Prof. Artner: Vorlesung und Übung Anatomie und Morphologie der Pflanzen aus dem 2.Semester des Bakkalaureats Biologie. Einige ausgearbeitete Prüfungsfragen zu Moosen, Farnen und Spermatophyta

Aus BioSalzburg

BRYOPHYTA-PTERIDOPHYTA

1. Welche Gruppen von Moosen gibt es? Nennen Sie für jede Gruppe zwei wichtige Merkmale

   Lebermoose: thallose und foliose Formen, das Protonema ist ein kleiner kurzer Schlauch, unter der Epidermis sind membranumschlossene Ölzellen (nur bei Lebermoosen!)

   Laubmoose: nur foliose Formen, Gametophyt ist immer gegliedert in Cauloid (Stängel), Rhizoid (wurzelähnliches Gebilde) und Phylloid (Blätter), auch die Mooskapsel ist geliedert (Columella, Sporenschlauch, Sporenfäden, Kapselwand)

2. Erklären Sie den Generationswechsel der Moose.

   Meiospore  ProtonemaProtonema trägt Moosknospenaus Moosknospen entwickelt sich die Moospflanze (Gametohyt)trägt die GametangienArchegonien ♀ und Antheridien ♂ darin bilden sich die Gameten Eizelle und Spermien  nur wenn Wasser vorhanden ist (z.B. Regen) können die Spermien die Eizellen befruchten  diploide Zygote Embryo Sporophyt (Seta)Sporophyt bleibt vom Gametophyt abhängig, wird von ihm ernährt  auf Seta sitzt die Mooskapsel, in der sich aus dem Archegon die Sporenmutterzelle (+bei Lebermoosen oft die Elateren) entwickelt Sporenmutterzelle Meiose haploide Meiosporen

3. Was ist ein Protonema-wie ist es innerhalb des Generationswechsels der Mose einzuordnen- und woraus entsteht es?

   Das Protonema ist die erste Entwicklungsstufe der gametophytischen Generation der Moose, der sogenannte Vorkeim. Es entsteht aus der Meiospore, ist haploid, und trägt die Moosknospen. Es kann unterschiedlich stark verzweigt sein und wenige bis viele Zellen haben (z.B. bei Laubmoosen und foliosen Lebermoosen ist es sehr verzweigt und vielzellig)

4. Welche Vorgänge spielen sich in der Mooskapsel ab und mit welchem allgemeinen Begriff können Sie eine Mooskapsel bezeichnen?

   Die Mooskapsel kann man allgemein als Sporangium bezeichnen. In der Mooskapsel befindet sich das Archespor, sporogenes Gewebe. Dieses entwickelt sich zu den Sporenmutterzellen (und im Falle der meisten Lebermoose auch zu Elateren). Aus den Sporenmutterzellen entstehen durch Meiose jeweils 4 Meioseprodukte, die Meiosporen. Wenn diese gebildet worden sind, öffnet sich die Mooskapsel, um die Sporen zu entlassen. Das Peristom (diploider Zahnkranz) öffnet die Kapsel bei Trockenheit.

5. Durch welche Einrichtungen sind Moose im Gegensatz zu Algen an das Landleben angepasst?

   -Cuticula: nicht sehr dick, aber vorhanden; Verdunstungsschutz

   -Wasserspeicherzellen

   -Rhizoide: wurzelähnliche Strukturen um Wasser aus dem Boden aufzunehmen

   -Stomata: Öffnungen in der Epidermis für Gasaustausch und Regulierung der Verdunstung

   -leitbündelähnliche Strukturen zum Wasser- und Assimilattransport (dickwandige Hydroide und dünnwandige Leptoide)

GYMNOSPERMAE- ANGIOSPERMAE

1. Wie entwickeln sich die männlichen Gametophyten bei Gymnospermen und bei Angiospermen? Wo liegen die Unterschiede?

   Der männliche Gametophyt ist das mehrkernige Pollenkorn. Er ist im Vergleich zu den Pteridophyta sehr reduziert. Es werden keine Antheridien mehr gebildet. Der Gametophyt der Spermatophyta entwickelt sich endospor, d.h. er verlässt das Sporangium nicht mehr. Die Entwicklung beginnt im Pollensack und wird oft erst nach der Bestäubung beendet, indem die Pollenschlauchzelle sich an die Mikropyle (bei Gymnospermen) bzw. die Narbe( bei Angiospermen) des weiblichen Embryosackes heftet und die Spermazellen frei lassen. Gymnospermen: Das einzellige Pollenkorn (Mikrospore) teilt sich in eine Prothalliumzelle und in eine zweite Zelle, aus der wieder eine Prothalliumzelle und eine Antheridienzelle hervorgehen. Die Antheridienzelle teilt sich zu einer Pollenschlauchzelle und einer generativen Zelle. Die generative Zelle teilt sich in eine Stielzelle und in eine spermatogene Zelle, aus der zwei Spermazellen bzw. Spermien werden.

   Angiospermen: Der männliche Gametophyt ist auf 3 Zellen reduziert. Aus dem Pollenkorn (Mikrospore) werden eine generative und eine vegetative Zelle. Die vegetative Zelle ist die Pollenschlauchzelle, und aus der generativen werden zwei Spermazellen.

2. Wie entwickeln sich die weiblichen Gametophyten bei Gymnospermen und Angiospermen? Wo liegen die Unterschiede?

   Der weibliche Gametophyt der Spermatophyta ist der Embryosack (Megaprothallium). Gymnospermen: Der Embryosack kann aus mehrere Tausend Zellen bestehen. Ein Teil dieser Zellen wird nach der Befruchtung zum primären Endosperm (=Nährgewebe für den Embryo). An dem Pol, der der Mikropyle zugekehrt ist, befinden sich ein oder mehrere Archegonien, die aus einer großen Eizelle, mehreren Halswandzellen und einer Bauchkanalzelle bestehen. Angiospermen: Es werden keine Archegonien mehr ausgebildet. Aus der Embryosackzelle gehen durch 3 mitotische Teilungen 8 Zellen hervor, die verschiedene Aufgaben haben: 1 Eizelle 2 Synergiden= liegen links und rechts neben der Eizelle; eine davon wird durch eine Spermazelle befruchtet. Eizelle und Synergiden bilden den Eiapparat. 2 Polkerne= liegen in der Mitte des Embryosackes und verschmelzen zum diploiden Embryosackkern; werden durch die zweite Spermazelle befruchtet und dadurch zu einem triploiden sekundären Endosperm (=Nährgewebe) 3 Antipoden= liegen gegenüber vom Eiapparat

3. Welche Weiterentwicklungen zeigt der Sporophyt der Gymnospermae gegenüber dem der Farne?

   differenziertere Gewebe: Sekretions-, Assimilationsgewebe, differenziertere Gefäße, chloroplastenfreie Epidermis, dickere Cuticula (können auch in kälteren Gebieten wachsen)

   nicht nur mehr Fiederblätter, sondern auch Nadeln

   überall Blätterwachstum= interkalares Wachstum (Farne: Spitzenwachstum)

   Knospen sitzen immer oberhalb der Blätter= axilläre Verzweigung (Farne: phyllomkonjunkte Verzweigung)

   bipolarer Embryo, d.h. je ein Wurzel- und ein Sprosspol

   durch bipolaren Embryo kommt es zu allorrhizer Bewurzelung (Farne: homorrhiz)

   Verbreitungseinheit ist der Samen (Farne: Spore)

4. Wie ist eine Samenanlage gebaut (mit Skizze) und was entwickelt sich aus ihr?

   Die Samenanlage besteht aus dem Embryosack, der vom Nucellus und den Integumenten (bzw. nur 1 Integument bei Gymnospermen) umgeben ist. Die Integumente haben eine kleine Öffnung, die Mikropyle. In der Mikropyle befindet sich der Pollinationstropfen; eine klebrige Flüssigkeit, an der die Pollenkörner bei der Bestäubung kleben bleiben. Die Embryosäcke von Gymnospermen und Angiospermen sind unterschiedlich aufgebaut (siehe Frage 2). Nach der Befruchtung entwickelt sich aus der Samenanlage der Samen. Die Integumente werden zur Samenschale (Testa). Im Samen entwickelt sich aus der Zygote der Proembryo. Dieser differenziert sich zum Embryo und zum Suspensor, der den Embryo in das Nährgewebe (Endosperm) drückt. Die Samenanlage der Angiospermen ist von einem Fruchtblatt umgeben, die der Gymnospermen nicht. Daher können nur Angiospermen Früchte bilden.

5. Blatttypen und Blattfunktionen bei Gymnospermen und Angiospermen- welche Typen wurden in der LV bearbeitet?

   Fruchtblätter nur bei A., umgeben Samenanlage, werden zur Frucht

   Keimblätter (Cotyledonen) liefern der Pflanze in der ersten Wachstumsphase die nötigen Nährstoffe

   Primärblätter

   Staubblätter Mikrosporophylle, tragen die Mikrosporangien (Pollensäcke)

   Blütenhüllblätter

   Blattsukkulenz Wasserspeicher

6. Wie bezeichnet man folgende Begriffe bei den Spermatophyta:

   Mikrospore= einkerniges Pollenkorn

   Megaspore= Embryosackzelle

   Mikrosporangium= Pollensack

   Megasprangium= Nucellus

   Mikrosporophyll= Staubblatt

   Megasporophyll= Megasporophyll bei Gymnospermen; Fruchtblatt bei Angiospermen

7. Was entsteht aus den Mikrosporen der besprochenen Pflanzengruppen?

   Spermatophyta: das einzellige Pollenkorn (Mikrospore) entwickelt sich noch im Pollensack (Mikrosporangium) zum mehrzelligen Pollenkorn (männlicher Gametophyt). Weitere Entwicklung siehe Frage 1.

   Heterospore Pteridophyta: Es entwickelt sich ein reduziertes Mikroprothallium (männlicher Gametophyt), das dann die Antheridien bildet. Das Prothallium hat schon Rhizoide.

8. Bestäubung und Befruchtung bei Gymnospermen und Angiospermen im Vergleich

   Bestäubung(Pollination): Bei der Bestäubung wird der Pollen auf die weibliche Samenanlage übertragen Gymnospermen Die Bestäubung kann nur durch Wind erfolgen (=Anemophilie). Als die Gymnospermen „entstanden“ sind, gab es noch keine Insekten, daher haben G. keine Mittel, um Insekten zur Bestäubung anzulocken. Die Pollenkörner werden vom Wind auf den Pollinationstropfen der Mikropyle transportiert, wo sie kleben bleiben. Danach entwickelt sich die Pollenschlauchzelle, die das Pollenkorn befestigt und die Spermien entlässt. Diese wandern dann durch den Nucellus zu den Archegonien, die die Eizellen enthalten. Die Eizellen werden von den Spermien befruchtet und es entsteht die diploide Zygote.

   Angiospermen Die Bestäubung kann durch Wind, Tiere (=Zoophilie) oder manchmal sogar durch Selbstbestäubung erfolgen. Die dreizelligen Pollenkörner werden auf den Stempel übertragen. Dort entwickelt sich die vegetative Zelle zum Pollenschlauch, der durch den Stempel durch in den Fruchtknoten bis zum Embryosack hineinwächst. Im Embryosack werden die beiden Spermazellen abgegeben. Eine Spermazelle befruchtet eine der Synergiden, die andere Spermazelle befruchtet den diploiden Endospermkern. Der Endospermkern wird zum triploiden sekundären Endosperm, das dem Embryo als Nährgewebe dient. Es findet also eine doppelte Befruchtung statt. Dies ist sinnvoll, da sich die Pflanze Energie sparen kann. Das Nährgewebe wird nämlich nur dann gebildet, wenn die Eizelle erfolgreich befruchtet wurde. Bei den Gymnospermen entwickeln sich schon vor der Befruchtung 1000e Megaprothalliumzellen, die zum primären Endosperm werden. Wenn keine Befruchtung stattfindet, wurden diese Zellen umsonst gebildet.

9. Wie ist eine ursprüngliche Angiospermenblüte aufgebaut und welche haben Sie in den Übungen gesehen (mit Skizze)? Welche Blütenmerkmale kennzeichnen abgeleitete Blüten?

   Große zwittrige Einzelblüten mit langgestreckter Blütenachse und zahlreichen, schraubig angeordneten, freien Perigon-, Staub- und Fruchtblättern. Beispeil: Magnolia sp.

10. Sind Angiospermae heterospore Pflanzen? Begründen Sie Ihre Antwort.

    Angiospermae sind, wie alle Spermatophyta, heterospore Pflanzen. Das heißt, dass sie sowohl Mikro- als auch Megasporen ausbilden. Der Sporophyt der Spermatophyta bildet männliche und weibliche Sporophylle¬. Die männlichen sind die Staubblätter (Mikrosporophylle) und die weiblichen sind die Fruchtblätter (Megasporophyll). Die Staubblätter tragen die Pollensäcke (Mikrosporangien), in denen aus der Pollenmutterzelle durch Meiose das einzellige Pollenkorn (Mikrospore) entsteht. Das Fruchtblatt umhüllt die Samenanlage, in der sich auch der Nucellus (Megasporangium) befindet. Im Nucellus entstehen aus der Embryosackmutterzelle durch Meiose vier Embryosackzellen (Megasporen), von denen aber drei verkümmern und sich nur die übrig gebliebene weiterentwickelt.

11. Nennen sie vier wichtige Unterschiede zwischen Angiospermen und Gymnospermen!

    Nur Angiospermen können Früchte entwickeln, da sie um die Samenanlage herum ein Fruchtblatt haben. Die Früchte entstehen aus dem Fruchtblatt und dienen zur Verbreitung der Samen durch Tiere.

    Bei Angiospermen findet eine doppelte Befruchtung statt, um nicht, wie die Gymnospermen zu riskieren, Nährgewebe zu bilden, ohne dass die Eizelle befruchtet wird.

    Die Gymnospermen haben Staubblätter mit 2 Pollensäcken, die Angiospermen haben 4 Pollensäcke.

    Die Blüten der Gymnospermen sind ausschließlich getrennt geschlechtlich, während bei den Angiospermen oft Zwitterblüten vorkommen.

12. Wie ist ein Rizinus-Keimling aufgebaut (mit Skizze)? Welchen Keimungstyp repräsentiert er und wie unterscheiden sich die in der LV besprochenen beiden Keimungstypen?

    Epigäische (oberirdische) Keimung= Das Hypocotyl streckt sich und hebt die Cotyledonen mit in die Höhe, die sich dann rasch entwickeln. Die Keimblätter assimilieren und versorgen die Pflanze am Anfang. Sie leben aber nur kurz. Der Rizinuskeimling repräsentiert die epigäische Keimung.

    Hypogäische (unterirdische) Keimung= Das Hypocotyl bleibt sehr kurz, die Cotyledonen bleiben lange im Samen und entwickeln sich dann am oder sehr nahe am Boden. Es sind Speichercotyledonen, die die Pflanze beim ersten Wachstumsschub mit Nährstoffen versorgt (z.B. Erbsen, Bohnen). Diese Art der Keimung ist fortschrittlicher.

13. Erklären Sie den Unterschied zwischen Samen und Frucht

    Samen= Verbreitungseinheit der Spermatophyta, bestehend aus Embryo und Nährgewebe, umhüllt von einer Samenschale (Testa).

    Frucht= ist die Blüte im Zustand der Samenreife. Sie entsteht aus dem Fruchtblatt (Karpell). Nur Angiospermen haben Früchte.

14. Worin besteht der Unterschied zwischen primärem und sekundärem Endosperm und wo kommt es vor, bzw. wie entsteht es?

    Primäres Endosperm= Wird aus Megaprothalliumzellen (weiblicher Gametophyt) der Gymnospermen in der Samenanlage gebildet. Nachdem die Eizelle befruchtet wurde, dient es dem Embryo als Nährstoffquelle.

    Sekundäres Endosperm= Entsteht durch doppelte Befruchtung bei den Angiospermen in der Samenanlage. Durch den Pollenschlauch gelangen die beiden Spermazellen in die Samenanlage. Eine Spermazelle befruchtet deine Synergide, und die andere Spermazelle vereint sich mit dem diploiden Embryosackkern zum triploiden sekundären Endosperm. Das sekundäre Endosperm wird also nur gebildet, wenn die Eizelle befruchtet wurde. Es dient wie das primäre Endosperm als Nährstoffquelle für den Embryo.

15. Wie kann die Blütenhülle der Angiospermen gestaltet sein?

    doppeltes Perianth= die Blütenhülle ist in Kelch und Krone gegliedert. Die Kelchblätter sind immer unter den Kronenblättern

    Perigon= die Blütenhülle ist nicht unterteilt, d.h. alle Blütenblätter sind gleich

16. Was versteht man unter doppelter Befruchtung und warum ist sie von Vorteil?

    Siehe Fragen 2, 8, 11, 14

17. Wie bezeichnet man den einkernigen Embryosack mit einem allgemeinen Begriff und was entsteht aus ihm?

    Die einkernige Embryosackzelle kann allgemein als Megaspore (Meioseprodukt) bezeichnet werden. Sie wird zum mehrzelligen Embryosack (Megaprothallium), in dem sich die Eizelle (bei Gymnospermen die Archegonien mit Eizelle) befindet. Im Embryosack entwickelt sich nach der Befruchtung der Embryo.

18. Wie sind die Gametophyten der Moose, Farne, Gymno- und Angiospermae gebaut? Welcher Trend lässt sich erkennen und warum ist dieser Trend aus evolutiver Sicht gesehen sinnvoll?

    Moose: Der Gametophyt ist nur bei den Moosen die dominierende Generation, er ist also die grüne Pflanze, die wir sehen.

    thallose Moose verzweigter Thallus

    foliose Moose gegliedert in Rhizoid, Cauloid und Phylloid

    Farne: Der Gametophyt ist ein reduziertes Prothallium, es wird auch als Vorkeim bezeichnet. Das männliche Prothallium besteht nur aus wenigen Zellen und bleibt solange von der Sporenwand, bis die Spermien freigelassen werden. Das weibliche Prothallium ist weniger reduziert als das männliche. Es entwickelt sich in der Megaspore und enthält Reservestoffe für den Embryo. Der junge Sporophyt wird anfangs vom weiblichen Prothallium getragen, stirbt aber bald ab.

    Spermatophyta: Der Gametophyt ist endospor, d.h. er bleibt in der Spore und entwickelt sich dort. Es werden keine Antheridien gebildet, Archegonien werden nur bei den Gymnospermen gebildet. Gymnospermen: Das mehrzellige Pollenkorn (männlicher Gametophyt) differenziert sich zu generativen und vegetativen Zellen. Die generativen Zellen sind die Antheridienzellen, welche die Spermien bilden. Die vegetativen bilden den Pollenschlauch. Im Embryosack (weiblicher Gametophyt) ist Nährgewebe (Endospor) und ein bis mehrere Archegonien, die eine Eizelle beinhalten. Angiospermen: Das Pollenkorn ist auf drei Zellen reduziert. Zwei davon sind die generativen Zellen, die je zu einer Spermazelle werden. Die dritte Zelle ist vegetativ und wird zum Pollenschlauch. Im Embryosack befinden sich keine Archegonien mehr, sondern 8 Zellen: 3 bilden den Eiapparat (1 Eizelle+2 Synergiden), 2 Polkerne und 3 Antipoden. Je höher entwickelt die Pflanze, desto reduzierter ist der Gametophyt. Die Pflanze spart sich dadurch Energie und macht sich weniger angreifbar äußeren Einflüssen gegenüber (dies geschieht auch dadurch, dass der Gametophyt immer besser geschützt wird. Während er bei den Moosen noch „offen da liegt“, ist er bei den Spermatophyten durch mehrere Schichten geschützt).

19. Welche Voraussetzungen mussten im Laufe der Entwicklungsgeschichte geschaffen werden, damit die Pflanzen das „Land“ erobern konnten? a) ihre Fortpflanzung betreffend b) ihren Vegetationskörper betreffend

    b) Anhangsorgane dienen der Befestigung am Boden, Photosynthese, der Wasser-u. Nährsalzaufnahme, Cuticula schränkt Verdunstung ein, Spaltöffnungen regulieren die Verdunstung Farne: durch den Besitz von echten Wurzeln, gut ausgebildeten Wasser- und Assimilatleitungssystemen und cutinisierten Epidermen mit Spaltöffnungen, sind sie gut an das Landleben angepasst. Verholzte Tracheiden (Tracheen kommen nur in Ausnahmefällen vor) als Stützelemente ermöglichen baumförmigen Wuchs. Assimilat- und Wasserleitungssysteme

20. Sie haben in den UE mehrere Pflanzengruppen kennen gelernt, bei denen eine Generation nicht selbstständig leben kann und von einer anderen ernährt wird. Nennen Sie drei Beispiele (welche Generation ist von welcher abhängig, mit Skizze der ernährten Generation)

    Gonotrophie= wenn eine Generation von der anderen ernährt wird

    Moose Sporophyt ist vom Gametophyt abhängig; Sporophyt wächst auf der Moospflanze und wird von ihr ernährt.

    Gymnpspermen Sporophyt ernährt den Gametophyt

    Angiospermen Sporophyt ernährt den extrem reduzierten Gametophyt