36.3:

36.3: Biologische Uhren und jahreszeitliche Reaktionen

Biological Clocks and Seasonal Responses

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Biological Clocks and Seasonal Responses

36.2: Photoreceptors and Plant Responses to Light

36.4: Responses to Gravity and Touch

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02:45 min

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February 27, 2020

Overview

Die zirkadiane – oder biologische – Uhr ist ein intrinsischer, zeiterhaltender, molekularer Mechanismus, der es Pflanzen ermöglicht, physiologische Aktivitäten über 24-Stunden-Zyklen zu koordinieren, die als zirkadiane Rhythmen bezeichnet werden. Photoperiodismus ist ein Sammelbegriff für die biologischen Reaktionen von Pflanzen auf Veränderungen der relativen Länge von dunklen und hellen Perioden. Die Periode der Lichtaussetzung wird als Photoperiode bezeichnet.

Ein Beispiel für Photoperiodismus in Pflanzen ist die saisonale Blüte. Wissenschaftler glauben, dass Pflanzen durch ihre zirkadianen Uhren aufgrund von Veränderungen in der Photoperiode zum Blühen gebracht werden. Sie erkennen diese Veränderungen durch lichtempfindliche Photorezeptorsysteme.

Phytochrome sind eine Gruppe von Photorezeptoren, die an blühenden und anderen lichtvermittelten Prozessen beteiligt sind. Das Phytochrom-System ermöglicht es Pflanzen, die Dauer dunkler Perioden über mehrere Tage hinweg zu vergleichen.

Kurztagpflanzen (lange Nacht) blühen nach einer Mindestzahl an aufeinanderfolgenden langen Nächten. Langtagpflanzen (kurze Nacht) hingegen beginnen nach einer Mindestzahl an aufeinanderfolgender kurzen Nächten zu blühen.

Phytochrome existieren als zwei austauschbare Formen: Pr und Pfr. Pr werden tagsüber in Pfr umgewandelt, so dass Pfr bei Tageslicht häufiger ist. Pfr wird nachts in Pr umgewandelt, so dass es in der Nacht mehr Pr gibt. Daher können Pflanzen die Länge des Tag-Nacht-Zyklus bestimmen, indem sie das Pr/Pfr-Verhältnis im Morgengrauen messen. Die langen Nächte des Winters reduzieren die Pfr-Werte im Morgengrauen, während die kürzeren Frühlingsnächte zu höheren Pfr-Werten bei Sonnenaufgang führen.

Transcript

Das Blühen der meisten Pflanzen ist synchronisiert

mit saisonalen Wechseln, was den Pflanzen ermöglicht,

während optimaler Bedingungen zu keimen.

Wie fühlen Pflanzen die Zeit und saisonalen Wechsel?

Interne Zeitmesser genannt biologische Uhren

fühlen umweltbedingte Variationen, wie beispielsweise sich verändernde Lichtniveaus.

Biologische Uhren erlauben es den Pflanzen, regelmäßig dem

zirkadianen Rhythmus, täglichen, und 24-Stunden-Verhaltenszyklen zu folgen.

Pflanzen verwenden auch biologische Uhren,

um auf saisonale Wechsel zu reagieren.

Einer der Mechanismen, durch den

Pflanzen auf die sich abwechselnden Jahreszeiten

reagieren, ist das Phytochromsystem.

Phytochrome sind lichtempfindliche Rezeptoren.

Einer ihrer vielen Funktionen bei Pflanzen

ist die sich abwechselnden Jahreszeiten zu ermitteln.

Phytochrome tun dies, indem sie die Länge des Tages

oder Fotoperiode messen.

Die Fähigkeit von Phytochromen, den Fotoperiodismus und

biologische Reaktionen auf die Fotoperiode zu regulieren,

hängt von ihrem vom Licht stimulierten Übergang

zwischen zwei untereinander konvertierbaren Formen ab – der inaktiven Pr

und der aktiven Pfr.

Phytochrome werden im Dunkeln synthetisiert,

in ihrer inaktiven Pr-Form, innerhalb des Pflanzenzytoplasmas.

Während des Tages absorbiert Pr rotes Licht vom Sonnenlicht

und konvertiert es schnell in seine biologisch aktive Pfr-Form.

Pfr kann zytoplasmische Moleküle aktivieren,

oder den Nukleus umlagern und Genexpression regulieren.

Bei Nacht verringern sich die Pfr-Niveaus in den Pflanzenzellen

aufgrund der langsamen Umkehrung von Pfr zu Pr bei Dunkelheit

oder der Zerstörung der Pfr durch Enzyme.

Während der langen Nächte im Winter

können die Niveaus von Pfr in Pflanzenzellen bei Sonnenaufgang vollständig absinken.

Wenn die Nächte kürzer sind, wie dies während des Frühlings der Fall ist,

kann eine erhebliche Menge von Pfr bei Sonnenaufgang zurückbleiben.

Das Verhältnis von Pr zu Pfr bei Dämmerung ermöglicht

den Pflanzen die Länge des Tag-Nacht-Zyklus zu bestimmen.

Da die Pfr-Niveaus mit der jeweiligen Jahreszeit fluktuieren,

können höhere Niveaus von Pfr Pflanzen

aktivieren, die während einer Jahreszeit mit langen Tagen

blühen, während niedrige Niveaus von Pfr notwendig sind, um Pflanzen

zu aktivieren, die während der kurzen Tage blühen.

Interaktionen zwischen dem Phytochromsystem

und der biologischen Uhr ermöglichen den Pflanzen,

die relative Länge der Nächte und Tage

über das Jahr zu messen und ihre Aktivitäten mit den

Jahreszeiten zu synchronisieren.

Key Terms and definitions

Learning Objectives

Questions that this video will help you answer

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Tags

Biologische Uhren Saisonale Reaktionen Blüte Pflanzen Zeitwahrnehmung Umweltschwankungen zirkadiane Rhythmen Phytochrom-System lichtempfindliche Rezeptoren Photoperiode Pr-Form Pfr-Form Genexpression Nacht Winter