Wasseraufnahme und Wassertransport bei Pflanzen – Kohäsion und Adhäsion

Hallo. Heute begeben wir uns in das Reich der Pflanzen. Wie Du weißt, müssen diese mit Wasser versorgt werden, das von den Wurzeln bis hoch zu den Blättern transportiert wird. Beim höchsten Mammutbaum sind das bis zu 115 Meter. In diesem Video geht es um die Nährstoffversorgung bei Pflanzen mithilfe von Kohäsion und Adhäsion. Du wirst lernen, wie die Aufnahme an der Wurzel von Statten geht und wie der Transport durch die verschiedenen Gewebe abläuft. Zum Schluss schauen wir uns die Mechanismen an, durch die die Schwerkraft ausgetrickst werden kann. Dann weißt Du, wie bei Pflanzen alle Bereiche versorgt werden, auch ohne die Hilfe eines Pumpsystems, ähnlich unseres Herzens. Schauen wir uns zunächst die Wasseraufnahme bei Pflanzen an. Dafür müssen wir uns ins Erdreich zu den Wurzelhaaren begeben. Diese feinen Härchen schließen an das Abschlussgewebe an, die Rhizodermis. Sie vergrößern die Oberfläche und haben eine halbdurchlässige Membran. Außerdem befinden sich in ihrem inneren Vakuolen mit einem Zellsaft, der eine hohe Konzentration an osmotisch wirksamen Stoffen enthält. Durch diese Eigenschaften werden zwei physikalische Vorgänge begünstigt. Zum einen findet Diffusion statt. Da die Konzentration an Wassermolekülen im Boden größer ist, wandern diese durch die Membran in die Zellen. Ein ungehinderter Konzentrationsausgleich findet statt. Außerdem kommt es zur Osmose. Die halbdurchlässige Membran lässt keine gelösten Stoffe aus der Zelle, weil ihre Poren zu klein sind. Die Konzentration von osmotisch wirksamen Stoffen ist daher in der Zelle häufig größer als außerhalb. Wassermoleküle können aber weiter eindringen. Um einen Konzentrationsausgleich zu erreichen, dringen also theoretisch so lange Wassermoleküle ein, bis die Konzentrationen an gelösten Stoffen ausgeglichen sind. Osmose ist also nichts weiter als Diffusion von Wasser in eine Richtung durch eine semipermeable Membran. Osmose und Diffusion sorgen also für die Wasseraufnahme in der Wurzel. Sollten sich die beschriebenen Prozesse jedoch umkehren, hat die Pflanze ein Problem. Sie trocknet aus. Das passiert zum Beispiel bei Überdüngung. Wichtige Mineralsalze werden als Ionen aufgenommen. Diese können die Membran nicht einfach passieren, sondern müssen unter Energieverbrauch in das Innere der Zelle transportiert werden. Gelöste Stoffe und Wassermoleküle werden durch Rhizodermis, Wurzelrinde und Endodermis bis in die Gefäße transportiert. Der Transport zu den Blättern findet in den Sprossachsen statt. Schauen wir uns eine solche mal im Querschnitt an. Du wirst verschiedene Gewebetypen erkennen. Hier siehst Du die schützende Epidermis, die Rinde zur Speicherung und Festigung und das Kambium, das neue Zellen bildet. In den Leitbündeln findet der eigentliche Transport statt. In den Siebzellen werden alle von der Pflanze selbst produzierten organischen Stoffe an die Orte geleitet, an denen sie gebraucht werden. Durch Diffusion wird so hauptsächlich gelöster Zucker von Zelle zu Zelle transportiert. In den Gefäßen wird Wasser mitsamt der Mineralsalze aus dem Boden zu Blättern befördert. Doch wie schaffen es Pflanzen, die Schwerkraft zu überwinden? Tatsächlich müssen sie hierfür keinerlei Energie aufwenden. Der Transport folgt drei rein physikalischen Gesetzen. Schauen wir uns die ersten beiden anhand eines Experimentes an. Hier siehst Du ein Glasgefäß mit unterschiedlich dicken Röhren. Füllst Du Wasser hinein, wird der Wasserspiegel unterschiedlich hoch steigen. Je enger der Durchmesser der Röhre, desto weiter wandern die Wassermoleküle nach oben. Das liegt zum einen an dem Anheftungsvermögen der Teilchen an der Gefäßwand, der sogenannten Adhäsion. Zum anderen ziehen die am Rand emporwandernden Wassermoleküle weitere nach. Sie haben einen gewissen Zusammenhalt. Diesen bezeichnet man als Kohäsion. Der dritte Faktor des Wassertransports ist der Transpirationssog. Dieser ist wieder mit einem Konzentrationsgefälle zu erklären. In den Laubblättern ist mehr Wasser enthalten als in der sie umgebenden Luft. Dadurch wird Wasser als Wasserdampf über Spaltöffnungen abgegeben. Transpiration findet statt. Durch das entweichende Wasser entsteht ein Sog bis in die Wurzel. Dieser sorgt dafür, dass Wassermoleküle durch die Zellen bis in die Blätter diffundieren, um das Konzentrationsgefälle auszugleichen. Durch die ständig eindringenden Wassermoleküle an den Wurzelhaaren entsteht zudem ein so genannter Wurzeldruck. Fassen wir noch einmal zusammen: Wasser und gelöste Nährstoffe werden über die semipermeable Membran der Wurzelhaare durch Diffusion und Osmose aufgenommen. In den Gefäßen der Sprossachse werden sie durch Adhäsion, Kohäsion, Transpirationssog und Wurzeldruck bis in die Blätter transportiert. Diese physikalischen Vorgänge wirken der Schwerkraft entgegen. Entlang der Siebzellen werden gleichzeitig organische Stoffe, hauptsächlich Zucker, durch Diffusion zu den Orten des Verbrauchs befördert. Jetzt weißt Du Bescheid, warum Pflanzen kein Herz wie wir brauchen, um den Transport lebenswichtiger Stoffe in Gang zu halten. Tschüss!