Pflanzenwasserhaushalt und Transport

Pflanzen transportieren enorme Mengen Wasser vom Boden in die Atmosphäre und Zucker von den Blättern in wachsende Gewebe, wobei sie Wasserpotential- und Druckgradienten nutzen, anstatt einer schlagenden Pumpe.

Definition

Pflanzenwasserbeziehungen beschreiben, wie Wasser entlang von Wasserpotentialgradienten in, durch und aus Pflanzen gelangt, und Transport umfasst die Fernbewegung von Wasser im Xylem und von Zuckern im Phloem.

Scope

Dieses Thema behandelt das Wasserpotential und seine Komponenten, Osmose und Turgor, Wasseraufnahme durch Wurzeln, den Kohäsion-Spannungs-Mechanismus des Xylemtransports, die stomatäre Regulation der Transpiration und den Druckstromtransport von Zuckern im Phloem.

Core questions

• Wie steuert das Wasserpotential die Wasserbewegung zwischen Boden, Pflanze und Luft?
• Welcher Mechanismus ermöglicht es, Wasser an die Spitze eines hohen Baumes zu ziehen?
• Wie gleichen Stomata den Kohlenstoffgewinn mit dem Wasserverlust aus, und wie wird Zucker im Phloem transportiert?

Key theories

Kohäsion-Spannungs-Theorie

Die Transpiration an den Blättern versetzt den Xylemsaft unter Spannung; die starke Kohäsion der Wassermoleküle und ihre Adhäsion an die Gefäßwände übertragen diese Spannung bis zu den Wurzeln und ziehen Wasser nach oben.

Druckstrommodell des Phloemtransports

Das Laden von Zuckern in das Phloem an den Quellen senkt das Wasserpotential und zieht Wasser an, wodurch der Druck steigt, der den Massenfluss zu den Senken treibt, wo Zucker entladen wird und der Druck sinkt.

Mechanisms

Wasser bewegt sich passiv in Richtung eines niedrigeren Wasserpotentials, der Summe aus gelöstem Stoff (osmotisch) und Druck (Turgor) Potentialen. In den Wurzeln gelangt Wasser über apoplastische und symplastische Wege, die durch den Caspary-Streifen reguliert werden, ins Xylem. Die Transpiration aus Mesophyllzellen erzeugt einen Unterdruck, den die kohäsive Wassersäule durch das Xylem zum Boden überträgt. Stomata, die durch den Turgor der Schließzellen geöffnet werden, regulieren den Kompromiss zwischen CO2-Aufnahme und Wasserverlust. Im Phloem erhöht die aktive Zuckerbeladung an den Quellen den Turgor und treibt den druckgetriebenen Massenfluss zu den Senken an.

Clinical relevance

Der Wasserhaushalt bestimmt die Dürretoleranz von Nutzpflanzen und den Bewässerungsbedarf: Das Management der Transpiration, des Stomataverhaltens und der Wassernutzungseffizienz ist zentral für die Nahrungsmittelproduktion unter begrenzten Wasserressourcen und für die Vorhersage von Pflanzenreaktionen auf ein trockener werdendes Klima.

History

Dixon und Joly schlugen um 1894 die Kohäsion-Spannungs-Theorie des Saftaufstiegs vor, und Münchs Druckstromhypothese in den 1920er Jahren erklärte den Phloemtransport; beide bleiben die akzeptierten Rahmenwerke.

Key figures

• Stephen Hales
• Henry Dixon
• Ernst Münch

Seminal works

• taiz2015
• raven2013

Frequently asked questions

Was ist Wasserpotential?

Das Wasserpotential ist ein Maß für die freie Energie des Wassers pro Volumeneinheit; Wasser bewegt sich spontan von Regionen höheren zu niedrigeren Wasserpotentials, und in Pflanzen kombiniert es die Konzentration gelöster Stoffe und den physikalischen Druck.

Warum schließen sich Stomata bei Dürre?

Unter Wasserstress löst das Hormon Abscisinsäure den Verlust des Turgors der Schließzellen aus, wodurch sich die Stomata schließen, um Wasser zu sparen, auf Kosten einer reduzierten Kohlendioxidaufnahme und Photosynthese.