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Die Zelle

Die kleinste lebende Einheit von Organismen ist mit dem Begriff Zelle definiert. Es gibt neben den Bäumen, die mit einer Vielzahl von Zellen aufwarten, auch Pflanzen mit nur wenigen Zellen, wie zum Beispiel den Algen.

Im Grundschema weisen die Aufbauten keine prinzipielle Verschiedenheit auf. In den Zellen laufen Stoffwechselprozesse ab, die somit das Leben erst möglich machen. Die Benennung Zelle geht auf die erstmalige Entdeckung durch Robert Hook 1667 zurück, der Sie einst im Flaschenkork entdeckte.

Die Formen einer Zelle können variieren, je nach Ihrem speziellen Aufgabengebiet. Das wesentliche einer Zelle wird durch den Inhalt bestimmt. Mit einem entsprechenden Mikroskop lassen sich die verschiedenen Bauteile der Zelle sowie deren Aufbau erkennen.

Der Zellenaufbau - Von außen nach innen

  • Nach außen hin wird die Zelle durch die Zellwand abgeschlossen. Die Zellwand schützt das Zellinnere und besteht hauptsächlich aus Cellulose, Pektinen und Kohlenhydraten.
  • Innerhalb einer noch jungen Zelle füllt das Zytoplasma den gesamten Zellraum aus. Hierin befinden sich, quasi schwimmend, alle folgenden Bausteine bzw. Bestandteile der Zelle.
    • Der Zellkern als Träger der Erbsubstanz und Steuermann der Stoffwechselprozesse.
    • Die Chloroplasten, die als Grundlage für die grüne Farbe dienen und nebenher noch wichtig für die Assimilation sind. Durch Ihren Zerfall steuern sie die herbstliche Färbung der Blätter, da neben dem vollständig abgebauten Chlorophyll nur ein kleiner Restbestand an Karotine und Xantophylle verbleibt, was ausschlaggebend für die Färbung ist.
    • Die Leukoplasten, die sich als farbloser Bestandteil nur in Zellen befinden, die dem Licht nicht zugänglich sind, z. B. in der Wurzel. In ihnen wird Zucker in Stärkekörner umgewandelt und eingelage
    • Die Chromoplasten befinden sich in den Zellen der Blütenblätter und Früchte und sorgen für die rote, orange oder gelbe Farbe.
    • Die Mitochondrien, die für die Veratmung von energiereichen Stoffen, wie z. B. Zucker, verantwortlich sind.
    • Die Ribosomen, die wichtige Eiweißverbindungen aufbauen.
    • Das Endoplasmatische Redikulum, welches zwischen den Zellen für eine Reizübertragung sorgt und beim Aufbau von Eiweiß Hilfestellung leistet.
    • Der Golgi-Apparat, der benötigtes Zellwandmaterial für die Neubildung der Zellwände liefert und zudem als Entgiftungszentrale funktioniert.
    • Die Vakuolen, die den Hohlraum in den Zellen ausfüllen und somit für den nötigen Druckausgleich sorgen, aber auch als Speicher von Abfallprodukten und den wichtigen Reservestoffen, wie Kohlenhydrate, Fette und Eiweiße unentbehrlich sind.

Arbeitsweise & Funktionen

Aufbau einer pflanzlichen Zelle

Durch die Festigkeit der Zellenbausteine wird erst der eigentliche Aufbau der Pflanze ermöglicht. Auch eine tote Zelle erfüllt noch wesentliche Funktionen. Als tote Zellen bezeichnet man jene, die nicht mehr aktiv in den Stoffwechsel der Pflanze eingreifen. Sie befinden sich zum Beispiel im Kernholz der Pflanzen und sorgen dort für mechanische Festigung.

Da das Zytoplasma aus Eiweißstoffen besteht, ist es besonders gegen Hitze, aber auch Kälte empfindlich. Ein Absterben ist die Folge. Die jeweiligen Temperaturen, die ein Absterben ermöglichen, sind je nach Pflanze sehr verschieden. Das erklärt auch, dass in den verschiedenen Klimazonen ein jeweils anders zusammengesetzter Pflanzenbestand vorhanden ist.

Die lebenden Bestandteile der Zellen werden Plastide genannt. Sie werden in drei Gruppen unterteilt. Den Chloroplasten, den Leukoplasten und den Chromoplasten.

Erst zu einem späteren Zeitpunkt, nämlich wenn das Streckenwachstum der Zellen einsetzt, bilden sich die Vakuolen. Die Vakuolen enthalten frei bewegliches Wasser, bekannt auch als Zellsaft. Darin sind gelöste Kohlehydrate, Farbstoffe, Gerbstoffe, anorganische Ionen, organische Säuren und andere sekundäre Pflanzenstoffe enthalten. Damit dienen sie als Depotplatz für die Zelle.

Da das Zytoplasma das Wasser nur bis zu einem maximalen Punkt aufnehmen kann, wird nach erreichen des Punktes das überschüssige Wasser in die Vakuolen weitergeleitet. Im Zellsaft befinden sich auch wichtige Farbstoffe, die in Ihrer Zusammensetzung wiederum Einfluss auf die Färbungen des Laubes oder Blüten haben können, wie auch der Säuregehalt des Bodens.

Das Zytoplasma besitzt bei voller Funktionsfähigkeit eine bestimmte, aber veränderliche Struktur. Die einzelnen Moleküle verknüpfen sich, je nach Ladung, unterschiedlich miteinander. Da diese Bindungen locker sind und ständig gelöst und wieder verknüpft werden können, entsteht trotzdem ein Funktionsgefüge, das als Einheit erhalten bleibt.

Eine weitere wichtige Eigenschaft des Plasmas stellt die Semipermeabilität dar. Zusammen mit der Osmose, erfüllt die Semipermeabilität eine wichtige Funktion im Aufbau des Pflanzenkörpers. Die Moleküle einer Lösung versuchen, den ihnen zur Verfügung stehenden Raum, mittels thermischer Bewegung zu füllen. Dieser Vorgang wird Diffusion genannt und ist abhängig von der Temperatur, dem Molekulargewicht und dem Konzentrationsgefälle. Durch die semipermeable Membran wird die Bewegungsfreiheit nun behindert und gesteuert. Durch die Porengröße wird nur bestimmten Molekülen der Durchtritt gestattet. Bei wässrigen Lösungen kann nur das Wasser, nicht aber das gelöste Molekül, durch die Membran diffundieren.

Dieses Wasser wandert nun solange in die Richtung der nächst höheren Konzentration von gelösten Stoffen, bis entweder der Konzentrationsausgleich erreicht ist, oder im Falle von geschlossenen Systemen der hydrostatische Druck weiteren Wasserstrom entgegenwirkt. Das Erreichen dieses Zustandes nennt man den Turgor. Nur bei Erreichen des Turgordruckes ist ein Wachstum der Pflanze möglich. Bei einer stärkeren Konzentration von außen, kann dieser Druck nicht aufgebaut werden. Dadurch kommt es zur Plasmolyse, die Zelle wird schlaff, da das Wasser aus der Vakuole abwandert. Die Zelle stirbt im Endstadium ab.

Ein wesentlicher Bestandteil der Zelle bildet der Zellkern. Dort sind die gesamten genetischen Informationen der Pflanze enthalten. Nur die noch jungen und teilungsfähigen Zellen können den charakteristischen Pflanzenkörper aufbauen. Bevor sich die Zellen teilen können, muss sich der Zellkern teilen. Als Fazit gilt daher, das Grundelement für alle Lebensfunktionen ist die Zelle.

Die Zellwand ist eigentlich eine tote Ausscheidung, die vom Plasma gebildet wird. Bei einer Zellteilung entsteht zunächst die sogenannte Mittellamelle. Darauf lagert sich die Primärwand ab. Die Primärwand wiederum besteht aus Zellulose, Pektinen und Mikrofibrillen. Bei der Zellstreckung orientieren sich diese Mikrofibrillen längs der Mittellamelle. Beim erst später einsetzenden Dickenwachstum der Zelle, werden sie auch quer aufgelegt. Dieser Vorgang ist besonders für die Festigkeit der Pflanze von Bedeutung. Durch Poren in der Primärwand bleiben die Strukturen miteinander verbunden, und ermöglichen ein weiteres Wachsen und Kommunizieren. Die Dicke der einzelnen Zellwände wird bestimmt durch die statischen Anforderungen und wird von der Pflanze insgesamt gesteuert. Deshalb sind sie z. B. im Außenbereich stärker, als innen angeordnet. Neben der Erlangung von Festigkeit, müssen auch die Funktionen zur Abwehr von Bakterien, Pilzen oder Insekten erfüllt werden. Bei zu starkem Wuchs, wie bei einer Überdüngung, kann dieses Verhältnis nicht mehr stimmen. Das bedeutet, die Zellen sind nicht abgehärtet gegen Wind oder Befall von außen, da die benötigte Härte nicht gleichermaßen mitgebildet werden konnte.

Gewebe

Wenn die eigentliche Wachstumsphase einer Zelle abgeschlossen ist, hat sie bereits die, ihrer jeweiligen späteren Verwendung zugedachte, Form angenommen. Der dadurch entstehende Verband von gleichartig geschalteten Zellen nennt man Gewebe.

Folgende Gewebeverbände werden unterschieden:

  • Bildungsgewebe ( Meristeme); behält immer die Zellteilungsfähigkeit, auch wenn sie zeitweise ruhen. Ausgelöst durch entsprechende Impulse werden sie wieder zum Leben erweckt, wie zum Beispiel schlafende Augen. Man unterscheidet unter primäre Bildungsgewebe, dazu gehören die Sprossspitze und Wurzelspitze, sowie dem sekundären Bildungsgewebe, dem Kambium.
  • Dauergewebe (Parenchyme); haben ihre Teilungsfähigkeit endgültig verloren, sind aber unersetzlich, da sie Daueraufgaben übernommen haben, wie zum Beispiel die Weiterleitung von Nährstoffen oder die Nährstoffspeicherung. Weitere Dauergewebe sind die Assimilationsgewebe des Blattes, Speichergewebe im Samen oder Knolle, Abschlussgewebe (Epidermis), Leitungsgewebe (Leitbündel), Festigungsgewebe, Ausscheidungsgewebe.

Eine Sonderbildung der Epidermis sind Spaltöffnungen, die sogenannten Stomata. Sie dienen dem Wasser- und Gasaustausch. Ansonsten ist die Epidermis undurchlässig. Man kann sich diese Stomata als Ventil vorstellen, denn das Schliessen und Öffnen dieser Spaltöffnungen ist abhängig vom herrschenden Turgordruck. Erhöht sich der Turgor, verformen sich die Schließzellen. Besonders zahlreich sind die Spaltöffnungen an der Unterseite der Blätter angebracht.

Die Ausscheidungsgewebe sind oftmals an Blattspitzen und Blattzähnen zu finden. Sie dienen zur Ausscheidung von flüssigem Wasser, der sogenannten Guttation.

Das Leitungsgewebe wird unterschieden in das wasserleitende Gefäßteil, dem Xylem und dem Assimilate und organische Stoffe leitende Siebteil, dem Phloem. In der Regel sind die leitenden Elemente zu Leitbündeln vereinigt.

Die höheren Pflanzen entstehen zu Beginn aus einer befruchteten Eizelle, der sogenannten Zygote. Die Polaritätsachse wird bereits bei der ersten Zellteilung festgelegt.

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Baumschulgärtner
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des Autors
Thomas Langner

(* 1966 - † 2008)

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