19
Pflanzenphysiologie (Subject) / Wasserhaushalt (Lesson)
Advertisement
- Was ist die Vakuole? Wie wird sie gebildet, was ist ihre Funktion und was sind ihre Eigenschaften? Die Zentralvakuole macht etwa 80-90% der Zelle aus und ist hauptverantwortlich für die Stabilität der meisten Pflanzen. Sie ist umgeben von der Vakuolenmembran, dem Tonoplast. Sie wird gebildet durch den Golgi-Apparat. Von der Trans-Seite des Golgi-Apprats werden Vesikel mit Wasser oder anderen gelösten Stoffen zur Vakoule geleitet, wo viele Vesikel zu einer großen Vakuole fusionieren. Die Vorstufe der Vakuole nennt man Provakuole. In der Vakuole befinden sich vor allem Wasser, anorganische Ionen, organische Säuren, Zucker, Enzyme und Sekundärstoffe. Letztere dienen meist der Abwehr gegen Erreger und werden in der Vakuole gespeichert, damit die Stoffe nicht die Zelle selbst schädigen. Auch ist die Vakuole von Cytoplasmasträngen durchzogen. Neben der Speicherung von Wasser und anderen Stoffen dient die Vakuole auch der Stabilität und dem Abbau von Zellprodukten.
- Wie kann Wasser die Membran passieren? entweder durch freie Diffusion oder durch regulierbare Aquaporine
- Was ist Osmose? Eine Diffusion durch eine Membran
- Was besagt das 1. Ficksche Gesetz? Die Diffusion kann durch das 1. Fick'sche Gesetz beschrieben werden: Demnach ist die Geschwindigkeit der Moleküle bei der Diffusion umso schneller, je größer der Konzentrationsgradient ist.
- Welches Wasserpotential hat reines Wasser? 0
- Definiere Wasserpotential, was das chemische Potential? Das Wasserpotential ist definiert als das chemische Potential des Wassers (μ) bezogen auf seinen Grundzustand (μ0) geteilt durch das partielle Molvolumen von reinem, flüssigen Wasser (V): Das chemische Potential ist eine thermodynamische Zustandsgröße, die die Möglichkeiten eines Stoffes charakterisiert: - mit anderen Stoffen zu reagieren (chemische Reaktion) - in andere Zustandsformen überzugehen (Phasenübergang) - sich im Raum umzuverteilen (Diffusion) Es ist also im Prinzip die Beschreibung der freien Energie des Wassers (Enthalpie) Das Wasserpotential ist dabei eine Summe von Teilpotentialen: Wasserpotential = osmotisches Potential + Turgordruck (+ Schwerkraft)
- Was besagt das 1. Ficksche Gesetz? Die Diffusion kann durch das 1. Fick'sche Gesetz beschrieben werden: Demnach ist die Geschwindigkeit der Moleküle bei der Diffusion umso schneller, je größer der Konzentrationsgradient ist.
- Eine turgeszente Pflanzenzelle (voller Turgordruck) mit 0,1 mol. Saccharose-Lösung besitzt ein osmotisches Potential von – 0,732 MPa und einen Druckpotential von 0,488 Mpa Wie hoch ist das Wasserpotential? Taucht man diese Zelle nun in Leitungswasser (Ψ = 0 Mpa) -> was passiert? Oder in 0,3 mol Saccharose-Lösung(Ψ = -0,732 Mpa) -> was passiert? Eine turgeszente Pflanzenzelle (voller Turgordruck) mit 0,1 mol. Saccharose-Lösung besitzt ein osmotisches Potential von – 0,732 MPa und einen Druckpotential von 0,488 Mpa Das Wasserpotential beträgt also -0,732 Mpa + 0,488 MPa = -0,244 Mpa Taucht man diese Zelle nun in Leitungswasser (Ψ = 0 Mpa): Wasser fließt nicht? Oder in 0,3 mol Saccharose-Lösung(Ψ = -0,732 Mpa): Wasser fließt aus der Zelle heraus
- Was ist das osmotische Potential und wovon hängt es ab? Wie kann er erhöht/erniedrigt werden? Das osmotische Potential hängt vom osmotischen Wert ab. Je höher der osmotische Wert ist, desto geringer ist das Wasserpotential. Erhöht werden kann dieser Wert zum Beispiel durch gelöste Substanzen. Je mehr gelöste Substanzen sich in einem System befinden, desto höher ist der osmotische Wert (und desto niedriger das Wasserpotential. Da Wasser ja immer zum niedrigeren Potential strömt, strömt es auch immer dorthin, wo sich mehr gelöste Substanzen befinden Der Wert ist ist so gut wie immer innerhalb der Zelle höher als außerhalb, weshalb das Wasser vom Boden in die Zelle fließt. Das osmotische Potential kann durch das Van’t-Hoffsche Gesetz abgeschätzt werden.
- Was ist das Van't Hoff'sch Gesetz? Das osmotische Potential kann durch das Van’t-Hoffsche Gesetz abgeschätzt werden. Dieses bezieht ebenfalls die Temperatur ein, gilt aber nur für ideale Lösungen. Je höher die Temperatur, desto größer ist also der Einfluss des osmotischen Potentials.
- Advertisement
- Was ist der Turgordruck und was passiert, wenn dieser den höchstmöglichen Wert angenommen hat? Dem osmotischen Potential entgegengesetzt wirkt der Turgordruck (= hydro-statischer Druck), also der Druck des Zellsaftes, welcher von der Vakuole auf die Pflanzenzellwand drückt. Hat dieser Druck seinen höchstmöglichen Wert, so spricht man von voller Turgeszenz. Bei voller Turgeszenz erreicht das Wasserpotential der Zelle oder des Gewebes den Wert Ψ = 0, bei dem kein Wasser mehr aufgenommen werden kann. Dieser Zustand wird jedoch in der Realität selten selten erreicht. Der Turgordruck ist bei krautigen Pflanzen auch für die Stabilität verantwortlich.
- Berechne die Molarität 1M CaCl2 1M NaCl 1M Saccharose (ggfs. muss das M auch mol heißen?) Berechnung: 1M CaCl2 → Ca, Cl, Cl, also 3Molar 1M NaCl → Na, Cl, also 2Molar 1M Saccharose → Saccharose, also 1Molar
- Wie lässt sich das Wasserpotential messen? Das Wasserpotential lässt sich messen, indem man z.B. ein Blatt in verschiedene Lösungen gibt und anschließend den Wasserverlust/Wassergewinn auswiegt. So nimmt z.B. ein Blatt in einer wässrigen Lösung das Wasser auf, wohingegen es in einer Zuckerlösung Wasser abgibt. Eine andere Möglichkeit zum Messen des Wasserpotentials ist die Scholander-Bombe, bei der durch Druckluft der Xylemsaft aus einem Blatt herausgepresst und gemessen wird.
- Beschreibe den Prozess der Plasmolyse Wann tritt sie auf? Ist sie reversibel? Als Plasmolyse bezeichnet man die schrumpfung des Protoplasten (alle Teile der Zelle außer der Zellwand). Eine Plasmolyse passiert, wenn aufgrund des höheren Wasserpotentials in der Pflanze, das Wasser von der Pflanze in den Boden gelangt. Dies kommt vor allem bei Trockenheit vor, kann aber auch durch Bodenversalzung, eine Umgebung von hypertonen Lösungen oder andere Prozesse geschehen. Dabei entfernt sich der Protoplast von der Zellwand, welche in ihrer Form erhalten bleibt. Die Plasmodesmata, welche die Zellen miteinander verbinden werden dadurch gestreckt und können sogar reißen. Es entstehen sog. Hecht'sche Fäden. Das Reißen ist für die Zelle aber nicht tödlich, da diese wieder neu gebildet werden können. Wird dieser Prozess rückgängig gemacht, so bezeichnet man das als Deplasmolyse. Dies kann jedoch nur in lebendigen Zellen passieren, sodass man durch Plasmolyse auch gut messen kann, ob eine Zelle noch lebt oder nicht.
- Beschreibe die Kohäsion Welche Rolle spielt sie? Durch die Transpiration wird Wasser aus den Blättern in die Umgebung abgegeben. Dies geschieht an den Stomata (reguliert) und in wesentlich kleinerem Umfang cutikulär (unreguliert) In der Folge entsteht ein Unterdruck (Transpirationssog), welcher einen negativen hydrostatischen Druck im Xylem erzeugt und Wassermoleküle „anzieht“. Diese Wassermoleküle hängen mit weiteren Wassermolekülen über Wasserstoffbrücken zusammen (Kohäsion) und werden mit hochgezogen. Dies ist allerdings nur bis zu einer Höhe von 10m möglich und gelingt nur, wenn es keine Gaseinschlüsse (Embolinen) zwischendrin gibt (intakter Wasserfaden).
- Beschreibe den Kapillareffekt Die Kapillarkraft ist eine Kraft, welche dafür sorgt, dass eine Flüssigkeit bei Kontakt mit Kapillaren (z.B. einem Röhrchen oder einem Hohlraum) gegen die Schwerkraft nach oben steigen kann. Verantwortlich dafür ist die Oberflächenspannung von Flüssigkeiten. Durch die, physikalisch noch nicht genau untersuchte, Adhäsion steigen dabei einige Wassermoleküle am Rand der Kapillare nach oben und ziehen durch die Oberflächenspannung weitere mit nach oben. Dabei gilt: je kleiner die Kapillare, desto höher steigt die Flüssigkeit
- Was ist der Wurzeldruck? Welche Rolle spielt er? Drückt Wasser von dne Wurzeln nach oben Dieser drückt jedoch auch auf die Pflanze, wenn die Stomata geschlossen sind und daher kein Transpirationssog herrscht. Das Wasser, welches dabei bis in die Blattspitzen gepresst wird, kann dann tropfenweise entweichen. Dies nennt man Guttation.
- Um den Wasserverbrauch bei Trockenheit zu regulieren haben Pflanzen verschiedene Methoden entwickelt, welche die Pflanze vor dem Austrocknen schützen. Welche sind das? (6 Stück) - Messung der Transpiration und Begrenzung der Transpiration- Schließung der Stomata, induziert durch Abscisinsäure (ABA)- Verringerung des Turgordrucks- Vermehrtes Wurzelwachstum zulasten der Blattmasse- Blattabwurf (z.B. Laubbäume im Herbst)- Optimierung der Artenzusammensetzung (z.B. Tiefwurzler) Dabei ist die Effizienz bei Punkt 6 am höchsten.
- Wie lässt sich der Teanspirationssog regulieren? Der Transpirationssog lässt sich dabei von der Pflanze regulieren, indem sie ihre Stomata weiter oder weniger weit öffnet. Dies kann durch Abscisinsäure (ABA), CO2, Licht oder Turgordruck reguliert werden. (Es gibt allerdings auch einige Pilze, wie den Fusicoccum, dessen Toxin Fusicoccin an die Protonen- ATPase bindet und dafür sorgt, dass die Stomata der Pflanze ständig offen sind. In der Folge welkt die Pflanze und stirbt, was der Pilz als Nährstoffe benutzt.)