Pflanzenphysiologie: Transport, Ernährung & Fortpflanzung

Aufstieg des Rohsaftes im Xylem

Der Aufstieg des Rohsaftes von den Wurzeln zu den Blättern erfolgt über das interne Leitsystem, das sogenannte Xylem. Das Wasser fließt aufgrund eines Spannungsgefälles aufwärts. Dies wird durch zwei Hauptursachen ermöglicht:

• Transpirationssog: Durch den Wasserverlust der Blätter bei der Photosynthese und der Transpiration über die Spaltöffnungen entsteht ein wichtiger negativer Druck (Sog).
• Wurzeldruck: Da die osmotische Konzentration im Boden niedriger ist als im Inneren der Wurzeln, wird ein einwärts gerichteter Wasserstrom erzeugt.

Gasaustausch und molekulare Prozesse

Es gibt viele Bereiche, in denen sich gasförmige Moleküle über Interzellularräume leicht verteilen können. Die Atemfrequenz pflanzlicher Zellen ist geringer als die von Tieren, weshalb der Bedarf an O₂ niedriger ist. Da pflanzliche Zellen meist nah an der Oberfläche liegen, sind die Transportwege für gasförmige Isotope kurz. Daher besitzen Pflanzen keine spezialisierten Atmungsorgane wie Tiere. Spaltöffnungen (Stomata) fungieren als Tore für den Gasaustausch von O₂ und CO₂.

In den Zellen katalysiert das Enzym Carboanhydrase die reversible Reaktion: H₂O + CO₂ ⇌ H₂CO₃ ⇌ H⁺ + HCO₃⁻. Dadurch steigt die H⁺-Konzentration und der pH-Wert sinkt. Bei einem Anstieg wird ein Enzym aktiviert, das die in den Zellen gespeicherte Stärke spaltet und Glukosemoleküle freisetzt.

Photosynthese: Grundlagen der Pflanzenernährung

Die Mineralien und das H₂O im chlorophyllhaltigen Parenchym ermöglichen die Photosynthese. Dabei werden organische Moleküle synthetisiert, die für die Pflanze lebensnotwendig sind. Die benötigte Energie stammt von der Sonne. Dies ist der fundamentale Unterschied zwischen der Ernährung von Pflanzen und Tieren. Ohne diesen Prozess könnte sich kein Leben auf der Erde entwickeln. Die Photosynthese findet in den Chloroplasten statt, wobei Chlorophyll und Carotinoide als Photorezeptor-Pigmente dienen.

Verteilung der synthetisierten Nährstoffe

Die durch Photosynthese gewonnenen Nährstoffe müssen von den Produktionsorten zu den nicht-photosynthetischen Teilen verteilt werden. Diese Produkte bilden den Siebsaft (Assimilate). Die Zellen nehmen Nährstoffe nach ihrem Bedarf auf; Überschüsse werden im Stamm und in der Wurzel als Reservestärke gespeichert, was lebenswichtig ist, wenn keine Photosynthese stattfindet.

Das Phloem ist das Leitsystem für den Transport des Siebsaftes. Mechanismus der Bewegung: Das Phloem besteht aus Zellen in länglichen Kanälen (Siebröhren), die von Begleitzellen umgeben sind. Der Eintritt des Saftes in die Siebröhren basiert auf dem Zellschicksal, wobei sich hohe Konzentrationen an Saccharose und anderen Nährstoffen ansammeln. Der Transport erfolgt durch aktiven Transport der Begleitzellen. Xylem und Phloem verlaufen parallel, was den Kontakt zwischen ihren Wänden ermöglicht.

Ausscheidung von Stoffwechselprodukten

Die Nährstoffverwertung erzeugt auch Abfallstoffe. Pflanzen produzieren jedoch geringere Mengen, da ihr Stoffwechsel nicht so hoch ist wie der von Tieren und Teile der Abfälle in anabolen Prozessen (wie CO₂ und H₂O) wiederverwendet werden. Oft ist schwer zwischen Exkretion und Sekretion zu unterscheiden. Bei Wassermangel nutzen Landpflanzen verschiedene Strategien: Einige speichern Salze intern oder scheiden sie über die Oberfläche aus, andere nutzen Vesikel zur Exkretion durch die Plasmamembran.

Heterotrophe Ernährung bei Pflanzen

Die Photosynthese bietet nicht immer vollständige Autonomie. Es gibt zwei besondere Formen der Ergänzung:

• Fleischfressende Pflanzen (Karnivoren): Sie nutzen tierische Proteine als Stickstoff- (N) und Phosphorquelle (P), um Defizite im Boden auszugleichen. Sie besitzen Fangmechanismen wie klebrige Sekrete auf der Blattoberfläche, um Insekten zu fangen.
• Parasitäre Pflanzen: Diesen fehlt oft das Chlorophyll. Sie entziehen anderen Pflanzen organische Moleküle, indem sie Fortsätze in deren Siebröhren (Phloem) treiben.

Fortpflanzung der Pflanzen

Die Fortpflanzung umfasst die Bildung eines neuen Organismus durch mitotische Prozesse oder aus einer Zygote.

Ungeschlechtliche (vegetative) Fortpflanzung

Dank meristematischer Zellen erfolgt die Vermehrung durch:

• Sprossung: Aktive Zellteilung zur Bildung von Knospen.
• Fragmentierung: Die Mutterpflanze teilt sich in Fragmente auf, z. B. durch Rhizome (horizontale Stämme), Knollen (verdickte Rhizome als Nährstoffspeicher) oder Ausläufer (oberirdische Kriechsprosse, die bei Bodenkontakt Wurzeln bilden).
• Künstliche Vermehrung: Stecklinge und Veredelung.
• Sporulation: Bildung von Sporen in Sporangien.

Geschlechtliche Fortpflanzung

Moose sind für die Fortpflanzung auf ein wässriges Medium angewiesen. Die sichtbare Moospflanze ist der Gametophyt (n), in dem männliche (Antheridien) und weibliche (Archegonien mit Oosphäre) Geschlechtsorgane gebildet werden. Bei Samenpflanzen (Fanerogamen) ist der Zyklus weiter entwickelt; der Sporophyt dominiert.

• Gymnospermen (Nacktsamer): Die männlichen Blüten bilden Staubblätter in Kegelform. Die weiblichen Blüten bilden Zapfen (Ananasform) mit Deckblättern. Die Bestäubung erfolgt durch den Transport von Pollen zur Samenanlage (Einfachbefruchtung).