Vorlesung 2

Question 1

Definieren Sie die folgenden Begriffe:

Osmose, Wasserpotential, Turgordruck, Erschlaffte Zelle, Turgeszente Zelle

Answer 1

• Osmose:
  Diffusion kleiner Moleküle durch eine semipermeable Membran entlang eines Konzentrationsgradienten
• Wasserpotenzial:
  Arbeit, die geleistet werden muss, um ein Einheitsvolumen Wasser aus einem Referenzzustand einem System zuzuführen. Symbol: Psi, Einheit: MPa. Es ist abhängig von osmotischem Druck, hydrostatischem Druck (= in der Zelle: Turgordruck), Schwerkraftdruck und
• Turgordruck
  Druck des Zellsaftes gegen die Zellwand. Essenziell für Zellwachstum, Gasaustausch und Transportprozesse. Ausgedrückt als PsiP. PsiP ist = 0, wenn Wasserpotenzial Umgebung=oder < als Wasserpotenzial Zelle ist. PsiP>0 wenn Wasserpotenzial Umgebung > Wasserpotenzial Zelle ist.
• Erschlaffte Zelle:
  Turgordruck PsiP <0, wenn Wasserpotenzial Umgebung niedriger als
  Wasserpotenzial Zelle (viele gelöste Stoffe außen, Wasser strömt durch Osmose nach).
• Turgeszente Zelle: Turgordruck >0, Zellsaft drückt gegen die Zellwand.

Question 2

Erklären Sie, wie Aquaporine die Geschwindigkeit des Wassertransports durch Membranen beeinflussen.

Answer 2

• Sie erhöhen die Geschwindigkeit, mit der Wasser durch die Membran gelangt (im Vergleich zu reiner Diffusion).
• Die Kanäle sind gerade groß genug, damit die Wassermoleküle hindurch passen.
• Außerdem entsteht durch ihre spezifische Struktur ein elektrisches Feld, das zwar die nach außen neutralen H2O Moleküle hindurch lässt, jedoch keine geladenen Ionen.

Question 3

Beschreiben Sie die drei Haupttransportwege für den Kurzstreckentransport in Pflanzen.

Answer 3

• Apoplastischer Transport: Transport von Wasser und gelösten Teilchen über die Zellwand und Extrazellularräume
• Symplastischer Transport: Von Zelle zu Zelle über Plasmodesmen durch das Cytosol
• Transmembraner Transport: Über die Membranen

Question 4

Definieren Sie den Begriff Guttation.

Answer 4

• Guttation ist der Prozess, bei dem über sog. Hydathoden an den Blättern Wasser in flüssiger Form austritt.
• Dies ermöglicht auch dann Aufnahme von Wasser und Mineralien durch die Wurzel, wenn kein Transpirationssog vorhanden ist (z.B. nachts bei geschlossenen Stomata, oder bei hoher Luftfeuchtigkeit). Triebkraft ist der Wurzeldruck (KEIN Sog!).

Question 5

Beschreiben Sie den Kapillareffekt und definieren Sie die dabei wirkenden Kräfte.

Answer 5

• Prozess, bei dem Wasser innerhalb einer Kapillare (Xylem) aufsteigt. Die Kapillarkraft ist umso größer, je kleiner der Radius der Kapillare. Die dabei wirkenden Kräfte sind:
• Kohäsionskräfte (zwischen den einzelnen Wassermolekülen)
• Adhäsionskräfte (zwischen den Wassermolekülen und der Oberfläche der Kapillare).
• Entgegen der Auftriebskraft wirkt die Abtriebskraft.

Question 6

Erläutern Sie, wie sich die Alge Dunaliella an verschiedene Salzkonzentrationen im umgebenden Wasser anpasst.

Answer 6

• Bei steigender Salzkonzentration in der Umgebung besteht für Dunaliella die Gefahr der Plasmolyse, da das Wasserpotenzial der Umgebung negativer wird und Wasser aus der Pflanzenzelle in die Umgebung fließen würde.
• Um dies zu verhindern, wird in der Vakuole Glycerol synthetisiert.
• Damit wird die Wasserpotenzialdifferenz zwischen Umgebung und Zellinnerem ausgeglichen.
• Bei sinkendem Salzgehalt der Umgebung findet der umgekehrte Prozess statt, Glycerol wird abgebaut.

Question 7

Erklären Sie, wie Wasser durch die Wurzeln aufgenommen wird.

Answer 7

• In der Wurzelhaarregion passiert Wasser die Zellwand einer Wurzelhaarzelle, und wird über den Apoplast transportiert.
• Spätestens an der Endodermis wird das Wasser am wasserundurchlässigen Caspary-Streifen (mit Lignin imprägnierte Zellwände) aufgehalten, es passiert die Plasmamembran und gelangt ins Cytosol.
• Von dort gelangt es in das Xylem (Tracheen oder Tracheiden).
• Die Aufnahme erfolgt passiv, und zwar durch den Wasserpotenzialgradienten zwischen Boden und Wurzelhaarzelle.

Question 8

Beschreiben Sie, wie das Wasserpotential in verschiedenen Teilen der Pflanze ist.

Answer 8

• Tendenziell von unten nach oben und von innen nach außen zu den Blättern hin abnehmend,
• von ca. 0 bis -100.

Question 9

Erklären Sie, was unter dem Begriff „Transpirationssog“ zu verstehen ist und warum er für den Langstreckentransport von Wasser so wichtig ist.

Answer 9

• Transpiration erfolgt an den Blättern. Auf der Blattoberfläche ist das Wasserpotenzial höher als in der Umgebung, dadurch gelangen Wassermoleküle bei geöffneten Stomata in die Luft.
• Dadurch entsteht im Blatt ein Unterdruck, ein Sog. Durch die Kohäsionskräfte werden Wassermoleküle “nachgesogen”.
• Dieser Sog zieht sich durch die ganze Pflanze bis in die Wurzel.
• Er ist die treibende Kraft für den Aufstieg des Wassers entgegen der Schwerkraft im Xylem.

Question 10

Erklären Sie die Kohäsionstheorie der Wasserleitung.

Answer 10

Die Kohäsionstheorie der Wasserleitung in Pflanzen besagt folgendes:

• Durch Transpiration an den Blättern (Wassermoleküle treten aufgrund des Wasserpotenzialgradientens aus den Blättern in die Umgebung) entsteht ein Unterdruck, der sich durch Kohäsionskräfte durch die ganze Pflanze zieht und hier ein Aufsteigen des Wassers entgegen der Schwerkraft mittels des Kapillareffekts ermöglicht.