Wasser- und Salztransport, Transpiration

Bisher haben wir uns mit rein pflanzenanatomischen
Sachverhalten beschäftigt, nun wollen wir pflanzenphysiologische
Inhalte besprechen. (Physiologie
= Lehre vom Stoffwechsel)

Wir wollen folgendermaßen vorgehen:

  • Ursachen der Transpiration;Weg des Wassers und der Salze
    durch die Pflanze
  • Aufnahme durch die Wurzel
  • Aufwärtstransport im Sproß
  • Abgabe an den Blättern
M0q6cdrg - Wasser- und Salztransport, TranspirationM0q6cdso - Wasser- und Salztransport, Transpiration

1.1.4.1 Ursachen der Transpiration; Weg
des Wassers und der Salze durch die Pflanze

Pflanzen sind Bestandteil des globalen Wasserhaushalts.
Als verlängerter Arm des Bodens sind sie zwischen das Wasserpotential
des Bodens
und der Atmosphäre geschaltet. Ständig
strömt Wasser vom Boden in die Wurzel, aufwärts im Sproß
und wird an den Spaltöffnungen in die Atmosphäre abgegeben.

Wasserpotential Y (
psi
) = Meßgröße
der Wasserverfügbarkeit eines wasserhaltigen Systems oder ein Maß
für das Bestreben eines Systems, Wasser abzugeben; je höher
Y, je größer die Tendenz,
Wasser abzugeben.

t P = Druckpotential
(= hydrostatischer Überdruck = Wanddruck = Turgordruck); meist
>= 0;

P
Wasser offen zur Luft =
0
MPa

Y = P
+ p + t

p
(Pi )
= osmotisches
Potential (= osmotischer Wert des Vakuoleninhaltes )
;

p reines
Wasser
= 0 MPa

p
Lösung
ist immer negativ z.B.
p
Zuckerlösung
= -10
t t (Tau
)
= Matrixpotential
(Einflüsse des Plasmas ( kolloidale Effekte) und der Wand (kapillare
Effekte);

t
Vakuole
= 0;
t
Wasser in Kapillaren =
< 0

Einheit: bar oder Pa; (1 MPa = 10 bar); MPa =
MegaPascal

_wpot - Wasser- und Salztransport, Transpiration

Y
biologischer Systeme ist fast immer negativ

Y reines
Wasser =0 (bei Standardbedingungen 25° C, 1 bar)

Y Blätter
in Pflanzen mit guter Wasserversorgung = -0,2 bis -0,6 MPa

Y Blätter Xerophyten
= -2 bis -5 MPa

_trea04 - Wasser- und Salztransport, Transpiration

Im Gegensatz zum Boden, aus dem je nach Wasserpotentialunterschied
Boden/Luft,
Wärme und Luftbewegung der Atmosphäre
unkontrolliert Wasser verdunstet, kontrollieren die Pflanzen ihre Wasserabgabe
durch die Spaltöffnungsbewegungen.

Die Pflanze verliert jedoch auch ständig Wasser
durch die Spaltöffnungen, weil diese für den Gasaustausch der
Photosynthese geöffnet sein müssen, andererseits wird Wasser
als Rohstoff für die Photosynthese gebraucht.

Man kann also den ständigen Wasserstrom durch die
Pflanze mit Hilfe des Diffusionsprinzips (siehe Klasse 11) erklären.
Diffusion geschieht immer entlang eines Konzentrationsgradienten
(hier das Wasserpotentialgefälle Boden/Luft). Die treibende Kraft
ist das niedrige Wasserpotential der Luft ( bei 80% Luftfeuchtigkeit:
Y = -300 bar).

Es besteht eine stufenweises Wasserpotentialgefälle:


YLuft
<
YBlatt
<
YXylem
<
Y
Wurzel <
Y
Erdboden.

Diesem folgt der Wasserstrom (Transpirationsstrom).
An den Blätter entsteht so eine Art Saugkraft, die das Wasser hochsaugt.


Transpiration
ist also die treibende Kraft für den Wasserdurchfluß
durch die Pflanze.

Der Wassertransport in der Pflanze
ist ein physikalischer Prozess.

Er erfolgt von einem Ort hohen Wasserpotentials
(
Y) zum
Ort mit niedrigem
Y.

Alle Faktoren, die das Wasserpotentialgefälle Blatt/Luft
steigern, erhöhen die Transpiration:

  • Wärme
  • Wind

Belichtung ruft die
Öffnungsbewegung der Stomata hervor, vermindert so den Diffusionswiderstand
und steigert deshalb die Transpiration. Mit einem einfachen Experiment
kann man die Transpiration eines Zweiges messen.

_tomsket - Wasser- und Salztransport, Transpiration

potomet - Wasser- und Salztransport, Transpiration

Unser Experiment zeigt uns nochmals die zuvor erwähnten
Faktoren, die die Transpiration beeinflussen:

Wasserpotentialgefälle, Wärme, Wind, Stomatamenge.

Viele mehrjährige Pflanzen werfen im Herbst ihre
Blätter ab. Daraus ergibt sich die Frage, wie die Wasserversorgung
im Winter ohne Stomata aufrechterhalten wird, z.B. bei Laubbäumen,
die über 20 m hoch sind. In dieser Jahreszeit herrscht außerdem
eine niedrige Temperatur, die die Diffusionsrate absenkt. Trotzdem durchleben
die Bäume diese Jahreszeit und aus den Ästen entspringen im
Frühjahr neue Blätter.

Es muß also neben der atmosphärischen Saugkraft
noch einen anderen Vorgang geben, der das Wasser nach oben befördert.
Man nennt ihn Wurzeldruck.

Schneidet man eine Pflanze direkt über der Wurzel
ab, entsteht an der Querschnittsfläche ein Wassertropfen, Nachweis
für den Wurzeldruck.

Es sieht so aus, als wenn die Wurzel Wasser in den Sproß
presst. Genaugesagt entsteht der Wurzeldruck durch die Aktivität
der Endodermiszellen, die unter Energieaufwand (ATP-Verbrauch; Aktiver
Transport
) Ionen in den Zentralzylinder drücken.
Das Wasser folgt passiv nach.
Genaueres erfahren Sie weiter unten bei der Wasseraufnahme durch die Wurzel.

Zusammenfassung:

Ursachen für die Transpiration:

  • Wasserpotentialgefälle Boden/Luft
  • Wurzeldruck

Turgeszenz einer Zelle

_turgor - Wasser- und Salztransport, Transpiration

Nicht verholzte Pflanzengewebe erhalten ihre Form durch
den Druck des Zellinhaltes (Vakuole) gegen die Zellwand. Diesen Druck
nennt man Turgordruck (P).
Er wird durch die osmotische Wasseraufnahme der Zelle verursacht.

Wasser strömt wegen der in der Vakuole gelösten
niedermolekularen Stoffe in die Zelle.

Solange das Wasserpotential der Vakuole niedriger ist
als das der Umgebung nimmt die Zelle Wasser auf. Die Wasseraufnahme geht
solange, bis der Wanddruck (W = -P) der Zellwand gleich dem osmotischen
Druck
(p )entspricht. Nun ist die Zelle
vollturgeszent.

Die Saugkraft (S) der Zelle ist dann : S = p
-W
( 0,5 -1 MPa)

Die Turgeszenz hält krautige Pflanzen
aufrecht.

 

 

 

 

 


Abb.1
Aufnahme,
Transport, Evaporation
von Wasser
 


M0q6cdr2 - Wasser- und Salztransport, Transpiration

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Abb. 2
Wasserpotential
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Abb. 3
Wasserkreislauf
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Abb. 4
Wasserpotentialgefälle
 

scient1 - Wasser- und Salztransport, Transpiration

Messung der Transpiration eines Zweiges:


Die Messung wir mit einem Potometer
durchgeführt. Material:
 

Stativ und Klemmen
10 ml Pipette, Spitze abgesägt
1 durchbohrter Stopfen
Gummischlauch
kleines Becherglas
Föhn
Paraffin
Kleiner Zweig mit Blätter
Durchsichtiger Nagellack
Folien
Deckgläser
Objektträger

 

  1. Bauen Sie das Potometer wie auf dem Bild unten
    auf.
  2. Schneiden Sie den Zweig an und stecken Sie
    ihn in den durchbohrten Stopfen, so daßder Sproß dicht
    abschließt.
  3. Dichten Sie zusätzlich mit Paraffin ab.
  4. Füllen Sie die Pipette und den Schlauch
    vollständig mit Wasser und ohne Luftblasen.

 


Abb.5
Wasserpotentialgefälle
 

 


Abb. 6
Messung
der Transpirationsrate mit einem Potometer

 

 

Vorgehensweise:

  • Messen
    Sie die Transpirationsrate des Zweiges unter Normalbedingungen
  • Streichen
    Sie etwas klaren Nagellack auf die Blattunterseite eines Blattes.
  • Warten
    Sie bis der Lack getrocknet ist und ziehen Sie den Lack von
    der Blattoberfläche ab.
  • Zeichnen
    Sie einen Quadratmillimeter auf, legen Sie das Lackstück
    unter das Mikroskop und schätzen Sie die Zahl der Stomata
    pro mm2 bzw. pro Blatt. 
  • Berechnen
    Sie den Wasserdurchfluß in der Testzeit ( 2 Std – 3
    Tage.)
  • Föhnen
    Sie die Pflanze und beobachten Sie den Wasserdurchfluß.
  • Schneiden
    Sie alle Blätter bis auf ein Blatt ab und beobachten
    Sie die Transpiration.

 

 

 

 

 

 

 

 


Abb. 7
Wurzeldruck
 


Wurzeld - Wasser- und Salztransport, Transpiration

 

 


Abb.8
Turgeszenz
 

 

 


 

Weiterführende
Quellen:

Botanik:
Alles über Bäume:
http://www.biologie.uni-hamburg.de/b-online/d00/inhalt.htm
http://www.domtar.com/arbre/english/
Wasser und Mineralstoffaufnahme:
http://www.emc.maricopa.edu/faculty/farabee/BIOBK/BioBookPLANTHORM.html
http://www.hcs.ohio-state.edu/hcs300/
Wasseraufnahme http://www.hcs.ohio-state.edu/hcs300/pstrans.htm
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