Systematische Biologie: Pflanzen - Vorlesung, Praktikum und Exkursionen Adrian Leuchtmann Institut für Integrative Biologie Gruppe Ökologische ...
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Systematische Biologie: Pflanzen!
Vorlesung, Praktikum und Exkursionen!
!
Adrian Leuchtmann!
Institut für Integrative Biologie!
Gruppe Ökologische Pflanzengenetik!
CHN G 37.1!
Vorlesung 20.2.2018 1
Persönliches Forschungsgebiet!
!
Endophytische Pilze von Gräsern (Ascomyceten)!
schützen Gräser vor Insektenfrass und Trockenstress!
verursachen ein Toxikose-Syndrom beim Weidevieh!
Vorlesung 20.2.2018
Lehrveranstaltungen!
1) 701-0360-00 Systematische Biologie: Pflanzen!
• Vorlesung: Di 10-12 (26 Std.)!
• Praktikum: Mi 15-17 (Biol und Pharma)!
Do 13-15 (Uwis)!
In der zweiten Semesterhälfte. Beginn: 11./12. April 2018!
• Exkursionen (jeweils am Samstag!)!
!
!28.4.18 !Exkursion 1: Forch !(vormittag)!
!12.5.18 !Exkursion 2: Otelfingen !(ganzer Tag)!
!19.5.18 !Exkursion 3: Bözberg !(ganzer Tag)!
!26.5.18 !Exkursion 4: Türlersee !(vormittag)!
!
–> Besuch von Praktikum und Exkursionen obligatorisch.!
!
Vorlesung 20.2.2018 3
2) 701-0264-01 Ergänzungskurs Systematische Botanik!
• Dreitägige Exkursion ins Unterengadin: 7. - 9. Juni 2018 !
(1. Semesterferienwoche)!
• Zwei Übernachtungen in der Jugendherberge Scuol!
• Unbenotete Semesterleistung (1 KP)!
Besuch fakultativ (auch Pharma-Studierende willkommen!)!
–> Vertiefung der Botanikkenntnisse !!
–> Grundlage für weiterführende Botanikveranstaltungen im!
! 3. Studienjahr (für Biol. und Uwis)!
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!
!
Vorlesung 20.2.2018
Exkursion Scuol Vorlesung 20.2.2018
Kursangebot in Botanik
Studienjahr Studiengang
701-0268-00 Biodiversitätsexkursionen
1. Studienjahr Bsc Umweltnaturwiss.
Exkursionen und Praktikum Teil Pflanzen
701-0360-00 Systematische Biologie: Pflanzen
Vorlesung, Bestimmungspraktikum und Exkursionen Biologie
2. Studienjahr Bsc Pharmazie
701-0264-01 Ergänzungskurs Systematische Botanik Umweltnaturwiss.
Exkursionen in den Semesterferien
701-2314-00L Pflanzendiversität
3. Studienjahr Bsc Biologie
Blockkurse in den Semesterferien
701-0314-00 Pflanzendiversität 701-0314-01 Pflanzendiversität
Umweltnaturwiss.
kollin/montan subalpin/alpin
3. Studienjahr Bsc 701-0364-00 Flora, Vegetation und Böden der Alpen Biologie
oder Msc Vorlesung mit Exkursionen in den Semesterferien Umweltnaturwiss.
Vorlesung 20.2.2018
Grundlagen der Vorlesung!
!
• Textbuch "Systematische Botanik" !
4. Aufl., Baltisberger et al. (2013) !
(ETH Store mit Legi Fr. 48.-) –> zum Kauf empfohlen! !
• Campbell: Kapitel 29, 30!
• Folien (unter Lernmaterialien zur Verfügung)!
!
Weitere Lehrmittel:!
!• "Bestimmungschlüssel zur Flora der Schweiz" !
(Hess et al., 7. Aufl., Fr. 35.-) –> notwendig für Praktikum!!
!• Online Applikation eBot6 (www.balti.ethz.ch)!
—> Bücherverkauf in der Pause vor dem Hörsaal !!
Vorlesung 20.2.2018 7
Inhalt und Lernziele der Vorlesung!
!
1) Vermittlung der Grundlagen der Systematik der Landpflanzen
(Moose, Farne, Blütenpflanzen) im Kontext der Evolution!
!
2) Vermittlung von und Konzepten und Begriffen !
!
3) Verbindungen schaffen zu anderen Wissensgebieten!
!(z.B. Arznei- Nutz- und Zeigerpflanzen, Pathologie, Naturschutz,
Neophyten)!
!
4) Einblick in die Vielfalt der Farn- und Blütenpflanzen mit
Schwerpunkt auf Flora der Schweiz !
5) Überblick über Standorteigenschaften und Vegetation!
!(u.a. Standortfaktoren, Zeigerwerte, Höhenstufen, ausgewählte
Pflanzengemeinschaften im Tiefland). !
Vorlesung 20.2.2018 8
Lernziele von Praktikum und Exkursionen!
!
1) Untersuchen und Analysieren von morphologischen Merkmalen
bei Blütenpflanzen!
2) Repetition und Kenntnis von ausgewählten Pflanzenfamilien !
3) Einführung und Üben des Bestimmens von Pflanzenarten mit
Bestimmungsschlüssel!
4) Einblick in Flora und Vegetation ausgewählter Standorte im
Mittelland!
5) Vermitteln von Artenkenntnis (einschliesslich Ökologie) gemäss
Prüfungsliste!
Vorlesung 20.2.2018 9
Prüfungsstoff!
!
• Konzepte von Phylogenie und Systematik der Pflanzen!
• Merkmale der höheren systematischen Einheiten (Abteilungen,
Klassen)!
• Ausgewählte Familien der Angiospermen (Blütenpflanzen)!
• 200 Pflanzenarten mit lateinischen Namen!
• Beispiele von Arznei- und Nutzpflanzen!
• Ökologische Standorteigenschaften von ausgewählten
Pflanzengemeinschaften!
Form der Prüfung: schriftlich (1 h) + Artkenntnis am Computer mit
! ! Prüfungs-Tool (½ h)!
Vorlesung 20.2.2018 10Bedeutung der Pflanzen für den Menschen!
!
!!
Lebensgrundlage als Produzenten von Kohlenhydraten !
! und Proteinen!
Über 20ʻ000 Pflanzenarten werden von Menschen genutzt, davon !
650 als Kulturpflanzen. !
Vorlesung 20.2.2018 11 Gewürze und Genussmittel!
!Weltweit werden pro Jahr über 5 mio Tonnen Kaffee!
und 2.5 mio Tonnen Kakao produziert.!
! !!
!
Vorlesung 20.2.2018 12 Arzneimittel!
!Mehr als 25 % der rezeptpflichtigen Medikamente sind!
pflanzlichen Ursprungs1!
!!
!
Taxol
1 aus Moor et al. (1998). Botany, 2nd ed.!
Vorlesung 20.2.2018 13Pseudowinteria
colorata
Horopito,
pepperwood
-‐ kleiner
Strauch;
endemisch
in
Neuseeland
-‐ Extrakte
wirken
gegen
Candida-‐Mykosen
-‐ wiederentdeckt
1983
-‐ Hauptwirkstoff
Polygodial
Vorlesung 20.2.2018 Technische Zwecke !
Natürlicher Kautschuk für Gummiherstellung!
Baumwolle ist der wichtigste Liferant von natürlichen Textilfasern!
! !!
!
Vorlesung 20.2.2018 15 Artenvielfalt !
Ist unabdingbar für Funktion und Stabilität von Ökosystemen !!
!
Vorlesung 20.2.2018 16Was ist Systematik?!
Definition:!
!Bereich der Biologie, der sich mit der!
!Mannigfaltigkeit des Lebens befasst.!
!
A) Taxonomie (Klassifizierung von Organismen)!
!
1) Feststellen von Unterschieden verwandter Organismen!
2) Benennen (Nomenklatur)!
3) Ordnen (Klassifizierung)!
!
B) Rekonstruktion der Evolutionsgeschichte (Phylogenie)!
!—> Natürliches System!
Vorlesung 20.2.2018 17Ranunculus
Vorlesung 20.2.2018
acris Ranunculus repensRanunculus alpestris Vorlesung 20.2.2018
Anemone sulfurea Vorlesung 20.2.2018
Nymphaea alba Vorlesung 20.2.2018
(1) Feststellen von Unterschieden (Methoden)!
!
!
! Morphologie (wichtigste Grundlage für !
Beschreibung von Arten)!
Anatomie!
Embryologie!
Vorlesung 20.2.2018 22 Zytologie (Chromosomenzahlen, Kernverhältnisse)!
diploid tetraploid
Genetik (Kreuzungsbarrieren, Vererbungsmuster)!
–> Biologische Art!
Vorlesung 20.2.2018 23 Chemotaxonomie!
!
Inhaltsstoffe Isoenzyme
Vorlesung 20.2.2018 24 Molekulare Systematik (wichtigstes Hilfsmittel für !
Rekonstruktion von Stammbäumen)!
v.a. DNA Sequenzen aus Genen von Chloroplasten (z.B. rbcl, matK) und
Ribosomen (I
Vorlesung 20.2.2018(2) Benennen (Nomenklatur)!
!
• Binäre Nomenklatur!
! –> Carl von Linné: Species Plantarum 1753
z.B. Ranunculus acris L.
(Scharfer Hahnenfuss)
• Weltweit gültige Regeln (International Code of Nomenclature)
• Systematische Einheit heisst Taxon (Mehrzahl Taxa)
(z.B. Art, Gattung etc.)
!
!
!
Vorlesung 20.2.2018 26(3) Ordnen (hierarchisch)!
!
Systematische Einheiten (Taxa)!
Vorlesung 20.2.2018 27Warum lateinische Namen?!
!
• Fachsprache ermöglicht weltweite Kommunikation!
• Nötig für Veröffentlichung von Forschungsergebnissen!
• Deutsche Namen oft mehrdeutig (z.B. Klee) oder Pflanze hat!
mehrere Namen!
Vorlesung 20.2.2018 28Rekonstruktion der Evolutionsgeschichte ! !!
—> Natürliches System!
Vorlesung 20.2.2018Künstliches System von Linné!
(nach Zahl von Staubblättern und Geschlecht) !
Vorlesung 20.2.2018Rekonstruktion der Evolutionsgeschichte ! !!
—> Natürliches System!
TAXON 1
TAXON 2
Art A Art B Art C Art D
Vorfahre Vorfahre
1 2
Vorfahre
3
monophyletisch: ein einziger Vorfahre hat alle Arten des Taxons!
! hervorgebracht!
polyphyletisch: Mitglieder eines Taxons stammen von zwei oder mehr!
Ahnenformen ab!
Vorlesung 20.2.2018Zwei Arten der Ähnlichkeit:!
!
Homologie: Ähnlichkeit aufgrund gemeinsamer!
Abstammung!
!
Analogie: Ähnlichkeit aufgrund von analogen!
! Anpassung (= Konvergenz)!
!
!
–> Natürliche Systeme basieren auf Homologien
und ihre Taxa sind monophyletisch
Vorlesung 20.2.2018 32Wolfsmilchgewächs
Vorlesung
Vorlesung20.2.2013
20.2.2018 Körbchenblütler 33Stammbaum der Angiospermae (Textbuch Abb. 2, S. 11)
plesiomorphes
Merkmal (ursprünglich)
apomorphes
Merkmal (abgeleitet)
–> Monophyletische Gruppen sind durch Synapomorphien gekennzeichnet
Vorlesung 20.2.2018 34Ursprung der Landpflanzen
(Campell Kap. 29)
Armleuchteralgen
(Charophyceen)
ca. 475 mio
—> Landpflanzen sind monophyletisch!
Vorlesung
Vorlesung20.2.2013
20.2.2018 35Warum werden Charophyceen als Vorfahren der
Landpflanzen postuliert?!
!
Gemeinsamkeiten (Synapomorphien):!
!
• Homologe Chloroplasten (enthalten Chlorophyll b, ß-Karotin)!
• Rosettenförmige Proteinkomplexe für die Cellulosesynthese !
• Gleiche Enzyme in den Peroxisomen!
• Ultrastruktur der Spermatozoiden identisch (Geisselapparat)!
• Bildung eines Phragmoplasten bei der Zellteilung !
Vorlesung 20.2.2018 36Neuerungen bei Landpflanzen!
!
• Apikalmeristeme in Spross und Wurzel!
• Vielzellige Gametangien (Archegonien/Antheridien)!
• Ausbildung von Embryonen –> Embryophyten!
• Sporen mit Sporopollenin!
• Generationswechsel!
Archegonien (weiblich) Antheridien (männlich)
Embryonen
Vorlesung 20.2.2018 37Sexuelle Fortpflanzung!
!
1) Befruchtung (Verschmelzung von Keimzellen)!
2) Meiose!
!–> Kernphasenwechsel!
!
Chromosomenzahlen (Kernphasen):!
n = generative Chromosomenzahl (in Keimzellen)!
2n = vegetative Chromosomenzahl (in Körperzelle)!
!
!
Vorlesung 20.2.2018 38Vorlesung 20.2.2018 39
Welches sind die Vorteile eines Generationswechsels?!
!
Vorteile:!
• Eine Befruchtung erlaubt beliebig viele Meiosen !
(Maximierung der sexuellen Reproduktion).!
• Durchlaufen einer haploiden Phase eliminiert!
Individuen mit letalen Mutationen.!
!
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–> Postulierte Anpassung für Befruchtung an Land!
bei Wasserknappheit!
Vorlesung 20.2.2018 40Vorlesung 20.2.2018 41
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