Experimentelle Pflanzenphysiologie: Band 2 Einführung in Die Anwendungen

ISBN-13: 9783540512158 / Niemiecki / Miękka / 1989 / 478 str.

Peter Schopfer

Opis

Diese Einfuhrung in die Methoden enthalt konkrete Anleitungen zur Durchfuhrung von Experimenten, wie sie jeder Student im Rahmen seiner Praktika zur Pflanzenphysiologie zu absolvieren hat. Diese Experimente sind in zwei Kategorien eingeteilt: zuerst "Demonstrations-Experimente" als in der Regel einfach auszufuhrende Versuche zur Veranschaulichung bestimmter physiologischer Sachverhalte. Sie haben vor allem didaktischen Charakter und sind weitgehend deduktiv dargestellt. Im Gegensatz dazu stellt die andere Kategorie "Analytische Experimente" vor, fur die eine induktive Darstellungsweise gewahlt wurde. Das Thema dieser Versuche ist als "Problem" formuliert, und ihre Durchfuhrung wird im Detail nur fur ein "Grundexperiment" dargestellt, welches den prinzipiellen experimentellen Ansatz und die Methodenbeschreibung enthalt. Mit diesen Anleitungen ist es dann moglich, die entsprechenden physiologischen oder methodischen Fragestellungen selbstandig zu bearbeiten."

Spis treści

1. Qualitative und quantitative Analyse von Pflanzenmaterial.- Vorbemerkungen.- Demonstrationsexperimente.- 1.1 Chemischer Nachweis der Makroelemente.- 1.2 Biologischer Nachweis verschiedener Kohlenhydrate mit Bäckerhefe.- 1.3 Präparative Trennung der Carotin-Isomeren aus Karottenwurzeln durch Säulenchromatographie.- Analytische Experimente.- 1.4 Bestimmung von Frischmasse, Trockenmasse und Wassergehalt bei Weizenkeimlingen.- 1.5 Chemischer Nachweis verschiedener Kohlenhydrate.- 1.6 Isolierung und Nachweis von Fett (Triacylglycerol).- A.SOXHLET-Extraktion16.- B. Extraktion nach BLIGH und DYER.- C. Nachweis von Fett in der Lipidfraktion.- 1.7 Isolierung und Nachweis von Protein.- 1.8 Isolierung und Nachweis von Nucleinsäuren.- 1.9 Trennung der Blütenfarbstoffe (Flavonoide) der Rose.- A. Zweidimensionale chromatographische Analyse der Flavonoid-Glycoside.- B. Chromatographische Analyse der Flavonoid-Aglyca nach saurer Hydrolyse.- 1.10 Isolierung und Nachweis der Alkaloide des Schöllkrauts.- 1.11 Bestimmung und Trennung der Photosynthesepigmente.- A. Bestimmung der Pigmente im Rohextrakt.- B. Isolierung der Pigmente durch Dünnschichtchromatographie.- 1.12 Bestimmung der Speicherstoffe von Samen: Vergleichende Messungen an Weizen, Erbse und Raps.- A. Proteinbestimmung.- B. Stärkebestimmung.- C. Triacylglycerolbestimmung.- 1.13 Bestimmung des Gesamt-Zuckergehalts und des Ascorbatgehalts in Früchten.- A. Zuckerbestimmung.- B. Ascorbatbestimmung.- 2. Enzyme.- Vorbemerkungen.- Demonstrationsexperimente.- 2.1 Qualitativer Nachweis einiger Enzyme (Katalase, Peroxidase, Phenoloxidase, Amylase, Phosphorylase).- 2.2 Histochemischer Enzymnachweis (Peroxidase).- 2.3 Präparative enzymatische Darstellung von Glucose-1-Phosphat.- Analytische Experimente.- 2.4 Nachweis und quantitative Bestimmung von Proteinase (Endopeptidase) aus Maisendosperm mit einem Radial-diffusionstest.- 2.5 Die kinetische Charakterisierung eines Enzyms (Peroxidase der Meerrettichwurzel).- 2.6 Elektrophoretische Trennung von Isoenzymen (Peroxidase und Katalase von Senfkeimlingen).- 2.7 Operationale Kriterien der Enzymaktivitätsbestimmung (Fumarase in den Kotyledonen des Senfkeimlings).- 3. Isolierung von Zellen, Protoplasten und Organellen.- Vorbemerkungen.- Demonstrationsexperiment.- 3.1 Isolierung von Zellen aus Geweben.- Analytische Experimente.- 3.2 Isolierung von Protoplasten aus Haferblättern.- 3.3 Isolierung von Chloroplasten aus Spinatblättern.- A. Isolierung durch fraktionierende Zentrifugation (ungereinigte Chloroplasten).- B. Weitere Reinigung durch Dichtegradientenzentrifugation.- 3.4 Isolierung von Mitochondrien aus Kartoffelknollen.- 3.5 Trennung und enzymatische Charakterisierung von Chloroplasten, Mitochondrien und Peroxisomen aus Gurkenkotyledonen.- 4. Photosynthese.- Vorbemerkungen.- Demonstrationsexperimente.- 4.1 Photoreduktion von Methylenblau (Modellreaktion zur Funktion des photochemisch aktiven Chlorophylls).- 4.2 Fluoreszenz von Chlorophyll in vitro und in vivo.- 4.3 Licht, CO2, Chlorophyll und Enzyme als essentielle Faktoren der Photosynthese.- 4.4 Bildung von Assimilationsstärke im Blatt.- 4.5 Nachweis der Akkumulation von K+in den Schließzellen bei der lichtinduzierten Stomataöffnung.- Analytische Experimente.- 4.6 Polarographische Messung der photosynthetischen O2-Produktion (O2-Elektrode).- 4.7 Demonstration und Messung des photosynthetischen Elektronentransports (HILL-Reaktion) an isolierten Chloroplasten.- A. Demonstration der HILL-Reaktion.- B. Photometrische Messung der HILL-Reaktion.- 4.8 Messung der lichtinduzierten Protonenpumpe an isolierten Thylakoiden.- 4.9 Photosynthetische CO2-Fixierung und Assimilattranslocation im Blatt der Gartenbohne.- 4.10 Induktion des diurnalen Säurerhythmus bei der fakultativen CAM-Pflanze Mesembryanthemum crystallinum.- A. Messung des pH-Werts und des Säuregehalts.- B. Messung des Malatgehalts.- 4.11 Bestimmung des Lichtkompensationspunktes und des CO2-Kompensationspunktes der Photosynthese.- A. Lichtkompensationspunkt.- B. CO2-Kompensationspunkt.- 4.12 Regulation der Stomataöffnungsweite von Maisblättern durch Umweltfaktoren.- 5. Dissimilation.- Vorbemerkungen.- Demonstrationsexperimente.- 5.1. Fe-katalysierte Elektronenübertragung (Modellreaktion zur Funktion der Atmungskette).- 5.2 Spektroskopische Demonstration des Redoxzustandes der Cytochrome.- 5.3 Wärmeabgabe atmender Gewebe.- 5.4 Manometrischer Nachweis von Atmung und Gärung.- 5.5 Fermentation bei der höheren Pflanze.- 5.6 Aerobe und anaerobe Energiemobilisierung bei der Entwicklung von Weizen- und Reis- Keimlingen.- 5.7 Der Respiratorische Quotient (RQ).- 5.8 Fett ? Kohlenhydrat-Umwandlung bei der Keimung fetthaltiger Samen (Ricinus communis).- 5.9 Nachweis der dissimilatorischen Aktivität verschiedener Organe und Gewebe.- Analytische Experimente.- 5.10 Nachweis von Elektronen- und Protonentransport an der Plasmamembran von Maiswurzeln.- 5.11 Messung der aeroben und anaeroben Dissimilation von Hefezellen mit der WARBURG-Manometrie.- 5.12 Messung des respiratorischen Elektronentransports an isolierten Mitochondrien mit der O2-Elektrode.- 5.13 Induktion fermentativer Enzyme durch Anaerobiose in der Wurzel von Maiskeimlingen.- 6. Pflanzenernährung.- Vorbemerkungen.- Demonstrationsexperimente.- 6.1 Induktion katabolischer Enzyme durch das Substrat bei Bäckerhefe.- 6.2 Auslösung der Wurzelknöllchenbildung durch Rhizobiumbei der Gartenbohne.- 6.3 Reduktion von Fe3+an der Wurzeloberfläche von Gartenbohnen.- 6.4 Selektive Ionenaufnahme durch die Wurzel.- Analytische Experimente.- 6.5 Nachweis essentieller Nährelemente durch Mangelkultur von Senfkeimlingen.- 6.6 Wirkung von Eisenmangel auf die Entwicklung von Bohnenpflanzen.- 6.7 Ernährung heterotropher Pflanzenorgane: Kultur isolierter Tomatenwurzeln in künstlicher Nährlösung.- 7. Wasserzustand und Wassertransport.- Vorbemerkungen.- Demonstrationsexperimente.- 7.1 Osmose im ?-Gradienten (PFEFFERsche Zelle, TRAUBEsche Zelle; Modellversuche zum Wassertransport).- 7.2 Beobachtung von Plasmolyse und Deplasmolyse, mikroskopische Bestimmung der Grenzplasmolyse.- 7.3 Beobachtung des Wassertransports in den Leitbündeln.- 7.4 Transpirationsmessung mit dem Potetometer.- 7.5 Demonstration von Wurzeldruck, Exudation und Guttation.- Analytische Experimente.- 7.6 Bestimmung des Wasserpotentials (?) und seiner Komponenten (,? PT) als Funktion des Wassergehalts im Gewebe.- 7.7 Bestimmung der Grenzplasmolyse mit einem Biegetest.- 7.8 Der Wassertransport durch die Pflanze und seine Steuerung.- 7.9 Die Wirkung von Wasserstreß auf das Wachstum und andere physiologische Prozesse bei der Gartenbohne.- 8. Aufnahme und Translocation von anorganischen Ionen und organischen Molekülen.- Vorbemerkungen.- Demonstrationsexperimente.- 8.1 Modellversuche zum Mechanismus des Phloemtransports.- 8.2 Nachweis der Endodermisbarriere beim Wassertransport durch die Wurzel.- 8.3 Lokalisierung der transportaktiven Zone der Wurzel und Demonstration der Stoffwechselaktivität bei der Ionenaufnahme.- Analytische Experimente.- 8.4 Salzinduzierte pH-Veränderungen in der Umgebung von Gerstenwurzeln.- A. Messung der pH-Veränderung im Wurzelmedium.- B. Qualitativer Nachweis und Lokalisation der pH- Veränderung an der Wurzeloberfläche.- 8.5 Protonenpumpe und aktive Zuckeraufnahme am Scutellum von Maiskeimlingen.- A. Messung der H+Pumpaktivität.- B. Messung der Zucker aufnähme.- 8.6 Phloembeladung und Zuckerferntransport im Maisblatt.- 9. Phytohormone.- Vorbemerkungen.- Demonstrationsexperimente.- 9.1 Multiple Wirkung von Auxin in der Sproßachse von Bohnenkeimlingen.- 9.2 Spezifische Wirkungen zweier „Wuchsstoffe“(Auxin, Gibberellin) auf das Wachstum der Organe von Bohnenpflanzen.- 9.3 Wirkung von Cytokinin auf die Entwicklung von Erbsenkeimlingen.- 9.4 Induktion von amylolytischer Aktivität im Endosperm der Gerstencaryopse durch einen niedermolekularen Faktor (Gibberellin) aus dem keimenden Embryo.- 9.5 Induktion des Internodienwachstums von Kopfsalatpflanzen durch Gibberellinsäure.- 9.6 Gewebespannung und die Rolle der Epidermis beim Auxin- induzierten Streckungswachstum der Maiskoleoptile.- 9.7 Nachweis der Auxin-induzierten Protonensekretion von Maiskoleoptilen.- 9.8 Wirkung von Ethylen auf das Sproßwachstum von Erbsenpflanzen.- Analytische Experimente.- 9.9 Zwergmutanten der Erbse und ihre Normalisierung durch Gibberellinsäure.- 9.10 Induktion des Streckungswachstums von Maiskoleoptil- segmenten durch Auxin.- 9.11 Überprüfung der CHOLODNY-WENT-Theorie für das tropische Krümmungswachstum von Sonnenblumen- hypokotylen und Maiskoleoptilen.- 9.12 Umwandlung eines Speicherorgans in ein Assimilationsorgan und ihre Abhängigkeit von Cytokinin (Kotyledonen der Gurke).- 9.13 Induktion der Synthese von ?-Amylase durch Gibberellinsäure im Gerstenaleuron.- 9.14 Halmsegmenttest auf Gibberellin bei Haferpflanzen.- 10. Entwicklung von Pflanzenorganen.- Vorbemerkungen.- Demonstrationsexperimente.- 10.1 Lokalisierung der Wachstumszonen eines Maiskeimlings.- 10.2 Différentielles Flankenwachstum bei der Aufrechterhaltung und lichtinduzierten Öffnung des Plumulahakens der Gartenbohne.- 10.3 Die Rolle des Cytosekeletts für die Wachstumsallometrie der Organe des Maiskeimlings.- 10.4 Beeinflussen sich genetisch verschiedene Pfropfpartner gegenseitig in ihrer Entwicklung?.- 10.5 Repression des Wachstums von Seitenknospen durch den Apex (apikale Dominanz).- 10.6 Differentielle Wirkung von Wasserstreß auf das Wachstum von Sproß und Wurzel.- Analytische Experimente.- 10.7 Bestimmung der elastischen und der plastischen Zellwand- dehnung beim Wachstum der Maiskoleoptile.- 10.8 Bestimmung des Wachstumspotentials von Maiskoleoptil- segmenten.- 10.9 Verteilungsfunktion (Probitanalyse) des Hypokotylwachstums in einer Population von Rapskeimlingen.- 10.10 Induktion von „negativem Wachstum“bei Bohnenblättern durch Wasserstreß.- 11. Reifung und Keimung von Samen und Pollen.- Vorbemerkungen.- Demonstrationsexperimente.- 11.1 Prüfung der Keimfähigkeit von Saatgut.- 11.2 Samendormanz und ihre Aufhebung durch Kältebehandlung (Stratifikation).- 11.3 Beschleunigung der Keimung durch Vorbehandlung der Samen mit Osmoticum (seed priming).- 11.4 Induktion der Dormanz durch Abscisinsäure.- Analytische Experimente.- 11.5 Aktivierung des Energiestoffwechsels während der Quellungsund der Wachstumsphase keimender Rapssamen.- 11.6 Messung des Quellungsdrucks keimender Samen.- 11.7 Enwicklung und Verlust der Austrocknungstoleranz während der Reifung bzw. Keimung von Senfsamen.- 11.8 Bestimmung des Keimungspotentials von Rapssamen.- 11.9 Lebensfähigkeit und Keimfähigkeit von Pollenkörnern der Nachtkerze.- A. Cytologischer Test der Lebensfähigkeit.- B. Test der Keimfähigkeit.- 12. Seneszenz.- Vorbemerkungen.- Demonstrationsexperimente.- 12.1 Blattseneszenz als intraorganismisch gesteuerter Entwicklungsprozeß bei der Gartenbohne.- 12.2 Lokale Seneszenzverhinderung und Rejuvenation von Bohnenblättern durch Cytokinine.- 12.3 Seneszenz der Blütenkronröhre bei der Prunkwinde und ihre Steuerung durch Ethylen.- Analytische Experimente.- 12.4 Einfluß der Stickstoffversorgung auf die Seneszenz der Kotyledonen junger Senfpflanzen.- 12.5 Steuerung von Seneszenz und Rejuvenation von Roggenblättern durch Cytokinine.- 12.6 Proteinstoffwechsel während der durch Verdunkelung induzierten Seneszenz von Weizenblättern.- 12.7 Hormonelle Kontrolle der Blattabszission bei der Gartenbohne.- A. Förderung und Hemmung der Abszission durch Hormonbehandlung.- B. Quantitative Bestimmung der Ethylen-induzierten Abszission mit einem mechanischen Bruchtest.- C. Histologische Veränderungen in der Trennzone vor der Abszission.- 13. Photomorphogenese.- Vorbemerkungen.- Demonstrationsexperimente.- 13.1 Skoto- und Photomorphogenese während der Keimlingsentwicklung bei Monokotylen und Dikotylen.- 13.2 Bedeutung des Plumulahakens für die Keimung unter der Erde.- 13.3 Regulation der photonastischen Blattbewegung bei Albizziadurch Phytochrom.- Analytische Experimente.- 13.4 Phytochrominduzierte Keimung von Lactuca-Achänen.- 13.5 Phytochrominduzierte Flavonoidbiosynthese in den Kotyledonen des Senfkeimlings.- A Messung der Anthocyansynthesekinetik.- B. Messung der Flavonolakkumulation nach chromatographischer Reinigung.- C. Messung der Induktionskinetik von Phenylalanin- ammoniumlyase.- 13.6 Messung der lichtinduzierten Chlorophyllbildung in Bohnenblättern in vivo und in vitro.- A. In-vivo-Messung der Protochlorophyllidreduktion.- B. In-vitro-Messung der Protochlorophyllidreduktion.- 13.7 Lichtregulation des Ascorbatgehalts in den Kotyledonen des Senfkeimlings. Identifizierung des verantwortlichen Photoreceptors.- 13.8 Lichtinduktion der Nitratreductase in den Kotyledonen des Senfkeimlings.- 13.9 UV-induzierte Flavonoidsynthese als Schutzmechanismus gegen kurzwellige Strahlung im Begonienblatt.- 13.10 Photoreaktivierung eines UV-Schadens an Kotyledonen des Senfkeimlings durch blauviolettes Licht.- 14 Regeneration.- Vorbemerkungen.- Demonstrationsexperimente.- 14.1 Regeneration von Adventivembryonen an isolierten Begonienblättern.- 14.2 Adventivwurzelregeneration an isolierten Sprossen und Blättern.- 14.3 Sproßregeneration an Wurzeln.- 14.4 Regeneration von Sproß und Wurzel an Segmenten des Linum-Keimlings.- 14.5 Regeneration von Skiereiden im Blatt der Kamelie.- Analytische Experimente.- 14.6 Induktion der Adventivwurzelbildung beim Senfkeimling durch Licht und Hormone.- 14.7 Polare Adventivwurzelregeneration am Hypokotyl von Bohnenkeimlingen.- 14.8 Wundinduzierte Regeneration von Xylemelementen am Hypokotyl von Bohnenkeimlingen und ihre Bedeutung für die Zelldifferenzierung.- 14.9 Stoffwechselaktivierung bei der Regeneration eines neuen Abschlußgewebes an isoliertem Speichergewebe der Kartoffelknolle.- A. Analyse der cytologischen Veränderungen und der Atmungsaktivierung an der Wundfläche.- B. Abhängigkeit der Stoffwechselaktivierung von der RNA- und Proteinsynthese.- 14.10 Bildung genetischer Tumoren als Entwicklungsanomalie bei Tabakhybriden.- A. Tumorinduktion an älteren Pflanzen durch Verletzung.- B. Tumorinduktion an Keimlingen durch Auxin.- 15. Wachstum und Differenzierung von Geweben und Zellen in vitro.- Vorbemerkungen.- Demonstrationsexperimente.- 15.1 Wundkallusbildung an Zweigsegmenten der Pappel.- 15.2 Adventivpflanzenbildung an Hypokotylexplantaten von Linum-Keimlingen.- 15.3 Regeneration haploider Embryonen aus unreifen Tabakpollen.- Analytische Experimente.- 15.4 Regeneration von Sproß- und Wurzelanlagen an einer Kalluskultur aus Tabakgewebe.- 15.5 Herstellung einer Zellsuspensionskultur aus Karottenwurzelgewebe.- 16. Bewegung und Orientierung im Raum.- Vorbemerkungen.- Demonstrationsexperimente.- 16.1 Photophobische Reaktion bei Rhodospirillum.- 16.2 Phototaxis bei Euglena.- 16.3 Lichtabhängige Chloroplastenorientierung bei Funaria und Mougeotia.- 16.4 Nachweis der photosynthetischen O2-Produktion durch die Chemotaxis von Bakterien (ENGELMANNscher Versuch).- 16.5 Plasmaströmung in den Epidermiszellen der Haferkoleoptile.- 16.6 Seismonastische Bewegung der Mimosa-Blätter.- 16.7 Grundphänomene und Wellenlängenabhängigkeit des Phototropismus junger Keimpflanzen.- 16.8 Photonastische und phototropische Bewegung der Primärblätter der Gartenbohne.- 16.9 Grundphänomene des Gravitropismus junger Keimpflanzen.- Analytische Experimente.- 16.10 Wirkungsdichroismus bei der lichtinduzierten Starklichtorientierung der Chloroplasten im Funaria-Blatt.- 16.11 Gravitropische Reaktion des Sonnenblumenhypokotyls und der Maiskoleoptile - ein Vergleich.- 16.12 Die phototropische Reaktion der Haferkoleoptile.- 16.13 Auslösung der nastischen Bewegung des Bohnenprimärblattes durch Auxin.- 17. Biorhythmen: Endogene Rhythmik („innere Uhr“) und Photoperiodismus.- Vorbemerkungen.- Demonstrationsexperimente.- 17.1 Schwingungsauslösung durch überschießende Reaktion bei der Gravireaktion des Sonnenblumenhypokotyls („gravitropisches Pendel“).- 17.2 Transpirationsrhythmik bei Bohnenpflanzen.- 17.3 Exudationsrhythmik der Wurzel dekapitierter Bohnenpflanzen.- 17.4 Photoperiodismus der Blühinduktion bei der Kurztagpflanze Chenopodium rubrumund der Landtagpflanze Sinapis alba.- Analytische Experimente.- 17.5 Kontinuierliche Registrierung der Blattbewegungsrhythmik bei Bohnenpflanzen.- 17.6 Auslösung der Knollenbildung an Kartoffelstecklingen durch unterkritische Photoperioden.- 1. Herstellung einer HOAGLANDschen Nährlösung.- 2. Physikalische Meßgrößen, Einheiten, Umrechnungsfaktoren und Konstanten.- 3. Anschriften der im Text erwähnten Firmen.