Pilze – die Vielfalt Schimmelpilze, Schlauchpilze, Ständerpilze und Hefen

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Pilze – die Vielfalt

Schimmelpilze, Schlauchpilze, Ständerpilze und Hefen

Organismenreiche

•2 Reiche - von Aristoteles bis Linné

•Bis 1969 Robert H. Whittaker überzeugend 5 Reiche bezeichnete

•Erstmals stellten die Pilze ein eigenes Reich

•Aber auch im Protisten-Reich findet man Vertreter, die im Rahmen der Pilzkunde (Mykologie) untersucht werden

•Systeme der Klassifizierung ändern sich

•Die meiste Lebensvielfalt ist

mikroskopisch: Eubakterien und

Archaea werden in 2 eigenen Reichen

untergebracht (6 Reiche-System von

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Pilze in der Mikrobiologie

(was ihr schon von Pilzen gehört habt…)

n Angewandte Mikrobiologie, Biotechnologie

q

Saccharomyces cerevisiae (Bier, Brot)

q

Penicillium roquefortii (Käse)

q

Penicillium chrysogenum und Acremonium chrysogenum (Antibiotika)

q

Aspergillus niger (Citronensäure, „Apfelsaft!“)

n Forschung an schnell zu züchtenden haploiden Eukaryoten

q

Neurospora crassa

q

Aspergillus nidulans

q

Saccharomyces cerevisiae als „Versuchskaninchen“

n Ökologie, Physiologie, Diversität, Pflanzenpathologie

etc.

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Pilze sind...& haben...

n

Eukaryotisch, haploid (n)

q

Manchmal auch dikaryotische (n+n) und diploide (2n) Perioden

n

Unbeweglich

q

Ausnahme im Reich Fungi: Sporen der Chytridiomycota

q

Ausnahme Pilz-ähnliche Protisten: Oomycota

n

Zellwand besteht überwiegend aus Chitin (R=NH-CO-CH

₃

)

n

Einzellig (Hefen) und mehrzellig (fädige oder myzeliale Pilze)

n

Spitzenwachstum der zylindrischen Zellen, die sich verzweigen

n

Sporen als Verbreitungs- und Überdauerungseinheiten

Pilzsporen

n Verbreitungs- und Überdauerungseinheiten

q

Verbreitung - Mehrzahl

q

Überdauerung - verdickte Zellwände mit eingelagerten Pigmenten, sehr niedriger Wassergehalt

n Asexuelle (durch mitotische Teilung, an den Sporenträgern)

n Sexuelle (nach Verschmelzung der Zellen und Kernphasenwechsel, meistens in den Fruchtkörpern)

n In verschiedenen Stadien des Lebenskreislaufs

kommen beide Sporentypen vor

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Pilze und ihre Fruchtkörper

n Makroskopische Pilze – nur die Fruchtkörper

n Entstehen aus einem Geflecht mikroskopischer Hyphen

n Funktion der Fruchtkörper - Schutz und Verbreitung der Sporen

Morphologie der Pilze - Hyphe, Myzel, Kolonie

•Myzel (fädige Strukturen) mit dem Durchmesser von 1 bis 10 µm

•Spitzenwachstum

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Hefen und Hyphen

•Zellwand besteht überwiegend aus Chitin, Glucanpolymeren, Proteinen und Pigmenten, z.B. Melanin

•Einzellig (Hefen) und mehrzellig (fädige oder myzeliale Pilze)

•Isotropisches „Ballon“-Wachstum bei Hefen, Spitzenwachstum bei Hyphen

•Erbgutorganisation

•DNA in Chromosomen, Kerne klein

•Mitose häufig innerhalb der Kernmembran - schwierig nachzuweisen

•Mehrzahl der Pilze hat mehrere Kerne pro Zelle (bis 50 bei manchen Arten)

Hefen und Hyphen

•Für Spitzenwachstum verantwortlich - Spitzenkörper, ein Ansammlung von Vesikeln an der Hyphenspitze fädiger Pilze (SpK)

•Vesikeln enthalten

•Bausteine für die Zellwand

•Enzyme für die Aufweichung der Zellwand

•Mitochondrien (Mi)

•ER - endoplasmatisches Retikulum

•Golgi Komplex (GC); auch Golgi-Apparat

•Vakuole

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Organisation der Pilzkolonie

•Mehrzellige Pilze sind durch Querwände oder Septen unterteilt

•Septen sind durchlässig für Cytoplasma und Stofffluss, manchmal sogar für Zellorganellen wie Zellkerne

•Zwischen den Septen liegen „Zellen“ oder Hyphenkompartimente

•Septen dienen als systematisches Merkmal

•An der Spitze wachsende zylindrische Zellen, die sich verzweigen und vernetzen

•Netzwerke des Myzels im Substrat – mehrere Meter, Transportfunktion

n

Basis für die Systematik:

n

Unterschiede in Vermehrung, vor allem bei der Meiose und meiotischen Sporen

n

Kernphasenwechsel/

Generationswechsel

n

Merkmale

untermauert durch

molekularbiologische

Daten

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Jochpilze (Zygomycota)

n

Chitin in der Zellwand

n

Sporen werden innerhalb der Sporangien entstehen

n

Keine Fruchtkörper

Jochpilze (Zygomycota)

n

Zersetzer (Zuckerpilze, erfolgreiche Strategie an leicht verdaulichen Stoffen)

n

Parasiten von Insekten

n

Symbionten

(VAM

Mykorrhiza)

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Schlauchpilze (Ascomycota)

n

Chitin in der Zellwand

n

Sporen asexuell – exogen; sexuell – in Asci

n

Größte Pilz-Gruppe

n

Fruchtkörper von verschieden Typen, auch makroskopische

Schlauchpilze (Ascomycota)

n

Parasiten (Echter Mehltau)

n

Symbionten (Flechten, Mykorrhiza)

n

Zersetzer

(9)

Ständerpilze (Basidiomycota)

n

Chitin in der Zellwand

n

Dikaryotische Phase (zeitlich verzerrter Vermehrungs- prozess)

n

Sporen exogen an der Basidie;

Basidien an dem

Fruchtkörper (Schutz und Verbreitung)

Ständerpilze (Basidiomycota)

n

Saprotrophe

q

(z. B.

Holzzerstörer)

n

Parasiten (lebendige Wirte)

n

Symbionten

(Mykorrhiza

oder

Pilzwurzel)

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Rolle der Pilze in Ökosystemen

n Absorptive Ernährungsweise und vielfältige Enzyme machen die Pilze zu wichtigen Zersetzern und Mineralisierern

n Wachstum in fädigen Strukturen gewährleistet eine große Kontaktoberfläche mit dem

Substrat oder anderen Organismen

n Pilzliche Biomasse in manchen Ökosystemen erreicht 75%

n Chemoorganoheterotroph - org. Materialien notwendig

Lebensweise der Pilze

q

Saprophyten:

n

Boden (1g enthält 10-100 m Pilzmyzel)

n

Holz (Abbau und Verfärbung)

n

Sämtliche organische Materialien

n

Anorganische Materialien als Wachstumsunterlage

q

Parasiten

n

auf Pflanzen, Algen, Tieren

q

Symbionten

n

mit Bäumen (Mykorrhiza), Algen, Cyanobakterien

(Flechten)

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SAPROPHYTEN

•Substratmyzel, Exoenzyme und Osmotrophie

•Aufschliessbare Nährstoffe

-Kohlenhydrate (Cellulose, Stärke, Pektine, Lignin, Lignocelulose)

-Proteine (auch Keratin) -Fette

PARASITEN

•Direkter Kontakt und geregelte ernährungsphysiologische

Beziehungen

•Myzel auf der Oberfläche oder

zwischen den Zellen, aber immer in

die Zelle eindringend, um direkten

Plasmalemmakontakt zu

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PARASITEN

•Metabiotrophe Parasiten: zuerst parasitisch, dann von dem

abgestorbenen Wirt

•Biotrophe Parasiten: Ernährung von dem lebenden Wirt

(Pflanzen, Insekten), häufig nur Krankheit, kein Absterben

•Umkehrung der Balance: Pilze als Wirte bei den Orchideen

Mutterkorn – ein lokaler Parasit

Geregelter Lebenszyklus, Geregelter Lebenszyklus, weil angepasst an den weil angepasst an den Wirt Wirt

Nur ein Korn wird Nur ein Korn wird befallen, noch als Blüte befallen, noch als Blüte Überdauerungsform für Überdauerungsform für den Winter, danach den Winter, danach werden die Fruchtkörper werden die Fruchtkörper geformt (

geformt (meiotische meiotische Sporen)

Sporen) Mannigfaltige Mannigfaltige

Stoffwechselprodukte

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SYMBIONTEN

•Symbiose, oder Zusammenleben

•Mutualismus

•Gegenseitiges Nutzen

•Kontakt der Lager

•Stabile Verhältnisse des Stoffaustausches

•Charakteristische morphologische Strukturen an den Kontaktstellen

•Die Grenzen zwischen Parasitismus (para – daneben, sitos - Brot) und Mutualismus (physiologisch und ökologisch fakultativ) sind fließend

Symbiotische Pilze

q Mykorrhiza – Symbiose mit höheren Pflanzen (Bäume, Gräser)

q Flechten – Symbiose mit Algen oder/und

Cyanobakterien

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Mykotrophie der Pflanzen

• 80% der Pflanzen sind obligat mykotroph, 10% fakultativ mykotroph

•Pilze wachsen in engem Kontakt mit der Pflanzenwurzel

•In der Zelle

•Als Pilzmantel um die Wurzel

•Charakteristische Morphologie

•Charakteristische Physiologie

Mykotrophie der Pflanzen

n Gegenseitiger Nutzen

q

Wasser, P-, N- und Ca-Verbindungen für die Pflanze (Funktion der Saugwurzel wird an die Hyphen übergeben)

q

Assimilierte Kohlenhydrate für den Pilz

n Kontakt der Lager

q

Auflösung der eingedrungenen Hyphen

q

alkalische Phosphatasen in den Kontaktbereichen

q

Glukose und Saccharose werden in der

Hyphe sofort in Trehalose und Mannitol

umgewandelt

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Ektotrophe Mykorrhiza der Bäume

Fs – fungal sheath (Mantel aus Pilzhyphen, die auch außerhalb der Wurzel weiter in den Boden wachsen)

Hn – Hartig`sches Netz (Myzel zwischen den Zellen)

Epi - Wurzelepidermis

Mykorrhiza als Wachstumförderer –

Wachstum der Pflanze als Antwort auf die

Phosphorzugabe

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Flechten

•Duale Organismen

•Mykobiont – Pilz

•Photobiont – Alge oder Cyanobacterium

FLECHTEN

•Photobionten: Grünalgen und Cyanobakterien

•Mykobionten: Asco- und Basidiomyzeten

•Photobionten kommen auch freilebend vor, und der Name gehört dem Mykobionten

•Mykobiont ist formgebend und vermehrt sich sexuell

•Photobiont ist photosynthetisch sehr aktiv und teilt sich nur

•Kontakte: Zellwand/Zellwand bis Membran/Membran

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FLECHTEN

•Aufbau des Lagers:

•Rinde (Cortex),

•Photobionteschicht und

•Markschicht (Medula)

•Fruchtkörper der Flechten

•Vegetative Vermehrung beider Bionten

•Soredien (Öffnung in der Rinde, und Gruppen von Algenzellen mit Hyphen umflochten)

•Isidien (Auswüchse mit der Rinde)

•In unwirtlichen Habitaten dominieren häufig die Flechten

Flechtenlager

n Form und Struktur durch Mycobiont bestimmt

n Lagerform

q

Krustenflechten

q

Blattflechten

q

Strauchflechten

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Krustenflechten

q

dem Untergrund dicht aufliegend, mit dem Substrat verwachsen

q

besitzen nur die obere Rinde

q

Wachstumszone am Rand

Blattflechten

q dem Untergrund locker aufliegend

q Geschützt durch Rinde von oben und von unten

q Wachstumszone am „Blattrand“

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Strauch- und Bartflechten

q Strauchförmig, rund im Querschnitt

q Rinde rundum

q Wachstumszone am Ende der Äste

q Nur in Reinluftgebieten, besonders sensitiv gegen der Luftverschmutzung

Vorkommen

n Nahezu alle Lebensräume

n Verschiedene Substrate

q

Holz, Bäume

q

Gestein, Glas, Boden

q