Wassertransport in Pflanzen
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Grundlagen zum Thema Wassertransport in Pflanzen
Inhalt
- Wassertransport in der Pflanze – Biologie
- Auf welche Weise nehmen Pflanzen Wasser auf?
- Der Ionenhaushalt in den Pflanzen
- Wie wird das Wasser in der Sprossachse transportiert?
- Das Wasser in den Blättern
- Wie kommt das Wasser zu den Blättern?
- Welche Kräfte wirken beim Wassertransport in der Pflanze?
- Der Wassertransport in den Pflanzen kurz zusammengefasst
Wassertransport in der Pflanze – Biologie
Oh nein, die Pflanzen im Klassenzimmer lassen die Blätter und Köpfe hängen. Schnell, sie brauchen Wasser! Nach einiger Zeit müssten sie wieder schön sein. Aber wieso?
Auf welche Weise nehmen Pflanzen Wasser auf?
Pflanzen nehmen das Wasser aus dem Boden über die Wurzeln auf. Im Boden wird Wasser gespeichert. Dabei unterscheiden wir zuerst beim Bodenwasser zwischen zwei Arten, dem Kapillarwasser und dem Hydratwasser.
Das Kapillarwasser oder auch Haftwasser genannt, befindet sich zwischen dem Bodensubstrat. Das Substrat hält es durch Kohäsion und Adhäsion in den Hohlräumen fest und steht in Verbindung mit dem Grundwasser.
Beim Hydratwasser oder auch Kristallwasser sind die Wassermoleküle direkt an das Substrat gebunden und dienen als Speicher. Die Pflanzen nutzen beides, bevorzugen aber das Kapillarwasser.
Die Wasseraufnahme in den Wurzeln
Wurzeln haben zwei Methoden der Wasseraufnahme, die symplastische und die apoplastische.
Symplastische Wasseraufnahme
Bei der symplastischen Aufnahme nehmen die Haarzellen Wasser auf, durch Osmose gelangt es weiter über die Protoplasten, durch die Endodermis bis in die Tracheen des Zentralzylinders.
Apoplastische Wasseraufnahme
Die apoplastische Aufnahme unterscheidet sich nur zu Beginn von der symplastischen Wasseraufnahme. Durch Diffusion dringt das Wasser in die Zwischenräume der Protoplasten, bis es den Casparischen Streifen erreicht, welcher eine Wasserbarriere darstellt. Hier erfolgt ein Eindringen in die Protoplasten, um die Wasserbarriere zu durchdringen. Das Wasser kann nun in die Endodermis und weiter zum Zentralzylinder vordringen.
Der Ionenhaushalt in den Pflanzen
Wurzeln nehmen die im Boden gelösten Ionen durch einen Ionenaustausch auf. Zum Beispiel werden Wasserstoffionen und Hydrogencarbonat an den Boden abgegeben und Kaliumionen und Phosphate aus dem Boden aufgenommen. Es bildet sich ein Gleichgewicht. Für den Weg der Ionen durch die Protoplasten bis in die Tracheen müssen Wurzeln Energie in Form von ATP aufwenden. Dort werden die Ionen dann mit dem Wasser weitertransportiert.
Wie wird das Wasser in der Sprossachse transportiert?
In den Wurzeln wandert das aufgenommene Wasser in die Leitgefäße des Zentralzylinders. Dort gelangt es weiter bis in den Spross. Über die Leitgefäße, genauer gesagt über das Xylem, wird das Wasser bis in den oberen Bereich der Pflanze transportiert. Das Xylem besteht aus abgestorbenen, plasmafreien Zellen. So gelangt das Wasser ohne Widerstand bis in die Blätter.
Das Wasser in den Blättern
Die Blätter verwenden das Wasser für verschiedene Funktionen. Es wird bei der Fotosynthese, in weiteren Stoffwechselvorgängen und beim Stabilisieren des Zellinnendrucks eingesetzt. Der Großteil des Wassers befindet sich jedoch in den Interzellularen (Hohlräume zwischen benachbarten Zellen).
Da die Umgebungsluft einen geringeren Wassergehalt besitzt als die Blätter, kommt es zur Verdunstung über die Spaltöffnungen, welche auch Stomata genannt werden. Diese Verdunstung wird Transpiration genannt und führt zu einem ständigen Nachfließen des Wassers in den Pflanzen.
Wie kommt das Wasser zu den Blättern?
Die Transpiration verursacht einen Transpirationssog. Dies bedeutet, das verdunstende Wasser zieht weiteres Wasser durch Kohäsion aus den Zweigen in die Blätter, dies setzt sich fort bis in die Wurzeln. Vergleichbar mit dem Trinken durch den Strohhalm. Das Ansaugen mit dem Mund verursacht einen Unterdruck im Strohhalm, sodass die Flüssigkeit hindurchgesogen wird. Der Transpirationssog ist so kräftig, dass Wasser in bis zu $\pu{120 m}$ hohe Baumspitzen gelangt, wie zum Beispiel bei Mammutbäumen.
Welche Kräfte wirken beim Wassertransport in der Pflanze?
Neben dem Transpirationssog greifen die Pflanzen auf zwei weitere Kräfte zurück. Der Wurzeldruck transportiert das Wasser durch Überdruck bis auf etwa $\pu{10 m}$ Höhe und die Kapillarkräfte zwischen den Zellen leiten das Wasser ungefähr $\pu{1 m}$ in die Sprosshöhe. Trotz der geringeren Leistungsfähigkeit beim Wurzeldruck und den Kapillarkräften sind sie besonders im Winter und Frühling wichtig. Zu diesen Jahreszeiten fehlen die Blätter, somit kommt es dann nicht zu einem Transpirationssog für den Wassertransport.
Der Wassertransport in den Pflanzen kurz zusammengefasst
Pflanzen nehmen das Wasser über die Wurzeln auf. Dafür werden zwei Methoden verwendet, die symplastische und die apoplastische Aufnahme. In der Wurzel wird das Wasser bis in die Leitgefäße transportiert. Von dort gelangt es über das Xylem im Spross bis in die Blätter. Die Blätter geben durch Transpiration Wasser an die Luft ab. Der entstehende Transpirationssog bewirkt, dass das Wasser bis in die Baumspitze gelangt. Weitere transportunterstützende Kräfte sind der Wurzeldruck und die Kapillarkräfte. Neben dem Wasser nehmen die Wurzeln auch Ionen aus dem Boden mit auf.
Zu diesem Thema gibt es noch ein weiteres interessantes Video, Wasseraufnahme und -transport. Falls du dich nochmals über Osmose und Diffusion informieren möchtest, kannst du dir das Video Diffusion und Osmose anschauen.
Mit den Arbeitsblättern zum Thema Wassertransport in der Pflanze kannst du dein neu erworbenes Wissen testen. Nutze auch die Übungen, um dich auf die nächste Klassenarbeit vorzubereiten. Viel Spaß!
Transkript Wassertransport in Pflanzen
Hallo! Bestimmt hast du schon einmal eine Pflanze mit herabhängenden Blättern gesehen. Wenn du sie gegossen hast, sahen die Blätter nach einiger Zeit wieder normal aus. Die Pflanze hat das Wasser über die Wurzel aufgenommen. Aber hast du dich mal gefragt, was mit dem Wasser passiert, nachdem es von der Wurzel aufgenommen wurde? Das möchte ich dir in diesem Video zeigen. Dabei werde ich dir den Wassertransport in der Pflanze sowie die Wasser- und Ionenaufnahme in der Wurzel erklären.
Bodenwasser
Im Boden ist zwischen den einzelnen Bodenpartikeln Wasser gespeichert. Dabei gibt es zwei Formen des Bodenwassers: zum einen das sich in den Hohlräumen zwischen den Bodenteilchen befindende Kapillarwasser und das an der Oberfläche der Bodenteilchen gebundene Hydratwasser. Eine Pflanze kann sowohl das Kapillarwasser als auch das Hydratwasser nutzen.
Transpiration
Nachdem das Wasser von den Wurzeln aufgenommen wurde, gelangt es in die Wasserleitgefäße des Zentralzylinders der Wurzel. Es erreicht den oberirdischen Teil der Pflanze und wird in den Leitgefäßen, genauer gesagt im Xylem, durch den Spross transportiert. Die Zellen des Xylems sind abgestorben, d.h. sie besitzen kein Zellplasma. Der Transport des Wassers durch das Xylem erfolgt also ohne großen Widerstand.
In den Blättern kann das Wasser natürlich für die Fotosynthese oder für andere Stoffwechselprozesse und für die Aufrechterhaltung des Zellinnendrucks verwendet werden. Ein Großteil gelangt allerdings in die Interzellularen des Blattes und dann über die Spaltöffnungen durch Verdunstung in die Luft. Diesen Vorgang nennt man Transpiration.
Die Transpiration läuft ab, da die Luft ein viel geringeres Wasserpotential, also vereinfacht gesagt eine geringere Feuchte, hat als die Blätter. Der Sog, der durch die Verdunstung des Wassers an den Spaltöffnungen entsteht und Wasser aus dem Spross und der Wurzel nachzieht, heißt Transpirationssog.
Durch den Transpirationssog kann Wasser in die beachtliche Höhe von über 120 m gezogen werden. Die höchsten auf der Erde lebenden Pflanzen sind die Mammutbäume, die tatsächlich Höhen von etwa 120 m erreichen können. Ohne den Transpirationssog könnten Pflanzen allerdings gar nicht solche Höhen erreichen, weil sie das Wasser nicht bis in die oberen Äste und Blätter transportieren könnten.
Die Kraft des Wurzeldrucks reicht lediglich aus, um das Wasser in 10 m Höhe zur drücken; die Kapillarkräfte reichen nur für weniger als 1 m Höhe aus. Der Wurzeldruck und die Kapillarkräfte spielen vor allem im Frühling eine Rolle, wenn Bäume noch keine Blätter gebildet haben und damit kein Transpirationssog vorliegt.
Wassertransport Wurzel
Wir wollen uns nun den Wassertransport in der Wurzel noch einmal genauer anschauen. Wir unterscheiden den symplastischen und den apoplastischen Transport des Wassers.
Beim symplastischen Transport wird das Wasser in die Wurzelhaarzellen aufgenommen und dann osmotisch durch die Protoplasten der Wurzelrindenzellen bis zur Endodermis weitergegeben. Aus dem Plasma der Endodermiszellen gelangt das Wasser in die Tracheen des Zentralzylinders.
Beim apoplastischen Transport diffundiert das Wasser zunächst in den Zellwänden, also im Apoplasten in Richtung Endodermis. Dort versperrt aber der wasserundurchlässige CASPARYsche Streifen den Weg. Daher muss das Wasser zunächst in den Protoplasten der Endodermiszellen, bevor es wie beim symplastischen Transport in die Leitgefäße des Zentralzylinders gelangt.
Ionenaufnahme
Zusammen mit der Wasseraufnahme kommt es auch zur Aufnahme von Ionen in die Wurzel. Diese sind im Wasser gelöst und werden über Ionenaustauschprozesse von der Pflanze gewonnen. Das heißt, die Pflanze gibt z.B. ein Proton H+ ab und nimmt im Gegenzug ein Kaliumion K+ auf. Anionen wie z.B. Phosphat PO43- werden im Austausch mit Hydrogencarbonat-Ionen HCO3- aufgenommen.
Die Ionen werden unter Energieverbrauch, also ATP-Verbrauch, in die Protoplasten aufgenommen und dann durch die Protoplasten der Wurzelrindenzellen bis zur Endodermis transportiert. Die Abgabe in den Zentralzylinder erfolgt wiederum aktiv unter Energieverbrauch.
Zusammenfassung
Du hast in diesem Video gesehen, wie der Wassertransport innerhalb der Pflanze funktioniert. Wenn du mal wieder eine Pflanze mit herabhängenden Blättern siehst und diese dann gießt, weißt du jetzt auch was dann geschieht: Über die Wurzel wird dass Wasser aufgenommen und gelangt dann in die Leitgefäße des Sprosses, das Xylem, und weiter in die Blätter. Dort gelangt es durch die Spaltöffnungen in die Luft. Dieser Verdunstungsvorgang heißt Transpiration.
In der Wurzel gibt es zwei Möglichkeiten des Wassertransports: Beim symplastischen Transport gelangt das Wasser osmotisch über die Protoplasten der Wurzelrindenzellen bis zur Endodermis; beim apoplastischen Transport diffundiert das Wasser zunächst in den Zellwänden und wird erst von den Protoplasten der Endodermis aufgenommen. Die Aufnahme von Ionen erfolgt ebenfalls über die Wurzel. Tschüss und bis zum nächsten Mal!
Wassertransport in Pflanzen Übung
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Bestimme den Ablauf des symplastischen und apoplastischen Wassertransports durch die Zellen der Pflanze.
TippsIn pflanzlichem Gewebe wird der Protoplast vom Apoplasten umgeben.
Der Casparische Streifen erscheint im Lichtmikroskop als dunkle Wandverdickung.
LösungDer Wassertransport in die Wurzel kann auf zwei Wegen erfolgen. Man unterscheidet zwischen symplastischem und apoplastischem Transport.
Der symplastische Transport bezeichnet den Weg des Wassers durch die Protoplasten der Zellen. Der Wassertransport erfolgt also durch das Cytoplasma der Zellen.
Der apoplastische Transport beschreibt hingegen den Weg durch die Zellwände der Zellen. So kann das Wasser bis zum Casparischen Streifen weitergegeben werden. Da der apoplastische Transport durch den Casparischen Streifen verhindert wird, muss das Wasser in die Protoplasten der Endodermiszellen weitergegeben werden, damit der Transport in den Zentralzylinder erfolgen kann.
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Definiere die wichtigen Begriffe zum Wassertransport in Pflanzen.
TippsDas Xylem ist ein Bestandteil des Zentralzylinders in Wurzel und Spross einer Pflanze.
Die Transpiration erfolgt beim Menschen über die Schweißdrüsen.
LösungDas Xylem ist das Leitgewebe der Pflanze. Es besteht aus abgestorbenen Zellen und transportiert das Wasser, das über die Wurzeln in den Zentralzylinder gelangt ist, durch den Spross in die Blätter. Ein Teil des Wassers gelangt über das Xylem in die Interzellulare, die Zellzwischenräume, und kann dort über die Spaltöffnungen verdunsten. Dieser Prozess wird als Transpiration bezeichnet.
Der Wassertransport in den Wurzeln wird in den symplastischen und den apoplastischen Transport eingeteilt. Bei dem symplastischen Transport erfolgt der Wassertransport osmotisch durch die Protoplasten, also durch den plasmatischen Inhalt der Zelle, wohingegen der apoplastische Wassertransport durch Diffusion über die Zellwände, also dem Apoplasten, erfolgt.
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Erläutere die Eigenschaften der Kationen und Anionen im Ionenaustauschprozess.
TippsPositiv geladene Ionen werden als Kationen bezeichnet.
Negativ geladene Ionen werden als Anionen bezeichnet.
LösungWie du bereits weißt, werden mit dem Wasser auch Ionen aufgenommen, die im Wasser gelöst sind. Sowohl negative Ionen (Anionen) als auch positiv geladene Ionen (Kationen) werden von den Wurzeln der Pflanzen aufgenommen. Es findet ein Ionenaustauschprozess statt: Für die Aufnahme von Kationen müssen Protonen (H$^+$) und für die Aufnahme von Anionen müssen Hydrogencarbonationen ($HCO_3^-$) abgegeben werden. Die Aufnahme der Ionen in die Wurzelhaarzellen und die Abgabe der Ionen in den Zentralzylinder geschieht unter Energieverbrauch.
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Bestimme die Funktion der Cuticula für den Wassertransport.
TippsSpaltöffnungen sind in Trockenpflanzen tief eingesenkt.
Sonnenblätter haben eine dickere Cuticula als Schattenblätter.
Die Transpiration in der Pflanze kann sowohl über die Cuticula erfolgen als auch über die Spaltöffnungen.
LösungDie Transpiration in der Pflanze kann sowohl über die Cuticula erfolgen als auch über die Spaltöffnungen. Man spricht von der stomatären und der cuticulären Transpiration. Die hauptsächliche Transpiration erfolgt über die Spaltöffnungen, denn die wachshaltige Cuticula ist nämlich hydrophob, also wasserabweisend, sodass diese als Verdunstungsschutz dient. Das ist auch der Grund, warum Xerophyten, also Trockenpflanzen, eine dickere Cuticula aufweisen als Feuchtpflanzen, sogenannte Hygrophyten. Eine weitere Funktion der Cuticula ist der Schutz vor Schädlingen wie Bakterien, Viren oder Pilzen, die die Cuticula nicht durchdringen können.
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Bestimme die Funktion des Wassers in der Pflanze.
TippsAn sehr trockenenen Standorten sind Pflanzen an die Trockenheit angepasst, sodass der Wasserverlust der Pflanze sehr gering gehalten wird.
LösungDas Wasser ist lebensnotwendig für Pflanzen, denn ohne Wasser können sämtliche Stoffwechselprozesse wie die Fotosynthese nicht mehr stattfinden. Außerdem nimmt die Pflanze mit dem Wasser durch die Wurzelhaarzellen Mineralien und Salze in gelöster Form auf, die dann in die Blüten, Blätter oder Früchte transportiert werden.
Dass Pflanzen Wasser benötigen, sieht man auch, wenn ihnen das Wasser ausgeht. Man kann beobachten, dass die Pflanze dann schlaff herunterhängt. Das passiert, weil durch das Wasser der Zellinnendruck aufrechterhalten wird. Wenn kein Wasser mehr vorhanden ist, wird der Zelldruck geringer, sodass die Pflanze ihre Stabilität verliert und welkt.
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Erläutere den Bewegungsmechanismus der Spaltöffnungen.
TippsDie Spaltöffnungen reagieren ähnlich wie ein Fahrradschlauch, den man im ungefüllten Zustand aufeinanderlegt.
Was würde passieren, wenn man den Fahrradschlauch mit Luft aufpumpt?
LösungPflanzen öffnen und schließen ihre Spaltöffnungen durch Veränderung des Innendrucks (Turgor) in den Schließzellen. Durch den Ioneneinstrom oder -ausstrom wird diese Veränderung bewirkt. Wenn eine Pflanze in Dürrephasen schon viel Wasser verloren hat und welkt, sinkt der Turgor in den Zellen und die Schließzellen bleiben ständig geschlossen. Durch diesen Mechanismus kann die Pflanze sich vor dem Austrocknen schützen.
Diffusion und Osmose (Basiswissen)
Diffusion und Osmose (Vertiefungswissen)
Wie kommt das Wasser aus den Wurzeln in die Blätter?
Wurzel – Bau und Funktion (Vertiefungswissen)
Sprossachse – Bau und Funktion (Vertiefungswissen)
Sprossachse – Dickenwachstum
Funktion der Spaltöffnungen
Wassertransport in Pflanzen
Wasseraufnahme und Wassertransport bei Pflanzen – Kohäsion und Adhäsion
Wie kommt das Wasser in die Baumwipfel?
Plasmolyse – Prinzip und Bedeutung
Osmotischer Druck – Experiment und Berechnung
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2 Kommentare
Hallo :)
eine Pflanze ist ein Lebewesen wie du ja sicher weißt. Diese haben einen ganz komplexen Stoffwechsel und nehmen bestimmte Stoffe auf um daraus körpereigene Stoffe oder Energie zu gewinnen. Eine Pflanze nimmt daher meist nur Stoffe auf die sie auch benötigt. Damit ist sowohl die Art der Mineralstoffe als auch die Menge gemeint. Wenn eine Pflanze keine Stoffe mehr aufnehmen kann (oder einen bestimmten Stoff nicht), verbleibt der Rest im Boden. Daher unterscheiden sich der Mineralstoffgehalt in der Pflanze und im Boden.
In meinem Biobuch steht, dass sich der arttypische Mineralstoffgehalt der Pflanze oft von dem Mineralstoffgehalt vom Boden des Standorts abweicht. Wie ist das zu erklären?