Aufnahme durch die Wurzel

1.1.4.2 Aufnahme durch die Wurzel

Die Anatomie der Wurzel haben wir auf der Seite bs12-5
und -6 besprochen. Nun wollen wir uns die Aufnahme
von Wasser und Salzen durch die Wurzel genauer ansehen.

_caspari - Aufnahme durch die Wurzel

In Abb. 9 sind noch einmal
im Überblick die wichtigsten Wurzelstrukturen dargestellt. Die Wurzel
nimmt Salze und Wasser aus dem Boden auf.

Das Wasser aus dem Boden kann auf 2 Wegen in die Wurzel
eindringen:

  • Diffusion durch die Interzellularen (Apoplast)
  • Osmose durch die Wurzelrinde (Symplast)

Dies ist in der nachfolgenden Abbildung 10 dargestellt.

_mineral - Aufnahme durch die Wurzel

Beim osmotischen Weg dringt Wasser in die Wurzelhaare
ein und wird über die Plasmodesmen
(= plasmadurchzogene Verbindungskanäle zwischen den Pflanzenzellen)
in die einzelnen Wurzelrindenzellen weitergegeben.

Voraussetzung dazu ist ein jeweils höhere osmotische
Salzkonzentration der Wurzelrindenzellen.
Sie ist in den Endodermiszellen
am höchsten. Auf diese Weise gelangen Wasser und die darin
gelösten Salze bis zur Endodermis. Im Zentralzylinder ist
im Vergleich zur Endodermis ein niedrigeres Wasserpotential. Deshalb kann
Wasser osmotisch nicht von der Endodermis in den Zentralzylinder.

_endode0 - Aufnahme durch die Wurzel

Die Endodermiszellen sind noch zusätzlich durch
den Casparyschen Streifen ( besteht aus Holz
und Suberin = Wachs) radial imprägniert, d.h. alles eingedrungene
Wasser muß durch den Protoplasten der Endodermiszellen.

Die Endodermis der Wurzel kontrolliert
somit die Stoffaufnahme in die Pflanze.

Die Endodermiszellen pumpen nun unter Energieaufwand
(ATP)
Ionen in das Perizykel. Daraufhin folgt das Wasser passiv nach.
(siehe Wurzeldruck).

1.1.4.2.1 Aufnahme der Mineralstoffe aus dem
Boden

Wie zuvor erwähnt, nimmt die osmotische Konzentration
der Wurzelzellen zum Zentralzylinder hin zu. Dies bedeutet, daß
die Ionen nicht osmotisch in die Zellen gelangen können.
Weiterhin
sind Ionen größtenteils nicht frei gelöst im Bodenwasser.
Sie sind an die Bodenteilchen adsorbiert (angelagert).

Was ist überhaupt Boden? Diese Frage wollen wir
nachfolgend klären.

Boden besteht aus verwittertem, zersetztem Gestein und
Fels, gemischt mit Luft und Wasser. Im Durchschnitt kommen die chemischen
Elemente wie in Abb. 13 vor. Ein normales Bodenprofil ist in Abb.
12
dargestellt.
Dabei ist die Krume (A)
die Vegetationsschicht, in der hauptsächlich Pflanzen wachsen.

Sie besteht aus Humus. Der Unterboden
(B) enthält weniger Nährstoffe und der Untergrund
(C) besteht aus unverwittertem Ausgangsgestein oder Sand.

Man kann bezüglich des Pflanzenwachstums unterschiedlich
fruchtbare Bodentypen unterscheiden.

Eigenschaften einiger Bodenbestandteile:


Sand

große Teilchen
(0,06 – 2 mm), hohe Wasserdurchlässigkeit,
geringes Nährstoffhaltevermögen,
gute Durchlüftung und Erwärmung,
gute Durchwurzelbarkeit


Ton

kleine Teilchen (<
0,002 mm), geringe Wasserdurchlässigkeit,
hoher Nährstoffgehalt, schlechte
Durchlüftung
, eingeschränkte Durchwurzelbarkeit


Humus

Krümelstruktur
aus Bodenkolloiden <0,002 mm, hoher
Nährstoffgehalt
, hohes Wasserhaltevermögen,
gute Durchlässigkeit, gute Durchwurzelbarkeit

Lehm = Gemisch
aus Sand und Ton.
Als Hauptbodenarten stellt man je nach Anteil der Bodenbestandteile Sandböden,
Tonböden, Lehmböden, Humusböden, Lößböden
und Kalkböden gegenüber.

Einige Bodentypen:


_loess-w - Aufnahme durch die Wurzel

_soil-13 - Aufnahme durch die Wurzel

Lößlehm
Eigenschaften von Sand- und Tonböden;
gut für alle Kulturpflanzen

Braunerde
humos, krümelig, meist Waldböden

Die fruchtbarsten Böden haben Krümelstruktur
(Schwarzerde, Gartenerde, Humus). Die Krümelstruktur entsteht durch
Aggregate von Bodenkolloiden. Bei Ton bestehen diese aus anorganischen
Teilchen bei Humus aus organischen Teilchen (Huminsäuren).
Sie sind hauptsächlich an ihrer Oberfläche
negativ geladen.

Die negativen Ladungen entstehen z. B. durch Abdissoziieren
von H+-Ionen in die Bodenlösung. Diese negative Ladung
hat für die Pflanze wesentliche Bedeutung. Folge ist, daß Kationen
wie Ca2+, K+, Mg2+ an die Bodenkolloide
adsorbiert werden und somit im Boden festgehalten werden. Anionen
wie z.B. NO3- können somit weniger in Böden festgehalten
werden und unterliegen größerer Auswaschung. Mehrwertige
Ionen
können die Kolloide verbinden.
sssss Die Ionenadsorption (=Anlagerung) an
die Bodenkolloide bedeutet, daß die Pflanzen die Mineralstoffe des
Bodens ablösen muß. Dies geschieht durch
Ionenaustausch
(aktiver Transport). Pflanzen geben
HCO3--Ionen an den Boden ab, sodaß Anionen
ausgetauscht werden können. Zum Kationenaustausch werden H+-Ionen
abgegeben. Die Hauptnährionen sind nur bis ca. pH 5 im Boden verfügbar.

kruemel1 - Aufnahme durch die Wurzel


Die Ionenaufnahme aus dem Boden ist ein energieverbrauchender
Vorgang.

Zwischen den Bodenkolloiden befindet sich die Bodenlösung.
Aufgrund der Fähigkeit von Wasser, Wasserstoffbrücken zu bilden,
besitzen die Bodenkolloide Hydrathüllen. Das für Pflanzen
verfügbare Wasser befindet sich im weiteren Umfeld der Kolloide
(Kapillarwasser).

Wichtige Mineralstoffe für Pflanzen

Alle 90 natürlich vorkommenden Elemente findet man
in pflanzlichen Geweben, 16 davon sind für Pflanzen essentiell
(= lebensnotwendig).

Man unterscheidet zwischen essentiellen
mineralischen
, wünschenswerten
und
essentiellen nichtmineralischen
Elementen. Diese sind in der nachfolgenden
Tafel
aufgeführt:

_periodi - Aufnahme durch die Wurzel

Ebenfalls wird zwischen Elementen unterschieden, die
in großen Mengen oder Spuren benötigt werden:

Die Mengenelemente werden z. B. zur Synthese von Aminosäuren
(N, S) oder ATP (P) und als Zentralatom für Chlorophyll
(Mg), die Spurenelemente z.B. als Kofaktoren für Enzyme (Zn)
oder als Zentralatome wichtiger Proteine (Cu, Fe) benötigt.

Das Pflanzenwachstum wird durch das Gesetz vom Minimum
( Liebig) bestimmt:


Der im Minimum befindliche Faktor bestimmt das Wachstum.

Bei längeren Defiziten ergeben sich Mangelerscheinungen.
Nachfolgend sind einige Mangelerscheinungen beim Mais zu sehen:

_scorn2 - Aufnahme durch die Wurzel

_kcorn - Aufnahme durch die Wurzel

 

 

 


Abb.9
Strukturen
der Wurzel
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Abb. 10
Wasseraufnahme
durch die Wurzel
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Abb. 11
Zellwände
von Endodermiszellen

 

 

 

 

 

 

 


Abb. 12
Bodenprofil
 


boden1 - Aufnahme durch die Wurzel

 


Abb.13
Bodenzusammensetzung
 

O

46,6 %

Si

28,4 %

Al

6,9 %

Fe

4,3 %

Ca

3,0 %

Mg

2,4 %

Na

2,2 %

K

2,1 %

Sonstige

3,4 %

 


Abb. 14
Schwarzerde
 
 

_schw-re - Aufnahme durch die Wurzel

humoser, krümeliger,
lockerer Boden; am fruchtbarsten

 

 

 


Abb. 15
Bodentypen
 

 

 

 


Abb.16
Bodenkolloid
 
bkolloid - Aufnahme durch die Wurzel

 


Abb.17
Krümelstruktur
 

 

 

 

 

 

 

 


Abb.18
N-Mangel
 
_ncorn1 - Aufnahme durch die Wurzel
hellgrüne, gelbliche Blätter, Gewebe stirbt ab

 

 

 


Abb.19
P- Mangel
 

_pcorn3 - Aufnahme durch die Wurzel

 


Abb.20
S- Mangel
 

 

 

 


Abb.21
K- Mangel
 

 


Weiterführende
Quellen:

Botanik:
Alles über Bäume:
http://www.biologie.uni-hamburg.de/b-online/d00/inhalt.htm
http://207.183.56.85/english/start2.htm
Wasser und Mineralstoffaufnahme:
http://www.emc.maricopa.edu/faculty/farabee/BIOBK/BioBookPLANTHORM.html
Mineralstoffbedarf http://www.soils.wisc.edu/~barak/soilscience626/
Besonderheiten von Salzpflanzenhttp://www.erft.de/schulen/ggb/salzw/swanphy.html
Bodentypen http://www.soils.wisc.edu/~ss301/
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