Biologie der Pflanze: Aufbau und Wachstum
Pflanzenaufbau
Der Vegetationskörper der Pflanzen (Kormophyten) ist in drei Grundorgane gegliedert: Wurzel, Sprossachse und Blatt.
Die Sprossachse verbindet die Wurzel mit dem Blatt und wird auch Halm, Stängel oder Stamm genannt. Diese Organe können sehr unterschiedlich gestaltet und/oder umgestaltet sein und verschiedene Funktionen übernehmen: Blätter können beispielweise als Dornen, Blütenblätter oder Laubblätter erscheinen, Sprossachsen beispielsweise als Ausläufer oder Ranken. Die Sprossachse trägt Blätter und Blüten. Durch sie werden gelöste Mineralstoffe und Wasser transportiert. Die ursprünglichen Funktionen des Blattes sind der Aufbau von Stoffen mit Hilfe von Licht (Fotosynthese) und die Transpiration.
Wurzeln sind unterirdische Pflanzenorgane. Die Wurzel verankert die Pflanze im Boden, dient der Aufnahme von Wasser und Mineralstoffen und ist häufig auch ein Speicherorgan. Verdickte Wurzeln nennt man «Knolle». Eine verdickte Hauptwurzel «Rübe». «Zwiebeln» hingegen sind keine Wurzeln, denn sie werden aus Speicherblätter gebildet. Rhizome sind auch keine Wurzeln, sondern unterirdisch, horizontal wachsende Sprossachsen.
Die Gesamtheit der Wurzeln einer Pflanze wird als Wurzelsystem bezeichnet und kann homogen mit zahlreichen gleichrangigen Wurzeln wie beispielsweise beim Knoblauch oder heterogen mit Haupt- und Seitenwurzeln ausgebildet sein. Wurzeln können tief in den Boden vorstossen und/oder sich eher flach unter der Erdoberfläche ausdehnen. Dies hängt stark vom Boden ab, aber auch von der entwickelten Anpassung der Pflanze an einen Standort und ihre Umwelt. Pflanzen haben daher unterschiedliche Tendenzen, wie sie ihre Wurzeln ausbreiten.
Von der Bestäubung zum Samen
Die Blüte dient zur Fortpflanzung
Die Blüte dient zur Fortpflanzung. Die Vermehrung bei Pflanzen erfolgt entweder sexuell über Bestäubung und Befruchtung ihrer Blütenorgane, die dann Samen bilden, oder über vegetative Fortpflanzung wie beispielsweise über Ausläufer. Zwittrige Blüten haben weibliche und männliche Blütenorgane, einhäusige Pflanzen haben weibliche und männliche Blüten auf derselben Pflanze, und zweihäusige Pflanzen haben nur weibliche oder männliche Blüten auf derselben Pflanze.
Zur Befruchtung wird der aus den männlichen Blütenorganen (Staubblätter) gebildete Pollen durch den Wind oder durch blütenbesuchende Tiere auf die weiblichen Blütenorgane (Stempel) übertragen. Um blütenbesuchende Tiere anzulocken, ist die Blüte häufig mit auffälligen Blütenblättern geschmückt und bietet den Besuchern Nektar an.
Durch die Verschmelzung des Pollen(-korns) mit der Eizelle im Innern des Stempels ist die Blüte befruchtet. Dadurch können Samen und Früchte entstehen. Obwohl zwittrige Blüten weibliche und männliche Blütenorgane haben, stammt der Pollen bei der Befruchtung meist von einer anderen Pflanze (Fremdbestäubung), da viele Pflanzen selbstinkompatibel (selbststeril) sind. Konkret heisst das, dass eine Befruchtung nur mit fremden Pollen entstehen kann. So sind beispielsweise fast alle Apfel-, Birnen- oder Süsskirschensorten selbststeril. Für eine Befruchtung braucht es in diesen Fällen nicht nur den Pollen einer anderen Pflanze, sondern sogar den Pollen einer anderen Sorte. Quitten oder Aprikosen sind Selbstbefruchter. Ihre Blüten können daher mit dem eigenen Pollen befruchtet werden.
Bei den Zwetschgen kommen je nach Sorte Selbstbefruchter, Fremdbefruchter und sämtliche Übergänge davon vor. Meistens ist aber auch bei selbstfruchtbaren Pflanzen die Fremdbefruchtung besser für die Befruchtung.
Der Same dient der Vermehrung der Pflanze und besteht aus Embryo, Nährgewebe und einer Schutzhülle. Die Frucht definiert man als Blüte im Zustand der Samenreife. An der Fruchtbildung können neben dem Fruchtknoten noch andere Blütenorgane wie beispielsweise der Blütenboden beteiligt sein. Die Frucht besteht aus einem oder aus mehreren Samen, die von einer Fruchtwand (Perikarp) umhüllt sind.
Wachstum der Pflanze
Wenn für eine Pflanze günstige Bedingungen herrschen, wird die Schutzhülle des Samens aufgebrochen, und die Pflanze beginnt zu keimen und zu wachsen. Dazu braucht es in der Regel Wasser, Luft, eine ideale Temperatur und manchmal Licht für die sogenannten Lichtkeimer oder Dunkelheit für die Dunkelkeimer. Das Nährgewebe im Samen wird für die ersten Wachstumsvorgänge genutzt, bei denen sich die Wurzeln im Boden verankern und der Spross sich Richtung Licht bewegt. Die Natur kennt das Teilungswachstum, die Vermehrung von Zellen durch Zellteilungen, sowie das Streckungswachstum, bei dem sich das Volumen der Zelle erhöht (Zellstreckung). Dieses Längenwachstum von Spross und Wurzeln wird als Primärwachstum bezeichnet.
Beim sekundären Dickenwachstum, das bei Jahresringen eines Baumstammes gut ersichtlich ist, nehmen Spross und Wurzel an Umfang zu. Im Gegensatz zu den meisten Tieren wachsen Pflanzen nur an bestimmten Stellen und zeichnen sich durch ein meist unbegrenztes Wachstum aus. Ein Riesenmammutbaum kann beispielsweise bis zu 3000 Jahre alt werden und wächst bis zu seinem Tod. Ein begrenztes Wachstum zeigen beispielsweise Blätter, Dornen oder Blüten. Während der Phase der Vegetationsruhe wachsen Pflanzen nicht oder kaum.
Einjährige, zweijährige und mehrjährige Pflanzen
Einjährige Pflanzen
Es gibt einjährige, zweijährige und mehrjährige Pflanzen. Einjährige Pflanzen leben nur eine zusammenhängende Vegetationsperiode, und sie sterben nach der Samenbildung ab. Pflanzen, die in ihrer Heimat mehrjährig sind, in den gemässigten Breiten wie bei uns, aufgrund des Klimas jedoch im Winter absterben, werden in der Regel ebenfalls als einjährige Pflanzen (einjährig gezogen) bezeichnet.
Zweijährige Pflanzen
Zweijährige Pflanzen sind wie die einjährigen Pflanzen krautig, das heisst, sie verholzen nicht. Zweijährige Pflanzen brauchen jedoch zwei Vegetationsperioden, bis sie zur Samenbildung gelangen. Unter günstigen Bedingungen können zweijährige Pflanzen (z. B. bei früher Aussaat) auch schon in der ersten Vegetationsperiode zur Samenbildung gelangen.
Mehrjährige Pflanzen
Mehrjährige (ausdauernde) Pflanzen können viele Jahre leben und jedes Jahr Samen bilden. Sie wachsen krautig (Stauden) oder verholzend (Bäume, Lianen, Halbsträucher, Sträucher).
Der Aufbau und die Lebensdauer der Pflanze sind unter anderem Anpassungen an die klimatischen Bedingungen. Einjährige Pflanzen überdauern die vegetationsfreie Zeit als ruhender Embryo geschützt im Samen. Pflanzen, die länger als ein Jahr leben, haben sogenannte Überdauerungsorgane, um den Pflanzenkörper teilweise zu erhalten. Durch Rinde geschützte Knospen, Knollen oder Zwiebeln sind beispielsweise Anpassungen, um den feindlichen Umwelteinflüssen widerstehen zu können und nach der Winterkälte im Frühjahr zu neuem Leben zu erwachen.
Was brauchen Pflanzen zum Wachstum?
Pflanzen gewinnen ihre lebenswichtige Energie aus der Fotosynthese. Als Fotosynthese wird der Prozess bezeichnet, bei dem mit Hilfe von Licht, Wasser und Kohlenstoffdioxid in energiereiche organische Verbindungen (primär Glucose) umgewandelt wird. Dabei wird als Nebenprodukt Sauerstoff abgegeben. Die Glucose wird von der Pflanze verbraucht, um ihre «Lebensenergie» zu decken, als Gerüstsubstanz (Zellulose) verwendet und als Reservestoff (meist Stärke) eingelagert.
Wasser ist für Pflanzen überlebenswichtig und wird in der Regel über die Wurzeln aufgenommen. Pflanzen bestehen zwischen 50 und 98 Prozent aus Wasser. Wasser ist für organische Substanzen ein wichtiger Baustein. Es dient zur Temperaturregulierung, trägt zur Pflanzenfestigkeit bei und wird als Transportsystem für gelöste Nährstoffe und Assimilate genutzt. Pflanzen können Nährstoffe nur als im Wasser gelöste Ionen aufnehmen. Nährstoffe nehmen Pflanzen meistens über die Wurzeln, in seltenen Fällen auch über die Blätter auf. Pflanzen können Nährstoffe aus dem Boden und aus der Luft (v. a. CO2 und O2) aufnehmen.
Die Wachstums- und Entwicklungsvorgänge und die Fotosynthese sind abhängig von Temperatur und Lichtintensität. Licht wirkt sich direkt auf das Wachstum und den Organismus der Pflanze aus. Bei einigen Pflanzen steuert die Dauer der Tage verschiedene Entwicklungsvorgänge. Langtagpflanzen wie beispielsweise Spinat, Getreide oder Erbsen blühen nur, wenn die Tage länger als 12 Stunden dauern. Kurztagpflanzen wie beispielsweise Hanf, Mais oder Hirse blühen hingegen bei weniger als zwölf Stunden Tagesdauer. Bei tagneutralen Pflanzen, wie beispielsweise beim Hirtentäschel oder der Vogelmiere, hat die Tageslänge keinen Einfluss auf die Blütenbildung.
