Pflanzen

4.2.

4

Ribosomen, Golgi-Apparat und endoplasmatisches Reticulum

Ein weiteres wichtiges Zellorganell sind die Ribosomen, an denen wie im Reißverschlussverfahren die Aminosäuren in Ketten zu Proteinen verknüpft werden. Ribosomen besitzen keine eigene Membran. In Bakterien sind sie etwas kleiner und werden als 70S-Ribosomen bezeichnet; in den eukaryontischen Pflanzen- und Tierzellen hingegen liegen die größeren 80S-Ribosomen vor. In die Symbiontentheorie passt sehr gut, dass sowohl Chloroplasten wie Mitochondrien nur die 70S-Ribosomen enthalten. Der Golgi-Apparat stellt ein Membransysten mit vielen Vesikeln dar, die bei der Bildung von Zellsekreten eine Rolle spielen. Ein weiteres, komplexes Membransystem durchzieht weite Bereiche des Zytoplasmas und steht mit der Doppelmembran des Zellkerns in Verbindung: das endoplasmatische Reticulum. Es fungiert vornehmlich als Kommunikationssystem, indem es die verschiedensten Zellsubstanzen innerhalb der Zelle transportiert. Häufig befinden sich Ribosomen besonders dicht konzentriert entlang der Membran des endoplasmatischen Reticulums, das dann als raues endoplasmatisches Reticulum bezeichnet wird.

4.2.

5

Zellkern

Der Zellkern steuert die Funktionen der Zelle. Mit seiner in Form von DNA (Desoxyribonucleinsäure) gespeicherten genetischen Information verfügt er nicht nur über den Bauplan der Zelle, sondern reguliert auch die Abläufe im Zellinneren. Im Zellkern sind die Erbinformationen der Zelle gespeichert, die an spätere Generationen weitergegeben werden (siehe Genetik). Bei der Zellteilung lösen sich die beiden Kernmembranen auf und die vorher aufgelöst vorliegende DNA wickelt sich zur Chromosomenstruktur auf. Nach Verdopplung der Chromosomen verschwindet diese Struktur wieder, und die DNA liegt nun in zwei Kernen eingeschlossen vor. Mit molekularbiologischen Methoden hat man 2000 erstmals ein Pflanzengenom vollständig entschlüsselt, das der Acker-Schmalwand, eines kleinen Kreuzblütlers. Seine DNA umfasst 120 Millionen Basenpaare; dies entspricht etwa einem Dreißigstel des menschlichen Genoms.

5

Gewebearten

Der Pflanzenkörper ist aus verschiedenen Gewebearten aufgebaut, die wiederum aus strukturell und funktional verwandten Zellen bestehen. Neue Zellen (und damit auch neues Gewebe) entstehen nur an den Wachstumszonen der Pflanzen, den so genannten Meristemen. Dies sind dünne, lokal begrenzte Gewebepartien aus teilungsfähigen Zellen. Meristeme befinden sich einerseits in den so genannten Vegetationskegeln oder Vegetationspunkten der Pflanze, die sowohl an den Spitzen der Sprosse als auch den Wurzeln sitzen und dort für das primäre Wachstum der Pflanze verantwortlich sind. Man nennt diese Meristeme Apikalmeristeme (von lateinisch apex: Spitze). Andererseits gibt es noch weitere Meristeme, die in Form von dünnen Zellschichten unterhalb der Rinde von Sprossen und Wurzeln liegen (die so genannten Folgemeristeme) und dort für das sekundäre Pflanzenwachstum sorgen.

Unter primärem Wachstum versteht man das Wachstum bis zur Ausbildung und Differenzierung aller Zellsorten einer Pflanze; daran schließt sich das sekundäre Wachstum an, das zur weiteren Erstarkung (Verdickung) und Verlängerung des Sprosssystems führt und insbesondere bei Holzgewächsen stark ausgeprägt ist. Sekundäres Dickenwachstum findet man allerdings nur bei Nacktsamern und zweikeimblättrigen Bedecktsamern. Einkeimblättrige Pflanzen besitzen kein Folgemeristem (Kambium) zwischen Xylem und Phloem und müssen daher ihre terminale Sprossdicke bereits mit dem primären Dickenwachstum erreichen. Daher ist eine zwei Meter hohe Palme bereits so dick wie 20 Jahre später; sie verdickt sich nicht mehr wie beispielsweise eine Buche oder Fichte. Bei den Gefäßpflanzen (Kormophyten) unterscheidet man drei grundsätzliche Gewebearten: Abschlussgewebe, Leitungsgewebe und Grundgewebe. Die weniger hoch entwickelten Thallophyten werden auch Lagerpflanzen genannt, da sie über kein eigenes Festigungsgewebe verfügen und daher dem Boden mehr oder weniger lose aufliegen bzw. im Wasser treiben. Sie zeichnen sich durch einfacheren Gewebebau aus. Zwar gibt es bei den hoch entwickelten Laubmoosen und den tangartigen Braunalgen ebenfalls Ansätze zu einer Zelldifferenzierung, doch bleibt diese gegenüber den höheren Pflanzen deutlich zurück.

5.1

Abschlussgewebe

Das Abschlussgewebe der Pflanzen wird als Epidermis bezeichnet. Sie stellt die äußerste Schicht des Pflanzenkörpers dar, quasi die Haut der Pflanzen, die Triebe, Blätter, Blüten und Wurzeln bedeckt. Die Zellen der Epidermis können bei den einzelnen Pflanzenarten sehr unterschiedlich ausgebildet sein, weshalb man deren Struktur auch zur Unterscheidung sonst sehr ähnlicher Arten heranziehen kann.

Die Epidermis der Blätter enthält so genannte Spaltöffnungen oder Stomata, durch die ein Gasaustausch mit der Atmosphäre stattfindet. Diese Spaltöffnungen werden von zwei Schließzellen gebildet, die durch aktive Veränderung ihrer Form und Größe die Spaltöffnungen vergrößern oder verkleinern und so den Gasaustausch regulieren. Dies spielt eine wichtige Rolle für das Überleben der Pflanzen, da durch die Spaltöffnungen nicht nur Kohlendioxid für die Photosynthese aufgenommen wird, sondern gleichzeitig auch Wasser als Wasserdampf verloren geht. Wüstenpflanzen verfügen z. B. über eine sehr subtile Fähigkeit, die Spaltöffnungen zu regulieren; tagsüber halten sie diese fast ganz geschlossen und können daher den Wasserverlust minimieren, der zwangsläufig bei jedem Öffnen der Spalte auftritt.

Der abgegebene Wasserdampf dient allerdings auch dazu, den Pflanzenkörper zu kühlen und vor Überhitzung zu schützen, da durch Verdunstung des Wassers dem Blatt bzw. der Umgebung Wärme entzogen wird. Die Epidermis ist von einer je nach Pflanzenteil mehr oder weniger dicken, Wachs tragenden Schicht überzogen, der Cuticula (Häutchen, von lateinisch cutis: Haut). Die Cuticula ist Wasser abweisend und verringert den Wasserverlust durch Verdunstung an der Pflanzenoberfläche um über 98 Prozent. Beim sekundären Dickenwachstum wird die Epidermis durch das so genannte Periderm abgelöst, eine wasserdichte Schicht, die überwiegend aus Korkgewebe besteht. Deren Zellen sterben ab, sobald sie ausgereift sind, bleiben jedoch erhalten und bilden z. B. bei vielen Bäumen den größten Teil der dicken Borke.

5.2

Leitungsgewebe

Das Leitungsgewebe besteht aus zwei verschiedenen Gewebearten, die in Form von mehr oder weniger dicken, röhrenartigen Gebilden den Pflanzenkörper durchziehen: dem Xylem, mit dem Wasser und gelöste Mineralstoffe nach oben – von den Wurzeln in die Triebe und Blätter – transportiert werden, und dem Phloem (sprich: Flo-em), das die in den Blättern produzierten organischen Produkte der Photosynthese, in erster Linie Saccharose (Haushaltszucker), in diejenigen Pflanzenteile leitet, die sie gerade zur Ernährung benötigen. Xylem und Phloem sind in einem so genannten Leitbündel zusammengefasst. Meist ist dabei das Xylem nach innen und das Phloem nach außen orientiert, doch gibt es auch andere Formen der Anordnung, z. B. diejenige in Form konzentrischer Ringe. Man bezeichnet das Phloem auch als Siebteil (weil es Siebzellen enthält) und das Xylem als Holzteil. Zwischen Xylem und Phloem liegt bei Zweikeimblättrigen und Nacktsamern die dünne Schicht des Kambiums, die teilungsfähige Zellen enthält.

Im Xylem verholzen die Zellen stark und bilden den Holzkörper der Pflanzen. Sie dienen dann neben der Wasserleitung auch der Stützung der Pflanze und sorgen für deren Stabilität, was insbesondere bei Bäumen und Sträuchern wichtig ist. Eine weitere Funktion bestimmter Xylemteile liegt in der Speicherung von Nährstoffen im so genannten Xylemparenchym. Zwei verschiedene leitfähige Zellformen bestimmen das Xylem: die dünneren Tracheiden und die dickeren Tracheen. Tracheiden sind gewöhnlich schmale, stark verlängerte und an den Enden abgeschrägte Zellröhren, deren Enden vielfach durchbrochene Zellwände aufweisen, um den Wasserdurchfluss zu ermöglichen. Tracheen bestehen häufig aus längs aneinandergereihten, dickeren, kurzen zylindrischen Zellen, deren Querwände sich bereits während der Gefäßbildung auflösen und somit lange Röhren bilden.

Tracheen ermöglichen einen besonders effektiven und raschen Wassertransport. Sie stellen die höchst entwickelten Wasserleitungsbahnen dar und sind – bis auf wenige Ausnahmen – auf die Gruppe der Bedecktsamer (die höchst entwickelten Pflanzen) beschränkt. Beide Zellarten sterben während der Gefäßbildung ab, sie weisen also kein Zytoplasma auf, was für die Leitungsfunktion auch hinderlich wäre. Ihre Wände sind durch spiralige, verholzte Strukturen verstärkt, um dem Wasserdruck standzuhalten. Es gibt aber auch fast durchgehend verholzte Tracheiden bzw. Tracheen, in denen kleine, fensterartige Lücken – die so genannten Tüpfel – unverholzt bleiben, über die der Stoffaustausch der Gefäßzellen untereinander und zu anderen Nachbarzellen erfolgen kann.

Das Phloem ist aus noch lebenden Zellen aufgebaut, den so genannten Siebzellen bzw. Siebröhren mit ihren Geleitzellen. Farne und Nacktsamer (z. B. alle Nadelbäume) verfügen über Siebzellen; dies sind lang gestreckte, diesmal kernhaltige Zellen mit teilweise durchbrochenen Querwänden (Siebfeldern). Bei den Bedecktsamern übernehmen die stärker spezialisierten Siebröhren die Funktion des Zuckertransports. Hierbei handelt es sich um Reihen direkt aneinandergrenzender, zylindrisch-röhrenartiger Zellglieder, die Siebröhrenzellen, deren (kernloses) Zytoplasma jeweils über stark durchlöcherte Querwände verbunden ist; die Siebröhrenzellen bilden somit insgesamt ein echtes Röhrensystem. Jeweils seitlich liegen den Siebröhrenzellen so genannte Geleitzellen an. Dies sind Schwesterzellen der Siebröhren, die durch Teilung aus einer gemeinsamen Mutterzelle hervorgegangen sind. Sie enthalten einen Zellkern und sehr viele Mitochondrien und stehen über zahlreiche Plasmabrücken mit den Siebröhren in Verbindung. Die Geleitzellen werden als die Steuerelemente des Zuckertransports in den Siebröhren betrachtet.