© 2013 american society of plant biologists why study plants?

78
© 2013 American Society of Plant Biologists © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

Upload: moritz-dubs

Post on 06-Apr-2016

212 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists© 2013 American Society of Plant Biologists

Why study plants?

Page 2: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists

Pflanzen sind, wie die meisten Tiere, vielzellige Eukaryonten

Bakterien Archaea Tiere

Pflanzen

Pilze

Gemeinsame Vorfahren

Page 3: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists

Pflanzen sind, wie die meisten Tiere, vielzellige Eukaryonten

Bakterien Archaea Tiere

Pflanzen

Pilze

Gemeinsame Vorfahren

Page 4: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists

Pflanzen sind unterschiedlich

Grünalgen

Leber-moose

Laub-moose

Gefäßpflanzen

Bärlapp-gewächse

Farne

Samen-pflanzen

Blüten-pflanzen

Gymnospemen

MonokotyledonenDikotyle-donen

Landpflanzen

Pflanzen können an den verschiedensten Standorten gedeihen.

Page 5: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists

Pflanzen machen uns glücklich

Dravigne, A. et al. (2008) HortScience 43: 183-187; Photo credit: tom donald

Menschen mit Pflanzen im Blickfeld sind mit ihrer Arbeit zufriedener.

Page 6: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists

Pflanzen sind erstaunliche Lebewesen

Größte Blüten (~ 1 m)

Älteste Lebewesen (~ 5000 Jahre)

Größte Organismen (> 100 m)

Photo credits: ma_suska; Bradluke22; Stan Shebs

Page 7: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists

Wir können nicht ohne Pflanzen leben

• Pflanzen produzieren den größten Teil des Sauerstoffs, von dem wir leben.

• Pflanzen produzieren den größten Teil der chemisch gebundenen Energie, die wir als Nahrung nutzen oder als Treibstoff verbrennen.

• Pflanzen produzieren eine erstaunliche Vielfalt von nützlichen Verbindungen.

Photo credit: Tom Donald

Page 8: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists

Joseph Priestley (1772) erkannte, dass die Atmung von Tieren und Menschen die Luft “verbraucht”.

Ein Lebewesen ineinem abgeschlossenen Behälter stirbt.

Wir können nicht ohne Sauerstoff leben!

KEIN Sauerstoff

Page 9: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists

Priestley erkannte auch, dass Pflanzen die Fähigkeit besitzen, Luft wieder regenerieren zu können.

Heute wissen wir, dass Pflanzen den für uns lebenswichtigen Sauerstoff als Nebenprodukt der Photosynthese produzieren.

Wir können nicht ohne Sauerstoff leben!

Sauerstoff wirdvon der Pflanzeproduziert

Page 10: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists

Pflanzen fixieren Kohlendioxid undsynthetisieren daraus energiereiche Produkte,

die wir als Nahrungsgrundlage nutzen

Über die Photosynthesesetzen Pflanzen das atmosphärische CO2 zunächst in Zucker um.

CO2

Page 11: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists

Pflanzen produzieren eine erstaunliche Vielfalt an wertvollen Verbindungen

Vitamin A

Vitamin CVanillin

Kaffein

Morphin

CO2

Page 12: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists

Why study plants?

Um gefährdete Pflanzen und eine bedrohte Umwelt zu schützen.

Um die Natur besser verstehen zu können.

Um Pflanzen als Rohstoffe und Produzenten von Nahrung und Medizin besser nutzen zu können.

Photo credit: tom donald

Page 13: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists

Das Studium der Pflanzen zeigtuns unsere Welt

Zeichnung des Korks von Robert Hooke, dem Entdecker der “Zellen”

Zellen wurden erstmals in Pflanzen entdeckt

Korkzellen (Photographie)

Photo credit: ©David B. Fankhauser, Ph.D

Page 14: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists

Viren wurden erstmals aus Pflanzen isoliert

Tabakmosaikvirus

Viren infizieren Menschen, Tiere und Pflanzen. Sie verursachen viele Krankheiten wie AIDS, Hepatitis, SARS, Schweinegrippe, Windpocken und Kinderlähmung.

Image Copyright 1994 Rothamsted Research.

Page 15: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists

Die Arbeiten von Gregor Mendel an Erbsen führten zu den Vererbungsregeln

… und halfen uns, menschliche Krankheiten wie die Sichelzellen Anämie zu verstehen ...G. Mendel (1822-1884)

Page 16: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists

Die Arbeiten von Gregor Mendel an Erbsen führten zu den Vererbungsregeln

... und die Hämophilie, wie auch unzählige andere genetisch bedingte Erkrankungen.

Stammbaum einer Familie mit Hämophilie AllelenG. Mendel (1822-1884)

Page 17: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists

Die Mendel´schen Regelnwaren grundlegend für die Pflanzengenetik und die moderne Pflanzenzüchtung.

Pflanzenzüchter Norman Borlaug(1914-2009)Nobelpreis 1970

Die Arbeiten von Gregor Mendel an Erbsen führten zu den Vererbungsregeln

G. Mendel (1822-1884)

Page 18: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists

WHY STUDY PLANTS?

Page 19: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists

Die Weltbevölkerung wächst und wächst …

Die Weltbevölkerung wird sich zwischen 1950 (2.5 Milliarden) und2020 (7.5 Milliarden) verdreifachen.

Wel

tbev

ölke

rung

(Mill

iard

en)

Page 20: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists

Ein Hauptziel der Pflanzenwissenschaft ist die Steigerung der Nahrungsmittelproduktion.

Es wird angenommen, dass wir einen Anstieg um 70% in den nächsten 40 Jahren benötigen werden.

Die Weltbevölkerung wächst und wächst …

Page 21: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists

Mangelernährung und Hunger lassen überproportional viele Kinder sterben

2004 starben 60 Millionen Menschen weltweit

(Source:  World Health Organization, 2008)

Page 22: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists

10 Millionen waren Kinder unter fünf Jahren; davon 99% aus Entwicklungsländern

(Source: The State of the World's Children, UNICEF, 2007)

Mangelernährung und Hunger lassen überproportional viele Kinder sterben

Page 23: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists

5 Millionen Kinder unter fünf Jahren sterben jährlich an Unterernährung und den damit verbundenen Ursachen;d.h. alle sechs Sekunden stirbt ein Kind im Vorschulalter einen vermeidbaren Tod.

Mangelernährung und Hunger lassen überproportional viele Kinder sterben

Page 24: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists

1 Millionen Kinder sterben jährlich an Vitamin A - Mangel.

(Source: Vitamin and Mineral Deficiency, A Global Progress Report, UNICEF)

Mangelernährung und Hunger lassen überproportional viele Kinder sterben

Page 25: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists

Wie würde die Welt auf eine Krankheit reagieren, die die Bevölkerung in den USA, Kanada und der Europäischen

Gemeinschaft betrifft?

Page 26: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists

Mehr als 1 Milliarde Menschen weltweit leiden chronisch an Hunger

Das ist mehr als die Gesamtbevölkerung in den USA, Kanada und der Europäischen Gemeinschaft

(Source: FAO news release,19 June 2009)

Page 27: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists

Mehr als zwei Milliarden Menschen weltweit leiden an Eisenmangel und sind anämisch

Das ist mehr als die Gesamtbevölkerung in den USA, Kanada, der Europäischen Gemeinschaft und China

(Source:  World Health Organization, WHO Global Database on Anaemia)

Page 28: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists

WAS KÖNNEN DIE

WISSENSCHAFTLER

DAGEGEN TUN?

Page 29: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists

Durch die Entwicklung von Pflanzen

• die trocken- oder stress-tolerant sind

• die weniger Dünger oder Wasser benötigen

• die pathogen-resistent sind

• die nahrhafter sind

Pflanzenwissenschaftler können ein Beitrag zur Linderung des Hungers leisten

Page 30: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists

Das Wachstum von Pflanzen wird oftmals durch Trockenheit beeinträchtigt

Image source: IWMI

Gebiete mit physikalischem und ökonomischem Wassermangel

Page 31: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists

Trockenstress wird durch den Anstieg der globalen Temperatur verstärkt

Der Ernteertrag kann in warmen Gebieten um ~3 - 5% pro 1°C Temperaturanstieg sinken.

© European Communities, 1995-2009. Image Source: The PESETA Project

Vorhersage der Temperaturänderung fürden Zeitraum 2071-2100, relativ zumZeitraum 1961-1990.

Page 32: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists

Sogar ein milder Trockenstress führt zu Ernte-Einbußen

Bereits ein milder Trockenstress führt zur Reduktion der Photosynthese und des Wachstums; ein starker Trockenstress zum Absterben.

Page 33: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists

Wir brauchen Pflanzen mit der Fähigkeit, unter Stress-Bedingungen gut zu wachsen

Hitze und Trockenheit beeinträchtigen den Ernteertrag

Page 34: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists

Mehr Landfläche zum Anbau von Nutzpflanzen benötigt

Wir brauchen Pflanzen mit der Fähigkeit, unter Stress-Bedingungen gut zu wachsen

Hitze und Trockenheit beeinträchtigen den Ernteertrag

Page 35: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists

Wir brauchen Pflanzen mit der Fähigkeit, unter Stress-Bedingungen gut zu wachsen

Waldrodungen für den Landgewinn führen jedochzu einer gesteigerten CO2- Abgabe in die Atmosphäre

Hitze und Trockenheit beeinträchtigen den Ernteertrag

Mehr Landfläche zum Anbau von Nutzpflanzen benötigt

Page 36: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists

Die Änderung eines einzigen Gens kann der Pflanze Trocken-Toleranz verleihen

Anschl. WässerungGut gewässert 10 Tage trocken 20 Tage trocken

Trocken-tolerant

Wildtyp

Yu, H., Chen, X., Hong, Y.-Y., Wang, Y., Xu, P., Ke, S.-D., Liu, H.-Y., Zhu, J.-K., Oliver, D.J. and Xiang, C.-B. (2008). Activated expression of an Arabidopsis HD-START protein confers drought tolerance with improved root system and reduced stomatal density. Plant Cell. 20: 1134-1151.

Page 37: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists

Ein vergrößertes Wurzelsystem trägtzur Trocken-Toleranz bei

Keimlinge Ausgewachsene Pflanzen

Wildtyp WildtypTrocken- tolerant

Trocken- tolerant

In Trockengebieten könnte ein Anbau von Pflanzen mit vergrösserten Wurzelsystemenzu höheren Ernteerträgen führen.

Yu, H., Chen, X., Hong, Y.-Y., Wang, Y., Xu, P., Ke, S.-D., Liu, H.-Y., Zhu, J.-K., Oliver, D.J. and Xiang, C.-B. (2008). Activated expression of an Arabidopsis HD-START protein confers drought tolerance with improved root system and reduced stomatal density. Plant Cell. 20: 1134-1151.

Page 38: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists

Düngemittel sind limitiert und ihre Herstellung ist energieaufwändig

• Nutzpflanzen brauchen Dünger - Kalium, Phosphat, Stickstoff und andere Elemente.

• Kalium und Phosphat stammen aus nicht-erneuerbaren Quellen.

• Die Herstellung von Stickstoff- Düngern verbraucht hohe Energiemengen.

Photo credits: Mining Top News; Library of Congress, Prints & Photographs Division, FSA-OWI Collection, LC-USW361-374

Page 39: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists

Der Einsatz von Düngemitteln trägt beträchtlich zur Umweltverschmutzung bei

Photo courtesy of NASA/Goddard Space Flight Center Scientific Visualization Studio)

Das Auswaschen von Düngemitteln ist umweltschädigend. Es führt zur Algenblüte; der damit verbundene Sauerstoffmangel im Wasser zerstört die Grundlagen für jegliches Leben.

Page 40: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists

Die Aufnahme von Nährstoffen in die Pflanzen kann verbessert werden

Verbesserte Transportsysteme in der Wurzel können den Einsatz von Düngemitteln reduzieren.

Yuan, L., Loque, D., Kojima, S., Rauch, S., Ishiyama, K., Inoue, E., Takahashi, H., and von Wiren, N. (2007). The organization of high-affinity ammonium uptake in Arabidopsis roots depends on the spatial arrangement and biochemical properties of AMT1-type transporters. Plant Cell 19: 2636-2652.

Page 41: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists

Nutzpflanzen werden mit mehrjährigen Pflanzen gekreuzt, um die Abhängigkeit von Dünger und Wasser zu reduzieren.

Wes Jackson vom Land Institute zeigt die mehrjährige Pflanze Thinopyrum intermedium (Weizengras), die mit dem Weizen verwandt ist

Mehrjährige Pflanzen haben ein größeresWurzelsystem und können Wasser und

Nährstoffe besser aufnehmen alsdie meisten (einjährigen) Nutzpflanzen

Photo credit: Jodi Torpey, westerngardeners.com

Page 42: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists

Zwei ernste Krankheiten bedrohen z. Zt. die Welternährung

• Phytophthora infestans bewirkt die Kartoffelfäule und hat sich erneut zu einer ernsten Bedrohung entwickelt.

• Puccinia graminis tritici, der Getreide-Rostpilz, hat sich ebenfalls zu einer aggressiven Form entwickelt.

Photo credits: www.news.cornell.edu; www.fao.org

Page 43: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists

Phytophthora infestans zerstört Kartoffeln

• Die Kartoffelfäule wird durch Phytophthora infestans bewirkt. In den 1840-iger Jahren führten durch Phytophthora verursachte Missernten zu mehr als 1 Millionen Hungertoten in Europa.

Infiziert Behandelt

Photo credits: USDA; Scott Bauer

Page 44: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists

Die Identifizierung von Resistenz - Genen

Resistent

Inokuliert mit Pilz Nicht inokuliert

Suszeptibel

Die Pflanze (links) trägt das Resistenzgen und zeigt keine Krankheitssymptome.

Pflanzengenetiker haben ein Phytophthora infestans Resistenz-Gen identifiziert und es in andere Kartoffel-Varietäten eingeführt.

Song, J., Bradeen, J.M., Naess, S.K., Raasch, J.A., Wielgus, S.M., Haberlach, G.T., Liu, J., Kuang, H., Austin-Phillips, S., Buell, C.R., Helgeson, J.P., Jiang, J. (2003) Gene RB cloned from Solanum bulbocastanum confers broad spectrum resistance to potato late blight. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 100:9128–9133.

Page 45: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists

Der Getreiderost ist eine zunehmende Bedrohung

• Ein neuer, hoch- pathogener Stamm tauchte erstmals 1999 in Uganda auf (Ug99).

• Die meisten Weizensorten sind gegen diesen Stamm nicht resistent.

Infizierte WeizenpflanzenPhoto credit: ARS USDA

Page 46: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists

Ug99 bedroht den Weizen weltweit

• Das ist ein globales Problem, das eine globale Aufmerksamkeit erfordert. Die Sporen von Ug99 werden nicht an nationalen Grenzen aufgehalten …

– United Nations Food and Agriculture Organization (FAO)

Photo credit: ARS USDA

Page 47: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists

Die Pilzsporen werden durch den Wind übertragen

• Ug99 wird in Uganda, Kenia, Äthiopien, im Jemen, Sudan und Iran gefunden und bedroht Regionen im Nahen Osten, Ost-Afrika, Zentralafrika und im südlichen Afrika.

Rot: Winde, mit denen die Pilzsporen verbreitet werden.

Photo credit: www.wheatrust.cornell.edu

Page 48: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists

Weizen ist diewichtigste Nutzpflanze in vielen bedrohten Regionen, besonders für die ärmsten Bewohner.

Wahrscheinliche Ug99 Flugbahnen

Die Pilzsporen werden durch den Wind übertragen

Photo credit: www.wheatrust.cornell.edu

Page 49: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists

Internationale Wissenschaftler-Teams kooperieren, um die Ausbreitung von Ug99 zu überwachen und resistente Weizen-Varietäten zu entwickeln.

Zur Zeit weiß niemand, ob rechtzeitig resistente Varietäten entwickelt werden können, um eine größere Hungersnot abzuwenden …

Photo credits: Bluemoose; FAO

Page 50: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists

Nach der Ernte reifen die Früchte, werden weich und verrotten.

Diese Prozesse machen die Früchte weniger ansehnlich und beeinträchtigen ihren Nährwert.

Photo credits: Cornell University; ARC

Pflanzenbiologen suchen nach Möglichkeiten, Pflanzen nach der Ernte gesund zu erhalten

Page 51: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists

Unsachgemäße Lagerung von Kartoffeln führt zur Ergrünung und der Produktion von Solanin. Solanin ist schädlich und in höheren Mengen toxisch.

Aspergillus Schimmel,der auf Maiskörnern wächst.

Pilzbefall während der Lagerung kann zu einem

Verlust des Körnerertrages von mehr als 50% führen.

Grün-SkalaZe

it (T

age)

Tage = -0.106 + 0.6937 (GS)

Weiss-Rot Licht(6.8 µE m-2 sec-1)

Pflanzenbiologen suchen nach Möglichkeiten, Pflanzen nach der Ernte gesund zu erhalten

Photo credits: Dr. C.M. Christensen, Univ. of Minnesota.; WSU; Pavalista, A.D. 2001

Page 52: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists

Hunger

Wir brauchen Vitamine, Mineralien und Kalorien. Die Ernährung am Existenz-minimum ist normalerweise nährstoffarm. Die damit verbundene Mangelernährung ist primär eine Krankheit der armen Bevölkerung.

Vitamin A Defizienz Anämie (Kinder)

Ein verbesserter Gehalt an pflanzlichen Nährstoffen kann Mangelernährung vermindern

Image sources: Petaholmes based on WHO data; WHO

Page 53: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists

Die Anreicherung von Nahrungsmitteln mit Vitaminen (wie Folsäure und Vitamin A) und Mikro-Nährelementen (wie Eisen, Zink und Jod) hat zu einem dramatischen Rückgang der Mangelernährung in großen Teilen der Welt geführt.

Photo credit: © UNICEF/NYHQ1998-0891/Giacomo Pirozzi

Page 54: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists

Genetisch veränderte Biotech-Pflanzen

Eisen-angereicherter Reis

Wildtyp (oben) und Antioxidantien-angereicherte

Tomaten (unten)

Photo credits: Golden Rice Humanitarian Board © 2007;Credit: ETH Zurich / Christof Sautter; Reprinted by permission from Macmillan Publishers, Ltd: Butelli, E. et al., Nature Biotechnology 26, 1301-1308 copyright (2008)

Vitamin A-angereicherter Reis(“Golden Rice”)

Page 55: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists

Pflanzen versorgen uns nicht nur mit

Nahrung

Pflanzen:• sind Ausgangsmaterialen für die Herstellung neuer therapeutischer Mittel• liefern Fasern für Papier und Gewebe• stellen erneuerbare Produkte bereit• dienen als erneuerbare Energiequellen

Photo credit: tom donald

Page 56: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists

Pflanzen produzieren eine große Vielfalt von Verbindungen, die in der Medizin oder

als Drogen genutzt werden

• Weide (Salix); Rinde enthält schmerzstillende Salicylate (Aspirin = Acetylsalicylsäure)

• Fingerhut (Digitalis purpurea); Rohstoff für die Isolierung von Digitalis (Herzmittel)

• Pazifische Eibe (Taxus brevifolia); Rohstoff für die Isolierung von Taxol (Krebsmittel)

• Kaffee (Coffea arabica) und Tee (Camellia sinensis); Rohstoff für die Isolierung von Koffein

Page 57: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists

Malaria führt zu Millionen von Toten

Weltregionen mit erhöhtem Risiko für Malaria.

Hay, S.I. et al., (2009) PLoS Med 6(3): e1000048. doi:10.1371/ journal.pmed.1000048

Page 58: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists

Plasmodium falciparumist der Verursacher von Malaria

Plasmodium in einer Mauszelle.

Image by Ute Frevert; false color by Margaret Shear

Page 59: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists

Plasmodium wird über infizierte Stechmücken auf Menschen übertragen

Photo credit: CDC

Page 60: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists

Die Rinde des Chinabaums enthält Chinin,das die Plasmodien abtötet

Plasmodium entwickelt jedoch Resistenzen gegen Chinin, so dass andere Anti-Malaria Mittel gefunden werden müssen.

Image credits: Köhler; CDC

Page 61: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists

Gin und Quinin?

(Crown copyright; Photograph courtesy of the Imperial War Museum, London - Q 32160)

Britische Soldaten intropischen Regionenbekamen Quinin alsAnti-Malaria Mittel.

Um den bitterenGeschmack zuneutralisieren, wurdeQuinin mit süßemSprudelwasser (“Tonic”)gemischt, oft auch mit Gin- der Ursprung des “Gin Tonic”.

Page 62: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists

Artemisia annua ist eine Pflanze mit neuen Anti-Malaria Aktivitäten

Photo credit: www.anamed.net

Artemisinin

Artemisia wird von chinesischen Kräuterärzten seit2000 Jahren eingesetzt. 1972 konnte die aktive Komponente, Artemisinin, isoliert werden.

Page 63: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists

Pflanzenwissenschaftler entwickeln hoch-aktive Artemisia Arten

Photo credit: www.york.ac.uk/org/cnap/artemisiaproject/

Page 64: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists

Pflanzliche Zellwände stellen wichtige und dauerhafte Materialien bereit

Holz besteht primär aus pflanzlichen Zellwänden.

Photo credit: tom donald

Page 65: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists

Zellwände

Photo credit: www.wpclipart.com/plants; Zhong, R. et al. (2008) Plant Cell 20: 2763-2782

Primäre Zellwände bestehen hauptsächlich aus Kohlenhydraten und Proteinen.

Einige Zellen produzieren eine feste sekundäre Zellwand, in die Lignin, eine quervernetzte Verbindung, eingelagert wird.

Pektin

Mikrofibrillen(Cellulose)

Hemicellulose

LöslicheProteine

MittelLamelle

PlasmaMembran

PrimäreZellwand

Page 66: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists

Holz und Fasern sind überall

Rembrandt van Rijn (1631)

Kleider aus Pflanzen-Gewebe (Baumwolle,Leinen, Seide)

Holz ist ein Baustoffund wird zur Herstellungvon Möbeln genutzt

Pflanzengewebe werdenzur Herstellung von Papier,früher Papyrus, genutzt

Die Leinwandist aus Flachs-oder Hanf-Fasern

Page 67: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists

Pflanzen liefern Fasernfür Papier und Gewebe

Baumwolle wird auf höhere Schädlingsresistenzund eine verbesserte Faserproduktion gezüchtet.

Photo credits: Chen Lab; IFPC

Page 68: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists

Die Sequenzierung des Genoms der Pappel, deren Holz für die Papierproduktion genutzt

wird, wurde kürzlich abgeschlossen

Diese Information wird jetzt genutzt, um die Effizienz der Papierherstellung zu verbessern.

Photo credit: ChmlTech.com

Bleichen des PapierbreisDie dunkle Farbe des Breis wird hauptsächlich durch Ligninverursacht, das schrittweise während des Bleichens entfernt wirdNach Kochen O2 Bleichung

Page 69: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists

Pflanzen können Erdöl bei vielen Produkten und Anwendungen ersetzen

Es braucht viele Millionen Jahre, um abgestorbenes organisches Material in Erdöl umzuwandeln … und der Erdöl-Vorrat geht zu Ende.

Erdöl ist KEINEerneuerbareEnergiequelle

creativecartoons.org

Page 70: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists

Pflanzen können Erdöl bei vielen Produkten und Anwendungen ersetzen

creativecartoons.org.

Es braucht viele Millionen Jahre, um abgestorbenes organisches Material in Erdöl umzuwandeln … und der Erdöl-Vorrat geht zu Ende.

Erdöl ist KEINEerneuerbareEnergiequelle

Wenn ich groß bin, möchte ich ein

fossiler Brennstoff werden

Page 71: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists

Pflanzen dienen als Rohstoff für Bio-Kraftstoffe

Energie aus der Sonne

Image source: Genome Management Information System, Oak Ridge National Laboratory

Zucker, Stärke undCellulose können zu Ethanol fermentiert werden.

Mikroorganismensetzen Zucker inAlkohol um, der dannaus der Mischung vonAlkohol, Wasser undMikroorganismenabgetrennt und überDestillation gereinigt wird.

Page 72: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists

Pflanzen dienen als Rohstoff für Biodiesel

Image sources: Tilo Hauke, University of Minnesota, Iowa State University Extension.

Aus Raps, Sojabohnen oder Algen produzierter Biodiesel kann

erdölbasierten Diesel ersetzen.

Page 73: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists

Bioenergie-Pflanzen beeinträchtigennicht die Nahrungsmittelproduktion

oder deren Preise

Miscanthus giganteus(“Elefantengras”) ist eine mehrjährige und schnell-wachsende Bioenergie-Pflanze, die auf landwirtschaftlich anders nicht nutzbaren Flächen angebaut werden kann.

Photo Illustration courtesy S. Long Lab, University of Illinois, 2006

Page 74: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists

Aus der Cellulose der Zellwand gewonnenesEthanol ist eine bedeutende Energiequelle

Zellwändeaus Mais-Stängeln

und anderen

Pflanzen-Abfällen

Ethanol

Image source: Genome Management Information System, Oak Ridge National Laboratory

Page 75: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists

Produktion vonPlastik aus erneuerbarem Pflanzenmaterial

Energie aus der Sonne

Photo Illustration courtesy S. Long Lab, University of Illinois, 2006

Pflanzen dienen als Produzenten für erneuerbareund biologisch abbaubare Materialien

Page 76: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists

Biodegradation Wissenschaftler erforschen kostengünstige Wege, um aus Pflanzen Plastik herzustellen.

Energie aus der Sonne

Pflanzen dienen als Produzenten für erneuerbareund biologisch abbaubare Materialien

Photo Illustration courtesy S. Long Lab, University of Illinois, 2006

Page 77: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists

Why study plants? Von Pflanzen lernen wir die Grundlagen der Natur und des Lebens zu verstehen. Mithilfe neuer Technologien können wir Pflanzen als Lieferanten für eine Unzahl von Verbindungen und Produkten nutzen. Pflanzen ernähren uns, halten uns gesund und bereichern unser Leben in vielfacher Hinsicht.

Page 78: © 2013 American Society of Plant Biologists Why study plants?

© 2013 American Society of Plant Biologists© 2013 American Society of Plant Biologists

“Why Study Plants?”

Created by the American Society for Plant Biology and published in the series “Teaching Tools in Plant

Biology” on the website of The Plant Cell

(http://www.plantcell.org)

Translated by Ulf-Ingo Flügge for Deutsche Botanische Gesellschaft http://www.deutsche-botanische-gesellschaft.de/