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 ...
Systematische Biologie: Pflanzen!
             Vorlesung, Praktikum und Exkursionen!
             !
             Adrian Leuchtmann!
             Institut für Integrative Biologie!
             Gruppe Ökologische Pflanzengenetik!
             CHN G 37.1!

Vorlesung 19.2.2019                                  1
Systematische Biologie: Pflanzen - Vorlesung, Praktikum und Exkursionen Adrian Leuchtmann Institut für Integrative Biologie Gruppe Ökologische ...
Persönliches Forschungsgebiet!
        !
        Endophytische Pilze von Gräsern (Ascomyceten)!

         schützen Gräser vor Insektenfrass und Trockenstress!
         verursachen ein Toxikose-Syndrom beim Weidevieh!

Vorlesung 19.2.2019
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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, Lehramt u.a.)!
             In der zweiten Semesterhälfte. Beginn: 3./4. April 2019!
         • Exkursionen (jeweils am Samstag!)!
         !
                      ! 4.5.19   !Exkursion 1: Forch        !(halbtägig)!
                      !11.5.19   !Exkursion 2: Otelfingen   !(ganztägig)!
                      !18.5.19   !Exkursion 3: Bözberg      !(ganztägig)!
                      !25.5.19   !Exkursion 4: Türlersee    !(halbtägig)!
         !
              –> Besuch von Praktikum und Exkursionen obligatorisch.!

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2) 701-0264-01 Ergänzungskurs Systematische Botanik!

         •    Dreitägige Exkursion ins Unterengadin: 6. - 8. Juni 2019 !
              (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 Bsc)!
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Exkursion Scuol

Vorlesung 19.2.2019
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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 19.2.2019
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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. 37.-) !
                  –> notwendig für Praktikum!!
             • Online Applikation eBot6        (www.balti.ethz.ch)!

      —> Bücherverkauf in der Pause vor dem Hörsaal                   !!
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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- und Nutzpflanzen, 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). !

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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!

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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) + Artenkenntnis am Computer mit
               !      !    Prüfungs-Tool (½ h)!

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Bedeutung der Pflanzen für den Menschen!
        !
           !!
          Lebensgrundlage als Produzenten von Kohlenhydraten !
        ! und Proteinen!
              Über 20ʻ000 Pflanzenarten werden von Menschen genutzt, davon !
              650 als Kulturpflanzen. !

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 Gewürze und Genussmittel!

             !Weltweit werden pro Jahr über 5 mio Tonnen Kaffee!
              und 2.5 mio Tonnen Kakao produziert.!
             !        !!
         !

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 Arzneimittel!
             !Mehr als 25 % der rezeptpflichtigen Medikamente sind!
              pflanzlichen Ursprungs1!
             !!
         !

                      Taxol

                                                          1   aus Moor et al. (1998). Botany, 2nd ed.!

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Horopito,	
  pepperwood	
  
        (Pseudowinteria	
  colorata)	
  
        	
  
        -­‐kleiner	
  Strauch;	
  endemisch	
  in	
  Neuseeland	
  
        -­‐Extrakte	
  wirken	
  gegen	
  Candida-­‐Mykosen	
  
        -­‐wiederentdeckt	
  1983	
  	
  
        -­‐Hauptwirkstoff	
  Polygodial	
  

Vorlesung 19.2.2019
 Technische Zwecke !
              Natürlicher Kautschuk für Gummiherstellung!
              Baumwolle ist der wichtigste Liferant von natürlichen Textilfasern!
             !        !!
         !

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 Artenvielfalt !

              Ist unabdingbar für Funktion und Stabilität von Ökosystemen !!
         !

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Was 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!

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Ranunculus
 Vorlesung 19.2.2019
                     acris   Ranunculus repens
Ranunculus alpestris
Vorlesung 19.2.2019
Anemone sulfurea
Vorlesung 19.2.2019
Nymphaea alba
Vorlesung 19.2.2019
1) Feststellen von Unterschieden (Methoden)!
         !
         !
         
         ! Morphologie (wichtigste Grundlage für !
           Beschreibung von Arten)!

          Anatomie!

          Embryologie!

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 Zytologie (Chromosomenzahlen, Kernverhältnisse)!

                      diploid                      tetraploid

          Genetik (Kreuzungsbarrieren, Vererbungsmuster)!
           –> Biologische Art!

Vorlesung 19.2.2019                                             23
 Chemotaxonomie!
         !

                      Inhaltsstoffe   Isoenzyme

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 Molekulare Systematik (wichtigstes Hilfsmittel für !
          Rekonstruktion von Stammbäumen)!

            v.a. DNA Sequenzen aus Genen von Chloroplasten (z.B. rbcl, matK) und
                 Ribosomen (I

Vorlesung 19.2.2019
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.)

             !
            !
            !
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3) Ordnen (hierarchisch)!
             !
                       Systematische Einheiten (Taxa)!

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Warum lateinische Namen?!
         !
         • Fachsprache ermöglicht weltweite Kommunikation!
         • Nötig für Veröffentlichung von Forschungsergebnissen!
         • Deutsche Namen oft mehrdeutig (z.B. Klee) oder Pflanze hat!
             mehrere Namen!

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Künstliches System von Linné!
                      (nach Zahl von Staubblättern und Geschlecht) !

Vorlesung 19.2.2019
Rekonstruktion 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 19.2.2019
Zwei 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 19.2.2019                                           31
Wolfsmilchgewächs
Vorlesung
Vorlesung20.2.2013
          19.2.2019   Körbchenblütler   32
Stammbaum der Angiospermae         (Textbuch Abb. 2, S. 11)

                                                         plesiomorphes
                                                         Merkmal (ursprünglich)

                                                         apomorphes
                                                         Merkmal (abgeleitet)

      –> Monophyletische Gruppen sind durch Synapomorphien gekennzeichnet
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Ursprung der Landpflanzen
                                                         (Campell Kap. 29)

                                                            Armleuchteralgen
                                                            (Charophyceen)

                      ca. 475 mio

                                    —> Landpflanzen sind monophyletisch!

Vorlesung
Vorlesung20.2.2013
          19.2.2019                                                            34
Warum 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 !

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Neuerungen bei Landpflanzen!
         !
         • Apikalmeristeme in Spross und Wurzel!
         • Vielzellige Gametangien (Archegonien/Antheridien)!
         • Ausbildung von Embryonen –> Embryophyten!
         • Sporen mit Sporopollenin!
         • Generationswechsel!

                Archegonien (weiblich)   Antheridien (männlich)

                                                                  Embryonen

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Sexuelle Fortpflanzung!
         !
         1) Befruchtung (Verschmelzung von Keimzellen)!
         2) Meiose!
                !–> Kernphasenwechsel!
         !
         Chromosomenzahlen (Kernphasen):!

             n = generative Chromosomenzahl (in Keimzellen)!
         2n = vegetative Chromosomenzahl (in Körperzelle)!
         !
         !

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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.!
         !
         !
         –> Postulierte Anpassung für Befruchtung an Land,!
             Wasser limitiert ist.!

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