Die Reizreaktionsfunktion und Entwicklung der Pflanzen

Punkt 12: Die Reizreaktionsfunktion

Die Reizreaktionsfunktion besteht aus der Kapazität der Pflanzen, externe und interne Reize zu erfassen und Reaktionen vorzubereiten, die das Überleben sichern. Die Reaktion erfolgt in der Regel durch Bewegung oder die Absonderung von Hormonen. Pflanzen detektieren Reize durch spezialisierte Zellen, die als Rezeptoren fungieren und sich in der Epidermis der Organe befinden.

Typen von Rezeptoren

Es existieren verschiedene Arten von Rezeptoren für die Reize:

• Fotorezeptoren: Detektion von Licht.
• Thermorezeptoren: Erkennung von Temperaturänderungen.
• Mechanorezeptoren: Empfindlich gegenüber Druck.

Der Reiz wird durch die Rezeptoren der Anlage erfasst, was Änderungen in den Zellen induziert und zur Ausführung der Antwort führt (Sekretion und hormonelle Aktion).

Phytohormone (Pflanzenhormone)

Phytohormone sind chemische Substanzen unterschiedlicher Natur. Sie werden in meristematischen Geweben (embryonalen Geweben) produziert, von wo aus sie zu den Zielorganen reisen, um dort ihre Wirkung auszuüben. Der hormonelle Transport erfolgt durch das Leitgewebe (Xylem und Phloem) oder von Zelle zu Zelle.

Wichtige Phytohormone und ihre Wirkung

• Auxin: Produziert im Meristem der Stängel. Es bestimmt das Längenwachstum, begünstigt die Entstehung von Wurzeln, fördert die Entwicklung des Xylems und hemmt das Wachstum sekundärer Knospen (Apikaldominanz). Es reguliert zudem den Fototropismus und Geotropismus.
• Gibberelline: Produziert in Stängeln, Wurzeln, jungen Blättern und Samen. Sie fördern die Blüte, die Fruchtentwicklung sowie die Pollenreifung und Samenkeimung.
• Zytokinine: Produziert im Wurzelmeristem. Sie stimulieren die Zellteilung, fördern das Wachstum seitlicher Knospen (entgegen der Apikaldominanz) und stimulieren die Chlorophyllsynthese sowie die Blüte bei Langtagpflanzen.
• Abscisinsäure (ABA): Produziert in Chloroplasten. Sie verzögert oder hemmt das Wachstum des Stängels, stimuliert den Abfall von Blättern und Früchten, begünstigt die Lagerung von Reservestoffen im Samen und induziert das Schließen der Stomata zur Senkung der Evapotranspiration.
• Ethylen: Ein gasförmiger Kohlenwasserstoff. Es stimuliert die Fruchtreife sowie den Abfall von Blüten, Blättern und Früchten.

Bewegungen in Pflanzen: Tropismen und Nastien

1. Die Tropismen

Tropismen sind Wachstumsbewegungen der Pflanzen als Antwort auf einen externen Reiz, wobei die Richtung des Reizes die Richtung der Bewegung bestimmt. Das Wachstum erfolgt dauerhaft.

• Orthotrop: Bewegung direkt zum Reiz hin oder weg.
• Plagiotrop: Bewegung in einem gewissen Neigungswinkel zum Reiz.
• Positiver Tropismus: Annäherung an den Reiz.
• Negativer Tropismus: Entfernung vom Reiz.

Wichtige Reize für Tropismen

• Licht (Fototropismus): Das Wachstum wird durch Licht generiert. Fotorezeptoren fangen das Licht ein und produzieren Auxine. Stängel zeigen einen positiven Fototropismus, Wurzeln einen negativen.
• Schwerkraft (Geotropismus/Gravitropismus): Induziert durch die Schwerkraft. Georezeptoren in der Wurzelhaube (Statocysten mit Amyloplasten) steuern die Auxinverteilung. Stängel sind negativ geotropisch, Hauptwurzeln positiv.
• Kontakt (Thigmotropismus): Wachstum bei Kontakt mit einem festen Gegenstand (z. B. Weinreben).
• Chemische Substanzen (Chemotropismus): Reaktion auf Mineralien, Wasser oder Luft (Aerotropismus).

2. Die Nastien

Nastien sind schnelle und reversible Bewegungen als Antwort auf einen Faktor, wobei die Richtung des Reizes keine Rolle spielt (z. B. Öffnen und Schließen von Blüten).

• Thermonastien: Verursacht durch Temperaturänderungen.
• Fotonastien: Induziert durch Lichtintensität (z. B. Öffnen der Stomata).
• Seismonastien: Verursacht durch Kontakt oder Erschütterung (z. B. Mimose).

Entwicklung der Pflanze und Samenbildung

Samen schützen den Embryo vor ungünstigen Umwelteinflüssen. Die Zeitspanne bis zur Keimung wird als Latenzphase oder Schläfrigkeit bezeichnet.

Phasen der Entwicklung

1. Keimung: Gesteuert durch ABA (hemmend, Nährstoffanreicherung) und Gibberelline (fördernd, Bildung von Enzymen wie Amylase, Lipase und Protease).
2. Vegetatives Wachstum: Zunahme der Masse durch Zellteilung (Zytokinine) und Zelldehnung (Auxine).
3. Differenzierung der Gewebe: Spezialisierung der Zellen durch Phytohormone und externe Faktoren.
4. Blüte: Abhängig vom Fotoperiodismus (Anzahl der Lichtstunden). Man unterscheidet Kurztagpflanzen (PDC), Langtagpflanzen (LDP) und tagneutrale Pflanzen (NDP). Gesteuert durch Phytochrome und Florigene.
5. Bildung von Samen und Früchten: Nach der Befruchtung entwickeln sich Eierstöcke zu Früchten und befruchtete Eier zu Samen. Auxine, Gibberelline und Ethylen steuern die Reifung und Zuckerbildung.
6. Seneszenz (Altern): Der Abfall von Blüten und Blättern wird durch ABA und Ethylen gefördert, welche die Bildung der Trennschicht (Abscissionszone) stimulieren.