Wasseraufnahme und Wassertransport bei Pflanzen – Kohäsion und Adhäsion

Wasseraufnahme und Wassertransport bei Pflanzen

Pflanzen können sehr hoch werden – Mammutbäume erreichen zum Beispiel Höhen von bis zu 115 Metern. Wie schafft es eine solche Pflanze, das Wasser aus dem Boden aufzunehmen und anschließend bis in ihre Blätter hinauf zu transportieren? Das Wasser wird durch seine Gewichtskraft immerhin nach unten gezogen: Es muss also Mechanismen geben, die dieser Gewichtskraft entgegenwirken. Dafür müssen Pflanzen in der Regel keine aktive Kraft aufbringen – vielmehr stecken hinter den Mechanismen des Wassertransports physikalische Gesetzmäßigkeiten. Das wollen wir uns im Folgenden genauer ansehen.

Wasseraufnahme – Diffusion und Osmose

Dass eine Pflanze mit Hilfe ihrer Wurzelhaare Wasser aus der Erde aufnimmt, weißt du bestimmt. (Zur Wiederholung der wichtigsten Bestandteile einer Pflanze kannst du dir das Video zu den Pflanzenorganen anschauen.) Doch wodurch wird diese Wasseraufnahme überhaupt ermöglicht und angetrieben? Um das zu verstehen, wollen wir uns erst einmal die Vorgänge der Diffusion und Osmose ansehen.

Diffusion und Osmose – Definition

Als Diffusion bezeichnet man einen passiven Vorgang, bei dem ein Konzentrationsunterschied ausgeglichen wird. Dafür ist keine äußere Einwirkung notwendig.

Die Osmose kann vereinfacht als Spezialform der Diffusion bezeichnet werden. Hier findet der Konzentrationsausgleich durch eine Membran (Trennschicht) statt, die selektiv- oder semipermeable ist. Das bedeutet, dass die Membran nur für bestimmte Teilchen durchlässig ist. Die Kraft, die den Konzentrationsausgleich antreibt, bezeichnet man auch als osmotischen Druck.

Wasseraufnahme in den Wurzeln der Pflanze

Als Pflanzenzellen enthalten die Zellen der Wurzelhaare Vakuolen und Zellplasma. Das Zellplasma enthält nicht nur Wasser, sondern auch gelöste Stoffe wie Ionen und wasserlösliche Moleküle. Insgesamt sind in der Zellflüssigkeit deutlich mehr Stoffe enthalten als im Bodenwasser. Aufgrund des Konzentrationsunterschiedes diffundiert das Wasser in die Wurzel. Andersherum ist kein Konzentrationsausgleich möglich: Die Membran ist semipermeabel und lässt die Wassermoleküle in die Zelle hinein diffundieren, nicht aber die gelösten Stoffe aus der Zelle heraus. Man bezeichnet den Vorgang daher als Osmose.

Wassertransport von der Wurzelhaarzelle bis zum Leitgewebe

Von den Wurzelzellen muss das Wasser noch in das Leitgewebe gelangen, denn dieses ist zuständig für den Nährstoff- und Wassertransport zu den Blättern und Blüten der Pflanze. Dabei muss das Wasser die Rhizodermis, die Wurzelrinde und die Endodermis passieren. Innerhalb der Pflanze wird das Wasser mittels Diffusion und Osmose weitergeleitet. Das bedeutet auch, dass die Konzentration an gelösten Stoffen von den Wurzelzellen bis hin zum Leitgewebe zunehmen muss.

Wassertransport – Adhäsion und Kohäsion

Nun wissen wir also, wie das Wasser aus dem Boden in die Wurzeln und anschließend in die Leitbündel der Sprossachse gelangt. Doch wie wird es nun in die Blätter und Blüten der Pflanze transportiert? Der Wassertransport wird zu einem Teil vom Wurzeldruck angetrieben, denn durch die Wurzel wird ja immer neues Wasser nachgeführt, zum großen Teil aber vom sogenannten Transpirationssog hervorgerufen.

Transpirationssog

Die Ursache des Transpirationssogs ist wieder die Diffusion: Wasser diffundiert aus der Pflanze heraus in die umgebende Luft, da diese in der Regel weniger Wassermoleküle enthält als die Pflanze selbst. Die Abgabe von Wasser findet hauptsächlich über die Spaltöffnungen der Blätter, zum Teil aber auch direkt über die Epidermis statt. Die Wasserabgabe an die Luft bezeichnet man auch als Transpiration. Der hervorgerufene Wasserverlust erzeugt einen Unterdruck, also einen Sog, der das Wasser innerhalb der Pflanze nach oben zieht.
Der Transport des Wassers bis hinauf in die Blätter wird durch zwei physikalische Effekte begünstigt – die Adhäsion und die Kohäsion. Das schauen wir uns nun genauer an.

Adhäsion

Per Definition beschreibt die Adhäsion das Anheftungsvermögen von Flüssigkeiten an Feststoffe. Das kannst du dir mit Hilfe eines einfachen Experiments vorstellen: Wir nehmen ein Glasgefäß, das aus Röhren mit unterschiedlichen Durchmessern besteht. Wenn wir nun Wasser in dieses Gefäß füllen, sehen wir, dass das Wasser in schmalen Röhren höher steigt als in breiten Röhren. Das liegt eben gerade daran, dass das Wasser an die Glasoberfläche anheftet, es wird von der Glasoberfläche einfach gesprochen angezogen. Da das Wasser in schmalen Röhren mehr Wechselwirkung mit der Oberfläche erfährt, steigt es dort auch stärker an.

Kohäsion

Anders als die Adhäsion ist die Kohäsion nicht als Wechselwirkung zwischen zwei verschiedenen Stoffen, sondern als Bindungskraft zwischen den Teilchen eines Stoffes definiert. Sie sorgt also für den Zusammenhalt der Teilchen. Das führt zum Beispiel zu der Oberflächenspannung von Flüssigkeiten.

Insgesamt sorgen Kohäsion und Adhäsion dafür, dass in den Leitbündeln der Pflanze Folgendes passiert: Von der Oberfläche der Gefäßzellen wird das Wasser angezogen (Kohäsion) – dadurch dass der Wasserstrom dem wirkenden Transpirationsdruck standhalten kann und nicht abreißt (Adhäsion), steigt das Wasser an. Die hier wirkenden Phänomene kann man auch als Kapillareffekt zusammenfassen.

Dieses Video

In diesem Video lernst du, dass der Wassertransport in Pflanzen auf physikalischen Phänomenen beruht – Diffusion, Osmose, Adhäsion und Kohäsion. Auch zu diesem Thema findest du interaktive Übungen und ein Arbeitsblatt.