22.12.98

Und Pflanzen fühlen doch! Hormone als Informationsträger

 

Pflanzen sind allgegenwärtig und bevölkern auch die unwirtlichsten Lebensräume. Trotzdem werden sie i. A. nicht mit dem Begriff "Lebewesen" verbunden.

Als Kriterien für biologisches Leben gelten: Chemischer Aufbau, Zelluläre Organisation, Stoff- und Energie-wechsel, höherer Ordnungsgrad, Zweckmäßigkeit, Fortpflanzungsfähigkeit, Reizbarkeit, Mobilität.

Zweifellos erfüllen Pflanzen die ersten 6 Kriterien, die Reizbarkeit soll in diesem Vortrag näher betrachtet werden.

Definition der Reizbarkeit:

Fähigkeit auf Umweltreize zu reagieren. Die aktive Reaktion eines Organismus auf die einwirkenden Energieformen setzt entsprechende spezialisierte Rezeptoren voraus, sowie ein Reizleitungssystem mit Aktoren

 

Die Reizperzeption der Pflanzen und die darauffolgende Auslösung einer Reaktion soll am Beispiel der Reize Strahlung, Schwerkraft und chemischen Einflüssen betrachtet werden.

 

1. Strahlung

Bei Pflanzen beobachtet man in vielen Fällen das Phänomen des Phototropismus, eine zur Richtung der Strahlen orientierte Krümmung oder sonstige Lageveränderung der Organe ortsgebundener Pflanzen.

Als Strahlungsrezeptoren dienen in die Zellmembran eingelagerte Photopigmente, die Strahlung mit bestimmter Wellenlänge (z.B. ultraviolette, blaue Strahlung) absorbieren. Ein Beispiel sind die Flavine, die in einem Wellenlängenbereich von 400-500 nm absorbieren.

Diese Photopigmente liegen in zwei verschiedenen durch Belichtung reversibel ineinander überführbaren Formen vor. Eine Lichteinstrahlung kann folgende Konsequenzen haben:

Eine Reaktionskette von der Reizaufnahme bis zur Reaktion soll am Beispiel der Krümmung eines Sproßes zum Licht beschrieben werden: Wenn Photorezeptoren im Sproß der Pflanze aktiviert werden, inaktivieren diese das Pflanzenhormon Auxin durch Oxidation. Auxin wird an der Spitze des Sproßes ständig produziert und von oben nach unten transportiert. Die einseitige Bestrahlung der Lichtseite bewirkt eine Auxinasymmetrie im Sproß; die Schattenflanke enthält mehr Auxin als die Lichtflanke. Auxin bewirkt eine Ansäuerung des Zellwandmilieus, säurelabile Bindungen in der Zellwand werden gelöst, es kommt zu einer Erhöhung der Dehnbarkeit der Zellwand. Die Zellen reagieren darauf mit der Synthese neuen Zellmaterials. Das größere Streckungswachstum auf der Schattenflanke, ausgelöst durch eine höhere Auxinkonzentration, bewirkt eine Neigung der Pflanze zum Licht.

 

 

2. Das Hormonsystem der Pflanze

In diesem Zusammenhang soll das wichtigste Reizleitungssystem der Pflanzen vorgestellt werden, das Hormonsystem. Hormone sind kleine chemische Botenstoffe, die in bestimmten Geweben der Pflanze gebildet werden und von dort zu ihrem Wirkungsorten transportiert werden (Diffusion oder aktiver Transport). Hormone docken an Rezeptoren in bestimmten Geweben an und lösen dadurch Reaktionen aus. Die Reaktion hängt ab von:

Ein Hormon wirkt nie nur auf einen Aktor, sondern löst eine Vielzahl von Reaktionen aus. Das schon erwähnte Auxin verursacht nicht nur ein Streckungswuchsstoff, sondern reguliert auch die Zellteilungsaktivität, fördert die Wurzelbildung (Differenzierungsvorgänge) und beeinflußt Blatt- und Fruchtfall.

3. Schwerkraft

Pflanzen orientieren ihr Wachstum nach der Schwerkraft. Bei einem Samen, der tief in der Erde steckt, wächst die Wurzel nach unten und der Sproß nach oben. Eine Orientierung von Pflanzenorganen in Richtung der durch den Erdmittelpunkt führenden Achse bezeichnet man als Gravitropismus. Dieses System soll am Beispiel des Wurzelwachstums erklärt werden.

Zelleinschlüsse (Stärkekörnchen) üben unter dem Einfluß der Erd- bzw. Massenbeschleunigung Druck auf Gravisensoren aus, die der Wurzelhaube sitzen. Diese Gravisensoren bestehen aus Membranstapeln des endoplasmatischen Reticulums und werden durch den Druck der Stärkekörnchen zusammengedrückt. Die Weiterleitung des Reizes ist noch nicht aufgeklärt. Die Vermutung ist, daß das Zusammendrücken der Membranstapel die Synthese eines Wachstumshemmstoffes induziert, der in der Wurzelhaube gebildet und von dort in der Wurzel aufwärts transportiert wird.

4. Erkennung von Krankheitserregern

Pflanzen besitzten kein kompliziertes Immunsystem mit B-Lymphozyten und Antikörpern. Trotzdem können sie sich hochwirksam gegen eindringende Pathogene wehren. Die Pflanze erkennt pathogene Organismen anhand charakteristischer Substanzen, die von den Erregern stammen. Dazu verfügt sie über spezielle Proteine in ihrer Plasmamembran, die als Rezeptoren mit verräterischen Fremdstoffen eine physikalisch-chemische Wechselwirkung eingehen. Dadurch kommt es zu einer Kaskade von zellulären Reaktionen - bestimmte Resistenz- und Abwehrgene werden aktiviert.

 

AUTOR_Sandra