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Wasser macht mehr als 80% der Masse von den meisten Pflanzen aus.
Es ist wesentlich für die Photosynthese, den Metabolismus und
den Transport von Nährstoffen und anderen Molekülen.
Anorganische Nährstoffe sind ebenfalls grundwichtig für das Pflanzenwachstum
und die Reproduktion.
Zum Beispiel ist Stickstoff ein Grundbaustein
der wichtigsten Biomoleküle wie beispielsweise Aminosäuren,
während Kalium lebensnotwendig ist zur Öffnung
und zum Schließen von Stomata.
Wie absorbieren Pflanzen zuverlässig Nährstoffe und große Mengen von
Wasser?
Die meisten Pflanzen beziehen Wasser und Mineralien
vom Boden, in dem sie verwurzelt sind.
Pflanzenwurzeln geben Wasserstoffionen und Kohlendioxid frei.
Kohlendioxid reagiert mit Wasser,
bildet ein Bikarbonat-Anion und zusätzliche Wasserstoffionen.
Die Wasserstoffionen binden sich an die negativ geladenen Bodenpartikel,
die positiv geladene Ionen,
wie beispielsweise Kalium, in die Bodenlösung freisetzen.
Dieser Prozess wird als Kationenaustausch bezeichnet
und macht für die Pflanze Nährstoffe verfügbar.
Die Wurzelarchitektur und Verzweigungsmuster
sind grundwichtig für effiziente Wasser- und Nährstoffaufnahme.
Zum Beispiel bildet die äußere Schicht von Zellen,
die in Kontakt ist mit dem Boden, winzige Wurzelhärchen.
Diese spezialisierten Zellen haben große Oberflächenbereiche,
die Wasser durch sowohl aktive als auch passive Prozesse absorbieren.
Zum Beispiel können Wasser und aufgelöste Nährstoffe
passiv in den Apoplat diffundieren,
der alle Zellwände und Räume zwischen den Zellen umfasst.
Der Raum innerhalb der Zellmembran
wird als Symplast bezeichnet.
Wasser tritt in den Symplast mittels Osmose über die Zellmembrane
ein, während Nährstoffe mittels aktivem Transport aufgenommen werden.
Sobald Wasser und Mineralien in den Symplast eindringen,
bewegen sie sich frei zum Zentrum der Wurzel
über Verbindungen zwischen den Zellen.
Wasser und Nährstoffe im Apoplast jedoch,
werden vom Eintritt in die Stele durch die casparischen
Streifen gehindert.
Vasparische Streifen sind Schichten von wasserundurchlässigem Suberin
in den Zellen der Epidermis, die die Stele umgeben.
Diese Strukturen hindern den Durchgang
potentiell unerwünschter oder toxischer Elemente.
Um in das Zentrum der Wurzel einzudringen
müssen alle gelösten Stoffe eine Plasmamembrane durchqueren.
Sobald sie in den Symplast eindringen, treten Wasser und Nährstoffe
in die Stele ein, die sie in alle Teile der Pflanze
verteilt, um deren grundlegende Rollen zu erfüllen.
Spezialisierte Gewebe in Pflanzenwurzeln haben sich entwickelt, um Wasser, Mineralien und einige Ionen aus dem Boden aufzunehmen. Wurzeln weisen eine…
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