 364
15.2.2.1 Hemiterpene 365
15.2.2.2 Monoterpene 366
15.2.2.3 Sesquiterpene 366
15.2.2.4 Diterpene 366
15.2.2.5 Triterpene 366
15.2.2.6 Tetraterpene 367
15.2.2.7 Polyterpene 367
15.3 Phenole 368
15.3.1 Biosynthesewege 368
15.3.2 Einfache Phenole 371
15.3.3 Phenylpropanderivate 373
Cutine 373
15.3.4 Flavonoide 374
15.3.5 Funktionen 376
15.4 Alkaloide und organische Basen 378
15.4.1 Biosynthese 378
15.4.2 Mannigfaltigkeit und Funktionen 380
15.5 Porphyrine 384
Zusammenfassung und Übungsaufgaben 386
Weiterführende Literatur 387
Kapitel 16 Mineralstoffernährung 389
16.1 Der Boden 389
16.1.1 Entstehung von Böden und Bodentypen 389
16.1.2 Wasserkapazität und Bodenstruktur 393
16.1.3 Bodenchemie und Verfügbarkeit von Mineralstoffen 393
16.1.4 Bodenökologie 394
16.2 Hydroponik und die Identifizierung der essenziellen Elemente 395
16.3 Stoffwechsel des Stickstoffs 397
16.3.1 Nitrat-Aufnahme und Nitrat-Reduktion 397
16.3.2 Fixierung von Luftstickstoff 399
16.4 Stoffwechsel des Schwefels 402
16.5 Stoffwechsel des Phosphors 403
16.6 Standortbedingter Nährstoffmangel: Carnivorie 403
16.6.1 Kennzeichen carnivorer Pflanzen und Nährstoff-gewinn 403
16.6.2 Blattmetamorphosen als Fangorgane 404
16.6.3 Drüsenfunktionen zu Verdauung und Resorption 410
16.7 Anorganische Ionen als spezielle Standortfaktoren 411
16.7.1 Mineralstoffe und Pflanzen: Ein sich stürmisch entwickelndes Forschungsgebiet 411
16.7.2 Boden-pH 412
16.7.3 Alkalimetalle 412
16.7.4 Erdalkalimetalle 413
16.7.5 Eisen 413
16.7.6 Aluminium 416
16.7.7 Janusköpfige Metalle: Essenziell und toxisch 418
16.7.8 Hyperakkumulatoren von Metallen und ihre Nutzung zur Phytosanierung 420
16.7.9 Genetik 420
16.7.10 Anionen des Bor, Arsen und Selen 421
16.7.10.1 Bor 421
16.7.10.2 Arsen 421
16.7.10.3 Selen 421
Zusammenfassung und Übungsaufgaben 422
Weiterführende Literatur 424
Kapitel 17 Salinität 427
17.1 Globale Dimensionen der Bodenversalzung 427
17.1.1 Natürliche Salzstandorte 427
17.1.2 Bodenversalzung als Problem der Welternährung 429
17.2 Schädigung, Toleranz und Resistenz 431
17.3 Ökophysiologische Reaktionen von der ganzen Pflanze bis zu den Molekülen 432
17.3.1 Die Ebene der ganzen Pflanze 432
17.3.2 Die Zellebene 438
17.3.3 Die Membranebene 440
17.3.4 Die molekulare Ebene 440
17.4 Genetik und Züchtung 441
Zusammenfassung und Übungsaufgaben 443
Weiterführende Literatur 443
Kapitel 18 Kompartimentierung, Vernetzung und Regulation des Stoffwechsels 445
18.1 Stoffwechselnetzwerke 445
18.1.1 Glykolyse 445
18.1.2 Vernetzung durch Rückkoppelung 446
18.2 Die Mechanismen der zellbiologischen Regulation des Stoffwechsels 449
18.3 Die Basis der metabolischen Regulation 449
18.4 Das Instrumentarium der metabolischen Regulation 450
18.4.1 Cofaktoren 450
18.4.2 Analoge Enzymreaktionen in getrennten Kompartimenten 451
18.4.3 Transportmetabolite 452
18.4.4 Enzymschalter und die Regulation der Stoff-flüsse 452
18.5 Vernetzung von Kompartimenten: Glykolyse – Atmung – Photosynthese 452
18.6 Leerlaufzyklen (futile cycles): Nutzen und Vermeidung 454
18.6.1 Nützliche Leerlaufzyklen 454
18.6.2 Ein schädlicher Leerlaufzyklus: Kombination des reduktiven und oxidativen Pentosphosphat-Zyklus 454
18.7 Metabolische Signale mit weitreichenden Wirkungen für Stoffwechsel, Wachstum und Entwicklung in der ganzen Pflanze 457
18.7.1 Kohlendioxid 457
18.7.2 Zucker 460
18.7.3 Stickstoff, Schwefel und Phosphor 461
Zusammenfassung und Übungsaufgaben 463
Weiterführende Literatur 464
Kapitel 19 Das Kontrollzentrum der Zelle: Der Zellkern mit den Chromosomen 465
19.1 Der Zellkern 465
19.2 Das Chromatin und die Chromosomen 467
19.3 Die Kern- und Zellteilung: Mitose 469
19.4 Polyploidie 474
Zusammenfassung und Übungsaufgaben 475
Weiterführende Literatur 475
Kapitel 20 Gene, Genome und Evolutionstheorien 477
20.1 Die Mendel’schen Regeln der Vererbung 477
20.2 Extrachromosomale Vererbung 480
20.3 Modifikationen und Mutationen 481
20.4 Regulation durch DNA 482
20.4.1 Genetischer Code 482
20.4.2 Autokatalytische Funktion der DNA: Replikation 483
20.4.3 Heterokatalytische Funktion der DNA: Transkription durch RNA-Polymerase 486
20.4.4 Translation und Proteinsynthese 488
20.4.5 Genome 490
20.4.6 Regulation 491
20.5 Evolutionstheorien 494
20.5.1 Charles Darwin: Der Ursprung der Arten – Von der künstlichen Selektion zur natürlichen Selektion 494
20.5.2 Die große Synthese in den 1940er Jahren 496
20.5.2.1 Populationsgenetik 496
20.5.2.2 Artbildung 496
20.5.3 Neuer Zustrom von Ideen in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts 499
20.5.3.1 Punktualismus 499
20.5.3.2 Molekularbiologie und Molekulargenetik 500
20.5.4 Fazit 501
Zusammenfassung und Übungsaufgaben 501
Weiterführende Literatur 502
Teil C: Pflanzenorganismen 503
Kapitel 21 Die Algen 505
21.1 Entwicklungstendenzen 506
21.1.1 Vegetative Entwicklungstendenzen und Lebensweisen der Algen 506
21.1.1.1 Monadale Organisationsstufe 507
21.1.1.2 Entwicklung von einzelligen Flagellaten zu mehrzelligen Kolonien mit Arbeitsteilung 507
21.1.1.3 Coccale Organisationsstufe: Verlust der freien Beweglichkeit 509
21.1.1.4 Trichale Organisationsstufe 511
21.1.1.5 Siphonale Organisationsstufe 511
21.1.1.6 Entwicklung von einfachen Zellfäden zu komplexen Thalli 512
21.1.2 Die generativen Entwicklungstendenzen 517
21.1.2.1 Mitosen, Sexualität und Meiose 517
21.1.2.2 Isogamie, Anisogamie, Oogamie 519
21.1.2.3 Gametangien und Sporangien 521
21.1.2.4 Generationswechsel 521
21.1.3 Übersicht 526
21.2 Mannigfaltigkeit – Systematik – Phylogenie 527
21.2.1 Abstammungsnetze 527
21.2.2 Subregnum Glaucobionta 529
21.2.3 Subregnum Rhodobionta, Abteilung Rhodophyta, Klasse Rhodophyceae 529
21.2.4 Anhänge zum Subregnum Rhodobionta 530
21.2.4.1 Abteilung Cryptophyta 530
21.2.4.2 Abteilung Dinophyta 531
21.2.4.3 Abteilung Haptophyta 531
21.2.5 Subregnum Heterokontobionta: Abteilung Heterokontophyta 532
21.2.5.1 Klasse Xanthophyceae 532
21.2.5.2 Klasse Chrysophyceae 533
21.2.5.3 Klasse Bacillariophyceae (Diatomeae, Kieselalgen) 533
21.2.5.4 Klasse Phaeophyceae (Braunalgen) 534
21.2.6 Subregnum Chlorobionta 535
21.2.6.1 Abteilung Chlorophyta 535
21.2.6.2 Anhang zur Abteilung Chlorophyta: Abteilung Euglenophyta 540
21.2.6.3 Abteilung Streptophyta, Unterabteilung Streptophytina 540
21.3 Ausblick auf die „höheren Pflanzen“ 543
Zusammenfassung und Übungsaufgaben 544
Weiterführende Literatur 545
Kapitel 22 Der Übergang zum Landleben 547
22.1 Generelle Probleme und deren Lösung beim Übergang der Pflanzen vom Wasser- zum Landleben 547
22.1.1 Lagerpflanzen (Thallophyten) und Sprosspflanzen (Kormophyten) 547
22.1.2 Erfordernisse des Lebens an Land 547
22.2 Ur-Landpflanzen und von ihnen ausgehende Evolutionstendenzen 550
22.3 Moose 552
22.3.1 Allgemeine Merkmale 552
22.3.2 Systematik und Phylogenie der Moose 552
22.3.2.1 Thallose und foliose Lebermoose (Marchantiophytina) 555
22.3.2.2 Laubmoose (Bryophytina) 556
22.3.2.3 Hornmoose (Antocerotophytina) 559
22.3.3 Fortpflanzung und Vermehrung der Moose 562
22.3.4 Wasserhaushalt und Lebensweise der Moose 566
22.4 Evolution der Sprosspflanzen im Hinblick auf den Übergang zum Landleben 567
22.4.1 Rhynia – eine ursprüngliche Sprosspflanze 567
22.4.2 Telomtheorie 568
22.4.3 Stelärtheorie 570
22.4.4 Evolution der höheren Landpflanzen im Anschluss an die Landnahme 571
Zusammenfassung und Übungsaufgaben 572
Weiterführende Literatur 572
Kapitel 23 Schleimpilze und Pilze 575
23.1 Ernährungsweise 575
23.2 Strukturelle Merkmale von Pilzen 575
23.3 Vorkommen der Pilze 578
23.4 Bedeutung der Pilze 578
23.5 Ein systematischer Überblick 579
23.5.1 Organisationsform Schleimpilze 579
23.5.2 Organisationsform Pilze 584
23.5.2.1 Abteilung Oomycota 585
23.5.2.2 Subregnum Mycobionta 585
Zusammenfassung und Übungsaufgaben 604
Weiterführende Literatur 605
Kapitel 24 Der Generationswechsel bei Farnen, Gymnospermen und Angiospermen und die Evolution von Blüten, Samen und Früchten 607
24.1 Pteridophytina: Evolution der Blüten 608
24.1.1 Vegetative Entwicklungstendenzen 608
24.1.1.1 Gametophyten 608
24.1.1.2 Sporophyten 609
24.1.2 Generative Entwicklungstendenzen 613
24.1.2.1 Sporophylle, Sporangien und die Evolution von Blüten 613
24.1.2.2 Megasporen, Megaprothallien und die Evolution von Samen 619
24.2 Gymnospermen: Evolution der Samen 624
24.2.1 Pflanzengestalten der Gymnospermen 624
24.2.2 Blüten der Gymnospermen 629
24.2.3 Generationswechsel der Gymnospermen 631
24.2.4 Phylogenetische Tendenzen: Die Bedeutung der Evolution der Samen 636
24.3 Angiospermen: Evolution der Früchte 637
24.3.1 Das Auftreten der Angiospermen im Neophytikum: Die Angiospermenzeit 637
24.3.2 Der versteckte Generationswechsel der Angiospermen 638
24.3.2.1 Staubblätter und Pollenkörner 639
24.3.2.2 Fruchtknoten und Samenanlagen 640
24.3.2.3 Bestäubung, Befruchtung, Samenund Fruchtbildung 642
24.3.3 Mannigfaltigkeit der Bestäubungsmechanismen 644
24.3.4 Mannigfaltigkeit der Früchte 650
24.3.5 Entwicklungstendenzen im Blütenbau der Angiospermen 653
24.3.6 Gliederung der Angiospermen: Klasse Magnoliopsida 653
24.4 Zusammenfassender Überblick über die Klassen der Pteridophytina und Spermatophytina 653
Zusammenfassung und Übungsaufgaben 658
Weiterführende Literatur 660
Teil D: Pflanzenorgane und Funktionen 661
Kapitel 25 Die Wurzel 663
25.1 Der äußere Bau der Wurzeln 663
25.2 Der innere Bau der Wurzeln 665
25.2.1 Wurzelhaube 666
25.2.2 Der Vegetationspunkt der Wurzel 666
25.2.3 Die Streckungs- und Differenzierungszone 672
25.2.4 Die Wurzelhaarzone 673
25.3 Seitenwurzeln 675
25.4 Das sekundäre Dickenwachstum der Wurzel 676
25.5 Die Aufnahme von Wasser und Nährsalzen durch die Wurzeln 678
25.5.1 Boden 678
25.5.2 Radialer Transport von Wasser und Nährstoffen durch die Wurzeln 679
25.6 Die Metamorphosen der Wurzel 680
25.7 Signalübertragung in der Rhizosphäre: Allelopathie 684
Zusammenfassung und Übungsaufgaben 687
Weiterführende Literatur 688
Kapitel 26 Die Sprossachse 691
26.1 Die äußere Gliederung der Sprossachse 691
26.2 Die Verzweigung der Sprossachse 693
26.3 Der Vegetationskegel 695
26.3.1 Regulation der Stammzellenpopulation 699
26.3.2 Determination, Differenzierung und Streckung der vom SAM abgegebenen Zellen 701
26.4 Der Bau der primären Sprossachse 703
26.4.1 Gewebe der primären Sprossachse 703
26.4.2 Leitbündel 705
26.4.2.1 Xylem 705
26.4.2.2 Phloem 708
26.4.2.3 Anordnung der Leitbündel 711
26.5 Das sekundäre Dickenwachstum 712
26.5.1 Das Kambium 712
26.5.2 Holz 716
26.5.3 Sekundäre Rinde (Bast) 720
26.5.4 Sekundäres und tertiäres Abschlussgewebe 721
26.5.5 Sekundäres Dickenwachstum der Monokotyledonen 725
26.6 Die Metamorphosen der Sprossachse 726
26.7 Die physiologischen Leistungen der Sprossachse 729
26.7.1 Wassertransport im Xylem 729
26.7.1.1 Transpiration 729
26.7.1.2 Transpirationsstrom 730
26.7.1.3 Kräftebedarf 731
26.7.1.4 Kohäsion und Adhäsion der Wassermoleküle im Xylem 732
26.7.1.5 Wasser- und Nährsalzversorgung durch die Leitbahnen des Xylems 732
26.7.1.6 Xylemtransport unter Druck: Guttation 733
26.7.2 Ferntransport der Assimilate im Phloem 733
26.7.2.1 Transportierte Stoffe 734
26.7.2.2 Mechanismus des Assimilattransports 735
26.7.2.3 Beladen und Entladen des Phloems 736
Zusammenfassung und Übungsaufgaben 738
Weiterführende Literatur 740
Kapitel 27 Das Blatt 743
27.1 Entwicklung der Blätter 743
27.2 Blatttypen: Ein Überblick 744
27.3 Keimblätter und Niederblätter 745
27.4 Laubblätter 745
27.4.1 Äußere Gestalt 745
27.4.2 Innerer Aufbau der Blattspreite 749
27.4.2.1 Epidermis 753
27.4.2.2 Mesophyll 759
27.5 Hochblätter 761
27.6 Phyllotaxis: Stellung und Ausrichtung der Blätter 762
27.7 Metamorphosen des Blattes 765
27.8 Funktionsweise der Blätter 766
27.8.1 Liebigs „Gesetz des begrenzenden Faktors“ 766
27.8.1.1 Lichtsättigungskurve der Photosynthese 767
27.8.1.2 Sonnen- und Schattenpflanzen 768
27.8.1.3 Einfluss der Temperatur auf die Photosynthese 772
27.8.1.4 Einfluss der CO2 -Konzentration auf die Photosynthese 773
27.8.2 Gasaustausch 773
27.8.2.1 Diffusionswiderstände 773
27.8.2.2 Einfluss äußerer und innerer Faktoren auf die Spaltöffnungsbewegungen 775
27.8.3 Wasserverlust und CO2 -Aufnahme – ein Dilemma der Landpflanzen 777
27.8.3.1 Morphologisch-anatomische Auswege aus dem Dilemma: Xerophyten 777
27.8.3.2 Physiologische Auswege aus dem Dilemma: Austrocknungstoleranz 778
27.8.4 Anpassung an Wasserüberschuss: Hygrophyten, Hydrophyten, Rheophyten 782
Zusammenfassung und Übungsaufgaben 785
Weiterführende Literatur 786
Kapitel 28 Kohlendioxid-Konzentrierungs-mechanismen 789
28.1 Erdgeschichtlicher Rückblick auf die Kohlendioxid-Konzentration in der Atmosphäre 789
28.2 Cyanobakterien 790
28.3 Algen 792
28.4 Einfluss der CO2 -Konzentration in der Luft auf die Photosynthese der Landpflanzen 793
28.5 Chloroplasten von C3 -Pflanzen 794
28.6 C4 -Photosynthese und Crassulaceen-Säurestoffwechsel (CAM): Das Grundprinzip der CO2 -Konzentrierungs-mechanismen 795
28.7 C4 -Photosynthese 796
28.7.1 Strukturelle Grundlagen 796
28.7.2 Drei Routen des anorganischen Kohlenstoffs bei der Konzentrierung in C4 -Pflanzen 798
28.7.2.1 Der NADP-Malat-Enzym-Typ 799
28.7.2.2 Der NAD-Malat-Enzym-Typ 799
28.7.2.3 Der PEP-Carboxykinase-Typ 799
28.7.2.4 Noch zwei wichtige Details: Verhinderung der CO2 -Rückdiffusion und die Redoxenergie der agranalen Chloroplasten 799
28.7.3 C3 -C4 -intermediäre Pflanzen und der CO2 -Konzentrierungsmechanismus der C2-Photo-synthese 803
28.7.4 C4 -Photosynthese in einzelnen Zellen 805
28.7.5 Ökophysiologische Vorteile der C4 -Photosynthese 807
28.8 Crassulaceen-Säurestoffwechsel (CAM) 809
28.8.1 CAM-Phasen und CAM-Modi 809
28.8.2 Die biochemischen Reaktionswege des CAM-Zyklus 812
28.8.2.1 Der Kohlenhydrat-Zyklus 812
28.8.2.2 Der Zyklus der organischen Säure bei Malatbildung 813
28.8.2.3 Der Zyklus der organischen Säure bei Citrat-Bildung 814
28.8.2.4 Regulation des Säurestoffwechsels am Tage 815
28.8.3 Ökophysiologische Vorteile des CAM 815
28.9 Evolution von C4 -Photosynthese und CAM 819
Zusammenfassung und Übungsaufgaben 820
Weiterführende Literatur 822
Kapitel 29 Partnerbeziehungen: Symbiose, Parasitismus, Krankheit 825
29.1 Definitionen und allgemeine Gesichtspunkte 825
29.2 Symbiosen 826
29.2.1 N2 -fixierende Symbiosen 826
29.2.1.1 N2 -fixierende Symbiosen zwischen Eubakterien und höheren Pflanzen 826
29.2.1.2 Rhizobiaceae/Fabales-Symbiosen 829
29.2.1.3 Actinorhiza 835
29.2.1.4 N2 -fixierende Symbiosen der Cyanobakterien 838
29.2.2 Interaktion zwischen Pilzen und Wurzeln: Die Mykorrhiza 841
29.2.2.1 Formen der Mykorrhiza 844
29.2.2.2 Rückblick 852
29.2.3 Ektosymbiose zwischen Pilzen und Algen: Die Flechten (Lichenes) 852
29.2.3.1 Struktur und Fortpflanzung der Flechten 854
29.2.3.2 Stoffwechselphysiologische Aspekte der Flechtensymbiose 856
29.2.3.3 Biologie und Ökophysiologie der Flechten 858
29.2.4 Phycosymbiosen: Zusammenleben von Algen und wirbellosen Tieren 862
29.2.4.1 Dinoflagellaten als Endosymbionten 863
29.2.4.2 Grünalgen als Endosymbionten 865
29.2.4.3 Diebische Schnecken: Die Kleptochloroplasten 866
29.3 Parasitismus 867
29.3.1 Halbschmarotzer (Hemiparasiten) 867
29.3.2 Vollschmarotzer (Holoparasiten) 871
29.4 Pflanzenkrankheiten 874
29.4.1 Phytopathogenese 874
29.4.2 Krankheitserreger bei Pflanzen: Phytopathogene 875
29.4.2.1 Phytopathogene Pilze 877
29.4.2.2 Phytophathogene Bakterien 877
29.4.2.3 Phytopathogene Viren und Viroide 877
29.4.3 Die Infektion 879
29.4.4 Die Abwehr 880
29.4.4.1 Präformierte Abwehrmechanismen 880
29.4.4.2 Induzierbare Abwehrmechanismen 880
29.4.5 Chemische Waffen des Angreifers: Lytische Enzyme, Phytotoxine, Phytohormone 884
Zusammenfassung und Übungsaufgaben 886
Weiterführende Literatur 887
Teil E: Pflanzen in ihren Lebensräumen 889
Kapitel 30 Allgemeine Pflanzenökologie 891
30.1 Inhalt und Geschichte des Ökologie-Begriffs 891
30.2 Autökologie: Der Einzelorganismus in seiner Umwelt 893
30.2.1 Standort und Standortfaktoren 893
30.2.2 Grundfragen der Autökologie 894
30.3 Synökologie: Die Pflanze als Bestandteil eines biologischen Systems 895
30.3.1 Der Biotop 896
30.3.2 Die Biozönose 896
30.3.2.1 Biotische Faktoren 896
30.3.2.2 Strukturierung von Biozönosen 897
30.3.2.3 Konkurrenz und ökologische Nische 899
30.3.3 Die Ökosysteme und ihre Stoffkreisläufe 902
30.3.3.1 Stoff - und Energieflüsse in Ökosystemen 902
30.3.3.2 Nahrungsnetze und Nahrungskreisläufe 907
30.4 Populationsökologie 909
30.4.1 Strukturmerkmale einer Population: Abundanz, Dispersion, Altersstruktur 910
30.4.2 Wachstum von Populationen 912
30.4.3 Genetische Aspekte der Populationsökologie 914
Zusammenfassung und Übungsaufgaben 920
Weiterführende Literatur 921
Kapitel 31 Vegetation der Erde: Horizontale und vertikale Gliederung 923
31.1 Die Bedeutung des Klimas und daraus abgeleitete Grundbegriffe 923
31.2 Einzeldarstellungen der Zonobiome und Vegetationszonen 930
31.2.1 Das äquatoriale Zonobiom (I): Immergrüne tropische Feuchtwälder 930
31.2.2 Das tropische Zonobiom (II): Tropische Wälder und Savannen 933
31.2.3 Tropische Pedobiome, besonders Mangroven 938
31.2.4 Das subtropisch-aride Zonobiom (III): Wüsten-vegetation 941
31.2.5 Das Zonobiom des mediterranen Klimatyps (IV): Hartlaubvegetation 946
31.2.6 Warm und kalt temperierte Zonobiome (V und VIII): Temperate Regenwälder 947
31.2.7 Typisch temperiertes nemorales Zonobiom (VI): Sommergrüne Laubwälder 948
31.2.8 Arid temperiertes kontinentales Zonobiom (VII): Steppen und Wüsten 949
31.2.9 Das kalt temperierte, boreale Zonobiom (VIII): Immergrüne Nadelwälder 950
31.2.10 Arktisch/antarktisches Zonobiom (IX): Tundra 951
31.2.11 Arktische und antarktische Kältewüsten 951
31.2.12 Temperate Pedobiome 953
31.2.13 Die azonale Vegetation der Orobiome: Gebirge 953
31.2.13.1 Die Alpen 953
31.2.13.2 Tropische Hochgebirge 955
Zusammenfassung und Übungsaufgaben 958
Weiterführende Literatur 959
Kapitel 32 Pflanzensoziologie 961
32.1 Definition des Begriffs und Forschungsziele 961
32.2 Die pflanzensoziologische Methode 961
32.2.1 Die Vegetationsaufnahme 961
32.2.2 Herausarbeiten der floristischen Ähnlichkeit von Pflanzengemeinschaften 963
32.2.3 Systematisierung von Pflanzengesellschaften 965
32.2.4 Korrelation zwischen Pflanzengesellschaften und den ökologischen Standortbestimmungen 968
32.2.5 „Vergesellschaftung der Gesellschaften“: Sigmasoziologie 970
32.2.6 Stadtökologie 970
32.3 Dynamik von Pflanzengesellschaften: Sukzession 971
Zusammenfassung und Übungsaufgaben 973
Weiterführende Literatur 973
Kapitel 33 Umweltfaktoren 975
33.1 Umweltfaktoren als Substrate und Energiequellen, als Stressoren und als Signale 975
33.2 Das biologische Stresskonzept 976
33.3 Interaktionen der physikalischen Umweltfaktoren 977
33.4 Spezielle Anpassungen 980
33.4.1 Wasser 980
33.4.1.1 Überflutung 980
33.4.1.2 Austrocknung 981
33.4.2 Temperatur 982
33.4.2.1 Temperaturabhängigkeit der Lebensvorgänge 982
33.4.2.2 Kälte- und Frosthärtung 983
Zusammenfassung und Übungsaufgaben 985
Teil F: Signal-Reaktions-Koppelungen 987
Kapitel 34 Wachstum, Entwicklung, Altern und Tod 989
34.1 Einzeller, annuelle und perennierende Pflanzen 989
34.2 Symmetriebrechung und Polaritätsinduktion 991
34.3 Differenzierung, Korrelationen und Musterbildung 995
34.4 Zell- und Gewebekulturen und die Totipotenz somatischer Zellen 997
34.5 Von der Samenkeimung bis zur Samenbildung, zum Altern und zum Tod 998
34.5.1 Samenkeimung 998
34.5.2 Fruchtwachstum und Samenbildung 1000
34.5.3 Programmierter Zelltod (Apoptose) 1001
34.5.4 Seneszenz und Abscission 1002
34.5.5 Altern und Tod der ganzen Pflanze 1003
Zusammenfassung und Übungsaufgaben 1005
Weiterführende Literatur 1006
Kapitel 35 Signale: Eingang und Verarbeitung 1009
35.1 Physikalische Außenfaktoren 1009
35.1.1 Die Organe der Reizaufnahme 1009
35.1.2. Die physikalischen Außenfaktoren Temperatur und Licht 1011
35.1.2.1 Signalwirkung der Temperatur: Stratifikation und Vernalisation 1011
35.1.2.2 Lichtwirkungen 1012
35.2 Ein molekulargenetisches Regulationsnetz: Verarbeitung von Temperatur- und Lichtsignalen zur Blühinduktion 1023
35.3 Primäre und sekundäre molekulare Botschafter und Signalnetze 1025
35.3.1 Primäre molekulare Botschafter: Die Phytohormone 1025
35.3.1.1 Die Botschafternatur der Phytohormone: Signaltransport 1025
35.3.1.2 Die chemische Charakterisierung der Phytohormone 1027
35.3.1.3 Die Rezeptoren der Phytohormone 1029
35.3.1.4 Die Wirkungen der Phytohormone 1032
35.3.1.5 Der Nachweis von Phytohormonen: Biologische Tests 1034
35.3.1.6 Die Wirkungsweise der Phytohormone: Molekulares Signalnetz 1035
35.3.2 Sekundäre molekulare Botschafter 1040
35.4 Die Ausbreitung molekularer Signale und Musterbildung 1042
Zusammenfassung und Übungsaufgaben 1045
Weiterführende Literatur 1047
Kapitel 36 Physikalische Signale 1049
36.1 Aktionspotenziale 1049
36.2 Erregungsleitung 1051
36.3 Reaktionen 1055
36.4 Formative Wirkungen 1056
Zusammenfassung und Übungsaufgaben 1058
Weiterführende Literatur 1058
Kapitel 37 Die Ausnutzung des Lebensraums: Die Bewegungen 1061
37.1 Einteilungsprinzipien 1061
37.2 Reizarten 1061
37.3 Äußerer Bewegungsverlauf und Reaktionsarten 1062
37.4 Bewegungsmechanismen 1064
37.5 Freie Ortsbewegungen 1068
37.5.1 Chemotaxis 1068
37.5.2 Phototaxis 1073
37.6 Tropistische Bewegungen an den Standort gebundener Pflanzen 1077
37.6.1 Gravitropismus 1077
37.6.1.1 Nachweis des Gravitropismus 1078
37.6.1.2 Reizaufnahme und Bewegungsmechanismus 1079
37.6.2 Phototropismus 1083
37.6.2.1 Photorezeptoren lichtgesteuerter Bewegungs-reaktionen 1083
37.6.2.2 Linsenwirkungen beim positiven Phototropismus von Pilzen 1084
37.6.2.3 Positiver Phototropismus von Farn-Chloronemen: Polarotropismus 1084
37.6.2.4 Der Phototropismus höherer Pflanzen 1085
Zusammenfassung und Übungsaufgaben 1087
Weiterführende Literatur 1088
Kapitel 38 Chronobiologie 1091
38.1 Historische Reminiszenzen 1091
38.2 Grundbegriffe 1093
38.3 Phänomene 1095
38.4 Ultradiane Rhythmen 1096
38.5 Circadiane Rhythmen 1097
38.6 Harmonische Schwingungen, stochastische Resonanz und deterministisches Chaos 1099
38.6.1 Stochastische Resonanz 1100
38.6.2 Deterministisches Chaos 1102
38.7 Die Regulationsnetzwerke circadianer Rhythmik 1103
38.7.1 Eingangs-, Oszillator- und Ausgangsnetzwerke 1103
38.7.2 Genetische Fixierung der Periodenlänge 1105
38.7.3 Die biologische Uhr als molekulares Rück-koppelungssystem mit Genregulation 1105
38.8 Eine einzige zentrale Uhr oder viele selbstständige Oszillatoren? 1108
38.8.1 Systeme von Oszillatoren 1108
38.8.2 Unterschiedliche Typen von Oszillatoren 1109
38.8.3 Viele Kopien ein und desselben Oszillators 1111
38.9 Funktionelle Bedeutung und Evolution der biologischen Uhren 1113
38.9.1 Evolution der biologischen Uhren 1113
38.9.2 Funktionen biologischer Uhren 1114
Zusammenfassung und Übungsaufgaben 1115
Weiterführende Literatur 1116
Kapitel 39 Nichtlineare Dynamik und Systembiologie 1119
39.1 Vorbemerkung und Begriffe 1119
39.2 Nichtlineare Dynamik und Netzwerke 1120
39.3 Die „Omics“ der Systembiologie und die Notwendigkeit theoretischer Ansätze 1121
39.4 Kippende Zustände: Musterbildung durch Synchronisation/Desynchronisation von Oszillatoren 1124
39.5 Deterministisches Chaos: Attraktoren und Regulation 1127
39.6 Selbstähnlichkeit fraktaler Strukturen 1129
Zusammenfassung und Übungsaufgaben 1131
Weiterführende Literatur 1131
Teil G: Pflanzen und aktuelle Herausforderungen 1133
Kapitel 40 Motive für die Arbeit mit Pflanzen 1135
40.1 Ursprünge und Ausblicke 1135
40.1.1 Historische Wurzeln 1135
40.1.2 Fragen und Antworten 1137
40.2 Die Nutzung der Primärproduktion der Pflanzen 1138
40.3 Der Verlust von Anbauflächen und die Nutzung extremer Standorte 1140
40.4 Ein Beispiel: Sturzflutlandwirtschaft in der Wüste 1141
40.5 Energieversorgung 1145
40.6 Globale Veränderungen 1147
40.6.1 Diagnosen 1147
40.6.2 Biodiversität 1148
40.6.3 Klimaänderungen 1152
Zusammenfassung und Übungsaufgaben 1156
Weiterführende Literatur 1157
Kapitel 41 Der Weg von der konventionellen zur molekularen Biotechnologie: Neue Verfahren der Gewinnung pflanzlicher Produkte 1159
41.1 Sammler 1159
41.2 Pflanzenbauer 1160
41.3 Biotechnologie unabhängig von der molekularbiologischen Revolution 1161
41.3.1 Konventionelle Pflanzenzüchtung: Künstliche Selektion 1161
41.3.2 Neue Verfahren der konventionellen Biotechnologie 1164
41.3.2.1 Von der Hydrokultur zur Gewebekultur 1164
41.3.2.2 Haploidenzüchtung 1164
41.3.2.3 Somatische Hybridisierung 1165
41.4 Molekulare Biotechnologie 1166
41.4.1 Isolierung und Klonierung von Genen 1166
41.4.2 Transformation: Neue Eigenschaften in Empfänger-pflanzen 1168
41.4.2.1 Zielorte: Kerngenom und Plastidengenom 1168
41.4.2.2 Wege der Transformation 1168
41.4.2.3 Agrobacterium tumefaciens und sein Plasmid als Vektor für den Gentransfer 1168
41.4.3 Unterdrückung vorhandener Eigenschaften: Die Antisense- und die RNA-Interferenz-Technik 1171
41.4.4 Selektion, Regeneration und Austesten transgener Pflanzen 1171
41.5 Neue Produkte der molekularbiologischen Revolution 1174
41.6 Nutzen und Risiken, Segen und Fluch: Die Ambivalenz unseres Tuns 1175
Zusammenfassung und Übungsaufgaben 1177
Weiterführende Literatur 1178
Kapitel 42 Pflanzen als Ideengeber für Problemlösungen in der Technik: Bionik 1181
42.1 Was ist Bionik? 1181
42.1.1 Historische Aspekte 1181
42.1.2 Merkmale der Bionik 1181
42.1.3 Vorgehensweisen der Bionik 1184
42.2 Abstraktions-Bionik („bottom-up approach“) 1186
42.2.1 Der Klettverschluss 1187
42.2.2 Der Selbstreinigungseffekt („Lotuseffekt“) 1187
42.2.3 Der „technische Pflanzenhalm“ 1190
42.2.4 Kieselalgen als Ideengeber 1191
42.3 Analogie-Bionik („top-down approach“) 1193
42.3.1 Strukturen mit Binnendruck: Der Pneu 1194
42.3.2 Schwachstellen in technischen Konstruktionen vermeiden: Bäume als Vorbild 1194
42.3.3 Von den Pflanzen das Fliegen lernen 1196
42.3.4 Licht: Nutzung einer unerschöpflichen Energie-quelle 1197
42.3.5 Analogie-Bionik auf molekularer Ebene 1199
42.3.6 Die Evolution als Vorbild für Optimierungs-verfahren 1200
42.4 Grenzen der Bionik 1201
Zusammenfassung und Übungsaufgaben 1202
Weiterführende Literatur 1203
Sachverzeichnis 1205
EULA 1238
"Drei Botanik-Professoren aus Darmstadt schicken sich an, dem großen 'Strasburger' Konkurrenz zu machen."
Fauna Flora Rheinland Pfalz (1/2011)
"Der Schwerpunkt der Darstellung liegt auf den Prinzipien und deren Verständnis. Das kompakte Werk beinhaltet aktuelle Forschungsrichtungen, wichtige Methoden und klare Begriffserklärungen in 'Kompakt'-Themenkästen."
Allgemeines Ministerialblatt (27.12.2011)
"Bei der Gliederung ihres Buches haben die Autoren einen innovativen Weg gewählt: Statt einer klassischen Einteilung in große, voneinander unabhängige Themenblöcke wie Anatomie, Physiologie oder Ökologie liegt das Hauptaugenmerk auf der Darstellung von Zusammenhängen und übergeordneten Prinzipien, die beispielsweise anhand der Evolution abgehandelt werden."
hoch3" der Technischen Universität Darmstadt (Februar 2011)
"Für den Preis von 79,- Euro bekommt man mit gut 1200 durchgängig farbig gedruckten Seiten ganz schön viel Lehrbuch! Und wer den 'kleinen Lüttge' kennt und schätzt, wird auch das große Botanik-Buch lieben! [...] Dabei ist es den drei erfahrenen Hochschullehrern hervorragend gelungen, nicht nur die Fakten der Pflanzenbiologie 'aufzuzählen', sondern Zusammenhänge zwischen zum Teil recht unterschiedlichen Prozessen zu verdeutlichen."
Pharmazie in unserer Zeit (März 2011)
"Fazit: ein Buch, das mindestens in jede Lehrerbibliothek und jedes Selbstlernzentrum gehört, dessen Anschaffung sich aber auch für das häusliche Arbeitszimmer von Lehrerinnen und Lehrern lohnt."
Unterricht Biologie (März 2011)
"...Damit liegt neben dem "Strasburger" ("Lehrbuch der Botanik für Hochschulen")...und M.W. Nabors ("Botanik") ...ein weiteres umfassendes Einführungswerk in die Biologie der Pflanzen vor. Gutes Preis-Leistungs-Verhältnis."
ekz-Informationsdienst (15.11.10)
"...das Beste, was ein Lehrbuch Studierenden und Dozenten bieten kann!"
Literatur-Report (11/2010)
"Kein anderes deutsches Lehrbuch liefert so viele aktuelle Informationen zu Themen, die auch außerhalb der Wissenschaft für Diskussionsstoff sorgen, wie Klimaveränderung, Nutzen und Risiken von Gentechnik, Pflanzen als mögliche Energiequelle der Zukunft, sowie Wahrnehmung und Signalleitung in Pflanzen.
Anschauliche Grafiken und sorgfältig ausgewählte Bilder vermitteln einen guten Überblick und verhindern, dass der Leser von der großen Informationsmenge erschlagen wird. Das Buch ist übersichtlich gestaltet, und der Schreibstil kompakt und sachlich, ohne unnötigen Schnickschnack. Alle, die sich in die wissenschaftliche Botanik einarbeiten wollen oder müssen, erhalten hier fundierte Informationen auf dem aktuellen Forschungsstand. Den drei renommierten Darmstädter Professoren ist ein modernes Lehrbuch für Biologiestudenten gelungen..."
Deutschlandfunk (10.10.2010)
"Dieses Lehrbuch wird nicht nur seinem Anspruch auf umfassende Darstellung der Botanik und der Biochemie der Pflanzen unter Einbeziehung aktueller Entwicklungen und globaler Problemstellungen gerecht, sondern empfiehlt sich Studierenden der Biowissenschaften angesichts des nachahmenswerten Preis-/Nutzen-Verhältnisses."
CLB
"Autoren und Verlag bieten mit dem neuen Werk ein umfassendes, aktuelles, und modern gestaltetes Lehrbuch der Botanik an."
Forstarchiv (09-10/2010)
| Erscheint lt. Verlag | 10.9.2020 |
|---|---|
| Sprache | deutsch |
| Themenwelt | Naturwissenschaften ► Biologie ► Botanik |
| Schlagworte | Biowissenschaften • Botanik • Botanik / Biotechnologie • Botanik / Physiologie |
| ISBN-13 | 9783527833252 / 9783527833252 |
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