Fragen 2-9

Question 1

2. Wie nimmt eine Pflanze Wasser aus dem Boden auf?

Answer 1

• im Boden größere und kleinere Hohlräume bis in zu kleinsten Kapillaren
• Hohlräume u.a. mit Bodenwasser gefüllt; beträchtlicher Teil des Bodenwassers von Bodenpartikeln so festgehalten, dass dieses Quellungswasser der Pflanze kaum zugänglich ist, anders in den Kapillaren
• Wasser kann von Wurzel aufgenommen werden, wenn das Wasserpotential der Wurzelzellen negativer ist als das des Kapillarwassers -> dieses in Salzböden jedoch bis zu –100bar (normal: -1 bis –3)
• Wasser wird von den Wurzelhaaren aufgenommen

Quellung:

• Wassermoleküle werden in quellbare Verbindungen eingelagert
• Zwischen Polysacchariden in der Zellwand Kapillaren
• Rein physikalischer Prozess, Pflanze muss dafür keine Energie aufwenden -> wichtig für Samenkeimung
• Trockene Erbsen können durch Quellung einen Druck von 200bar erzeugen
• Holz wurde früher für das Sprengen von Felsen verwendet

Osmose:

• Zellwand und Zellmembran sind semipermeabel -> Zellwand setzt sich dem osmotischen Druck (Turgor) entgegen, der so für die Festigkeit der Zelle sorgt
• Wasserpotentialgleichung: -Wz = Wt – Wp Druck Wz, den die Zelle erzeugt, ist abhängig von dem osmotischen Druck Wt und dem durch die Zellwand entgegneten Zellwanddruck Wp. Er ist kleiner null, wenn das Blatt welkt

Question 2

3. Wie erfolgt der Wassertransport von der Wurzel bis in den Zentralzylinder? (Wurzelquerschnitt)

Answer 2

• Weiterleitung des Wassers von Zelle zu Zelle oder in den Zellwänden
• spätestens bei Casparyschem Streifen müssen Moleküle durch Plasmalemma in das Cytoplasma der Endodermiszellen übertreten, wenn sie nicht schon weiter außen in den Symplasten aufgenommen wurden
• jenseits der Endodermis wieder apoplastisch möglich, bis Zellen des Xylem-Parenchyms erreicht sind; hier tritt Wasser in Xylem-Bahnen ein und wird mit dem Transpirationsstrom in den oberirdischen Pflanzenkörper verfrachtet
• Radiäres Leitbündel in Wurzeln:

Wurzelquerschnitt:

• Epidermis und Wurzel ohne Kutikula!
• Alte Wurzeln: Rinde verkorkt -> wasserundurchlässig, ersetzt Epidermis
• Nährstoffe der Pflanze, Wirkung, Aufnahme:
  
  • C:
    
    • Aufbau von Kohlenhydraten, Fetten, Eiweißen, Fermenten
    • CO2 aus der Luft
  • O:
    
    • Aufbau von Kohlenhydraten, Fetten, Eiweißen, Fermenten
    • Als Wasser oder elementares O2
  • H:
    
    • Aufbau von Kohlenhydraten, Fetten, Eiweißen, Fermenten
    • Als Wasser
  • N:
    
    • Aufbau von Eiweißen, Fermenten, Chlorophyll, Vitaminen
    • Als NO3- (Nitrat) oder NH4 (Ammonium)
  • S:
    
    • Aufbau von Eiweißen und Vitamin B1
    • Als SO4²-
  • P:
    
    • Aufbau von Nukleoproteinen und Phosphorproteinen
    • Pufferung der Zelle
    • Bei Abbau: Glucosephosphorsäureester
    • Als PO4 3- (Phosphat)
  • K und Ca:
    
    • Ionen, die auf den Quellungszustand des Plasmas einwirken
    • -> K hemmt die Quellung
    • -> Ca steigert die Quellung
    • Als K+ und Ca2+
  • Mg:
    
    • Aufbau Chlorophyll und Fermente
    • Mg2+; MgPO4 + Säure ® Mg2+
  • Fe:
    
    • Aufbau Fermente
    • Fe3+, Fe2+
  • Spurenelemente wie Bor, Mangan, Kupfer
• Kapillartransport durch Interzellularräume und durch
• Osmose (Saugkraft der Zellen) durch steigende Konzentration bis zur Endodermis
• Dort Endodermissprung -> osmotischer Druck nimmt plötzlich ab, da Endodermiszellen das Wasser durch aktive Arbeit in den Zentralzylinder pressen

Question 3

3. Wie erfolgt der Wassertransport von der Wurzel bis in den Zentralzylinder? (Wurzelquerschnitt)

Wie gelangt Wasser in das Leitgefäß?

Answer 3

• Ionen werden aktiv in das Leitgefäß gepumpt -> Energieaufwand
• Wasser folgt nun den Ionen osmotisch in das Leitgefäß -> Wurzeldruck entsteht
• Besonders wichtig im Frühjahr, wenn noch keine Transpiration möglich
• Transpirationssog saugt Wasser in die Blätter
• Durch Verdunstung wird dem Blatt Wasser entzogen -> Sog zum Blatt hin

Question 4

4. Auf welchem Prinzip erfolgt der Wassertransport von der Wurzel bis zum Blatt? Welche Strukturen sind an dieser Fernleitung beteiligt?

Answer 4

• Ferntransport des Wassers in den Tracheen und Tracheiden des Xylems -> in toten Gebilden
• Leitung durch Sogwirkung der Transpiration
• Wände der Leitelemente von „Tüpfeln“ durchzogen, dadurch kann Wasser im Xylem nicht nur in Leitrichtung fließen, sondern auch in benachbarte Bahnen übergehen
• Transpirations- und Kohäsionszug in den Gefäßen
  
  • Gefäße: Xylem aus Tracheen und Tracheiden + Sklerechnym + Parenchym
  • Durch Transpiration entsteht starke Saugkraft in den Zellen (Saugkraft = osm. Wert des Zellsaft – Wanddruck)
  • Wasser wird als zusammenhängender Faden hochgezogen (wg. Kohäsion)
• Wurzeldruck durch aktive Tätigkeit der Endodermiszellen
• Osmotische Kräfte -> diffundieren aus Zellen mit geringerer Konzentration in Zellen höherer Konzentration
• Kapillare Kräfte -> kapillares Aufsaugen in den Kapillaren der Zellwände und Interzellularräume

Question 5

5. Wie wird das Wasser von der Pflanze an die Luft abgegeben? An welcher Stelle geht es vom flüssigen in den gasförmigen Zustand über?

Answer 5

• Transpiration:
  
  • Stromäre Transpiration:
    
    • Abgabe von dampfförmigem Wasser durch Spaltöffnungen (Stomata) -> regulierbar
    • Nur auf Unterseite des Blattes!
    • Tugorschwankungen der Schließzellen öffnen (Tugor hoch) und schließen (Tugor niedrig) diese -> Transpirationsregulierer
    • Hohe Luftfeuchtigkeit und starkes Licht öffnen die Stoma!
    • (Licht: Stärke -> Traubenzucker => osmotischer Druck steigt + Saugkraft steigt => Tugor steigt!)
  • Kutikuläre Transpiration:
    
    • Verdunstung durch Kutikula
  • Guttation (unregelmäßig)
    
    • Abgabe von flüssigem Wasser
    • Luft gesättigt -> Auspressung durch Wurzeldruck (Hydrathoden)
• Die Wasserverdunstung erfolgt an der Grenzfläche der Parenchymzellen und der Interzellularräume besonders im Schwammparenchym

Question 6

8. Wie ist es bei Farnen, Moosen, bei Champignons? (auch jeweils charakteristische Merkmale der Entwicklungszyklen)
9. Moose

Answer 6

Moose:

haploide Spore

• > keimt zu fädrigem, sich verzweigendem, vielzelligem Vorkeim (Protonema)
• > aus seitlichen Knospen entsteht grüne Moospflanze (Gestaltwechsel des haploiden Gametophyten), mit zwei verteilten, endständigen Gametangien
• > weibliches Archaegonium flaschenförmiges Gebilde, Bauch- und Halsteil aus Schicht steriler Zellen; bildet nur eine Eizelle
• > männliches Antheridium keulenförmig; bildet korkenzieherartige, zweigeißelige Spermien
• > Befruchtung, nur bei Regen möglich: Archaegonium öffnet sich an Spitze, Kanalzellen verschleimen und bilden Lockstoff (Rohrzucker oder Protein), der Spermien chemotaktisch anlockt
• > Eizelle wird im Archaegonium befruchtet (Generationswechsel) und keimt dort sofort zum diploiden Sporophyten, dem Sporogon aus, das unselbständig bleibt und im Archaegonium verbleibt allein nicht überlebensfähig)
• > im gestielten Sporenbehälter (Sporenkapsel) entstehen durch Meiose haploide Sporen, die ausgeworfen und mit dem Wind verteilt werden

Question 7

8. Wie ist es bei Farnen, Moosen, bei Champignons? (auch jeweils charakteristische Merkmale der Entwicklungszyklen)
9. Farne

Answer 7

isospor (alle Sporen gleich, zwittrige haploide Geschlechtsgeneration)

haploide Spore keimt zu wenigem mm großen, herzförmigen Gametophyten aus, dem Prothallium

• > legt an lichtabgewandter Seite Antheridien und Archegonien an
• > vielbegeißelte Spermien werden bei Wasserbenetzung freigegeben und befruchten Eizelle (Generationswechsel)
• > aus Zygote entwickelt sich zunächst noch vom Gametophyten ernährter Embryo des diploiden Sporophyten
• > Prothallium stirbt ab, Keimling wird zu mehrjähriger Farnpflanze
• > auf Unterseite der Wedel Sori, Häufchen kleiner Sporenkapseln (Sporangien)
• > jedes Sporangium entwickelt 48 Gonosporen, die mit dem Wind verteilt werden

heterospor (Ausbildung von männlichen und weiblichen Sporen)

ähnlich wie oben, aber Mikrospore bzw. Makrospore wachsen zu Antheridium bzw. Archegonium

Question 8

8. Wie ist es bei Farnen, Moosen, bei Champignons? (auch jeweils charakteristische Merkmale der Entwicklungszyklen)
9. Pilze

Answer 8

aus verschiedengeschlechtlichen Basidiosporen entstehen ebenfalls verschiedengeschlechtliche, haploide Myzelien unbegrenzten Wachstums

• > treffen ihre Fäden aufeinander, verschmelzen ihre Zellen (Plasmogamie) zum paarkernigen Sporophyten, ohne dass Gametangien ausgebildet werden (Somatogamie)
• > Schnallen entstehen
• > Schnallenmyzel wächst schließlich zu Fruchtkörper heran, an Unterseite bildet sich palisadenartiges Hymenium aus
• > Endzellen davon schwellen zu keulenförmigen Basidien an, in denen die Kerne verschmelzen (kurz diploid) und anschließend in 2 Reifeteilungen zu 4 haploiden Kernen reduziert werden
• > Spitze einer Basidie stülpt kleine Auswüchse aus, in die die Kerne wandern und als Basidiospore abgeschnürt werden

Question 9

9. Struktur und Funktion von Mitochondrien, Chloroplasten und anderen Organellen
10. Mitochondrien

Answer 9

• Länglich, ovale Gestalt
• Semipermeable Membran aus zwei Hüllen -> innere mit Einstülpungen, an denen Enzyme zur Zellatmung sitzen)
• Matrix (Grundsubstanz)
• Enthalten wichtige Fermente des Zucker- und Fettabbaus und der Aminosäuresynthese
• Bestehen aus Eiweißen und Lipoiden
• Funktion: Energielieferant durch Veratmung von Glucose (Traubenzucker)

Question 10

9. Struktur und Funktion von Mitochondrien, Chloroplasten und anderen Organellen
10. Chloroplasten

Answer 10

• Linsenförmig
• Doppelmembran mit Zisternen; Stroma (Grundsubstanz); Grana (Thylakoidenstapel)
• Funktion: Photosynthese
  
  • Plastide können ineinander übergehen, z.B. beim Grünwerden der Kartoffelknolle, wenn sie ans Licht kommt oder beim Reifevorgang der Tomate
  • Chloroplasten (grün):
    
    • Enthalten Chlorophyll a und b und Karotinoide (Karotin und Xantophyll)
    • Grana und Stoma
    • Funktion: Photosynthese (Sensibilisator) -> Assimilationsstärke
    • Nehmen Licht auf und produzieren mit der aufgenommenen Energie aus CO2 und Wasser Kohlenhydrate
    • Sind zu eigener Ortsbewegung fähig -> suchen sich gut belichtete Stelle in der Zelle
  • Chromoplasten (rot und gelb):
    
    • Enthalten Karotinoide
    • Farbgebung für Früchte und Blüten
  • Leukoplasten (farblos):
    
    • Bildung von Reservestärke aus Zucker in allen Speicherorganen

Question 11

9. Struktur und Funktion von Mitochondrien, Chloroplasten und anderen Organellen
10. Kern

Answer 11

• Linsenförmig
• Chromatin, Kernsaft, Nukleolus, Kernmembran mit Kernporen
• Funktion: Schaltzentrum der Zelle, Träger der Erbinformationen