Wurzel – Bau und Funktion (Vertiefungswissen)

Wurzel – Bau und Funktion (Vertiefungswissen) Übung

• Beschreibe den Aufbau einer Wurzel.

  Tipps

  Einzelne Zellen der Rhizodermis bilden in der Wurzelhaarzone Wurzelhaare aus.

  Die Endodermis trennt das äußere Rindengewebe vom inneren Zentralzylinder.

  Lösung

  Die primäre Wurzel ist in das äußere Rindengewebe und den inneren Zentralzylinder, welcher das Phloem und das Xylem enthält, gegliedert. Die äußerste Schicht, die Wurzelepidermis bzw. Rhizodermis, ist in der Regel einschichtig. Einzelne Zellen der Rhizodermis bilden Wurzelhaare aus. Das mehrschichtige Rindengewebe wird durch die Endodermis vom Zentralzylinder getrennt. An der Wurzelspitze befindet sich die Wurzelhaube (auch Kalyptra). Sie umgibt und schützt das Bildungsgewebe (Meristem).

• Gib die Funktionen der verschiedenen Wurzelgewebe an.

  Tipps

  Der Casparische Streifen oder Caspary-Streifen ist in den Zellwänden der Endodermis zu finden. Er verhindert, dass Wasser und gelöste Nährstoffe zwischen den Endodermiszellen hindurch transportiert werden können.

  Lösung

  Bei vielen Pflanzenarten dient die Wurzel als Speicherorgan für organische Nährstoffe. Die Speicherung erfolgt meist im Rindengewebe. Dieses schützt zudem den Zentralzylinder.

  Über die Oberfläche der Wurzel werden Wasser und darin gelöste Teilchen aus dem Boden aufgenommen. Die Wurzelhaare der Rhizodermis vergrößern die Wurzeloberfläche stark und optimieren so die Aufnahme. Daneben wirkt die Rhizodermis schützend.

  Aufgrund des Transpirationssogs, der sich wegen der Wasserverdunstung an den Blättern durch die ganze Pflanze bis zu den Wurzeln zieht, wird Wasser in das Phloem der Leitbündel im Zentralzylinder gezogen.
  Das Xylem dient dem Transport organischer Stoffe innerhalb der Pflanze.

  Damit schädliche Substanzen, die über die Wurzelhaare aufgenommen wurden, nicht unkontrolliert in den Zentralzylinder gelangen, hat die Endodermis eine selektierende Filterfunktion. Der Casparische oder Caspary-Streifen ist für Wasser, gelöste Mineralstoffe und Gase undurchlässig.

  Eine weitere wichtige Funktion der Wurzel allgemein ist die Verankerung der Pflanze im Boden. Die Standfestigkeit wird durch Verholzungsprozesse und die Fasern im Phloem erhöht.

• Untersuche ausgewählte Wurzelmetamorphosen.

  Tipps

  Mangrovensümpfe sind bekannt für den Schlickboden und die damit sehr geringe bis nicht existente Sauerstoffkonzentration. Über spezielle Wurzelanpassungen wird deshalb Luftsauerstoff zum Atmen genutzt.

  Epiphyten wachsen auf anderen Pflanzen. Dies erlaubt ihnen eine bessere Lichtversorgung als auf dem Boden. Die Versorgung mit Wasser und Nährstoffen stellt allerdings ein Problem dar, sodass Epiphyten auch (halb)parasitisch leben, so z. B. die Mistel.

  Lösung

  Wurzelmetamorphosen sind anatomische Umwandlungen der Wurzel, welche der Anpassung an die Umwelt und an besondere Aufgaben dienen. Im Folgenden findest du eine Zusammenfassung verschiedener Wurzelmetamorphosen:

  • Speicherwurzeln sind Wurzeln, die Reservestoffe speichern. Wurzelsukkulenten nutzen Wurzeln zum Speichern von Wasser. Rüben (Verdickung der Hauptwurzel) oder Wurzelknollen (Verdickung der Seitenwurzeln) sind als Karotte oder Süßkartoffel bestimmt schon auf deinem Teller gelandet.
  • Haftwurzeln findest du bei kletternden Pflanzen, wie z. B. Lianen oder Efeu. Auch Wurzelranken oder -dornen dienen dem Festhalten und Klettern.
  • Luftwurzeln verlaufen in der Regel oberirdisch und können eine Stützfunktion (Stelzwurzeln) innehaben oder der Sauerstoffversorgung dienen (Atemwurzeln). Beispiele für beide Arten der Luftwurzeln findest du in den Mangrovensümpfen, die von den Gezeiten und einem sauerstoffarmen bis -freien Schlickboden geprägt sind. Epiphyten (Aufsitzerpflanzen) und Kletterpflanzen weisen ebenfalls Luftwurzeln auf.

• Skizziere die Wasseraufnahme an der Wurzel.

  Tipps

  Als Symplast wird die Gesamtheit des cytoplasmatischen Raums bezeichnet, der durch Zell-Zell-Verbindungen (Plasmodesmen) geschaffen wird.
  Ein Protoplast ist eine Pflanzenzelle, die über keine Zellwand verfügt.

  Der Apoplast bezeichnet dagegen das zusammenhängende System pflanzlicher Zellwände und Interzellularräume. Beim apoplastischen Transport müssen Substanzen also nicht durch lebende Zellen transportiert werden.

  Lösung

  In der Wurzel gibt es für die Wasseraufnahme und den Wassertransport zwei Möglichkeiten. Eine Möglichkeit ist der symplastische Weg, über den das Wasser osmotisch über die Protoplasten der Wurzelrindenzellen bis zur Endodermis transportiert wird. Den zweiten Weg stellt der apoplastische Transport dar, bei dem das Wasser bis zum Casparischen Streifen zunächst zwischen den Zellwänden diffundiert und dann von den Protoplasten der Endodermis aufgenommen wird.

• Definiere den Begriff Wurzelmetamorphose.

  Tipps

  Der Begriff Metamorphose stammt aus dem Griechischen und bedeutet so viel wie Umgestaltung.

  Lösung

  In der Tierwelt beschreibt der Begriff Metamorphose die Umwandlung des Tieres aus dem Larven- in das adulte Stadium. Diese „Verwandlung“ kennst du z. B. bei der Kaulquappe (ältere Larven) und dem Frosch. Auch bei Insekten, wie z. B. Schmetterlingen, ist die Verwandlung der Raupe zum Schmetterling zu beobachten.

  Die Metamorphose bei Pflanzen umfasst die Umwandlung der Grundorgane Wurzel, Sprossachse oder Blätter. Sie dient der evolutionären Anpassung an bestimmte Umweltbedingungen und verbessert so die Überlebenswahrscheinlichkeiten.

  Wurzelmetamorphosen sind dann Abänderungen im Bau der Wurzel. Sie sind durch die Umgestaltungen besser an die Umwelt und mögliche neue Aufgaben angepasst.
  So findest du bei Sumpfpflanzen häufig Atemwurzeln und bei rankenden Pflanzen Wurzelranken. Wurzelknollen und Rüben sind Anpassungen an die Funktion der Stoffspeicherung.

• Arbeite die Beschriftung für den abgebildeten Wurzelquerschnitt heraus.

  Tipps

  Der Zentralzylinder befindet sich im Innern von Wurzel und Sprossachse. Er enthält unter anderem die Leitbündel, welche die Wasser- und Nährstoffversorgung betreiben.

  Die einschichtige Rhizodermis ist die äußerste Schicht der Wurzel. Einzelne Rhizodermiszellen bilden Wurzelhaare aus.

  Das mehrschichtige Rindengewebe befindet sich zwischen der Rhizodermis und der Endodermis. Letztere bildet den Casparischen Streifen, welcher der Pflanze die Möglichkeit der Zugangskontrolle von Wasser und gelösten Teilchen ermöglicht.

  Lösung

  Die Abbildung zeigt den Querschnitt durch die Wurzel. In Aufgabe 1 sollte ein Längsschnitt beschriftet werden. Aufgrund der einzelnen Farben kannst du die verschiedenen Zell- und Gewebeschichten gut erkennen.
  Je nach Standort und Anpassung an die Umweltbedingungen kann der Wurzelquerschnitt etwas anders aussehen.