Zusammenfassung Pflanzenökologie (Systematik)

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1 Zusammenfassung Pflanzenökologie (Systematik) Grundlagen Die zwei wichtigsten Artkonzepte Biologisches Artkonzept Morphologisches Artkonzept Vier Typen der reproduktiven Isolation, die zur Artbildung führen können Prä Pollination: Geographische Trennung bei der Allopatrischen Artbildung, Phänologie, Ethologie (anderes Verhalten z. B. andere Bestäuber). Präzygotische: Selbstinkompatibilität, Pollenkonkurrenz Postzygotische: Hybrid-Fitness (z. B. Tod vor Geschlechtsreife), Hybrid-Sterilität Schnelle und langsame Typen der Artbildung (tabellarischer Vergleich der Merkmale) Schnelle Typen: - Saltational - Änderung des Befruchtungssystems - Hybridisierung - Polyploidisierung (Artbildung unabhängig von Umwelteinflüssen) Langsame Typen: - Allopatrische Artbildung - Radiationen auf Inseln - Sympatrische Artbildung (Arbildung aufgrund von Umwelteinflüssen) Die vier Aufgaben der Systematik 1. Aufklärung der abgestuften Ähnlichkeiten der Lebewesen ( Systematik) 2. Rückschlüsse auf die Stammesgeschichte ( Phylogenetik) 3. Wissenschaftliche Gruppierung der Sippen ( Taxonomie) 4. Verbindliche Benennung der Sippen ( Nomenklatur) Unterschied zwischen homologen und analogen Merkmale und deren Bedeutung für die Systematik Homologe Merkmale: haben einen gemeinsamen Ursprung aber nicht notwendigerweise dieselbe Funktion Grundlage der Systematik Analoge Merkmale: haben dieselbe Funktion und ähnlichem Erscheinungsbild aber einen unterschiedlichen evolutionären Ursprung (z.b. haben sich parasitische Pflanzen unabhängig voneinander in unterschiedlichen Gruppen entwickelt) kein Systematischer Wert Vier Typen geschlechtlicher und ungeschlechtlicher Fortpflanzung Sexuelle Fortpflanzung Isogamie Anisogamie Oogamie

2 Cytogamie Asexuelle Fortpflanzung Bildung von Achsenorganen Dividuenbildung Brutbecher Brutblatt (Kalanchoe) Heterophasischer Generationenwechsel Welche Umweltbedingung können dafür sorgen, dass auf kleinstem Raum (wenige 10 m Entfernung) Individuen einer Pflanzenart reproduktiv voneinander isoliert sind? Eine wasserbestäubte Art in zwei Armen desselben Flusses. Eine Windbestäube Art auf zwei Seiten eines dichten Waldes Die Bestäuber entwickeln Vorlieben für bestimmte Phänotypen (Sexuelle Selektion) In der Pflanzenzüchtung sind Hybridlinien gang und gäbe. Was unterscheidet aber eine Hybridsorte Weizen fundamental von einer Hybridart wie unserer Parkplantane? Weizen besteht aus verschiedenen Grasarten die in der Natur kaum Nachkommen bilden würden. Die Parkplantane (besteht aus zwei Arten) zwei Plantanen wurden gekreuzt.

3 Algen Heterophasischer isomorphen Generationswechsel Unterschied asexuelle und sexuelle Fortpflanzung Bei der sexuellen Fortpflanzung werden die Gene zweier Individuen gemischt und neu verteilt. Sexuelle Fortpflanzung benötigt Meiose und ist teuer. Bei der asexuellen Fortpflanzung sind die Nachkommen Klone des Elters. Die Nachkommen werden mitotisch gebildet. Unterschied Gameten/Sporen Gameten: Keimzelle; eine haploide Zelle wie eine Ei- oder Samenzelle. Gameten verschmelzen. Sporen: Eine durch Meiose produzierte haploide Zelle im Lebenszyklus von Pflanzen und Algen, aus der durch mitotische Teilung ohne Verschmelzung mit einer anderen Zelle ein mehrzelliges Individuum, der Gametophyt hervorgeht Erklärung für die Vielfalt der Chloroplastentypen bei Algen und die Bedeutung für die Evolution und Systematik Die Vielfalt der Chloroplastentypen entstand durch Endosymbiose mit Cyanobakterien.

4 Warum sind Algen für die Fortpflanzung auf Wasser angewiesen? Algen verfügen zu Fortpflanzung über begeisselte Zoosporen. Zoosporen benötigen Wasser um sich zu bewegen. Warum sind baumartige und krautartige Algen auf das Meer beschränkt und finden sich nicht auf dem Land? Algen besitzen kein Leit- und Stützgewebe Welche Bedeutung hat das ozeanische Plankton auf die Sauerstoffproduktion auf der Erde und die Evolution der Atmosphäre? Das ozeanische Plankton ist der grösste Sauerstoffhersteller auf der Erde. Das Leben auf dem Land hat sich erst nach der Sauerstoffanreicherung der Atmosphäre entwickelt. Also war das ozeanische Plankton lange Zeit die einzigen Organismen die Photosynthese betrieben haben. Moose Unterscheidung der Grossgrupppen anhand von morphologischen Merkmalen Laubmoose Gametophyt belaubt Blattanordnung meist spiralig Blätter mit differenzierten Zellen und Mittelrippe (auch innerhalb des vegetativen Körpers) Sporophyt ausdauernd, Kapsel mit Peristomzähnen und Kalyptra Torfmoose Torfbildner Spitze mit Endknospe An Spitze wachsend, an Basis absterbend Keine Rhizoide Blatt rippenlos (genügend Wasser zur Festigkeit vorhanden) Säurezeiger 25*H 2 O Speicherkapazität Thallöse Lebermoose Heilpflanzen Gametophyt thallös, Atemöffnungen Sporophyt kurzlebig Ölkörper

5 Foliose Lebermoose Gametophyt überwiegend folios Dreizeilig beblättert; ventrale Blätter kleiner, andersgestaltig oder fehlend; ohne Rippen Sporophyt kurzlebig Ölkörper Hornmoose Horn- oder schotenförmiger Sporophyt Rosettenförmig, mehrschichtig, am Rand gelappter Thallus Atemöffnungen im Gametophyten (Beginn des aktiven Gasaustauschs) Thalluszellen mit einem schüsselförmigen Chloroplasten Grünalgen Thallusbau Ur-Farne Lappenrosetten

6 Generationswechsel thallöses Lebermoos Generationswechsel Laubmoos Warum sind Moose für die Befruchtung auf Wasser angewiesen? Damit die Spermatozoiden zur Eizelle schwimmen können.

7 Warum können Moose hervorragend für Bioindikationen herangezogen werden? Wasser- und Nährstoffaufnahme über Oberfläche Kurze Lebenszyklen Ganzjährig präsent Makroskopisch erkennbar Welche Moose sind in der menschlichen, säugetierischen oder sonst tierischen Nahrungskette direkt eingebunden? Moose sind in keine Nahrungsketten direkt eingebunden, da sie nur sehr wenige Nährstoffe enthalten. Sind Moose mono-, poly- oder paraphyletisch? Paraphyletisch

8 Farne Heterosporer Generationswechsel Unterscheidung der Grossgruppen der Farne anhand von morphologischer Merkmale Gabelfarn Erster landlebender Pflanzenorganismus (Fossilien) Bärlappe Männchen und Weibchen auf dem gleichen Gametophyt Dominierten die Karbonwälder mit anderen Organismen Grundlage der Erdölreserven Ober- oder unterirdische kriechende Hauptachse von ihr gehen kürzere Seitenäste weg. Schachtelhalme Reproduktion und vegetatives Wachstum getrennt Nodien mit dazwischenliegenden Internodien Sporen mit Hapteren Rund um die Nodien unscheinbare Blätter Echte Farne Sporangien auf der Blattunterseite Spermatozoiden Grosse, häufig gefiederte Blätter Blätter während des Wachstums oft eingerollt

9 Rhizom Moosfarne Gametophytengeneration auf das innere der Sporen verlagert Blätter klein und schuppenartig Homosporer Generationswechsel Wieso finden sich bei Farnen baumförmige Vertreter, bei Moosen aber nicht? Farne haben Leitbündel. Moose haben nur Leitstränge (nur einzelne Zellen) Nacktsamer Unterscheidung der Grossgruppen aufgrund von morphologischen Merkmalen Palmfarne (keine Palme, kein Farn) Spermatozoide Farnförmige Blätter (einfach gefiedert) diözisch Ginkgo biloba Lebendes Fossil Diözisch Fächerförmige Blätter mit einer Kerbe in der Mitte Spermatozoiden

10 Zypressengewächse Nadel- oder Schuppenblätter Leitgewebe ermöglicht Bäume um 100 m Meist monözisch Kieferngewächse Monözisch Mit Ausnahmen (Lärche) immergrüne Bäume Nadeln Welwitschia mirabilis Diözisch Zwei bandförmige Blätter Bestäubt durch rote Wanzen Blätter wachsen von unten Meerträubchen schuppenartige Blätter verholzt Zweige übernehmen Photosynthese Heisse Sommer, kalte Winter Gnetum spp. Stängelgewebe stülpt sich um Samen Verholzt Tracheen

11 Generationswechsel Synapomorphien der Gymnospermen 1. Samen (nicht von Fruchtblättern eingeschlossen 2. Tracheiden 3. Siebzellen Welche Stadien im Generationswechsel der Nacktsamer sind im Vergleich zu Farnen und Moosen unabhängig von Wasser geworden? Die Befruchtung ist wasserunabhängig. Bis auf den Ginkgo und Palmfarne besitzen alle Nacktsamer unbegeisselte Gameten, die für den Weg zur Eizelle nicht auf Wasser angewiesen sind. Zählen sie vier Nacktsamer auf, deren Samen von Menschen gegessen werden? 1. Wachholder (Schnaps) 2. Ginkgo (geröstete Samen) 3. Pinienkerne 4. Gnetum spp. Wie erklären sie sich, dass Kieferngewächse auch an den kältesten Orten Sibiriens und Nordamerikas Waldstände bilden können? Die Nadelblätter überstehen Frostperioden durch ihren stabilen Bau und eingelagerte Frostschutzmittel. Nadeln besitzen kleine Oberflächen, stabile Festigungsgewebe im Innern und eine dicke Wachsschicht auf der Oberfläche, dadurch verlieren Nadeln weniger Wasser. Kiefern besitzen tiefreichende Pfahlwurzeln und kann auf Böden wachsen die für andere Bäume zu karg sind.

12 Angiospermen Unterscheidung der Grossgruppen anhand von morphologischen Merkmalen Amborella trichopoda Kleine immergrüne Sträucher bis baumartig Blütenstände Tracheen und Ölkörper fehlen Glatte, gelappte oder gesägte Blattränder Seerosengewächse (Nimphaeacea) Endständige Staubbeutel Sehr viele Staubbeutel Viele Blütenblätter Magnoliengewächse (Magnoliacae) Viele Blütenblätter spiralig aufeinander folgend Randständige Staubbeutel Fruchtblatt nicht vollständig geschützt Fruchtblätter untereinander nicht verwachsen Einkeimblättrige (Monokotyledonae) Ein Keimblatt Blattadern: gewöhnlich paralell Blütenteile: gewöhnlich in vielfachen von drei Zweikeimblättrige (Eudikotyledonae) zwei Keimblätter Blattadern: gewöhnlich netzartig Blütenteile: gewöhnlich in vielfachen von vier oder fünf

13 Generationswechsel Synapomorphien 1. Samen in Früchten eingeschlossen 2. Triploides Endosperm 3. Tracheen 4. Blüten Bau eines Angiospermensamen

14 Erklärung des Aufbaus einer Blüte Unterschiede Monokotyledonen/Dikotyledonen Merkmal Monokotyledonen Dikotyledonen Keimblätter Eines Zwei Blattadern Gewöhnlich parallel Gewöhnlich netzartig Blütenteile Gewöhnlich in Vielfachen von drei Gewöhnlich in Vielfachen von 4 oder 5 Anordnung der Leitbündel zerstreut ringförmig im Spross Sekundäres Dickenwachstum Nein ja Pollen Drei Teilungsfurchen Warum sind Bedecktsamer auf der Welt so erfolgreich? Bedeckte Samen Sexuelle/vegetative Fortpflanzung Schnelle Samenbildung Koevolution mit Insekten Anuelle Lebensform Hybriden, Polyploidie Homeotische Gene Progressionen im Blütenbau der Angiospermen Blütenbau (Zyklisierung) Symmetrie (Radiär- zu Zygomorphie)(Zygomorphie=eine Symmetrieachse) Blütenachse (Stauchung, Einsenkung) Blütenhülle (Differenzierung, Reduktion) Verwachsen und Reduktion der Fruchtblätter Welche Formen der vegetativen Reproduktion haben Angiospermen Ausläufer Brutknospen (Kalanchoe)

15 Einheimische Pflanzenfamilien Unterscheidung der Pflanzenfamilien anhand von morphologischen Merkmalen Liliengewächse (Lilacea) Monokotyledonen Rhizome vorhanden 6 Perigonblätter (verwachsen) 6 Staubblätter 1 Fruchtblatt Wechselständige Blätter Feuerlilie, Schnittlauch Orchideen (Orchidaceae) Monokotyledonen Samen sehr klein keimen nur mit Mykorrhiza Labellum (Lippe) Fruchtknoten gedreht (Twist) Pollinarium Frucht- und Staubblätter verwachsen Frauenschuh, Widerbart Süssgräser (Poaceae) Monokotyledonen Windbestäubt Vorspelze, Deckspelze, Hüllspelze Ligula (Blatthäutchen) Knoten Dominieren Steppen Schilfrohr, Zittergras

16 Sauergräser (Cyperaceae) Monokotyledonen Secken haben Ecken Mönözisch, diözisch, zwittrig Frühlings-Segge, Davall-Segge Hahnenfussgewächse (Ranunculacea) Dikotyledonen Nektarblätter Perigonblätter Hahnenfüssige Blätter Sumpfdotterblume, Buschwindröschen Nelkengewächse (Caryophyllaceae) Dikotyledonen Kelch häufig verwachsen Fruchtblätter verwachsen (Anzahl ist Gattungsspezifisch) Gegenständige Blätter Acker-Waldnelke, Echtes Seifenkraut

17 Schmetterlingsblütler (Fabaceae) Dikotyledonen Hülsenfrüchte Fahne, Flügel, Schiffchen Bakterienknöllchen (Rhizobien) Rot-Klee, Hornklee Rosengewächse (Rosaceae) Dikotyledonen Fiederblätter Radiärsymmetrische Blüten Häufig Nebenblätter Walderdbeere, Schlehe Kreuzblütler (Brassicaceae)

18 Dikotyledonen Wechselständige Blätter Schoten (Samen auf einer falschen Scheidewand) Ein Fruchtblatt mit vielen Samen Raps, Garten-Rettich Lippenblütler (Lamiaceae) Dikotyledonen 4-kantiger Stengel Kronblätter vollkommen verwachsen Kreuz-gegenständige Blattstellung Ein Fruchtblatt, vier Samen Klausen Oft ätherische Öle Wiesen-Salbei, Feld-Thymian Doldenblütler (Apiaceae) Dikotyledonen Dolden (häufig Doppeldolden Hüllblätter Hüllchenblätter Fiederblätter (2-3 fach gefiedert) Häufig ätherische Öle Geissfuss, Kümmel

19 Korbblütler (Asteraceae) Dikotyledonen Viele kleine Blüten zu einer Blume zusammengefasst Verwachsene Kronblätter Blütenboden Löwenzahn, Gänseblümchen Welches sind die zwei grössten Pflanzenfamilien weltweit? Orchideen und Korbblütler Fruchtknoten Unterständiger Fruchtknoten: Apfelbaum Mittelständiger Fruchtknoten: Schlehdorn Oberständiger Fruchtknoten: Wald Geissbart Fruchttypen/-eigenschaften Schote: Arabidopsis, Senf, Rettich Schötchen: einjähriges Silberblatt Hülse: Erbse Beere: Johannisbeere Sammelnussfrucht: Erdbeere Sammelsteinfrucht: Brombeere Nuss: Hasel Balg: echter Sternanis Achäne/Pappus: Löwenzahn Kapsel: Mohn