Quellung, Keimung und Wachstum – Biologie
Hast du im Garten schon einmal Blumen eingepflanzt oder Gemüse angebaut? Dann weißt du bestimmt, dass Pflanzen zum Beispiel aus Samen entstehen. Doch wie kann aus einem kleinen Samen überhaupt eine große Pflanze entstehen, die am Ende eine schöne Blüte oder sogar Gemüse trägt? Diese Entwicklung kann man in die Schritte Quellung, Keimung und Wachstum unterteilen.
Die Entwicklung einer Pflanze möchten wir dir im folgenden Text gerne am Beispiel der Feuerbohne veranschaulichen.
Passend dazu: unser Arbeitsblatt zum Thema „Quellen, Keimung, Wachstum"
Die Samen der Feuerbohne
Die Samen der Feuerbohne sind genau die Bestandteile der Frucht, die uns im Alltag als Bohnen bekannt sind. Sie sind ungefähr 2,5 Zentimeter lang und nierenförmig. Die Samenschale hat eine rotbraune Farbe und schwarze Flecken. Sie schützt den Samen vor äußeren Einflüssen, zum Beispiel Frost. Der Aufbau des Samens ist in der folgenden Abbildung dargestellt.
Im Inneren der Bohne befinden sich Keimwurzel, Keimstängel (auch Keimspross) und Keimblätter. Diese Bestandteile des Samens gehören zum sogenannten Keimling, der auch als pflanzlicher Embryo bezeichnet wird. Hier ist es ähnlich wie bei der Entwicklung eines menschlichen Babys: Werden die Keimungsbedingungen erfüllt, wird aus den zu Beginn sehr kleinen Pflanzenanlagen im Samen eine fertige Pflanze entstehen. Dabei versorgen die Keimblätter den Keimling mit den ersten notwendigen Nährstoffen.
Im Samen erkennt man außerdem schon kleine Ansätze der Laubblätter. Diese sind später ein wichtiger Bestandteil der entwickelten Pflanze.
Fehleralarm
Ein häufiger Irrtum bei Schülerinnen und Schülern ist die Annahme, dass Samen und Früchte dasselbe sind. Tatsächlich ist der Samen ein Teil der Frucht, der zu einer neuen Pflanze heranwächst.
Quellung am Beispiel der Feuerbohne
Du weißt bestimmt, dass man Samen nicht unbedingt im Winter in die Erde setzen sollte. Die Bedingungen für das Wachstum der Pflanze wären nun sehr ungünstig. Der Samen an sich ist jedoch durch seine Schale vor der Trockenzeit und auch vor dem Frost gut geschützt. Er befindet sich in der sogenannten Samenruhe. Erst durch die Quellung verändert sich sein Zustand.
Was ist Quellung? – Definition
Damit aus einem Samen eine Pflanze wachsen kann, muss er erst einmal Wasser aufnehmen. Diesen Prozess bezeichnet man als Quellung von Samen.
Besonders Samen mit einer harten Schale muss man vorquellen lassen, also vor der Aussaat in Wasser einlegen. Samen mit weicher Schale ziehen das Wasser aus der Erde, in die sie gepflanzt werden. Die Wasseraufnahme durch die Quellung führt zur Weiterentwicklung des Keimlings und zu einem Wachstum des Samens. Schließlich bricht die Samenschale sogar auf.
Die Quellung der Feuerbohne findet nach dem Einpflanzen in die Erde statt. Die Bohne nimmt Wasser auf, wächst und lockert zugleich die Erde auf, die sie umgibt. Auch das ist gut für das weitere Wachstum der Pflanze.
Keimung am Beispiel der Feuerbohne
Wenn die Samenschale durch die Quellung geplatzt ist, kann die Keimwurzel durch die Samenschale treten. Mit diesem Schritt beginnt die sogenannte Keimung des Samens.
Was ist Keimung? – Definition
Mit dem Austritt der Keimwurzel bildet sich ein Wurzelsystem aus, das Wasser und Nährstoffe aus der Umgebung aufnimmt. Als Nächstes brechen Keimstängel und Laubblätter durch die Samenschale und schließlich auch durch die Erde an die Oberfläche.
Es gibt Pflanzen, bei denen auch die Keimblätter durch die Schale brechen und das Tageslicht erreichen (epigäische Keimung). In anderen Fällen, zum Beispiel bei der Feuerbohne, verbleiben die Keimblätter aber mit der Samenschale im Boden (hypogäische Keimung).
Generell ist die Keimung einer Pflanze mit der vollständigen Ausbildung des Keimlings abgeschlossen. Das bedeutet, dass die Primärblätter voll entwickelt sind. Das sind die ersten Laubblätter, die nach den Keimblättern entstehen. Sie betreiben Fotosynthese: Mithilfe von Sonnenlicht können die Pflanzen aus bestimmten Stoffen Energie gewinnen. Dadurch und durch die Verwurzelung kann sich die Pflanze selbstständig ernähren.
Auch die Keimung der Feuerbohne beginnt, wie oben beschrieben, mit der Ausbildung der Wurzeln. Anschließend brechen Keimstängel und Laubblätter durch die Samenschale. Bei Erreichen des Sonnenlichts stellt sich der Keimstängel auf und die Blätter entfalten sich. Sie betreiben nun Fotosynthese.
Wusstest du schon?
Einige Samen können über 1 000 Jahre alt werden und trotzdem noch keimen! Der älteste bekannte Samen, der erfolgreich gekeimt ist, war eine über 2 000 Jahre alte Dattelpalme aus Israel. Natur kann wirklich unglaublich sein, oder?
Wachstumsphasen am Beispiel der Feuerbohne
Vielleicht konntest du schon einmal das Wachstum von Pflanzen beobachten: Erst bekommt die Pflanze größere Blätter, dann bildet sich irgendwann eine Blüte aus. Diese Schritte lassen sich der vegetativen und der generativen Wachstumsphase zuordnen.
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Vegetative Wachstumsphase – Definition:
Die vegetative Wachstumsphase umfasst das Wachstum von Blättern, Stängel und Wurzeln: Der Stängel verdickt sich, die Laubblätter werden größer und neue kommen hinzu und das Wurzelsystem vergrößert sich. Diese Wachstumsphase beginnt schon während der Keimung. Das vegetative (selbstständige) Wachstum dient der Nährstoffzufuhr und somit der Erhaltung der Pflanze.
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Generative Wachstumsphase – Definition:
In der generativen Wachstumsphase von Pflanzen werden die Geschlechtsmerkmale ausgebildet. Dazu gehören zum Beispiel Blüten. Das Ergebnis der generativen Phase ist die Bildung von Früchten und Samen. Das generative (erzeugende) Wachstum dient der Fortpflanzung.
Einen Teil des vegetativen Wachstums der Feuerbohne haben wir bereits als Keimung kennengelernt. Danach verdicken sich das Wurzelsystem und auch der Stängel. Dieser kann einige Meter hoch wachsen. Am Stängel wachsen viele große Laubblätter.
Während des generativen Wachstums bildet die Feuerbohne, meist im Zeitraum von Juni bis September, rote Blüten aus. Zum Ende der Blütezeit wachsen aus den verwelkten Blüten längliche Hülsenfrüchte. Diese enthalten die Bohnen, also die Samen der Pflanze. Aus diesen können wieder neue Pflanzen gewonnen werden.
Keimungs- und Wachstumsbedingungen
Wenn du aus Samen Pflanzen ziehen möchtest, dann solltest du dich am besten informieren, was die optimalen Bedingungen für die Keimung und das Wachstum sind. Da gibt es nämlich große Unterschiede. Manche Pflanzenarten benötigen während des Wachstums viel Wasser, andere nur wenig. Auch beim Bedarf von Sonnenlicht und Wärme muss man auf einen geeigneten Platz für die Pflanze achten. Da kann dir aber ein Verkäufer im Fachhandel oder der Informationstext auf einer Samenverpackung weiterhelfen.
Schlaue Idee
Führe ein Keimungsexperiment mit verschiedenen Samen durch. Platziere sie in feuchtem Küchenpapier und beobachte, wie unterschiedlich schnell sie keimen. Das zeigt dir, dass nicht alle Pflanzen die gleichen Bedingungen für die Keimung benötigen.
Ausblick – das lernst du nach Quellen, Keimung, Wachstum
Werde zur Expertin oder zum Experten der Pflanzenwelt! Vertiefe dein Wissen mit den Themen Verbreitung von Früchten und Samen und Bau und Funktion des Laubblatts.
Zusammenfassung – Quellung, Keimung, Wachstum
- Der Samen der Feuerbohne enthält einen Keimling, bestehend aus Keimwurzel, Keimstängel und Keimblättern. Die Samenschale schützt den Samen vor äußeren Einflüssen wie Frost.
- Vor der Keimung nimmt der Samen Wasser auf, ein Prozess, der als Quellung bezeichnet wird. Dadurch wird der Keimling aktiviert und das Wachstum beginnt.
- Nach der Quellung bricht die Keimwurzel durch die Samenschale und entwickelt ein Wurzelsystem. Der Keimstängel und die Laubblätter treten durch die Erde und beginnen mit der Fotosynthese.
- Die Pflanze durchläuft eine vegetative Wachstumsphase, in der Blätter, Stängel und Wurzeln wachsen, und eine generative Phase, in der Blüten und später Früchte gebildet werden.
- Unterschiedliche Pflanzenarten benötigen verschiedene Bedingungen für Keimung und Wachstum, wie Wasser, Licht und Wärme.
Häufig gestellte Fragen zum Thema Quellung, Keimung, Wachstum
Warum sehen die Keimblätter der Gartenbohne am Ende der Keimung schlaff und runzlig aus?
Die Keimblätter haben die Funktion, den Keimling zu ernähren, solange er selbst noch keine Fotosynthese betreiben kann. Danach sterben die Keimblätter ab. Man unterscheidet bei der Keimung zwischen zwei Formen:
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Hypogäische (unterirdische) Keimung: Die Keimblätter bleiben dabei im Boden und ernähren den Keimling, bis die Primärblätter ihre Arbeit aufgenommen haben. Dies kann man zum Beispiel bei der Feuerbohne beobachten.
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Epigäische (überirdische) Keimung: Die Keimblätter durchstoßen den Boden und betreiben selbst Fotosynthese, bis die ersten Laubblätter ausgebildet werden. Diese Form der Keimung findet man bei der Gartenbohne. Ihre Keimblätter sehen nach der Bildung der ersten Laubblätter schlaff und runzlig aus – sie sterben ab.
Warum verhungern Bohnensamen bei der Keimung, wenn sie zu tief im Boden stecken?
Im Samen ist eine gewisse Energie gespeichert, auf die der Keimling für sein erstes Wachstum zurückgreifen kann. Liegt der Samen nicht allzu tief im Boden, reicht diese Energie aus, damit der Keimstängel die Erdschicht durchbrechen kann und die ersten Laubblätter ausgebildet werden können. Die Pflanze kann nun ihre eigene Energie durch Fotosynthese herstellen. Liegt der Samen jedoch zu tief in der Erde, ist nicht genügend Energie vorhanden, um den Keimstängel bis ans Licht wachsen zu lassen, und der Keimling stirbt folglich ab.
Wie bringt man Samen am schnellsten zum Keimen?
Damit ein Samen keimt, benötigt er vor allem Wasser und die richtige Temperatur. Wenn du etwas anpflanzen möchtest, ist es manchmal hilfreich, die Samen vorkeimen zu lassen. Hierfür legt man die Samen in Wasser und sorgt für eine optimale Temperatur. Die genauen Bedürfnisse sind dabei je nach Pflanzenart unterschiedlich.
Was ist Quellung bei Samen?
Samen befinden sich in einer sogenannten Samenruhe. Mit der Quellung, bei der Wasser in den Samen aufgenommen wird, beginnt der Prozess des Wachstums.
Als Quellmittel bezeichnet man Stoffe, die beim Quellen Wasser binden. Es gibt chemisch hergestellte und natürliche Quellmittel. Zu den natürlichen Quellmitteln gehören zum Beispiel Lein- und Flohsamen. Bei Einnahme wirken sie im Darm wie kleine Schwämmchen, da sie Flüssigkeit aufsaugen. Dies bewirkt, dass der Darminhalt voluminöser und weicher wird, was wiederum die Darmperistaltik anregt. Lein- und Flohsamen können also bei Verstopfung eingesetzt werden.
Wann ist die Keimung abgeschlossen?
Die Keimung ist abgeschlossen, wenn die ersten Laubblätter (Primärblätter) vollständig entwickelt sind und die Pflanze anfängt, Fotosynthese zu betreiben.
Wie lange brauchen Samen zum Keimen?
Die Keimungsdauer ist je nach Pflanzenart unterschiedlich. Sie hängt außerdem davon ab, ob die Keimungsbedingungen erfüllt sind. Einige Samen benötigen zum Beispiel Licht oder Dunkelheit, um die Keimung zu aktivieren, und andere brauchen Kälte oder Wärme. Generell kann man aber sagen, dass Samen mit einer harten, dicken Samenschale länger quellen müssen, bevor sie auskeimen. Sie nehmen nur langsam Wasser in sich auf.
Welche Aufgabe hat der Keimstängel?
Die Aufgabe des Keimstängels besteht darin, die Laubblätter ans Licht zu bringen. Er wächst zum Stängel heran und durchbricht die Erdschicht. Der Keimstängel stellt außerdem die Verbindung zwischen den Laubblättern und den Wurzeln dar.
Die Samenruhe bezeichnet den Zeitraum zwischen der Bildung des Samens und der Samenkeimung. Diese Ruheperiode kann unterschiedlich lange andauern und ist bei vielen Pflanzenarten zu finden. Sobald die Umweltbedingungen für den Samen günstig sind, wird er aus der Samenruhe „geweckt“ und beginnt, zu keimen. Meist stellt das Vorhandensein von Wasser und der damit eintretende Prozess der Quellung den Startschuss für die Samenkeimung dar.
Welche Samen wachsen schnell?
Generell kann man sagen, dass Samen mit einer harten Samenschale länger quellen müssen, bevor sie auskeimen. Sie nehmen nur langsam Wasser in sich auf. Die Keimdauer hängt außerdem von diversen Faktoren ab. Einige Samen benötigen Licht oder Dunkelheit, um die Keimung zu aktivieren, und andere brauchen Kälte oder Wärme.
Als Beispiel für eine schnell keimende Pflanze bietet sich die Gartenkresse an. Sie keimt häufig bereits innerhalb eines Tages und kann nach etwa sieben bis zehn Tagen geerntet werden.
Was sind Ursachen der Quellung?
Bei der Quellung kommt es zur sogenannten Imbibition. Das bedeutet, dass Wasser durch eine feste Substanz ohne Bildung einer Lösung absorbiert wird. Dadurch kann ein so großer Druck (Imbibitionsdruck) entstehen, dass die Samenschale aufplatzt. Es handelt sich bei diesem Prozess also nicht um Osmose, wie oft angenommen wird.
Kartoffeln vermehren sich ungeschlechtlich (vegetativ) durch Keimung der Kartoffelknolle, aber auch geschlechtlich durch Samenbildung. Möchte man verhindern, dass die Kartoffeln keimen, sollte man sie kühl und dunkel lagern.
Mit dem Begriff Keimung wird der Beginn der Samenentwicklung beschrieben. Die Keimung beginnt direkt nach der Quellung, wenn die Keimwurzel die Samenschale durchbricht. Danach durchbrechen auch der Keimstängel und die Laubblätter die Schale. Die Keimung ist mit der vollständigen Ausbildung der ersten Laubblätter und dem Eintritt der Fotosyntheseaktivität abgeschlossen.
Welche biologische Bedeutung hat die Quellung in der Natur?
Die Quellung, die mit dem Vorhandensein von Wasser beginnt, stellt den Startschuss für die Samenkeimung dar. Der Samen verbleibt ohne die Verfügbarkeit von Wasser in der Samenruhe und kann dadurch zum Teil sehr lange überdauern. Durch die Quellung nimmt der Samen an Volumen zu und die Erde lockert sich auf.
Die Keimung gilt als beendet, wenn die ersten Laubblätter (Primärblätter) vollständig entwickelt sind und mit der Fotosynthese beginnen.
Wann beginnt und endet die Keimung?
Der Prozess der Keimung schließt direkt an die Quellung des Samens an und beginnt damit, dass die Keimwurzel die Samenschale durchbricht. Als abgeschlossen gilt die Keimung, wenn die Primärblätter (die ersten Laubblätter) vollständig entwickelt sind und Fotosynthese betreiben.
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