Pflanzenwurzel
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Die Wurzel ist neben dem Blatt und der Sprossachse eines der drei Grundorgane Samenpflanzen und Farne.
Die Wurzeln unterscheiden sich von den Sprossachse dadurch, dass sie in ein Substrat (meistens in die Erde) wachsen, dass sie keine Blätter tragen und die Wurzeln über Wurzelhaare und eine Wurzelhaube (Kalyptra) verfügen.
Über die Wurzeln nehmen Pflanzen Wasser und Nährstoffe auf, können mit ihnen aber auch beispielsweise mit Pilzen (Mykorrhizapilze) kommunizieren und Nährstoffe austauschen. Die Wurzeln spielen zudem eine wichtige Rolle zur Ernährung der Bodenmikroorganismen. Die Pflanzen produzieren über die Photosynthese in den Blättern aus Kohlendioxid (CO2) aus der Luft und Wasser aus dem Boden einfache Zucker, die sie als Wurzelexudate in den Boden absondern und Pilzen, Bakterien und anderen Mikroorganismen als Nahrung dienen und die eine wichtige Rolle spielen beim Humusbildungprozess im Boden, bei dem der Kohlenstoff aus der Luft in dauerhafter Form im Boden gespeichert werden kann. Zudem führt dieser Prozess auch dazu, dass durch mehr Kohlenstoff im Boden auch mehr Kohlenstoff in den Zyklus kommt und als bodennahes Kohlendioxid den Pflanzen wiederum bereit steht, um ihre Photoysntheseleistung zu verbessern.
Die Kohlenstoffbindung im Boden und die Anreicherung des Bodens mit Kohlenstoff ist stark abhängig von einem lebendigen Boden, der zahlreiche Bodenmikroorganismen enthält. Dieser kann nur aufrechterhalten werden, wenn die Böden dauerhaft begrünt sind (in der Landwirtschaft wird hier auch von grünen Brücken gesprochen) und wenn die Mikroorganismen nicht durch Kunstdünger, Fungizide, Insektizide, Herbizide oder Pestizide beeinträchtigt werden. Auch eine häufige, starke Bodenbearbeitung wie Pflügen und wenn der Acker über längere Zeit brach liegt ohne schützende Mulchschicht oder Pflanzendecke beispielsweise von Bodendeckern führt dazu, dass die UV-Strahlen der Sonne die Mikroorganismen abtöten können, der Wind und die Sonne die oberste Bodenschicht austrocknet und für die Mikroorganismen unbewohnbar macht. Auch Staunässe, die mehr als einen Tag hält, führt dazu, dass die Mikroorganismen absterben, da der Boden dann zu wenig Sauerstoff bekommt und die aeroben Mikroorganismen absterben und der Boden verdichtet, wodurch er auch für die meisten Pflanzenwurzlen undurchdringbar wird.
Wasseraufnahme der Wurzeln
Es gibt zahlreiche Pflanzen, die tiefe bis sehr tiefe Wurzeln bilden. Auch in sehr trockenen Gebieten gibt es solche Pflanzen. Lange herrschte die Annahme, dass diese Pflanzen damit Wasser aus grossen Tiefen holen können. Das trifft zwar für Bäume und Sträucher zu, bei Gräsern und Kräutern erwies sich diese Annahme jedoch als falsch. Die Wasseraufnahme bei ihnen recht oberflächlich stattfindet. Gräser nehmen das meiste Wasser in den obersten 25 cm des Bodens, Kräuter in den obersten 75 cm des Bodens auf (Helzer 2019). Die langen Wurzeln scheinen bei diesen Pflanzen offenbar eine andere Funktion zu haben. Diese Feststellung scheint man offenbar auch in der Wildnis beobachten zu können: trockene Landschaften wie Halbwüsten zeichnen sich nämlich dadurch aus, dass bei grosser Trockenheit die Kräuter und Gräser bald absterben, wenn die oberen Bodenschichten nicht mehr genug Feuchtigkeit haben. Verholzende Pflanzen wie Sträucher und Bäume dagegen können die Trockenzeit überstehen, da ihnen offenbar ihre tiefen Wurzeln helfen an das tiefe Wasser zu kommen. Andere Pflanzen wie Kakteen und Sukkulenten helfen sich mit einem geringen Wasserverbrauch und dass sie Wasser über die Trockenzeit speichern, bis der nächste Regen kommt.
Nährstoffaufnahme der Wurzeln
Pflanzen können Nährstoffe nicht nur anorganisch in Form von Ionen aufnehmen, sondern auch in Form von lebendigen Mikroorganismen (Bakterien) über ihre Wurzeln. Diese zweite Form ist für die Pflanzen deutlich energieeffizienter, da Pflanzen bei der anorganischen Aufnahme etwa 30% ihrer Photosyntheseleistung für die Nährstoffaufnahme aufwenden müssen, während die Aufnahme von Mikroorganismen keine Energie benötigt, sogar zusätzliche Energie ihnen gibt. Die Aufnahme von lebendigen Mikroorganismen wird als Endozytose oder Rhizophagie bezeichnet.
Literatur
- Helzer, Chris (2019): A Deep-Rooted Prairie Myth. (https://prairieecologist.com/2019/09/17/a-deep-rooted-prairie-myth/) The Prairie Ecologist, online.
- Pommeresche, Herwig (2004): Humussphäre. OLV-Verlag. 224 S. (2. Auflage, 2017 (https://olv-verlag.eu/Humussphaere-Ein-Stoff-oder-ein-System))
Endozytose / Rhizophagie:
- Paungfoo-Lonhienne et al. (2010): Turning the Table: Plants Consume Microbes as a Source of Nutrients. PLOS ONE 5(7): e11915, 1-11. doi:10.1371/journal.pone.0011915 (https://doi.org/10.1371/journal.pone.0011915) (Volltext (https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371%2Fjournal.pone.0011915))
- White, J. F., Kingsley, K. L., Verma, S. K. & Kowalski, K. P. (2018): Rhizophagy Cycle: An Oxidative Process in Plants for Nutrient Extraction from Symbiotic Microbes. Microorganisms 6(3): 95. (20 S.) (Volltext (https://www.mdpi.com/2076-2607/6/3/95/htm))
- White, J. F. et al. (2019): Review: Endophytic microbes and their potential applications in crop management. Pest Management Science 75(10): 2558–2565. https://doi.org/10.1002/ps.5527
