Wie Bäume Wasser transportieren - Odysseum

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„Wie Bäume Wasser transportieren.“ Pflanzen unterhalten in Form der Leitgefäße ein ausgetüfteltes Transportsystem. Wasser und Mineralien werden von der Wurzel bis zu den Blättern und organische Stoffe (vor allem Zuckerverbindungen) von den Blättern als Orte der Assimilation zu den Verbrauchsorten transportiert. Der Transport der Assimilate ist ein hochkomplexer Vorgang, der hier nicht weiter beleuchtet werden soll. Im Zentrum der folgenden Versuche und Überlegungen steht der Wassertransport von der Wurzel zum Blatt, der zum einen Verständnis für Lebensvorgänge der Pflanze erzeugt, zum anderen aber einen Zugang zu wissenschaftlichem Arbeiten ermöglicht. Für den Wassertransport sind die drei Faktoren Kapillarität, Transpirationssog und Wurzeldruck von unterschiedlich großer Bedeutung. Sie ergänzen sich in ihrer Wirkung gegenseitig und haben im Verlauf des Jahres unterschiedliche Bedeutung. Die Kapillarität oder der Kapillareffekt beruht auf der Eigenschaft des Wassers, durch die Kohäsionskräfte eine Oberflächenspannung aufzubauen und auf der Adhäsion zwischen dem flüssigen Medium Wasser und der festen Wand der Kapillare. Die Flüssigkeit steigt entgegen der Schwerkraft in der Röhre an. Je kleiner der Durchmesser der Röhre ist, desto höher steigt das Wasser in dem Röhrchen, d.h. desto größer ist der Kapillardruck und damit die Steighöhe. Die Steighöhe des Wassers in der Röhre lässt sich in Abhängigkeit zum Durchmesser berechnen und ergibt folgende Werte: Durchmesser der Röhre 20 mm 1,4 mm Steighöhe 0,1 mm 140 mm 0,001 mm 28000 mm Der Kapillareffekt hat beim Wassertransport der Pflanze lediglich eine unterstützende Funktion. Er erleichtert zum einen die Transportvorgänge, die gegen die Schwerkraft gerichtet sind und hält durch die Kohäsionskräfte die Wassersäule zusammen. Der Transpirationssog ist ebenfalls ein passiver Transport, d.h. er erfordert wie der Kapillareffekt von der Pflanze keinen Energieaufwand. Das Wasser, das an der Blattoberfläche verdunstet, saugt die Wassersäule, die sich in den Leitgefäßen befindet, wie in einem Strohhalm an und erzeugt einen kontinuierlichen Wassertransport. Die Spaltöffnungen, die von der Pflanze nach Bedarf geöffnet und geschlossen werden können, stellen die Verbindung zum Luftraum dar und regulieren die Verdunstung. Je nach Anpassung der Pflanzen können sich die Spaltöffnungen nur auf der Unterseite oder auf beiden Seiten befinden. Sie können eingesenkt oder ausgestülpt sein. Wichtig für den Transpirationssog ist allerdings, dass die Wassersäule nicht durch Lufteinschlüsse unterbrochen wird, da sich die Luft im Gegensatz zum Wasser ausdehnt und so der Wasserstrom unterbrochen werden kann. Dies ist auch der Grund, warum Schnittblumen nach dem Transport ohne Wasser, noch einmal eingeschnitten werden sollen, ehe sie in die Vase gestellt werden, da Luft in die Leitgefäße eingedrungen sein kann. Der Transpirationssog ist der wesentliche Motor des Wassertransports. Er erfordert von der Pflanze bis auf die Energie, die bei der Regulation der Spaltöffnungen aufzuwenden ist, keine Energie. 5
Der Wurzeldruck ist der Anschubmotor des Wassertransports, insbesondere in Zeiten, in denen die Pflanze noch keine Blätter hat. Um den Wurzeldruck aufzubauen muss Energie aufgewendet werden. In den Wurzelspitzen wird Wasser aufgenommen und aktiv in die Leitgefäße gedrückt. Er wird sichtbar, wenn man im Frühjahr junge Bäume beschneidet und Flüssigkeit an den Schnittflächen austritt oder wenn an Stümpfen gefällter Bäume Wasser austritt. Dies ist nicht zu verwechseln mit der Ernte von Harzen, Gummi oder Ahornsirup. Hierbei handelt es sich um Assimilate der Pflanze. Aufnahme eines stark beschnittenen Ahornbaums an einem trockenen Frosttag im Januar. Die Eiszapfen sind Beweise für den aktiven Wassertransport durch Wurzeldruck. Foto: F. Schwarz Betrachtet man die Faktoren, die den Wassertransport beeinflussen und die untersucht werden können, sind das: - der Durchmesser der Kapillaren, Röhren, Leitgefäße und die mögliche Steighöhe - die Anzahl der Blätter bei gleichen Pflanzen und der Wasserverbrauch (quantitativ) - unterschiedliche Pflanzen mit unterschiedlichen Blättern und der Wasserverbrauch, um auf Anpassungen an den jeweiligen Lebensraum zu schließen - untersuchen „aktiver Flächen“ der Blätter auf der Unter- oder Oberseite, durch bestreichen mit Vaseline, um die Spaltöffnungen zu verschließen und quantitativ den Wasserverbrauch zu messen - Abhängigkeit der Transpiration von Wärme, Sonne, Luftbewegung - Unterschiede des Wasserverbrauchs bei vergleichbaren Pflanzen die vollständig sind, ohne Wurzel, ohne Wurzel und Blätter, mit Wurzel ohne Blätter - Beobachtungen des Wurzeldrucks und quantitative Messungen Mit Versuchen zum Wassertransport lassen sich folgende Kompetenzen schulen: - genaues Beobachten, Messen, Beschreiben - Fragen zu beobachteten Phänomenen formulieren - die Bedeutung vergleichender Versuchsreihen beschreiben (Faktoren ausklammern, um die Bedeutung einzelner Faktoren zu erkennen) - Quantitative Messungen auswerten und Schlussfolgerungen formulieren 6
Seite 1: Unterrichtseinheit Lehrer für Lehr
Seite 8 und 9: „Baumstamm unter der Lupe“ - Bo
Seite 10 und 11: Mögliche Unterrichtsreihe zum Them
Seite 12 und 13: Hinweis: Der Versuch lässt sich si
Seite 14 und 15: Versuch 5 - Bedeutung der Wurzel f
Seite 16 und 17: Versuch 7 - Bedeutung der Spaltöff
Seite 18 und 19: Vorschlag für eine Unterrichtsreih
Seite 20: Protokollbogen von: ……………

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