Einfuehrung

Spezielle Botanik
für Ernährungswissenschaftler

Spezielle Botanik
Botanik = Pflanzenkunde
Spezies = Art(en)
Vielfalt der Pflanzen
Wieviele?
Woher?
Wann?
Wie?
Wo?

Pflanzen sind vielfältig in ihren Gestalten.
Um die Unterschiede in ihrem Bau zu verstehen,
müssen wir zuerst lernen, den Bau der Pflanze zu
beschreiben.
Pflanzen bestehen aus Zellen, die zu Geweben
zusammengefasst sind. Ein Organ wiederum besteht
aus verschiedenen Gewebetypen, die gemeinsam
bestimmte Funktionen erfüllen
Die drei Grundorgane der heutigen Gefäßpflanzen
sind:
Spross, Blatt und Wurzel
Das reflektiert die Tatsache, dass sie in zwei
Umgebungen leben, deren Ressourcen sie nutzen:
Luftraum und Boden (Ausnahme: Wasserpflanzen)

Die drei Grundorgane verteilen sich auf zwei Bereiche:
das Sprosssystem und das Wurzelsystem, die
typischerweise zwei ganz unterschiedliche
Funktionen haben, und die nicht voneinander
unabhängig auf Dauer existieren können.
1. Das Wurzelsystem
Eine Wurzel ist ein Organ, das meist drei wichtige
Funktionen hat:
• Verankerung im Substrat
• Aufnahme von Wasser- und mineralischen
Nährstoffen
• Speicherung von Reservestoffen (nicht immer
ausgeprägt)

•Symbiose mit Bakterien
Bei zweikeimblättrigen Pflanzen gibt es eine Hauptwurzel
und Seitenwurzeln. Die Hauptwurzel geht aus der
Keimwurzel hervor und verzweigt sich. (Allorhizie). Die
Wurzeln sind oft sehr tiefreichend.
Bei Einkeimblättrigen Pflanzen stirbt die Keimwurzel
relativ früh ab. Sie wird ersetzt durch zahlreiche
sprossbürtige Wurzeln (Adventivwurzeln), die auch
verzweigt sein können. (Homorhizie). Die Wurzeln sind
meist nicht tiefreichend.
Zur Aufnahme von Wasser und Nährstoffen braucht die
Pflanze eine sehr große Oberfläche. Effektive Aufnahme
wird erreicht durch:
•Wurzelhaare
•Mykorrhizierung

Wurzeln können durch Metamorphose stark abgeändert
werden, z.B.:
Luftwurzeln
Brettwurzeln
Speicherwurzeln

Das Sprosssystem
Ein Spross besteht aus Knoten und Internodien
In der Achsel zwischen den Blättern und dem Spross
können Achselknospen gebildet werden.
Sprossverlängerung mit Terminalknospe (Monopodium)
oder aus Achselknospen (Sympodium)
Die Terminalknospe hemmt das Wachstum der subapikalen
Achselknospen (Apikaldominanz)

Auch ein Spross kann seine Gestalt stark verändern:
Stolonen
Rhizome
Sprossknollen
Speichersprosse
Zwiebeln (mit umgewandelten Blättern)

Das Blatt
Hauptphotosyntheseorgan der meisten
Gefäßpflanzen
Meist aus Blattstiel und Blattspreite bestehend
Vielfältige Nervatur (Streifennervatur bei
Monokotylen,
Netznervatur bei Dikotylen)
Metamorphosen des Blattes:
•Speicherblätter
•Dornen
•Fangorgane
•Haftorgane
•Blütenorgane

Nutzpflanzen:
Pflanzen, die vom Menschen zur Entwicklung und zum
Erreichen definierter Ziele eingesetzt und weiterentwickelt
werden.
Nutzungsformen:
Nahrungspflanzen
Grundnahrungsmittelpflanzen mit primären Speicherstoffen
(Fette, Öle, Kohlenhydrate, Eiweiße)
Gemüse-, Salatpflanzen, Obst
Sekundärstoffhaltige Nutzpflanzen:
Arzneipflanzen,
Psychoaktive Pflanzen
Genussmittelpflanzen
Gewürzpflanzen
Süßstofflieferanten

Nichtnahrungspflanzen:
Futterpflanzen
Technisch genutzte Pflanzen, Pflanzenteile und Inhaltsstoffe
Garten- und landschaftsbaulich genutztes Material
Bodendecker
Schattenpflanzen

Pflanzendiversität und Pflanzennutzung
Pflanzenwelt der Erde (Algen, Pilze, Flechten, Moose, Farnartige,
Samenpflanzen): ca. 400000, davon ca. 250000 Angiospermen
Genutzte Arten: ca. 7,5% (Nahrungs-, Heil-, Genuss-, Faser, technisch
genutzte Pflanzen) ca. 20000
Essbare Arten (höhere Pflanzen): ca. 75000
Spezielle Medizinalpflanzen: ca. 20000
Kultivierte Pflanzen (im weitesten Sinne, incl. Genutzte niedere Pflanzen:
ca. 4900
Kulturpflanzen im engeren Sinne: 660
Im großen Maßstab im Anbau: 160
Verantwortlich für ca. 90% der Welternährung: 20
Verantwortlich für >60% der globalen Kalorienversorgung (Weizen, Reis,
Mais, Kartoffel, Süßkartoffel, Maniok): 6
Deckung von 60% des Kalorienbedarfs bzw. 56% des menschlichen
Tagekonsums an Protein: 3 Arten (Weizen, Soja, Reis)

Geographische Herkünfte wichtiger Kulturpflanzen:
Mittelmeerraum: Hafer, Raps, Kohl, Kopfsalat
Nordafrika und Westasien: Roggen, Gerste, Weizen, Erbsen
Zentralasien: Weizen, Buchweizen, Zwiebelgewächse
Indien: Reis, Tee
China: Hirsen, Soja, Reis, Orange
Südostasien: Banane , Zuckerrohr, Yams, Reis, Citrus, Kokosnuss
Zentral-/Ostafrika: Gerste Sorghum, Hirse, Kaffee
Zentralamerika: Mais, Bohnen, Süßkartoffel, neuweltliche Baumwolle,
Papaya
Nordwestl. Südamerika, Anden: Kartoffel, Lupinen, Paprika, Tomate)
Nördliches Südamerika: Kakao, Kautschuk, Ananas
Südliches Südamerika: Erdnuss, Quinoa

Merkmale von Wildpflanzen und deren Veränderung bei der Entwicklung
von Kulturpflanzen
Merkmal
•Rascher Samenabwurf und
schnelle Ausbreitung bei
Keimung, schlechte
Erntbarkeit
•Starke Keimruhe,
ungleichmäßige Keimung
•Starke Abwehr gegen
Fraßfeinde und
Schaderreger
•Geringe Anteile
verwertbarer Teile
Veränderung bei der
Kulturpflanzenentwicklung
•Gleichmäßige Abreife und
gute Erntbarkeit
•Gleichmäßige und
vollständige Keimung nach
Aussaat
•Keine oder schwache
Abwehr
•„Gigas“-Wuchs,
Vergrößerung der für die
Nahrung dienenden Organe
und Gewebe

Entwicklung von Kulturpflanzen
1. Unbewusste oder bewusste Auslese, „Auslesezüchtung“
2. Gezielte Auswahl aus heterozygoten Ernten:
Lokale Varietäten, Landsorten, Populationssorten
3. Züchtung nach wissenschaftlichen Gesichtspunkten unter Nutzung von:
•Massenauslese, Einzelpflanzenauslese
•Kreuzungen
•Art- und Gattungshybridisierung
•Polyploidisierung
4. Gentechnologische Veränderung

Kohlenhydrate aus Pflanzen
Monosaccharide: mengenmäßig dominieren Glucose und Fructose
Disaccharide: Saccharose: Glucose, Fructose, alpha-1,2-glyk. Verknüpft
Maltose: Glucose, alpha-1,4-glykosidisch verknüpft
Cellobiose: Glucose, beta-1,4-glykosidisch verknüpft
Oligosaccharide: Raffinose: Trisaccharid aus Glucose, Fructose,
Galactose, Stachyose: Tetrasaccharid aus G, F, 2Gal.,Verbascose:
Pentasaccharid aus G, F, 3Gal.
Stärke: Poly-Glucose: Amylose: alpha-1,4-glykosidisch verknüpft,
Amylopektin: alpha 1,4-glyk. und alpha-1,6-glyk. verknüpfte Monomere
Fructane: Fructose mit Saccharose als Startermolekül: Inulin, Phlein
Alginsäuren: D-Mannuronsäure
Agar: Galactosemomomere, teilweise mit Sulfatestergruppen, Agaropektin
mit Galacturonsäure
Carrageen: Galactose und Galactosesulfat
Pektin: Galacturonsäure mit Galacturonsäuremethylester
Cellulose: beta-1,4-glykosidisch verknüpfte Glucoseeinheiten

Stärkeliefernde Pflanzen
Kohlenhydratspeicher in den Samen bei Getreiden
Bei Speicherung im Samen: geringer Wassergehalt, niedriger Stoffwechsel,
lange Lagerfähigkeit, gute Transportfähigkeit
Sonst in vegetativen Überdauerungsorganen wie Knollen und Rüben
Hier: hoher Wassergehalt, rel. hohe Atmungsintensität, verletzbar, anfällig
für Pathogene bei der Lagerung, schlechtere Transportfähigkeit

Poaceae, Gramineae Süßgräser 675/10000
Kosmopolitisch, dominant in 25% der Vegetation auf der Erde
Meist Rhizomstauden, Stolonen tragende oder rasenbildende krautige
Pflanzen, 1- oder mehrjährig, in den Tropen auch verholzt
Adventivwurzeln aus den unteren Stengelknoten
Sprosse meist hohl, meist unverzweigt Knoten mit interkalarem Meristem
Blätter gewöhnlich zweizeilig, in Spreite und Blattscheide gegliedert,
Blattscheide offen oder geschlossen, Meristem an der Spreitenbasis,
Übergang zur Spreite oft mit Ligula
Infloreszenz besteht aus Ährchen in verschiedener Anordnung (meist
Rispe, Traube oder Ähre)
T 2 (Lodiculae), A 3 + 0, (selten 3+3), G 1,
2 Narben 1 SA, hängend
Frucht eine Karyopse
Endosperm reichlich, stärkehaltig, Keimling seitlich anliegend, Keimblatt
zum Scutellum umgebildet

Avena sativa L. ,
Hafer
ein Rispengras

www.frankenaehre.de

Das „APG III“-System der
Angiospermen von 2009
Liliopsida
Commelinidae
Poales
Poaceae

Großgliederung nach dem veränderten APGIII-System (2009)
Magnoliopsida (Altangiospermen)
freie Familien und Ordnungen
Magnoliidae
Liliopsida (Monokotylen)
freie Familien und Ordnungen
Commelinidae
Rosopsida (Eudikotylen)
freie Familien und Ordnungen
Rosidae
Asteridae

Lieberei/Reisdorff 2007

Weizen, Triticum aestivum L. (Poaceae)
Verwendete Teile: Karyopsen, Endosperm
Einjähriges Ährengras
Ährchen 3-6-blütig, meist nur 3 fruchtbar
In der Regel kleistogam
Anbau v.a. auf schweren nährstoffreichen Böden,
T. aestivum v.a. in gemäßigten Zonen, T. durum im Mittelmeergebiet
Winterweizen frosthart bis -22 Grad C
58% Stärke, 10-13% Eiweiß
Brotgetreide wg. hohen Klebergehaltes, Mehl versch.
Ausmahlungsgrades
Außerdem Graupen, Grieß, Grütze; Stärke, Bier, Branntwein
Domestifikation vor ca. 8000 Jahren

Weizen
Diploide Weizen, Einkornreihe: Triticum boeoticum (wild), Kulturform: T.
monococcum (Einkorn)
Tetraploide Weizen, Emmerreihe T. dicoccoides (wild), T. dicoccon
(Emmer), T. durum (Hartweizen), T. turgidum (Rauhweizen)
Hexaploide Weizen, Dinkelreihe: Kulturformen: T. spelta (Dinkel, Spelt),
T. aestivum (Weichweizen, Saatweizen)

2x 4x 6x
Evolution des Weizens

Weizen, Triticum aestivum

Roggen, Secale cereale L. (Poaceae)
Verwendete Teile: Karyopsen, Endosperm
Ährengras in einjähriger Kultur (meist Winterroggen)
Ährchen 2-blütig
Fremdbefruchter
Geringe Bodenansprüche, hohe Winterhärte
Anbau im hohen Norden und in großen Berghöhen möglich
Brotgetreide, kleberarm
Kaffee-Ersatz, Kornbranntwein
wahrscheinlich domestizierte Form von S. strictum (Marokko bis Iran),
Domestikation verbreitet wohl erst in der Bronzezeit

Triticale (Poaceae)
Gattungshybride aus Triticum und Secale,
Frostresistenter als Weizen, 2-3% höherer Eiweißgehalt
Futterkörner, Eignung als Brotgetreide?

Roggen, Secale cereale
sekundäre Kulturpflanze, aus Unkraut in Weizenfeldern
gezüchtet, meist nur Winterroggenanbau

Gerste
Roggen

Gerste, Hordeum vulgare L. (Poaceae)
Verwendete Teile: Karyopsen, Endosperm
Einjähriges Ährengras
Ährchen zu dritt auf einem Spindelabsatz, einblütig
Zweizeil-, Mehrzeilgersten
In der Regel kleistogam
Anbau auch auf armen Böden, Sommer-/Wintergerste
Brotgetreide in Gebieten mit extremen Klimabedingungen (Tibet),
Graupen, Grütze; Körnerfutter, Braugerste für Bier
Hordeum vulgare subsp. Vulgare: eine der am frühesten (vor mind. 9000
Jahren) domestizierten Grasarten aus subsp. spontaneum ( östl.
Mediterrangebiet bis Afghanistan)

Hordeum vulgare

Gerste, Hordeum vulgare

Hafer, Avena sativa L. (Poaceae)
Verwendete Teile. Karyopsen, Endosperm
Einjähriges Rispengras
Ährchen 2-3blütig
Selbstbestäuber
Feuchtkühles Klima, anspruchslos gegenüber Bodenverhältnissen
Kein Brotgetreide wg. Geringen Klebergehaltes, Flocken, Mehl
(geröstet), Grütze, Futtergetreide
domestiziert aus Avena sterilis (Unkraut), seit der Bronzezeit

Hafer, Avena sativa
sekundäre Kulturpflanze

Reis, Oryza sativa L. (Poaceae)
Verwendete Teile: Karyopsen, Endosperm
Mehrjähriges, meist einjährig kultiviertes Rispengras
Ährchen dreiblütig, nur 1 fertil
96% Selbstbestäubung
Anbau in den Tropen und Subtropen auf schweren, lehmigen Böden
Hohe Ansprüche an Wasserversorgung
Verzehr roh, meist aber gekocht, auch Grieß, Mehl, Reisstärke,
Reiswein, Reisbier, Reisschnaps (Arrak)
Tuscarora-Reis (Zizania palustris L.), „Indianerreis“, „Wildreis“,
Nordamerika
Z. aquatica L., Golf v. Mexiko
Z. latifolia (Griseb.) Stapf, „Manschurischer Wasserreis“, Asien

Heimat unsicher
domestiziert vor sehr langer Zeit (>10500 J.), ältester Nachweis aus
Thailand (v. 5000 J.) Stammart vielleicht O. fatua Koen. ex Trin.
Oryza glaberrima
(Afrikanischer Reis) seit 3500 J. kultiviert

Oryza sativa

Mais, Zea mays L. (Poaceae)
Verwendete Teile. Karyopsen, Endosperm
Einjähriges Gras mit terminaler männlicher Rispe und
achselständigen weiblichen Kolben
Fremdbestäubung, Protandrie
Anbau in den Tropen und Subtropen, einige Sorten auch darüber
hinaus
Wärmebedürftig, anspruchslos gegenüber den Böden, hohe
Wuchsleistung bei geringem Wasserbedarf
Hauptnahrungsmittel in großen Teilen Chinas, Indiens,
Lateinamerikas und Süd- bzw. Ostafrikas
8,5% Eiweiß, aber arm an Lysin und Tryptophan (Pellagragefahr)
In Mischung mit Weizenmehl zum Brotbacken, Grieß, Stärke,
Cornflakes, Zucker, Sirup, (Maiskeimöl), Ethanol
Viehfutter
kultiviert seit etwa 14000 bis 9500 Jahren

Zea mays

Mais, Zea mays

Hirsen: Sorghum-Hirsen, Sorghum, Panicum, Echinochloa, Paspalum,
Digitaria, Pennisetum, Setaria (Panicoideae) sowie Kleinhirsen, Eleusine
und Eragrostis (Chloridoideae), Poaceae
Verwendete Teile: Karyopsen, Endosperm
tropische Getreidearten, C4-Photosynthese
Karyopsen rel. klein, ohne Längsfurche
Sehr anspruchslos in Bezug auf die Böden
Wärmebedürftig, frostempfindlich, Nutzpflanzen der trockenen Tropen
Meist nur regionale Bedeutung, außer Mohrenhirse (Sorghum)
Ernte von Hand bei Vollreife
Verzehr als ganzes Korn oder als Brei, Grütze oder gebackene Fladen
Auch Viehfutter
Rel. Hoher Eiweißgehalt, auch 4-6% Fett

Kleinhirsen
Tef, Eragrostis tef (Zucc.) Trotter
wichtigstes Getreide Nordäthiopiens
Brotgetreide, mit Hefe verbacken
Fingerhirse Eleusine coracan (L.)Gaertn., African Millet
Aus Indien oder Sudan
Hauptnahrungsmittel in Teilen Südindiens und Zentralafrikas
Samen frei, keine Karyopsen
Rispenhirse, Panicum miliaceum L., Millet, Echte oder Deutsche Hirse
Heimat Zentralasien, weniger wärmebedürftig
Verzehr als Korn, Brei, Brot oder für Hirsebier

Eragrostis tef

Eleusine coracan

Panicum miliaceum

Kleinhirsen
Weizenhirse, Echinochloa frumentacea Link, Sawa- oder Japanische
Hirse
Indien, Sri Lanka, Japan, Philippinen
Salzresistent
Kodahirse, Paspalum scrobiculatum L.
Vorderasien, China, Japan
Trockenheitsresistent, Kultur auf schlechten Böden
Körner müssen vor Verzehr 6 Monate gelagert werden, psychotropes Gift
Foniohirse, Digitaria exilis (Kipp.) Stapf, Hungerreis
Anbau in Westafika, Tschadsee bis Senegal
Vielleicht ältestes Getreide Westafrikas
Perlhirse, Pennisetum glaucum (L.) R.Br., Rohrkolbenhirse
Aus Afrika, wichtigstes Brotgetreide von Afrika über Arabien bis Indien und
Burma
Maisartige Pflanze, bis 4m hoch, trockenheitsresistent, als Reisersatz, zum
Brotbacken, Porridge, Bier

Echinochloa
frumentacea
Digitaria exilis

Kleinhirsen
Kolbenhirse, Setaria italica, (L.) P. Beauv., Borstenhirse
Sehr alte indogermanische Kulturpflanze, Anbau von Südeuropa bis Japan
-----------------------
Sorghum-Hirse Sorghum bicolor (L.) Moench, Mohrenhirse
Wichtigste Hirseart, Weltwirtschaftspflanze
Heimat Äquatorialafrika, Anbau in allen warmen Ländern
Pflanze maisartig, bis 5m hoch
Rispen mit je zwei Blüten an den Ästchen, das obere mit einer Zwitterblüte,
das untere mit zwei männlichen z.T. sterilen Blüten
Dürreresistent, Trockenstarre
Keimlinge und Jungpflanzen enthalten große Mengen an cyanogenen
Verbindungen bes. Dhurrin, Viehgift, reife Saat frei davon

Setaria italica

Sorghum bicolor

Buchweizen, Fagopyrum esculentum Moench, Polygonaceae
Heimat Zentralasien, kam mit Mongolen nach Mitteleuropa „Heidenkorn“
Einjähriges Kraut, wechselständige Blätter, Ochrea
Nektarreiche fünfzählige Blüten in Trauben bzw. Trugdolden
Frucht eine rotbraune dreikantige Nuss (ähnlich Buchecker, „Buchweizen“)
Geeignet für arme, sandige Böden, Anbau in Heidegebieten
Grütze, Grieß, Mehl für Pfannkuchen und Fladen
Grüne Pflanzenteile photosensibilisierend (Fagopyrin), Hautentzündungen
(Fagopyrismus)
Auch in Kultur:
Tatarischer Buchweizen, Fagopyrum tataricum (L.) Gaertn.

Rosopsida
Caryophyllidae
Caryophyllales
Polygonaceae

Fagopyrum esculentum

Reismelde, Chenopodium quinoa Willd., Quinoa, Ch. pallidicaule Aellen,
Cañihua, Chenopodiaceae
Pflanzen der Andenhochländer (Peru, Bolivien, Chile), Ersatz durch Gerste
aus Europa, aber nicht oberhalb 3500m
Einjähriges Kraut, Infloreszenzen mit Blüten in Knäueln, fünfzählige Blüten
mit einfacher Hülle, Frucht eine 2mm dicke Nuss
Selbstbefruchter
Anbau bis 4300m möglich, Cañihua bis 4550m, frost- und dürreresistent
Früchte enthalten bittere Saponine, mit alkalischem Wasser entfernt,
Entfernen der Frucht- und Samenschale, inzwischen bitterstofffreie Sorten
verfügbar
Embryonen sind wertvolles Nahrungsmittel, Suppen und Brei, mit 25%
Weizenmehl auch zum Backen
Blätter als Gemüse, Druschreste verbrannt (alkalireiche Asche)
Chicha, alhoholisches Getränk aus den Früchten
Grünfutter, Anbau auch in Europa
In Nordindien: Nutzung der Früchte von Chenopodium album L. (Mehl)

Rosopsida
Caryophyllidae
Caryophyllales
Chenopodiaceae

Chenopodium
quinoa

Chenopodium pallidicaulis (A)
C. quinoa (B)

Amaranth, Amaranthus spp., Fuchsschwanz, Amaranthaceae
Kulturpflanze seit 7000 Jahren
Heimat unsicher, tropisches Amerika, Asien, Afrika
Einjährige Kräuter mit langen dichten Infloreszenzen, Blütenstände unten
männlich, oben weiblich, Blüten mit 3-5zähliger, einfacher Blütenhülle, drei
bis fünf Staubblätter, oberständiger Fruchtknoten, Fremd- oder
Selbstbestäubung
Frucht meist Deckelkapsel, seltener Nuss, 1 Same/Nuss
Körneramaranthe:
A. caudatus subsp. caudatus (Gartenfuchsschwanz), subsp.
mantegazzianus, Inkaweizen, A. hybridus subsp. hybridus
(Bastardfuchsschwanz, subsp. erythrostachys (Roter
Hybridfuchsschwanz)
Gemüseamaranthe:
A. tricolor L. (Dreifarbiger F. oder Chinesischer Salat), Ostasien
A. lividus subsp. ascendens (Roter Heinrich, Blito), subsp. oleraceus
(Gemüseamaranth, chin. Spinat, subsp. lividus Blutkraut)
Zweifach genutzte Arten: A. cruentus L., A. paniculatus L. (syn.?)
Rispenfuchsschwanz

Rosopsida
Caryophyllidae
Caryophyllales
Amaranthaceae

Amaranth
Körner wie Reis gekocht, geröstet, gemahlen und zu Fladenbrot verbacken
Blätter und Sprosse wie Spinat
Positiv: lysinreiches Eiweiß, geringer Saponingehalt
Negativ: hoher Nitratgehalt

Amaranthus deflexus

Amaranthus
spp.