Leitgewebe: Xylem und Phloem
Xylem und Phloem leiten Wasser und Assimilate durch die Pflanze; ihre Zelltypen unterscheiden sich nach Bau, Lebenszustand und Transportgut.
Das Wichtigste in Kürze
- Xylem und Phloem sind die Leitgewebe der Gefäßpflanzen: Das Xylem leitet Wasser mit gelösten Salzen, das Phloem Assimilate wie Zucker.
- Tracheen und Tracheiden sind im funktionsfähigen Zustand tot, das Xylemparenchym lebt.
- Tracheen sind Röhren aus Gliedern mit durchbrochenen Querwänden, Tracheiden englumige Einzelzellen mit Tüpfeln, die Wasser leiten und festigen.
- Ausdifferenzierte Siebröhrenglieder sind lebend und kernlos und werden von kernhaltigen Geleitzellen versorgt.
- Im Bast liegen Siebelemente und Sklerenchymfasern, aber keine Tracheen oder Tracheiden, daher fehlen Tracheiden in Rindendrogen.
Worum es geht
Gefäßpflanzen verteilen Wasser, Nährsalze und Zucker über zwei spezialisierte Leitgewebe. Wer deren Zelltypen kennt, kann Querschnitte deuten und in der Drogenanalyse etwa eine Rinde von einem Holz unterscheiden.
Leitgewebe
Eine Pflanze muss zwei Ströme gleichzeitig organisieren. Wasser und Nährsalze steigen von der Wurzel in Spross und Blätter. Die Produkte der Photosynthese, die Assimilate, wandern von den Blättern zu Wurzeln, Früchten und Speicherorganen. Das Xylem (Gehölzteil) übernimmt die Wasserleitung, das Phloem (Siebteil) die Assimilatleitung.
Beide sind keine einheitlichen Gewebe. Sie bestehen jeweils aus leitenden Zellen, lebendem Parenchym und oft aus Fasern. Meist liegen sie gemeinsam in Leitbündeln. Primäres Xylem und Phloem entstehen aus dem Prokambium, sekundäres aus dem Kambium beim sekundären Dickenwachstum.
Xylem
Das Xylem leitet vor allem Wasser mit gelösten Salzen. Dazu gehören Kationen wie \(\ce{K+}\) oder \(\ce{Ca^2+}\) und Anionen wie \(\ce{NO3-}\). Aminosäuren, Monosaccharide und Glycerol laufen in der Regel nicht hier. Eine Ausnahme ist der Blutungssaft: Laubabwerfende Bäume transportieren im zeitigen Frühjahr vor dem Laubaustrieb Assimilate in den Gefäßen. Wasser strömt stets aufwärts, Assimilate je nach Bedarf auf- oder abwärts. Im Leitbündel laufen beide Ströme deshalb nicht immer in dieselbe Richtung.
Die wasserleitenden Zellen sind im funktionsfähigen Zustand tot. Erst wenn der Protoplast abgestorben ist, bleibt eine leere Röhre mit verholzter Wand. Teilen können sie sich folglich nicht mehr. Lebendig ist dagegen das Xylemparenchym (Holzparenchym). Es speichert Stoffe und tauscht sie mit den Leitelementen aus. Das Xylem besteht also nicht nur aus toten Zellen.
Tracheen
Tracheen (Gefäße) entstehen aus übereinanderliegenden Zellen, den Gefäßgliedern. Deren Querwände werden durchbrochen, sodass eine durchgehende Röhre entsteht. Im Querschnitt fallen Tracheen als große, runde, dickwandige Zellen mit weitem Lumen auf. Das kleinere, dünnwandige Holzparenchym begleitet sie, zusammen mit Holzfasern.
Damit die Röhre unter dem Sog nicht kollabiert, ist ihre Wand verstärkt. Nach dem Muster der Verdickung unterscheidet man Ring-, Schrauben-, Netz- und Tüpfeltracheen. Ring- und Schraubentracheen bleiben dehnbar. Sie liegen in der primären Sprossachse, die noch in die Länge wächst.
Tracheiden
Tracheiden sind dagegen Einzelzellen. Sie sind prosenchymatisch, also langgestreckt, englumig und bis einige Millimeter lang. Ihre Querwände bleiben erhalten. Mit spitz auslaufenden Enden grenzen sie aneinander. Wasser wandert über Tüpfel von Zelle zu Zelle. Wegen ihrer dicken Wände leiten Tracheiden Wasser und festigen zugleich.
Aussparung in der Sekundärwand, an der nur die dünne Schließhaut aus Primärwand und Mittellamelle bleibt. Über Tüpfel gelangen Wasser und gelöste Stoffe in die Nachbarzelle.
Tracheiden sind die Leitelemente der Farne (Pteridophyten) und Nadelhölzer (Gymnospermen). Sie kommen aber auch bei Bedecktsamern vor, im Holz wie in der primären Sprossachse. Im Koniferenholz tragen die Tracheiden an den radialen Wänden Hoftüpfel. Dort wölbt sich die Sekundärwand als Hof über die Schließhaut. Deren verdickte Mitte, der Torus, kann den Tüpfel wie ein Ventil verschließen.
Phloem
Im Phloem fließen Zucker, vor allem Saccharose, in wässriger Lösung. Anders als im Xylem läuft dieser Assimilattransport über lebende Zellen.
Leitelemente sind die Siebröhren. Sie bestehen aus Siebröhrengliedern, langgestreckten und damit nicht isodiametrischen Zellen. Ihre Querwände sind zu porigen Siebplatten umgebaut. Bei der Differenzierung verlieren die Glieder Zellkern, Vakuole und die meisten Organellen. Ein funktionsfähiges Siebröhrenglied ist lebend, aber kernlos. Nicht jede ausdifferenzierte Pflanzenzelle besitzt also einen Zellkern.
Wird im Examen gerne gefragt: Ausdifferenzierte Siebröhrenglieder sind lebende Zellen ohne Zellkern. Achte auf die Paarung: Tracheen und Tracheiden sind tot, Siebröhrenglieder leben trotz fehlenden Kerns.
Ohne Kern braucht das Siebröhrenglied Unterstützung. Diese liefert die Geleitzelle, eine kleine, lebende, kernhaltige Zelle direkt daneben. Sie versorgt das Siebröhrenglied über zahlreiche Plasmodesmen, ähnlich wie ein Kraftwerk eine Leitung speist. Geleitzellen sind ausdifferenzierte Dauerzellen und zählen nicht zu den Bildungsgeweben. Hinzu kommt lebendes Phloemparenchym, das speichert. Die Zellen des Phloems sind meist nicht verholzt.
Bei Farnen und Koniferen ersetzen Siebzellen die Siebröhren. Sie sind schmale Einzelzellen mit verstreuten Siebfeldern statt Siebplatten. Bei Koniferen begleiten Strasburger-Zellen sie anstelle von Geleitzellen.
| Zelltyp | Gewebe | Zustand in Funktion | Aufgabe |
|---|---|---|---|
| Trachee | Xylem | tot | Wasserleitung |
| Tracheide | Xylem | tot | Wasserleitung, Festigung |
| Xylemparenchym | Xylem | lebend | Speicherung, Austausch |
| Siebröhrenglied | Phloem | lebend, kernlos | Zuckerleitung |
| Geleitzelle | Phloem | lebend, kernhaltig | Versorgung der Siebröhre |
| Phloemparenchym | Phloem | lebend | Speicherung |
Bast und Rindendrogen
Das sekundäre Phloem heißt Bast. Darin treten Siebröhrengruppen an mehreren Stellen auf, dazu Phloemparenchym und Sklerenchymfasern. Tracheen und Tracheiden fehlen im Bast, denn sie gehören zum Xylem. Das nutzt die Drogenanalyse: Rindendrogen wie Zimtrinde können Siebröhren enthalten. Tracheiden findet man in ihnen charakteristischerweise nicht.
Quiz
Aussage 1
Das Xylem enthält mit dem Xylemparenchym auch lebende Zellen.
Nur die wasserleitenden Elemente sind tot, das Xylemparenchym bleibt lebend.
Aussage 2
Bei Tracheiden bleiben die Querwände erhalten, und Wasser gelangt über Tüpfel in die Nachbarzelle.
Tracheiden sind Einzelzellen mit getüpfelten, nicht aufgelösten Querwänden.
Aussage 3
Ein funktionsfähiges Siebröhrenglied ist eine tote, kernlose Zelle.
Siebröhrenglieder verlieren zwar ihren Zellkern, bleiben aber lebend. Tot sind die Leitelemente des Xylems.
Aussage 4
Aminosäuren gehören zu den typischen Transportstoffen des Xylems.
Das Xylem leitet hauptsächlich Wasser und gelöste Ionen. Aminosäuren werden dort in der Regel nicht transportiert.
Aussage 5
Tracheiden sind ein charakteristischer Bestandteil des Bastes und damit von Rindendrogen.
Tracheiden gehören zum Xylem. Im Bast und in Rindendrogen fehlen sie, Siebröhren können dort vorkommen.
Aussage 6
Geleitzellen sind kleine, lebende, kernhaltige Zellen, die neben den Siebröhren liegen.
Geleitzellen versorgen die kernlosen Siebröhrenglieder über Plasmodesmen.
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