Die Sprossachse muss bei Pflanzen so einiges leisten. Durch sie ist es einerseits möglich, dass Nährstoffe und Wasser von der Wurzel bis zum Blatt gelangen. Andererseits gäbe es ohne die Sprossachse keinen Halt: Sie stabilisiert die Pflanze, indem sie das Blattwerk trägt und kann die Blätter gleichzeitig in eine Position bringen, die sie zur Sonne hin ausrichtet. Folglich nehmen Blätter mehr Energie für die Fotosynthese auf.
Die Sprossachse zählt neben Blättern und Wurzeln zu den drei Grundorganen einer Pflanze. Als Organ hat sie sich im Zuge des Landgangs entwickelt, da sie unter anderem zur Stabilisierung dient. Die Sprossachse kann je nach Modifikation auch als Halm, Stamm, Schaft oder Stängel bezeichnet werden.
Sprossachse – Funktion
Die primären Funktionen einer Sprossachse sind der Wasser- und Nährstofftransport, die Stabilität der Pflanze sowie die Speicherung von Reservestoffen. Für die Pflanze ist es essenziell, dass das Wasser von den Wurzeln bis zu den Blättern fließen kann und umgekehrt müssen die in den Blättern durch die Fotosynthese gewonnenen Kohlenhydrate in die übrigen Pflanzenteile transportiert werden. Hierzu besitzt die Sprossachse einen bestimmten Aufbau, damit die Funktionen alle erfüllt werden.
Sprossachse – Aufbau
Beim Aufbau einer Sprossachse kann grundsätzlich zwischen einkeimblättrigen und zweikeimblättrigen Pflanzen unterschieden werden.
Bei den einkeimblättrigen Pflanzen sind die Leitbündel im Spross zerstreut. Im Gegensatz dazu sind die Leitbündel bei den zweikeimblättrigen wie ein Ring im Spross angeordnet.
Ein weiterer Unterschied im Aufbau besteht darin, ob es sich um eine verholzte oder krautige Sprossachse handelt. Dieser wird Dir in den folgenden Abschnitten aufgezeigt.
Merkmal der holzigen Sprossachse
Die Epidermis ist das Abschlussgewebe. Sie bildet also die äußerste Schicht einer Sprossachse. Ihre Funktion besteht darin, die Pflanze zu schützen. Eine Schicht tiefer folgen bei Bäumen und Sträuchern das Korkgewebe und Korkkambium. Kork ist für Holzgewächse ein weiterer Schutz vor Umwelteinflüssen. Eine holzige Sprossachse kannst Du auch als Stamm oder Zweig bezeichnen.
Bei der Sprossachse kann zwischen einem primären und sekundären Dickenwachstum unterschieden werden. Dabei handelt es sich um eine Achsenverdickung. Es gibt Pflanzen, bei denen die Breite der Sprossachse schon bei wenigen Millimetern festgelegt ist und sich nicht weiter ausdehnt. Hierzu gehören vorwiegend einkeimblättrige und einjährige Pflanzen. Bei Bäumen reicht ein primäres Dickenwachstum für die Gewährleistung ihrer Stabilität allerdings nicht aus. Zellen des Kambiums behalten ihre Teilungsfähigkeit bei und sorgen für eine Holzbildung bei der Sprossachse sowie einen Zuwachs des Durchmessers.
Querschnitt und Beschriftung einer holzigen Sprossachse
Wie der Querschnitt der Sprossachse einer verholzten Pflanze aussieht, siehst Du in folgender Abbildung:
Abb. 1 - Querschnitt Sprossachse bei einer zweikeimblättrigen verholzten Pflanze
In der Mitte ist das Mark vorhanden, nach außen hin folgen das Xylem, Kambium und Phloem. Bei verholzten Pflanzen folgt die Rindenschicht mit Korkkambium und dem Korkgewebe. Die Epidermis schließt die Sprossachse ab und bildet das Abschlussgewebe.
Merkmal der krautigen Sprossachse
Aber auch Pflanzen, die nicht verholzt sind, besitzen eine Epidermis zum Schutz und ein Rindengewebe, das zur Stabilisierung und Speicherung von Nährstoffen dient. Bei ihnen wird die Sprossachse als krautige Sprossachse bezeichnet. Sie sind grün und häufig sogar biegsam. Du kannst sie umgangssprachlich auch als Stängel bezeichnen.
Mark
Im Inneren der Sprossachse liegt das Mark, das ebenso zur Speicherung von Nährstoffen dient. Mark ist ein weiches Zellgewebe, das aus Grundgewebezellen besteht. Diese Zellen können auch als Parenchymzellen bezeichnet werden. Bei vielen Arten kann das Mark beim Wachstum zerreißen und es entsteht eine Markhöhle.
Parenchymzellen sind Zellen des Grundgewebes, bei denen mehrere Typen unterschieden werden können. So gibt es etwa ein Palisadenparenchym, ein Schwammparenchym und ein Speicherparenchym. Während die Zellen des Palisadenparenchyms zur Fotosynthese dienen, werden die Zellen des Schwammparenchyms in den Blättern von Pflanzen zum Gasaustausch eingesetzt. Zellen des Speicherparenchyms können – wie es der Name schon sagt – Stoffe einlagern. Deshalb sind sie unter anderem im Mark, in der Rinde sowie in der Wurzel von Pflanzen vorhanden.
Leitbündel
Die Leitbündel der Sprossachse bilden das Leitungs- und Transportsystem von Pflanzen. Über sie werden Wasser, gelöste Stoffe wie Mineralsalze und organische Substanzen wie Zucker innerhalb der Pflanze transportiert. Die Leitbündel bestehen aus einem Leitgewebe, zu denen ein Holzteil (Xylem) und/oder ein Bastteil bzw. Siebteil (Phloem) gezählt werden. Während das Xylem für den Wassertransport zuständig ist, besteht die Funktion von Phloem im Nährstofftransport. Zwischen Xylem und Phloem ist bei Pflanzen mit sekundärem Dickenwachstum Kambium vorhanden, das auch als Bildungsgewebe bezeichnet werden kann.
Sprossachse – Wassertransport
Das Xylem besteht aus Gefäßen, die auch Tracheiden und Tracheen genannt werden. Die Gesamtheit aller Gefäße kannst Du auch als Gefäßteil des Leitbündels bezeichnen. Es gewährleistet den Transport von Wasser und gelösten Salzen. Tracheiden sind vorerst lebende und später abgestorbene lang gestreckte Zellen. Sie besitzen stark verholzte Zellwände. Ihre Querwände haben sich nicht vollständig aufgelöst, denn sie haben sogenannte Tüpfel. Tüpfel sind dünne Stellen in der Zellwand, die einen Stoffaustausch zwischen benachbarten Zellen gewährleisten.
Tracheiden bilden lediglich bei Nacktsamern (Gymnospermae) das Wasserleitsystem. Ansonsten sind Tracheen vorhanden. Bei Nacktsamern liegen im Gegensatz zu den Bedecktsamern die Samenanlagen frei, das heißt hier liegen die Samen frei auf den Samenschuppen. Zur Gruppe der Nacktsamer zählen Holzgewächse wie die Fichte, Lärche und Ginkgo.
Tracheen sind spezialisierte Tracheiden und besitzen im Gegensatz zu ihnen einen größeren Durchmesser und sind ausschließlich für die Wasserleitung verantwortlich. Außerdem weisen sie keine Tüpfel, sondern eine oder mehrere Poren auf.
Durch ihre verholzten Zellwände verleiht das Xylem den Pflanzen auch Stabilität.
Phloem gewährleistet den Nährstofftransport
Das Phloem ist der Siebteil eines Leitbündels. Bei ihm wird zwischen den evolutiv ursprünglicheren Siebzellen und den Siebröhren mit Geleitzellen unterschieden. Während die Siebzellen bei Nacktsamern und Farnen auftreten, kommen die Siebröhren bei Bedecktsamern vor.
Siebzellen haben spitze Enden und sind nicht mit Geleitzellen verbunden. Sie schließen über die schräg stehenden Zellenden an die jeweils nächste Siebzelle an. Der Austausch der Nährstoffe von Zelle zu Zelle erfolgt hier über Plasmodesmen, die Du auch als Siebporen bezeichnen kannst.
Siebzellen sind nicht so effizient wie Siebröhrenglieder.
Bei den Bedecktsamern hat sich das Phloem zu einem Siebröhrensystem aus lang gestreckten Zellen mit siebartig durchbrochenen Wänden, den Siebplatten, weiterentwickelt. Die Zellen werden deshalb als Siebröhren bezeichnet, weil die Querwände wie ein Sieb mit Poren durchlöchert ist.
Zu den Bedecktsamern zählen alle Pflanzen, die Blüten besitzen und bei denen die Samenanlage in den Fruchtknoten des Fruchtblatts eingeschlossen ist. So entwickelt sich nach der Bestäubung aus der Samenanlage der Samen und aus dem Fruchtknoten die Frucht.
Bildungsgewebe
Das Bildungsgewebe, auch Kambium genannt, befindet sich bei einigen Pflanzen zwischen dem Xylem und dem Phloem. Genauer gesagt ist es bei Pflanzen vorhanden, bei denen ein sekundäres Dickenwachstum vorherrscht. Über das Bildungsgewebe werden neue Zellen gebildet, die zu einer Vergrößerung des Durchmessers der Pflanze führen. Es entsteht sekundäres Phloem und sekundäres Xylem.
Der Zentralzylinder
Unter einem Zentralzylinder werden bestimmte Gewebeformen einer Sprossachse zusammengefasst. Genauer gesagt wird hiermit der zentrale Bereich der Sprossachse bezeichnet. Hierunter fallen die Leitbündel, das Grundgewebe mit Mark und Markstrahlen sowie das Festigungsgewebe (Sklerenchym).
Das Sklerenchym befindet sich größtenteils als Schicht um ein Leitbündel. Der Inhalt der Zellen ist meist abgestorben und die Zellwände sind oft verholzt und durch Lignin verstärkt. Lignin wird in pflanzliche Zellwände eingelagert, um eine Verholzung der Zelle zu bewirken. Der Stoff bewirkt unter anderem auch das Vergilben von Papier.
Vegetationskegel – Sprossachse
An der Spitze der Sprossachse wird das Längenwachstum einer Pflanze fortgeführt. Hierzu befindet sich im Vegetationskegel (Apex) entsprechendes teilungsfähiges Bildungsgewebe, das sogenannte Apikalmeristem. Der Spross wird dadurch nach oben verlängert. An der Spitze des Kegels bilden sich immer wieder neue Zellen und die darunter liegenden Zellen werden ausdifferenziert, indem sie sich zu verschiedenen Zelltypen wie Rindenzellen, Leitbündelzellen und vielen weiteren anderen Zellen entwickeln. Der unter dem Vegetationskegel liegende Teil wird auch als Streckungszone bezeichnet.
Hormone und Zell-Zell-Kontakte sind maßgeblich dafür verantwortlich, wie sich die Zellen ausdifferenzieren. Bei Zell-Zell-Kontakten handelt es sich um einen Austausch von genetischen Informationen, damit sich die neue Zelle an der bereits vorhandenen orientieren kann.
Wuchsformen der Sprossachse
Wie die Sprossachsen wachsen, kann sehr unterschiedlich sein. Grundsätzlich besteht eine Sprossachse aus verdickten und schmalen Bereichen. Aus den verdickten Bereichen können sich Seitentriebe oder Blätter entwickeln. Denn hier in den sogenannten Knoten (Nodien) ist teilungsfähiges (meristematisches) Gewebe vorhanden. Die schmalen Bereiche sind für das Längenwachstum verantwortlich und Du kannst sie auch als Internodien bezeichnen.
Ein Seitentrieb, bei dem die Internodien der Sprossachse vollends gestreckt sind, wird als Langtrieb bezeichnet. Ein Langtrieb trägt die Blätter. Als Kurztrieb werden Seitentriebe bezeichnet, deren Internodien nicht vollends gestreckt sind. An einem Kurztrieb entwickeln sich oft die Blüten und Früchte.
Bei den Wuchsformen kann außerdem zwischen einer unverzweigten Sprossachse, einer verzweigten Sprossachse und einer windenden Sprossachse unterschieden werden. Während unverzweigte Sprossachsen keine Verzweigungen besitzen, haben verzweigte Sprossachsen Verzweigungen, die Du auch als Seitensprosse bezeichnen kannst. Bei windenden Sprossachsen winden sie sich.
Zu den Pflanzen mit windender Sprossachse zählen insbesondere Kletterpflanzen, deren Sprossachse sich um Gegenstände winden.
Sprossachse – Beispiele
Da sich Pflanzen an ihre Umgebung anpassen, kann sich auch die Sprossachse je nach Pflanzenart entsprechend umgestalten. Bei gewissen Pflanzen haben sich die Sprossachsen zu Metamorphosen wie Stammsukkulenzen und Rhizome entwickelt.
Stammsukkulenzen
Eine Sprossachse, die sich zu einer Stammsukkulenz umgebildet hat, dient primär zur Wasserspeicherung. Die Sprossachse weist im Gewebe stark vergrößerte Vakuolen auf, in denen das Wasser eingelagert werden kann. Dadurch sieht sie Sprossachse zylindrisch bis kugelig aus. Die Blätter werden bei Pflanzen mit einer Stammsukkulenz umgebildet oder fehlen teilweise ganz. Stattdessen wird die Fotosynthese von den äußersten Schichten der Sprossachse übernommen.
Kakteen sind Vertreter, die eine Stammsukkulenz besitzen.
Abb. 2 - Kakteen mit Stammsukkulenzen
Rhizome
Rhizome dienen zur Speicherung von Reservestoffen (Assimilate), wodurch Pflanzen speziell einen Winter besser überstehen können. Das Sprossachsensystem kann entweder unterirdisch oder dicht über dem Boden wachsen. Rhizome können neben der Speicherung von Reservestoffen auch als Vermehrungsorgan dienen. Die unterirdischen Rhizome können mit Wurzeln verwechselt werden. Sie lassen sich anhand ihrer Internodien und Blattansätze jedoch gut von ihnen unterscheiden.
Die Sprossachse der Ingwerpflanze hat sich zu einem Rhizom entwickelt.
Abb. 3 - Ingwerrhizom
Sprossachse – Das Wichtigste
- Die Sprossachse zählt neben Blättern und Wurzeln zu den drei Grundorganen einer Pflanze.
- Die primären Funktionen einer Sprossachse sind der Wasser- und Nährstofftransport, die Stabilität der Pflanze sowie die Speicherung von Reservestoffen.
- Bei verholzten Pflanzen wird die Sprossachse auch als holzige Sprossachse bezeichnet.
- Bei Pflanzen, die nicht verholzt sind, wird die Sprossachse als krautige Sprossachse bezeichnet.
- An der Spitze, im Vegetationskegel, der Sprossachse wird das Längenwachstum einer Pflanze fortgeführt.
- Bei den Wuchsformen kann zwischen einer unverzweigten Sprossachse, einer verzweigten Sprossachse und einer windenden Sprossachse unterschieden werden.
Nachweise
- Reißer et al. (2019). Pflanzenanatomischer Grundkurs. Springer Spektrum, Berlin, Heidelberg.
- Kück; Wolff (2014). Botanisches Grundpraktikum. Springer Spektrum, Berlin, Heidelberg.
- Kadereit et al. (2014). Strasburger – Lehrbuch der Pflanzenwissenschaften. Springer Spektrum Berlin, Heidelberg.
- Boenigk (2021). Boenigk, Biologie. Springer Spektrum Berlin, Heidelberg.
- Abb. 2: https://pixabay.com/photos/cactus-saguaro-saguaro-national-park-534758/
- Abb. 3: Bild von marker_photography: https://pixabay.com/photos/ginger-vegetables-food-1960613/
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