Struktur und Funktion

Vegetative Strukturen

Im vegetativen Pflanzenkörper gibt es drei Ebenen integrierter Organisation: Organ, Gewebesystem und Gewebe. Die Organe der Pflanze – Wurzeln, Stängel und Blätter – sind aus Gewebesystemen aufgebaut (Hautgewebe, Grundgewebe und Gefäßgewebe; siehe unten Gewebesysteme). Die Gewebe jedes dieser Systeme setzen sich aus Zellen eines oder mehrerer Typen zusammen (Parenchym, Kollenchym und Sklerenchym; siehe unten Gewebesysteme: Grundgewebe). Gewebe, die nur aus einem Zelltyp bestehen und nur eine Funktion erfüllen, sind einfache Gewebe, während Gewebe, die aus mehr als einem Zelltyp bestehen und mehr als eine Funktion erfüllen, wie z. B. Stütz- und Leitfunktion, komplexe Gewebe sind. Xylem und Phloem sind Beispiele für komplexe Gewebe.

Die Pflanze entwickelt sich aus einer befruchteten Eizelle, der so genannten Zygote, die eine mitotische Zellteilung durchläuft, um einen Embryo – eine einfache mehrzellige Struktur aus undifferenzierten Zellen (d. h. Zellen, die sich nicht zu einem bestimmten Zelltyp entwickelt haben) – und schließlich eine reife Pflanze zu bilden. Der Embryo besteht aus einer bipolaren Achse, die ein oder zwei Keimblätter trägt. Bei den meisten zweikeimblättrigen Pflanzen enthalten die Keimblätter gespeicherte Nahrung in Form von Proteinen, Lipiden und Stärke, oder sie sind photosynthetisch und produzieren diese Produkte, während bei den meisten einkeimblättrigen und einigen zweikeimblättrigen Pflanzen das Endosperm die Nahrung speichert und die Keimblätter die verdaute Nahrung aufnehmen. Die Embryonen der Zweikeimblättrigen haben zwei Keimblätter, während die der Einkeimblättrigen nur eines haben.

Während sich der Embryo weiterentwickelt und neue Zellen entstehen, entwickelt die Bedecktsamerpflanze spezialisierte Bereiche, in denen nur Zellteilung stattfindet, und andere Bereiche, in denen nicht-reproduktive (vegetative) Aktivitäten wie Stoffwechsel, Atmung und Speicherung stattfinden. Die Bereiche mit sich teilenden Zellen, die im Wesentlichen dauerhaftes embryonales Gewebe sind, werden als Meristeme bezeichnet, und ihre Zellen werden als Initialen bezeichnet. Im Embryo befinden sie sich an beiden Enden der bipolaren Achse und werden als Apikalmeristeme bezeichnet. Wenn die Pflanze heranreift, bilden die apikalen Meristeme in den Sprossen neue Knospen und Blätter, und die apikalen Meristeme in den Wurzeln sind die Punkte des aktiven Wachstums der Wurzeln (Abbildung 3). Alles Wachstum, das von den apikalen Meristemen erzeugt wird, ist primäres Wachstum und führt zu mehr primärem Gewebe, das im Wesentlichen den primären Pflanzenkörper erweitert.

Nachdem sich eine Zelle in einem apikalen Meristem mitotisch geteilt hat, verbleibt eine der beiden entstandenen Tochterzellen als Initialzelle im Meristem, und die andere Zelle wird als Derivatzelle in den Pflanzenkörper verdrängt. Die verdrängte Derivatzelle kann sich mehrmals teilen, während sie sich von einer meristemischen Zelle zu einer reifen Zelle differenziert (Veränderungen in Struktur und Physiologie), aber nur die Initialzellen verbleiben dauerhaft im Apikalmeristem. Obwohl die meisten dauerhaft differenzierten abgeleiteten Zellen nicht teilende Zellen sind und Teilungsregionen im Wurzel- und Sprossmeristem verbleiben, gibt es hinter dem Wurzelmeristem Regionen mit sich teilenden abgeleiteten Zellen, aus denen primäre Gewebesysteme entstehen und die daher ebenfalls als primäre Meristeme angesehen werden.

Drei konzentrische Regionen primärer meristematischer Gewebe entwickeln sich unmittelbar hinter dem Wurzelmeristem (Abbildung 3). Aus diesen primären Meristemen entstehen die verschiedenen Gewebe des Pflanzenkörpers: Das äußerste Protoderm differenziert sich zur Epidermis, einem Gewebe, das die Pflanze schützt; das angrenzende Bodenmeristem differenziert sich zu den zentralen Bodengeweben (Mark und Rinde); und das Prokambium differenziert sich zu den Gefäßgeweben (Xylem, Phloem und Gefäßkambium). Xylem und Phloem sind leitende und stützende Gefäßgewebe, und das Gefäßkambium ist ein Seitenmeristem, aus dem die sekundären Gefäßgewebe hervorgehen, die den sekundären Pflanzenkörper bilden.

Seitliche Meristeme, Kambien genannt, verlaufen entlang der Stämme und Wurzeln von Gefäßpflanzen und produzieren sekundäre Gewebe, die sich entwickeln, nachdem ein Pflanzenorgan – oder ein Teil eines Pflanzenorgans – aufgehört hat, sich zu verlängern. Das sekundäre Wachstum ist im Wesentlichen eine Zunahme des Umfangs. Das Gefäßkambium produziert sekundäres Xylem und sekundäres Phloem, und das Korkkambium (Phellogen) produziert Korkzellen, aus denen sich die äußere Rinde entwickelt. Abbildung 4 fasst die Muster des primären und sekundären Wachstums von Wurzel- und Sprossapikalmeristemen zusammen. (Für eine vollständige Erörterung des primären und sekundären Pflanzenwachstums, siehe unter Gewebesysteme: Gefäßgewebe.)