Wurzel - Root

Primäre und sekundäre Wurzeln in einer Baumwollpflanze

Bei Gefäßpflanzen sind die Wurzeln die Organe einer Pflanze , die modifiziert wurden, um der Pflanze einen Ankerplatz zu bieten und Wasser und Nährstoffe in den Pflanzenkörper aufzunehmen, wodurch Pflanzen höher und schneller wachsen können. Sie sind am häufigsten unter der Oberfläche des Bodens , aber Wurzeln können auch sein , Antenne oder Belüften, das heißt, über dem Boden aufwächst oder besonders über Wasser.

Funktion

Die Hauptfunktionen der Wurzel sind die Aufnahme von Wasser und Pflanzennahrung sowie die Verankerung des Pflanzenkörpers im Boden.

Anatomie

Der Querschnitt eines Gerstenwurzel

Die Wurzelmorphologie ist in vier Zonen unterteilt: die Wurzelkappe, das apikale Meristem, die Dehnungszone und das Haar. Die Wurzelkappe neuer Wurzeln hilft der Wurzel, in den Boden einzudringen. Diese Wurzelkappen werden abgeblättert, wenn die Wurzel tiefer geht, wodurch eine schleimige Oberfläche entsteht, die Gleitmittel bietet. Das apikale Meristem hinter der Wurzelkappe produziert neue Wurzelzellen, die sich verlängern. Dann bilden sich Wurzelhaare, die Wasser und Mineralstoffe aus dem Boden aufnehmen. Die erste Wurzel in samenproduzierenden Pflanzen ist die Keimwurzel , die sich nach der Samenkeimung aus dem Pflanzenembryo ausbreitet.

Wenn seziert, ist die Anordnung der Zellen in einem Wurzelwurzelhaar , Epidermis , epiblem , cortex , endodermis , Perizykel und schließlich das vaskuläre Gewebe durch die Wurzel zu anderen Orten in dem in der Mitte einer Wurzel , das Wasser zu transportieren absorbierte Pflanze, Anlage.

Querschnitt der Ranunkelnwurzel

Das vielleicht auffälligste Merkmal von Wurzeln, das sie von anderen Pflanzenorganen wie Stängelzweigen und Blättern unterscheidet, ist, dass Wurzeln einen endogenen Ursprung haben, dh sie entstehen und entwickeln sich aus einer inneren Schicht der Mutterachse, wie dem Perikykel . Im Gegensatz dazu sind Stängelzweige und Blätter exogen , dh sie beginnen sich aus der Rinde, einer äußeren Schicht, zu entwickeln.

Als Reaktion auf die Nährstoffkonzentration synthetisieren Wurzeln auch Cytokinin , das als Signal dafür fungiert, wie schnell die Triebe wachsen können. Wurzeln dienen oft als Speicher für Nahrung und Nährstoffe. Die Wurzeln der meisten Gefäßpflanzenarten gehen mit bestimmten Pilzen eine Symbiose ein , um Mykorrhiza zu bilden , und eine Vielzahl anderer Organismen, einschließlich Bakterien, sind ebenfalls eng mit Wurzeln verbunden.

Große, ausgewachsene Baumwurzeln über dem Boden

Root-Systemarchitektur

Definition

In seiner einfachsten Form bezeichnet der Begriff Wurzelsystemarchitektur (RSA) die räumliche Konfiguration des Wurzelsystems einer Pflanze. Dieses System kann äußerst komplex sein und hängt von mehreren Faktoren ab, wie der Pflanzenart selbst, der Zusammensetzung des Bodens und der Verfügbarkeit von Nährstoffen. Die Wurzelarchitektur spielt eine wichtige Rolle bei der sicheren Nährstoff- und Wasserversorgung sowie der Verankerung und Unterstützung.

Die Konfiguration der Wurzelsysteme dient der strukturellen Unterstützung der Pflanze, der Konkurrenz mit anderen Pflanzen und der Aufnahme von Nährstoffen aus dem Boden. Wurzeln wachsen unter bestimmten Bedingungen, die, wenn sie verändert werden, das Wachstum einer Pflanze behindern können. Zum Beispiel ist ein Wurzelsystem, das sich in trockenem Boden entwickelt hat, in überfluteten Böden möglicherweise nicht so effizient, aber Pflanzen können sich an andere Veränderungen in der Umgebung anpassen, beispielsweise an jahreszeitliche Veränderungen.

Begriffe und Komponenten

Die wichtigsten Begriffe zur Klassifizierung der Architektur eines Root-Systems sind:

Zweiggröße Anzahl der Glieder (außen oder innen)
Topologie Verzweigungsmuster ( Heringbone , Dichotomous , Radial )
Linklänge Abstand zwischen den Ästen
Wurzelwinkel Radialer Winkel der Basis einer Seitenwurzel um den Umfang der Mutterwurzel, der Winkel einer Seitenwurzel von ihrer Mutterwurzel und der Winkel, den ein ganzes System ausbreitet.
Linkradius Durchmesser der Wurzel

Alle Komponenten der Wurzelarchitektur werden durch eine komplexe Interaktion zwischen genetischen Reaktionen und Reaktionen aufgrund von Umweltreizen reguliert. Diese Entwicklungsreize werden als intrinsisch, die genetischen und ernährungsbedingten Einflüsse, oder als extrinsisch, die Umwelteinflüsse, kategorisiert und durch Signalübertragungswege interpretiert .

Zu den extrinsischen Faktoren, die die Wurzelarchitektur beeinflussen, gehören Schwerkraft, Lichteinwirkung, Wasser und Sauerstoff sowie die Verfügbarkeit oder der Mangel an Stickstoff, Phosphor, Schwefel, Aluminium und Natriumchlorid. Die wichtigsten Hormone (intrinsische Stimuli) und die entsprechenden Pfade, die für die Entwicklung der Wurzelarchitektur verantwortlich sind, umfassen:

Auxin Laterale Wurzelbildung, Aufrechterhaltung der apikalen Dominanz und Adventivwurzelbildung.
Cytokinine Cytokinine regulieren die Wurzelapikalmeristemgröße und fördern die laterale Wurzelverlängerung.
Ethylen Fördert die Kronenwurzelbildung.
Gibberelline Zusammen mit Ethylen fördern sie das Wachstum und die Verlängerung der Kronenprimordien. Zusammen mit Auxin fördern sie die Wurzelverlängerung. Gibberelline hemmen auch die Initiation von Lateralwurzelprimordien.

Wachstum

Wurzeln von Bäumen

Frühes Wurzelwachstum ist eine der Funktionen des apikalen Meristems, das sich in der Nähe der Wurzelspitze befindet. Die Meristemzellen teilen sich mehr oder weniger kontinuierlich und produzieren mehr Meristem, Wurzelkappenzellen (diese werden geopfert, um das Meristem zu schützen) und undifferenzierte Wurzelzellen. Letztere werden zu den primären Geweben der Wurzel, die zuerst eine Dehnung erfahren, ein Prozess, der die Wurzelspitze im Wachstumsmedium nach vorne drückt. Allmählich differenzieren und reifen diese Zellen zu spezialisierten Zellen des Wurzelgewebes.

Das Wachstum von apikalen Meristemen ist als primäres Wachstum bekannt und umfasst alle Dehnungen. Sekundäres Wachstum umfasst das gesamte Wachstum im Durchmesser, einen Hauptbestandteil von holzigen Pflanzengeweben und vielen nicht holzigen Pflanzen. Zum Beispiel haben Speicherwurzeln von Süßkartoffeln ein sekundäres Wachstum, sind aber nicht verholzt. Sekundäres Wachstum findet an den lateralen Meristemen , nämlich dem Gefäßkambium und Korkkambium, statt . Ersteres bildet sekundäres Xylem und sekundäres Phloem , während letzteres das Periderm bildet .

In Pflanzen mit sekundärem Dickenwachstum, das Kambium, mit Ursprung zwischen Xylem und Phloem, bildet einen Zylinder von Geweben entlang dem Schaft und Wurzel. Das vaskuläre Kambium bildet sowohl auf der Innenseite als auch auf der Außenseite des Kambiumzylinders neue Zellen, wobei die inneren sekundären Xylemzellen und die äußeren sekundären Phloemzellen bilden. Wenn sich sekundäres Xylem ansammelt, nimmt der "Umfang" (seitliche Abmessungen) des Stammes und der Wurzel zu. Infolgedessen neigen Gewebe jenseits des sekundären Phloems, einschließlich der Epidermis und des Kortex, in vielen Fällen dazu, nach außen gedrückt zu werden und schließlich "abgelöst" (abgeschüttet) zu werden.

An diesem Punkt beginnt das Korkkambium, das Periderm zu bilden, das aus schützenden Korkzellen besteht. Die Wände von Korkzellen enthalten Suberin- Verdickungen, bei denen es sich um ein extrazelluläres komplexes Biopolymer handelt. Die Suberin-Verdickungen wirken, indem sie eine physikalische Barriere bieten, vor Krankheitserregern schützen und den Wasserverlust aus dem umliegenden Gewebe verhindern. Darüber hinaus unterstützt es auch den Wundheilungsprozess bei Pflanzen. Es wird auch postuliert, dass Suberin eine Komponente der apoplastischen Barriere sein könnte (die an den äußeren Zellschichten der Wurzeln vorhanden ist), die das Eindringen toxischer Verbindungen in die Wurzel verhindert und den radialen Sauerstoffverlust (ROL) aus dem Aerenchym während der Staunässe reduziert . Bei Wurzeln entspringt das Korkkambium im Pericyclus , einem Bestandteil des Gefäßzylinders.

Das Gefäßkambium produziert jährlich neue Schichten von sekundärem Xylem. Die Xylemgefäße sind bei der Reife tot, aber für den größten Teil des Wassertransports durch das Gefäßgewebe in Stängeln und Wurzeln verantwortlich.

Baumwurzeln in Port Jackson

Baumwurzeln werden in der Regel bis zum dreifachen Durchmesser der Astspreizung, von denen nur die Hälfte unter Stamm und Blätterdach liegt. Die Wurzeln von einer Seite eines Baumes versorgen normalerweise das Laub auf der gleichen Seite mit Nährstoffen. Einige Familien jedoch, wie die Sapindaceae (die Ahornfamilie ), zeigen keine Korrelation zwischen der Wurzelposition und der Nährstoffversorgung der Wurzel durch die Wurzel.

Verordnung

Es gibt eine Korrelation zwischen Wurzeln, die den Prozess der Pflanzenwahrnehmung nutzen, um ihre physische Umgebung zum Wachsen zu spüren, einschließlich der Wahrnehmung von Licht und physischen Barrieren. Pflanzen spüren auch die Schwerkraft und reagieren über Auxinwege, was zu Gravitropismus führt . Im Laufe der Zeit können Wurzeln Fundamente knacken, Wasserleitungen reißen und Gehwege anheben. Die Forschung hat gezeigt, dass Wurzeln die Fähigkeit haben, „Selbst“- und „Nicht-Selbst“-Wurzeln in derselben Bodenumgebung zu erkennen.

Die richtige Umgebung von Luft , Mineralnährstoffe und Wasser leitet die Pflanzenwurzeln in jede Richtung wachsen die Pflanze Bedürfnisse zu erfüllen. Wurzeln scheuen oder schrumpfen vor trockenen oder anderen schlechten Bodenbedingungen.

Gravitropismus führt dazu, dass Wurzeln bei der Keimung nach unten wachsen , der Wachstumsmechanismus von Pflanzen, der auch dazu führt, dass der Spross nach oben wächst.

Die Forschung zeigt , dass Pflanzenwurzeln , die auf der Suche nach produktiver Nahrung wachsen , eine Bodenverdichtung durch die Diffusion des Gases Ethylen erkennen und vermeiden können .

Fluoreszierende Bildgebung einer austretenden Seitenwurzel.

Reaktion auf Schattenvermeidung

Um Schatten zu vermeiden, verwenden Pflanzen eine Schattenvermeidungsreaktion. Wenn eine Pflanze unter dichter Vegetation steht, führt das Vorhandensein anderer Vegetation in der Nähe dazu, dass die Pflanze seitliches Wachstum vermeidet und eine Zunahme des nach oben gerichteten Triebs sowie des nach unten gerichteten Wurzelwachstums erfährt. Um dem Schatten zu entkommen, passen Pflanzen ihre Wurzelarchitektur an, insbesondere indem sie die Länge und Menge der seitlichen Wurzeln, die aus der Primärwurzel austreten, verringern. Experimente mit mutierten Varianten von Arabidopsis thaliana ergaben , dass Pflanzen das Verhältnis von rotem zu dunkelrotem Licht wahrnehmen , das durch Photorezeptoren , die als Phytochrome bekannt sind , in die Pflanze eindringt . In der Nähe befindliche Pflanzenblätter absorbieren rotes Licht und reflektieren dunkelrotes Licht, was dazu führt, dass das Verhältnis von rotem zu dunkelrotem Licht niedriger wird. Das Phytochrom PhyA, das dieses Lichtverhältnis von Rot zu Far Red wahrnimmt, ist sowohl im Wurzelsystem als auch im Sprosssystem von Pflanzen lokalisiert, aber durch Versuche mit Knockout-Mutanten wurde festgestellt, dass wurzellokalisiertes PhyA das Lichtverhältnis nicht wahrnimmt, sei es direkt oder axial, was zu Veränderungen der lateralen Wurzelarchitektur führt. Die Forschung hat stattdessen herausgefunden, dass PhyA, das im Spross lokalisiert ist, das Phytochrom ist, das für diese architektonischen Veränderungen der Seitenwurzel verantwortlich ist. Die Forschung hat auch herausgefunden, dass Phytochrom diese architektonischen Veränderungen durch die Manipulation der Auxinverteilung in der Wurzel der Pflanze vervollständigt. Wenn PhyA ein ausreichend niedriges Verhältnis von Rot zu Far Red wahrnimmt, befindet sich das PhyA im Trieb größtenteils in seiner aktiven Form. In dieser Form stabilisiert PhyA den Transkriptionsfaktor HY5, so dass dieser nicht mehr abgebaut wird wie in seiner inaktiven Form. Dieser stabilisierte Transkriptionsfaktor kann dann durch das Phloem zu den Wurzeln der Pflanze transportiert werden , wo er seine eigene Transkription induziert, um sein Signal zu verstärken. In den Wurzeln der Pflanze hemmt HY5 einen Auxin-Reaktionsfaktor, bekannt als ARF19, ein Reaktionsfaktor, der für die Translation von PIN3 und LAX3, zwei wohlbekannten Auxin-transportierenden Proteinen, verantwortlich ist . So wird durch Manipulation der ARF19, das Niveau und die Aktivität von Auxin - Transporter PIN3 und LAX3 gesperrt. Nach der Hemmung ist der Auxinspiegel in Bereichen, in denen normalerweise ein seitlicher Wurzelaustritt auftritt, niedrig, was dazu führt, dass die Pflanze das seitliche Wurzelprimordium nicht durch den Wurzelpericyclus auflaufen lässt . Durch diese komplexe Manipulation des Auxin-Transports in den Wurzeln wird das seitliche Auflaufen der Wurzeln in den Wurzeln gehemmt und die Wurzel verlängert sich stattdessen nach unten, wodurch das vertikale Pflanzenwachstum gefördert wird, um Schatten zu vermeiden.

Die Erforschung von Arabidopsis hat zur Entdeckung geführt, wie diese Auxin-vermittelte Wurzelreaktion funktioniert. Bei einem Versuch, die Rolle von Phytochrom bei der Seitenwurzelentwicklung zu entdecken , haben Salisbury et al. (2007) arbeiteten mit Arabidopsis thaliana, die auf Agarplatten gezüchtet wurde. Salisburyet al. verwendeten Wildtyp-Pflanzen zusammen mit verschiedenen Protein-Knockout- und Gen-Knockout-Arabidopsis-Mutanten, um die Ergebnisse zu beobachten, die diese Mutationen auf die Wurzelarchitektur, Proteinpräsenz und Genexpression hatten. Um dies zu tun, haben Salisbury et al. verwendeten GFP-Fluoreszenz zusammen mit anderen Formen von Makro- und Mikroskopbildern, um alle Veränderungen zu beobachten, die durch verschiedene Mutationen verursacht wurden. Aus diesen Untersuchungen haben Salisbury et al. konnten theoretisieren, dass Phytochrome, die sich im Spross befinden, den Auxinspiegel in den Wurzeln verändern und die seitliche Wurzelentwicklung und die gesamte Wurzelarchitektur kontrollieren. In den Experimenten von van Gelderen et al. (2018) wollten sie sehen, ob und wie sich der Spross von Arabidopsis thaliana verändert und die Wurzelentwicklung und Wurzelarchitektur beeinflusst. Dazu nahmen sie Arabidopsis-Pflanzen, züchteten sie in Agargel und setzten Wurzeln und Triebe getrennten Lichtquellen aus. Von hier aus veränderten sie die verschiedenen Wellenlängen des Lichts, die der Sproß und die Wurzel der Pflanzen erhielten, und zeichneten die Seitenwurzeldichte, die Anzahl der Seitenwurzeln und die allgemeine Architektur der Seitenwurzeln auf. Um die Funktion spezifischer Photorezeptoren, Proteine, Gene und Hormone zu identifizieren, nutzten sie verschiedene Arabidopsis-Knockout-Mutanten und beobachteten die daraus resultierenden Veränderungen der Lateralwurzelarchitektur. Durch ihre Beobachtungen und verschiedene Experimente haben van Gelderen et al. konnten einen Mechanismus entwickeln, wie die Wurzelerkennung von Rot- zu Far-Rot-Lichtverhältnissen die seitliche Wurzelentwicklung verändert.

Typen

Ein echtes Wurzelsystem besteht aus einer Primärwurzel und Sekundärwurzeln (oder Seitenwurzeln ).

  • das diffuse Wurzelsystem: die Primärwurzel ist nicht dominant; das gesamte Wurzelsystem ist faserig und verzweigt sich in alle Richtungen. Am häufigsten bei Monokotyledonen . Die Hauptfunktion der Faserwurzel besteht darin, die Pflanze zu verankern.

Spezialisiert

Stelzenwurzeln der Maispflanze
Oberirdische Wurzelbildung an einem Steckling eines Odontonema ("Firespike")
Belüftung der Wurzeln einer Mangrove
Die wachsende Spitze einer feinen Wurzel
Luftwurzel
Die Stelzenwurzeln von Socratea exorrhiza
Sichtbare Wurzeln

Die Wurzeln oder Teile von Wurzeln vieler Pflanzenarten haben sich spezialisiert, um neben den beiden in der Einleitung beschriebenen primären Funktionen Anpassungszwecke zu erfüllen.

  • Adventivwurzeln entstehen außerhalb der Reihenfolge aus der üblicheren Wurzelbildung von Zweigen einer Primärwurzel und stammen stattdessen aus dem Stamm, Zweigen, Blättern oder alten Holzwurzeln. Sie kommen häufig in Monokotyledonen und Pteridophyten vor, aber auch in vielen Dikotyledonen , wie Klee ( Trifolium ), Efeu ( Hedera ), Erdbeere ( Fragaria ) und Weide ( Salix ). Die meisten Luftwurzeln und Stelzenwurzeln sind zufällig. Bei einigen Nadelbäumen können Adventivwurzeln den größten Teil des Wurzelsystems bilden.
  • Belüften Wurzeln (oder Kniewurzel oder Knie oder pneumatophores ): Wurzeln über dem Boden ansteigen, insbesondere oberhalb von Wasser, wie in einigen Mangroven Gattungen ( Avicennia , Sonneratia ). Bei einigen Pflanzen wie Avicennia haben die aufrechten Wurzeln eine große Anzahl von Atemporen für den Gasaustausch.
  • Luftwurzeln : Wurzeln vollständig über dem Boden, wie bei Efeu ( Hedera ) oder bei epiphytischen Orchideen . Viele Luftwurzeln werden verwendet, um Wasser und Nährstoffe direkt aus der Luft aufzunehmen – durch Nebel, Tau oder Feuchtigkeit in der Luft. Einige verlassen sich auf Blattsysteme, um Regen oder Feuchtigkeit zu sammeln und sogar in Schuppen oder Taschen aufzubewahren. Andere Luftwurzeln, wie beispielsweise Mangroven- Luftwurzeln, werden zur Belüftung und nicht zur Wasseraufnahme verwendet. Andere Luftwurzeln werden hauptsächlich für den Aufbau verwendet, fungieren als Stützwurzeln, wie bei Mais- oder Ankerwurzeln oder als Stamm bei Würgefeigen . Bei einigen Epiphyten - Pflanzen, die auf anderen Pflanzen über der Oberfläche leben, dienen Luftwurzeln dazu, Wasserquellen zu erreichen oder die Oberfläche zu erreichen, und fungieren dann als normale Oberflächenwurzeln.
  • Canopy Wurzeln / Baumwurzeln : Formen wenn Äste Lagerungsmatten von Epiphyten und Detritus, das Wasser und Nährstoffe in der Kappehalten. Äste von Bäumen senden Baldachinwurzeln in diese Matten, die wahrscheinlich die verfügbaren Nährstoffe und Feuchtigkeit nutzen.
  • Kontraktile Wurzeln : Diese ziehen Zwiebeln oder Knollen von Monokotyledonen , wie Hyazinthe und Lilie , und einige Pfahlwurzeln , wie Löwenzahn , tiefer in den Boden, indem sie sich radial ausdehnen und sich in Längsrichtung zusammenziehen. Sie haben eine faltige Oberfläche.
  • Grobe Wurzeln : Wurzeln, die eine sekundäre Verdickung erfahren haben und eine holzige Struktur haben. Diese Wurzeln haben eine gewisse Fähigkeit, Wasser und Nährstoffe aufzunehmen, aber ihre Hauptfunktion ist der Transport und die Bereitstellung einer Struktur, um die feinen Wurzeln mit kleinerem Durchmesser mit dem Rest der Pflanze zu verbinden.
  • Dimorphe Wurzelsysteme : Wurzeln mit zwei unterschiedlichen Formen für zwei separate Funktionen
  • Feinwurzeln : typischerweise Primärwurzeln mit einem Durchmesser von <2 mm, die die Funktion der Wasser- und Nährstoffaufnahme haben. Sie sind oft stark verzweigt und unterstützen Mykorrhiza. Diese Wurzeln können kurzlebig sein, werden aber durch die Pflanze in einem fortlaufenden Prozess des Wurzel-„Umsatzes“ ersetzt.
  • Haustoriale Wurzeln : Wurzeln von parasitären Pflanzen, die Wasser und Nährstoffe aus einer anderen Pflanze aufnehmen können, z. B. bei Mistel ( Viscum album ) und Dodder .
  • Vermehrende Wurzeln : Wurzeln, die Adventivknospen bilden, die sich zu oberirdischen Trieben entwickeln, die als Saugnäpfe bezeichnet werden und neue Pflanzen bilden, wie in Kanada Distel , Kirsche und viele andere.
  • Proteoid-Wurzeln oder Cluster-Wurzeln: dichte Wurzelknäuel mit begrenztem Wachstum, die sich unter phosphat- oder eisenarmen Bedingungen in Proteaceae und einigen Pflanzen der folgenden Familien Betulaceae , Casuarinaceae , Elaeagnaceae , Moraceae , Fabaceae und Myricaceae entwickeln .
  • Stelzenwurzeln : Dies sind zufällige Stützwurzeln, die unter Mangroven häufig vorkommen . Sie wachsen von Seitenästen herunter und verzweigen sich im Boden.
  • Speicherwurzeln : Diese Wurzeln werden zur Speicherung von Nahrung oder Wasser, wie Karotten und Rüben, modifiziert . Dazu gehören einige Pfahlwurzeln und Knollenwurzeln.
  • Strukturwurzeln : große Wurzeln, die eine beträchtliche sekundäre Verdickung erfahren haben und Gehölzen und Bäumen mechanischen Halt bieten.
  • Oberflächenwurzeln : Diese vermehren sich dicht unter der Bodenoberfläche und nutzen Wasser und leicht verfügbare Nährstoffe. Wo die Bedingungen in den Oberflächenschichten des Bodens dem Optimum nahe kommen, wird das Wachstum von Oberflächenwurzeln gefördert und sie werden im Allgemeinen zu den dominanten Wurzeln.
  • Knollenwurzeln : fleischige und vergrößerte Seitenwurzeln zur Nahrungs- oder Wasserspeicherung, zB Süßkartoffel . Eine Art von Speicherwurzel, die sich von Taproot unterscheidet.

Tiefe

Querschnitt eines Mangobaumes

Die Verbreitung von Gefäßpflanzenwurzeln im Boden hängt von der Pflanzenform, der räumlichen und zeitlichen Verfügbarkeit von Wasser und Nährstoffen sowie den physikalischen Eigenschaften des Bodens ab. Die tiefsten Wurzeln findet man im Allgemeinen in Wüsten und gemäßigten Nadelwäldern; die flachste in Tundra, borealen Wäldern und gemäßigten Grasländern. Die tiefste beobachtete lebende Wurzel, mindestens 60 Meter unter der Erdoberfläche, wurde während der Ausgrabung eines Tagebaus in Arizona, USA, beobachtet. Manche Wurzeln können so tief wachsen, wie der Baum hoch ist. Die meisten Wurzeln der meisten Pflanzen befinden sich jedoch relativ nahe an der Oberfläche, wo Nährstoffverfügbarkeit und Belüftung für das Wachstum günstiger sind. Die Durchwurzelungstiefe kann durch Gestein oder verdichteten Boden nahe unter der Oberfläche oder durch anaerobe Bodenbedingungen physisch eingeschränkt sein.

Aufzeichnungen

Spezies Standort Maximale Durchwurzelungstiefe (m) Verweise
Boscia albitrunca Kalahari Wüste 68 Jennings (1974)
Juniperus monosperma Colorado-Plateau 61 Kanone (1960)
Eukalyptus sp. Australischer Wald 61 Jennings (1971)
Akazie Erioloba Kalahari Wüste 60 Jennings (1974)
Prosopis juliflora Wüste von Arizona 53,3 Phillips (1963)

Evolutionsgeschichte

Der Fossilienbestand von Wurzeln – oder besser gesagt, gefüllten Hohlräumen, in denen Wurzeln nach dem Tod verrotteten – reicht bis ins späte Silur vor etwa 430 Millionen Jahren zurück. Ihre Identifizierung ist schwierig, weil Abgüsse und Formen von Wurzeln im Aussehen Tierhöhlen so ähnlich sind. Sie können anhand einer Reihe von Merkmalen unterschieden werden. Die evolutionäre Entwicklung der Wurzeln geschah wahrscheinlich aus der Modifikation flacher Rhizome (modifizierte horizontale Stängel), die primitive Gefäßpflanzen verankerten, kombiniert mit der Entwicklung von filamentösen Auswüchsen ( Rhizoiden genannt ), die die Pflanzen verankerten und Wasser aus dem Boden zur Pflanze leiteten.

Umweltinteraktionen

Es hat sich gezeigt, dass Licht einen gewissen Einfluss auf Wurzeln hat, aber es wurde nicht so viel untersucht wie die Wirkung von Licht auf andere Pflanzensysteme. Frühe Forschungen in den 1930er Jahren fanden heraus, dass Licht die Wirksamkeit von Indol-3-Essigsäure bei der zufälligen Wurzeleinleitung verringerte . Studien an der Erbse in den 1950er Jahren zeigen, dass die seitliche Wurzelbildung durch Licht gehemmt wurde, und in den frühen 1960er Jahren fanden Forscher heraus, dass Licht in einigen Situationen positive gravitrope Reaktionen hervorrufen kann. Die Auswirkungen von Licht auf die Wurzelverlängerung wurden für monokotyle und dikotyle Pflanzen untersucht, wobei die meisten Studien ergaben, dass Licht die Wurzelverlängerung, ob gepulst oder kontinuierlich, hemmt. Studien zu Arabidopsis in den 1990er Jahren zeigten einen negativen Phototropismus und eine Hemmung der Verlängerung der Wurzelhaare bei Licht, das von phyB wahrgenommen wurde .

Bestimmte Pflanzen, nämlich Fabaceae , bilden Wurzelknötchen, um sich mit stickstofffixierenden Bakterien, den sogenannten Rhizobien , zu verbinden und eine symbiotische Beziehung einzugehen . Aufgrund der hohen Energie, die benötigt wird, um Stickstoff aus der Atmosphäre zu binden, nehmen die Bakterien Kohlenstoffverbindungen aus der Pflanze auf, um den Prozess anzutreiben. Im Gegenzug nimmt die Pflanze Stickstoffverbindungen auf, die von den Bakterien aus Ammoniak hergestellt werden.

Die Bodentemperatur ist ein Faktor, der die Wurzelinitiierung und -länge beeinflusst. Die Wurzellänge wird normalerweise stärker von der Temperatur beeinflusst als die Gesamtmasse, wobei kühlere Temperaturen dazu neigen, mehr seitliches Wachstum zu verursachen, da die Ausdehnung nach unten durch kühlere Temperaturen im Untergrund begrenzt ist. Die Bedürfnisse variieren je nach Pflanzenart, aber in gemäßigten Regionen können kühle Temperaturen das Wurzelsystem einschränken. Kühle Temperatur Arten wie Hafer , Raps , Roggen , Weizen Kost besser in niedrigeren Temperaturen als im Sommer Einjährigen wie Mais und Baumwolle . Forscher haben herausgefunden, dass Pflanzen wie Baumwolle bei kühleren Temperaturen breitere und kürzere Pfahlwurzeln entwickeln . Die aus dem Samen stammende erste Wurzel hat normalerweise einen größeren Durchmesser als die Wurzeläste, daher sind kleinere Wurzeldurchmesser zu erwarten, wenn die Temperaturen die Wurzelinitiierung erhöhen. Der Wurzeldurchmesser nimmt auch ab, wenn sich die Wurzel verlängert.

Pflanzeninteraktionen

Pflanzen können in ihrer Umgebung über ihre Wurzelsysteme miteinander interagieren. Studien haben gezeigt, dass die Interaktion zwischen Pflanzen und Pflanzen zwischen Wurzelsystemen über den Boden als Medium stattfindet. Forscher haben getestet, ob Pflanzen, die unter Umgebungsbedingungen wachsen, ihr Verhalten ändern würden, wenn eine nahe gelegene Pflanze Dürrebedingungen ausgesetzt wäre. Da nahe gelegene Pflanzen keine Veränderungen in der Stomataöffnung zeigten, glauben Forscher, dass sich das Dürresignal über die Wurzeln und den Boden ausbreitete, nicht als flüchtiges chemisches Signal über die Luft.

Bodeninteraktionen

Die Bodenmikrobiota kann sowohl Krankheiten als auch nützliche Wurzelsymbionten unterdrücken (Mykorrhizapilze sind in sterilem Boden leichter zu etablieren). Die Beimpfung mit Bodenbakterien kann die Erweiterung der Internodien, den Ertrag und die Blüte beschleunigen. Die Wanderung von Bakterien entlang der Wurzel variiert mit den natürlichen Bodenbedingungen. Untersuchungen haben beispielsweise ergeben, dass die Wurzelsysteme von mit Azotobacter geimpften Weizensamen in Böden, die für das Wachstum von Azotobacter günstig sind, höhere Populationen aufweisen. Einige Studien waren bei der Erhöhung der Konzentrationen bestimmter Mikroben (wie P. fluorescens ) in natürlichem Boden ohne vorherige Sterilisation nicht erfolgreich.

Graswurzelsysteme sind vorteilhaft bei der Verringerung der Bodenerosion, indem sie den Boden zusammenhalten. Mehrjährige Gräser, die in Weideland wild wachsen, tragen organische Substanz in den Boden ein, wenn ihre alten Wurzeln nach Angriffen durch nützliche Pilze , Protozoen , Bakterien, Insekten und Würmer zerfallen und Nährstoffe freisetzen.

Wissenschaftler haben eine signifikante Diversität der mikrobiellen Wurzelbedeckung bei etwa 10 Prozent der drei Wochen alten bedeckten Wurzelsegmente beobachtet. Bei jüngeren Wurzeln war die Bedeckung sogar gering, aber selbst bei 3 Monate alten Wurzeln betrug die Bedeckung nur etwa 37%. Vor den 1970er Jahren glaubten Wissenschaftler, dass der Großteil der Wurzeloberfläche von Mikroorganismen bedeckt ist.

Nährstoffaufnahme

Forscher studieren Maiskeimling festgestellt , dass die Calciumaufnahme war in dem größten apikalen Wurzelsegment und Kalium an der Basis der Wurzel. Entlang anderer Wurzelsegmente war die Absorption ähnlich. Das aufgenommene Kalium wird zur Wurzelspitze transportiert, in geringerem Maße auch zu anderen Teilen der Wurzel, dann auch zu Spross und Korn. Der Calciumtransport aus dem apikalen Segment ist langsamer, wird hauptsächlich nach oben transportiert und in Stängel und Spross angesammelt.

Die Forscher fanden heraus, dass ein partieller Mangel an K oder P die Fettsäurezusammensetzung von Phosphatidylcholin in Brassica napus L.- Pflanzen nicht veränderte . Calcium - Mangel hat, auf der anderen Seite, führt zu einem deutlichen Rückgang von polyungesättigten Verbindungen , die negativen Auswirkungen zu erwarten wäre für die Integrität der Anlage haben Membran , die einige Eigenschaften wie seine Permeabilität bewirken könnte, und ist für die benötigte Ionenaufnahmeaktivität von die Wurzelmembranen.

Wirtschaftliche Bedeutung

Wurzeln können auch die Umwelt schützen, indem sie den Boden festhalten, um die Bodenerosion zu reduzieren

Der Begriff Wurzelfrüchte bezieht sich auf jede essbare unterirdische Pflanzenstruktur, aber viele Wurzelfrüchte sind eigentlich Stängel, wie beispielsweise Kartoffelknollen . Zu den essbaren Wurzeln gehören Maniok , Süßkartoffel , Rüben , Karotten , Steckrüben , Rübe , Pastinaken , Rettich , Yamswurzel und Meerrettich . Aus Wurzeln gewonnene Gewürze sind Sassafras , Angelika , Sarsaparilla und Süßholz .

Zuckerrübe ist ein wichtiger Zuckerlieferant. Yamswurzeln sind eine Quelle für Östrogenverbindungen , die in Antibabypillen verwendet werden . Das Fischgift und Insektizid Rotenon wird aus Wurzeln von Lonchocarpus spp. Wichtige Heilmittel aus Wurzeln sind Ginseng , Aconitum , Ipecac , Enzian und Reserpin . Mehrere Leguminosen mit stickstofffixierenden Wurzelknollen werden als Gründünger verwendet, die beim Unterpflügen Stickstoffdünger für andere Kulturen liefern. Spezialisierte kahle Zypressenwurzeln , genannt Knie, werden als Souvenirs, Lampensockel verkauft und in Volkskunst geschnitzt. Die amerikanischen Ureinwohner verwendeten die flexiblen Wurzeln der Weißfichte für die Korbflechterei.

Baumwurzeln können sich heben und zerstören konkrete Gehwege und zerdrücken oder verstopfen erdverlegten Rohrleitungen. Die Luftwurzeln der Würgefeige haben alte Maya- Tempel in Mittelamerika und den Tempel von Angkor Wat in Kambodscha beschädigt .

Bäume stabilisieren den Boden an einem Hang, der anfällig für Erdrutsche ist . Die Wurzelhaare wirken als Anker im Boden.

Die vegetative Vermehrung von Pflanzen über Stecklinge hängt von der zufälligen Wurzelbildung ab. Hunderte Millionen Pflanzen werden jährlich durch Stecklinge vermehrt, darunter Chrysanthemen , Weihnachtssterne , Nelken , Ziersträucher und viele Zimmerpflanzen .

Wurzeln können auch die Umwelt schützen, indem sie den Boden festhalten, um die Bodenerosion zu reduzieren. Dies ist besonders in Gebieten wie Sanddünen wichtig .

Wurzeln auf Zwiebelknollen

Siehe auch

Verweise

Weiterlesen

Externe Links