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Wasserhaushalt bei höheren Pflanzen                                      zurück

Zur Didaktik: Die Versuche zum Wasserhaushalt der höheren Pflanzen erlauben einen vertieften Einblick in die Struktur und die Besonderheiten des Pflanzenkörpers. Die Versuche haben exemplarische Bedeutung in Bezug auf die wissenschaftliche Arbeitsweise und in Bezug auf das Verständnis einer ganz anders gearteten Struktur im Hinblick auf Bau und Funktionen.
Sachliche Grundlagen: Alle höheren Pflanzen nehmen Wasser und gelöste Salze (Mineralstoffe) auf und verteilen beides im gesamten Organismus.
Die Möglichkeit, Wasser aufzunehmen, wird durch die enormen Unterschiede im Wasserpotential zwischen Boden und Luft bewirkt. Der Wasserstrom durch die Pflanze verläuft weitgehend ohne Energieaufwand für die Pflanze. Der Begriff 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 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 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 Überschlagsrechnung, 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 in Bezug auf das Wasserangebot und die CO2 Versorgung herausgebildet.
Moose können den Wasserdurchfluss nicht regulieren, da das Wasser außen an den stengelartigen Gebilden per Adhäsion und Kohäsion hochsteigt, wie bei Wolle und Seide auch.
Schneider, V: Wasserhaushalt  IN Eschenhagen/Kattmann/Rodi: Handbuch des Biologieunterrichts, Bd3, 1995; 
Gerhardt, A. (1982): Wasserhaushalt der Pflanzen, UB 71;
Gerhardt, A. u.a. (2017): Blickpunkt Pflanze, Aulis 
Die Versuche:  Wasserhaushalt Übersicht  
Blatt: Spaltöffnungen   Modell     Anatomie    Randeffekt
Wurzel:  Wasseraufnahme  (vgl. Osmoseversuche) 


Wasserhaushalt Arbeitsunterlage 1-------------------------------------------------------------------

Schema: Wasserhaushalt der höheren Pflanzen

 

Die Blätter geben Wasserdampf nach außen ab, nehmen gleichzeitig Kohlenstoffdioxid auf.  Sie geben zugleich Sauerstoff in die Luft ab. Die Spaltöffnungen gewährleisten eine gewisse Steuerung dieser Diffusionsvorgänge.
Eine höhere Pflanze lebt zwischen „verhungern und verdursten“: Wenn sie nicht CO2  aufnehmen kann, findet keine Fotosynthese statt,  wenn sie nicht Wasserdampf abgeben kann, ist der Wasserdurchfluss und die Wasserversorgung der Zellen verhindert. Wenn die Spaltöffnungen zu weit offen sind, kann sie zwar Photosynthese treiben, verliert aber zu viel Wasser und vertrocknet.
 


Wasserhaushalt Arbeitsunterlage 2-----------------------------------------------------------------

Anpassungen an das Wasserangebot

 
Nach: Schneider, V. (1995)
IN: Eschenhagen, Kattmann, Rodi: Handbuch des Biologieunerrichts, Deubner
 
 
 
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