Pflanzliche Symbiosen
Uni Basel HS19
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Zähle 4 Arten von Flechten auf.
Krustenflechten, Strauchflechten, Blattflechten, Basidiomyceten-Flechten
Wie ist die Nitrogenase aufgebaut?
Enzymkomplex aus Eisen-Protein und Eisen-Molypdän-Protein
Bis wo dringen Ektomykorrhizapilze in die Wurzel ein?
Das Hartigsche Netz dringt nur bis zur Endodermis.
Welches ist der wichtigste Teil des Ektomykorrhizapilz?
Extraradikale Mycel
Nenne einige Beispiele von Ektomykorrhizapilzen.
Basidiomyceten: Eierschwämme, Steinpilze, Täubling
Wie heissen die antibiotischen Sekundärstoffe, die nur als Reaktion auf eine Infektion gebildet werden?
Phytoalexine
Beschreibe die hypersensitive Reaktion bei Pflanzen.
Nach einem "Angriff" produziert die Pflanze ROS, es gibt eine Änderung der Ionenflüsse. Dann setzt die Produktion des Stresshormons Ethylen ein. Die Genexpression wird umgewälzt. Es folgt der Zelltod (Apoptosis).
Wofür hat man das Prinzip des "genetic engineering" in Pflanzen ausgenutzt?
Den Mechanismus der Genübertrageung hat man genutzt, um Wunschgene in eine Pflanze zu integrieren.
Anhand welchen Beispiels wurde "genetic engineering" besprochen?
Acrobacterium tumefaciens (Wurzelhasgalle)
Was ist ein Elictor? Nenne ein Synonym und ein Beispiel!
Ein Reizstoff für eine lokal induzierte Resistenz, auch MAMPs genannt.
Bsp: Chitin-Fragment, Flagellin
Genetic engineering:
Agrobacterium tumefaciens, der Erreger von Wurzelhalsgallen, besitzt eine raffinierte Angriffswaffe: Es überträgt ein Stück DNA in die Pflanze. Dieses DNA-Stück, die sog. __1__, liegt im Bakterium auf einem grossen Plasmid von ca. 200 Kilobasen, dem __2__.
Ergänze die fehlenden Wörter.
1) T-DNA
2) Ti-Plasmid (Tumor-induzierendes Plasmid)
Genetic engineering:
Im Verlauf der Infektion wird die T-Region des Ti-Plasmids mit Hilfe der Vir-Funktionen auf eine Pflanzenzelle übertragen und in deren chromosomale DNA inkorporiert. Dadurch wird der Metabolismus der Pflanzenzelle in zweierlei Hinsicht "umprogrammiert". Welche Stoffe werden von der transformierten Zelle in grossen Mengen produziert?
- Die transformierte Pflanzenzelle bildet grosse Mengen von Auxin und Cytokinin. Dies führt zu Tumor-Wachstum.
- Die transformierten Pflanzenzellen bilden grosse Mengen von normalerweise in Pflanzen nicht vorkommenden Stoffen, so genannte Opine, z.B. Octopin. Sie dienen dem Bakterium als C- und N-Quelle.
Nenne die drei Koch'schen Postulate zu klassischen Fragestellung der Pathologie.
1) Der Mikroorganismus muss stetig im kranken Gewebe vorhanden sein.
2) Der Mikroorganismus muss in Reinkultur isoliert werden können.
3) Der isolierte Mikroorganismus muss die Krankheitssymptome auslösen.
Hrp-Gene:
Bestimmte Mutationen bei phytopathogenen Bakterien haben gleichzeitig zwei entgegengesetzte Effekte. Welche?
1) Sie führen zum Verlust der Fähigkeit, in der inkompatiblen Interaktion eine "Hypersensitive Reaktion" (HR) auszulösen.
2) Sie führen zum Verlust der Pathogenität in der kompatiblen Interaktion.
Die entsprechenden Gene wurden hrp genannt.
Was sind Effektorproteine?
Die Effektorproteine sind Virulenzfaktoren, welche u.a. die allgemeine Abwehrbereitschaft der Pflanze
reduzieren.
Ein gegebener Genotyp der Pflanze ist gegen alle Genotypen des Pathogens (Rassen, Stämme) in einem ähnlichen Grad
resistent.
Um welchen Resistenz-Typ handelt es sich?
Horizontale Resistenz
Ein gegebener Genotyp der Pflanze ist gegen einige Rassen des Pathogens völlig resistent, gegen andere dagegen völlig anfällig.
Um welchen Resistenz-Typ handelt es sich?
Vertikale Resistenz
Nenne Beispiele für Bestäubungs-Symbiosen.
- Hummel & Salbei
- Fliegen, Käfer & Aronsstab
- Feigenwespe & Feige
Welche gefährdete Schmetterlingsart lässt sich von Ameisen in ihr Nest tragen?
Kreuzenzian-Ameisenbläuling
Welches ist der Hyperparasit vom Kreuzenzian Ameisenbläuling?
Schlupfwespe
Welche Vorteile haben Pflanzen von Regenwürmer? (5)
Vorteile für die Pflanze
- Leicht verfügbare mineralische Nährstoffe in RW Häufchen
- Pflanzenreste/ org. Dünger werden in Boden eingearbeitet, Nährstoffe aus tieferen Bodenschichte gelangen in Wurzelraum (Bioturbation)
- RW Gänge erleichtern Wurzelwachstum und erhöhen Wasserinfiltration
- Bodenkrümelbildung: Erhöhung Porosität des Bodens: Verbesserung Durchlüftung, Wasserhaushalt, Nährstoffhaushalt
- Pflanzenpathogene und Schädlinge in RW
Verdauungstrakt dezimiert
Welche Vorteile hat der Regenwurm von Pflanzen? (3)
Vorteile für den Regenwurm
- Ernährung des RW von Pflanzenstreu
- Leicht verfügbare organische Nährstoffe in Wurzelausscheidungen der Pflanze (Rhizodeposition)
- Schutz des Bodens vor Kälte, Austrocknung
Welches sind die 3 häufigsten Bestandteile der Bodenfauna/-flora?
Bakterien (40%), Algen und Pilze (40%) und Regenwürmer (12%).
Nenne 2 Gründe für die geringe Artenvielfalt bei Regenwürmer.
CH/D: 40
Weltweit: 3'000
- Letzte Eiszeit nicht überlebt
- Rückeroberung der Lenensräume seit 15'000 Jahren
Welches ist die wichtigste Einflussgrösse auf Artenreichtum, Anzahl und Biomasse von Regenwürmer?
Niederschlag
Ergänze die senkrechte Achse dieser Graphik über Regenwürmer mit den Begriffen Abundance, Biomass und Species Richness.
Wie funktioniert die Atmung bei Regenwürmer?
Hautatmung (Keine Lungen oder Kiemen)
1) Wozu dient der Hautmuskelschlauch bei Regenwürmer?
2) Wo befinden sich die Keimdrüsen?
1) Stabilität
2) Am Kopf (Geschlechtsgürtel mit männlichen und weiblichen Keimdrüsen)
Wie funktioniert der Blutkreislauf bie Regenwürmer?
Mit 5 Paar Herzen.
Weshalb sind die Kalkdrüsen überlebenswichtig für Regenwürmer?
CO2 wird gebunden und in Form von gelöstem Kalk durch die Kalkdrüsen ausgeschieden.
Besonders wichtig in tiefen Bodenschichten mit hohem CO2-Gehalt.
Wie bewegen sich Regenwürmer fort?
Mit Borsten (4x2 Borsten pro Segment)
Welche Aussagen zur Wurmlosung (Ausscheidungsprodukt von Regenwürmer) stimmen?
Welche Aussagen zur Wurmlosung (Ausscheidungsprodukt von Regenwürmer) stimmen?
Woran erkennt man ein geschlechtsreifes Tier?
Am Geschlechtsgürtel (Clitellum).
1)Welche beiden Faktoren limitieren die AKtivität von Regenwürmer?
2) Was ist eine Konsequenz daraus?
1) Trockenheit und Temperatur.
2) Sommerschlaf bei Trockenheit.
Wo findet man mehr verschiedene Arten, in Ackerböden oder in Wiesen?
Wiesen
Wie nennt man die Aussscheidungsprodukte von RW?
Wurmlosung
Nenne je ein Beispiel einer Art von Streubewohner, Horizonaltgraber und Vertikalbohrer.
Streubewohner: Kompostwurm
Horizontalgraber: Gartenwurm
Vertikalbohrer: Tauwurm
Zähle einige natürliche Feinde von Regenwürmer auf.
Vögel, Marder, Maulwürfe, Igel, Spitzmäuse, Füchse, Dachse, Kröten & Frösche, Feuersalamander, Hundertfüssler, Ameisen und Laufkäfer.
Durch welche Massnahmen im Ackerboden können Regenwürmer gefördert werden? (4)
- Bodenbearbeitung: sparsamer Pflugeinsatz
- Fruchtfolge: Boden mit Pflanzenresten bedecken (v.a. auch im Winter)
- Düngung: Organisch statt synthetisch
- Pflanzenschutz
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Lernkarten
1) Um welche Giftklasse handelt es sich?
2) Von welchen Pflanzen werden sie zur Abwehr verwendet?
1) Gerbstoffe (Polyphenole) --> Grundbausteine der Tannine.
2) Sie werden von apparenten Arten zur quantitativen Abwehr verwendet.
1) Um welche Stoffklasse handelt es sich?
2) Von welchen Arten werden diese Stoffe zur Abwehr verwendet?
1) Alkaloide
2) Nicht-apparente Arten benutzen diese Stoffe zur qualitativen Abwehr.
Zähle zwei Pflanzen auf, die Alkaloide enthalten.
Tabak, Schlafmohn.
1) Um welche Stoffklasse handelt es sich?
2) Welche nicht-apparente Pflanze wehr sich damit ab?
1) Herzglykoside
2) Digitalis purpurea (Fingerhut)
Nenne ein einheimisches Beispiel einer "nursery pollination", bei dem ein Insekt Bestäuber und Räuber zugleich ist.
Leimkraut mit Hadena perplexa
Nenne zwei Beispiele von Insekten-Invasionen.
Buchsbaumzünsler, Rosskastanien-Miniermotte
Wie wurde die Rosskastanien-Miniermotte bekämpft?
- Radikalkur: Fällen der Bäume
- Chemische Bekämpfung: Dimilin
- Biologische Bekämpfung: Sexual-Lockstoff, Parasiten
- Hygiene: Wie sollen die Blätter kompostiert werden? --> Abdeckung durch Erde oder Rasenschnitt
- Resistenz-Züchtung
Was versteht man unter direkter und indirekter Abwehr?
Direkte Abwehr: Die Pflanze stellt selber "Abwehrwaffen" bereit. Bsp: Alkaloide, Tannine, Protease-Inhibitoren, Brennhaare der Brennessel
Indirekte Abwehr: Die Pflanze lockt "Schutztruppen" an. Klassisches Beispiel: "Ameisenpflanzen" locken Ameisen an. Ameisen verteidigen die Pflanze gegen Herbivoren.
Zähle drei verschiedene "Ameisenpflanzen" auf.
Cecropia, Myrmecodia, Büffelhorn-Akazie (Acacia collinsii)
Nenne ein typisches Beispiel von Co-Evolution!
Blattschneider-Ameisen und ihre Pilze
Woran kann man die Co-Evolution von Ameisen, Pilz und Parasit erkennen?
Sehr ähnliche Stammbäume!
Erkläre die vierer Symbiose bei Blattschneiderameisen und ihren "Pilzgärten".
Die von den Ameisen kultiverten Pilze können von anderen spezialisierten Pilzen parasitiert werden. Ist das der Fall, kultivieren die Ameisen Bakterien, welche Antibiotika gegen die Schadpilze produzieren.
Diese Bakterien kommen einzig und allein in spezialisierten Organen der Blattschneider-Ameisen vor.
Die Antibiotika-Produzenten sind genau so auf eine einzige Art der Blattschneider-Ameisen spezialisiert
wie die kultivierten Pilze und die Schadpilze!
Welches sind die bekanntesten Hyperparasiten (Parasitoide)?
Schlupfwespen.
Ihre Larven entwickeln sich meist in Larven anderer Insekten, z.B. Schmetterlingsraupen. Sie sind oft genau so auf eine einzelne Insekten-Wirtsart spezialisiert wie diese Insekten-Wirtsart auf eine einzelne
Wirtspflanze.
Weches Peptid und welches Hormon sind als Signale für die Induktion der Protease-Inhibitoren wichtig? (Indirekte Abwehr; bei Tomaten nachgewiesen)
Am Beispiel der Tomate wurde gezeigt, dass das Peptid Systemin und das Hormon Jasmonat als Signale für die Induktion der Protease-Inhibitoren wichtig sind.
Welche Strategie wenden Pflanzen an, wenn sie von Herbivoren befallen werden?
Sie setzen gasförmige Substanzen frei, sogenannte "induced volatiles"; VOC (= volatile orcanic compounds), welche Hyperparasiten der Herbivoren anlocken und damit die Pflanze indirekt schützt.
Beschrifte!
PAM = Plant-derived periarbuscular membrane (pflanzliche Plasmamembrane)
PAS = Peri-arbuscular space (Raum zwischen pilzlicher und pflanzlicher Membrane)
Fungal plasma membrane = pilzliche Plasmamembrane
Bei welchen Bedingungen kommen eher Endomykorrhiza vor als Ektomykorrhiza?
Welches sind die typischen Pflanzen mit Arbuskulären Mykorrhiza? Nenne auch einige Beispiele.
Vorwiegend krautige Pflanzen.
Beispiele: 50% aller Samenpflanzen-Arten, Leguminosen, viele tropische Bäume, Ahorn, Rosskastanie, Apfel/Birne/Kirsche.
Welcher Stamm/Abteilung der Pilze bildet arbuskuläre Mykorrhiza?
Glomeromycota
Welche der folgenden Pflanzen sind Wirtspflanzen von AM?
Welche Aussagen treffen auf den Stamm Glomeromycota zu?
Wann sind die ersten Landpflanzen entstanden?
Vor ca. 500 Mio. Jahren
Wann sind die ersten AM Pilze entstanden?
Vor 300-500 Mio. Jahren. --> Ungefähr gleichzeitig wie die Landpflanzen --> Co-Evolution!
Welche Aussagen treffen auf arbuskuläre Mykorrhiza zu? (Die anderen Aussagen treffen auf Ektomykorrhizs zu).
Wodurch können Mykorrhiza das Pflanzenwachstum verbessern?
Durch Verbesserung der:
- Nährstoffaufnahme
- Wasserstresstoleranz
- Krankheitsresistenz
- Bodenstruktur
Nenne Funktionen der AM.
- Vergrösserung der absorbierenden Oberfläche durch Hyphen
- Transport nicht-mobiler Ionen: Phosphat, sowie Zn und Cu
- Erweiterung der Verarmungszone um Wurzeln, Zugang zu feineren Bodenporen
- N-Transport, indirekte Effekte auf N-Assimilation, N-Fixierung
- Veränderung des Wasserhaushalts
- Erhöhung der Pathogen-Abwehrfähigkeit
- Netzwerk-Bildung
- Verbesserung der Bodenstruktur
Wann können Mykorrhiza auch negative Effekte auf die Pflanzen haben?
Bei Lichtmangel
Ergänze die x-Achse und erkläre die Graphik!
Es geht um das Wachstums-Optimum im Verhältnis zum im Boden verfügbare Phosphor. Ohne Mykorrhiza (Weisse Punkte) ist eine viel grössere Menge an P nötig, um dasselbe Trockengewicht zu erhalten wie mit Mykorrhiza (Ausgefüllte Punkte).
Mykhorriza hat positive Effekte auf die Aufnahme von Phosphor. Wann hat Mykorrhiza negative Effekte?
Bei sehr hohem Phosphor-Gehalt.
Wie kann man arbuskuläre Mykorrhiza nachweisen?
Nachweis der Kolonisierung:
- Anfärbung der Wurzeln z.B. mit Trypanblau
- Bestimmung der Kolonisierungsrate unter dem Mikroskop (z.B. % kolonisierte Wurzellänge)
Wie geht man vor zur Isolierung und Identifikation von Sporen von AM aus dem Boden?
Isolierung und Identifikation von Sporen aus dem Boden:
- Aufschwemmen in Wasser und Absieben durch Siebkaskade (z.B. 250, 100, 40 µm)-
- Auslesen der Sporen unter Stereomikroskop oder weitere Reinigung durch Saccharose-Dichtegradienten-Zentrifugation
- Einbetten der Sporen in Polyvinylalkohol-Lactoglycerol, Aufbrechen unter Deckglas zur Diagnose der Wandschichten
Wie werden AM kultivert?
Vermehrung im Gewächshaus mittels geeigneter Wirtspflanzen (z.B. Wegerich, Hirse, Lauch, Hieracium pilosella).
Keine Kultivierung ohne pflanzliche Wirte möglich!
Wie funktioniert die Inokulumproduktion von AM?
Inokulumproduktion:
- eine Spore oder mehrere gleich aussehende Sporen zum Animpfen von "Reinkulturen" verwenden
- nach mindestens 3 Monaten neue Sporen isolieren oder Wurzel/Erde-Gemisch als Inokulum verwenden
Nenne Probeme beim Einsatz der Mykorrhiza-Technologie.
Probleme beim Einsatz der Mykorrhiza-Technologie:
- viele Arten schwierig oder nicht vermehrbar
- Sporen-Identifikation schwierig
- Inokulumproduktion kontaminationsanfällig
- Inokulum tritt in Konkurrenz zu am Standort vorhandenen Pilzen
Welche molekularbiologischen Methoden wedern zur Identifikation von AM verwendet?
Einsatz der Polymerase-Kettenreaktion und DNASequenzierung von Regionen der ribosomalen RNA-Gene.
Welcher Begriff fehlt?
Phosphatase
Nenne eine AMF Art, die empfindlich auf intensive landwirtschaftliche Nutzung reagiert.
Acaulospora paulinae
Wie können Mykorrhizapilze durch Bewirtschaftung gehemmt werden?
- Hohe mineralische Düngung, hohe lösliche Nährstoffgehalte im Boden (insbesondere Phosphor)
- Intensive Bodenbearbeitung (mechanische Störung des Hyphennetzes)
- Einige Pestizide (z.B. Benomyl)
- Pflanzung von Nichtwirten wie Raps, Futterrüben
- Monokultur
Wie können Mykorrhizapilze durch Bewirtschaftung gefördert werden?
- Moderate Düngung, insbesondere in organischer Form
- Reduzierte Bodenbearbeitung (kein tiefes Wenden mit dem Pflug), Verfahren ohne Bodenbearbeitung (No-till)
- Verzicht auf Pestizide oder AM verträgliche Mittel
- Fruchtfolge, Mischkultur
Welche Abteilung der Pilze ist ist die Häufigste, die Ektomykorrhiza bilden?
Basidiomyceten
