Inhaltsverzeichnis Vorwort 1. Die Wissenschaft von der Pflanze 15 1.1. Prinzipien der Entfaltung pflanzlichen Lebens 15 1.2. Die Pflanze im Energiehaushalt der Natur 18 1.3. Teilgebiete der Botanik 20 2. Chemischer Aufbau der Pflanzen 21 2.1. Elementare Zusammensetzung der Pflanzen 21 2.2. Metallenzyme 23 2.3. Das Wasser 24 2.4. Biologische Makromoleküle 25 2.5. Nucleinsäuren 26 2.5.1. Bausteine 26 2.5.2. Allgemeine Primärstruktur der Nucleinsäuren 28 2.5.3. Aufbau der DNA 29 2.5.4. Ribonucleinsäure 30 2.6. Proteine und Aminosäuren 33 2.6.1. Einteilung der Proteine 33 2.6.2. Aminosäuren 33 2.6.3. Aminosäuren werden durch Peptidbindung zu Polypeptiden verknüpft.... 35 2.6.4. Die Mannigfaltigkeit der Proteine ist nahezu unendlich 36 2.6.5. Die Hierarchie der Proteinstrukturen 36 2.6.6. Physikalisch-chemische Eigenschaften von Proteinen 38 2.7. Kohlenhydrate 39 2.7.1. Allgemeine Merkmale der Kohlenhydrate 39 2.7.2. Zusammengesetzte Kohlenhydrate 41 2.8. Lipide 44 2.8.1. Fette 45 2.8.2. Phospholipide und Glykolipide 46 2.8.3. Wachse 47
8 Inhaltsverzeichnis 3. Die pflanzliche Zelle 48 3.1. Aufbau der Pflanzenzelle 49 3.2. Zellkern (Nucleus) 51 3.3. Piastiden 55 3.4. Mitochondrien 59 3.5. Cytoplasma 60 3.5.1. Grundplasma 60 3.5.2. Membranen 61 3.5.3. Dictyosomen (Golgi-Apparat) 63 3.5.4. Lysosomen 64 3.5.5. Weitere vesikuläre Membranstrukturen 65 3.5.6. Ribosomen 66 3.5.7. Geißeln 66 3.6. Ergastische Einschlüsse 68 3.6.1. Zellsaft-Vakuolen (Vakuom) 68 3.6.2. Aleuronkörner 69 3.6.3. Lipidvakuolen 69 3.6.4. Stärkekörner 70 3.6.5. Kristalle 71 3.7. Zeilwand 72 3.7.1. Mittellamelle 72 3.7.2. Primärwand 72 3.7.3. Sekundärwand und Cuticula 73 3.8. Die Zelle der Prokaryoten 75 4. Gewebe 76 4.1. Bildungsgewebe (Meristeme) 76 4.2. Grundgewebe (Parenchyme) 78 4.3. AbschluBgewebe 80 4.4. Absorptionsgewebe 86 4.5. Leitgewebe 86 4.6. Ausscheidungs- oder Sekretionsgewebe 91 4.7. Festigungsgewebe 95 4.7.1. Kollenchym 96 4.7.2. Sklerenchym 97 5. Grundorgane 99 5.1. Same und Keimpflanze 100
Inhaltsverzeichnis 9 5.2. Sproßachse 104 5.2.1. Entstehung der Achse 104 5.2.2. Verzweigung 106 5.2.3. Primärer Bau der Sproßachse 111 5.2.4. Sekundärer Bau der Sproßachse 113 5.2.5. Holzkörper 115 5.2.6. Sekundäre Rinde und Borke 121 5.3. Blatt 122 5.3.1. Entwicklung und Bau des Laubblattes 122 5.3.2. Blattypen 127 5.3.3. Blattstellung 128 5.4. Wurzel 130 5.4.1. Aufbau der Wurzel 130 5.4.2. Sekundäres Dickenwachstum der Wurzel 133 5.4.3. Formen der Radikation 134 5.5. Gestalt-und Funktionswandel der Grundorgane 135 5.5.1. Speicherung 137 5.5.2. Befestigung 140 5.5.3. Abwehr 143 5.5.4. Photosynthese 143 5.5.5. Stoffaufnahme 145 5.6. Fortpflanzung und Vermehrung 146 5.6.1. Vegetative Vermehrung 146 5.6.2. Vermehrung durch Keimzellen (Gonite) 147 6. Systematik und Evolution 153 6.1. Grundlagen der systematischen Botanik 153 6.1.1. Aufgaben und Gliederung 153 6.1.2. Entwicklung der Pflanzensysteme 153 6.1.3. Methoden der Taxonomie und Verwandtschaftsforschung 154 6.1.4. Taxonomische Kategorien 157 6.1.5. Nomenklatur 158 6.2. Evolutionsforschung 159 6.2.1. Deszendenztheorie 159 6.2.2. Modifikative und genetische Variation 160 6.2.3. Rekombination 162 6.2.4. Selektion 162 6.2.5. Isolation 163 6.2.6. Hybridisation 164 6.2.7. Phasen der Sippenentwicklung 165
10 Inhaltsverzeichnis 6.3. Übersicht über das System 165 6.3.1. Reich Prokaryota 166 1. Abteilung Bacteria 169 2. Abteilung Cyanobacteria (Cyanophyta) 172 Viren und Phagen 174 6.3.2. Reich Plantae, Algen 176 1. Abteilung Chlorophyta 179 2. Abteilung Euglenophyta 186 3. Abteilung Chromophyta 187 4. Abteilung Dinophyta 195 5. Abteilung Cryptophyta 196 6. Abteilung Rhodophyta 196 6.3.3. Reich Fungi 199 1. Abteilung Myxomycota 199 2. Abteilung Oomycota 201 3. Abteilung Eumycota 203 6.3.4. Reich Plantae (Fortsetzung): Abteilungsgruppe Archegoniatae 222 1. Abteilung Bryophyta 223 2. Abteilung Pteridophyta 228 3. Abteilung Spermatophyta 240 Unterabteilung Coniferophytina 242 Unterabteilung Cycadophytina 244 Unterabteilung Angiospermophytina 246 Klasse Dicotyledoneae 258 Klasse Monocotyledoneae 279 7. Stoffwechselphysiologie 294 7.1. Bioenergetische Grundlagen des Stoffwechsels 294 7.1.1. Die Hauptsätze der Thermodynamik und die Lehre von den Gleichgewichten. 294 7.1.2. Energetische Kopplung und energiereiche Phosphatbindung 297 7.1.3. Redoxreaktionen und Elektronentransportketten 299 7.2. Biologische Katalyse, Enzymwirkung 301 7.2.1. Allosterische Enzyme 304 7.3. Ernährungstypen 305 7.3.1. Klassifizierung 305 7.4. Assimilatorischer und dissimilatorischer Stoffwechsel 305 7.5. Dissimilatorische Prozesse 305 7.5.1. Die Phasen des Abbaus von Reservestoffen 305 7.5.2. Abbau der Glucose 307 7.5.3. Die Mobilisierung polymerer Kohlenhydrate 319 7.5.4. Proteinabbau 320 7.5.5. Abbau von Aminosäuren 321 7.5.6. Die Mobilisierung von Fetten 321
Inhaltsverzeichnis 1 1 7.6. Die autotrophe CO 2 -Assimilation 322 7.6.1. Die photosynthetisch aktiven Pigmente 323 7.6.2. Der molekulare Aufbau photosynthetisch aktiver Membranen 328 7.6.3. Lichtabsorption und Energieleitung 329 7.6.4. Der photosynthetische Elektronentransport 332 7.6.5. Der Mechanismus biologischer Phosphorylierungen 333 7.6.6. Einfluß von Herbiziden auf den photosynthetischen Elektronentransport... 334 7.6.7. Assimilation des CO 2 334 7.6.8. Die Energetik der Photosynthese 341 7.6.9. Ökologie der Photosynthese 341 7.6.10. Bakterienphotosynthese 346 7.6.11. Der chemoautotrophe Stoffwechsel 347 7.7. Membrantransport 348 7.7.1. Passive Transportmechanismen 348 7.7.2. Aktive Transportmechanismen 351 7.8. Der Wasserhaushalt der Pflanzen 352 7.8.1. Wasserpotential 352 7.8.2. Das osmotische System der Zelle 352 7.8.3. Wasserabgabe 355 7.8.4. Wasseraufnahme 358 7.8.5. Wasseraufnahme durch Quellung 359 7.8.6. Wasserbilanz und Grundtypen des Wasserhaushalts 360 7.9. Aufnahme und Transport von Mineralstoffen 361 7.10. Ferntransport organischer Moleküle 361 7.11. Stickstoffhaushalt der Pflanzen 362 7.11.1. Nitratreduktion 363 7.11.2. Bindung von molekularem Stickstoff 364 7.11.3. Die primäre Assimilation des Ammoniaks und die Synthese der Aminosäuren. 366 7.11.4. Der Kreislauf des Stickstoffs in der Natur 369 7.12. Schwefelstoffwechsel und der Schwefelkreislauf 370 7.13. Sekundärstoffe und Sekundärstoffwechsel 371 7.13.1. Polyacetate 372 7.13.2. Isoprenoide (Terpenoide) 372 7.13.3. Phenole und Phenolderivate 374 7.13.4. Alkaloide 379 7.14. Besonderheiten der heterotrophen Ernährungsweise 379 7.14.1. Saprophyten 380 7.14.2. Parasiten 380 7.14.3. Symbiose 381 7.14.4. Mykorrhiza 381 7.14.5. Carnivoren 382
12 Inhaltsverzeichnis 7.15. Die Realisierung der genetischen Information 382 7.15.1. Transkription 383 7.15.2. Translation 383 7.16. Prinzipien der Stoffwechselregulation 384 7.16.1. Regulation der Enzymsynthese 384 7.16.2. Regulation der Enzymaktivität 386 8. Entwicklungsphysiologie 389 8.1. Wachstum 389 8.1.1. Die unterschiedlichen Wachstumsprozesse 389 8.1.2. Verlauf und Messung des Wachstums 390 8.2. Differenzierung 392 8.2.1. Differenzielle Genaktivierung 393 8.2.2. Regulation von Differenzierungsprozessen 393 8.2.3. Acetabularia-Versuche 394 8.2.4. Tumoren 395 8.3. Phytohormone 396 8.3.1. Auxine 396 8.3.2. Gibberelline 402 8.3.3. Cytokinine 405 8.3.4. Abscisinsäure 406 8.3.5. Ethylen 407 8.4. Organbildung 409 8.4.1. Polarität 410 8.4.2. Regulation bei der Fortpflanzung von Samenpflanzen 412 8.4.3. Ruhe und Aktivität bei Samen und Knospen 414 8.4.4. Organ-, Gewebe- und Zellkulturen 418 8.4.5. Blütenbildung 420 8.4.6. Photoperiodismus 422 8.4.7. Seneszenz 427 8.5. Rhythmik bei Pflanzen 430 Bewegungsphysiologie 433 Bewegungsmechanismen 433.1. Quellungs-und Entquellungsbewegungen 433.2. Kohäsionsbewegungen 435.3. Explosionsbewegungen 436.4. Turgorbewegungen 438.5. Wachstumsbewegungen 439.6. Bewegungen durch Proteinkontraktion 440 9.2. Durch Außenfaktoren induzierte und gesteuerte Bewegungen 442 9.2.1. Reizvorgänge 443 9.2.2. Tropismen 446
Inhaltsverzeichnis 13 9.2.3. Nastien 455 9.2.4. Taxien 459 9.2.5. Reizbewegungen in Zellen 462 Weiterführende Literatur 464 Sachregister 465