Langstreckentransport Flashcards
Xylem?Phloem?
Xylem (Holzteil): Transport von Wasser und anorganischen Salzen durch die Pflanze dient; hat auch Stützfunktionen
◦ Transportrichtung: von den Wurzeln durch und in die Pflanze ↑
• Phloem (Siebteil): Verteilung der von der Pflanze synthetisierten organischen Substanzen (Assimilate) ; von Produktionsorten (source, Chloroplasten, Laubblätter) zu Verbrauchsorten (sinks, Speicherorgane, wachsende Organe) ↑↓
Primärer Aufbau der Wurzel?
- Exodermis (Hypodermis)
- Perizykel (Pericambium)
- Endodermis, ebenfalls suberinisiert mit Durchlasszellen, Casparischer Streifen an Radial- und Horizontalwänden macht die Zellwand wasserundurchlässig (suberinartiges Polymer, Lignin)
- Leitbündel als Aktinostele aufgebaut (griech. ακτινοτός „von Strahlen umgeben“)
Wurzelmetamorphosen?
- Stelzwurzeln Stützfunktion, erlauben der Mangrove im Gezeitenbereich zu wachsen
- Atemwurzeln (Pneumatophor) oft negativ gravitrop, enthalten luftdurchlässiges Gewebe (Kork)
- Speicherwurzeln bei denen die Hauptwurzel verdickt ist (z.B. Rübe).
- Luftwurzeln oft sprossbürtige Adventivwurzeln (z.B. bei Epiphyten), entnehmen der Luft Feuchtigkeit und Nährstoffe und kommen oft bei tropischen Pflanzen vor (z.B. Orchideen)
- Haftwurzeln geben den Pflanzen Halt und können auch Feuchtigkeit und Mineralsalze aufnehmen (z.B. Efeu)
- Haustorien Saugorgan parasitischer Blütenpflanzen (z. B. Cuscuta)
- Zugwurzeln kontraktile Wurzeln verlagern Knolle in tiefere Schichten (z. B. Aronstab)
- Symbiosen Knöllchenbakterien, Mykorrhiza-Pilze
Allorhizie, Homorrhizie?
- Allorrhizie = Verschiedenwurzeligkeit, d.h. Primärwurzel bleibt erhalten und daran wachsen endogen Seitenwurzeln hervor; Hauptwurzel (Pfahlwurzel) und Seitenwurzeln entstehen verschieden; bei dikotyle Pflanzen
- Homorrhizie = Gleichwurzeligkeit, d.h. mehrere morphologisch gleichwertige Wurzeln, bei monokotyle Pflanzen
Leitbündelanatomie?
- bei Dikotylen offene Leitbündel, d.h. mit Perizykel zwischen Xylem und Phloem
- monokotyl haben keine geordnete Anordnung der Xylemstreifen, sondern eher willkürlich
Ferntransport des Wassers durch das Xylem?
durchgehender Faden aus Wassermolekülen durch Wasserstoffbrückenbindungen
- reicht vom Boden bis zu den Blättern
- bei der Massenströmung für den Langstreckentransport beruht der Ψ-Gradient vor allem auf einem Gradienten des Druckpotenzials (ΨP)
- Transpiration führt dazu, dass das ΨP am Blattende des Xylems niedriger ist als das ΨP am Wurzelende des Xylems (Saugspannung) → Wasser wird aus Wurzeln hochgezogen
- Treibende Kräfte des Wassertransports:
◦ Wasserpotenzial der Luft ist viel geringer als das des Bodens → Wasser verdunstet ständig
◦ treibende Kraft des „Saftsteigens“ im Xylem ist ein Gradient des Wasserpotenzials (Ψ)
◦ Pflanze macht sich diese Energie zunutze (bei Wasseraufnahme, Transport & Abgabe durch Blätter) ◦ Saugspannung wirkt auf Wassersäule
◦ Wassersäule wird durch Kohäsion (des Xylemsaftes), Adhäsion (des Xylemsaftes an die Xylemwände) & Kapillarkräfte (bedingt durch Enge der Gefäße) stabilisiert
◦ Mechanismus aus Transpiration, Kohäsion & Saugspannung (Transpirationssog) erfordert von der Pflanze keine Energie → Wasser bewegt sich passiv in Richtung des stärker negativen Wasserpotenzials (SPAC = Soil –Plant – Atmosphere Continuum)
Bestandteile des Xylems?
- Xylem-Parenchymzellen (lebende Zellen)
- Sklerenchymzellen Stützfunktion →
- Tracheen, Tracheiden (abgestorben) Transportfunktion
Entwicklung von Xylem-Gefäßen?
- aus einer procambialen Initialzelle wird bei der Differenzierung die sekundäre Zellwand verdickt
- nach vollständigem Auswachsen beginnt die Zelllyse • Zellwandverdickung (sekundär)
- das Gefäß besteht aus toten Zellen im ausgereiften Zustand
Was sind Tüpfel?
- = dünne Stellen oder Aussparungen in der Sekundärwand von Pflanzenzellen
- erlauben Verbindungen zwischen einzelnen Zellen
- Aufgaben: Wassertransport bei Tracheiden, Nährstoffaustausch oder Kommunikation zwischen benachbarten Zellen
- am Tüpfel findet man keine Sekundärwand
- Schließhaut eines Tüpfels besteht aus Mittellamelle & der von beiden Seiten aufliegenden Primärwand
- Schließhaut ist im Bereich der Tüpfel durch Plasmodesmen durchsetzt (Parenchymzellen)
- Stoffdurchtritt bis zu Teilchengröße von 5 nm
Welche Arten von Tüpfeln?
• (einfache) Tüpfel:
◦ Aussparung in der sekundären Zellwand
◦ schmalere primäre Zellwand
• Hoftüpfel: ◦ nur in den Tracheiden
◦ Aussparung in der Sekundärwand, zur Mittellamelle hin ausgedehnter primäre Zellwand verdünnt
◦ durch Druck von Flüssigkeit auf den Hoftüpfel wird dieser gegen die (kleinere Aussparung) Sekundärwand gedrückt geschlossen und undurchlässig →
◦ können als Rückschlagventil fungieren verhindern, dass Luft in das Wasserleitsystem gelangt
öffnungsmechanismus Stomata?
- Verdickung der Zellwand verursacht Öffnen der Stomata, wenn ein hoher Turgor in den Schließzellen vorliegt
- Ursache ist aktive Aufnahme von Kalium-Ionen in die Zelle und weiter in die Vakuole ebenso Transport von Malat in die Vakuole
- führt zu einem passiven Wassereinstrom aus den benachbarten Zellen
zum Ausgleich des Wasserpotentials
→ Öffnung
Apoplastischer und Symplastischer Transport?
• Apoplastischer Transport:
◦ erfolgt in der Zellwand und in Interzellularen
◦ Bodenlösung über hydrophile Zellwände der Wurzelhaare aufgenommen
◦ Wasser wird durch die Kapillaren des Apoplasten ins Rindengewebe der Wurzel transportiert bis Endodermis (Caspary- → Streifen)
• Symplastischer Transport:
◦ Mineralstoffe & Wasser durchqueren in den Wurzelhaaren die Plasmamembran gelangen in Symplasten
◦ Wasser bewegt sich entlang des Wasserpotentialgradienten über Zell-Zell-Verbindungen (Plasmodesmen)
◦ Plasmodesmen verbinden die Zellen zu einem symplastischen Kontinuum (Symplast)
Aufnahme Stickstoff?
N kann von Pflanzen in unterschiedlichen Formen aufgenommen werdenden z.B. als Ammonium (NH4 → ⁺) oder als Nitrat-Anion (NO3⁻)
- HATS = high affinity transporters, LATS = low affinity transporters
- z.B. Ammonium-Aufnahme mittels H⁺/NH4⁺-Symporter (HATS)
- z.B. Nitrat-Aufnahme mittels 2H⁺/NO3⁻-Symporter (LATS)
- u.a. Aufnahme von Stickstoff in Form von Aminosäuren (AS-Permeasen) oder Harnstof
Aufnahme Eisen?
man unterscheidet in Strategie I/II-Pflanzen
- Strategie I-Pflanzen sind z.B. Erbsen, Tomaten, Arabidopsis
- Strategie II-Pflanzen sind z.B. Gerste, Mais, Reis
- Strategie II: Eisen-Komplexierung mit Siderophore (spz. Oligopeptide) Siderophore binden Eisen(III)-Ionen & → transportieren sie in die Zelle nach Reduktion zu Eisen(II) löst es sich aus den Komplex →
- Strategie I: erleichterte Eisen-Aufnahme durch Reduzierung von Eisen(III) zu Eisen(II) Eisen(II)-Ionen → durch Membrantransporter (IRT-Familie) in die Zelle aufgenommen
Translokationsrichtung in Phloem?
-von source (Produktionsort) zu sink (Verarbeitungsort) Gewebe
Was sind sink und was source Organe?
´Was besagt die Druckstromtheorie?
Vorgänge im source-Organ:
◦ Transportzucker (Saccharose) wird im Mesophyll produziert
◦ aktive Phloembeladung in den Siebröhren-Geleitzellen-Komplex (SECCC) → hoher Saccharosegehalt, geringes Wasserpotential
◦ Wasser folgt der Saccharose aus dem Xylem ins Phloem
◦ Steigerung des Turgordrucks
◦ Saccharose folgt dem Druckgefälle, wird durch osmotisch erzeugten Druckgradient angetrieben → Massenströumg des Siebröhreninhalts Vorgänge im sink -Organ:
◦ Zucker werden aus dem Phloem entladen
◦ Wasser gelangt wieder ins Xylem
◦ kommt zum Druckabfall
Wie erfolgt die Phloembeladung?
Beladung der Siebelemente erfolgt über Apoplasten oder Symplasten an Zellgrenzen von Bündelscheidenzellen & Geleitzellen entscheidet sich ob aktiver (apoplastisch) oder symplastisch Transport von Zucker stattfindet
• Apoplasten: Zellwände & Interzellularen, Bewegung von Substanzen nicht reguliert
hier diffundiert Saccharose in Apoplasten & wird gegen Konzentrationsgradienten in Geleitzellen aufgenommen; sekundär aktiver Transport vermittelt durch Saccharose-Protonen-Cotransporter
• Symplasten = das kontinuierliche Cytoplasma der lebenden Zellen, verbunden druch Plasmodesmen; selektiv permeable Plasmamembranen kontrollieren den Zugang von Wasser & gelösten Substanzen
hier diffundieren die Zucker durch zahlreiche Plasmodesmen
Häufigkeit Plasmodesmen?
Vorhandensein der Plasmodesmen ist Voraussetzung für symplastische Beladung
• Häufigkeit von PD zwischen SECCC (Siebelement-Geleitzell-Komplex) und Umgebung ist entscheidend für den Mechanismus der Phloembeladung
Was versteht man unter der Polymerisationsfalle für die symplastische Beladung?
Saccharose gelangt zunächst symplastisch von Mesophyllzellen in die modifizierten Geleitzellen (hier: IC) [d.h. Diffusion über Plasmodesmen]
-in den IC bilden spezifische Enzyme aus Disacchariden (Saccharose) ein größeres Zuckermolekül (z.B. Raffinose, etc.)
die größeren Transportzucker können über große Plasmodesmen frei in die Siebelemente des Phloems diffundieren, aber nicht zurück in die Mesophyllzellen diffundieren können (spez. Filterfunktion unterscheiden in Disaccharide & Oligosaccharide) → IC als Polymerisationsfalle für Transportzucker
• Enzyme für die Raffinose-Synthese kommen nur in Intermediärzellen (IC) vor
Bestandteile des Phloems?
- Phloemparenchymzellen
- Geleitzellen (parenchymatisch)
- Siebelemente leitende Elemente & Transportfunktion
- Sklerenchymzellen Stützfunktion
Entwicklung des Siebelement-Geleitzell-Komplex?
- a) initiale Mutterzelle aus Siebelement+Geleitzelle inäqua → - le Längsteilung
- b) Phloem(P)-Protein Synthese, Ausbildung von Siebporen
- c) Degradation von Organellen (selektive Autophagie), Siebporenentwicklung Siebelement + Geleitzelle bilden funktionale Einheit
- d) reifer SECCC
- Siebelemente sind im ausgereiften Zustand lebende, nicht autonome Zellen → z.B. kein Zellkern, wenige Mitochondrien → Geleitzellen versorgen Siebelement mit allem Nötigen (ATP, Makromo leküle)
Siebelement-Geleitzell-Komplex?
• Siebelement:
◦ keine Vakuole
◦ kein Zellkern, aber Organellen 67
◦ ER entlang der Zellwand
◦ Querwände als Siebplatte
◦ vergrößerte Plasmodesmata
◦ viele Verbindungen zur Geleitzelle
• Geleitzelle:
◦ dichtes Cytoplasma
◦ hohe Stoffwechselaktivität
◦ Proteinbiosynthese für Siebröhren
◦ treibende Kraft bei der Zuckeraufnahme
Chloroplastendimorphismus in C4-Pflanzen
- Da die Glucosesynthese direkt in der Leitbündelscheide in den Chloroplasten der Bündelscheidenzellen stattfindet, ist der Transportweg zum Phloem sehr kurz.
- in Mesophyllzellen: kleinere Chloroplasten mit ausgeprägten Grana-Stapeln
- in Bündelscheidenzellen: viel größere Chloroplasten wo Stärkekörner ausgeprägt vorkommen (keine Grana-Stapel) nur dort kann Stärkesynthese → stattfinden
Phloementladung?
- Saccharosekonzentration in Siebzellen sehr viel höher, als im umgebenden Apoplast theoretisch passiv durch Plasmodesmen oder → via Transmembrantransport in sink-Gewebe
- apoplastische Entladung: (vor allem in Speichergeweben, z.B. Samen) werden Assimilate in den Apoplasten entlassen & über Symport mit Protonen (H⁺) in die speichernden Zellen aufgenommen
◦ entweder Saccharose direkt oder durch hydrolytische Spaltung entstandene Hexosen von den Zellen aufgenommen
◦ Saccharose wird durch zellwandgebundene Invertasen in Glucose und Fructose gespalten (bei frischen Früchten) Rückladung in Siebröhre verhindert
• symplastische Entladung: diffundieren Assimilate durch Plasmodesmen zwischen Siebelementen & Zellen der sink-Organe Konzentrationsgradient durch Metabolisierung der Assimilate aufrechterhalten, z.B. → in Früchten, Blättern
