Wassertransport in der Pflanze / Wasser- und Ionenaufnahme in die Pflanze [Biologie, Oberstufe]
Summary
TLDRIn diesem Video wird erklärt, wie Pflanzen Wasser über ihre Wurzeln aufnehmen und es durch die Pflanze transportieren. Wasser spielt eine zentrale Rolle bei der Fotosynthese und dem Transport von Mineralstoffen. Der Prozess der Wasseraufnahme erfolgt passiv über Diffusion und Osmose, während die Ionenaufnahme aktiv unter Energieaufwand geschieht. Ein wichtiger Mechanismus ist das sogenannte Wasserpotenzial, das den Wassertransport bestimmt. Der Transpirationssog und die Kohäsionskraft ermöglichen es, dass Wasser in großen Bäumen bis zu den Blättern transportiert wird. Dieser Prozess ist für die Stabilität und das Überleben der Pflanze essenziell.
Takeaways
- 💧 Pflanzen benötigen Wasser für viele Prozesse wie Fotosynthese, Mineralstofftransport, Kühlung und Aufrechterhaltung des Turgordrucks.
- 🌳 Ein hoher Ahornbaum kann in einer Stunde 250 Liter Wasser durch Transpiration verlieren.
- 🍃 Die Wurzeln und Wurzelhaare sind für den Wasser- und Mineralstoffaufnahme von entscheidender Bedeutung.
- 🚫 Die Aufnahme von Ionen in die Wurzelzellen ist aktiv und erfordert Energie, im Gegensatz zur passiven Wasseraufnahme.
- 🔄 Die Zellmembran der Wurzelhaare ist selektivpermeabel und reguliert den Transport von Wasser und Ionen.
- 💧 Der Wassertransport in der Pflanze ist von der Diffusion und Osmose abhängig und folgt dem Konzentrationsgradienten.
- 🌿 Pflanzen können den Wasserverlust durch erhöhte Konzentration von gelösten Stoffen in der Zelle kompensieren.
- 🚫 Die Aufnahme von Ionen und Mineralstoffen ist ein aktiver Prozess, der Energie und spezielle Proteine benötigt.
- 🌱 Der Transport von Wasser und Ionen kann sowohl durch den Simplast (Zellinnenraum) als auch den Apoplast (Zellaußenraum) erfolgen.
- 🌳 Die Transpiration ist der Prozess, der zur Saugspannung im Xylem führt und Wasser aus den Wurzeln in die Blätter pumpt.
- 🔗 Die Kohäsion der Wassermoleküle ist ein zentraler Faktor für den Wassertransport in den Pflanzen.
Q & A
Wie ist die Bedeutung von Wasser für Pflanzen?
-Wasser ist für Pflanzen von immenser Bedeutung, da es für die Fotosynthese, das Transportieren von Mineralstoffen, das Kühlen der Pflanze und den Aufbau von Turgor für Stabilisierung notwendig ist.
Wieviele Liter Wasser verliert ein Ahornbaum an einem wolkenlosen Sommertag pro Stunde?
-Ein Ahornbaum verliert an einem wolkenlosen Sommertag 250 Liter Wasser pro Stunde.
Wie wird Wasser von Pflanzen aus der Erde aufgenommen?
-Pflanzen nehmen Wasser und Mineralstoffe aus dem Boden über ihre Wurzeln auf, insbesondere über die Zellen der Wurzelhaare.
Wie erfolgt der Transport von Wasser und Ionen in die Pflanze?
-Wasser wird passiv über Vorgänge wie Diffusion und Osmose aufgenommen, während die Aufnahme von Ionen aktiv und mit Energie verbunden ist.
Was ist der Unterschied zwischen der Wasseraufnahme und der Aufnahme von Ionen durch die Wurzelzelle?
-Die Wasseraufnahme ist passiv und ohne Energieaufwand, während die Aufnahme von Ionen aktiv und mit einem Energieaufwand verbunden ist.
Wie funktioniert der Transport von Wasser in der Pflanze?
-Der Transport von Wasser in der Pflanze erfolgt durch Diffusion entlang des Konzentrationsgradienten von außen nach innen.
Was ist das Wasserpotential und wie beeinflusst es den Wassertransport?
-Das Wasserpotential ist eine Messgröße für die Bewegung von Wassermolekülen im Folge von Druck- und Konzentrationsunterschieden zwischen einer Zelle und ihrer Umgebung.
Wie wird der Konzentrationsunterschied von gelösten Stoffen, wie Glukose, im Zusammenhang mit dem Wassertransport in Pflanzen erklärt?
-Wasser diffundiert immer ins hypertonische Medium, also in Richtung des Ortes, wo gelöste Stoffe wie Glukose höher konzentriert sind.
Was sind die zwei Wege, wie Wasser und Ionen in die Pflanze transportiert werden können?
-Wasser und Ionen können entweder über den Symplast (Zellinnenraum) oder den Apoplast (Zellaußenraum) transportiert werden.
Wie erklären Pflanzenwissenschaftler heute den Aufstieg von Wasser in hohen Bäumen?
-Heute wird der Aufstieg von Wasser in hohen Bäumen durch den Transpirationssog und die Kohäsion der Wassermoleküle im Xylem erklärt.
Was ist die Transpiration und wie beeinflusst sie den Wassertransport in Pflanzen?
-Transpiration ist der Prozess des Wasserdampfes, der aus den Blättern in die Außenluft entweicht. Diese Verluste führen zu einer Saugspannung, die Wasser aus dem Boden in die Pflanze zieht.
Outlines
🌳 Wasseraufnahme und -transport bei Pflanzen
Dieses Video erkundet, wie Pflanzen Wasser über ihre Wurzeln aufnehmen und transportieren. Wasser ist für die Fotosynthese, das Transportieren von Mineralstoffen, das Kühlen der Pflanzen und die Stabilisierung durch Turgordruck unerlässlich. Der Wasserverlust von Pflanzen, wie z.B. einem Ahornbaum, wird durch die Wurzeln kompensiert, die Wasser aufnehmen und es 16 Meter hoch in die Blätter transportieren. Die Wurzelhaare sind für die Aufnahme von Wasser und Ionen verantwortlich, wobei die Aufnahme von Wasser passiv und die von Ionen aktiv ist. Die Bewegungsrichtung des Wassers wird durch Konzentrationsunterschiede bestimmt, und Pflanzen können den Wasserverlust verhindern, indem sie die Konzentration an gelösten Stoffen in den Zellen erhöhen.
💧 Die Rolle von Konzentration und Wasserpotenzial bei der Wasseraufnahme
Der zweite Absatz erklärt, wie Wasser in Pflanzenzellen aufgenommen wird und wie die Konzentration von gelösten Stoffen, wie Glukose, die Diffusion von Wasser in die Zellen beeinflusst. Wenn der Boden sehr trocken ist, kann die Pflanze die Konzentration an gelösten Stoffen in der Zelle erhöhen, um das Wasserpotential zu verringern und so die Aufnahme von Wasser zu fördern. Der Absatz behandelt auch die Aufnahme von Ionen und anderen Mineralstoffen, die aktiv und mit Energieaufwand verbunden ist. Es wird auch auf die verschiedenen Wege hingewiesen, die Wasser und Ionen in die Pflanzenzelle einschlagen können, entweder durch den Sim-Klassen-Transport oder den Apoplasten-Transport.
🌱 Transpiration und der Transport von Wasser in Pflanzen
In diesem letzten Absatz wird das Transpirations-Spannungs-Mechanismus erläutert, der für den Transport von Wasser in Pflanzen verantwortlich ist. Es wird erklärt, dass Wasserdampf aus den Blättern durch Transpiration in die Atmosphäre diffundiert und dadurch eine Saugspannung entsteht, die Wasser aus dem Blattadern in die Pflanze zieht. Die Kohäsionskraft der Wassermoleküle trägt dazu bei, die Saugspannung über die gesamte Wassersäule zu übertragen. Der Absatz betont, dass dieser Mechanismus die Wasserleitung in Pflanzen ermöglicht, unabhängig von der Höhe des Baumes.
Mindmap
Keywords
💡Wasseraufnahme
💡Diffusion
💡Osmose
💡Wasserpotential
💡Transpiration
💡Kohäsion
💡Xylem
💡Wurzeldruck
💡Plasmodesmen
💡Simplast und Apoplast
Highlights
Wasser ist für Pflanzen essenziell, nicht nur für die Photosynthese, sondern auch als Lösungsmittel und zur Kühlung.
Pflanzen können an einem wolkenlosen Sommertag bis zu 250 Liter Wasser pro Stunde verlieren, was durch Wasseraufnahme über die Wurzeln kompensiert wird.
Die Wurzelhaarzellen ermöglichen eine effiziente Wasseraufnahme durch ihre große Oberfläche.
Wasser wird passiv durch Diffusion und Osmose aufgenommen, während die Aufnahme von Ionen aktiv unter Energieaufwand erfolgt.
Die Zellmembran der Wurzelhaare ist selektiv permeabel und erlaubt nur bestimmten Stoffen wie Wasser den Zutritt.
Die Bewegung des Wassers erfolgt aufgrund von Konzentrationsunterschieden und dem Wasserpotenzial, das sich aus Druck- und Konzentrationsunterschieden ergibt.
Wasser diffundiert immer in das hypertonische Medium, also in die Zellen mit einer höheren Konzentration an gelösten Stoffen.
Bei Trockenheit kann die Pflanze durch Erhöhung der gelösten Stoffe in den Zellen die Wasseraufnahme fördern.
Ionen werden entgegen ihres Konzentrationsgradienten aktiv in die Pflanzenzellen transportiert, was Energie erfordert.
Der Transport von Wasser und Ionen kann über den Symplasten (Zellinneres) oder den Apoplasten (Zellzwischenräume) erfolgen.
Der Kaspary-Streifen in den Wurzeln verhindert, dass Wasser und Ionen ungehindert in den Zentralzylinder gelangen.
Der Wassertransport im Xylem erfolgt über den Transpirationssog, der durch die Verdunstung aus den Blättern entsteht.
Die Kohäsionskraft der Wassermoleküle sorgt dafür, dass der Transpirationssog auf die gesamte Wassersäule im Baum wirkt.
Die Wassersäule im Baum wird durch die Saugspannung und die Kohäsionskräfte von den Wurzeln bis in die Blätter transportiert.
Der Transpirations-Sog-Mechanismus ist der zentrale Prozess, der den Wassertransport in Pflanzen ermöglicht.
Transcripts
[Musik]
in diesem Video werden wir der Frage
nachgehen wie Pflanzen Wasser über ihre
Wurzeln aufnehmen und wieder
Wassertransport in der Pflanze erfolgt
Wasser ist von immenser Bedeutung für
die Pflanzen für die Fotosynthese in den
Blättern ist neben der Solarstrahlung
der Sonne auch Wasser notwendig außerdem
fungiert es als Lösungsmittel mit dem
Wasser werden wichtige für die Pflanzen
benötigte Mineralstoffe mit
transportiert aber auch zum Kühlen der
Pflanze sowie zum Aufbau und aufrecht
Erhaltung eines Innendrucks mit dem
sogenannten Turgor zur Stabilisation der
Pflanze ist das Vorhandensein von Wasser
essentiell
der Wassertransport ist dabei an eine
enorme Leistungsfähigkeit der Pflanze
geknüpft die man sich einmal vor Augen
führen muss in etwa 16 Meter hoher
Ahornbaum besitzt schätzungsweise
200.000 Blätter mit einer
Gesamtoberfläche von ca 800
Quadratmetern ca die Größe eines
Handballfeldes an einem wolkenlosen
Sommertag verliert der Baum allein in
einer einzigen Stunde 250 Liter Wasser
über seine Blätter
250 Liter Wasser in 60 Minuten um diesen
Wasserverlust zu kompensieren und
vorzubeugen dass die Blätter nicht
anfangen zu welken ist klar diese 250
Liter müssen auch jede Stunde aufs neue
über die Wurzeln wieder aufgenommen und
16 m hoch zu den Blättern transportiert
werden das Beispiel verdeutlicht
ebenfalls fast alles Wasser das die
Pflanze offen nimmt gibt sie auch wieder
ab nur ein Bruchteil des Wassers wird in
der Pflanze genutzt schauen wir uns mal
an wie es so so einer Spitzenleistung
kommen kann Pflanzen nehmen Wasser und
Mineralstoffe aus dem Boden auf und zwar
über ihre Wurzeln
genauer gesagt sind es die Zellen der
Wurzelhaare diese haben durch ihre Form
eine besonders große Oberfläche was
ermöglicht das entsprechend auch viel
Wasser und Ionen aufgenommen werden
können auch wenn die meisten
Mineralstoffe gelöst im Wasser vorliegen
wenn Wasser über die Wurzel hat Zellen
in die Pflanze gelangt dann kann es die
Mineralstoffe nicht einfach huckepack
mitschleppen der Transport von Wasser
und Ionen in die Pflanze erfolgt
unterschiedlich während die
Wasseraufnahme in der Regel keine Zufuhr
von Energie benötigt und passiv über
Vorgänge wie Diffusion und Osmose
erfolgt ist die Aufnahme von Ionen in
die wurzelzelle mit einem Energieaufwand
verbunden und erfolgt aktiv
woran liegt das die Zellmembran der
Wurzelhaare ist selektiv per Neapel das
heißt bestimmten Stoffen wie zum
Beispiel Wasser erlaubt sie den Zutritt
anderen Stoffen unter anderem geladene
Ionen wie Natrium oder Kalium verwehrt
Sie diesen die Membran ist für diese
Stoffe also im permeabel Wasser kann die
Membran also passieren häufig wird der
Transport durch kanalproteine die
spezifisch Wasser transportieren
sogenannte aquapurine erleichtert wenn
Wasser per neapel ist für die Membran
dann gilt diese Permeabilität für beide
Richtungen Wasser kann sowohl in die
Zelle der Pflanze gelangen als auch aus
ihr heraus und an den Boden abgegeben
werden
ein solch potentieller Wasserverlust
gilt es in jedem Fall zu verhindern und
dies tut eine Pflanze in der Regel auch
sehr effektiv denn der Wassertransport
erfolgt natürlich in die Pflanze was
aber bestimmt die Bewegungsrichtung des
Wassers der Boden ist wasserreich im
Gegensatz zu den Pflanzenzellen in denen
weniger Wassermoleküle vorhanden sind
Wasser diffundiert entlang seines
konzentrationsunterschiedes das heißt
vom Ort wo es höher konzentriert
vorliegt zum Ort wo es geringer
konzentriert ist also vom wasserreichen
Boden in die wasserärmeren Zellen
ganz so einfach dem Wassertransport nur
über die unterschiedliche Konzentration
von Wasser zu erklären ist es dann doch
nicht wenn der Boden beispielsweise sehr
trocken ist dann geht diese Rechnung
womöglich nicht mehr auf und im
Außenmedium ist die Wasserkonzentration
geringer als im innenmedium das heißt in
der Zelle
viel mehr wird die Bewegungsrichtung des
Wassers durch das Wasser Potenzial
bestimmt das heißt die Bewegung von
Wassermolekülen im Folge von
Druckunterschieden und
konzentrationsunterschieden von gelösten
Stoffen zwischen einer Zelle und ihre
Umgebung immer in Richtung des
niedrigeren das heißt stärker
negativeren wasserpotentials das geht
wahrscheinlich ein wenig über den
Schulunterricht hinaus für euch ist
wichtig zu merken es sind
Konzentrationsunterschiede von gelösten
Stoffen die mitverantwortlich sind ob
Wasser in eine Zelle diffundiert oder
aus ihr heraus
Zucker das heißt Glukose das
beispielsweise in den Wurzeln höher
konzentriert als im Außenmedium weil im
Zell Innenraum die Konzentration an
gelösten Stoffen höher ist als außerhalb
der Zelle dieser Bereich wird auch als
hypertonisch bezeichnet die fundiert
Wasser ins hypertonische Medium das
heißt in die Zelle warum diffundiert
Wasser immer ins hypertonische Medium
sehr einfaches Rechenbeispiel zu
verdeutlichen außerhalb der Zelle kommen
sechs Wassermoleküle auf zwei
glukosemoleküle weil der Zell Innenraum
hypertonisch ist nehmen wir an dort
kommen sechs Wassermoleküle auf vier
glukosem
die Zelle ist danach bestrebt diesen
Konzentrationsunterschied auszugleichen
am einfachsten würde es gehen wenn ein
Zuckerteilchen in die Zelle gelangt
Glukose kann allerdings nicht ohne
weiteres die selektiv permeable Membran
passieren dafür ist es zu groß die
Diffusion von Wasser in die Zelle kann
aber zu jedem Konzentrationsausgleich
führen außerhalb der Zelle kommen sechs
Wassermoleküle auf zwei glukosemoleküle
innerhalb der Zelle kommen auf zwei
große Moleküle allerdings nur drei
Wassermoleküle im Verhältnis liegt
Wasser also außerhalb der Zelle höher
konzentriert war so dass es in die
Pflanzenzelle diffundiert der
Konzentrationsausgleich würde dann
hergestellt werden wenn zwei
Wassermoleküle in die Zelle diffundieren
denn dann kämen sowohl außerhalb der
Zelle vier Wassermoleküle auf zwei
glukosemoleküle als auch innerhalb der
Zelle vier Wassermoleküle auf zwei
glukosem
sollte der Boden sehr trocken sein dann
kann die Pflanze nachhelfen indem sie
die Konzentration an gelösten Stoffen in
der Zelle erhöht
durch die Zugabe von gelösten Stoffen
verringert sich automatisch die
Konzentration am freien Wasser das
Wasser Potential verringert sich dadurch
so dass die Tendenz zur Wasseraufnahme
steigt jetzt wo wir wissen wie Wasser in
die Pflanze aufgenommen wird bleibt die
Frage zu klären wie die Aufnahme von
Ionen und anderen Mineralstoffen erfolgt
ich habe bereits verraten dass die
Aufnahme mit einem Energieaufwand
verbunden ist wir wissen dass am Zelt
Innenraum im Vergleich zum Außenmedium
mehr Ionen konzentriert Vorliegen der
Transport von John muss also entgegen
ihres konzentrationsgradierenden vom Ort
der niedrigeren Konzentration zum Orte
hören Konzentration erfolgen und das
erfordert Energie und in der Regel
spezielle kanalproteine weil diese
Stoffe entweder zu polar oder zu groß
sind um die Biomembran zu passieren
viele Stoffe gelangen durch sekundär
aktiven Transport in die Pflanzenzelle
und zwar auch mit entsprechenden
kanalproteinen so zum Beispiel Nitrat
eine entsprechendes Video dazu verlinke
ich euch an dieser Stelle einmal
Richtung Zentralzylinder nimmt das
wasserpotential immer weiter ab so dass
das Wasser aus modisch das heißt durch
Osmose immer weiter in Richtung
zentralzylinderwandert Wasser und Ionen
können dabei zwei unterschiedliche Wege
des Transports einschlagen einerseits
kann sie über den sim-klassen
transportiert werden der simplast wird
auch Zell Innenraum genannt er umfasst
die von den Zellwänden und hülten
lebenden Zellen die durch Plasmodesmen
miteinander verbunden sind um in den
symplasten zu gelangen müssen Wasser und
gelöste Stoffe zuerst eine Plasma
Membran passieren und weil sie selektive
reguliert und dadurch langsamer der
simplus symbolisch sozusagen als
Schotterweg
andererseits können Wasser und Ionen ins
Xylem gelangen ohne dabei einmal eine
Plasma Membran passieren zu müssen das
geschieht über den apoplasten dem Zell
Außenraum welcher aus dem außerhalb der
Plasma Membran liegenden Zellwänden und
den interzellularäumen den Räumen
zwischen den Zellen besteht weil die
Bewegung durch den apoplasten nicht
durch eine Plasma Membran als selektive
Barriere eingeschränkt wird wie beim
simplastischen Transport erfolgt der
Transport durch den apoplasten rasch es
ist also quasi eine Art Autobahn
bis zur endothermes können Wasser und
Mineralstoffe die Autobahn den
apoplasten nehmen die endothermos
besitzt allerdings einen sogenannten
kasparischen Streifen dabei handelt es
sich um einen hydrophoben
wasserabweisenden Bereich der als eine
Art Dichtung wirkt und verhindert das
Wasser und Ionen durch den apoplasten in
den Zentralzylinder und damit auch ins
Öl im gelangen daher müssen sämtliche
Wassermoleküle und Ionen in den
symplasten eintreten um in den
Zentralzylinder zu gelangen wir aber
gelangt das Wasser in einen 16 Meter
hohen Ahorn
oder aber sage und schreibe 120 Meter in
die Höhe bei den höchsten Bäumen der
Welt die Mammutbäume einmal im
angekommen geht es für Wasser und Ionen
nur noch bergauf früher hat man
angenommen dass für die Bewegung des
Wassers im Xylem einmal ein von lebenden
Zellen nach oben ausgelöster Druck der
sogenannte Wurzeldruck sowie
kapillarkkräfte verantwortlich sind auf
beide Mechanismen gehe ich an dieser
Stelle nicht weiter ein einfach weil man
beide Möglichkeiten vor allem aber die
kapillarkkräfte heute weitgehend
ausschließen kann warum das so ist werde
ich in einem Kommentar unter dem Video
mal ausführen heute weiß man dass der
zylle im Transport auf einen Mechanismus
beruht an dem 3 Prozesse beteiligt sind
die Transpiration von Wassermolekülen
aus den Blättern Durchfahrt dunstung
einer Saugspannung im Saft welche durch
die Transpiration aus den Blättern
hervorgerufen wird und der Kohäsion der
Wassermoleküle die Wasserdampf
Konzentration in der Atmosphäre ist
geringer als in den Luft gehüllten
Räumen im Inneren des Blattes folglich
diffundiert Wasserdampf vom Ort wo es
höher konzentriert vorliegt zum Ort der
niedrigen Konzentration also aus den
interzellularräumen des Blattes über
sogenannte Spaltöffnung in die Außenluft
hinaus ein Verdunstungsprozess den man
auch als Transpiration bezeichnet
während der Transpiration verdunstet
Wasserdampf also aus den Spaltöffnung
der Blätter heraus dadurch dass den
Blättern Wasser entzogen wird entsteht
sehr stark vereinfacht eine Saugspannung
die Wasser aus dem kühlend sieht um
diesen Wasserverlust wieder
auszugleichen Wasser wird quasi
angezapft angezapft aus dem Blattadern
was zu einer Saugspannung führt die auf
die gesamte Wassersäule im Xylem
einwirkt
an der Tatsache dass dieser Sog der
Transpirationssog die gesamte
durchgehende Wassersäule umfasst wirkt
eine weitere kraftmatte die
Kohäsionskraft aufgrund ihrer
Eigenschaft untereinander
Wasserstoffbrückenbindung zu bilden
besitzen Wassermoleküle starke
Kohäsionskräfte Kohäsion bezieht sich
auf die Anziehung von Molekülen auf
andere gleiche Moleküle durch Kohäsion
werden Wassermoleküle zusammengehalten
durch die Kohäsion der Wassermoleküle im
Xylem wird die Saugspannung vom Platz
bis auf die Wurzel übertragen und
bewirkt das Wasser passiv von den
Wurzeln über das Xylem in Form einer
zusammenhängenden Wassersäule bis in die
Außenluft gelangt für jeden einzelnen
Bestandteil des sogenannten
transpirations-spannungsmechanismus als
zentraler Mechanismus zur Wasserleitung
in den Pflanzen gibt es billiger einer
von ihnen ist der enorme Unterschied des
wasserpotenzials der zwischen der
Bodenlösung und der Luft besteht und der
ausreichend groß ist um Saugspannung zu
erzeugen um eine Wassersäule in einem
Baum aufsteigen zu lassen
[Musik]
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