Wasser- und Stofftransport in der Pflanze

Nachdem wir uns nun mit dem der Wasseraufnahme beschäftigt haben, betrachten wir kurz den Prozess der Verarbeitung des Wassers in der Pflanze. Die zentrale Frage dabei, ist wie das Wasser innerhalb der Pflanze transportiert und genutzt wird. 

Was ist Diffusion?

Definition: Solange keine anderen Kräfte wirken diffundiert ein Stoff (z.B. Zuckermoleküle) so lange vom Ort der hohen Konzentration zum Ort der niedrigen Konzentration, bis ein Konzentrationsausgleich erreicht ist. Diffusion ist ein passiver Transportvorgang. (Diffusion = Brownsche Molekularbewegung * Konzentrationsausgleich)

Was ist Osmose?

Definition: Die Diffusion eines Stoffes durch eine biologische Membran wird mit dem Begriff Osmose bezeichnet. Beispiele für Osmose: Zuckerlösung wandert mit dem Konzentrationsgefälle in Richtung niedrigerer Zuckerkonzentration. Der Prozess stoppt sobald ein Konzentrationsausgleich erreicht ist. Osmose ist ein passiver Transportvorgang.

Wasser- und Stofftransport in Pflanzen

Pflanzen können Stoffe sowohl ober- als auch unterirdisch aufnehmen. Wasser- und Nährstoffaufnahme über das Wurzelgewebe als auch z.B. die Aufnahme von Kohlenstoffdioxid über die Spaltöffnungen der Blätter laufen parallel.

So erfolgt der Nahtransport von Wasser und Nährstoffen immer über Diffusion. Der Ferntransport ist komplexer organisiert. Hier findet sich eine Kombination aus aktivem Transport und passiven Diffusionsvorgängen.

Langstreckentransport:

In den Pflanzenzellen finden sich folgende Transportwege:

• der symplastische und
• der apoplastische Transportweg.

Die Wasseraufnahme erfolgt über das Wurzelgewebe der Pflanze (z.B. eines 50 Meter hohen Buchenbaumes oder eines Rosenstrauchs). 

Die Wurzelhaare absorbieren Wassermoleküle aus dem feuchten Boden, genauso Mineralstoffe, die im Wasser gelöst sind. Diese Bodenlösung fließt der Wurzelrinde entgegen. Die Wurzelhaare sind zahlreich, daher wird eine große Bodenoberfläche für die Wasseraufnahme nutzbar. Das aufgenommene Wasser enthält auch Ionen. Je nach Bodenbeschaffenheit variiert der pH-Wert, der Salzgehalt und auch der Stickstoffgehalt.

Betrachtet man einen Querschnitt einer Pflanze, so zeigen sich von Außen nach Innen folgenden Zellen:

• Wurzelepidermis (mit Wurzelhaaren)
• Wurzelrinde
• Endodermis mit Caspary-Streifen
• Leitgefäße

Diese Strukturen sorgen für die Aufnahme und Weiterleitung von Wasser und Ionen.  

Durch aktiven Transport z.B. von Kaliumionen werden diese stark angereichert.

Der Transport von Wasser und Nährstoffen aus dem Wurzelgewebe heraus in die komplette Pflanze erfolgt über die Leitgewebe (Xylem). Erst wenn das Wasser/die Nährstoffe hier hinein gelangt sind, kann der Ferntransport beginnen.

Über die drei genannten Transportwege (transmembran, apoplast, symplast) erfolgt der Transport von Wasser und Nährstoffen durch die primäre Rinde des Wurzelgewebes bis hin zur Endodermis. Hier findet sich der Caspary-Streifen.

Dieses Gewebe ist wasserabstoßend!

Die Mineralstoffe können nur über den symplastischen Weg am Caspary-Streifen vorbei in das Xylem transportiert werden. Dies geschieht durch aktiven Transport. Das Durchtreten von Wasser oder Mineralstoffen wird hier gestoppt. Durch selektiven Durchtritt der Mineralionen aus der Wurzelrinde in das Leitgewebe wird der Langstreckentransport kontrolliert.

Wasser strömt (zum Konzentrationsausgleich) passiv in die Leitgewebe nach!

Der Weg des Wassers bzw. der Mineralstoffe durch das Wurzelgewebe. (Details s. Text)

Die Leitgewebe, die den Ferntransport möglich machen werden aus toten Zellen gebildet, deren Querwände abgebaut wurden. So entstehen lange Röhrensyteme, die für den Wassertransport von Wurzel zu Blatt verantwortlich sind. Oft wird dies als Holzteil oder Xylem bezeichnet.

Die Assimilate werden über die Siebröhren (lebende Zellen!) transportiert.

Transpirationssog sorgt dafür, dass Wasser aus Wurzelgewebe in die Pflanze gelangt, gleichzeitig ist dies ein großes Problem bei trockener Umgebungsluft! Unter Transpirationssog versteht man die Abgabe (oder den Verlust) von Wasserdampf an die Umgebung über die Pflanzenoberfläche, hauptsächlich über die Spaltöffnungen.

Diese Transpiation ist umso größer

• je trockener die Umgebungsluft und
• je größer die Blattoberfläche ist.

Ein ausgewachsener Lindenbaum kann bis zu 400 Liter Wasser an einem trockenen Tag über den Transpirationssog verlieren!

Durch die unterschiedlichen Temperaturen im Tageslauf werden verschiedene "Wassertransporttechniken" wichtig.

In der Nacht sind die Temperaturen niedrig und es kann keine Transpiration stattfinden. Die Mineralionen werden durch die Endodermis gepumpt, wodurch der Wurzeldruck steigt und das Wasser nachströmt.

Am Tag kehrt sich dieser Effekt um, sodass Wasser und Mineralstoffe durch den Transpirationssog in die Pflanze hineingezogen werden.