Was brauchen Pflanzen zum keimen und Wachsen?

Manchmal erscheint es wie ein Wunder: Ein winziges Samenkorn beginnt zu keimen und es entsteht eine stattliche Pflanze. Der Samen eines Riesenmammutbaumes (Sequoiadendron giganteum) misst nur wenige Millimeter, ausgewachsene Bäume erreichen jedoch eine Höhe von bis zu 90 Metern und werden über 2.000 Jahre alt. Andere Pflanzen haben es auch ganz besonders eilig: Einige Bambus-Arten wachsen bis zu 50 Zentimeter pro Tag. Doch wie wachsen Pflanzen eigentlich?

Ein pflanzlicher Samen besteht aus einem Keimling (Embryo), der von einem besonders nährstoffreichen Nährgewebe und einer Samenschale umschlossen ist. Bei den bedecktsamigen Pflanzen (Blütenpflanzen) ist dieser in einem besonderen, von den Fruchtblättern gebildeten Gehäuse, dem Fruchtknoten, eingeschlossen. Die Samen von Nacktsamern wie Palmfarnen, Ginkgos und Nadelgehölzen reifen frei heran. Bei Sporenpflanzen (zum Beispiel Pilzen, Farnen oder Moosen) nimmt die Entwicklung einer Pflanze nicht aus einem mehrzelligen Samen ihren Anfang, sondern aus einer einzelligen Spore.

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Schon im Embryo einer Samenpflanze lassen sich die drei Grundorgane einer Pflanze – Wurzel, Sprossachse und Blatt – erkennen. Die Blätter des Embryos werden als Keimblätter bezeichnet. Bei den Zweikeimblättrigen (Dikotyle) sind sie in Zweizahl, bei den Einkeimblättrigen (Monokotyle) in Einzahl vorhanden. Wie bei einem normalen Laubblatt sitzen die Keimblätter an einer Achse, dem sogenannten Keimstängel (Hypokotyl), an dessen Enden die Anlagen für die Bildung der Wurzel und der späteren Sprossachse liegen.

In diesem Zustand befindet sich der Pflanzenembryo in der Samenruhe. Die Keimung wird in der Regel durch Wasser oder Feuchtigkeit in der Erde ausgelöst. Dabei saugen sich die Zellen des Samens voll Wasser, das Volumen des Samens vergrößert sich und er beginnt zu quellen. Schließlich zerreißt die Samenschale, der Keimstängel mit der Wurzelanlage tritt aus dem Samen heraus und wächst sich zur Haupt- und Primärwurzel aus. Über die anschließend gebildeten Seiten- und Nebenwurzeln bekommt der Keimling Wasser und nimmt auch die darin gelösten Nährsalze und Wirkstoffe auf. Nach kurzer Zeit fängt auch die Sprossanlage an auszutreiben und entwickelt sich zum Hauptspross weiter, an dessen Knoten sich die grünen Blätter bilden. In ihren Achseln entstehen Knospen, die zu Seitenästen auswachsen.

Die Wurzel

Während die Sprossachse einer Pflanze normalerweise grün ist und dem Licht entgegenwächst, ist die Wurzel bleich und dringt in den Boden ein. Die für die Sprossachse typischen Blätter fehlen der Wurzel völlig. An ihrer Blattlosigkeit lassen sich daher echte Wurzeln von wurzelähnlichen Sprossen, Ausläufern und Rhizomen unterscheiden, die meistens bleiche Schuppenblätter tragen beziehungsweise deren Anlagen noch erkennbar sind. Die aus dem Embryo hervorgehende Wurzel wird als Hauptwurzel bezeichnet. Aus dieser entstehen Seitenwurzeln, die sich wiederum verzweigen können, und die zusammen mit der Hauptwurzel das Wurzelsystem der Pflanze bilden.

Wurzeln dienen der Pflanze nicht nur zur Verankerung im Boden und zur Versorgung mit Wasser und Mineralien: Sie speichern auch Reservestoffe. Deshalb werden sie auch oft dick und fleischig. Beim Meerrettich geschieht das in Form einer Pfahlwurzel, Möhren bilden sogenannte Rüben aus. Dahlien verfügen über Speicherwurzeln, die zwar verdickt sind, aber deren Funktion noch erkennbar ist. Von einer Wurzelknolle spricht man, wenn die Wurzel dick anschwillt, aber keine Seitenwurzeln mehr bildet. Sie finden sich beispielsweise beim Scharbocks- und Knabenkraut. Die essbaren Knollen der Kartoffel sind hingegen Sprossknollen, die von der Sprossachse gebildet werden.

Die Sprossachse

Die Sprossachse ist der Träger der Blätter, dient zur Stoffleitung zwischen den Blättern und der Wurzel und speichert Reservestoffe. Durch Bildung neuer Zellen an ihrer Spitze wächst die Pflanze. Wie schon im Pflanzenkeimling angelegt, entwickelt sie sich zum Hauptspross, der dem Licht entgegenwächst. Der Hauptspross einer Pflanze gliedert sich in Knoten (Nodien) und die Abschnitte zwischen den Knoten, die sogenannten Internodien. Beginnen sich die Internodien zu strecken, bewirken sie so das Längenwachstum der Pflanze. In den Nodien befindet sich teilungsfähiges Gewebe, aus dem sich Seitentriebe oder Blätter entwickeln können. Strecken sich bei einem Seitentrieb die Internodien, wird er als Langtrieb bezeichnet. Bei Kurztrieben bleiben die Internodien dementsprechend kurz. An ihnen bilden sich häufig, wie beispielsweise bei den Obstbäumen, die Blüten.

An der Spitze der Sprossachse findet das Längenwachstum der Pflanze statt. Dort befindet sich im Vegetationskegel (Apex) teilungsfähiges Gewebe, das sich während der Vegetationsperiode weiter ausbildet und den Spross nach oben verlängert – kurz: die Pflanze wächst. Würde das Längenwachstum der Sprossachse im Wurzelbereich stattfinden, könnte man einen frisch gepflanzten Baum an einen Baumpfahl anbinden – der Baum würde ihn irgendwann einfach aus der Erde herausziehen.

Neue Zellen bildet die Pflanze an der Spitze des Vegetationskegels, die darunter liegenden Zellen werden ausdifferenziert und erfüllen unterschiedliche Funktionen. Im Inneren der Sprossachse befindet sich das Leitgewebe mit den Leitbündeln für den Wasser- und den Nährstofftransport, außen geben das Festigungs- und Abschlussgewebe der Pflanze sicheren Halt. Je nach Pflanze nimmt eine Sprossachse viele unterschiedliche Formen an. Der Stängel einer einjährigen Pflanze ist eine krautige Sprossachse, die im Herbst abstirbt. Wächst der Spross in die Dicke und ist verholzt, spricht man von einem Stamm. Zwiebeln dagegen sind unterirdische Speicherorgane der Sprossachse, bei Rhizomen handelt es sich um horizontal wachsende Speichersprossen.

Das Blatt

Die Keimblätter, deren Lebensdauer meist sehr kurz ist, sind fast immer viel einfacher gestaltet als die Laubblätter, die meist in Blattspreite, Blattstil und Blattgrund gegliedert sind. In den grünen Blättern findet die Photosynthese statt, aus deren Prozessen sich die Pflanze mit organischen Stoffen versorgt. Dazu sind sie in der Lage über Spaltöffnungen auf der Blattunterseite Kohlendioxid aus der Luft aufzunehmen und Sauerstoff abzugeben. Blätter entstehen als seitliche Ausbildungen der Sprossachse und sind je nach Pflanzenfamilie in einer bestimmten Blattstellung angeordnet. Diese Anordnung und die Form des Blattes ist zusammen mit der Blüte ein wichtiges Merkmal beim Bestimmen einer Pflanze.

Wie auch bei Wurzel und Sprossachse gibt es beim Blatt zahlreiche Umbildungen. Die Dornblätter der Berberitze sind beispielsweise zu einer harten Spitze umgebildet, während Schmetterlingsblütler über Rankblätter verfügen, mit denen die Pflanzen sich an Kletterhilfen emporranken. Die Blätter können zum Schutz vor übermäßiger Verdunstung verdickt, zurückgebildet oder mit Haaren besetzt sein. Die Natur hat hier zahlreiche Formen der Anpassung hervorgebracht. Bei vielen Pflanzen erfüllen die Blätter nur eine Vegetationsperiode lang ihre Aufgabe und fallen im Herbst ab. Pflanzen, deren Blätter auch im Winter grün bleiben, nennt man immergrün. Aber auch diese "immergrünen" Blätter haben eine beschränkte Lebensdauer und werden nach und nach von der Pflanze durch neue ersetzt.

Haben der Primärspross und die Seitenäste ein bestimmtes Alter erreicht, stellen sie ihr Längenwachstum ein und bilden oft Blüten. Die Blüten enthalten die pflanzlichen Geschlechtsorgane, die aus Staubblättern mit Pollenkörnern und Fruchtblättern mit den Samenanlagen bestehen. Werden diese befruchtet, entstehen erneut Samen mit Pflanzenembryonen. Enthält eine Blüte sowohl Staub- als auch Fruchtblätter, ist sie vollständig (zwittrig). Sind in einer Blüte nur die Staub- oder Fruchtblätter ausgebildet, nennt man sie eingeschlechtlich. In diesem Fall gibt es Pflanzen mit männlichen und Pflanzen mit weiblichen Blüten. Befinden sich beide auf einer Pflanze, so ist diese einhäusig (zum Beispiel Haselnuss), sind sie auf zwei verschiedene Pflanzen verteilt, spricht man von zweihäusigen Pflanzen (zum Beispiel Weidengewächse).

Eine Frucht ist im Grunde nichts anderes als eine Blüte im Zustand der Samenreife. Je nachdem, wie sich das weibliche Blütenorgan nach der Befruchtung ausbildet, unterscheidet man zwischen Einzel- und Sammelfrüchten. Einzelfrüchte gehen aus einem einzigen Fruchtknoten hervor, von einer Sammelfrucht spricht man, wenn in einer Blüte mehrere Fruchtknoten vorhanden sind, aus denen sich die Früchte bilden. Eine Sammelfrucht kann aussehen wie eine Einzelfrucht, löst sich aber in ihrer Gesamtheit ab. Bekanntes Beispiel für eine Sammelfrucht ist die Erdbeere.

Ein beblätterter Spross und ein mehr oder weniger reich verzweigtes Wurzelsystem bilden die funktionellen Grundorgane einer Pflanze. Dieser in den Grundzügen recht einfache Aufbau, die Photosynthese und weitere biochemische Prozesse reichen einer Pflanze aus, um sich aus einem winzigen Samenkorn zu einem gewaltigen Geschöpf zu entwickeln – ein kleines Wunder der Natur.

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