Die Organe der Pflanzen
Pflanzen besitzen drei Grundorgane:
*) Blatt
*) Wurzel
*) Stamm
Die Grundorgane sind bereits in den frühen
Entwicklungsstadien einer Pflanze erkennbar. Stamm un Blätter werden als Spross
oder Kormus bezeichnet. Daher nennt man Farne und Samenpflanzen auch
Kormophyten.
A) Die Wurzel:
Die Aufgaben der Wurzel(n) bestehen darin, eine
feste Verankerung im Boden zu gewährleisten, sowie Wasser und Nährsalze aus dem
Boden aufzunehmen. Sie besitzt auch wichtige Speicherfunktionen und hat beachtliche
Synthesefähigkeiten. Durch die enorme Oberflächenvergrößerung sichert das
weitverzweigte Wurzelsystem außerdem eine optimale Ausnutzung des
Nährstoffgehalts.
*) Aufbau im Querschnitt:
An der Wurzeloberfläche befindet sich primär ein einschichtiges Abschlussgewebe, die Epidermis. Sie besteht aus zarten, dünnwandigen Zellen, durch die es der Pflanze möglich ist, Wasser und Nährsalze durch Osmose aufzunehmen.
Später kommt es dann zur Ausbildung der Exodermis. Dabei verkorken die Zellwände und eine Stoffaufnahme ist nicht mehr möglich. Unter der Epidermis liegt ein mehrschichtiges Grundgewebe, die Wurzelrinde, welche als Speicherorgan dient. Besonders bei Speicherwurzeln (Rüben, Karotten) und Wurzelknollen (Dahlien) ist diese Funktion besonders gut entwickelt.
In der Wurzelachse befindet sich der Zentralzylinder, der von einer Endodermis eingeschlossen wird, die eine selektive Barriere für die Ionenaufnahme der Pflanze aus dem Boden darstellt. Wichtigstes Bauelement des Zentralzylinders sind die radial angeordneten Stränge des Gefäßteils (Xylem) und des Siebteils (Phloem). Ihre Aufgabe ist der Ferntransport der Stoffe. Das Zentrum des Zylinders bildet Stränge von Festigkeitsgewebe oder die Holzteile stoßen sternförmig aneinander.
Zwischen der Endodermis und dem Leitungsgewebe befindet sich eine Schicht Bildungsgewebe, aus der heraus die Seitenwurzeln gebildet werden.
Die Wurzeln vieler Nacktsamer und Zweikeimblättrigen weisen ein sekundäres Dickenwachstum auf. Dieses geht vom Kambium, einem ringförmig angeordneten Bildungsgewebe, das aus dem Grundgewebe hervorgeht, aus. Das Kambium erzeugt nach außen Phloem (Bast) und nach innen Xylem (Holz).
*) Aufbau im Längsschnitt:
Ganz an der Wurzelspitze befindet sich das Bildungsgewebe des Wurzelscheitels. (Scheitelmeristem). Dieses ist noch von der Wurzelhaube überdeckt, um gegen eine Verletzung beim Eindringen in den Boden geschützt zu sein. Durch die Verschleimung der Zellwände ihrer äußeren Zellen wird das Vordringen der Wurzel noch zusätzlich erleichtert.
Direkt hinter der Wurzelspitze liegt die Zone des stärksten Längenwachstums. Sie wird auch Streckungszone genannt und ist nur zwei bis zehn Millimeter lang. Grundlage für die Wurzelstreckung ist die Zellvermehrung aber auch die Zellvergrößerung durch Aufnahme von Wasser. Wasser wird durch Diffusion ungehindert in den Interzellularen bis zur Endodermis transportiert. Da die Radialwände der Endodermis verkorkt sind, ist der Wasser- und Nährsalzstrom nun gezwungen, die Epidermiszellen zu passieren. Ab hier werden Wasser und Nährsalze osmotisch von Zelle zu Zelle weitergegeben.
Ionen werden durch aktive, energieverbrauchende Transportvorgänge entgegen dem Konzentrationsgefälle über das System des Ionenaustausches aufgenommen. Zur Aufnahme von Kationen müssen dabei von der Pflanze H+-Ionen, zur Aufnahme von Anionen HCO3- - Ionen an den Boden abgegeben werden.
Auf diese Zone folgt die Region der Wurzelhaare. Diese sind schlauchförmig ausgebildete Zellen der Wurzelhaut (Epidermis). Durch die Zartheit ihrer Zellwände sind sie für die Aufnahme von Wasser und der in diesem gelösten Nährsalze besonders gut geeignet. Bei vielen Waldbäumen fehlen diese Wurzelhaare allerdings und werden durch Mykorrhiza-Pilze ersetzt. Die Lebensdauer der Wurzelhaare ist auf wenige Tage beschränkt. Hinter der wachsenden Wurzelspitze entstehen jedoch immer neue Wurzelhaare. Nur der unterste, wenige Zentimeter lange Teil der Wurzel ist mit Haaren bedeckt. Hinter der Zone der Wurzelhaare sterben die Epidermiszellen ab, und die Exodermis kommt darunter die Exodermis zum Vorschein, deren Zellwände verkorken und ein schützendes Abschlussgewebe bilden. In diesem Bereich kommt es außerdem zur Ausdifferenzierung des Zentralzylinders mit seinen Leitungsgeweben. Da die Exodermiszellen durch Verholzung wasserundurchlässig sind, ist die Wasser- und Ionen aufnahmeim wesentlichen auf eine kurze Zone hinter der Wurzelpitze begrenzt.
An diese Wurzelhaarzone schließt die Region der Wurzelverzweigung an. Hier werden Seitenwurzeln gebildet, die eine weitere Oberflächenvergrößerung und eine wirksamere Verankerung im Boden bewirken.
*) Wurzelmetamorphosen:
Dazu zählen zum Beispiel die Luftwurzeln. Kletterpflanzen, wie der Efeu verwenden sogenannte Haftwurzeln, oder die Vanillepflanze verwendet sogenannte Wurzelranken, um sich an festen Gegenständen anklammern zu können. Bei Moor- und Sumpfpflanzen gibt es auch Atemwurzeln.
Manche Parasiten haben anstatt einer Wurzeln Saugorgane entwickelt, wie zum Beispiel die Mistel. Diese Saugorgane, die sogenannten Senker, sind abgewandelte Wurzelteile, mit denen sie Wasser und Nährstoffe aus den Wirtspflanzen nehmen.
Bei Pflanzen in trockenen Standorten können
Wurzeln auch Wasserspeichergewebe ausbilden.
A) Der Stamm:
Der Stamm dient der Festigung und dem Transport der Stoffe zwischen Wurzel und Blatt. Dieser Stofftransport erfolgt in den Leitbündeln.
*) Aufbau des Stammes bei den Zweikeimblättrigen:
Unter dem einschichtigen Abschlussgewebe der Epidermis folgt die Rinde. Deren äußersten Schichten bestehen aus einem Festigungsgewebe, die innerste Zellschicht ist die Endodermis. Dazwischen liegt ein Grundgewebe mit Chloroplasten. Auf die Rinde folgt der Zentralzylinder mit den Leitgewebszonen. Die Mitte des Stammes ist mit Markgewebe gefüllt. Mark und Rinde werden durch die zwischen den Leitbündeln liegenden Markstrahlen verbunden. Die Xylem- und Phloemteile der Leitbündel werden stets von einer Schicht teilungsfähiger Zellen getrennt, dem Kambium. Dadurch wird den zweikeimblättrigen ein sekundäres Dickenwachstum ermöglicht.
An der Sprossspitze befindet sich ein Bildungsgewebe, das Scheitelmeristem. Von diesem erfolgt die Anlage von Blättern und Seitensprossen.
Bei den Einkeimblättrigen sind die Leitbündel regellos über den Stammquerschnitt verteilt und haben kein Kambium.
*) Festigung:
Um dem Stamm eine große Festigkeit zu geben, beitzen die Zellen der Festigungsgewebe, die im Bereich der Leitbündel ausgebildet werden eine sehr dicke Zellwand. Es werden immer neue Wandlamellen aus Zellulose als Gerüstsubstanz von innen her an die Zellwand angelagert, was jede weitere Ausdehnung der Zelle blockiert.
Eine zusätzliche Steigerung der Festigkeit tritt durch Verholzen der Zellwände ein. Dabei wird Zellulose durch Lignin ersetzt. Je mehr Lignin sich an den Zellwänden einlagert, desto weniger Raum ist für das Plasma und den Zellkern vorhanden. Wird ein gewisser Grad der Verholzung überschritten, stirbt die Zelle ab. (Steinzellen)
Bei den Zellen der Festigungsgewebe kann man nach der Art der Wandverdickung zwischen Kollenchym und Sklerenchym unterscheiden.
Bei den stets lebenden Kollenchymzellen sind die Verdickungen der Zellwände auf gewisse Teile der Zellwände beschränkt. Man findet sie vornehmlich in jungen, noch wachsenden Pflanzen (Ecken- und Plattenkollenchym).
Sklerenchymgewebe bestehen hingegen meist aus toten, gleichmäßig verdickten und meist stark verholzten Zellwänden, z.B. Steinzellen (Nussschale, Kerne der Steinfrüchte). Pflanzen mit langgestreckten Sklerenchym fasern, wie zum Beispiel beim Hanf, finden auch technische Verwendung.
Die verschiedenen Festigungselemente erzielen mit einem Minimum an aufgewendeten Material eine größtmögliche Festigkeit. Auch die Leitbündel erfüllen aufgrund ihres Baus und ihrer Anordnungsweise eine Festigungsfunktion.
*) Leitgewebe:
Leitgewebe können bei einzelnen Pflanzenarten unterschiedlich angeordnet sein. Bilden sie um die zentrale Sprossachse einen geschlossenen Zylinder, so spricht man vom Leitzylinder. Vereinigen sich die Einzelelemente zu deutlich voneinander getrennten Strängen, so spricht man von Leitbündeln. Leitzylinder und Leitbündel bestehen aus zwei verschiedenen Gewebekomplexen, innen dem Xylem (Holteil) und außen dem Phloem (Bastteil, Siebteil) Die Leitung des Wassers und der darin gelösten Ionen erfolgt im Holzteil. Der Siebteil dient dem Transport von organischen Substanzen.
Die leitenden Elemente des Phloems werden aus den Siebröhren gebildet. Siebröhren sind lebende, unverholzte Zellen, deren Querwände (Siebplatten) mit Poren durchbrochen sind, über die die Siebröhrenglieder durch Plasmastränge in Verbindung stehen. Auf diesem Weg erfolgt der Transport der Assimilate zur Speicherung in die Wurzel. Die Siebzellen arbeiten normalerweise nur eine Vegetationsperiode lang, hernach sterben sie ab.
Die Leitungsbahnen des Xylems sind die Tracheen und Tracheiden. Normalerweise kommen beide Formen vor. Farngewächse und Nacktsamer besitzen aber nur Tracheiden. Tracheen und Tracheiden sind durch verholzte Wandverdickungen versteift. Nach der Art der Verdickung unterscheidet man u.a. Reing und Schraubentracheen. Tüpfel werden die Stellen genannt, wo die Zellwand unverdickt bleibt. Sie dienen dem Stoffaustausch und üben auch eine Art Ventilfunktion aus.
Zwischen dem Transportsystem bei Tieren (Blutgefäßsystem) und dem Leitgefäßsystem der Pflanzen gibt es keine Analogien. Sie sind vollkommen verschieden.
Wassertransport:
Landpflanzen nehmen durch ihre Wurzelhaare eine relativ große Menge an Wasser auf. Nur ein geringer Teil davon wird für den Stoffwechsel benötigt. Ein Großteil des Wassers wird über die Blattflächen in Form von Wasserdampf an die Luft abgegeben (Transpiration). Diesen Vorgang nennt man Wassertransport im Boden-Pflanze-Atmosphäre-Kontinuum.
Der Transport des Wassers erfolgt in den toten Tracheen bzw. Tracheiden mit einem Querschnitt von einigen Zehntelmillimetern.
Tracheen bilden im fertigen Zustand durch Auflösung der Querwände aus vielen Elementen zusammengesetzte ununterbrochene Kapillarröhren, die von den Wurzeln bis in die Blätter reichen. In den Tracheiden, die sich an ihren Enden überlappen erfolgt der Transport des Wassers und der darin gelösten Ionen über die sogenannten Hoftüpfel.
In den Wasserleitungsbahnen befinden sich kapillare Wasserfäden, die einem Druck von bis zu 300 Bar standhalten und dadurch die sehr hohe Zerreißfestigkeit der Leitungsbahnen garantieren.
Für den Transport des Wassers von den Wurzeln zu den Blättern muss die Pflanze keine eigene Energie aufbringen. Durch den Wasserpotentialunterschied zwischen Boden und Atmosphäre wird das Wasser automatisch über die Leitungselemente nach oben transportiert (Transpirationssog der Blätter).
Ionentransport:
Der Transport der Ionen erfolgt in der Regel im Transpirationsstrom des Wassers. Sie sind außerdem über Diffusion durch die Zellwände frei beweglich. Manchmal werden Ionen auch in den Siebröhren transportiert. Das erfolgt, z. B. kurz vor dem Laubabfall, wenn Stickstoff-, Schwefel-, Phosphor-, Kalium-, Magnesium- und Eisenionen von den Blättern in Stamm und Wurzeln zurücktransportiert werden. Calcium-Ionen werden aber nicht im Siebteil transportiert.
Transport organischer Moleküle:
In der Regel erfolgt der Transport von organischen Molekülen, vorwiegend in Wasser gelöster Zucker, über den Siebteil. Nur im Frühjahr vermögen es einige Laubbäume, erhebliche Zuckermengen in ihrem Tracheensystem nach oben zu transportieren.
Die Richtung des Stofftransportes wird von der Bedarfssituation bestimmt. Im allgemeinen er von den Orten der Produktion bzw. Speicherung zu den Orten des Verbrauchs (junge Blätter, Samen, Früchte,). Die Triebkräfte des Assimilationtransports sind nicht vollständig bekannt.
Der Transport von Gasen (Sauerstoff, Kohlendioxid Wasserdampf) erfolgt durch Diffusion in den Interzellularen (Zwischenzellräume).
