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Transport und Logistik.

  • Transport und Logistik in den Pflanzen 1


    Jeder weiss das Pflanzen Wasser brauchen um zu überleben. Ohne Wasser wird die Pflanze schlapp und nach kurzer Zeit wird sie austrocknen und absterben. Auch ist bekannt, das die Pflanzen über die Wurzeln das Wasser aufnehmen und die Nährstoffe mit dem Wasser aus der Erde bei der Pflanze landen. Es sieht eigentlich alles ganz einfach und logisch aus, aber es ist eine komplizierte und komplexe Geschichte.


    Wenn wir die ganze Sache mal etwas genauer betrachten, sehen wir, das alle Klimafaktoren wie Licht, Lichtdauer, Luftfeuchtigkeit und Temperatur sehr eng mit dem Wässern zusammen hängen.



    Eine Pflanze besteht aus 3 Einheiten: Wurzeln, Stengel und Blatt


    Zusammengefasst funktioniert das Transportsystem wie folgt:
    Die Wurzeln nehmen das Wasser aus der Erde auf. Über die Stengel wird das Wasser und die darin enthaltenen Salze und Nitrate nach oben transportiert. In den Blättern werden die Nährsalze umgesetzt in neue Pflanzenteile. Das sind meistens grosse organische Moleküle, die überall in einer Pflanze gebraucht werden (z.B. ein Wachstumsstoff in den Wurzeln). Der Motor, der die Produktion in den Pflanzenbausteinen antreibt, ist die Photosynthese. (Text in the drawing: Wurzel, Stengel, Blätter/ Photosynthese, Produktion von neuen Pflanzenteilen, Wasser und Nährsalze)


    Wasser und aufgelöste Nährstoffe müssen konstant nach oben gebracht werden, und die in den Blättern produzierten Moleküle müssen nach unten. Wir haben es nicht nur mit dem Transport von Wasser und Salzen , sondern auch mit dem Transport von grossen organischen Stoffen zu tun. Wie das funktioniert und warum dort kein "Stau" entsteht, hören wir später. Wir beginnen mit den Wurzeln.


    Wassertransport in den Wurzeln
    Eine Wurzel hat verschiedene Funktionen. Neben der Aufnahme von Wasser sorgen sie für die Stabilität der Pflanze. Eine Wurzel muss im Gleichgewicht mit der überirdischen Pflanze selbständig wachsen (Synthese von neuen Wurzelteilen) und sie ist zum Teil verantwortlich für die Erhöhung von Reservestoffen. Ausserdem sind die Wurzeln Produktstellen von sehr speziellen Molekülen (z.B. von Nikotin in der Tabakpflanze). (Text in the drawing: Wurzelhaare, Seitenwurzeln, Primäre Wurzel)


    Der zentrale Zweig in einem Wurzelgebilde ist die primäre Wurzel, die sich beim Keimen des Samens in die Erde bohrt. Erst wenn die primäre Wurzel nach dem Keimen genügend Halt im Substrat gefunden hat und die Wasserversorgung gesichert ist, können die Keimblätter als erster Assimilationspunkt (Photosynthese) so schnell wie möglich in Richtung Licht ausgebracht werden.



    [align=center][Blockierte Grafik: http://www.nomercy.nl/images/growinfo/efoto3.jpg]


    Aus der primären Wurzel wachsen die Haarwurzeln, die für mehr Stabilität der Pflanze und für eine grössere Oberfläche nötig sind. Sowohl die primären Wurzeln als auch die Seitenwurzeln wachsen nur in eine Richtung, dadurch sorgen die zur Seite wachsenden Haarwurzeln für eine optimale Verankerung im Boden. Das Wurzelwachstum und das kurze Leben von Haarwurzeln
    Eine Wurzel wächst hauptsächlich an der Spitze. In der Nähe der neu geformten Zellen sitzt die Wurzeleinheit, die die Produktion der neuen Zellen steuert. Die Fabrikeinheit für das Wurzelwachstum.


    Hinter den Wachstumsstellen der Wurzeln werden neu produzierte Zellen verlängert (gestreckt). Danach folgt die Region mit den Wurzelhaaren, die nur ein kleiner Teil der ganzen Wurzel ist. Nur in der Haarwurzel-Region findet die Aufnahme von Wasser und Salzen statt.


    Da eine Wurzel konstant an der Spitze wächst, "verschiebt" sich auch die Region der Wurzelhaare mit nach vorn. Das bedeutet, das die Spitzen der Haarwurzeln stets aufs Neue ab- und aufgebaut werden müssen und sie nur einige Tage leben.


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  • Wassertransport in den Wurzeln
    Die Haarwurzeln haben eine sehr feine Struktur und sind von dünnen Wänden umgeben, wodurch Wasser und aufgelöste Stoffe sehr einfach passieren können. Der Widerstand für das Wasser ist hier minimal. Die fein verzweigte Struktur der Haarwurzeln vergrössert die Oberfläche der Wurzeln enorm. In Mitten der Wurzel befindet sich die "Autobahn" nach oben, der zentrale Zylinder. Dieses Stück bedeutet den grössten Widerstand für das Wasser, weil dort mehrere Membranen (Schleusen) passiert werden müssen. In der Region der Wurzelhaare verfügt die Pflanze über eine riesige freie Oberfläche, die in intensiven Kontakt mit der Umgebung steht.


    Deutlich erkennbar ist der enge Kontakt der Wurzelhaare und der Bodenpartikel. Die Aufnahme von Wasser ist kein aktiver Transport, aber zu vergleichen mit einem entzündeten Docht einer Öllampe, der das Öl ständig zum Verbrennungsort saugt (zur Flamme).


    Die Aufnahme von Wasser in den Wurzeln wird durch die Saugkraft der Wurzeln gesteuert. Diese Kraft muss geringer sein als die des Bodens (sonst würde das Wasser aus den Wurzeln nach draussen laufen. Bei trockenem Boden kann das auch passieren). Diese Saugkraft ist vom Widerstand des Wassers abhängig, die das Wasser beim Eindringen in die Wurzel überbrücken muss. Der Widerstand für das Wasser wird von der Temperatur des Bodens mitbestimmt. Das kommt, weil die Viskosität des Wassers (Trägheit) mit sinkenden Temperaturen zunimmt (das Wasser wird zähflüssiger). Wenn der Boden warm ist, bedeutet das einen kleinen Widerstand fürs Wasser und wenn er kalt ist, ist der Widerstand gross.


    Die zweite und grösste treibende Kraft der Wasseraufnahme ist die Transpiration (Verdampfung des Wassers über die Blätter). Wird viel Wasser verdampft, ist die Saugkraft der Wurzeln gross (wie ein Schwamm). Das Verdampfen des Wassers auf den Blättern hängt wiederum stark von der Luftfeuchtigkeit (geringe Luftfeuchtigkeit = viel Verdampfung, und umgekehrt) und von der Lufttemperatur (niedrige Temperatur = wenig Verdampfung, und umgekehrt) in der Umgebung der Pflanzen ab.

    Die folgende Zeichnung zeigt ein Experiment, das beweist, das die Transpiration der Blätter eine saugende Kraft (negativer Wasserdruck) bewirken, die sogar höher als der normale Luftdruck ist.


    Demonstration der Saugkraft, die nur durch die Transpiration von Wasser über die Blätter erreicht wird. Die Pflanze kann die Quecksilbersäule in den Kapillaren höher ziehen, als es der Luftdruck in einem Barometer kann. Dieses Experiment beweisst, das die Transpiration die treibende Kraft für die Wasseraufnahme in den Wurzeln ist.


    Pflanzen können Wasserstress bekommen.
    Wenn der Boden eine niedrige Temperatur hat und die Luftfeuchtigkeit auch gering ist, verdampft viel Wasser über die Blätter. Die Wurzeln sind aber nicht in der Lage genügend Wasser in die Blätter zu bringen, weil durch die Kälte des Bodens der Wasserwiderstand zu hoch ist. Krankheitsbilder sind dann schlappe oder verwelkte Blätter bei nassem Boden und Wurzelfäule und Schimmelkrankheiten werden rasch folgen.


    Das Pflanzenmedium darf nicht auf Dauer zu nass oder zu trocken sein
    Eine Pflanze kann nicht aktiv Wasser aufnehmen und NIEMALS mehr, als über die Blätter verdampft wird. Wir können also nicht "auf Vorrat" giessen. Deshalb muss Topferde in der Lage sein, Wasser teilweise zu speichern und festzuhalten (z.B. durch Zugabe von Perlite). Dadurch wird eine Wasserpuffer-Kapazität erreicht. Hydrosysteme lassen weniger, aber dafür öfter Wasser auf das Medium tropfen und imitieren so den Wasserpuffer (nicht zu nass und nicht zu trocken). Das Pflanzenmedium muss über genügend Festigkeit verfügen, um die Stützwurzeln optimal zu verankern, aber auch luftig genug sein, um die Wurzelleitungen durchdringen zu lassen.

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