Anatomie und Morphologie der Pflanzen

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1 Anatomie und Morphologie der Pflanzen 1 8. Kurstag: Der Bau der Pflanzenorgane Teil 3: Die Wurzel Hauptaufgaben: - Aufnahme von Wasser - Aufnahme von Nährsalzen - Verankerung im Boden zusätzliche Funktionen: - Speicherung - Synthese verschiedenster Stoffe Rettichkeimling aus Raven: Biologie der Pflanzen

2 Zur Erinnerung aus Kurstag 1 Die Verzweigung der Wurzel 2 Rumex Karotte Weizen Mais Allorhize Bewurzelung Allo = anders beschaffen, verschieden Rhiza = Wurzel, Ursprung Homorhize Bewurzelung Homos = gemeinsam, gleich

3 Wurzelbereiche und ihre Aufgaben 3 Zentralzylinder Seitenwurzelzone Verankerung Seitenwurzel entstehende Seitenwurzel Wurzelhaarzone Aufnahme von Wasser und Nährstoffe aus Raven: Biologie der Pflanzen Wurzelhaare Wurzelspitze Wachstum Schutz (Bildung einer Schleimschicht) Schleimhülle Apikalmeristem Wurzelhaube

4 Wachstumszonen der Wurzel 4 Zentralzylinder Seitenwurzel Seitenwurzelbildungszone entstehende Seitenwurzel aus Raven: Biologie der Pflanzen Zelldifferenzierungszone Wurzelhaare Schleimhülle Zellstreckungszone Zellteilungszone Apikalmeristem Wurzelhaube

5 Zellteilungszone: Apikalmeristem der Wurzel 5 A C B C A 4 primäre meristematische Bereiche liefern Zellen für die Geweben der Wurzel: A: Protoderm: Zellen für das Abschlußgewebe B: Prokambium: Zellen für das Leitgewebe C: Grundmeristem: Zellen für das Grundgewebe ruhendes Zentrum D und zusätzlich: D: Zellen für die Wurzelhaube aus Raven: Biologie der Pflanzen Zea mays (Mais)

6 Zur Erinnerung aus Kurstag 6: Blattprimordium Blatt Sprossspitze Aus den Zellteilungen im Apikalmeristeme entstehen drei primäre Meristeme, aus denen die primären Geweben der Sprossachse hervorgehen Apikalmeristem 6 Achselknospe Seitenzweig Grundmeristem Prokambium Protoderm Primäre Meristeme aus: Raven: Biologie der Pflanzen Festigungsgewebe kann sich aus dem Grundgewebe entwickeln Grund-, Leit- bzw. Abschlussgewebe der primären Sprossachse

7 Wurzelhaube - Kalyptra 7 Charakteristik: Ständige Produktion neuer Zellen, die beim Vordringen der Wurzelspitze abgeschliffen werden Schleimbildung Zea mays (Mais); Dunkelfeldaufnahme aus Raven: Biologie der Pflanzen Funktion: Erleichterung des Durchtritts durch den Boden Schutz des Apikalmeristems Graviperzeption

8 Zellstreckungszone 8 Folgt auf die Zellteilungszone: Zellen/Geweben sind noch nicht ausdifferenziert Abschlußgewebe: Rhizodermis: nicht imprägniert keine Cuticula (Wasserabsorbtions -funktion!) Grundgewebe: Rindenparenchym schematischer Wurzelquerschnitt bei Zentralzylinder von zukünftigem Leitgewebe

9 Zelldifferenzierungszone/Wurzelhaarzone 9 Trichoblasten Folgt auf die Zellteilungszone: Zellen differenzieren sich Wurzelhaare werden aus bestimmten Rhizodermiszellen, den Trichoblasten (Meristemoide!), gebildet In dieser Zone erfolgt die Hauptaufnahme von Wasser und darin gelösten Nährstoffen Die Zellwände sind entsprechend nicht imprägniert, ohne Cuticula! Wurzelhaare, die sich aus den Trichoblasten entwickeln

10 Ausdifferenzierte Wurzelgewebe 10 Zentralzylinder Rhizodermis (Reste) Exodermis (sekundäres Abschlußgewebe) Rinde (Rindenparenchym) Endodermis (innerste Schicht der Rinde) Perizykel/ Perikambium (meristematisches Gewebe) schematischer Wurzelquerschnitt bei radiäres Leitbündel: Xylem Phloem

11 Zur Erinnerung! Leitbündeltypen Xylem rosa Phloem grau Kambium rot 11 konzentrisch kollateral bikollateral offen mit Aussenxylem einige Monokotylen Mehrzahl Der Farne Kurstag 6 Kurstag 7 mit Innenxylem geschlossen viele Gymnospermen und Angiospermen viele Monokotylen Nachtschattenu. Kürbis gewächse radial Wurzel heute!

12 Ranunculus (Hahnenfuß); Wurzelquerschnitt Gewebe einer Wurzel aus Raven: Biologie der Pflanzen 12 Rinde: Parenchymzellen mit Stärkeeinlagerungen außen Perizykel Zentralzylinder Radiäres Leitbündel Xylem Phloem Abschlussgewebe Rhizodermis Exodermis Endodermis (innerste Rindenschicht)

13 Rhizodermis, Exodermis, Rinde 13 Rhizodermis primäres Abschlußgewebe wird nach der Wurzelhaarzone zerstört Exodermis sekundäres Abschlußgewebe die Zellwände sind mit Suberin inkrustiert. Suberin ähnelt Cutin (s. Kurstag 5), und dient der Wasserundurchläßigkeit und mechanischer Festigkeit Rindenparenchym mit Interzellularen ( ) dient der Speicherung (Stärkekörner) aus Raven: Biologie der Pflanzen Stärkekörner

14 Zentralzylinder 14 Leitgewebe der Wurzel, als radiäres Leitbündel umgeben von: Perizykel: meristematisches Gewebe zur Seitenwurzelbildung Zentralzylinder umgeben von: Endodermis: innerste Rindenschicht, zur Kontrolle der Wasserdurchläßigkeit Rindenparenchym Endodermis Perizykel (Pericambium) Xylem Tracheen Tracheiden (Xylemparenchym) Phloem Siebröhren Geleitzellern (Phloemparenchym) Wurzelquerschnitt - einer Allium-Art aus: Strasburger (30. Auflage)

15 Zentralzylinder 15 Ranunculus (Hahnenfuß); Wurzelquerschnitt aus Raven: Biologie der Pflanzen Perizykelzelle Phloemparenchymzelle Siebrohr Geleitzelle Endodermiszelle Gefäß Xylemparenchymzelle Tracheide Rindenparenchymzelle

16 Endodermis ein inneres Abschlussgewebe 16 Durch die Wurzelhaare aufgenommenes Wasser kann apoplastisch, symplastisch oder transmembran zum Xylem gelangt Die Endodermis verhindert apoplastischen Transport und gewährleistet, dass das Wasser und seine gelösten Nährstoffe kontrolliert (symplastisch bzw. transmembran) zu den Tracheen und Tracheiden gelangt aus Raven: Biologie der Pflanzen Rhizodermis Exodermis Wurzelhaare Rindenparenchym Endodermis Perizykel Tracheide Trachee

17 Ein- und Auflagerungen der Endodermis 17 aus Raven: Biologie der Pflanzen Lignin+ Cutin Caspary Streifen Suberin- Lamelle Cellulose -schicht Dient der kontrollierten symplastischen Wasserdurchtritt Verhindert Wasserdurchtritt Verhindert Wasserdurchtritt, dient der Festigkeit primäre Endodermis Casparysche-Streifen an radialen Seitenwänden sekundäre Endodermis Suberin-Auflagerung auf die gesamte Primärwand tertiäre Endodermis Cellulose-Auflagerung tw. Lignin-Einlagerung Symplastische Wassertransport nach innen möglich Symplastische Wassertransport nach innen nicht möglich!

18 Caspary scher Streifen 18 Suberin-Lamelle auf den radialen Wänden der Endodermiszellen Wurzel von Clivia miniata, quer geschnitten Caspary sche Streifen sehen streifenförmig in Aufsicht aus Rindenparenchym Endodermis Perizykel Xylem Phloem

19 Endodermiszelle (quer) Caspary scher Streifen Lignin/Cutin-Lamelle auf den radialen Wänden der Endodermiszellen 19 Perizykel Rinde Endodermiszelle mit Caspary schem Streifen Casparyscher Streifen Apoplastischer Transport von Wasser wird verhindert, Wassertransport von der Rinde zum Xylem muss symplastisch bzw. transmembran erfolgen

20 Tertiäre Endodermis 20 Innen- und Radialwänden sehr stark verdickt und oft verholzt Zellen somit nicht durch Wasser passierbar Wassereintritt ins Zentralzylinder nur durch Durchlasszellen mit nicht verdickten, nicht imprägnierten Zellwänden Wurzel von Iris germanica, quer geschnitten Durchlasszelle Rindenparenchym Tertiäre Endodermis Perizykel aus Nultsch: Allgemeine Botanik Xylem Phloem

21 Tertiäre Endodermis und Durchlasszellen 21 Apoplastischer Wasserfluss gestoppt Symplastischer Wasserfluss gelangt zum Xylem über die Durchlasszellen Durchlasszelle normale Wände ermöglichen Durchtritt von Wasser Tertiäre Endodermis Stark verdickte und verholzte Wände verhindern jegliches Passieren von Wasser Perizykel Phloem Xylem / Kontrolle des Stoffaustausches zwischen Rinde und Zentralzylinder wird durch die Kombination der zwei Zelltypen bewirkt

22 Entstehung: endogen (im Inneren): (s. Kurstag 1, Karotte!) (vgl. exogene Entstehung von Seitensprossen) ausgehend vom Perizykel/Perikambium überhalb der Xylemstränge des zentralen Leitbündels Seitenwurzelbildung Xylem-Gefäß Perizykel Endodermis A B 22 A1 A2 A3 B aus Nultsch: Allgemeine Botanik

23 Salix (Weide); Wurzelquerschnitt mit Seitenwurzelbildung 23 aus Raven: Biologie der Pflanzen

24 Kursprogramm Der Bau der Wurzel Objekt: Gartenkresse (Lepidium sativum; Brassicaceae) Mais (Zea mays; Poaceae) Aufgabe: unter dem Mikroskop bzw. Binokular die einzelnen Zonen identifizieren Anfertigen: beschriftete Habituszeichnung mit den verschiedenen Zonen der Wurzel aus Wanner: Mikroskopisch-Botanisches Praktikum

25 Garten-Kresse (Lepidium sativum) Keimwurzel Habituszeichnung Vergrößerung : 100-fach 25 Typische Zeichnung zur Seitenwurzelzone Wurzelhaare Differenzierungszone bzw. Wurzelhaarzone Zellstreckungszone Kalyptra bzw. Wurzelhaube Zellteilungszone

26 26 2. Wurzelquerschnitt Objekt: Schwertlilie (Iris germanica; Iridaceae) Aufgabe: Monokotyle! Querschnitte herstellen Schnitte mit Sudan-III-Glycerin (Suberin) und Phloroglucin/HCl (Lignin) färben; auch mit Safranin/Astrablau Geweben und Zellen identifizieren Anfertigen: Übersichtszeichnung Detailzeichnung des Abschlussgewebes und darunter liegendem Parenchym Detailzeichnung vom Zentralzylinder bis Rinde

27 Übersichtszeichnung 27 aus Wanner: Mikroskopisch-Botanisches Praktikum Rhizodermis Exodermis besser: komplettes Leitbündel zeichnen! Rindenparenchym Zellen nicht zeichnen! Xylem Endodermis mit Durchlasszelle Perizykel Phloem radiäres Leitbündel (Markparenchym)

28 Schwertlilie (Iris germanica) Wurzelquerschnitt Übersichtszeichnung Vergrößerung : 100-fach Färbung: R = rot mit Phloroglucin/HCl oder Safranin (Lignin) B = blau mit Astrablau (Cellulose) O = orange-rot mit Sudan III/ Glycerin (Suberin) Typische Zeichnung Rhizodermis B Exodermis O 28 Zentralzylinder Perizykel/ Perikambium B Phloem B Xylem R Rindenparenchym B Endodermis R,O Gewebe zeichnen; keine Zellen! radiäres Leitbündel

29 Detailansicht des Abschlussgewebes 29 Rhizodermis (Reste) Exodermis Rindenparenchym ungefärbt Sudan-III-Glycerin färbt Suberin orange-rot an

30 Schwertlilie (Iris germanica) Wurzelquerschnitt Detailzeichnung des peripheren Bereichs Vergrößerung : 400-fach Typische Zeichnung Färbung: B = blau mit Astrablau (Cellulose) O = orange-rot mit Sudan III/Glycerin (Suberin) VB = violettbis brau mit Jod-Jod-Kalium (Stärke) 30 Rhizodermis Rhizodermiszelle B Exodermiszelle O Exodermis Rindenparenchymzellen B VB Rindenparenchym Interzellulare Zellen zeichnen; Gewebe bezeichnen!

31 Detailansicht vom Zentralzylinder 31 tertiäre Endodermis Perizykel Xylem Tracheen Tracheiden Xylemparenchym Phloem Siebröhre Geleitzellen Sudan-III-Glycerin färbt Suberin orange-rot ungefärbt Kein Phloemparenchym: Monokotyle! Phloroglucin/HCl Safranin färben Lignin rot

32 Schwertlilie (Iris germanica) Wurzelquerschnitt Detailzeichnung Übergang Rinde-Zentralzylinder Vergrößerung : 400-fach Typische Zeichnung Färbung: R = rot mit Phloroglucin/HCl oder Safranin (Lignin) B = blau mit Astrablau (Cellulose) O = orange-rot mit Sudan III/Glycerin (Suberin) Interzellulare 32 Rindenparenchym Rindenparenchymzelle B Zellen zeichnen; Gewebe bezeichnen! Phloem Xylem tertiäre Endodermis Perizykel/ Perikambium Kein Phloemparenchym: Monokotyle! Durchlasszelle B Endodermiszelle R,O Perizykelzelle B Geleitzelle B Siebröhre B Tracheide R Xylemparenchymzelle B Trachee R Schwer zu unterscheiden!

33 Viel Spaß und gutes Gelingen!