Wie eine Pflanze wächst




Diese Ausarbeitung wurde für einen wissenschaftlichen Schülerkongress (MINT) am Schülerforschungszentrum Nordhessen erstellt. Es ging dabei um eine kurz gehaltene Darstellung über das Zusammenspiel von Pflanzenzellen beim Wachstum einer zweiblättrigen Pflanze.

Die Kursteilnehmer sind zwischen 10 und 12 Jahre alt und sollen unter anderem auch für die Mikroskopie begeistert werden.



Die Funktion einer Pflanze wird dabei wie der Produktionsablauf in einer Fabrik beschrieben, in der jede Abteilung eine wichtige Aufgabe hat, was letztendlich zu Wachstum und Blüte führt. ;)








Hier sehen wir, anhand eines selbst gebauten Modells, wie die Zellen in einem Pflanzenstiel angeordnet sind und wie das Innere eines Pflanzenstiels aussehen könnte. Es ist in Wirklichkeit nicht ganz so einfach, erfüllt aber den Zweck eines ersten Eindrucks von der Anordnung der Versorgungsadern ( Bild 3 und 4). In diesen Versorgungsadern sind die Pflanzenzellen in etwa so angeordnet wie im ersten und zweiten Bild dargestellt. Mit Reagenzgläsern, die in ein passendes Glas eingebaut wurden, einer Kaffeedose und vielen bunten Plastikhalmen wurde das Modell realisiert.




Wachstumsablauf am Beispiel einer Pflanze mit zwei Keimblättern


Pflanzen wachsen an den Trieb- und Wurzelspitzen in die Länge. Hier teilen sich fortlaufend Zellen, die sich später strecken und so zusätzlich das Längenwachstum von Wurzel und Spross beschleunigen. Dabei werden Spross und Wurzel auch dicker. An diesem sekundären Dickenwachstum sind verschiedene Strukturen beteiligt:

Die Pflanzenwurzeln beginnen schon wenige Millimeter hinter der Wurzelhaube Zellen auszubilden, die das Längenwachstum der Wurzel immens beschleunigen und die Wurzel nach unten treiben. Darüber befindet sich der Bereich der Wachstumszone, in der auch Zellen gebildet werden, die in die entgegengesetzte Richtung treiben. Der Wachstumszone folgt die Streckungszone. Am Ende der Streckungszone bilden sich neue Zellstrukturen. Diese Zellen entwickeln sich weiter und nehmen dann mehr und mehr, funktionelle Eigenschaften an.

Der erste Spross entsteht und die Pflanze treibt dem Licht entgegen.






 

Ein Pflanzenschnitt durch den Sproß eines Knöterichs musste zur Erläuterung des folgenden Textes herhalten.



Die hellen Röhren des jungen Xylems nehmen Wasser aus der Wurzel auf und befördern es nach oben. Dabei werden die von der Wurzel aufgenommenen Nährsalze mitgeführt und als Nährstoffe den benachbarten Zellen angeboten. Diese verwenden nur die Stoffe, die sie im momentanen Entwicklungsstand der Pflanze benötigen.

Pflanzen nehmen bei der Atmung keinen Sauerstoff, sondern Kohlenstoffdioxid auf. Wenn Kohlenstoffdioxid durch die Spaltöffnungen in den Blättern aufgenommen wird, kommt es mit dem aufgesaugten Wasser der Pflanze in Berührung. Dabei wird das Kohlenstoffdioxid in Stärke und Zucker umgewandelt. Diese Umwandlung bezeichnet man als Photosynthese.

Nachts ist es umgekehrt:
    
Die dicken Röhren der Tracheen leiten nachts nur kleine Mengen Wasser und Mineralien in die Pflanzenteile, wenn die Pflanze ruht. Dadurch kann aber Kohlenstoffdioxid nicht in Stärke und Zucker umgewandelt werden. Stärke und Zucker, die die Pflanze tagsüber gespeichert hat, werden deshalb nachts verarbeitet. Dabei wird jetzt der Sauerstoff aus der Luft verwendet, der durch die Spaltöffnungen der Blätter aufgenommen wird.

Das Kambium ist die Wachstumsschicht die hauptsächlich das Dickenwachstum der Pflanze vorantreibt. Das wird von dem darüber liegenden Phloem gesteuert.Das Kambium bildet nach außen Bast und nach innen Holz.

Durch das Phloem werden die bei der Fotosynthese gebildeten Nährstoffe zu den Orten transportiert, an denen sie benötigt werden.

Im Verlauf des Dickenwachstums beim Knöterich wird der Sklerenchymring durch die neu gebildeten Xylem- und Phloemzellen gesprengt. Auch die jetzt noch geschlossene Epidermis wird abblättern und dem Phellem (Kork) als abschließender Zellschicht Platz machen.

Schön zu sehen ist eine Siebplatte im Phloem. Siebröhren und Geleitzellen sind hier leider nicht auf den ersten Blick zu unterscheiden.

Im weiteren Verlauf des Wachstums bilden sich dann Blätter und Seitentriebe. Die Zellen der Pflanze sind einem andauernden Wachstum und einem Wandel unterworfen, der aber in seiner Grundstruktur erhalten bleibt.

Das Phloem ist aber auch das „Hauptnervenzentrum“ einer Pflanze. Hier werden nach neuesten Erkenntnissen, Makromoleküle und minimale elektrische Impulse an Pflanzenzellen und Röhren weiter geleitet. Diese Impulse sind es, die die unterschiedlichsten Reaktionen in den Zellen anregen. Man nennt das systemische Kommunikation.






 



Ein sehr schönes Beispiel dafür findet man bei einer Mimose. Berührt man diese Pflanze, klappt sie schlagartig ihre Blätter ein und zieht sich zusammen. Die Impulse lösen eine Änderung des osmotischen Zellendrucks in den Gelenkzellen der Mimose aus. Die elektrischen Impulse die die Pflanze in den Phloem-Röhren aufbaut, werden durch chemische Reaktionen innerhalb der Zellen erzeugt.










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