Pilze die Vielfalt Schimmelpilze, Schlauchpilze, Ständerpilze und Hefen

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1 Pilze die Vielfalt Schimmelpilze, Schlauchpilze, Ständerpilze und Hefen Organismenreiche 2 Reiche - von Aristoteles bis Linné Bis 1969 Robert H. Whittaker überzeugend 5 Reiche bezeichnete Erstmals stellten die Pilze ein eigenes Reich Aber auch im Protisten-Reich findet man Vertreter, die im Rahmen der Pilzkunde (Mykologie) untersucht werden Systeme der Klassifizierung ändern sich Die meiste Lebensvielfalt ist mikroskopisch: Eubakterien und Archaea werden in 2 eigenen Reichen untergebracht (6 Reiche-System von Cavalier-Smith) 1

2 Pilze in der Mikrobiologie (was ihr schon von Pilzen gehört habt ) Angewandte Mikrobiologie, Biotechnologie Saccharomyces cerevisiae (Bier, Brot) Penicillium roquefortii (Käse) Penicillium chrysogenum und Acremonium chrysogenum (Antibiotika) Aspergillus niger (Citronensäure, Apfelsaft! ) Forschung an schnell zu züchtenden haploiden Eukaryoten Neurospora crassa Aspergillus nidulans Saccharomyces cerevisiae als Versuchskaninchen Ökologie, Physiologie, Diversität, Pflanzenpathologie etc. 2

3 Pilze sind...& haben... Eukaryotisch, haploid (n) Manchmal auch dikaryotische (n+n) und diploide (2n) Perioden Unbeweglich Ausnahme im Reich Fungi: Sporen der Chytridiomycota Ausnahme Pilz-ähnliche Protisten: Oomycota Zellwand besteht überwiegend aus Chitin (R=NH-CO-CH 3 ) Einzellig (Hefen) und mehrzellig (fädige oder myzeliale Pilze) Spitzenwachstum der zylindrischen Zellen, die sich verzweigen Sporen als Verbreitungs- und Überdauerungseinheiten Pilzsporen Verbreitungs- und Überdauerungseinheiten Verbreitung - Mehrzahl Überdauerung - verdickte Zellwände mit eingelagerten Pigmenten, sehr niedriger Wassergehalt Asexuelle (durch mitotische Teilung, an den Sporenträgern) Sexuelle (nach Verschmelzung der Zellen und Kernphasenwechsel, meistens in den Fruchtkörpern) In verschiedenen Stadien des Lebenskreislaufs kommen beide Sporentypen vor 3

4 Pilze und ihre Fruchtkörper Makroskopische Pilze nur die Fruchtkörper Entstehen aus einem Geflecht mikroskopischer Hyphen Funktion der Fruchtkörper - Schutz und Verbreitung der Sporen Morphologie der Pilze - Hyphe, Myzel, Kolonie Polona Zalar & Nina Gunde-Cimerman Prof. Trinci Myzel (fädige Strukturen) mit dem Durchmesser von 1 bis 10 µm Spitzenwachstum Durchdringung und große Oberfläche 4

5 Hefen und Hyphen Zellwand besteht überwiegend aus Chitin, Glucanpolymeren, Proteinen und Pigmenten, z.b. Melanin Einzellig (Hefen) und mehrzellig (fädige oder myzeliale Pilze) Isotropisches Ballon -Wachstum bei Hefen, Spitzenwachstum bei Hyphen Erbgutorganisation DNA in Chromosomen, Kerne klein Mitose häufig innerhalb der Kernmembran - schwierig nachzuweisen Mehrzahl der Pilze hat mehrere Kerne pro Zelle (bis 50 bei manchen Arten) Hefen und Hyphen Für Spitzenwachstum verantwortlich - Spitzenkörper, ein Ansammlung von Vesikeln an der Hyphenspitze fädiger Pilze (SpK) Vesikeln enthalten Bausteine für die Zellwand Enzyme für die Aufweichung der Zellwand Mitochondrien (Mi) ER - endoplasmatisches Retikulum Golgi Komplex (GC); auch Golgi-Apparat Vakuole 5

6 Organisation der Pilzkolonie Mehrzellige Pilze sind durch Querwände oder Septen unterteilt Septen sind durchlässig für Cytoplasma und Stofffluss, manchmal sogar für Zellorganellen wie Zellkerne Zwischen den Septen liegen Zellen oder Hyphenkompartimente Septen dienen als systematisches Merkmal An der Spitze wachsende zylindrische Zellen, die sich verzweigen und vernetzen Netzwerke des Myzels im Substrat mehrere Meter, Transportfunktion Basis für die Systematik: Unterschiede in Vermehrung, vor allem bei der Meiose und meiotischen Sporen Kernphasenwechsel/ Generationswechsel Merkmale untermauert durch molekularbiologische Daten 6

7 Jochpilze (Zygomycota) Chitin in der Zellwand Sporen werden innerhalb der Sporangien entstehen Keine Fruchtkörper Jochpilze (Zygomycota) Zersetzer (Zuckerpilze, erfolgreiche Strategie an leicht verdaulichen Stoffen) Parasiten von Insekten Symbionten (VAM Mykorrhiza) 7

8 Schlauchpilze (Ascomycota) Chitin in der Zellwand Sporen asexuell exogen; sexuell in Asci Größte Pilz-Gruppe Fruchtkörper von verschieden Typen, auch makroskopische Schlauchpilze (Ascomycota) Parasiten (Echter Mehltau) Symbionten (Flechten, Mykorrhiza) Zersetzer 8

9 Ständerpilze (Basidiomycota) Chitin in der Zellwand Dikaryotische Phase (zeitlich verzerrter Vermehrungsprozess) Sporen exogen an der Basidie; Basidien an dem Fruchtkörper (Schutz und Verbreitung) Ständerpilze (Basidiomycota) Saprotrophe (z. B. Holzzerstörer) Parasiten (lebendige Wirte) Symbionten (Mykorrhiza oder Pilzwurzel) 9

10 Rolle der Pilze in Ökosystemen Absorptive Ernährungsweise und vielfältige Enzyme machen die Pilze zu wichtigen Zersetzern und Mineralisierern Wachstum in fädigen Strukturen gewährleistet eine große Kontaktoberfläche mit dem Substrat oder anderen Organismen Pilzliche Biomasse in manchen Ökosystemen erreicht 75% Chemoorganoheterotroph - org. Materialien notwendig Lebensweise der Pilze Saprophyten: Boden (1g enthält m Pilzmyzel) Holz (Abbau und Verfärbung) Sämtliche organische Materialien Anorganische Materialien als Wachstumsunterlage Parasiten auf Pflanzen, Algen, Tieren Symbionten mit Bäumen (Mykorrhiza), Algen, Cyanobakterien (Flechten) 10

11 SAPROPHYTEN Substratmyzel, Exoenzyme und Osmotrophie Aufschliessbare Nährstoffe -Kohlenhydrate (Cellulose, Stärke, Pektine, Lignin, Lignocelulose) -Proteine (auch Keratin) -Fette PARASITEN Direkter Kontakt und geregelte ernährungsphysiologische Beziehungen Myzel auf der Oberfläche oder zwischen den Zellen, aber immer in die Zelle eindringend, um direkten Plasmalemmakontakt zu gewährleisten 11

12 PARASITEN Metabiotrophe Parasiten: zuerst parasitisch, dann von dem abgestorbenen Wirt Biotrophe Parasiten: Ernährung von dem lebenden Wirt (Pflanzen, Insekten), häufig nur Krankheit, kein Absterben Umkehrung der Balance: Pilze als Wirte bei den Orchideen Mutterkorn ein lokaler Parasit Geregelter Lebenszyklus, weil angepasst an den Wirt Nur ein Korn wird befallen, noch als Blüte Überdauerungsform für den Winter, danach werden die Fruchtkörper geformt (meiotische( Sporen) Mannigfaltige Stoffwechselprodukte (LSD) 12

13 SYMBIONTEN Symbiose, oder Zusammenleben Mutualismus Gegenseitiges Nutzen Kontakt der Lager Stabile Verhältnisse des Stoffaustausches Charakteristische morphologische Strukturen an den Kontaktstellen Die Grenzen zwischen Parasitismus (para daneben, sitos - Brot) und Mutualismus (physiologisch und ökologisch fakultativ) sind fließend Symbiotische Pilze Mykorrhiza Symbiose mit höheren Pflanzen (Bäume, Gräser) Flechten Symbiose mit Algen oder/und Cyanobakterien 13

14 Mykotrophie der Pflanzen 80% der Pflanzen sind obligat mykotroph, 10% fakultativ mykotroph Pilze wachsen in engem Kontakt mit der Pflanzenwurzel In der Zelle Als Pilzmantel um die Wurzel Charakteristische Morphologie Charakteristische Physiologie Mykotrophie der Pflanzen Gegenseitiger Nutzen Wasser, P-, N- und Ca-Verbindungen für die Pflanze (Funktion der Saugwurzel wird an die Hyphen übergeben) Assimilierte Kohlenhydrate für den Pilz Kontakt der Lager Auflösung der eingedrungenen Hyphen alkalische Phosphatasen in den Kontaktbereichen Glukose und Saccharose werden in der Hyphe sofort in Trehalose und Mannitol umgewandelt 14

15 Ektotrophe Mykorrhiza der Bäume Fs fungal sheath (Mantel aus Pilzhyphen, die auch außerhalb der Wurzel weiter in den Boden wachsen) Hn Hartig`sches Netz (Myzel zwischen den Zellen) Epi - Wurzelepidermis Mykorrhiza als Wachstumförderer Wachstum der Pflanze als Antwort auf die Phosphorzugabe See also: Smith, S.E., Smith, F.A. & Jakobsen, I. (2003) Plant Physiol. 133:

16 Flechten Duale Organismen Mykobiont Pilz Photobiont Alge oder Cyanobacterium FLECHTEN Photobionten: Grünalgen und Cyanobakterien Mykobionten: Asco- und Basidiomyzeten Photobionten kommen auch freilebend vor, und der Name gehört dem Mykobionten Mykobiont ist formgebend und vermehrt sich sexuell Photobiont ist photosynthetisch sehr aktiv und teilt sich nur Kontakte: Zellwand/Zellwand bis Membran/Membran 16

17 FLECHTEN Aufbau des Lagers: Rinde (Cortex), Photobionteschicht und Markschicht (Medula) Fruchtkörper der Flechten Vegetative Vermehrung beider Bionten Soredien (Öffnung in der Rinde, und Gruppen von Algenzellen mit Hyphen umflochten) Isidien (Auswüchse mit der Rinde) In unwirtlichen Habitaten dominieren häufig die Flechten Flechtenlager Form und Struktur durch Mycobiont bestimmt Lagerform Krustenflechten Blattflechten Strauchflechten 17

18 Krustenflechten dem Untergrund dicht aufliegend, mit dem Substrat verwachsen besitzen nur die obere Rinde Wachstumszone am Rand Blattflechten dem Untergrund locker aufliegend Geschützt durch Rinde von oben und von unten Wachstumszone am Blattrand 18

19 Strauch- und Bartflechten Strauchförmig, rund im Querschnitt Rinde rundum Wachstumszone am Ende der Äste Nur in Reinluftgebieten, besonders sensitiv gegen der Luftverschmutzung Vorkommen Nahezu alle Lebensräume Verschiedene Substrate Holz, Bäume Gestein, Glas, Boden Blätter (tropisch) Konkurrenzschwach, da Wachstumsgeschwindigkeit sehr niedrig ist An Extremstandorten, wo die Vegetationsperioden kurz sind (Wüste, Hochgebirge, Permafrostböden, Tundren) oft den Blütenpflanzen überlegen In Tundra vegetationsbestimmend, weil Photosynthese schon bei sehr niedrigen Temperaturen anfangen kann 19

20 Nutzen der Flechten Bodenbildung durch Gesteinsverwitterung Nahrungsquelle für Tiere (Renntiere in Tundra) Enthalten biologisch aktive Substanzen wie Heilmittel und Farbstoffe Bioindikation von Umweltbelastungen 20