Pflanzlicher Transport Mindmap

Das Thema verstehen

Pflanzen transportieren Wasser und Mineralstoffe vom Wurzelwerk in die Blätter sowie Assimilate wie Saccharose von der Quelle zum Senk. Dafür nutzen sie zwei Leitungssysteme: das Xylem mit toten, verholzten Gefäßen und das Phloem mit lebenden Siebröhren und Geleitzellen. Der Wasserfluss entsteht vor allem durch Transpiration und Kohäsion, der Phloemtransport durch Druckströmung zwischen Beladung und Entladung.

Xylem und Phloem im Vergleich
Das Xylem leitet Wasser und gelöste Mineralstoffe nur von den Wurzeln nach oben in die Blätter. Seine Leitzellen sind bei Reife tot, enthalten also kein Protoplasma mehr, und sind durch Lignin so versteift, dass sie zugleich der Pflanze Halt geben. Das Phloem transportiert dagegen organische Stoffe, vor allem Saccharose, in beide Richtungen: von der Quelle, etwa einem fotosynthetisch aktiven Blatt, zum Senk wie Wurzeln, Früchten oder Speichergeweben. Die Siebröhrenzellen bleiben lebend, haben aber keinen Zellkern mehr und sind auf Geleitzellen angewiesen, die Stoffwechsel und Beladung übernehmen. Beide Systeme liegen gemeinsam in Leitbündeln, die bei Dikotyledonen ringförmig angeordnet sind.

Der Kohäsions-Sog-Mechanismus
Wasser steigt im Xylem ohne Pumpe in die Höhe. Ausgangspunkt ist die Verdunstung in den Blattinterzellularen: Wasserdiffundiert durch die offenen Stomata nach außen, wodurch in den Mesophyllzellen ein negativer Druck entsteht. Wegen der Kohäsion zwischen den Wassermolekülen und ihrer Adhäsion an die hydrophilen Gefäßwände bildet der Wassersäulenfaden ein zusammenhängendes Netz, das wie eine Kette nachgezogen wird. Der Wurzeldruck liefert vor allem nachts einen kleineren Zusatzschub und kann bei hoher Luftfeuchtigkeit Guttation erzeugen. Der Mechanismus funktioniert nur, weil die Wasserstoffbrückenbindungen die Säule zusammenhalten; Luftblasen (Embolien) können den Fluss in einzelnen Gefäßen unterbrechen.

Druckströmung im Phloem
Der Phloemtransport folgt dem Münchschen Druckströmungsmodell. An der Quelle wird Saccharose aktiv, also unter ATP-Verbrauch, in die Siebröhren eingelagert. Dadurch sinkt dort das Wasserpotenzial, Wasser strömt osmotisch aus dem Xylem nach, und es entsteht hoher Druck. Am Senk wird die Saccharose entladen oder in Stärke umgewandelt, Wasser verlässt die Siebröhren, und der Druck sinkt. Die Druckdifferenz schiebt die Siebröhrenflüssigkeit zur Senkstelle. Da Beladung und Entladung lokal variieren können, ändert sich die Flussrichtung je nach Jahreszeit oder Entwicklungsstadium, etwa beim Frühjahrssaft aus Speicherwurzeln in die Knospen.

Regulation der Stomata
Die Schließzellen regulieren den Kompromiss zwischen CO2-Aufnahme für die Photosynthese und Wasserverlust durch Transpiration. Bei Licht und ausreichend Wasser aktivieren die Schließzellen Protonenpumpen, Kalium strömt ein, das Wasserpotenzial sinkt, und die Zellen dehnen sich aus, wodurch sich die Stomata öffnen. Bei Wassermangel bildet die Pflanze das Hormon Abscisinsäure, das die Schließzellen Kalium verlieren lässt und die Spalten schließt. Xerophyten wie Wüstenpflanzen verstärken diesen Schutz durch eingesenkte Stomata, Wachs- und Behaarungsschichten oder reduzierte Blätter, was die Transpiration weiter senkt, aber meist auch die Photosyntheserate begrenzt.