Wurzeln, Xylem und Phloem

Alle drei Arbeitszonen einer wachsenden Wurzelspitze liegen ungefähr innerhalb ihres ersten Zentimeters.

Die Aufgaben der Wurzeln

Wurzeln verankern die Pflanze, nehmen Wasser und Mineralstoffe auf und speichern durch Fotosynthese gebildete Nährstoffe. Die meisten liegen unter der Erde, doch manche Pflanzen bilden auch oberirdische Wurzeln am Spross. Es gibt zwei Haupttypen von Wurzelsystemen. Zweikeimblättrige besitzen meist eine Pfahlwurzel: Eine Hauptwurzel wächst senkrecht nach unten, kleinere Seitenwurzeln zweigen davon ab. Deshalb reißt ein Löwenzahn beim Herausziehen ab und kann aus dem zurückbleibenden Stück neu wachsen. Einkeimblättrige wie Rasengräser, Weizen, Reis und Mais haben ein Faserwurzelsystem. Dieses dichte Geflecht dünner Wurzeln nahe der Oberfläche hält auch den Boden fest.

Eine Wurzelhaube schützt die Spitze einer wachsenden Wurzel. Beim Vordringen durch die Erde wird sie ständig abgerieben und erneuert. Dahinter folgen drei Zonen: eine Zellteilungszone, eine Streckungszone, in der sich neue Zellen verlängern und die Wurzel vorwärtsschieben, und eine Differenzierungszone, in der die Zellen ihre endgültigen Aufgaben übernehmen. Laut OpenStax liegen alle drei auf ungefähr dem ersten Zentimeter. In der Differenzierungszone bilden Epidermiszellen Wurzelhaare. Diese dünnen Auswüchse vergrößern die Oberfläche für die Aufnahme von Wasser und Mineralstoffen enorm.

Wasser, das in eine Wurzel eintritt, muss vor dem Xylem eine Kontrollstelle passieren. Die Endodermis bildet einen Zellring um das zentrale Leitgewebe. Ihre Wände tragen ein wachsartiges Band, den Caspary-Streifen. Wasser und gelöste Mineralstoffe können nicht zwischen diesen Zellen hindurchschlüpfen. Sie müssen die Zellmembranen passieren. So kontrolliert die Wurzel, was hineingelangt, und hält viele giftige Stoffe fern.

Zwei Leitungssysteme

In einer Pflanze verlaufen zwei Transportsysteme nebeneinander. Das Xylem transportiert Wasser und Mineralstoffe nur in eine Richtung: vom Boden über die Wurzel zum Blatt und hinaus in die Luft. Den Zug erzeugt die Transpiration, wie du im vorherigen Abschnitt gesehen hast. Das Phloem transportiert Zucker, und zwar in beide Richtungen. Pflanzenteile, die Zucker bilden oder freisetzen, heißen Quellen; meist sind es ausgewachsene Blätter. Teile, die Zucker verbrauchen oder speichern, heißen Senken: Wurzeln, junge Sprosse, sich entwickelnde Samen und Früchte sowie Knollen. Die oberen Blätter schicken Zucker nach oben zur wachsenden Sprossspitze, die unteren nach unten zu den Wurzeln und die mittleren in beide Richtungen.

Blätter laden unter Energieverbrauch Saccharose in die Siebröhrenglieder des Phloems. Der Phloemsaft kann bis zu 30 Prozent Zucker enthalten. Dieser Zucker zieht durch Osmose Wasser aus dem benachbarten Xylem an. Der Druck steigt und schiebt den Saft zu den Senken. Dort wird Zucker verbraucht oder gespeichert, und Wasser tritt wieder aus. Lebende Geleitzellen neben jeder Siebröhre liefern die nötige Energie.

Partner im Boden

Wurzeln arbeiten selten allein. Die meisten Landpflanzen bilden Mykorrhizen, Lebensgemeinschaften mit Pilzen. Deren dünne Fäden reichen weit über die Wurzeln hinaus bis in winzige Bodenporen. Die Pflanze erhält vor allem Phosphat und andere Mineralstoffe; der Pilz kann bis zu 20 Prozent des von der Pflanze fixierten Kohlenstoffs bekommen. Laut OpenStax kommen Endomykorrhizen in den Wurzeln von mehr als 80 Prozent der Landpflanzen vor. Hülsenfrüchtler wie Erbsen, Bohnen, Erdnüsse und Sojabohnen haben einen zweiten Partner: Bodenbakterien namens Rhizobien. Sie leben in Wurzelknöllchen und wandeln Stickstoffgas aus der Luft in Ammoniak um, den die Pflanze nutzen kann. Biologische Vorgänge liefern 65 Prozent des in der Landwirtschaft genutzten Stickstoffs.