#3 Pflanzenanatomie Mag. Franz Gapp Seite 1

Biologie-Challenge Förderung interessierter & begabter SchülerInnen

#3 Pflanzenanatomie Pflanzenanatomie 1- monokotyl/dikotyl

monokotyl= ein Keimblatt (Abb.1) →einkeimblättrige Pflanzen Gräser: Orchideen, Lilien, Palmen Blätter: parallelnervig, Blattansatz breit am Stamm (Abb.3) Sprossquerschnitt: Leitbündel verstreut, kein Kambium Dickenwachstum: nur verholzte Blätter, z.B. Palme dikotyl = zwei Keimblätter (Abb.2) →zweikeimblättrige Pflanzen alle Bäume/Sträucher unserer Breite, nahezu alle Blütenpflanzen, Efeu, Rose, Klee Blätter: netznervig, Blattansatz gestielt (Abb.4) Sprossquerschnitt: Leitbündel ringförmig angeordnet, Kambium vorhanden Dickenwachstum: Kambium → Jahresringe (siehe Dickenwachstum S. 5)

Abbildung 1: Keimblatt © Franz Gapp

Abbildung 2: Keimblätter © Franz Gapp

Abbildung 4: Wein-Rose

https://upload.wikimedia.org/wi

kipedia/commons/b/b5/292_Ros

a_rubiginosa.jpg entnommen am 11.4.2019

Abbildung 3: Knäuelgras

https://de.wikipedia.org/wiki/Kn%C3%

A4uelgr%C3%A4ser#/media/File:457_

Dactylis_glomerata.jpg

entnommen am 11.4.2019

#3 Pflanzenanatomie Mag. Franz Gapp Seite 2

Abbildung 3: Transportwege von H2= & Mineralstoffen in der Wurzel verändert nach: https://en.wikipedia.org/wiki/Casparian_ strip#/media/File:Symplastic_and_apoplastic_water_flow_through_root.png Entnommen am 11.4.2019

Pflanzenanatomie 2- Die Wurzel

a) Aufgaben

• Wasseraufnahme • Aufnahme von Nährsalzen (=Mineralstoffe) • Festigung • Speicherung der Nährstoffe (=Assimilate = Produkte

der Fotosynthese)

b) Querschnitt durch eine Wurzel

Rhizodermis: einschichtiges Abschlussgewebe, Abgrenzung + Stoffaufnahme Wurzelhaare: Zellen mit Ausstülpungen → Oberflächenvergrößerung o Wasseraufnahme durch Osmose, da mehr Salze in Wurzeln als in Erde o Nährsalzaufnahme durch Austauschvorgänge

Wurzelrinde: Speicherung von Nährstoffen (Zucker, Eiweiße...) Parenchymzellen mit Stärkekörnern = Amyloplasten Transport von Nährsalzen zum Zentralzylinder: durch die Zellen & zwischen den Zellen (Abb. 3)

Endodermis: Kontrolle der Nährsalzaufnahme Filter von schädlichen Stoffen Stoffe müssen aufgrund der Caspary-Streifen (Abb. 4) durch die Zellen/Zellmembran Zentralzylinder: Perizykel & Leitbündel

Perizykel: innerhalb der Endodermis im Zentralzylinder Bildung von Seitenwurzeln, Bildung des Kambiumrings

Leitbündel = Leitrohre Xylem: Leitrohre für Wasser und Nährsalze, Tracheen & Tracheiden Phloem = Leitrohre für Nährstoffe

Abbildung 2: Querschnitt durch die Wurzel (ohne Rhizodermis) eines Hahnenfußes https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/9e/Ranunculus_Root_Cross_Section.png entnommen & verändert am 11.4.2019

↑Abbildung 1: Wurzelquerschnitt: Schema © Franz Gapp 1: Rhizodermis (einschichtig) 2: Wurzelrinde (mehrschichtig) 3: Endodermis (einschichtig) 4: Zentralzylinder

#3 Pflanzenanatomie Mag. Franz Gapp Seite 3

Pflanzenanatomie 3- Der Spross

a) Bau und Aufgaben eines Sprosses

Wachstum

• Längenwachstum: Vegetationskegel an der Sprossspitze (vgl. Wurzel) • Dickenwachstum: Kambium: Zellschicht, die das Wachstum in die Breite ermöglicht

Speicherung von Nährstoffen

• Zellen des Grundgewebes

Transport

• Leitbündel (siehe Abb. 2): Transport von Wasser, Nährsalzen & Nährstoffen (=Assimilate)

Photosynthese

• Zellen des Grundgewebes unterhalb der Epidermis mit Chloroplasten, nur bei krautigen Pflanzen und jungen Trieben von Sträuchern & Bäumen

Festigung/Stütze

• unverholzte Pflanzen: Osmose der Vakuolen im Grundgewebe → Turgor (z.B. Tulpe), Festigungsfasern = Sklerenchym (siehe Abb. 2), Holzteil (siehe Abb. 2)

• verholzte Pflanzen: Holzteil

b) Querschnitt durch den Spross einer monokotylen Pflanze

• Epidermis (E) Abb. 1 • Grundgewebe (G) • Leitbündel verstreut im

Grundgewebe (L) • kein Kambium

Abbildung 1: Querschnitt durch den Spross einer monokotylen Pflanze verändert nach https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c6/Botana_curus_monocot_stem_40%C3%97.png entnommen am 13.4.2019

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Abbildung 3: Querschnitt durch einen einjährigen Spross von Aristolochia macrophylla (Pfeifenwinde) verändert nach https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons

/9/94/Aristo-mac_prim_DM002k5x.jpg

entnommen am 13.4.2019

L

Leitbündel einer monokotylen Pflanze (Abb. 2)

Sklerenchym (S): Festigungsgewebe der Pflanzen v.a. allem rund um die Leitbündel als Abgrenzung zum Grundgewebe (G); tritt meist als Schicht um ein Leitbündel auf; sekundär verdickte, oft verholzte Zellwände

Xylem (Holzteil): Transport von Wasser und Nährsalzen von der Wurzel ins Blatt; liegt im Leitbündel meist in Richtung Sprossmitte; besteht aus Tracheen (T) große langestreckte Zellen (Rohre), Tracheiden (Ti) kleinere Zellen (Rohre) mit Tüpfeln, die als Verbindungen zu Nachbarzellen dienen und den Zellen des Xylemparenchyms (XP), die ebenfalls der Leitung dienen

Phloem (P) (Rindenteil): Transport der Assimilate + Wasser vom Blatt in die Wurzel oder zur Blüte liegt im Leitbündel meist in Richtung Rinde

c) Querschnitt durch den Spross einer dikotylen Pflanze Leitbündel (L) einer dikotylen Pflanze sind ringförmig angeordnet (Abb. 3)

Kambium vorhanden (Abb. 4) – es teilt die Leitbündel und bildet laufend Xylem nach innen und Phloem nach außen → Dickenwachstum

Markstrahlen (M) (Abb.4) = Holzstrahlen: ziehen sich vom Inneren des Sprosses in Richtung Rinde

und dienen der Versorgung und Speicherung

K

S G

Abbildung 2: Leitbündel einer Maispflanze verändert nach https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Zea1_Dutch_txt.jpg entnommen am 13.4.2019

Abbildung 4: Zwei Leitbündel der Pfeifenwinde verändert nach https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/ef/Aristo-mac_prim_DM005x.jpg?uselang=de entnommen am 13.4.2019

P

M X

K

außen

innen

#3 Pflanzenanatomie Mag. Franz Gapp Seite 5

Abbildung 2: Drei Jahresringe eines Fichtenastes (ohne Kambium und Rindenteil) © Franz Gapp

dunkel

hell

dunkel

dunkel

hell

hell

Pflanzenanatomie 4- Dickenwachstum

Im Frühjahr und im Sommer, wenn neue Blätter ausgebildet werden, sind die Xylemrohre groß,

im Spätsommer und im Herbst sind sie kleiner (Abb. 1 & 2). Mit freiem Auge sind deshalb nur helle und

dunkle Streifen, die Jahresringe zu erkennen. Ein Ring besteht aus einem hellen und einen dunklen

Streifen. Die Dicke der Ringe gibt Aufschluss über das Wachstum der Pflanze.

Der Rindenteil (Phloem, siehe Abb.1) besteht aus dem Bast, welcher Zucker und Nährstoffen leitet und der Borke („Rinde“), die aus abgestorbenen Phloemzellen besteht und dem Schutz der Pflanze dient.

Abbildung 1: Schema zur Bildung der Jahresringe © Franz Gapp

Abbildung 4: Jahresringe https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/42/Tree_r

ings.jpg,

entnommen am 13.4.2019

Abbildung 3: Jahresringe einer Fichte im Rasterelektronenmikroskop R = Rindenteil (Phloem) K= Kambium H= Holzteil (Xylem) verändert nach: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f7/Fichtenholz.jpg, entnommen am 13.4.2019

R

K

H

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Pflanzenanatomie 5- Das Blatt

a) Die Aufgaben des Blattes • Fotosynthese

• Abfallstoffe entsorgen

b) Das Blatt im Querschnitt

Struktur (Abb.1) Aufgabe

Cuticula (1) Wachsschicht, hydrophob, Schutz vor Austrocknung,

auch an grünen Sprossen, nicht an Wurzeln (Wasseraufnahme)

Epidermis (2) Abschlussgewebe, verdickte Zellaußenwand → stabiler;

ohne Chloroplasten

Palisadengewebe (3) Blattoberseite, viele Chloroplasten → Fotosynthese

Schwammgewebe (4) Blattunterseite, löchrig → Gase können zirkulieren, (5)

Zellen mit Chloroplasten → Fotosynthese

Leitbündel (6) Versorgung des Blattes mit Wasser & Mineralstoffen (Xylem)

Abtransport der Assimilate (Phloem), Xylem oben, Phloem unten,

Skelett des Blattes=Blattadern

Spaltöffnungen (7) Gasaustausch (8)

c) Die Spaltöffnung(en) = Stoma(ta)

…werden von zwei gegenüberliegenden

Zellen (Abb.2) gebildet

50-500 pro mm², vor allem auf der Blattunterseite

(Abb. 3 & 4, nächste Seite)

→ Verdunstung geringer

→ Oberseite mit dem Palisadengewebe / Licht

Import: CO2 (für Fotosynthese)

Export: O2 (Fotosyntheseprodukt), Wasserdampf

(für Stoffwechsel benötigt, geht durch die

Spaltöffnungen verloren!)

Abbildung 1: Blattquerschnitt, verändert nach https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Blattquerschnitt_mit_Blattader_zum_beschriften.svg entnommen am 7.4.2019

(1)

(2)

(3)

(6) (4)

(1) (5) (8) (7)

(2)

O2

Abbildung 2: Schwammgewebe, untere Epidermis und Cuticula mit Spaltöffnung im Querschnitt, verändert nach https://www.flickr.com/photos/146824358@N03/37046633841 entnommen am 7.4.2019

H2O

CO2

#3 Pflanzenanatomie Mag. Franz Gapp Seite 7

d) Regulation der Spaltöffnungen (Abb. 5)

Die Spaltöffnungsweite ist ein entscheidender Faktor für: → den Gasaustausch und somit für die Fotosynthese

• genügend Licht: Fotosynthese ist möglich → gewonnene Energie treibt Pumpen an → K+-Ionen in die Vakuolen gepumpt → Osmose → Vakuolen und somit Zellen schwellen an und biegen sich auf → Spalt geöffnet

• zu wenig Licht: keine Fotosynthese möglich → Pumpen haben keine Energie mehr → Ionen wandern aus Vakuole → Zelle erschlafft → Spalt geschlossen

➔ Auch bei Trockenheit bleiben die Spaltöffnungen bei Lichteinfall offen, da ansonsten die

Chloroplasten beschädigt würden. Das nötige Wasser für die Vakuolen holt sich das Blatt hier

aus der Luft (Luftfeuchtigkeit). Die Spaltöffnungen sind auch für die Kühlung des Blattes, bei der

Fotosynthese entsteht Wärme verantwortlich

Spaltöffnungstypen

Abbildung 6: Helleborus-Typ („Bohnen“) Abbildung 7: Gramineen-Typ („Hanteln“) Zweikeimblättrige Pflanzen Gräser © Franz Gapp © Franz Gapp

Abbildung 4: Epidermis/ Unterseite/Elektronenmikroskop https://en.wikipedia.org/wiki/Stoma#/media/File:Tomato_leaf_stomate_1-color.jpg entnommen am 7.4.2019

Abbildung 3: Epidermis/ Unterseite https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b8/Meyers_b5_s0697_b2.png entnommen am, 7.4.2019

Abbildung 5: Spaltöffnungen geöffnet (links) und geschlossen (rechts) verändert nach: https://de.m.wikipedia.org/wiki/Datei:Opening_and_Closing_of_Stoma.svg entnommen am 7.4.2019

Zellwand

H2O

H2O H2O

Vakuole Stoma

Chloroplast

H2O

Zellkern

H2O

H2O H2O

H2O

Epidermis

K+-Ionen

K+-Ionen

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Abbildung 2: Deckglas (Dicke <0,2mm) auf Objektträger (Dicke ca. 1mm) © Franz Gapp

Pflanzenanatomie 6- Praxis

Grundlagen des Mikroskopierens

10 Okular: Dem Auge zugewandt; vergrößert 10-fach 9 Tubus: Verbindung Objektiv mit Okular 8 Arretierschraube für Tubus 7 Objektivrevolver: drehbar, Auswahl der Objektive 6 Objektiv: vergrößert das Objekt 4/10/40-fach, (teils 100-fach) 5 Objektträger mit Objekt & Deckglas 4 Triebrad: siehe Objekttisch 3 Objekttisch: mit Triebrad Höhenverstellbar → schärfen 2 Kondensor=Blende: Regelung von Helligkeit und Kontrast 1 Lichtquelle: Am Fuß mit Schieber oder Rad regulierbar 11 Fuß: Stromschalter, Lichtregelung 12 Stativ: verbindet alle Bauteile, hier wird das Mikroskop beim Tragen gehalten

Bedienungstipps

→ Prüfe zu Beginn, ob die kleinste = einfachste Vergrößerung

eingestellt ist!

→ Schalte die Lampe erst ein, wenn der Helligkeitsregler auf

der kleinsten Stufe ist!

→ Drehe den Objekttisch immer vorsichtig. Bei einer starken

Berührung des Deckglases mit dem Objektiv kann die Linse

beschädigt werden!

→ Berühre nie die Linse mit dem Fingern!

→ Stelle nach dem Mikroskopieren wieder die kleinste

Vergrößerung ein!

11

12 5

3

2

1

7 8

9

10

6

Abbildung 1: Durchlichtmikroskop Olympus CHT, © Franz Gapp

Abbildung 4: Umgang mit Objektträge & Deckglas Wassertropfen auf Objektträger → Objekt in Wassertropfen → Deckglas senkrecht in Wassertropfen → Deckglas kippen © Franz Gapp

4

Abbildung 3: Mikroskopierutensilien, Uhrschälchen, Rasierklinge, Pinsel, Pinzette, Pipette, ,Styroporblöcke oder Holundermark © Franz Gapp

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#3 Pflanzenanatomie Mag. Franz Gapp Seite 9

Mikroskopiertechniken in der Pflanzenanatomie

→ Querschnitte

• Ein Stück Holundermark halbieren oder zwei Styroporblöcke

(ca. 1,5 cm Kantenlänge) vorbereiten und die Pflanzenprobe zwischen die beiden Stücke

klemmen. (Abb. 5a)

• Mit einer Rasierklinge die obere Fläche eben schneiden. → obere Fläche eben (Abb. 5b)

• Mit der Rasierklinge dünne Scheiben von der oberen Fläche abschneiden.

Dabei auch das Holundermark/den Styropor abschneiden und wie beim Schneiden von Brot

vorgehen.

• Die Stücke mit einem Pinsel in ein wassergefülltes Uhrschälchen geben und danach das

beste/dünnste Objekt aussuchen.

→ Blattepidermis/Cuticula mit Klinge

→ Abdruck der Cuticula

Abbildung 6: Blatt über einen Finger wickeln → Epidermis mit Ecke des Rasiermessers leicht einritzen → Epidermis/Cuticula mit Pinzette abziehen © Franz Gapp

Abbildung 7: Epidermis/Cuticula mit Rasierklinge kreuzförmig einritzen → Epidermis/Cuticula mit Pinzette abziehen © Franz Gapp

Abbildung 5a: Schnittanleitung © Franz Gapp

Abbildung 8: Cuticula mit Flüssigkleber (UHU etc.) oder Nagellack bestreichen → Trocknung abwarten → trockenes Häutchen abziehen © Franz Gapp

Abbildung 5b: Schnittanleitung © Franz Gapp

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#3 Pflanzenanatomie Mag. Franz Gapp Seite 11

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Pflanzenanatomie 7- Lernfragen

1. monokotyl/dikotyl

a) Erläutere die beiden Begriffe anhand von selbst erstellten Skizzen der Keimlinge!

b) Erläutere die beiden Begriffe anhand von anatomischen Gesichtspunkten!

2. Die Wurzel

a) Nenne die Aufgaben der Wurzel!

b) Erstelle eine Skizze eines Wurzelquerschnittes, beschrifte sie und erläutere die Aufgabe der

einzelnen Strukturen!

c) Erläutere den Weg des Wassers und der Nährsalze vom Boden bis zum Xylem!

d) → Fertige einen Querschnitt durch eine Wurzel an und erstelle eine beschriftete Skizze mit

Detailansichten!

3. Der Spross

a) Nenne die Aufgaben des Sprosses und die dazugehörenden Gewebe!

b) Erstelle eine Skizzen von Sprossquerschnitten (monokotyl und dikotyl) und beschrifte die

einzelnen Strukturen!

c) → Fertige einen Querschnitt durch den Spross einer monokotylen Pflanze an, beschriftete die

einzelnen Strukturen und erstelle Detailansichten!

d) → Fertige einen Querschnitt durch den Spross einer dikotylen Pflanze an, beschriftete die

einzelnen Strukturen und erstelle Detailansichten!

4. Dickenwachstum

a) Erläutere die Entstehung von Jahresringen anhand einer selbst erstellten Skizze!

b) → Fertige einen Querschnitte durch den Sprosse/Ast einer verholzten Pflanzen an! Beschrifte die einzelnen Strukturen und erstelle Detailansichten!

5. Das Blatt

c) Erstelle eine Skizze eines Blattquerschnittes, beschrifte sie und erläutere die Aufgabe der

einzelnen Strukturen!

d) Erläutere die Bedeutung der Spaltöffnungen für die Pflanze!

e) Beschreibe die Änderung des Öffnungszustandes der Stomata mithilfe einer selbst erstellten

Skizze und unterscheide zwei Typen von Spaltöffnungen!

f) → Ziehe die untere Epidermis eines Blattes ab und erstelle eine beschriftete Skizze der Cuticula

samt Spaltöffnungen! Demonstriere die dreidimensionale Struktur der Stomata im Mikroskop!

g) → Erstelle eine Skizze der Cuticula samt Spaltöffnungen mit Hilfe eines Abdruckes mit

Nagellack!

h) → Vergleiche die Anzahl der Spaltöffnungen zwischen unterer und oberer Epidermis!

i) → Fertige einen Querschnitt durch ein Laubblatt an und erstelle eine beschriftete Skizze!