Aufbau einer Pflanze

Zum Verständnis der Photosynthese bei Pflanzen musst du wissen wie eine Pflanze grundsätzlich aufgebaut ist. In den folgenden Kapiteln erfährst du den Aufbau einer Pflanze, die Funktion ihres Wasserleitsystems und den Aufbau eines Blattes, dem Hauptphotosyntheseorgan.

Gliederung einer Gefäßpflanze

Abb. 1: Grundsätzlicher Aufbau einer Gefäßpflanze mit Wurzel, Sprossachse und Blatt.

Alle Gefäßpflanzen sind in drei grundsätzliche Teile gegliedert: Wurzel, Sprossachse und Blatt (siehe Abbildung 1). Zu den Gefäßpflanzen gehören fast alle Pflanzen, die du kennst: Bäume, Sträucher und Blumen, Gräser, Farne und viele mehr. Nur wenige Moose besitzen diese Gliederung nicht.

Wurzel

Die Wurzel ist primär dafür zuständig, die Pflanze im Boden zu verankern und sie mit Nährstoffen aus dem Boden zu versorgen. Sie befindet sich also meistens vollständig unter der Erde. Man sieht die Wurzel einer Pflanze erst, wenn man sie vorsichtig aus dem Boden ausgräbt. In der Wurzel wird keine Photosynthese betrieben, da sie nicht dem Sonnenlicht ausgesetzt ist. Sie ist also nicht grün, sondern meist weiß bis bräunlich. Meist besitzt eine Pflanze ein ganzes Wurzelgeflecht (Abbildung 2, 1. Bild), dass aus einer Hauptwurzel besteht, die sich immer weiter verzweigt, um die Verankerung im Boden zu verbessern.

Über dieses Wurzelgeflecht nimmt die Pflanze mit zahlreichen Wurzelhaaren Wasser und die darin gelösten Nährstoffe (zum Beispiel Kaliumionen (K⁺) oder Phosphat (PO₄^3-) aus dem Boden auf. Diese benötigt sie für ihren Stoffwechsel.

Viele Pflanzen besitzen Abwandlungen der Wurzel, die ganz bestimmte Funktionen übernehmen. Man nennt sie Wurzelmetamorphosen. Beispielsweise haben viele Pflanzen verdickte Wurzeln, in denen sie Reservestoffe speichern. Ein Beispiel dafür ist die Karotte (Abbildung 2, 2. Bild). Es gibt auch Wurzeln, die durch die Metamorphose vielfältige andere Aufgaben erledigen: Sie können über die Luft Wasser aufnehmen (Luftwurzeln, Abbildung 2, 3. Bild), die Wurzel mit Sauerstoff versorgen (Atemwurzeln, Abbildung 2, 4. Bild) oder der Pflanze beim Klettern helfen (Wurzelranken).

Abb. 2: (von links nach rechts): 1. das Wurzelgeflecht einer Topfpflanze, 2. Karotten sind verdickte Wurzeln der Karottenpflanze, 3. Luftwurzeln, 4. Atemwurzeln.

Sprossachse

Die Sprossachse verbindet die Wurzel mit den Blättern. Umgangssprachlich bezeichnet man die Sprossachse auch je nach Pflanze als Stängel oder Stamm. In der Sprossachse befinden sich viele Leitorgane, die Stoffe von der Wurzel in die Blätter transportieren und umgekehrt. Außerdem betreibt die Sprossachse manchmal auch Photosynthese. Auch die Sprossachse kann Metamorphosen besitzen: Durch Rhizome, die ähnlich aussehen wie Speicherwurzeln, aber der Sprossachse angehören, können die Pflanzen Reservestoffe speichern (Beispiele: Kartoffel (Abbildung 3, 1. Bild), Ingwer). Auch kann die Sprossachse sehr verdickt sein, um Wasser zu speichern (Beispiel: Kakteen, Abbildung 3, 2. Bild). Sprossdornen sind ebenfalls eine Sprossmetamorphose (Beispiel: Weißdorn, Abbildung 3, 3. Bild).

Abb. 3: (von links nach rechts): 1. die Kartoffel ist ein Rhizom der Kartoffelpflanze, 2. die Kakteenart Leptocereus assurgens besitzt eine verdickte Sprossachse, 3. die Sprossdornen des Weißdorns sind eine Sprossmetamorphose.

Blätter

Abb. 4: (von oben nach unten): 1. flächiges Blatt einer Linde (Tilia), 2. nadeliges Blatt einer Nordmanntanne (Abies nordmanniana), 3. Blattdorn einer Berberitze (hier: Berberis vulgaris).

Blätter wachsen an der Sprossachse. Sie sind primär für die Photosynthese und die Transpiration (= Verdunstung; Abgabe von Wasser an die Umgebung) zuständig. Sie besitzen eine intensiv grüne Farbe und sind meist flächig ausgebildet (Abbildung 4, 1. Bild), können aber auch andere Formen annehmen (Beispiel: Nadeln von Tannen, Abbildung 4, 2. Bild). Manche Blätter haben ihre ursprünglichen Funktionen (Photosynthese, Transpiration) verloren und erfüllen andere, wichtige Aufgaben. Blattdornen sind zum Beispiel zu Dornen umgebildete Blätter, sie sollen vor Fressfeinden schützen (Beispiel: Berberitze, Abbildung 4, 3. Bild).

Wassertransport in der Pflanze

Nun kennst du den groben Aufbau einer Pflanze. Für das Verständnis der Photosynthese fehlt dir aber noch ein weiteres Puzzleteil: den Wassertransport innerhalb einer Pflanze. Das Wasser, das für die Photosynthese und Transpiration benötigt wird, bekommt die Pflanze aus der Wurzel. Über die Leitorgane in der Sprossachse gelangt es in die Blätter. Dort wird es für die Photosynthese benutzt und vor allem transpiriert (= verdunstet). Das Wasser fließt von der Wurzel in die Blätter.

Wie schafft es die Pflanze, das Wasser entgegen der Schwerkraft in ihre Blätter zu ziehen?

Das Wasser, dass in den Blättern verdunstet und an die Umgebungsluft abgegeben wird, erzeugt einen Transpirationssog, der das Wasser aus den Wurzeln zieht. Du kannst dir das so vorstellen: Da durch die Transpiration im Blatt Wasser verloren geht, muss von unten Wasser nachkommen. So wird es über die Leitorgane in der Sprossachse und durch die Wurzeln aus dem Boden gezogen.

Aufbau eines Blattes

Schließlich ist es noch wichtig, sich das Hauptorgan der Photosynthese einmal näher anzuschauen: das Blatt. Ein normales, flächig ausgebildetes Laubblatt sieht im Querschnitt etwa so aus:

Abb. 5: Querschnitt durch ein flächiges Laubblatt.

Die Leitbündel, die du in jedem Blatt als Blattadern gut erkennen kannst, transportieren Nährstoffe und Wasser in das Blatt. Das Blatt hat eine obere und untere Epidermis. Du kannst dir das wie die "Haut" des Blattes vorstellen. Sie können keine Photosynthese betreiben. Auf der oberen Epidermis liegt noch die Cuticula, eine wachsartige Schicht. Sie sorgt dafür, dass nicht zu viel Wasser durch die obere Epidermis transpiriert.
In der unteren Epidermis sind die Spaltöffnungen (= Stomata) eingelassen. Durch sie transpiriert das Wasser aus den Leitbündeln hinaus in die Umgebung. Gleichzeitig wird hier Kohlenstoffdioxid aufgenommen und Sauerstoff abgegeben. Zwischen den beiden Epidermisschichten liegen die eigentlichen Zellen, die Photosynthese betreiben. Man kann sie in das Palisaden- und das Schwammgewebe einteilen.
Das Palisadengewebe sind dicht aneinander gereihte Zellen nahe der oberen Epidermis. Da auf die obere Blattseite normalerweise mehr Licht scheint, sind die Zellen hier dicht gedrängt, um möglichst viel Sonnenlicht auffangen zu können. Im unteren Schwammgewebe sind die Zellen dagegen lückig, zwischen ihnen ist viel Platz. Das liegt einerseits daran, da hier weniger Sonnenlicht ankommt, andererseits werden die interzellulären Räume im Schwammgewebe auch zur Belüftung des Blattes benötigt, damit der zur Photosynthese benötigte Kohlenstoffdioxid an die Zellen gelangen kann und Wasser und Sauerstoff zu den Spaltöffnungen gelangt.

Die Photosynthese wird vor allem von Palisaden- und Schwammgewebe betrieben. Sie nennt man zusammen auch Mesophyll. Das Mesophyll besteht aus Zellen, die viele Chloroplasten enthalten. Chloroplasten sind Zellorganelle (siehe dazu auch Skript "Zellorganelle"). In ihnen befindet sich die chemischen Stoffe, die das Sonnenlicht einfangen können.