Erläutern Sie das Wasserpotentialkonzept am Beispiel einer pflanzlichen Zelle! Wie lassen sich die Stadien der Plasmolyse (Abb. 9.2a) den Punkten im abgewandelten Höfler-Diagramm (Abb. 9.2b) zuordnen?
Der Zusammenhang zwischen Wasserpotential Ψ osmotischem Potential Ψπ und Druckpotential Ψp auf Ebene einer pflanzlichen Zelle wird durch die (vereinfachte) Wasserpotentialgleichung wiedergegeben: Ψ = Ψπ + Ψp.
Ist das Außenmedium hypotonisch, d.h. ist sein Wasserpotential höher als das der Pflanzenzelle (genauer: der wässrigen Lösung in der Vakuole) nimmt die Zelle aus einem solchen Außenmedium Wasser auf und an der Zellwand baut sich ein elastischer Gegendruck (Turgor) auf. Dies geschieht so lange bis die Summe aus Ψp (Turgor, positiv) und Ψπ (negativ) der Zelle Ψπ der Außenlösung gleicht. Der Protoplast ist in diesem voll turgeszenten Zustand an die Zellwand gepresst ( Ψ der Zelle entspricht Ψπ der Außenlösung). Ist die Außenlösung zur Zelle isotonisch, Ψπ (außen) = Ψ (innen), stellt sich das Gleichgewicht so ein, dass der Turgor Null ist ( Ψp = 0). Ohne die Druckkomponente wird das Wasserpotential in der Zelle, wie das des Außenmediums, ausschließlich vom osmotischen Potential bestimmt. Dies entspricht dem Stadium der Grenzplasmolyse, d.h. an einigen Stellen beginnt sich der Protoplast, sichtbar als Protoplasmaschlauch, geringfügig von der Zellwand zu lösen.
Bringt man die Zelle in ein hypertonisches Medium, Ψπ (außen) < Ψπ (innen), verliert sie Wasser an das Außenmedium, bis wieder gilt: Ψπ (außen) = Ψπ (innen) und somit Ψ (außen) = Ψ (innen), da Ψp = 0. Es kommt zur Plasmolyse, d.h. das Vakuolenvolumen verringert sich und der Protoplast beginnt sich von der Zellwand zu lösen. Der Protoplast wird teilweise oder ganz von der Zellwand abgelöst. Bei starker Wandhaftung kommt es zur "Krampfplasmolyse", wobei der Protoplast an einigen Stellen fadenförmig mit der Zellwand verbunden bleibt (sog. Hecht'sche Fäden).
Wovon ist die Nährstoffverfügbarkeit von Ionen im Boden abhängig?
Die Richtung eines Wasserflusses folgt immer der Richtung eines Wasserpotentialgradienten. Der Gradient des Druckpotentials ΔΨ.p muss also größer sein als der umgekehrte Gradient des osmotischen Potentials ΔΨπ , Ψ damit (Lösung) > Ψ (reines Wasser). Auf das Wasser mit den gelösten Schadstoffen muss also ein entsprechend großer Druck ausgeübt werden, damit ein Gradient des Gesamtwasserpotentials in Richtung des reinen Wassers entsteht. Bei der Pfeffer´schen Zelle müsste entsprechend Ψπ (A) erhöht werden, also z.B. über einen Stempel im Steigrohr Druck auf die Lösung im Kompartiment A ausgeübt werden.
Trockene Samen nehmen nach Niederschlägen Wasser auf und können dabei ihr Volumen beträchtlich vergrößern. Dabei können enorme Kräfte wirken, die in manchen Fällen sogar Gestein "sprengen". Welcher physikalische Vorgang findet statt ?
Der trockene Samen nimmt Wasser durch Quellung auf. Für den treibenden Wasserpotentialgradienten sorgt das sehr negative Matrixpotential Ψ der quellbaren Bestandteile des Samens.
Von welchen Faktoren wird die Wasseraufnahme einer Pflanze aus dem Boden über die Wurzel bestimmt?
Die Wasseraufnahme ist proportional zur absorbierenden Wurzeloberfläche · ΔΨWurzel-Boden und umgekehrt proportional zur Summe der Transportwiderstände.
Beschreiben Sie den Weg des Wassers durch die Pflanze vom Wurzelhaar bis zur Spaltöffnung! Was ist die treibende Kraft des Wasserflusses durch eine Pflanze?
Eintritt in die Wurzel: Diffusion symplastisch oder apoplastisch bis zur Endodermis, dort vorübergehender obligater Eintritt in den Symplasten. Eintritt in das Lumen der Xylemgefäße im Zentralzylinder (Apoplast), Massenfluss durch die Leitelemente des Xylems (Langstreckentransport) bis ins Blatt, symplastischer oder apoplastischer Mittelstreckentransport durch das Mesophyll, Übergang zu Wasserdampf durch Evaporation von der Außenwand einer Mesophyllzelle in die Interzellularen, Transpiration: Austritt durch die Stomata und durch die Grenzschicht in die Atmosphäre als Wasserdampf. Treibende Kraft ist das Wasserpotentialgefälle vom Boden über Wurzel/Sprossachse/Blatt bis zur Atmosphäre.
Welche anatomischen und biochemischen Anpassungen können Pflanzen helfen, Wasser zu sparen?
anatomisch: v.a. durch den xerophytischen Blattbau (dicke, harte Cuticula, geringe Stomatadichte, eingesenkte Stomata), Minimierung der transpirierenden Oberfläche (reduzierte Blätter, Kugel- und Säulenformen). biochemisch: durch den C4-Weg und CAM: Erhöhung des Wassernutzungskoeffizienten (WUE).
Woraus besteht die Grenzschicht?
Die Grenzschicht besteht aus unbewegter Luft, die mit zunehmender Nähe zur Blattoberfläche mit Wasserdampf angereichert ist und daher den H2O-Gaswechsel (Transpiration) behindert.
Wie beeinflusst Wind die Transpirationsrate?
Je stärker der Wind, desto dünner wird die Grenzschicht und desto geringer der Grenzschichtwiderstand. Mit zunehmendem Wind bei ansonsten unveränderten Bedingungen wird die Transpiration zunehmen.
Wie kommt Stärke vom Blatt einer Kartoffelpflanze in die Kartoffelknolle? Beschreiben Sie den Transportweg!
Grundsätzlich: Stärke kann nie als solche vom Blatt in die Kartoffelknolle transportiert werden!! Stichworte: transitorische Stärke in den Chloroplasten → Abbau zur Triose → Export ins Cytoplasma via Phosphat-Carrier → Synthese der Transportform Saccharose im Cytoplasma → Mittelstreckentransport zu den Siebelementen → Phloem-Loading → Phloemtransport → Phloem-Unloading → Spaltung der Saccharose schon im Apoplasten → Stärkesynthese und -speicherung im Amyloplasten.
Wodurch wird die Richtung des Massenstroms beim Phloemtransport bestimmt?
Durch den Verbrauch des oder der "Sinks", d.h. der assimilatbedürftigen Gewebe.
