Nährstoff- / Wasseraufnahme und -transport

Die Wurzeln einer Pflanze sind durch ein Leitungssystem mit der Sprossachse und den Blättern verbunden. Dieses Leitungssystem besteht aus Leitbündeln, die die gesamte Pflanze durchziehen.

Leitbündel bestehen entweder aus Xylem oder Phloem oder aus beidem zusammen in unterschiedlicher Anordnung. Im Xylem befinden sich als Hauptelemente die sogenannten Tracheiden, bei den bedecktsamigen Pflanzenfamilien zusammen mit den sogenannten Tracheen. Tracheen sind langgestreckte, tote Zellen, die zur Verstärkung mit einem speziellen Stoff (Lignin) ausgekleidet sind. Die Trennwände zwischen den einzelnen Zellen sind aufgelöst, so dass ein zusammenhängendes Leitungssystem entsteht. Begleitet werden die Tracheen von den Tracheiden. Ihre Besonderheit besteht darin, dass sie miteinander durch perforierte Wände (sogenannte Tüpfel) in Verbindung stehen. Tracheen und Tracheiden befinden sich im Inneren eines Stammes und bilden das Xylem oder Holz. Gymnospermen haben nur Tracheiden als Leitungssystem, Angiospermen besitzen beide Zellformen.

Das Phloem besteht im Gegensatz zum Xylem aus lebenden Zellen. Es sind dies die Siebelemente wie Siebröhren und Siebzellen. Siebröhren sind unvollständig ausgebildete Zellen, die zwar leben, aber wichtige Bestandteile einer lebenden Zelle nicht besitzen, wie etwa einen Zellkern oder eine Vakuole. Sie sind deshalb nur in Verbindung mit den benachbarten Geleitzellen lebensfähig. Geleitzellen haben die Funktion der Beladung der Siebröhren mit Assimilaten (Zucker und Aminosäuren). Im Gegensatz zu den Siebröhren haben sie alle notwendigen Bestandteile einer Zelle und sind vermutlich zusammen mit den Siebröhren aus der unvollständigen Teilung einer Zelle hervorgegangen. Die Siebröhren und ihre Geleitzellen kommen nur bei den Angiospermen vor. Siebzellen gibt es nur bei den Gymnospermen. Sie besitzen Reste eines Zellkerns, andere Zellbestandteile wie die Vakuole fehlen. Auch sie sind untereinander durch perforierte Zellwände (Siebfelder) verbunden. Die Zellwände liegen dabei schräg zueinander.

Am oberen Ende der Leitungsbahnen befinden sich die Blätter. Sie haben kleine Öffnungen (Spaltöffnungen oder Stomata), die sie „nach Bedarf“ öffnen und schließen können. Über diese Stomata findet der Gasaustausch statt: Kohlendioxid diffundiert in die Pflanze (wichtig für die Photosynthese) und Wasserdampf diffundiert hinaus (u. .a wichtig für die Kühlung der Blätter). Gelegentlich wird Wasser auch aktiv in Form von Tropfen abgegeben (Guttation). Das oben in den Blättern entweichende Wasser erzeugt einen Sog, der Wasser aus dem Stamm der Pflanze nach oben zieht. Damit entsteht in der Pflanze und auch in der Wurzel ein Unterdruck. Folge: Wasser wird aus den Wurzeln nach oben und aus den Bodenregionen in die Pflanze „gezogen“ (Transpirationssog, negatives Wasserpotential).

Ein weiterer Trick ist die Anreicherung von Stoffen (zum Beispiel Mehrfachzucker wie Stärke) in den Wurzelzellen. Dadurch entsteht eine höhere Konzentration an Zucker in den Wurzelzellen als außerhalb und im Zuge des Diffusionsgleichgewichtes strömt Wasser in die Zelle (Osmose, Wurzeldruck).

Mit dem Wasser kommen auch gelöste Nährstoffe mit in die Wurzelzellen, von wo sie weiter transportiert werden. Um möglichst viele Nährstoffe aus der Umgebung mitzubekommen, geben die Feinwurzeln Protonen (Ionen des Wasserstoffs, einfach positiv geladen) in das Bodenwasser ab (sogenannte Ansäuerung). Die Protonen verdrängen die Nährstoffe (Stickstoff in Form von Ammonium (NH3 ) oder Nitrat (NO3-), Kalzium (Ca2 ), Magnesium (Mg2 ), Phosphor in Form von Phosphat (PO4-), Kalium (K ), Natrium (Na ) und Schwefel (S2)) von Bodenpartikeln (sogenannte Austauscher wie Tonminerale, Huminstoffe), so dass die Nährstoffe in Lösung gehen und mit dem Bodenwasser aufgenommen werden.

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