Pflanzen kultivieren

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1 III PFLANZEN KULTIVIEREN Pflanzen kultivieren III/KAP 2.1 Die Pflanzenzelle III/KAP 1.2 Die Sprossachse 1 Bau der Pflanze Eigentlich sehen die meisten Pflanzen gleich aus sie haben alle eine Wurzel, einen Stängel, Blätter und Blüten, stellt Bente fest. So ein Quatsch!, meint Marcus. Ein Kaktus und ein Gänseblümchen sehen sich kein bisschen ähnlich! Es gibt tatsächlich viele Unterschiede, sagt der Chef, aber auch viele Gemeinsamkeiten. Natürlich wollen die beiden das jetzt genauer wissen. Pflanzen bestehen wie alle Lebewesen aus Zellen. Die pflanzliche Zelle ist gekennzeichnet durch das Vorhandensein einer Zellwand aus Zellulose, von Plastiden und einer Vakuole. Einfachste Pflanzen bestehen aus wenigen Zellen, wie z. B. Algen. Mit steigender Differenzierung nimmt die Zellzahl zu und höher entwickelte Pflanzen entstehen, z. B. Moose und Farne. Durch starke Spezialisierung der pflanzlichen Zellen entstehen die hoch entwickelten Zellverbände der Samenpflanzen, deren Aufbau im Folgenden genauer betrachtet werden soll. Samenpflanzen zeichnen sich dadurch aus, dass sie in der Regel über Wurzeln, Stängel oder Stamm, Laubblätter und Blüten verfügen. Das Aussehen dieser Pflanzenteile ist bei den verschiedenen Samenpflanzen sehr unterschiedlich, sodass sie zur Klassifizierung herangezogen werden können. Kelch Laubblätter Epikotyl Blüte Stängel Blatt Hypokotyl Kotyledonen (Keimblätter) Wurzelhals (Übergang von der Wurzel zur Sprossachse) Wurzel Bau einer Samenpflanze Bau eines Keimlings

2 BAU DER PFLANZE III 1.1 Die Wurzel Verzweigungszone Seitenwurzel Wurzelhaar Die Wurzel nimmt Wasser und Mineralstoffe aus dem Boden auf. Diese Aufgabe wird von den Wurzelhaaren übernommen, die ständig erneuert werden müssen. Außerdem sorgt die Wurzel für den Halt der Pflanze im Boden. Durch ihr ständiges Wachstum erschließt die Wurzel der Pflanze immer wieder neue Wasser- und Nährstoffquellen. An der Wurzelspitze unterscheidet man verschiedene Wachstumszonen: Bildungszone Hier befindet sich der Vegetationskegel zur Neubildung von Zellen, der von der Wurzelhaube (Kalyptra) geschützt wird. Streckungszone Hier unterliegen die Zellen einem starken Längenwachstum. Wurzelhaarzone In diesem Bereich werden ständig neue Wurzelhaare gebildet. Wurzelhaarzone Streckungszone Bildungszone Vegetationskegel Kalyptra (Wurzelhaube) Der Bau der Wurzel Nach innen schließt sich an die Rhizodermis die Rindenschicht an. Hier kann die Pflanze Speicherstoffe einlagern. Die Rindenschicht endet an der Endodermis mit dem Caspary schen Streifen. Diese Schicht ist korkähnlich und wasserundurchlässig. Hier wird der Wassereintritt in den Zentralzylinder, bestehend aus den Leitungsbahnen Phloem (Siebteil) und Xylem (Holzteil), geregelt. Im Zentralzylinder befindet sich auch das Perizykel, aus dem heraus sich die Seitenwurzeln bilden können. Die Wurzel ist mit Mark gefüllt. Ihr Dickenwachstum vollzieht sich im Kambium, das sich zwischen Xylem und Phloem befindet. Bei Bäumen werden drei Wurzeltypen unterschieden: Flachwurzler (z. B. Picea, Betula), Herzwurzler (z. B. Carpinus, Tilia) und Tiefwurzler (z. B. Quercus, Aesculus). Diese Wurzeltypen sind vor allem an jungen Bäumen arttypisch. Im Alter passen sich Bäume immer den Verhältnissen des Bodens an. Querschnitt durch eine Wurzelspitze 1 Seitenwurzelbildung 2 Rindenschicht 3 Zentralzylinder Metamorphosen der Wurzel Unabhängig von den beiden genannten Wurzeltypen haben sich im Laufe der Evolution Metamorphosen (Gestaltsveränderungen) der Wurzel entwickelt, die eine Anpassung an verschiedene Lebensbedingungen ermöglichen: Verdickung der Hauptwurzel Diese Veränderung kommt bei Rüben vor. Hier verdickt sich die Rindenschicht, sodass Reservestoffe wie Zucker eingelagert werden können. Verdickung der Hauptwurzel

3 III PFLANZEN KULTIVIEREN Verdickung der Seitenwurzeln Stelzwurzeln Luftwurzeln Haftwurzeln Verdickung der sprossbürtigen Wurzeln Diese Wurzeln entspringen dem Stängel. Sie verdicken ebenfalls ihre Rindenschicht zur Reservestoffeinlagerung. Man findet Wurzelknollen z. B. bei Dahlien und Orchideen. Luftwurzeln Sie bilden sich bei epiphytisch lebenden Pflanzen, um die Luftfeuchte nutzen zu können. Luftwurzeln können im Gegensatz zu den normalen Wurzeln Chlorophyll entwickeln. Atemwurzeln Hierbei handelt es sich um eine Anpassung an zeitweise überflutete Standorte. Die Wurzeln ragen in die Luft, um Sauerstoff aufzunehmen. Eine Sonderform sind die Stelzwurzeln, z. B. beim Mais. Haftwurzeln Diese Wurzelmetamorphose dient als Kletterhilfe für Pflanzen wie den Efeu. Wurzelknöllchen an einer Luzerne Alles klar? Besondere Lebensformen Die Wurzeln vieler Bäume leben in Symbiose mit Mykorrhiza-Pilzen, weil sich an den Wurzeln der Bäume zu wenig Wurzelhaare zur Wasser- und Nährstoffaufnahme befinden. Die Pilze versorgen die Baumwurzeln mit diesen Stoffen und werden dafür vom Baum mit organischen Nährstoffen (z. B. Zucker) versorgt. Beispiele für Bäume, die eine solche Symbiose eingehen, sind Kiefer, Fichte, Lärche, Eiche und Buche. Man nennt ein solches Zusammenleben, bei dem beide Lebenspartner einen Nutzen aus der Beziehung haben, Symbiose. Ein weiteres Beispiel für eine Symbiose ist das Zusammenleben der Knöllchenbakterien mit den Wurzeln der Pflanzenfamilie der Leguminosae. Diese Bakterien werden von der Pflanze mit organischen Nährstoffen versorgt und liefern der Pflanze im Gegenzug gebundenen Stickstoff. Stickstoff ist ein lebensnotwendiger Nährstoff für Pflanzen. Bei Halbschmarotzern handelt es sich um grüne Pflanzen, die mit Haustorien (wurzelähnliche Saugorgane) das Xylem ihrer Wirtspflanzen anzapfen und Wasser sowie Nährstoffe entnehmen. Beispiele für solche Pflanzen sind Misteln, Augentrost und Klappertopf. 1. Woran kann man eine Wurzel erkennen? 2. Nennen Sie die Hauptaufgaben der Wurzel. 3. Suchen Sie Pflanzenbeispiele für die Familie der Leguminosae. 4. Warum sind Leguminosae für Gärtner von Bedeutung? 5. Nennen Sie drei Beispiele für eine Symbiose bei Pflanzen

4 BAU DER PFLANZE III 1.2 Die Sprossachse Den oberirdisch wachsenden Teil der Pflanze, der die Blätter trägt, die Seitenzweige bildet und das Stützsystem der Pflanze darstellt, bezeichnet man als Stängel oder Sprossachse. Im Stängel findet der Stofftransport der Pflanze statt. Betrachtet man Stängelquerschnitte verschiedener Pflanzen, so lassen sich auch hier wieder zwei Grundtypen unterscheiden: Bei den Einkeimblättrigen sind die Leitbündel über den ganzen Stängelquerschnitt verteilt. Es ist kein Kambium vorhanden. Bei den Zweikeimblättrigen sind die Leitbündel im Kreis angeordnet. Xylem (Holzteil) und Phloem (Siebteil) werden durch den Kambiumring getrennt. Meist liegt das Xylem innen und das Phloem außen. Epidermis (Rhizodermis) Leitbündel Rindenschicht Xylem Phloem Stängelquerschnitt der Einkeimblättrigen Rhizodermis Rindenschicht Kambium Stängelquerschnitt der Zweikeimblättrigen Mark Xylem Phloem Das Innere des Stängels ist wie bei der Wurzel mit Mark gefüllt. Xylem (Holzteil) und Phloem (Siebteil) sind die Leitbahnen, über die der Ferntransport von Stoffen erfolgt. Im Xylem wird das Wasser mit den gelösten Nährionen aus dem Boden von der Wurzel in die Laubblätter transportiert. Im Phloem werden die von der Pflanze gebildeten Stoffe, vor allem Zucker, in Richtung Wurzel transportiert. Das Kambium ist teilungsfähiges Gewebe, von dem das Dickenwachstum des Stängels ausgeht. Spiralgefäß des Xylems Zellwand Zellwandverdickung Tüpfel Siebplatte Zellwand Siebzelle des Phloems Der Bau von Xylem und Phloem Ein Baum transportiert im Sommer bis zu 600 Liter Wasser in seine Krone. Um dem Wasserdruck standzuhalten, sind die Zellwände des Xylems mit besonderen Verstärkungen ausgestattet. Außerdem brechen die Querwände der Zellen durch, sodass ein Röhrensystem entsteht. Die Zellen des Xylems sind abgestorben. Im Phloem sind die Tüpfel, also die Öffnungen in den Zellwänden, stark vergrößert, sodass eine Siebplatte entsteht. Durch die Poren findet der Stofftransport statt. Die Zellen des Phloems leben etwa eine Vegetationsperiode und werden dann erneuert. Das Xylem ist der Teil der Leitbahn, der für den Transport des Wassers zuständig ist. Das Phloem ist für den Transport von Zucker, Stärke und anderen pflanzeneigenen Stoffen nach unten zuständig. Beide zusammen bilden ein Leitbündel. Das Kambium dient dem sekundären Dickenwachstum. Merke

5 III PFLANZEN KULTIVIEREN Die Stammbildung bei Bäumen Durch die Zellteilungen des Kambiums entstehen nach innen neue Holzteilzellen und nach außen neue Siebteilzellen. So verschieben sich die alten Holzteilzellen immer weiter nach innen, während die alten Siebteilzellen immer weiter nach außen verschoben werden. Mark wird ebenfalls neu gebildet. Die alten Zellen außen sterben mit der Zeit ab, reißen auf und bilden Kork, der sich zusammen mit Rinde in Borke umwandelt. Die Entstehung der Jahresringe der Bäume ist auf unser Klima zurückzuführen. Im Frühjahr werden Gefäße gebildet, die einen großen Durchmesser haben. Dieses Frühholz ist heller und weicher. Im Laufe des Sommers werden die Gefäße enger. Sie sehen dunkler aus. Dieses Spätholz ist härter. Im Herbst stellt das Kambium seine Zellbildung ein Metamorphosen des Stängels Ebenso wie bei der Wurzel hat die Evolution auch beim Stängel Metamorphosen entstehen lassen: Ranken Für das Wachstum zum Licht entwickelten manche Pflanzen Ranken aus umgewandelten Seitentrieben. Bei manchen Pflanzen windet sich auch die Hauptachse selbst um Rankhilfen, z. B. beim Hopfen. Kurztriebe Wenn Seitentriebe ihr Längenwachstum einstellen, entwickeln sie sich zu Kurztrieben wie z. B. bei der Lärche. Ähnlich entstehen Dornen, bei denen die Kurztriebe schnell verholzen und einen Fraßschutz darstellen. Ranken beim wilden Wein Ranken beim Hopfen Kurztrieb bei der Schlehe (Dorn) Wasserspeicher Bei Sukkulenten können die Stängel Wasser speichern oder Blattform annehmen und Wasser speichern (z. B. Säulenkaktus, Feigenkaktus). Stolonen Hier übernehmen Ausläufer die vegetative Vermehrung, indem Seitentriebe dicht über dem Boden weiterwachsen und am Ende vollständige Jungpflanzen bilden

6 5900_III_K1_2_122_ :59 Uhr Seite 127 BAU DER PFL ANZE Stängel als Wasserspeicher III Stolonen bei der Erdbeerpflanze Rhizome Auch unterirdisch können Seitentriebe weiterwachsen. Sie sind dann farblos, aber man erkennt den Stängelursprung an den vorhandenen Niederblättern. Zwiebeln Bei Zwiebeln ist der Spross gestaucht, d. h., er hat sein Längenwachstum eingestellt, aber alle Blätter setzen am übrig gebliebenen Zwiebelboden an. Knollen Hier verdicken sich unterirdisch verlaufende Seitentriebe einer Pflanze und werden so zum Speicherorgan für Stärke und Zucker. Aber auch oberirdisch verdicken Sprossteile, z. B. beim Sellerie. Vegetationsspitze Unterirdische Seitentriebe (Rhizome) bei der Iris Blatt Zwiebelboden Seitentrieb Faserwurzel Zwiebel der Tulpe Kartoffel (Knolle) Sellerie (Knolle) 1. Suchen Sie Beispiele für die verschiedenen Metamorphosen des Stängels. Alles klar? 2. Wie wachsen die Stämme unserer Laubgehölze in die Dicke, wie die der Palmen? 3. Welche Aufgaben übernimmt der Stängel?