Wassertransport - Experimente Biologie

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Wassertransport

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Wasserhaushalt bei höheren Pflanzen       zurück                      druck
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Zur Didaktik: Die Versuche zum Wasserhaushalt der höheren Pflanzen erlauben einen vertieften Einblick in Struktur und Besonderheiten des Pflanzenkörpers. Die Versuche haben exemplarische Bedeutung bezüglich des Verständnisses von Pflanzen und für die wissenschaftliche Arbeitsweise. Sie zeigen in besonderem Maße die Verschränkung von Struktur und Funktion.
Sachliche Grundlagen: Alle höheren Pflanzen nehmen Wasser und gelöste Salze (Mineralstoffe) auf und verteilen beides im gesamten Organismus.
Die treibende Kraft ist der enorme Unterschied im Wasserpotential zwischen Boden und Luft. Daher verläuft die Wasserverteilung in der Pflanze ohne Energieaufwand. Wasserpotential (gemessen in barr) ist üblich als „Fähigkeit, Wasser aufzunehmen“, im Schulbereich herrschen die Bezeichnungen Saugspannung oder Transpirationssog vor. Hier soll „Saugspannung“ als Ausdruck für das negative Wasserpotential verwendet werden als Zusammenfassung der Kräfte, die den Wassertransport in der höheren Pflanze beeinflussen. 
Die Pflanze kann in geringer Weise den Wasserdurchfluss regulieren: 1) in den Wurzelhärchen  durch Veränderung des osmotischen Drucks, 2) in der Endodermis der Wurzel als aktiven Wassertransport unter ATP-Verbrauch und 3) durch Öffnen und Schließen der Spaltöffnungen in den Blättern.
Zum Ablauf: Durch aktive Aufnahmen von Ionen kann der osmotische Druck (Osmose) in den Wurzelhaarzellen derart gesteigert werden, dass Wasser aus dem Boden „nachfließt“.  Im Wurzelparenchym steigt bis zur Endodermis der osmotische Druck von Zelle zu Zelle, so dass Wasser ständig „nachgereicht“ wird. In der Endodermis schließlich wird Wasser aktiv aufgenommen und in den Zentralzylinder abgeben, von wo aus es auf Grund der Saugspannung in den Blättern durch die Leitbündel im Stamm in die Höhe „gesaugt“ wird. Unerlässlich ist dabei eine absolute Wasserdichtigkeit gegenüber der Außenluft (Borke und Rinde).
Innerhalb des Pflanzenkörpers wirken Adhäsion (Anheftung der Wassermoleküle an die Zellulosewände eher hemmend und die Kohäsion (Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Wassermolekülen) eher fördernd zusammen. Der herrschende Luftdruck würde nur ein Aufsteigen bis 10 m Höhe erlauben. Die Kohäsionskräfte betragen 35 bar, dies würde eine Steighöhe von 350 m möglich machen. Da aber ein erheblicher Reibungswiderstand innerhalb der Leitungsbahnen besteht von 0,2 bar pro Meter, zeigt eine Rechnung, dass nur eine Baumhöhe von rund 140 m erreichbar wäre. Die höchsten lebenden Bäume sind bis 120 m hoch.
Trotz dieser Regelungsmöglichkeiten bleibt die Wasserversorgung für höhere Pflanzen das entscheidende Problem. In der Evolution haben sich extreme morphologische und stoffwechselphysiologische Anpassungen an feuchte und an trockene Standorte herausgebildet.
Moose können den Wasserdurchfluss nicht regulieren, da das Wasser außen an den stengelartigen Gebilden („Blättchen“) per Adhäsion und Kohäsion hochsteigt.
Schneider, V: Wasserhaushalt  IN Eschenhagen/Kattmann/Rodi: Handbuch des Biologieunterrichts, Bd3, 1995;
Gerhardt, A. (1982): Wasserhaushalt der Pflanzen, UB 71;
  Schema    
 Die Versuche:    Wasserwege   im Sproß   in Holzarten   im Blatt  
                  Warum sind die Leitungsbahnen so dünn? 
  Spaltöffnungen  Mikroskop   Wirkungsweise   Randeffekt   
Transpiration        Transpiration quantitativ       Wassertransport bei Moosen    
 
 
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