1.1.4.2 Aufnahme durch die Wurzel

Die Anatomie der Wurzel haben wir auf der Seite bs12-5 und -6 besprochen. Nun wollen wir uns die Aufnahme von Wasser und Salzen durch die Wurzel genauer ansehen.

In Abb. 9 sind noch einmal im Überblick die wichtigsten Wurzelstrukturen dargestellt. Die Wurzel nimmt Salze und Wasser aus dem Boden auf.

Das Wasser aus dem Boden kann auf 2 Wegen in die Wurzel eindringen:

• Diffusion durch die Interzellularen (Apoplast)
• Osmose durch die Wurzelrinde (Symplast)

Dies ist in der nachfolgenden Abbildung 10 dargestellt.

Beim osmotischen Weg dringt Wasser in die Wurzelhaare ein und wird über die Plasmodesmen (= plasmadurchzogene Verbindungskanäle zwischen den Pflanzenzellen) in die einzelnen Wurzelrindenzellen weitergegeben.

Voraussetzung dazu ist ein jeweils höhere osmotische Salzkonzentration der Wurzelrindenzellen. Sie ist in den Endodermiszellen am höchsten. Auf diese Weise gelangen Wasser und die darin gelösten Salze bis zur Endodermis. Im Zentralzylinder ist im Vergleich zur Endodermis ein niedrigeres Wasserpotential. Deshalb kann Wasser osmotisch nicht von der Endodermis in den Zentralzylinder.

Die Endodermiszellen sind noch zusätzlich durch den Casparyschen Streifen ( besteht aus Holz und Suberin = Wachs) radial imprägniert, d.h. alles eingedrungene Wasser muß durch den Protoplasten der Endodermiszellen.

Die Endodermis der Wurzel kontrolliert somit die Stoffaufnahme in die Pflanze.

Die Endodermiszellen pumpen nun unter Energieaufwand (ATP) Ionen in das Perizykel. Daraufhin folgt das Wasser passiv nach. (siehe Wurzeldruck).

1.1.4.2.1 Aufnahme der Mineralstoffe aus dem Boden

Wie zuvor erwähnt, nimmt die osmotische Konzentration der Wurzelzellen zum Zentralzylinder hin zu. Dies bedeutet, daß die Ionen nicht osmotisch in die Zellen gelangen können. Weiterhin sind Ionen größtenteils nicht frei gelöst im Bodenwasser. Sie sind an die Bodenteilchen adsorbiert (angelagert).

Was ist überhaupt Boden? Diese Frage wollen wir nachfolgend klären.

Boden besteht aus verwittertem, zersetztem Gestein und Fels, gemischt mit Luft und Wasser. Im Durchschnitt kommen die chemischen Elemente wie in Abb. 13 vor. Ein normales Bodenprofil ist in Abb. 12 dargestellt.
Dabei ist die Krume (A) die Vegetationsschicht, in der hauptsächlich Pflanzen wachsen.

Sie besteht aus Humus. Der Unterboden (B) enthält weniger Nährstoffe und der Untergrund (C) besteht aus unverwittertem Ausgangsgestein oder Sand.

Man kann bezüglich des Pflanzenwachstums unterschiedlich fruchtbare Bodentypen unterscheiden.

Eigenschaften einiger Bodenbestandteile:

Sand	große Teilchen (0,06 - 2 mm), hohe Wasserdurchlässigkeit, geringes Nährstoffhaltevermögen, gute Durchlüftung und Erwärmung, gute Durchwurzelbarkeit
Ton	kleine Teilchen (< 0,002 mm), geringe Wasserdurchlässigkeit, hoher Nährstoffgehalt, schlechte Durchlüftung, eingeschränkte Durchwurzelbarkeit
Humus	Krümelstruktur aus Bodenkolloiden <0,002 mm, hoher Nährstoffgehalt, hohes Wasserhaltevermögen, gute Durchlässigkeit, gute Durchwurzelbarkeit

Lehm = Gemisch aus Sand und Ton.
Als Hauptbodenarten stellt man je nach Anteil der Bodenbestandteile Sandböden, Tonböden, Lehmböden, Humusböden, Lößböden und Kalkböden gegenüber.

Einige Bodentypen:

Lößlehm Eigenschaften von Sand- und Tonböden; gut für alle Kulturpflanzen	Braunerde humos, krümelig, meist Waldböden

Die fruchtbarsten Böden haben Krümelstruktur (Schwarzerde, Gartenerde, Humus). Die Krümelstruktur entsteht durch Aggregate von Bodenkolloiden. Bei Ton bestehen diese aus anorganischen Teilchen bei Humus aus organischen Teilchen (Huminsäuren). Sie sind hauptsächlich an ihrer Oberfläche negativ geladen.

Die negativen Ladungen entstehen z. B. durch Abdissoziieren von H⁺-Ionen in die Bodenlösung. Diese negative Ladung hat für die Pflanze wesentliche Bedeutung. Folge ist, daß Kationen wie Ca²⁺, K⁺, Mg²⁺ an die Bodenkolloide adsorbiert werden und somit im Boden festgehalten werden. Anionen wie z.B. NO^3- können somit weniger in Böden festgehalten werden und unterliegen größerer Auswaschung. Mehrwertige Ionen können die Kolloide verbinden.
sssss Die Ionenadsorption (=Anlagerung) an die Bodenkolloide bedeutet, daß die Pflanzen die Mineralstoffe des Bodens ablösen muß. Dies geschieht durch Ionenaustausch (aktiver Transport). Pflanzen geben HCO^3--Ionen an den Boden ab, sodaß Anionen ausgetauscht werden können. Zum Kationenaustausch werden H⁺-Ionen abgegeben. Die Hauptnährionen sind nur bis ca. pH 5 im Boden verfügbar.

Die Ionenaufnahme aus dem Boden ist ein energieverbrauchender Vorgang.

Zwischen den Bodenkolloiden befindet sich die Bodenlösung. Aufgrund der Fähigkeit von Wasser, Wasserstoffbrücken zu bilden, besitzen die Bodenkolloide Hydrathüllen. Das für Pflanzen verfügbare Wasser befindet sich im weiteren Umfeld der Kolloide (Kapillarwasser).

Wichtige Mineralstoffe für Pflanzen

Alle 90 natürlich vorkommenden Elemente findet man in pflanzlichen Geweben, 16 davon sind für Pflanzen essentiell (= lebensnotwendig).

Man unterscheidet zwischen essentiellen mineralischen, wünschenswerten und essentiellen nichtmineralischen Elementen. Diese sind in der nachfolgenden Tafel aufgeführt:

Ebenfalls wird zwischen Elementen unterschieden, die in großen Mengen oder Spuren benötigt werden:

• Makroelemente, (Mengenelemente): N, K, Ca, Mg, P, und S
• Mikroelemente (Spurenelemente): Cl, Fe, B, Mn, Zn, Cu, und Mo

Die Mengenelemente werden z. B. zur Synthese von Aminosäuren (N, S) oder ATP (P) und als Zentralatom für Chlorophyll (Mg), die Spurenelemente z.B. als Kofaktoren für Enzyme (Zn) oder als Zentralatome wichtiger Proteine (Cu, Fe) benötigt.

Das Pflanzenwachstum wird durch das Gesetz vom Minimum ( Liebig) bestimmt:

Bei längeren Defiziten ergeben sich Mangelerscheinungen. Nachfolgend sind einige Mangelerscheinungen beim Mais zu sehen: