Pflanzenphysiologie - Plant physiology

Die Pflanzenphysiologie ist eine Unterdisziplin der Botanik, die sich mit der Funktionsweise oder Physiologie von Pflanzen befasst . Eng verwandte Bereiche umfassen Pflanzenmorphologie (Aufbau von Pflanzen), Pflanzen Ökologie (Wechselwirkungen mit der Umwelt), Phytochemistry ( Biochemie von Pflanzen), Zellbiologie , Genetik, Biophysik und Molekularbiologie .

Grundlegende Prozesse wie Photosynthese , Atmung , Pflanzenernährung , Pflanzenhormonfunktionen , Tropismen , Nastikbewegungen , Photoperiodismus , Photomorphogenese , zirkadiane Rhythmen , Umweltstressphysiologie , Samenkeimung , Ruhe und Spaltöffnungsfunktion und Transpiration , beides Teile der Pflanzenwasserbeziehungen, werden untersucht von Pflanzenphysiologen.

Ziele

Das Gebiet der Pflanzenphysiologie umfasst das Studium aller inneren Aktivitäten von Pflanzen – jener chemischen und physikalischen Prozesse, die mit dem Leben in Verbindung stehen, wie es in Pflanzen abläuft. Dies beinhaltet das Studium auf vielen Ebenen des Umfangs und der Zeit. Auf der kleinsten Skala sind die molekularen Wechselwirkungen der Photosynthese und die interne Diffusion von Wasser, Mineralien und Nährstoffen. Auf dem größten Maßstab sind die Prozesse der Pflanzenentwicklung , Saisonalität , Dormanz und Fortpflanzungskontrolle. Die wichtigsten Teildisziplinen der Pflanzenphysiologie umfassen Phytochemie (das Studium der Biochemie der Pflanzen) und Phytopathologie (das Studium der Krankheit in Pflanzen). Der Umfang der Pflanzenphysiologie als Disziplin kann in mehrere Hauptforschungsbereiche unterteilt werden.

Zunächst wird das Studium der Phytochemie (Pflanzenchemie) in den Bereich der Pflanzenphysiologie eingeordnet. Um zu funktionieren und zu überleben, produzieren Pflanzen eine Vielzahl chemischer Verbindungen, die in anderen Organismen nicht vorkommen. Die Photosynthese erfordert eine große Auswahl an Pigmenten , Enzymen und anderen Verbindungen, um zu funktionieren. Da sie sich nicht bewegen können, müssen sich Pflanzen auch chemisch gegen Pflanzenfresser , Krankheitserreger und Konkurrenz durch andere Pflanzen wehren . Sie tun dies, indem sie Giftstoffe und übel schmeckende oder riechende Chemikalien produzieren. Andere Verbindungen schützen Pflanzen gegen Krankheiten, ermöglichen das Überleben bei Dürre und bereiten Pflanzen auf die Ruhe vor, während andere Verbindungen verwendet werden, um Bestäuber oder Pflanzenfresser anzulocken , um reife Samen zu verbreiten.

Zweitens umfasst die Pflanzenphysiologie die Untersuchung von biologischen und chemischen Prozessen der einzelnen Pflanzenzellen . Pflanzenzellen haben eine Reihe von Merkmalen, die sie von Zellen von Tieren unterscheiden und die zu großen Unterschieden in der Art und Weise führen, wie sich das Pflanzenleben anders verhält und anders reagiert als das Tierleben. Pflanzenzellen haben beispielsweise eine Zellwand, die die Form von Pflanzenzellen einschränkt und dadurch die Flexibilität und Beweglichkeit von Pflanzen einschränkt. Pflanzenzellen enthalten auch Chlorophyll , eine chemische Verbindung, die mit Licht so interagiert , dass Pflanzen ihre eigenen Nährstoffe herstellen können, anstatt andere Lebewesen wie Tiere zu verbrauchen.

Drittens befasst sich die Pflanzenphysiologie mit Wechselwirkungen zwischen Zellen, Geweben und Organen innerhalb einer Pflanze. Verschiedene Zellen und Gewebe sind physikalisch und chemisch spezialisiert, um unterschiedliche Funktionen auszuführen. Wurzeln und Rhizoide dienen der Verankerung der Pflanze und der Aufnahme von Mineralien im Boden. Blätter fangen Licht ein, um Nährstoffe herzustellen. Damit diese beiden Organe am Leben bleiben, müssen die von den Wurzeln aufgenommenen Mineralien zu den Blättern und die in den Blättern hergestellten Nährstoffe zu den Wurzeln transportiert werden. Pflanzen haben eine Reihe von Wegen entwickelt, um diesen Transport zu erreichen, wie zum Beispiel Gefäßgewebe , und die Funktionsweise der verschiedenen Transportarten wird von Pflanzenphysiologen untersucht.

Viertens untersuchen Pflanzenphysiologen die Art und Weise, wie Pflanzen innere Funktionen kontrollieren oder regulieren. Wie Tiere produzieren Pflanzen Chemikalien, die Hormone genannt werden, die in einem Teil der Pflanze produziert werden, um Zellen in einem anderen Teil der Pflanze zu signalisieren, zu reagieren. Viele Blütenpflanzen blühen zur richtigen Zeit aufgrund lichtempfindlicher Verbindungen, die auf die Länge der Nacht reagieren, ein Phänomen, das als Photoperiodismus bekannt ist . Die Reifung von Obst und Verlust der Blätter im Winter wird teilweise durch die Erzeugung der Gas gesteuert Ethylen durch die Pflanze.

Schließlich umfasst die Pflanzenphysiologie die Untersuchung der Reaktion von Pflanzen auf Umweltbedingungen und deren Variation, ein Gebiet, das als Umweltphysiologie bekannt ist . Stress durch Wasserverlust, Veränderungen der Luftchemie oder Verdrängung durch andere Pflanzen kann zu Veränderungen in der Funktionsweise einer Pflanze führen. Diese Veränderungen können durch genetische, chemische und physikalische Faktoren beeinflusst werden.

Biochemie der Pflanzen

Die chemischen Elemente, aus denen Pflanzen aufgebaut sind – hauptsächlich Kohlenstoff , Sauerstoff , Wasserstoff , Stickstoff , Phosphor , Schwefel usw. – sind die gleichen wie für alle anderen Lebensformen: Tiere, Pilze, Bakterien und sogar Viren . Lediglich die Details ihrer einzelnen Molekülstrukturen variieren.

Trotz dieser zugrunde liegenden Ähnlichkeit produzieren Pflanzen eine Vielzahl chemischer Verbindungen mit einzigartigen Eigenschaften, die sie nutzen, um mit ihrer Umwelt fertig zu werden. Pigmente werden von Pflanzen verwendet, um Licht zu absorbieren oder zu erkennen, und werden vom Menschen für die Verwendung in Farbstoffen extrahiert . Andere Pflanzenprodukte können zur Herstellung von kommerziell wichtigem Kautschuk oder Biokraftstoff verwendet werden . Die vielleicht berühmtesten Verbindungen aus Pflanzen sind solche mit pharmakologischer Aktivität, wie Salicylsäure, aus der Aspirin hergestellt wird, Morphin und Digoxin . Pharmaunternehmen geben jedes Jahr Milliarden von Dollar aus, um Pflanzenstoffe auf potenzielle medizinische Vorteile zu untersuchen.

Bestandteile

Pflanzen benötigen zum Überleben einige Nährstoffe wie Kohlenstoff und Stickstoff in großen Mengen. Einige Nährstoffe werden als Makronährstoffe bezeichnet , wobei sich das Präfix Makro- (groß) auf die benötigte Menge bezieht, nicht auf die Größe der Nährstoffpartikel selbst. Andere Nährstoffe, Mikronährstoffe genannt , werden nur in Spuren benötigt, damit Pflanzen gesund bleiben. Solche Mikronährstoffe werden normalerweise als Ionen aufgenommen, die in Wasser aus dem Boden gelöst sind, obwohl fleischfressende Pflanzen einen Teil ihrer Mikronährstoffe von gefangenen Beutetieren erhalten.

In den folgenden Tabellen sind die für Pflanzen essentiellen Elementnährstoffe aufgeführt . Verwendungen innerhalb von Pflanzen sind verallgemeinert.

Makronährstoffe – in großen Mengen notwendig

Element	Aufnahmeform	Anmerkungen
Stickstoff	NO 3 − , NH 4 +	Nukleinsäuren, Proteine, Hormone usw.
Sauerstoff	O 2, H 2 O	Cellulose , Stärke , andere organische Verbindungen
Kohlenstoff	CO 2	Cellulose, Stärke, andere organische Verbindungen
Wasserstoff	H 2 O	Cellulose, Stärke, andere organische Verbindungen
Kalium	K +	Cofaktor bei Proteinsynthese, Wasserhaushalt etc.
Kalzium	Ca 2+	Membransynthese und Stabilisierung
Magnesium	Mg 2+	Für Chlorophyll essentielles Element
Phosphor	H 2 PO 4 −	Nukleinsäuren, Phospholipide, ATP
Schwefel	SO 4 2−	Bestandteil von Proteinen

Mikronährstoffe – in kleinen Mengen notwendig

Element	Aufnahmeform	Anmerkungen
Chlor	Cl −	Photosystem II und Stomata-Funktion
Eisen	Fe 2+ , Fe 3+	Chlorophyllbildung und Stickstofffixierung
Bor	HBO 3	Vernetzendes Pektin
Mangan	Mn 2+	Aktivität einiger Enzyme und Photosystem II
Zink	Zn2 +	Beteiligt an der Synthese von Enzymen und Chlorophyll
Kupfer	Cu +	Enzyme für die Ligninsynthese
Molybdän	MoO 4 2−	Stickstofffixierung, Reduktion von Nitraten
Nickel	Ni2 +	Enzymatischer Cofaktor im Stoffwechsel von Stickstoffverbindungen

Pigmente

Zu den wichtigsten Molekülen für die Pflanzenfunktion zählen die Pigmente . Pflanzenpigmente umfassen eine Vielzahl verschiedener Arten von Molekülen, darunter Porphyrine , Carotinoide und Anthocyane . Alle biologischen Pigmente absorbieren selektiv bestimmte Wellenlängen des Lichts, während sie andere reflektieren . Das absorbierte Licht kann von der Pflanze verwendet werden, um chemische Reaktionen anzutreiben , während die reflektierten Wellenlängen des Lichts die Farbe bestimmen, die das Pigment für das Auge erscheint.

Chlorophyll ist das Hauptpigment in Pflanzen; Es ist ein Porphyrin , das rote und blaue Lichtwellenlängen absorbiert, während es Grün reflektiert . Es ist das Vorhandensein und die relative Häufigkeit von Chlorophyll, das den Pflanzen ihre grüne Farbe verleiht. Alle Landpflanzen und Grünalgen besitzen zwei Formen dieses Pigments: Chlorophyll a und Chlorophyll b . Seetang , Kieselalgen und andere photosynthetische Heterokonten enthalten Chlorophyll c statt b , Rotalgen besitzen Chlorophyll a . Alle Chlorophylle dienen den Pflanzen als primäres Mittel, um Licht abzufangen, um die Photosynthese anzukurbeln .

Carotinoide sind rote, orange oder gelbe Tetraterpenoide . Sie fungieren als akzessorische Pigmente in Pflanzen und helfen, die Photosynthese anzukurbeln, indem sie Lichtwellenlängen sammeln, die von Chlorophyll nicht leicht absorbiert werden. Die bekanntesten Carotinoide sind Carotin (ein oranges Pigment, das in Karotten vorkommt ), Lutein (ein gelbes Pigment, das in Obst und Gemüse vorkommt) und Lycopin (das rote Pigment, das für die Farbe von Tomaten verantwortlich ist ). Carotinoide wirken nachweislich als Antioxidantien und fördern ein gesundes Sehvermögen beim Menschen.

Anthocyane (wörtlich „flower blue“) sind wasserlösliche Flavonoid - Pigmente , die auf blau rot erscheinen, nach pH . Sie kommen in allen Geweben höherer Pflanzen vor und sorgen für Farbe in Blättern , Stängeln , Wurzeln , Blüten und Früchten , wenn auch nicht immer in ausreichender Menge, um wahrnehmbar zu sein. Anthocyane sind am sichtbarsten in den Blütenblättern von Blüten, wo sie bis zu 30 % des Trockengewichts des Gewebes ausmachen können. Sie sind auch für die violette Farbe auf der Unterseite tropischer Schattenpflanzen wie Tradescantia zebrina verantwortlich . In diesen Pflanzen fängt das Anthocyan das Licht, das durch das Blatt gelangt ist, auf und reflektiert es zurück in chlorophyllhaltige Regionen, um die Nutzung des verfügbaren Lichts zu maximieren

Betalaine sind rote oder gelbe Pigmente. Wie Anthocyane sind sie wasserlöslich, aber im Gegensatz zu Anthocyanen sind sie von Indol abgeleitete Verbindungen, die aus Tyrosin synthetisiert werden . Diese Klasse von Pigmenten kommt nur in den Caryophyllales (einschließlich Kaktus und Amaranth ) vor und kommt in Pflanzen nie zusammen mit Anthocyanen vor. Betalaine sind für die tiefrote Farbe der Rüben verantwortlich und werden kommerziell als Lebensmittelfarbstoffe verwendet. Pflanzenphysiologen sind sich nicht sicher, welche Funktion Betalaine in Pflanzen haben, die sie besitzen, aber es gibt einige vorläufige Hinweise darauf, dass sie fungizide Eigenschaften haben können.

Signale und Regler

Pflanzen produzieren Hormone und andere Wachstumsregulatoren, die eine physiologische Reaktion in ihrem Gewebe signalisieren. Sie produzieren auch lichtempfindliche Verbindungen wie Phytochrom , die als Reaktion auf Umweltsignale dazu dienen, Wachstum oder Entwicklung auszulösen.

Pflanzenhormone

Pflanzenhormone , bekannt als Pflanzenwachstumsregulatoren (PGRs) oder Phytohormone, sind Chemikalien, die das Wachstum einer Pflanze regulieren. Hormone sind laut Tierstandarddefinition an bestimmten Orten produzierte Signalmoleküle, die in sehr geringen Konzentrationen vorkommen und an anderen Orten in Zielzellen veränderte Prozesse bewirken. Im Gegensatz zu Tieren fehlen Pflanzen bestimmte hormonproduzierende Gewebe oder Organe. Pflanzenhormone werden oft nicht in andere Pflanzenteile transportiert und die Produktion ist nicht auf bestimmte Standorte beschränkt.

Pflanzenhormone sind Chemikalien , die in geringen Mengen das Wachstum , die Entwicklung und die Differenzierung von Zellen und Geweben fördern und beeinflussen . Hormone sind für das Pflanzenwachstum von entscheidender Bedeutung; Beeinflussung der Prozesse in Pflanzen von der Blüte bis zur Samenentwicklung , Ruhe und Keimung . Sie regulieren, welche Gewebe nach oben und welche nach unten wachsen, Blattbildung und Stängelwachstum, Fruchtentwicklung und -reifung sowie Blattabriss und sogar Pflanzentod.

Die wichtigsten Pflanzenhormone sind Abscissinsäure (ABA), Auxine , Ethylen , Gibberelline und Cytokinine , aber es gibt viele andere Substanzen, die der Pflanzenphysiologie dienen.

Photomorphogenese

Während die meisten Menschen wissen, dass Licht für die Photosynthese in Pflanzen wichtig ist, erkennen nur wenige, dass die Lichtempfindlichkeit der Pflanzen eine Rolle bei der Kontrolle der Pflanzenstrukturentwicklung ( Morphogenese ) spielt. Die Verwendung von Licht zur Kontrolle der strukturellen Entwicklung wird als Photomorphogenese bezeichnet und hängt von der Anwesenheit spezialisierter Photorezeptoren ab , bei denen es sich um chemische Pigmente handelt , die spezifische Wellenlängen des Lichts absorbieren können.

Pflanzen verwenden vier Arten von Photorezeptoren: Phytochrom , Cryptochrom , einen UV-B- Photorezeptor und Protochlorophyllid a . Die ersten beiden, Phytochrom und Kryptochrom, sind Photorezeptorproteine , komplexe molekulare Strukturen, die durch die Verbindung eines Proteins mit einem lichtempfindlichen Pigment gebildet werden. Cryptochrom ist auch als UV-A-Photorezeptor bekannt, da es ultraviolettes Licht im langwelligen "A" -Bereich absorbiert . Der UV-B-Rezeptor ist eine oder mehrere Verbindungen, die noch nicht mit Sicherheit identifiziert wurden, obwohl einige Hinweise auf Carotin oder Riboflavin als Kandidaten hindeuten . Protochlorophyllid a ist , wie der Name schon sagt, ein chemischer Vorläufer von Chlorophyll .

Der am besten untersuchte Photorezeptor in Pflanzen ist Phytochrom . Es ist lichtempfindlich im roten und dunkelroten Bereich des sichtbaren Spektrums . Viele Blütenpflanzen nutzen es, um den Blütezeitpunkt anhand der Länge von Tag und Nacht zu regulieren ( Photoperiodismus ) und zirkadiane Rhythmen festzulegen. Es reguliert auch andere Reaktionen, einschließlich der Keimung von Samen, der Verlängerung von Sämlingen, der Größe, Form und Anzahl der Blätter, der Synthese von Chlorophyll und der Begradigung des Epikotyl- oder Hypokotylhakens von zweikeimblättrigen Sämlingen.

Photoperiodismus

Viele Blütenpflanzen nutzen das Pigment Phytochrom, um jahreszeitliche Veränderungen der Tageslänge wahrzunehmen, die sie als Signale für die Blüte nehmen. Diese Empfindlichkeit gegenüber der Tageslänge wird als Photoperiodismus bezeichnet . Im Allgemeinen können Blütenpflanzen als Langtagpflanzen, Kurztagpflanzen oder Tagneutralpflanzen klassifiziert werden, abhängig von ihrer besonderen Reaktion auf Änderungen der Tageslänge. Langtagpflanzen benötigen eine gewisse Mindestlänge an Tageslicht, um zu blühen, daher blühen diese Pflanzen im Frühjahr oder Sommer. Umgekehrt blühen Kurztagpflanzen, wenn die Tageslichtlänge unter einen bestimmten kritischen Wert fällt. Tagneutrale Pflanzen initiieren die Blüte nicht auf der Grundlage von Photoperiodismus, obwohl einige stattdessen Temperaturempfindlichkeit ( Vernalisation ) verwenden können.

Obwohl eine Kurztagpflanze während der langen Sommertage nicht blühen kann, ist es nicht die Zeit der Lichteinwirkung, die die Blüte einschränkt. Vielmehr erfordert eine Kurztagpflanze eine minimale Dauer ununterbrochener Dunkelheit in jedem 24-Stunden-Zeitraum (eine kurze Tageslänge), bevor die Blütenentwicklung beginnen kann. Es wurde experimentell festgestellt, dass eine Kurztagpflanze (lange Nacht) nicht blüht, wenn während der Nacht ein Blitz von Phytochrom-Aktivierungslicht auf die Pflanze angewendet wird.

Pflanzen nutzen das Phytochrom-System, um die Tageslänge oder die Photoperiode zu erkennen. Diese Tatsache wird von Floristen und Gewächshausgärtnern genutzt , um die Blüte außerhalb der Saison, wie den Weihnachtsstern, zu kontrollieren und sogar zu induzieren .

Umweltphysiologie

Paradoxerweise ist die Teildisziplin Umweltphysiologie einerseits ein junges Studiengebiet der Pflanzenökologie und andererseits eines der ältesten. Umweltphysiologie ist der bevorzugte Name der Teildisziplin unter den Pflanzenphysiologen, hat aber in den angewandten Wissenschaften eine Reihe anderer Namen. Es ist ungefähr gleichbedeutend mit Ökophysiologie , Pflanzenökologie, Gartenbau und Agronomie . Die besondere Bezeichnung für die Teildisziplin ist spezifisch für den Standpunkt und die Ziele der Forschung. Welcher Name auch immer verwendet wird, er beschäftigt sich mit der Art und Weise, wie Pflanzen auf ihre Umwelt reagieren, und überschneidet sich damit mit dem Bereich der Ökologie .

Umweltphysiologen untersuchen die Reaktion von Pflanzen auf physikalische Faktoren wie Strahlung (einschließlich Licht und ultraviolette Strahlung), Temperatur , Feuer und Wind . Von besonderer Bedeutung sind die Wasserverhältnisse (die mit der Druckbombe gemessen werden können ) und der Stress durch Dürre oder Überschwemmung , der Gasaustausch mit der Atmosphäre sowie der Nährstoffkreislauf wie Stickstoff und Kohlenstoff .

Umweltphysiologen untersuchen auch die Reaktion von Pflanzen auf biologische Faktoren. Dazu gehören nicht nur negative Interaktionen, wie Konkurrenz , Herbivorie , Krankheit und Parasitismus , sondern auch positive Interaktionen, wie Mutualismus und Bestäubung .

Tropismen und nastische Bewegungen

Pflanzen können sowohl auf gerichtete als auch auf ungerichtete Reize reagieren . Eine Reaktion auf einen gerichteten Reiz wie Schwerkraft oder Sonnenlicht wird als Tropismus bezeichnet. Eine Reaktion auf einen ungerichteten Reiz wie Temperatur oder Feuchtigkeit ist eine böse Bewegung.

Tropismen in Pflanzen sind das Ergebnis der Differentialzellwachstum, in dem die Zellen auf einer Seite der Anlage verlängert sich mehr als die auf der anderen Seite, wodurch der Teil mit weniger Wachstum in Richtung der Seite biegen. Zu den häufigsten Tropismen bei Pflanzen gehört der Phototropismus , das Biegen der Pflanze in Richtung einer Lichtquelle. Phototropismus ermöglicht es der Pflanze, die Lichtexposition in Pflanzen zu maximieren, die zusätzliches Licht für die Photosynthese benötigen, oder sie in Pflanzen zu minimieren, die intensivem Licht und Hitze ausgesetzt sind. Geotropismus ermöglicht es den Wurzeln einer Pflanze, die Richtung der Schwerkraft zu bestimmen und nach unten zu wachsen. Tropismen resultieren im Allgemeinen aus einer Interaktion zwischen der Umwelt und der Produktion eines oder mehrerer Pflanzenhormone.

Nastische Bewegungen resultieren aus unterschiedlichem Zellwachstum (z. B. Epinastie und Hiponastie) oder aus Veränderungen des Turgordrucks in Pflanzengeweben (z. B. Nyktinastie ), die schnell auftreten können. Ein bekanntes Beispiel ist die Thigmonastie (Reaktion auf Berührung) bei der Venusfliegenfalle , einer fleischfressenden Pflanze . Die Fallen bestehen aus modifizierten Blattspreiten, die empfindliche Abzugshaare tragen. Wenn die Haare von einem Insekt oder einem anderen Tier berührt werden, faltet sich das Blatt zusammen. Dieser Mechanismus ermöglicht es der Pflanze, kleine Insekten einzufangen und für zusätzliche Nährstoffe zu verdauen. Obwohl die Falle durch Änderungen des inneren Zelldrucks schnell geschlossen wird, muss das Blatt langsam wachsen, um sich für eine zweite Gelegenheit zum Fangen von Insekten zurückzusetzen.

Pflanzenkrankheit

Wirtschaftlich gesehen ist einer der wichtigsten Forschungsbereiche der Umweltphysiologie die Phytopathologie , die Erforschung von Krankheiten bei Pflanzen und der Art und Weise, wie Pflanzen Infektionen widerstehen oder mit ihnen fertig werden. Pflanzen sind anfällig für die gleichen Arten von Krankheitsorganismen wie Tiere, einschließlich Viren , Bakterien und Pilzen , sowie für die physische Invasion durch Insekten und Spulwürmer .

Da sich die Biologie von Pflanzen von denen von Tieren unterscheidet, sind ihre Symptome und Reaktionen sehr unterschiedlich. In einigen Fällen kann eine Pflanze einfach infizierte Blätter oder Blüten abwerfen, um die Ausbreitung von Krankheiten zu verhindern, was als Abszission bezeichnet wird. Die meisten Tiere haben diese Möglichkeit nicht, um Krankheiten zu bekämpfen. Pflanzenkrankheitsorganismen selbst unterscheiden sich auch von denen, die Krankheiten bei Tieren verursachen, da Pflanzen Infektionen normalerweise nicht durch gelegentlichen physischen Kontakt verbreiten können. Pflanzenpathogene neigen Ausbreitung über Sporen oder von Tier durch Vektoren .

Einer der wichtigsten Fortschritte bei der Bekämpfung von Pflanzenkrankheiten war die Entdeckung der Bordeaux-Mischung im 19. Jahrhundert. Die Mischung ist das erste bekannte Fungizid und ist eine Kombination aus Kupfersulfat und Kalk . Die Anwendung der Mischung diente dazu, das Wachstum von Falschem Mehltau zu hemmen, der die französische Weinindustrie ernsthaft zu schädigen drohte .

Geschichte

Frühe Geschichte

Francis Bacon veröffentlichte 1627 in seinem Buch Sylva Sylvarum eines der ersten pflanzenphysiologischen Experimente . Bacon züchtete mehrere Landpflanzen, darunter eine Rose, in Wasser und kam zu dem Schluss, dass Erde nur benötigt wird, um die Pflanze aufrecht zu halten. Jan Baptist van Helmont veröffentlichte 1648 das erste quantitative Experiment in der Pflanzenphysiologie. Er züchtete fünf Jahre lang einen Weidenbaum in einem Topf mit 200 Pfund ofentrockener Erde. Der Boden verlor nur zwei Unzen Trockengewicht und van Helmont kam zu dem Schluss, dass Pflanzen ihr gesamtes Gewicht aus Wasser und nicht aus Erde beziehen. 1699 veröffentlichte John Woodward Experimente zum Wachstum von Grüner Minze in verschiedenen Wasserquellen. Er fand heraus, dass Pflanzen in Wasser mit hinzugefügter Erde viel besser wuchsen als in destilliertem Wasser.

Stephen Hales gilt als Vater der Pflanzenphysiologie für die vielen Experimente in dem 1727 erschienenen Buch Gemüse Stacks ; obwohl Julius von Sachs die Teile der Pflanzenphysiologie vereint und zu einer Disziplin zusammengefügt hat. Sein Lehrbuch der Botanik war die pflanzenphysiologische Bibel seiner Zeit.

Forscher entdeckten im 19. Jahrhundert, dass Pflanzen essentielle Mineralnährstoffe als anorganische Ionen im Wasser aufnehmen. Unter natürlichen Bedingungen fungiert der Boden als Mineralstoffspeicher, aber der Boden selbst ist für das Pflanzenwachstum nicht wesentlich. Wenn die mineralischen Nährstoffe im Boden in Wasser gelöst werden, nehmen die Pflanzenwurzeln Nährstoffe leicht auf, der Boden wird für das Gedeihen der Pflanze nicht mehr benötigt. Diese Beobachtung ist die Grundlage für die Hydrokultur , das Züchten von Pflanzen in einer wässrigen Lösung anstelle von Erde, die zu einer Standardtechnik in der biologischen Forschung, dem Unterrichten von Laborübungen, der Pflanzenproduktion und als Hobby geworden ist.

Wirtschaftliche Anwendungen

Lebensmittelproduktion

Im Gartenbau und in der Landwirtschaft ist neben der Lebensmittelwissenschaft die Pflanzenphysiologie ein wichtiges Thema in Bezug auf Obst , Gemüse und andere konsumierbare Pflanzenteile. Zu den untersuchten Themen gehören: Klimatische Anforderungen, Fruchtfall, Ernährung, Reifung , Fruchtansatz. Die Produktion von Nahrungspflanzen hängt auch vom Studium der Pflanzenphysiologie ab, die Themen wie optimale Pflanz- und Erntezeiten und die Lagerung von Pflanzenprodukten für den menschlichen Verzehr nach der Ernte sowie die Herstellung von Folgeprodukten wie Arzneimitteln und Kosmetika umfasst.

Die Pflanzenphysiologie tritt zurück und betrachtet ein Pflanzenfeld als Ganzes, anstatt jede Pflanze einzeln zu betrachten. Die Pflanzenphysiologie untersucht, wie Pflanzen aufeinander reagieren und wie Ergebnisse wie die Nahrungsmittelproduktion durch die Bestimmung von Dingen wie der optimalen Pflanzdichte maximiert werden können .

Siehe auch

• Biomechanik
• Hyperakkumulator
• Phytochemie
• Pflanzenanatomie
• Pflanzenmorphologie
• Pflanzensekundärstoffwechsel
• Zweige der Botanik

Verweise

Weiterlesen

• Lambers, H. (1998). Pflanzenphysiologische Ökologie . New York: Springer-Verlag. ISBN 0-387-98326-0.
• Larcher, W. (2001). Physiologische Pflanzenökologie (4. Aufl.). Springer. ISBN 3-540-43516-6.
• Frank B. Salisbury; Cleon W. Ross (1992). Pflanzenphysiologie . Brooks/Cole Pub Co. ISBN 0-534-15162-0.
• Lincoln Taiz, Eduardo Zeiger, Ian Max Møller, Angus Murphy: Grundlagen der Pflanzenphysiologie . Sinauer, 2018.