Pflanzenphysiologie: Transport und Wachstum

Wasseraufnahme in der Wurzel

Wurzelzellen nehmen aktiv (ATP-Verbrauch) Mineralstoffe auf. Dadurch werden die Wurzelzellen hypertonisch (höhere Salzkonzentration als im Bodenwasser). Wasser strömt daraufhin durch Osmose in die Wurzeln.

Wassertransport in das Xylem

Der Transport vom Ort der Aufnahme bis in das zentrale Leitbündel (Xylem) kann auf zwei Wegen erfolgen:

• Apoplastischer Weg: Transport durch die Zellwände und Interzellulärräume (Zellzwischenräume).
• Symplastischer Weg: Transport durch das Cytoplasma der Zellen, verbunden über Plasmodesmen.

Mechanismen des Wassertransports im Xylem

Der Aufstieg des Wassers im Xylem wird durch mehrere Kräfte angetrieben:

1. Wurzeldruck: Aktiver Ionentransport in das Xylem senkt das Wasserpotenzial, Wasser strömt nach (Osmose).
2. Kohäsion: Anziehungskräfte zwischen Wassermolekülen durch Wasserstoffbrückenbindungen bilden einen Wasserfaden.
3. Adhäsion: Anziehungskräfte zwischen Wassermolekülen und den polaren Oberflächen der Xylem-Zellwände (Zellulose, Lignin).
4. Transpirationssog: Verdunstung von Wasser aus den Blättern (Transpiration) erzeugt einen Unterdruck, der den Wasserfaden nach oben zieht.

Transport im Phloem

Das Phloem transportiert Nährstoffe, hauptsächlich Zucker (Saccharose), von Produktionsorten (z. B. Blätter) zu Verbrauchsorten oder Speicherorten (z. B. Früchte, Wurzeln). Mithilfe von Geleitzellen wird der Zucker aktiv in das Phloem transportiert. Der Transport kann in alle Richtungen erfolgen (Quelle-Senke-Prinzip).

Wachstum

Meristeme

Meristeme sind teilungsfähige Gewebe, deren Zellen sich oft durch Mitose teilen. Diese Zellen sind noch nicht endgültig differenziert und können verschiedene Gewebetypen bilden. Man findet sie z. B. in der Wurzel- und Sprossspitze.

Wachstumsrichtungen

Apikales Wachstum

Wachstum an der Spross- und Wurzelspitze, führt zum Längenwachstum.

Laterales Wachstum

Wachstum in die Breite (Dickenwachstum), z. B. durch das Kambium.

Pflanzentypen und Anpassungen

Hydrophyten (Wasserpflanzen)

Leben im Wasser. Anpassungen:

• Dünne Epidermis (erleichtert Stoffaufnahme).
• Einlagerung von Luft im Gewebe (Aerenchym) für Auftrieb (Schwimmblätter) und Gasaustausch.
• Reduziertes Wurzelsystem.
• Stomata (Spaltöffnungen) oft nur an der Blattoberseite.

Xerophyten (Trockenpflanzen)

Angepasst an trockene Standorte. Anpassungen:

• Reduzierte Anzahl oder eingesenkte Stomata, um Wasserverlust zu minimieren.
• Kleine oder fehlende Blätter; stattdessen übernimmt oft der Stängel mit Chloroplasten die Photosynthese.
• Dicke Kutikula (Wachsschicht).
• Haare auf der Blattoberfläche reduzieren die Windbewegung und damit die Verdunstung.
• Wasserspeicherndes Gewebe (Sukkulenz).

Transpiration und Faktoren

Transpiration ist die Abgabe von Wasserdampf, hauptsächlich über die Stomata. Faktoren, die sie beeinflussen:

• Bodenfeuchtigkeit: Hohe Feuchtigkeit ermöglicht hohe Transpiration (+/+).
• Luftfeuchtigkeit: Hohe Luftfeuchtigkeit reduziert die Transpiration (+/-).
• Temperatur: Höhere Temperatur steigert die Verdunstung und Transpiration (+/+).
• Licht: Licht führt zur Öffnung der Stomata und steigert die Transpiration (+/+).
• Wind: Wind entfernt die feuchte Luftschicht über dem Blatt und steigert die Transpiration (+/+). Haare können diesen Effekt reduzieren.

Translokation

Bewegung von organischen Stoffen (Assimilaten, v.a. Saccharose) im Phloem.

Keimung

Bedingungen für die Keimung

• Wasser: Notwendig für Hydratation, Stoffwechselaktivierung und Transportprozesse.
• Temperatur: Enzyme benötigen eine optimale Temperatur für ihre Funktion.
• Sauerstoff: Erforderlich für die Zellatmung zur Energiegewinnung (ATP).

Ablauf der Keimung

1. Rehydratation: Wasseraufnahme durch den Samen.
2. Synthese von Pflanzenhormonen: z. B. Gibberellin.
3. Aktivierung von Enzymen: Mobilisierung von Reservestoffen.
4. Umwandlung der Speicherstoffe: Stärke, Fette, Proteine werden in transportierbare Formen zerlegt.
5. Wachstum der Keimwurzel: Verankert den Keimling und nimmt Wasser auf.
6. Entwicklung der ersten Blätter: Beginn der Photosynthese, Pflanze wird autonom.

Stofftransport in der Wurzel (Detail)

1. Mineralstoffe werden aktiv (Energieverbrauch) von den Wurzelzellen aus dem Boden aufgenommen und in die Wurzel gepumpt.
2. Dadurch steigt die Konzentration gelöster Stoffe in den Wurzelzellen (sie werden hypertonisch gegenüber dem Bodenwasser).
3. Wasser strömt aufgrund des Konzentrationsunterschieds durch Osmose in die Zellen.
4. Das Wasser bewegt sich durch das Wurzelgewebe zum Zentralzylinder auf zwei Wegen:
   • Apoplastischer Weg: durch die Zellwände und Zellzwischenräume.
   • Symplastischer Weg: durch das Cytoplasma der Zellen, die über Plasmodesmen verbunden sind.
5. Am Caspary-Streifen in der Endodermis wird der apoplastische Weg blockiert. Wasser und Mineralstoffe müssen hier die Zellmembran passieren und gelangen so in den Symplasten, was eine Kontrolle der aufgenommenen Stoffe ermöglicht.

Phototropismus

Die Krümmung der Pflanze zum Licht:

• Photorezeptoren (z. B. Phototropine) in der Sprossspitze reagieren auf Lichtreize (insbesondere Blaulicht).
• Auxin ist ein Pflanzenhormon, das das Zellstreckungswachstum reguliert.
• Bei einseitiger Belichtung wandert Auxin von der belichteten zur Schattenseite des Sprosses.
• Die höhere Auxin-Konzentration auf der Schattenseite fördert dort die Zellstreckung stärker.
• Die Zellen auf der Schattenseite wachsen schneller als auf der Lichtseite.
• Der Stängel krümmt sich zum Licht hin.