Gefäßpflanzen, Pflanzenphysiologie und Atmungs- und Blutkreislauf-Grundlagen

Gefäßpflanzen

Gefäßpflanzen sind solche Pflanzen, die ein internes Gefäßsystem besitzen, das die Bewegung von Stoffen und Nährstoffen im gesamten Pflanzenkörper ermöglicht. Zwei Beispiele für Gefäßpflanzen sind Farne und Bäume. Ficus ist eine verholzende Pflanze, die keine auffälligen Blüten bildet. Es gibt auch Gefäßpflanzen mit Blüten, wie Sonnenblumen, und Gehölze wie Aprikosenbäume: Diese besitzen ein Gefäßsystem und bilden gleichzeitig Blüten im Rahmen ihrer Fortpflanzung.

Angiospermen und Gymnospermen

Angiospermen (Bedecktsamer) haben Samen, die in Fruchtknoten eingeschlossen sind; Beispiele sind Orange und Apfel. Gymnospermen (Nacktsamer) besitzen Samen, die nicht von einem Fruchtknoten umschlossen sind, zum Beispiel Kiefern.

Dikotyledonen und Monokotyledonen

Dikotyledonen (Zweikeimblättrige): Sie besitzen zwei Keimblätter. Die Blattadern sind netzartig angeordnet. Im Querschnitt des Stängels sind die Leitbündel radial angeordnet, ähnlich den Speichen eines Rades. Es gibt etwa 170.000 Arten.

Monokotyledonen (Einkeimblättrige): Sie besitzen ein Keimblatt. Die Blattadern sind meist parallel verlaufend; die Leitbündel sind zufällig im Stängel verteilt. Es gibt etwa 50.000 Arten.

Meristematisches Gewebe und Funktion

Meristematisches Gewebe spielt in Pflanzen eine wichtige Rolle für das Wachstum, da es die Fähigkeit zur Zellteilung (Mitose) besitzt. Dadurch entstehen neue Zellen für das Längen- und Dickenwachstum sowie für die Bildung neuer Organe.

Rolle von Xylem und Phloem

Xylem: Transportiert Wasser und darin gelöste Mineralstoffe von den Wurzeln zu den Blättern. Dort werden diese Stoffe für die Photosynthese verwendet.

Phloem: Verteilt die bereits gebildeten organischen Nährstoffe (z. B. Zucker) im ganzen Pflanzenkörper, sowohl zur unmittelbaren Nutzung als auch zur Speicherung.

Änderungen der Blätter

Blattformen können variieren (nadelförmig, rhombisch, eiförmig). Die Blattränder (Margin) können gekerbt, gezähnt (dentatus) oder stachelig (spinosus) sein. Die Blattnerven (Venation) können offen, geschlossen oder parallel angeordnet sein.

Wurzelhaube (Coif)

Die Wurzelhaube schützt das wachsende Gewebe der Wurzelspitze und erleichtert das Eindringen der Wurzel in den Boden, indem sie mechanischen Schutz bietet und die Entwicklung unterstützt.

Sexuelle Fortpflanzung mit Blüten

Bestäubung: Zuerst muss das Pollenkorn mit der Narbe in Kontakt kommen, die häufig klebrig ist. Dann entwickelt das Pollenkorn einen Pollenschlauch, der durch den Griffel zur Eizelle im Fruchtknoten wächst. Befruchtung findet statt, wenn die männlichen Gameten mit der Eizelle verschmelzen. Im Fruchtknoten befinden sich die Samenanlagen; nach der Befruchtung entwickeln sich daraus Samen. Der Samen enthält den Embryo, der später zu einem neuen Individuum heranwächst.

Bewegung von Wasser und Mineralien

Wasser tritt aus dem Boden durch die Wurzeln in die Pflanze ein. Die Bewegung des Wassers in die Wurzelzellen ist dann möglich, wenn das Wasserpotenzial (Saugspannung) in der Umgebung höher ist als in den Wurzeln. Wesentliche Mineralstoffe werden aus dem Boden durch spezifische Transporter in die Wurzelzellen aufgenommen und anschließend in das Xylem transportiert, oft zusammen mit dem Transpirationsstrom. Mineralstoffe erfüllen verschiedene Funktionen: Einige wirken allgemein (z. B. osmotische Effekte), andere sind Bestandteil spezieller Moleküle, etwa Magnesium im Chlorophyll.

Weitere Informationen zum osmotischen Potential finden Sie hier, und zu Chlorophyll hier.

Pflanzenhormone und ihre Rolle

Auxine: Regulieren Wachstum und Entwicklung, verantwortlich für Apikale Dominanz und Hemmung lateraler Knospen sowie Stimulierung von Zellstreckung; sie können das Fallen von Blättern und Früchten hemmen.

Cytokinine: Haben oft gegenteilige Wirkungen zu Auxinen. Sie fördern die Entwicklung von Seitensprosse und verzögern die Alterung (Seneszenz) von Organen.

Gibberelline: Fördern die Stängelverlängerung, die Blüten- und Fruchtbildung sowie die Samenkeimung.

Abscisinsäure (ABA): Wirkt oft antagonistisch zu Gibberellinen; sie fungiert z. B. als Hemmstoff der Samenkeimung, fördert die Knospendormanz und hemmt das Wachstum unter Stressbedingungen.

Ethylen: Das einzige gasförmige Pflanzenhormon unter Raumtemperatur. Es hemmt oft das Längenwachstum, fördert die Blatt- und Fruchtabscission (Abwurf) sowie die Fruchtreifung; in ethylenreichen Umgebungen werden Reifungsprozesse beschleunigt.

Zirkadiane Rhythmen

Zirkadiane Rhythmen sind endogene Rhythmen mit einer Periode von nahe 24 Stunden, die in allen Organismen gefunden wurden, einschließlich vieler eukaryotischer und einiger prokaryotischer Arten. Diese Rhythmen werden intern von einer biologischen Uhr gesteuert und bleiben auch unter konstanten Umgebungsbedingungen erhalten.

Homöostase

Homöostase bezeichnet den Zustand dynamischen Gleichgewichts sowie die Mechanismen, durch die Lebewesen bestreben, interne Umweltbedingungen stabil zu halten, trotz Veränderungen in der äußeren Umgebung. Weitere Informationen zu Lebewesen finden sich hier.

Atmungsbewegungen (Ventilation)

In der Physiologie bezeichnet man die Ventilation (pulmonale Belüftung) als die Reihe von Prozessen, die den Luftaustausch zwischen Atmosphäre und Alveolen ermöglichen: Einatmung und Ausatmung. Beteiligte mechanische Komponenten sind die Atemwege, die Lungenmembran, die Brusthöhle (gebildet durch Wirbelsäule, Brustbein und Rippen) sowie die dazugehörige Muskulatur. Die Ventilation wird durch Muskeltätigkeit durchgeführt, die das Volumen der Brusthöhle verändert und dadurch einen Druckgradienten erzeugt, der Luft in die Lungen hinein- und aus ihnen herausbewegt.

Funktion des Atmungssystems

Die Aufgabe des Atmungssystems besteht darin, dem Körper Sauerstoff zur Verfügung zu stellen, damit die Zellen ihn als Brennstoff zur Energieerzeugung nutzen können, und gleichzeitig Nährstoffe bereitzustellen. Stoffwechselprodukte wie Kohlendioxid werden über die Ausatmung abgegeben.

Gasaustausch in Lunge und Blutbildung

Beim Gasaustausch in der Lunge wird Sauerstoff aus der eingeatmeten Luft ins Blut aufgenommen und Kohlendioxid aus dem Blut in die Ausatemluft abgegeben. Dieser Austausch erfolgt an den Alveolen durch Diffusion.

Bestandteile des Blutes

Die geformten Elemente im Blut umfassen rote Blutkörperchen (Erythrozyten), weiße Blutkörperchen (Leukozyten) und Blutplättchen (Thrombozyten).

Blutplasma

Der Hauptbestandteil des Blutplasmas ist Wasser. Es enthält außerdem Plasmaproteine, anorganische Ionen (wie Natrium, Kalium, Calcium, Chlorid, Carbonat und Bicarbonat), Zucker, Hormone, Enzyme, Lipide, Aminosäuren sowie Abbauprodukte wie Harnstoff und Kreatinin. Alle diese Substanzen liegen in unterschiedlichen Konzentrationen vor und erfüllen verschiedene Funktionen im Körper.

Herz — Aufbau

Das Herz besteht aus mehreren Kammern und Gefäßen, unter anderem: rechter Vorhof, linker Vorhof, rechte Herzkammer, linke Herzkammer, Vena cava superior, Vena cava inferior, Aorta, Pulmonalarterien, linke und rechte Lungenvenen sowie Herzklappen wie die Mitralklappe, Aortenklappe, Trikuspidalklappe und Pulmonalklappe. Diese Strukturen sorgen gemeinsam für den gerichteten Blutfluss durch das Herz und den Kreislauf.