Schriftlicher Prüfungstermin:
Mittwoch, 17. März 2010, ÜR 6 Ökologiezentrum:
17:15 Uhr pünktlich

Um Anmeldung wird gebeten: franz.hadacek@univie.ac.at

Zür Prüfung werden 10 Fragen gestellt. Pro Frage werden 4 Punkte vergeben. Um ein Genügend zu erreichen, müssen 21 Punkte erreicht werden.
Mündliche Prüfungstermine können jederzeit vereinbart werden.

 

Diese Vorlesung fokussiert die Rolle niedermolekularer Substanzen, insbesondere von Sekundärstoffen, in antagonistischen,mutualistischen und symbiotischen Interaktionen. Zu Beginn möchte ich exemplarisch die Strukturvielfalt von Sekundärstoffen aufzeigen. Die Vorstellung von Biosynthesewegen und daran beteiligte Enzymfamilien soll eine systematische Zuordnung zu den wichtigsten Stoffklassen des Sekundärstoffwechsels ermöglichen. Ausgehend von Pflanzen als Primärproduzenten soll die Vielfalt biotischer Interaktionen betrachtet werden. Unter anderem sollen folgende Wechselwirkungen näher beleuchtet werden: Pflanzen-Mikroben,Pflanzen-Tier und Pflanze-Pflanze Interaktionen. Im Anschluss soll die Phänomene chemische Verteidigung und chemische Anlockung gegenübergestellt werden. Komplexere Wechselwirkungen sollen bei den multitrophischen Interaktionen vorgestellt werden. Zum Abschluss soll auf die erst in Ansätzen bekannte Rolle von niedermolekularen Naturstoffen für die Entwicklung von Biodiversität sowie in ökosystemaren Prozessen beleuchtet werden. Abschließend möchte ich versuchen, ausgehend von Begriffen wie Gift oder Medizin, die oft im Zusammenhang mit Sekundärstoffen erwähnt werden, und paradoxerweise oft auf ein und dieselbe Substanz zutreffen können, mögliche Wirkmechanismen zu erklären.

In der Vorlesung kann ich auf viele allgemeine Aspekte der Pflanzenphysiologie nicht eingehen. Ich empfehle daher folgendes Buch zur Auffrischung eventuell verlorener oder noch nicht angeeigneter Kenntnisse:

Einführung

• Erklären Sie die Begriffe Chemische Ökologie und Ökologische Chemie!
• Wer hat den Begriff Sekundärstofwechsel geprägt?
• Nennen Sie drei Pioniere der Chemischen Ökologie und erläutern Sie deren Beiträge zur Entwicklung des Fachs. Wie hat wurde der Unterschied zwischen Primär- und Sekundärstoffwechsel definiert?

Polyketide, Fettsäuren und Phenole

• Was sind Enzyme, was bedeutet Katalyse und wie klassifiziert man Enzyme?
• Beschreiben Sie fünf charakteristische chemische Reaktionen, die zum Sekundärstoffen führen!
• Nennen Sie drei wichtige Kosubstrate, die bei der Katalyse von Sekundärstoffen eine Rolle spielen!
• Was sind Oxygenasen, welche 2 Typen kennen wir und welche Reaktionen katalysieren sie?
• Was sind Polyketidsynthasen, welche 3 Typen kennen wir, wie bezeichnet man den Grundbaustein der Polyketide?
• Warum können Pilze keine Flavonoide synthetisieren?
• Was sind Zimtsäuren und welche Rolle spielt das Enzym PAL bei deren Biosynthese?
• Wie entsteht Lignin?
• Was sind Pheromone und aus welchen Vorstufen entstehen sie?

Terpenoide und Alkaloide

• Welche zwei Biosynthesewege führen zu den Terpenoiden und wie heißen die beiden isomeren Grundbausteine?
• Welche Terpenoide unterscheidet man, wie heißt der Grundbaustein und aus wie viel Einheiten sind sie jeweils aufgebaut?
• Welche wichtigen Zwischenstufen ermögliche die Strukturvielfalt bei den Mono- und Sesquiterpenen?
• Welche zwei Mechanismen sind grundlegend an der Strukturvielfalt bei Sesquiterpenen beteiligt?
• Wie kommt Stickstoff in die Alkaloide und nach welchen Gesichtspunkten werden sie eingeteilt?
• Was sind Transferasen und welche unterscheidet man?
• Wie hat man früher Sekundärstoffenzyme charakterisiert und wie macht man das heute?
• Wie kann man biosynthetische Grundbausteine in Sekundärstoffen identifizieren?
• Was versteht man unter den Begriffen Metabolomik und funktionelle Genomik?
• Was haben kombinatorische Chemie und Sekundärstoffbiosynthese gemeinsam?
• Welche genetischen Mechanismen führen zu der Enzymvielfalt im Sekundärstoffwechsel?

Interaktionen zwischen Pflanzen und Bakterien

• Was versteht man unter endophytischen und pathogenen Mikroorganismen?
• Wie können Bakterien in Pflanzengewebe eindringen?
• Welche Krankheitssymptome können Bakterien hervorrufen?
• Erklären Sie den Zusammenhang zwischen Kronengallentumoren und Gentransformation!
• Welche Rolle spielen Insekten bei bakteriell verursachten Pflanzenkrankheiten; geben Sie Beispiele?
• Wie funktioniert die Bildung von Wurzelknollen bei Fabaceen und wer verursacht sie?
• Wie verursachen Bakterien Krankheitsymptome bei Pflanzen?
• Was sind Siderophore?
• Was versteht man unter Quorum Sensing und welche Substanzen werden von grampositiven und gramnegativen Bakterien eingesetzt?
• Was versteht man unter Quorum Quenching?
• Geben Sie drei Beispiele für Symbiosen aus dem Organismenreich, an denen Bakterien beteiligt sind!

Interaktionen zwischen Pflanzen und Pilzen

• Wie modifiziert der Erreger der Kolhernie Glucobrassicin, ein Glukosinolat der Wirtspflanze?
• Nennen sie zwei prominente Eipilze und beschreiben sie die Krankheitsymptome, die sie auf ihren Wirtspflanzen hervorrufen!
• Welche Pilzgruppe wir als arbuskuläre Mykorrhiza bezeichnet und warum? Seit wann sind AM Pilze mit Landpflanzen assoziiert?
• Was ist der Unterschied zwischen Sporen und Konidien?
  
• Was sind Strigole; Welche Rolle spielen sie bei parasitischen Pflanzenj wie Striga, der Kolonisierung von AM Pilzen und bei der Achsenverzeigung von Pflanzen?
• Schlauchpilze: Geben Sie drei Beispiele für Erreger von Pflanzenkrankheiten!
• Was sind Appressorien und Hyphopodien?
• Ergotalkaloide: Welche Bedeutung haben sie beim Mutterkorn und bei mutualistischen Grasendophyten?
• Ständerpilze: Geben Sie drei Beispiele für Erreger von Pflanzenkrankheiten!
• Was versteht man unter Ektomykorrhiza?
• Was sind Mykotoxine?
• Welche Strategie verwenden nekrotrophe pathogene Pilze?
• Welche Rolle spielen Pilze in der Flechtensymbiose?
• Welches Signalmoleküle spielt bei sowohl bei der Plasmodienbildung von Schleimpilzen und der Konidienbildung und Sekundärmetabolitbiosyntheseinduzierung bei Pilzen eine wichtige Rolle?

Interaktionen zwischen Pflanzen und Tieren

• Mit welcher Pflanzengruppe ist die Diversifikation herbivorer Insekten eng verbunden?
• Was versteht man unter Mono-, Oligo- und Polyphagie; zu welcher Klasse gehören die meisten herbivoren Insekten; geben Sie ein Beispiel für eine vorwiegend mono- und polyphage Insektengruppe!
• Was ist der Unterschied zwischen Wurzelknoten- und Zystennematoden?
• Wie heißen die Organe, mit denen Nematoden chemische Substanzen erkennen können? Geben Sie zwei Beispiele für derartige Substanzen!
• Was sind Sexualtäuschblumen? Geben Sie ein Beispiel!
  
• Welche Erkennungsmechanismen spielen bei der Wahl der Futterpflanze eine wichtige Rolle?
• Warum legen oligophage Insekten ihre Eier immer auf die richtigen Pflanzen ab? Wie nennt man diese Phänomen?
• Was sind Epikutikularwachse?
• Wie erkennen Insekten chemische Substanzen?
• Was ist ein Olfaktometer und was eine Elektroantennogramm? Welchen Zweck haben diese Methoden?
• Warum meiden Schafe den Germer und warum fressen sie manchmal kleine Portionen von der gleichen Pflanze?
• Welche Vorteile haben Pflanzen von Ameisen als Mitbewohnern? Welche Funktion wird in diesem Zusammenhang extrafloralen Nektarien zugeschrieben?
  
• Warum werden Bläulingsraupen der Gattung Maculinea von Ameisen versorgt?

Interaktionen zwischen Pflanzen (Allelopathie und Kommunikation)

• Wer hat den Begriff Allelopathie geprägt und was vesteht man darunter?
• Nennen und beschreiben sie kurz 3 Fallbeispiele für Allelopathie (auch solche, die sich in der Folge nicht als solche erwiesen haben)!
• Welchen Bezug kann man zwischen zyklischen Bränden und Allelopathie herstellen?
  
• Was versteht man unter dem Begriff Hormesis?
• Wie können Pflanzen miteinander kommunizieren?
  
• Nennen Sie 3 Hypothesen, die versuchen, die Invasivität von Pflanzen zu erklären?

Pro- und Antioxidantien

• Was haben Vitamine und Konservierungsmittel gemeinsam? Geben Sie je ein Beispiel!
• Was sind reaktive Sauerstoffspezies und wie entstehen sie?
• Welche Funktion hat Stickstoffmonoxid in Zusammenhang mit reaktiven Sauerstoffspezies?
• Wie entsteht Stickstoffmonoxid und was bewirkt es in der Zelle?
• Was versteht man unter photosensitiven Substanzen?
• Warum können aromatische Verbindungen sowohl pro- und antioxidativ wirken und erläutern Sie die Rolle, die Eisen dabei spielt?

Chemische Verteidigung und Anlockung

• Was versteht man unter konstitutiven und induzierten pflanzlichen Abwehr?
• Welche Kompartimente gibt es für Sekundärstoffe in den Pflanzen
• Wie definiert man Harz, Gummi, Schleim, Wachs und Milchsaft?
• Was sind aposematische Warnfarben und was versteht man unter Sequestrierung? In welchem Zusammenhang stehen beide?
• Welche Blütenpigmente gibt es und welche Funktion haben sie?
• Welche Substanzklassen haben vals Duftstoffe bei Blüten eine Bedeutung?
• Was ist der Unterschied zwischen hypersensitiver Reaktion und programmierten Zelltod bei einer Pflanze?
• Was versteht man unter Systemic Aquired Resistance und Induced Systemic Resitance?
• Welche Funktionen können Salicylsäure und Jasmonsäure haben?
• Was sind chemische Bomben? Geben sie ein Beispiel?
• Was sind Pheromone? Nennen Sie ein prominentes Beispiel?
• Wie verteidigt sich der Bombardierkäfer?
• Welche Rolle spielen Monoterpene bei den Borkenkäfern?

Multitrophische Interaktionen

• Was versteht man unter tritrophischen Interaktionen? Geben Sie ein Beispiel!
• Welche Stoffklassen spielen bei tritrophischen Interaktionen eine Rolle? Geben Sie ein Beispiel!
  
• Was sind Systemine und welches Hormon wird durch sie induziert? Welche Proteine werden aufgrund dieser Signalkaskade expremiert?
• Welche Signalsubstanzen sind in Speichelsektreten von Insekten enthalten und was können sie induzieren?
• Oxidierte Fettsäuren als Signale: Gibt es Ähnlichkeiten zwischen Tier- und Pflanzenreich?
• Was sind Green Leaf Volatiles?
• Welche flüchtigen Signale gibt es, die eine Form von Kommunikation zwischen Pflanzen ermöglicht? Was ist das Resultat dieser Kommunikation?
• Was sind Oxylipine und wo spielen sie eine Rolle?
• Was versteht man unter multitrophischen Interaktionen?

Chemische Ökologie und Ökosystem

• Wie schaut die Nahrungskette im Boden aus und welche Organismen können den oberirdischen Phänotyp beeinflussen?
• Welche zwei Faktoren beeinflussen die Zusammensetzung der Primärproduzenten, -konsumenten und Sekundärproduzenten? Wie schaut das konkret im Boden aus?
• Welche Organismengruppen finden sich in einem Bodenökosystem; welche werden als Ökosystemingineure bezeichnet und welche Aufgaben kommen ihnen zu?
• Welchen Einfluss üben Gerbstoffe auf die Nährstoffverfügbarkeit aus?
• Welche chemische Reaktion spielt beim Streuabbau ein Rolle?
• Wo liegt beim Ligninabbau der Unterschied zwischen Weißfäule und Braunfäulepilzen?
• Was sind Fulvosäuren, Huminsäuren und Humine?
• Wie stellt man sich die Entstehung von Huminsäuren aktuell vor?
• Welche Eigenschaften charakterisieren frühe und späte Sukzessionsstadien auf Weiderasen?
• Wie können flüchtige Verbindungen, die Pflanzen emittieren, einen Einfluß auf die Wolkenbildung haben?
• Warum fördern Stickoxide die Ozonbildung in bodennahen Luftschichten?
• Was versteht man unter VOCs und welche ökologischen Auswirkungen können sie haben?

Chemische Ökologie und Biodiversität?

• Was ist der Unterschied zwischen Nischendifferenzierungs- und Neutralhypothese?
• Welche Voraussagen trifft die Janzen-Connell HYpothese?
• Was bedeutet Wettwerb, Mutualismus, Amensalismus und Kommensalismus in Interaktionen zwischen Organismen?
• Was sagt das von Bever entwickelte Bodenmikrobenrückkopplungsmodell vorher und wie kann man Sukzessionen damit erklären?
  
• Welche Rolle wird Sekundärstoffen bei der Koevolution von Organismen zugeschrieben?
• Was ist optimale chemische Verteidigung?
• Was sagt die Growth-Differentiation Balance Hypothese voraus und warum ist sie am robustesten von allen Verteidigungshypothesen?
• Wie erklärt die von Firn entwickelte Screening Hypothese die Vielfalt der Sekundärstoffe?
• Wie könnte man Antibiotika ökologisch erklären?

Toxin, Medizin oder Hormon?

• Wie wirken niedermolekulare Substanzen in Zellen nach den gängigen Vorstellungen?
• Erklären Sie den Zusammenhang zwischen Photosynthese und oxidativen Stress!
• Wie wird die Entstehung von Singulettsauerstoff in Chloroplasten niedrig gehalten?
• Welchen Funktionen haben Carotinoide und Tocopherole in Chloroplasten?
• Nennen Sie drei wichtige Pflanzenhormone und charakterisieren Sie kurz deren Funktion?
  
• Was versteht man unter Redox Homöostase und welche Regulationsmechanismen gibt es in der Zelle?
• Gibt es einen Zusammenhang zwischen programmierten Zelltod und Gewebedifferenzierung?