Diese Einführung in die Methoden enthält konkrete Anleitungen zur Durchführung von Experimenten, wie sie jeder Student im Rahmen seiner Praktika zur Pflanzenphysiologie zu absolvieren hat. Diese Experimente sind in zwei Kategorien eingeteilt: zuerst "Demonstrations-Experimente" als in der Regel einfach auszuführende Versuche zur Veranschaulichung bestimmter physiologischer Sachverhalte. Sie haben vor allem didaktischen Charakter und sind weitgehend deduktiv dargestellt. Im Gegensatz dazu stellt die andere Kategorie "Analytische Experimente" vor, für die eine induktive Darstellungsweise gewählt wurde. Das Thema dieser Versuche ist als "Problem" formuliert, und ihre Durchführung wird im Detail nur für ein "Grundexperiment" dargestellt, welches den prinzipiellen experimentellen Ansatz und die Methodenbeschreibung enthält. Mit diesen Anleitungen ist es dann möglich, die entsprechenden physiologischen oder methodischen Fragestellungen selbständig zu bearbeiten.

1. Qualitative und quantitative Analyse von Pflanzenmaterial

Vorbemerkungen
Demonstrationsexperimente
1.1 Chemischer Nachweis der Makroelemente
1.2 Biologischer Nachweis verschiedener Kohlenhydrate mit Bäckerhefe
1.3 Präparative Trennung der Carotin-Isomeren aus Karottenwurzeln durch Säulenchromatographie
Analytische Experimente
1.4 Bestimmung von Frischmasse, Trockenmasse und Wassergehalt bei Weizenkeimlingen
1.5 Chemischer Nachweis verschiedener Kohlenhydrate
1.6 Isolierung und Nachweis von Fett (Triacylglycerol)
A.SOXHLET-Extraktion16
B. Extraktion nach BLIGH und DYER
C. Nachweis von Fett in der Lipidfraktion
1.7 Isolierung und Nachweis von Protein
1.8 Isolierung und Nachweis von Nucleinsäuren
1.9 Trennung der Blütenfarbstoffe (Flavonoide) der Rose
A. Zweidimensionale chromatographische Analyse der Flavonoid-Glycoside
B. Chromatographische Analyse der Flavonoid-Aglyca nach saurer Hydrolyse
1.10 Isolierung und Nachweis der Alkaloide des Schöllkrauts
1.11 Bestimmung und Trennung der Photosynthesepigmente
A. Bestimmung der Pigmente im Rohextrakt
B. Isolierung der Pigmente durch Dünnschichtchromatographie
1.12 Bestimmung der Speicherstoffe von Samen: Vergleichende Messungen an Weizen, Erbse und Raps
A. Proteinbestimmung
B. Stärkebestimmung
C. Triacylglycerolbestimmung
1.13 Bestimmung des Gesamt-Zuckergehalts und des Ascorbatgehalts in Früchten
A. Zuckerbestimmung
B. Ascorbatbestimmung
2. Enzyme
Vorbemerkungen
Demonstrationsexperimente
2.1 Qualitativer Nachweis einiger Enzyme (Katalase, Peroxidase, Phenoloxidase, Amylase, Phosphorylase)
2.2 Histochemischer Enzymnachweis (Peroxidase)
2.3 Präparative enzymatische Darstellung von Glucose-1-Phosphat
Analytische Experimente
2.4 Nachweis und quantitative Bestimmung von Proteinase (Endopeptidase) aus Maisendosperm mit einem Radial-diffusionstest
2.5 Die kinetische Charakterisierung eines Enzyms (Peroxidase der Meerrettichwurzel)
2.6 Elektrophoretische Trennung von Isoenzymen (Peroxidase und Katalase von Senfkeimlingen)
2.7 Operationale Kriterien der Enzymaktivitätsbestimmung (Fumarase in den Kotyledonen des Senfkeimlings)
3. Isolierung von Zellen, Protoplasten und Organellen
Vorbemerkungen
Demonstrationsexperiment
3.1 Isolierung von Zellen aus Geweben
Analytische Experimente
3.2 Isolierung von Protoplasten aus Haferblättern
3.3 Isolierung von Chloroplasten aus Spinatblättern
A. Isolierung durch fraktionierende Zentrifugation (ungereinigte Chloroplasten)
B. Weitere Reinigung durch Dichtegradientenzentrifugation
3.4 Isolierung von Mitochondrien aus Kartoffelknollen
3.5 Trennung und enzymatische Charakterisierung von Chloroplasten, Mitochondrien und Peroxisomen aus Gurkenkotyledonen
4. Photosynthese
Vorbemerkungen
Demonstrationsexperimente
4.1 Photoreduktion von Methylenblau (Modellreaktion zur Funktion des photochemisch aktiven Chlorophylls)
4.2 Fluoreszenz von Chlorophyll in vitro und in vivo
4.3 Licht, CO2, Chlorophyll und Enzyme als essentielle Faktoren der Photosynthese
4.4 Bildung von Assimilationsstärke im Blatt
4.5 Nachweis der Akkumulation von K+in den Schließzellen bei der lichtinduzierten Stomataöffnung
Analytische Experimente
4.6 Polarographische Messung der photosynthetischen O2-Produktion (O2-Elektrode)
4.7 Demonstration und Messung des photosynthetischen Elektronentransports (HILL-Reaktion) an isolierten Chloroplasten
A. Demonstration der HILL-Reaktion
B. Photometrische Messung der HILL-Reaktion
4.8 Messung der lichtinduzierten Protonenpumpe an isolierten Thylakoiden
4.9 Photosynthetische CO2-Fixierung und Assimilattranslocation im Blatt der Gartenbohne
4.10 Induktion des diurnalen Säurerhythmus bei der fakultativen CAM-Pflanze Mesembryanthemum crystallinum
A. Messung des pH-Werts und des Säuregehalts
B. Messung des Malatgehalts
4.11 Bestimmung des Lichtkompensationspunktes und des CO2-Kompensationspunktes der Photosynthese
A. Lichtkompensationspunkt
B. CO2-Kompensationspunkt
4.12 Regulation der Stomataöffnungsweite von Maisblättern durch Umweltfaktoren
5. Dissimilation
Vorbemerkungen
Demonstrationsexperimente
5.1. Fe-katalysierte Elektronenübertragung (Modellreaktion zur Funktion der Atmungskette)
5.2 Spektroskopische Demonstration des Redoxzustandes der Cytochrome
5.3 Wärmeabgabe atmender Gewebe
5.4 Manometrischer Nachweis von Atmung und Gärung
5.5 Fermentation bei der höheren Pflanze
5.6 Aerobe und anaerobe Energiemobilisierung bei der Entwicklung von Weizen- und Reis- Keimlingen
5.7 Der Respiratorische Quotient (RQ)
5.8 Fett ? Kohlenhydrat-Umwandlung bei der Keimung fetthaltiger Samen (Ricinus communis)
5.9 Nachweis der dissimilatorischen Aktivität verschiedener Organe und Gewebe
Analytische Experimente
5.10 Nachweis von Elektronen- und Protonentransport an der Plasmamembran von Maiswurzeln
5.11 Messung der aeroben und anaeroben Dissimilation von Hefezellen mit der WARBURG-Manometrie
5.12 Messung des respiratorischen Elektronentransports an isolierten Mitochondrien mit der O2-Elektrode
5.13 Induktion fermentativer Enzyme durch Anaerobiose in der Wurzel von Maiskeimlingen
6. Pflanzenernährung
Vorbemerkungen
Demonstrationsexperimente
6.1 Induktion katabolischer Enzyme durch das Substrat bei Bäckerhefe
6.2 Auslösung der Wurzelknöllchenbildung durch Rhizobiumbei der Gartenbohne
6.3 Reduktion von Fe3+an der Wurzeloberfläche von Gartenbohnen
6.4 Selektive Ionenaufnahme durch die Wurzel
Analytische Experimente
6.5 Nachweis essentieller Nährelemente durch Mangelkultur von Senfkeimlingen
6.6 Wirkung von Eisenmangel auf die Entwicklung von Bohnenpflanzen
6.7 Ernährung heterotropher Pflanzenorgane: Kultur isolierter Tomatenwurzeln in künstlicher Nährlösung
7. Wasserzustand und Wassertransport
Vorbemerkungen
Demonstrationsexperimente
7.1 Osmose im ?-Gradienten (PFEFFERsche Zelle, TRAUBEsche Zelle; Modellversuche zum Wassertransport)
7.2 Beobachtung von Plasmolyse und Deplasmolyse, mikroskopische Bestimmung der Grenzplasmolyse
7.3 Beobachtung des Wassertransports in den Leitbündeln
7.4 Transpirationsmessung mit dem Potetometer
7.5 Demonstration von Wurzeldruck, Exudation und Guttation
Analytische Experimente
7.6 Bestimmung des Wasserpotentials (?) und seiner Komponenten (,? PT) als Funktion des Wassergehalts im Gewebe
7.7 Bestimmung der Grenzplasmolyse mit einem Biegetest
7.8 Der Wassertransport durch die Pflanze und seine Steuerung
7.9 Die Wirkung von Wasserstreß auf das Wachstum und andere physiologische Prozesse bei der Gartenbohne
8. Aufnahme und Translocation von anorganischen Ionen und organischen Molekülen
Vorbemerkungen
Demonstrationsexperimente
8.1 Modellversuche zum Mechanismus des Phloemtransports
8.2 Nachweis der Endodermisbarriere beim Wassertransport durch die Wurzel
8.3 Lokalisierung der transportaktiven Zone der Wurzel und Demonstration der Stoffwechselaktivität bei der Ionenaufnahme
Analytische Experimente
8.4 Salzinduzierte pH-Veränderungen in der Umgebung von Gerstenwurzeln
A. Messung der pH-Veränderung im Wurzelmedium
B. Qualitativer Nachweis und Lokalisation der pH- Veränderung an der Wurzeloberfläche
8.5 Protonenpumpe und aktive Zuckeraufnahme am Scutellum von Maiskeimlingen
A. Messung der H+Pumpaktivität
B. Messung der Zucker aufnähme
8.6 Phloembeladung und Zuckerferntransport im Maisblatt
9. Phytohormone
Vorbemerkungen
Demonstrationsexperimente
9.1 Multiple Wirkung von Auxin in der Sproßachse von Bohnenkeimlingen
9.2 Spezifische Wirkungen zweier "Wuchsstoffe"(Auxin, Gibberellin) auf das Wachstum der Organe von Bohnenpflanzen
9.3 Wirkung von Cytokinin auf die Entwicklung von Erbsenkeimlingen
9.4 Induktion von amylolytischer Aktivität im Endosperm der Gerstencaryopse durch einen niedermolekularen Faktor (Gibberellin) aus dem keimenden Embryo
9.5 Induktion des Internodienwachstums von Kopfsalatpflanzen durch Gibberellinsäure
9.6 Gewebespannung und die Rolle der Epidermis beim Auxin- induzierten Streckungswachstum der Maiskoleoptile
9.7 Nachweis der Auxin-induzierten Protonensekretion von Maiskoleoptilen
9.8 Wirkung von Ethylen auf das Sproßwachstum von Erbsenpflanzen
Analytische Experimente
9.9 Zwergmutanten der Erbse und ihre Normalisierung durch Gibberellinsäure
9.10 Induktion des Streckungswachstums von Maiskoleoptil- segmenten durch Auxin
9.11 Überprüfung der CHOLODNY-WENT-Theorie für das tropische Krümmungswachstum von Sonnenblumen- hypokotylen und Maiskoleoptilen
9.12 Umwandlung eines Speicherorgans in ein Assimilationsorgan und ihre Abhängigkeit von Cytokinin (Kotyledonen der Gurke)
9.13 Induktion der Synthese von ?-Amylase durch Gibberellinsäure im Gerstenaleuron
9.14 Halmsegmenttest auf Gibberellin bei Haferpflanzen
10. Entwicklung von Pflanzenorganen
Vorbemerkungen
Demonstrationsexperimente
10.1 Lokalisierung der Wachstumszonen eines Maiskeimlings
10.2 Différentielles Flankenwachstum bei der Aufrechterhaltung und lichtinduzierten Öffnung des Plumulahakens der Gartenbohne
10.3 Die Rolle des Cytosekeletts für die Wachstumsallometrie der Organe des Maiskeimlings
10.4 Beeinflussen sich genetisch verschiedene Pfropfpartner gegenseitig in ihrer Entwicklung?
10.5 Repression des Wachstums von Seitenknospen durch den Apex (apikale Dominanz)
10.6 Differentielle Wirkung von Wasserstreß auf das Wachstum von Sproß und Wurzel
Analytische Experimente
10.7 Bestimmung der elastischen und der plastischen Zellwand- dehnung beim Wachstum der Maiskoleoptile
10.8 Bestimmung des Wachstumspotentials von Maiskoleoptil- segmenten
10.9 Verteilungsfunktion (Probitanalyse) des Hypokotylwachstums in einer Population von Rapskeimlingen
10.10 Induktion von "negativem Wachstum"bei Bohnenblättern durch Wasserstreß
11. Reifung und Keimung von Samen und Pollen
Vorbemerkungen
Demonstrationsexperimente
11.1 Prüfung der Keimfähigkeit von Saatgut
11.2 Samendormanz und ihre Aufhebung durch Kältebehandlung (Stratifikation)
11.3 Beschleunigung der Keimung durch Vorbehandlung der Samen mit Osmoticum (seed priming)
11.4 Induktion der Dormanz durch Abscisinsäure
Analytische Experimente
11.5 Aktivierung des Energiestoffwechsels während der Quellungsund der Wachstumsphase keimender Rapssamen
11.6 Messung des Quellungsdrucks keimender Samen
11.7 Enwicklung und Verlust der Austrocknungstoleranz während der Reifung bzw. Keimung von Senfsamen
11.8 Bestimmung des Keimungspotentials von Rapssamen
11.9 Lebensfähigkeit und Keimfähigkeit von Pollenkörnern der Nachtkerze
A. Cytologischer Test der Lebensfähigkeit
B. Test der Keimfähigkeit
12. Seneszenz
Vorbemerkungen
Demonstrationsexperimente
12.1 Blattseneszenz als intraorganismisch gesteuerter Entwicklungsprozeß bei der Gartenbohne
12.2 Lokale Seneszenzverhinderung und Rejuvenation von Bohnenblättern durch Cytokinine
12.3 Seneszenz der Blütenkronröhre bei der Prunkwinde und ihre Steuerung durch Ethylen
Analytische Experimente
12.4 Einfluß der Stickstoffversorgung auf die Seneszenz der Kotyledonen junger Senfpflanzen
12.5 Steuerung von Seneszenz und Rejuvenation von Roggenblättern durch Cytokinine
12.6 Proteinstoffwechsel während der durch Verdunkelung induzierten Seneszenz von Weizenblättern
12.7 Hormonelle Kontrolle der Blattabszission bei der Gartenbohne
A. Förderung und Hemmung der Abszission durch Hormonbehandlung
B. Quantitative Bestimmung der Ethylen-induzierten Abszission mit einem mechanischen Bruchtest
C. Histologische Veränderungen in der Trennzone vor der Abszission
13. Photomorphogenese
Vorbemerkungen
Demonstrationsexperimente
13.1 Skoto- und Photomorphogenese während der Keimlingsentwicklung bei Monokotylen und Dikotylen
13.2 Bedeutung des Plumulahakens für die Keimung unter der Erde
13.3 Regulation der photonastischen Blattbewegung bei Albizziadurch Phytochrom
Analytische Experimente
13.4 Phytochrominduzierte Keimung von Lactuca-Achänen
13.5 Phytochrominduzierte Flavonoidbiosynthese in den Kotyledonen des Senfkeimlings
A Messung der Anthocyansynthesekinetik
B. Messung der Flavonolakkumulation nach chromatographischer Reinigung
C. Messung der Induktionskinetik von Phenylalanin- ammoniumlyase
13.6 Messung der lichtinduzierten Chlorophyllbildung in Bohnenblättern in vivo und in vitro
A. In-vivo-Messung der Protochlorophyllidreduktion
B. In-vitro-Messung der Protochlorophyllidreduktion
13.7 Lichtregulation des Ascorbatgehalts in den Kotyledonen des Senfkeimlings. Identifizierung des verantwortlichen Photoreceptors
13.8 Lichtinduktion der Nitratreductase in den Kotyledonen des Senfkeimlings
13.9 UV-induzierte Flavonoidsynthese als Schutzmechanismus gegen kurzwellige Strahlung im Begonienblatt
13.10 Photoreaktivierung eines UV-Schadens an Kotyledonen des Senfkeimlings durch blauviolettes Licht
14 Regeneration
Vorbemerkungen
Demonstrationsexperimente
14.1 Regeneration von Adventivembryonen an isolierten Begonienblättern
14.2 Adventivwurzelregeneration an isolierten Sprossen und Blättern
14.3 Sproßregeneration an Wurzeln
14.4 Regeneration von Sproß und Wurzel an Segmenten des Linum-Keimlings
14.5 Regeneration von Skiereiden im Blatt der Kamelie
Analytische Experimente
14.6 Induktion der Adventivwurzelbildung beim Senfkeimling durch Licht und Hormone
14.7 Polare Adventivwurzelregeneration am Hypokotyl von Bohnenkeimlingen
14.8 Wundinduzierte Regeneration von Xylemelementen am Hypokotyl von Bohnenkeimlingen und ihre Bedeutung für die Zelldifferenzierung
14.9 Stoffwechselaktivierung bei der Regeneration eines neuen Abschlußgewebes an isoliertem Speichergewebe der Kartoffelknolle
A. Analyse der cytologischen Veränderungen und der Atmungsaktivierung an der Wundfläche
B. Abhängigkeit der Stoffwechselaktivierung von der RNA- und Proteinsynthese
14.10 Bildung genetischer Tumoren als Entwicklungsanomalie bei Tabakhybriden
A. Tumorinduktion an älteren Pflanzen durch Verletzung
B. Tumorinduktion an Keimlingen durch Auxin
15. Wachstum und Differenzierung von Geweben und Zellen in vitro
Vorbemerkungen
Demonstrationsexperimente
15.1 Wundkallusbildung an Zweigsegmenten der Pappel
15.2 Adventivpflanzenbildung an Hypokotylexplantaten von Linum-Keimlingen
15.3 Regeneration haploider Embryonen aus unreifen Tabakpollen
Analytische Experimente
15.4 Regeneration von Sproß- und Wurzelanlagen an einer Kalluskultur aus Tabakgewebe
15.5 Herstellung einer Zellsuspensionskultur aus Karottenwurzelgewebe
16. Bewegung und Orientierung im Raum
Vorbemerkungen
Demonstrationsexperimente
16.1 Photophobische Reaktion bei Rhodospirillum
16.2 Phototaxis bei Euglena
16.3 Lichtabhängige Chloroplastenorientierung bei Funaria und Mougeotia
16.4 Nachweis der photosynthetischen O2-Produktion durch die Chemotaxis von Bakterien (ENGELMANNscher Versuch)
16.5 Plasmaströmung in den Epidermiszellen der Haferkoleoptile
16.6 Seismonastische Bewegung der Mimosa-Blätter
16.7 Grundphänomene und Wellenlängenabhängigkeit des Phototropismus junger Keimpflanzen
16.8 Photonastische und phototropische Bewegung der Primärblätter der Gartenbohne
16.9 Grundphänomene des Gravitropismus junger Keimpflanzen
Analytische Experimente
16.10 Wirkungsdichroismus bei der lichtinduzierten Starklichtorientierung der Chloroplasten im Funaria-Blatt
16.11 Gravitropische Reaktion des Sonnenblumenhypokotyls und der Maiskoleoptile - ein Vergleich
16.12 Die phototropische Reaktion der Haferkoleoptile
16.13 Auslösung der nastischen Bewegung des Bohnenprimärblattes durch Auxin
17. Biorhythmen: Endogene Rhythmik ("innere Uhr") und Photoperiodismus
Vorbemerkungen
Demonstrationsexperimente
17.1 Schwingungsauslösung durch überschießende Reaktion bei der Gravireaktion des Sonnenblumenhypokotyls ("gravitropisches Pendel")
17.2 Transpirationsrhythmik bei Bohnenpflanzen
17.3 Exudationsrhythmik der Wurzel dekapitierter Bohnenpflanzen
17.4 Photoperiodismus der Blühinduktion bei der Kurztagpflanze Chenopodium rubrumund der Landtagpflanze Sinapis alba
Analytische Experimente
17.5 Kontinuierliche Registrierung der Blattbewegungsrhythmik bei Bohnenpflanzen
17.6 Auslösung der Knollenbildung an Kartoffelstecklingen durch unterkritische Photoperioden
1. Herstellung einer HOAGLANDschen Nährlösung
2. Physikalische Meßgrößen, Einheiten, Umrechnungsfaktoren und Konstanten
3. Anschriften der im Text erwähnten Firmen.