Samen

Der Samen enthält alle Anlagen, damit sich unter günstigen Keimungsbedingungen eine neue Pflanze bildet.

Im Inneren der Frucht befindet sich der Samen der Pflanze. In ihm ist der Pflanzenembryo eingeschlossen, nebst einem Nährgewebe, das den Embryo versorgen soll, sobald er mit der Keimung beginnt. Das Nährgewebe entsteht entweder aus dem Embryosack, der bei der Befruchtung das zweite Spermatozoid erhält (doppelte Befruchtung), es wird dann Endosperm genannt. Oder es bildet sich aus dem dem Gewebe der Samenanlagen (Nucellus) und wird Perisperm genannt. Bei manchen Pflanzenfamilien kommen beide Nährgewebe vor (Seerose, Nymphaea alba), bei vielen nur jeweils eins.

Der Samen wird von einer Samenschale (Testa) eingeschlossen, die aus den Hüllschichten (Integumenten) der Samenanlage besteht und als Schutz gegen äußere Einflüsse sowie Wasserverlust dient.

Ausbreitung

Einer der wichtigsten Faktoren für den Fortbestand von Pflanzenarten ist die Ausbreitung der Samen. Wichtig ist hierbei, dass die Samen in einen Bereich kommen, wo sie günstige Bedingungen zum Keimen und später zum Existieren vorfinden. Ein weiterer Faktor ist die ’Eroberung’ neuen Territoriums, wo die Pflanzen sich ungehindert ausbreiten können.

Bei den Ausbreitungsmechanismen unterscheidet man solche, die von der Pflanze allein ausgeführt werden (autochor) und solche, bei denen ’Hilfsmittel’ wie Wind, Wasser, Tiere benötigt werden (allochor).

Bei der autochoren Verbreitung werden die Samen entweder bis zu mehreren Metern weit weg geschleudert (Drüsiges Springkraut, Impatiens glandulifera) oder die getrocknete Frucht öffnet sich und die Samen fallen heraus (Klatschmohn, Papaver rhoeas).

Allochore Verbreitung findet beispielsweise statt, wenn ein Tier eine Frucht mitsamt dem Samen frisst und diesen dann wieder ausscheidet (Vogelbeere, Sorbus aucuparia) oder wenn die Früchte oder Samen sich an das Fell von Tieren (oder die Socken von Menschen) heften (Klettenlabkraut, Galium aparine). Diese Form der Verbreitung nennt man Zoochorie.

Verbreitung durch den Wind (Anemochorie) ist eine der gebräuchlichsten Formen der Samenverbreitung. Es werden entweder ganze Früchte verbreitet (Linde, Tilia spec.) oder nur die Samen (Löwenzahn, Taraxacum officinale). Die Früchte/Samen haben entweder eine Flugvorrichtung (Ahorn, Acer pseudoplatanus) oder sie sind sehr leicht (Birke, Betula pendula). Oft wird eine große Menge an Samen produziert, weil das die Chance, dass ein Same sein Ziel erreicht und zu keimen beginnt, deutlich erhöht. Windausbreitung findet man daher auch oft bei sogenannten ’Pionierpflanzen’ wie der Birke, die auch unwirtliches Gebiet besiedeln können und damit ihr Territorium erweitern. Keimende Birken findet man gelegentlich in Dachrinnen, stillgelegten Schornsteinen, auf Mauern.

Wasserverbreitung (Hydrochorie) findet man bei den Angiospermen eher selten. Hier werden die Samen vom Wasser transportiert, bis sie an einer geeigneten Stelle landen und keimen. Bekanntes Beispiel ist hier die Kokosnuss (Cocos nucifera).

Keimung

Um keimen zu können, müssen verschiedene Voraussetzungen gegeben sein. Die wichtigsten sind Wärme, Wasser, Licht (oder Abwesenheit von Licht) und Sauerstoff. Wärme stellt sicher, dass außerhalb des Keimungsmilieus bereits die richtigen Temperaturen herrschen, die der Keimling zu seiner weiteren Entwicklung braucht. Die Samen vieler Pflanzenarten sind nach der Ausbreitung noch nicht keimungsfähig (sogenannte Keimruhe oder Dormanz), sondern ’warten’ auf bestimmte Umweltreize, die erst die Keimung ermöglichen. Dazu gehören zum Beispiel Kältereize (Vernalisation, die Temperatur darf über einen bestimmten Zeitraum eine bestimmte Höhe nicht überschreiten), die sicherstellen, dass die Keimung erst in einer günstigen Jahreszeit (nach dem Winter) einsetzt.

Manche Pflanzen lassen sich nach den benötigten Lichtbedingungen einteilen. Sogenannte Lichtkeimer haben meist kleine Samen, sie haben daher nicht genug Energie, um eine dichte Bodenschicht zu durchdringen und brauchen das Licht bzw. die Wärme, um zu keimen. Beispiele sind, z. B Basilikum (Ocimum basilicum) und Gräser wie der Roggen (Secale cereale). Dunkelkeimer keimen dagegen bei Licht nicht, sie benötigen vollkommene Dunkelheit. Beispiele sind Mais (Zea mays) und Eisenhut (Aconitum napellus).

Wasser ist eine weitere unerlässliche Voraussetzung für die Keimung: Viele Samen sind sehr wasserarm (Überdauerungszustand) und müssen zunächst eine ganze Menge an Wasser aufnehmen (quellen), um anschließend mit der Keimung zu beginnen.

Sauerstoff wird für den Pflanzenstoffwechsel benötigt. Der Abbau der Reservestoffe (und damit der Gewinn der für die Keimung benötigten Energie) geschieht über dissimilative Prozesse. Hier wird Sauerstoff als Elektronenakzeptor benötigt.

Aufbau des Keimlings

Der Pflanzenembryo oder Keimling besteht aus

• dem Hypokotyl (Vorläufer der Sprossachse)
• den Keimblättern (Kotyledonen, einem oder mehreren, je nach Pflanzenart)
• der Radicula (Wurzelanlage)
• der Plumula (meristematisches Gewebe, das bereits die Anlage der ersten Laubblätter trägt)

Am Beginn der Keimung bricht als erstes die Wurzelanlage (Radicula) durch die Samenschale. Sie beginnt sofort mit der Wurzelbildung. Das ist wichtig für die weitere Wasserversorgung, außerdem verankert sie den Keimling im Boden. Danach beginnt die Streckung der Sprossachse. Man unterscheidet hierbei zwei Formen: Die epigäische (oberirdische) Keimung und die hypogäische (unterirdische) Keimung. Bei der epigäischen Keimung streckt sich das Hypokotyl und durchstößt in Hakenform die Erdoberfläche. Damit drückt er die Keimblätter nach oben, die sich zu entfalten beginnen. Beispiel: Buche (Fagus sylvatica).

Bei der hypogäischen Keimung bleiben die Keimblätter unterhalb der Erdoberfläche. Hier streckt sich das Epikotyl (der Bereich der Sprossachse zwischen den Keim- und den ersten Laubblättern (auch Primärblätter genannt). Das erste, was aus der Erde auftaucht, sind also die Primärblätter, die auch sofort photosynthetisch aktiv sind. Beispiel: Stieleiche (Quercus robur).

Die Keimblätter haben in erster Linie die Funktion, den Keimling zu ernähren, solange er noch keine Photosynthese betreiben kann. Dazu werden aus Speicherstoffen die benötigten Nährstoffe gebildet. Bei der epigäischen Keimung betreiben sie auch selbst Photosynthese (erkennbar an der grünen Farbe). Sie ernähren den Keimling so lange, bis die Primärblätter ihre Arbeit aufgenommen haben. Sind sie voll entwickelt, sterben die Keimblätter ab.

Nach der Entwicklung der ersten Blätter beginnt das Streckungswachstum der Internodien (der Bereiche zwischen den Knoten, an denen sich die Blattansätze befinden), die Pflanze wächst in die Länge. Gleichzeitig beginnt die Ausbildung von Blättern, während in der Erde die Wurzel sich verzweigt, um weitere Nährstoffe aus dem Boden zu gewinnen. Der Keimling hat sich zu einer vollständigen Pflanze entwickelt. Je nach Pflanzenart kann es aber noch einige Jahre dauern, bis sie zum ersten Mal Blüten ansetzt und damit ’erwachsen’ ist.

Vegetative Fortpflanzung

Im Gegensatz zur geschlechtlichen Fortpflanzung wird bei der vegetativen Vermehrung kein neues Erbmaterial zugeführt. Die Fortpflanzung beruht hier ausschließlich auf Zellteilung (Mitose). Nachteilig ist, dass die Pflanze sich hierbei nicht an veränderte Umwelteinflüsse anpassen kann, weil das Erbgut identisch bleibt. Samenpflanzen nutzen die vegetative Vermehrung oftmals, um sich an einem günstigen Standort auszubreiten. Die flexiblere geschlechtliche Fortpflanzung wird dagegen oftmals benutzt, um neue Standorte zu erschließen. Typische Formen der vegetativen Fortpflanzung sind die Bildung von Ausläufern (Stolonen), Brutknospen, Knollen oder Absenkern.