Vorlesung 5 Flashcards
passiver Wassertransport:
durch was wird der Wasserzustand einer Pflanze beschrieben?
was ist die treibende Kraft des passiven Wassertransports?
von was ist ist das wasserpotential abgeleitet?
inwiefern steigt das wasserpotential?
welche Komponenten werden unterschieden ?
wie lautet die Formel?
wie verhalten sich die Zellen weitgehend ?
-der Wasserzustand einer Pflanze wird durch das Wasserpotential beschrieben, der Wasserpotential Gradient ist die treibende Kraft für passiven Wassertransport
-das Wasserpot. ist vom chem. potential des Wassers abgeleitet, potential steigt mit der Konzentration an frei verfügbarem Wasser
-es werden die 4 komponenten: hydrostatischer druck P, osmanisches potential pi, matrixpotential τ, und Gravitationspotential (pwgh) unterschieden
–>
Ψ=P-pi-τ+ pwhg
Die Zelle verhält sich weitgehend wie ein ideales Osmometer
(vant´hoffaches Gesetz pi= c* R*T
wie erfolgt der Wassertransport bei wassergesättigter Luft ?
Ψ=0
- -> Wurzeldruck
bsp. Buschbohne, Frauenmantel - findet statt wenn die Boden / Luftfeuchte nachts sehr hoch sind oder wenn die Transpiration am Tag niedrig ist
- kann Wasser bis zu einer Höhe von 20 m hochbefördert
- ist nicht die Hauptkraft für Wassertransport
aktiver Transport in die Wurzel
Mineralstoffe werden aktiv über die Zellmembran in das xylem gepumpt
–> bewirkt den osmanischen Nachstrom des Wassers
Langstreckentransport bei hohem ΨLuft
Wurzeldruck als treibende Kraft
Guttation
Hydathoden oder Wasserspaltem = spezielle Form wasserabscheidender Drüsen (kommt bei zahlreiche Pflanzen vor 1 und 2 keimblättrige)
-durch sie kann bei hoher Luftfeuchte Wasser ausgeschieden werden (Guttation)
- gibt 2 Arten von Hydathoden:
passive Hydathoden –> Guttation erfolgt über Wurzeldruck
aktive Hydathoden –> Guttation erfolgt unter Energieverbrauch in den Hydathoden selbst
Langstreckentransport bei niedrigem ΨLuft
-entlang Wasserpotentialgradienten
mit abnehmen des Druckes
-über Cohäsion und Adhäsion im Xylem
Xylem transportiert Wasser nach oben : Druck sinkt
Wasser wird von Phloem aufgenommen genauso wie Zucker und Nährstoffe, diese werden auf dem Weg nach unten immer weniger
Zusammenfassung
Aufwärtsstrom im Sproß
Kraft:
- Transpirationssog
- Wurzeldruck
- Luftdruck
- Kapillarkraft
Ursache:
- unterschiedliches Wasserpotentalgefälle Boden-Luft
Hautkraft für Wasseraufnahme und Transport - aktiver Salztransport durch die Gefäßparenchymzellen in den Zentralzylinder , unterstützt die Wasseraufnahme in die Wurzel
- hebt Wassersäule bis ca. 10 m
- bewegt Wasser aufwärts wegen Kohäsion und Adhäsion von Wasser in den Gefäßen
Transport im Holz des Sprosses
- Transpirationssog bewirkt Unterdruck in den Xylemelementen
- die maximale Wuchshöhe von Bäumen ist durch den Wassertransport limitiert
Aufgaben und Funktionen
Xylemsaft
Phloemsaft
xylemsaft: H2O ph 5-6,3, Mineralstoffe anorganische.ionen, AS, Phytohormone ABA
Phloemsaft: H2O pH 7,3-8, Kohlenhydrate , AS und andere organische Stickstoffverbindungen , Nucleotide, Phytohormone, organische Säuren Vitamine Lipide , anorganische. Ionen, Proteine mRNA
Einfluss Festigungselemente auf den Langstreckentransport
aus was besteht Xylem ?
was gibt es alles ?
Hydro- und Festigungssystem
Tracheiden: hydrosystem/Festigung
Tracheen: Hydrosystem
Holzfasern: Festigung
Xylemparenchym: Speicherung und Stoffwechseltätigkeit
Geschwindigkeit Transpirationsstorm
Nadelhölzer, immer grün
Ringporige Laubhölzer
Lianen
1,2 m/Stunde
4-44 m/Stunde
150 m/Stunde
wie hoch kann ein Baum werden ?
Höchster Baum Erde: 112.7m CA
Wasserpotential an Spitze erreicht physikalische Grenze des Zerreißen des Wasserfadens im Xylem
Transportrichtung des Wassers im Laubblatt !
- Transpiration treibt Wasser und Ionentransport an
- Transpiration bewirkt Kühlung und wird mit dem CO2 Austausch koordiniert
- Transpiration wird durch Stomata kontrolliert
Wasserabgabe durch was ?
Transpiration T. (Kutikuläre/ Stomatäre Transpiration)
Evaporation E
Guttation
T/E = rel. T
Anteile der stomatären und cuticulären Transpiration an der Wasserabgabe
Verbleib des aus dem Boden aufgenommenen Wassers ?
Wasserabgabe an die Atmosphäre stellt den bei weitem größten Anteil dar
Transpirationsbeeinflussende Faktoren ?
Temperatur: umso wärmer, desto mehr Wasser kann die Luft halten !
relative Luftfeuchte
absoluter Feuchtigkeitsgehalt
Transpirationsbeeinflussende Faktoren
Der Grenzschichtwiderstand
in Analogie zum Elektronenfluss in einem Stromkreis führen der Stomatawiderstand r(mini)s und der Grenzwiderstand r(mini)a zu mehr oder weniger großen Transpirationsströmen/raten
Einfluss von Anzahl und Größe der Stomata auf den Gaswechsel
(Physiologie der Stomata)
C3 trockener Standort
C4 trockener Standort
C3 feuchter Standort
an trockenen Standorten viele kleine
feuchte Standorte wenigerer und größere
Randfeldeffekt der Stomata bei Trockenheit
wichtig:
Grund:
wichtig: obwohl die Gesamtfläche der Stomataöffnungen auf einem Blatt nur etwa 0,5-2% ausmachen, verdunstet die Blattfläche bis zu 60% des Wertes einer Wasseroberfläche
Grund: Randeffekte an den stomatären Poren bewirken, dass die Verdunstung nicht proportional zur Fläche sondern proportional zum Umfang (Durchmesser) der Poren ist
Zusammenfassung Wasserabgabe durch Transpiration bei niedrigem ΨLuft
wichtiger Faktor für was ? durch was mit welchem Haushalt eng verbunden ?
was beeinflusst Transpiration ?
treibende Kraft ?
von was hängt der Stomatäre widerstand ab ?
was begünstigt Transpirationskühlung ?
- die Transpiration ist ein wichtiger Faktor für die Wasserbilanz der Pflanze und durch den gleichen Transportweg durch die Spaltöffnungen eng mit dem co2 Haushalt verbunden => verhungern oder verdursten
- Grenzwiderstand und Stomatawiderstand beeinflussen die Transpiration
-treibende Kraft für viele passiven Wasserbewegungen in der Pflanze ist die Verdunstung
die Verdunstungsrate der Oberfläche E in Mol/s*m^2 ist proportional der Differenz der Wasserdampfdruckkonzentration zwischen Quelle (Blatt) und Senke (Grenzschicht) => E = 1/r(klein)s * (delta)C(klein)w
–> 1. tücksches Gesetz
- der stomatäre Widerstand r(klein)s hängt von der Anzahl und Öffnungsweite der Stomata ab
- ein niedriger r(klein)s begünstigt die Transpirationskühlung
Wasserhaushaltstypen
Isohydrisch =
ansiohydrisch =
- hydrostabil, vermiedet starke Tagesschwankungen im Wassergehalt und pot. osmanischen Druck durch vorsichtige stomatäre Regulation der Wasserabgabe
(Mittagsdelle: zunehmend erschwerte Wasserversorgung –> spaltöffnungsbewegungen aufgrund von verändertem Wasserzustand )
=> Pflanzen mit empfindlich reagierendem Spaltöffnungssystem und entsprechend geringen tageszeitlichen Schwankungen des Wassergehaltes
Arten besitzen große Wurzelsystem bzw Wasserspeicher im Stamm (z.B: viele Gräser Bäume Schattenpflanzen) - hydrolabil , schränkt Transpiration nur bei Trockenheit ein , riskiert starke Anspannung der Wasserbilanz, welche sich durch ausladende tageszeitliche Schwankungen des osmanischen Drucks und des Wassergehalts bemerkbar machen
=> nehmen größere Wasserbilanzschwankungen entweder in Kauf (viele Pflanzen sonniger Standorte) oder sind aus prinzipiellen Gründen außerstande, solche Schwankungen zu vermeiden (poikilohydre Thallophyten)
Definition Fachbegriffe Ökologische Klassifikation: 1.Xerophilen 2.Mesophyten 3.Hygrophyten 4.Hydrophyten
- Hydrostabil
- Hydrolabil
- Pflanzen an sehr trockenen Standorten
- an mittleren Standorten
- an feuchten Standorten
- im Wasser
- Wassersparer wie Gräser Bäume Schattenpflanzen
- Wasserverschwender wie Wüstensträucher, poikilohydre Thallophyten
Hydrophyt
Wasserpflanzen
- luftspeichergewebe
- differenzierung Palisaden
- schwammgewebe fehlt häufig
- gleiche Zellen mit gleicher Funktion
- keine Spaltöffnungen bzw wenige an Oberfläche
- wasserdampf wird nicht abgegeben
- zarte sprossachse -> reduktion der Leitgefäße, Leitkanäle
- wenige Leitbündel
- schwach oder fehlendes Wurzelsystem
Hygrophyt
immerfeucht (Tropen Feuchtgebiete)
- Spaltöffnungen aus Blattfläche herrausragend / herausgewollt -> durch Luftströmung wir Wasser leichter wegtransportiert
- Epidermiszellen ragen haarartig aus cutikula raus
- große Oberfläche
- dünne Blätter
- Cutikula bietet Verdunstungsschutz
- Palisaden Schwammgewebe einschichtig
- große oft dünne Laubblätter
- große Intrazellulare
- Transpiration soll begünstigt werden
- Sproßachse–> zarte oft hohe Stengel ,weite zarte Gefäße
- wenige Leitbündel
- schwach ausgebildetes Wurzelsystem mit hohem osmanischem Potential
Morphologische anatomische Anpassung an hohe Wasserverfügbarkeit –> Blattaufbau Hygrophyt
typischer Blattbau: emporgehobene Spaltöffnungen der unterseitigen Epidermis
ZSM. Wasseraufnahme, Langstreckentransport, Wasserhaushaltstyp !!
über was erfolgt Wasseraufnahme in der Wurzel ?
was ist von großer Bedeutung für den Wasserhaushalt ?
durch was erfolgt Langstreckentransport ?
welche Theorie dazu ?
welche Konstitutionstypen des Wasserhaushaltes gibt es ?
für was sind sie da ??
Besonderheit Hydro- Hygrophyten ?
-in Wurzel erfolgt Wasseraufnahme über Apoplast, Symplast und Zellmembran
die Wurzel stellt ein Regelglied im Sol-Plant Atmosphere-Continuum (SPAC) dar
-anatomische und morphologische Anpassung sind von großer Bedeutung für den Wasserhaushalt
-der Langstreckentransport von H20 erfolgt von der Wurzel bis zum Spross durch das Xylemystem
es gilt die Kohäsionstheorie für diese Wasserleitung (negative Drücke)
- Es gibt hydrostabile und hydrolabile Konstitutionstypen des Wasserhaushalts mit unterschiedlichen Strategien für die Anpassung an Wassermangel
- hydro- und Hygrophyten haben kaum oder keine Leitbündel und benötigen kaum oder keinen Transpirationsschutz
Regulation der Schließzellen der Stomata
- was regulieren Schließzellen ?
- Öffnen Stomata durch was reguliert ?
- welche Faktoren regulieren Öffnen der Stomata ?
- Transport von Gasen aus und in die Blätter
- durch den Tugordruck, hoher Tutor-> offen , geringer Tugor-> geschlossen
- Licht (fördert -> feedforward Regulation)
- geringe CO2 Konzentration im Blatt (ördert schließen über Abscisinsäure -> Feedback Regulation)
- geringes H2Opotential im Blatt (fördert -> feedforward Regulation)
Beeinflussung Spaltöffnungsbewegung durch äußere und innere Faktoren
Faktoren ?
- Photonastie
- Thermonastie
- Chemonastie
- Hydronastie
Faktoren: licht, temp, co2 Konzentration, wasserpotential der Atmosphäre und des Blattgewebes
- indirekter Wirkung über co2 Verarmung in intrazellularen bewirkt öffnen stomata
- temp. wirkt sich weniger auf Öffnungszustand vielmehr au Schnelligkeit der Bewegung aus
- direkte Reaktion auf co2 Konzetrationsänderung in der Luft in den Intrazellularen Bsp. CAM Stoffwechsel
- spaltöffnungsbewegungen können durch Änderung Wasserpotentials Ψ, den Blattzellen und auch durch Außenluft ausgelöst / kontrolliert werden
es gibt hydropassive und hydroaktive Stomatabewegungen
ZSM. Interaktion abiotische Faktoren und Transpiration
- mit was reguliert die höhere Pflanze ihren Wasserzustand?
- an was ist die Assimilation von CO2 fest geknüpft ?
- wo reagieren die Stomata auf Wasserzustand und mesophyillinternes CO2 Konzentration in der Zelle ?
- durch was Stomataöffnunf beeinflusst ?
- in welchen Mechanismen wird unterschieden ?
- im Rahmen der Blattentwicklung kann was zu nichtreversiblen Reaktionen der Stomata führen ?
- die Höhrer Pflanze reguliert ihren H2O-Zustand mit Stomata
- an die Öffnungsweite der Stomata ist die Assimilation von CO2 fest geknüpft
- Stomata reagieren auf den H2O-Zustand der Pflanze in der Epidermis und die mesophyllinterne CO2 Konzentration
- die Stomataöffnung wird von klimatischen Faktoren wie Lichtintensität, Luftfeuchte, Temp. , Luftschadstoffen (SO2,O2,N2O) beeinflusst
- man unterscheidet Feedforward (Licht und Feuchte) von Feedback -Mechanismen (Wasserpotential, mesophyllinternes CO2
- im Rahmen der Blattentwicklung kann die Ernährung N, das Bodenwasserangebot oder das Blattalter zu nichtreversiblen Reaktionen der Stomata führen
