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!
Videobeschreibung
Eine Pflanze nimmt über ihre Wurzeln Wasser auf, aber was passiert dann mit dem Wasser? In diesem Video lernst du den Wassertransport in der Pflanze kennen. Dabei wirst du den Begriff Transpiration verstehen und lernst, warum die Transpiration bestimmt, wie hoch ein Baum werden kann. Du wirst sehen, dass es beim Transport des Wassers in der Wurzel zwei Möglichkeiten gibt, nämlich den symplastischen und den apoplastischen Transport. Zum Schluss wirst du sehen, wie eine Pflanze neben Wasser auch Ionen über die Wurzel aufnimmt.
Die Tutoren:
Wassertransport in Pflanzen
Wassertransport in Pflanzen Übung
Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Wassertransport in Pflanzen kannst du es wiederholen und üben.
-
Bestimme den Ablauf des symplastischen und apoplastischen Wassertransports durch die Zellen der Pflanze.
Tipps
In pflanzlichem Gewebe wird der Protoplast vom Apoplasten umgeben.
Der Casparische Streifen erscheint im Lichtmikroskop als dunkle Wandverdickung.
Lösung
Der 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.
-
Bestimme die Funktion des Wassers in der Pflanze.
Tipps
An sehr trockenenen Standorten sind Pflanzen an die Trockenheit angepasst, sodass der Wasserverlust der Pflanze sehr gering gehalten wird.
Lösung
Das 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.
-
Definiere die wichtigen Begriffe zum Wassertransport in Pflanzen.
Tipps
Das Xylem ist ein Bestandteil des Zentralzylinders in Wurzel und Spross einer Pflanze.
Die Transpiration erfolgt beim Menschen über die Schweißdrüsen.
Lösung
Das 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.
-
Erläutere den Bewegungsmechanismus der Spaltöffnungen.
Tipps
Die Spaltöffnungen reagieren ähnlich wie ein Fahrradschlauch, den man im ungefüllten Zustand aufeinanderlegt.
Was würde passieren, wenn man den Fahrradschlauch mit Luft aufpumpt?
Lösung
Pflanzen 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.
-
Erläutere die Eigenschaften der Kationen und Anionen im Ionenaustauschprozess.
Tipps
Positiv geladene Ionen werden als Kationen bezeichnet.
Negativ geladene Ionen werden als Anionen bezeichnet.
Lösung
Wie 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.
-
Bestimme die Funktion der Cuticula für den Wassertransport.
Tipps
Spaltöffnungen 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.
Lösung
Die 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.
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?