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Plasmolyse – Prinzip und Bedeutung 10:46 min

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Transkript Plasmolyse – Prinzip und Bedeutung

Willkommen zum Thema Plasmolysen bei Pflanzenzellen. Es wäre gut, wenn ihr als Vorwissen das Video Wasserabgabe und Wasseraufnahme bei Pflanzenzellen gesehen habt. Dann wisst ihr schon, dass Plasmolysen mit dem Wasserverlust, und Deplasmolysen mit der Wasseraufnahme einhergehen. Mein Ziel ist es heute, euer vorhandenes Wissen zu vertiefen. Dazu werde ich zunächst ein zelluläres Mikropräparat fertigen, das osmotischen Untersuchungen dient. Und ich werde wichtige Begriffe wiederholend definieren. Die Plasmolyse-Formen stelle ich euch anhand mikroskopischer Fotoaufnahmen und Skizzen vor und erkläre sie. Zum Schluss konzentriere ich mich mit der Zusammenfassung auf das Wichtigste. Als Untersuchungsobjekt dient die rote Küchenzwiebel. Ich habe sie durchgeschnitten, um an das leicht zu mikroskopierende Zwiebelhäutchen zu gelangen. Es befindet sich zwischen den Speicherblättern, die es trennt, hier ist es gekennzeichnet. Das ist ein Zellverband des Zwiebelhäutchens im lichtmikroskopischen Bild. Er besteht aus rötlich gefärbten und farblosen langgestreckten Zellen. Die Zellwände und Zellkerne sind besonders bei den farblosen Zellen gut zu sehen. Die Zellwände werden von Tüpfeln, es sind kleine Poren, durchbrochen. Durch sie erfolgt der Stoffaustausch zwischen den Zellen. Das ist eine Zelle mit restlichem hellen Plasmaschlauch und pinkfarbener Vakuole, die den Zellinhalt fast vollständig füllt. Die Membranen sind äußerst wichtig. Im lichtmikroskopischen Bild können sie aber nicht abgebildet werden, deshalb muss ich auf eine Handskizze zurückgreifen. Ich stelle eine Zelle mit Bestandteilen dar, die für unsere Zielsetzung wichtig sind. Die das Plasma umschließende Membran heißt Plasmalemma. Und die Membran, die die Vakuole begrenzt ist der Tonoplast. Beide Membranen sind halbdurchlässig, man sagt, sie sind semipermeabel. Sie lassen nur Wasser entlang eines Konzentrationsgefälles passieren und halten andere gelöste Stoffe zurück. Wir vergrößern einen Teilausschnitt der Zelle. Im Inneren befindet sich der Zellsaft mit gelösten Stoffen, die wir uns einfach als Ionen mit Hydrathüllen, also Wasserhüllen, vorstellen. Wird der Protoplast in reines Wasser gelegt, treffen zwei osmotische Systeme aufeinander. Der Zellsaft ist hypertonisch und das Wasser extrem hypotonisch, denn es ist frei von gelösten Stoffen. Beobachtet bitte in Ruhe, was geschieht. Es kommt zum Konzentrationsausgleich, indem viel mehr Wasser in den Zellsaftraum einströmt, als ausdiffundiert. Die Zelle kann platzen, wenn die Zellmembranen dem Druck nicht mehr standhalten können. Wie verhalten sich die Zellen, wenn sie in eine hypotonische Lösung gelangen? Ich habe an den Rand des Deckgläschens eine Kochsalzlösung getropft und sie zum Zwiebelhäutchen hingesaugt. Sobald die hypertonische Kochsalzlösung die Zellen umfließt, schrumpften sie etwas, die Zellwände schienen sich zusammenzuziehen. Dabei erfolgte zuerst ein apoplastischer Wasserentzug. Das heißt, es wird Wasser, das zwischen den Zellwänden ist, entzogen. Danach beginnt der zelluläre Wasserverlust des Zellinneren. Der Turgor fällt ab. Das Plasmalemma liegt locker und ohne Druck an der Zellwand an. Dieser Zustand heißt Grenzplasmolyse. Schließlich hebt sich stellenweise das Plasmalemma konkav, also nach innen gewölbt, ab. Das setzt sich fort. Am Ende kommen fädenartige Strukturen, die Hecht’schen Fäden zum Vorschein. Sie sind erhalten geblieben Plasmaverbindungen zu den Nachbarzellen. Der Zellsaft ist dunkler, konzentrierter geworden und er hat den gleichen osmotischen Wert wie das Außenmedium erreicht. Zellsaft, Zellplasma und Kochsalzlösung sind jetzt isotonisch und nur über Membranen voneinander getrennt. In unserem Beispiel ist der Zustand der Krampfplasmolyse zu sehen. Sie ist eine Art Konkavplasmolyse, bei der die Verbindungen zu den Nachbarzellen nicht vollends abreißen, wie es die Hecht’schen Fäden belegen. Nun fehlt noch eine Plasmolyseform, die Konvexplasmolyse. Diese konnte ich bei den Zwiebelhautzellen nicht beobachten, es gelang aber bei Ligusterbeeren-Zellen. Es wird hier die Diffusion von Wassermolekülen über die Membranen und das Zellplasma gezeigt. Der Wasserverlust führt zur Volumenabnahme und damit zum Abheben des Protoplasten, der sich zusammenkugelt. Das Plasmalemma ist immer nach außen gewölbt. Die Konvexplasmolyse hat ihr Endstadium erreicht, wenn genauso viel Wasser ein- wie austritt. Zusammenfassend können wir sagen, in hypertonischen Außenlösungen können in Abhängigkeit vom Plasmolytikum und den jeweiligen Zellen die Konvex-, Konkav- sowie die Grenzplasmolyse auftreten. Die osmotischen Vorgänge kommen scheinbar zum Erliegen, wenn isotonische Verhältnisse erreicht wurden. Isotonisch heißt hier, der Zellinhalt und die Kochsalzlösung haben Ionenkonzentrationen mit gleichem Wasserbindungsvermögen. Was geschieht, wenn die plasmolytische Zwiebelhautzelle wieder mit Wasser versetzt wird? Sehen wir uns das an. Die konkaven Wölbungen und die Fäden verschwinden. Die Zelle nimmt solange Wasser auf, bis sie wieder vollends gestrafft worden ist. Das Zellplasma drückt wieder gegen die Zellwand und die Zelle wird turgeszent. Sie platzt aber nicht, da die elastisch gespannte Zellwand einer weiteren Volumenvergrößerung Einhalt gebietet. Es ist eine Deplasmolyse erfolgt, und die ursprünglichen Verhältnisse sind wiederhergestellt. Welche Auswirkungen haben nun Plasmolysen und Deplasmolysen auf Pflanzen und Früchte? Hier ist eine welke Pflanze zu sehen. Die schlaffen Zellen müssen in Grenzplasmolyse sein, sonst würden Blätter und Blüten nicht herabhängen. Wenn es regnet, verbessert sich der Zugang zum Wasser. Sofort wird das verlustige Wasser wieder ergänzt. Die ablaufenden Deplasmolysen lassen die Zellen wieder turgeszent werden. Die pflanzlichen Gewebe der krautigen Pflanze straffen sich und die Pflanze richtet sich wieder auf. Und jeder weiß, dass Früchte beim Zuckern und Salzen saften. Hier nimmt eine Kirsche osmotisch Regentropfen auf. Übersteigt der Turgor von Fruchtzellen die Festigkeit von Zellwänden des Fruchtfleisches und der Fruchtschale, platzen die Kirschfrüchte. Wir konnten heute lernen, dass Osmosen Diffusionen durch halbdurchlässige Membranen sind. Es diffundieren Wassermoleküle. Andere organische Moleküle werden zurückgehalten. Wassermoleküle wandern von Orten niederer Konzentration zu Orten höherer Konzentration. Das heißt, sie bewegen sich von der hypotonischen Lösung zur hypertonischen Lösung hin. Lösungen sind isotonisch, wenn sie osmotisch gleichwirksam konzentriert sind. Wir erfuhren, dass es Konvex-, Konkav- und Grenzplasmolysen gibt. Und zum Schluss lernten wir kennen, das Deplasmolysen zu den ursprünglichen körpereigenen osmotischen Werten führen. Genug für heute. Ich hoffe, ihr habt alles verstanden, und wir sehen uns bald wieder.

Plasmolyse – Prinzip und Bedeutung Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Plasmolyse – Prinzip und Bedeutung kannst du es wiederholen und üben.

  • Benenne die abgebildeten Strukturen und Vorgänge in der Pflanzenzelle.

    Tipps

    Der Protoplast ist der plasmatische Inhalt einer Zelle mit Zellwand, also der von der Zellwand eingeschlossene Teil der Zelle.

    Lösung

    Im Gegensatz zu tierischen Zellen enthalten Pflanzenzellen eine Zellwand als äußerste Begrenzung. Diese ist relativ starr und verleiht der Zelle Festigkeit.
    Innen an der Zellwand befindet sich das Plasmalemma (auch: Plasmamembran), welches das Zytoplasma (auch: Zellplasma) mit den enthaltenen Mineralsalzen, Zuckern und Farbstoffen umgrenzt.
    Der plasmatische Inhalt einer Zelle mit Zellwand, also der von der Zellwand eingeschlossenen Teil einer Zelle, wird als Protoplast bezeichnet.

    Den größten Raum in einer Pflanzenzelle nimmt meist die Zellsaftvakuole ein. Sie enthält vorwiegend Wasser und gespeicherte Nährstoffe.
    Die Zellsaftvakuole ist ebenfalls von einer Membran umgeben, welche als Tonoplast bezeichnet wird.

  • Benenne die Faktoren für die Plasmolyse und die Deplasmolyse.

    Tipps

    Lyse steht immer für auflösen; lösen.

    Wenn das Außenmedium hypertonisch ist, befinden sich darin mehr gelöste Teilchen als im Zellinneren.

    In dieser Abbildung kannst du zwei Kammern sehen. Die Lösung in der linken Kammer ist hypertonisch, die in der rechten ist hypotonisch. Die Pfeile symbolisieren die Richtung des Wasserstroms.

    Lösung

    Das Plasmalemma und der Tonoplast sind selektivpermeabele Biomembranen, da sie nur bestimmte Moleküle durchlassen.

    Wasser kann die Membran entlang eines Konzentrationsgefälles passieren, die darin gelöste Stoffe wie z. B. Zucker oder Salze allerdings nicht. Wenn das Außenmedium hypertonisch ist, befindet sich darin eine höhere Ionenkonzentration als innerhalb der Zelle. Wasser strömt dann aus der Zelle heraus, um einen Konzentrationsausgleich zwischen Innen- und Außenraum der Membran zu schaffen. Das Plasmalemma löst sich von der Zellwand, die Zelle ist nicht mehr prall (turgeszent). Ein solcher Wasseraustritt wird als Plasmolyse bezeichnet. Plasmolyse bringt Pflanzen zum Welken, wenn ihnen kein Wasser mehr zur Verfügung steht.

    Im Inneren von Zellen befindet sich der Zellsaft, das Zellplasma, mit gelösten Stoffen. Wird die Zelle zum Beispiel in reines (destilliertes) Wasser gelegt, hat das Außenmedium eine niedrigere Ionenkonzentration als der Zellsaft: Das Außenmedium ist hypotonisch.
    Es kommt zum Konzentrationsausgleich, indem viel mehr Wasser in den Zellsaftraum einströmt, als hinaus diffundiert. Ein solcher Eintritt von Wasser wird als Deplasmolyse bezeichnet. Normalerweise gebietet die starre Zellwand und auch der Druck der umgebenden Zellen diesem Wassereinstrom Einhalt. Doch wenn immer mehr Wasser einströmt und die Zellwände dem Druck nicht mehr standhalten können, platzen die Zellen.

  • Beschreibe die verschiedenen Plasmolyseformen.

    Tipps

    Konvex bedeutet nach außen gewölbt.

    Konkav bedeutet nach innen gewölbt.

    Lösung

    Als Plasmolyse wird die Schrumpfung des Protoplasten einer pflanzlichen Zelle verstanden, wobei sich die Plasmamembran von der Zellwand ablöst.

    Dies geschieht, wenn man die Zelle einem Plasmolytikum aussetzt, also einer hypertonischen Lösung, die Salze oder Zuckerbestandteile enthält. Diese hypertonische Lösung besitzt mehr gelöste Teilchen als der Zellsaft der Vakuole.

    Auf osmotischem Wege strömt dann Wasser aus der Zellsaftvakuole durch die Membranen (Tonoplast und Plasmalemma) in das umgebende, konzentriertere Medium. Dadurch wird der Zellsaftraum kleiner und der an der Zellsaftvakuole klebende Plasmaschlauch wird mitsamt Plasmalemma von der Zellwand abgetrennt.

    Konvexplasmolyse: Bei geringer Wandhaftung des Plasmas erfolgt die Ablösung rundlich.

    Konkayplasmolyse: Bei starker Wandhaftung bilden sich bizarre Formen, in denen das Plasma dünne Fäden (Hechtsche Fäden) bildet.

    Dieser Vorgang ist durch eine Deplasmolyse umkehrbar, wenn die Zelle durch eine übermäßige Plasmolyse keinen Schaden genommen hat.

  • Erläutere den Ablauf der Deplasmolyse.

    Tipps

    Turgescens kommt aus dem Lateinischen und bedeutet strotzend.

    Bevor das einströmende Wasser in die Vakuole gelangt, gelangt es in das Zellplasma.

    Lösung

    Als Deplasmolyse wird die Umkehrung der Plasmolyse bezeichnet. Wasser diffundiert in die Zelle, sodass sich der Protoplast vergrößert und sich wieder an die Zellwand anlegt.

    Zuerst strömt das Wasser durch die Plasmamembran in das Zellplasma. Dadurch nimmt vorübergehend das Volumen des Zellplasmas zu.

    Vom Zellplasma strömt das Wasser direkt weiter in die Zellsaftvakuole, da diese noch mehr hydratisierte Ionen enthält als das Zellplasma.

    Durch die Wasseraufnahme vergrößert sich also die Zellsaftvakuole und somit das Volumen des gesamten Protoplasten, sodass das Plasmalemma wieder eng an der Zellwand anliegt und die Zelle wieder straff und turgeszent ist.

    Wenn immer mehr Wasser in die Zelle strömt, würde diese irgendwann platzen. Dies wird normalerweise durch die straffe Zellwand sowie durch den Druck von außen durch die umgebenden Zellen verhindert.

  • Prüfe die Aussagen über osmotische Vorgänge.

    Tipps

    Drei Antworten sind richtig.

    Hypo ist eine altgriechische Präposition mit der Bedeutung unter, unterhalb.

    Iso kommt aus dem Griechischen und steht für gleich. Tonos steht für Spannung.

    Lösung

    Wenn zwei Lösungen unterschiedliche Konzentrationen an hydratisierten Ionen enthalten (das sind geladene Teilchen mit einer Wasserhülle), dann fließt das Wasser durch die semipermeable Membran immer in Richtung der höheren Salzkonzentration: also in Richtung der hypertonen Lösung.

    Die Lösung mit der geringeren Salzkonzentration ist die hypotone Lösung.

    Das Bestreben ist, dass beide Lösungen dieselbe Konzentration an Salzen bzw. Ionen enthalten und demnach isotonisch sind.

    Destilliertes Wasser enthält keine gelösten Stoffe. Daher ist destilliertes Wasser immer hypotonisch, sowohl gegenüber Leitungswasser als auch gegenüber einer Flüssigkeit, die viele gelöste Stoffe (hydratisierte Ionen) enthält.

    Legt man Zellen in destilliertes Wasser, fließt Wasser in die Zelle: Das nennt man Deplasmolyse.

    Legt man Zellen in eine Lösung aus Kochsalz (NaCl) strömt Wasser aus der Zelle hinaus. In der Folge löst sich das Plasmalemma von der Zellwand ab und die Zelle schrumpft: Man spricht von Plasmolyse.

  • Erläutere, warum Blumen verwelken.

    Tipps

    Sechs Antworten sind richtig.

    Zur Erinnerung: Wasser folgt immer dem osmotischen Gefälle: D. h. es fließt immer von Orten mit geringerer Ionenkonzentration zu Orten mit höherer Ionenkonzentration, um eben diese Konzentrationen auszugleichen. Erfolgt diese Diffusion durch halbdurchlässige Trennflächen wie die Membranen, spricht man von Osmose.

    Lösung

    Wasser wird von der Pflanze ständig für die verschiedensten Stoffwechselprozesse benötigt. Wenn Pflanzen nicht genügend Wasser bekommen, werden ihre Blätter und Stängel schlaff und sie beginnt zu welken:

    Die Vakuole enthält viele Ionen, deren Konzentration das Wasser in den Zellen bindet.
    Doch wenn kein Wasser verfügbar ist, erhöht sich die Salzkonzentration in dem apoplastischen Raum zwischen den Zellen. Somit wird das Wasser aus der Vakuole und aus dem Zellplasma der Zellen heraus gezogen. Bei zu hohem Wasserverlust löst sich das Plasmalemma von der Zellwand. Man spricht von Plasmolyse.
    Dadurch verlieren die Zellen ihren Turgor, der sie prall und straff hält.
    Wenn die Pflanze dauerhaft kein Wasser erhält, können die Zellen ihre Stoffwechselleistungen nicht mehr erbringen und sterben ab.