Transportstromen bij planten

Inleiding

Hoewel je er niets van ziet, zijn er in een plant voortdurend bewegingen aan de gang. Er is een stroom van water en mineralen vanuit de wortel richting bladeren en andersom. Bij grote bomen zoals een eik en berk gaat het om honderden liters per dag. In de Sequoia sempervirens moet het water 115 meter omhoog om de jongste knoppen te bereiken.

 

Transport van water en opgeloste stoffen

Een boom transporteert per dag honderden liters water van de wortels naar de bladeren, die soms tientallen meters hoger hangen. Hoe overwint zo’n boom de zwaartekracht?

Een boom heeft daarvoor vaatbundels, die van wortel naar blad lopen. De drijvende kracht achter het transport van water van de wortel naar het blad is vooral de verdamping. Aan het bladoppervlak verdampt water via de huidmondjes. Een actieve boom kan wel 300 liter water per dag verdampen. Het water in het blad wordt aangevuld vanuit de nerven in het blad. De watermoleculen trekken elkaar onderling aan(cohesie). Deze aanzuigende werking plant zich voort door de vaatbundels in de stam(stengel)  tot in de vaatbundels van de wortels, tegen de zwaartekracht in.

Dit effect wordt versterkt door de capillaire werking en door de worteldruk (zie "Worteldruk")

Opname van water en mineralen

Plantenwortels nemen water en mineralen op via sommige cellen van de opperhuid, de wortelharen.
Ze hebben een groot oppervlak, waardoor ze veel water en mineralen kunnen opnemen.

Water en mineralen gaan vervolgens naar de centrale cilinder in de wortel.

VWO:
Plantenwortels nemen water en mineralen op via sommige cellen van de opperhuid, de wortelharen.
Ze hebben een groot oppervlak, waardoor ze veel water en mineralen kunnen opnemen. Water en mineralen gaan vervolgens naar de centrale cilinder in de wortel. Dit gebeurt voornamelijk via de celwanden van het schorsparenchym. Een klein gedeelte gaat via het cytoplasma van de cellen van het schorsparenchym. (symplastisch transport)

De centrale cilinder wordt omringd door endodermiscellen.
De celwanden van endodermiscellen zijn aan de zijkant onderling verbonden door een laagje ondoorlaatbaar kurk, de bandjes van Caspari.

Water en mineralen kunnen de endodermis dus alleen passeren via de celmembraan van de endodermiscellen. Daardoor kunnen de endodermis cellen selecteren wat in de centrale wordt opgenomen. Daarna gaat het water naar de houtvaten.

Watertransport via houtvaten

Een houtvat ofwel xyleemvat bestaat uit aaneengeschakelde celwanden, waarvan de bijbehorende cellen zijn doodgegaan. Er vindt watertransport plaats doordat in houtvat de hele waterkolom in beweging komt.

Water en opgeloste mineralen stromen vanuit de wortel door houtvaten in de stengel naar de hoofdnerven van de bladeren en komen uiteindelijk bij de bladcellen terecht. Daar kan het water opgenomen worden door de bladcellen of verdampen via de huidmondjes. Als er meer water wordt aangevoerd dan er door de bladcellen wordt opgenomen of kan worden verdampt, verschijnen er waterdruppels aan de bladranden. Dat verschijnsel heet druppelen.

Transport van organische stoffen

Veel organische stoffen uit de bladeren worden naar andere delen van de plant getransporteerd.
Meestal is dat in de vorm van in water opgeloste saccharose. Dat transport vindt plaats door bastvaten ofwel floeëm.

VWO Bastvaten:
Bastvaten bestaan uit aaneengeschakelde levende bastvatcellen, gescheiden door de zogenoemde zeefplaten. Het transport van organische stoffen verloopt dus via levende cellen, en niet via de celwanden zoals bij water en mineralen het geval is.

De transportprocessen in een bastvatcel worden geregeld door een begeleidende cel. De begeleidende cel brengt bijvoorbeeld saccharose of aminozuren in een bastvatcel.

De water concentratie in de bastvaten is daardoor lager dan de waterconcentratie in de houtvaten (zie ook "De rol van diffusie, osmose en actief transport"). Er stroomt dus water van de houtvaten naar de bastvaten.

Rol van diffuse, osmose en actief transport

Cellen wisselen stoffen uit met de omgeving, via de celmembranen.
Sommige stoffen kunnen de celmembraan makkelijk passeren. Voor andere stoffen zijn extra structuren in de celmembraan nodig.

Of het transport energie kost, hangt af de stof die getransporteerd moet worden,
maar ook van de concentraties van de betreffende stof binnen en buiten de cel. Transport dat energie kost, noemen we actief transport. Kost het geen energie, dan heet het transport passief.

 

Diffusie/osmose

Diffusie
Als iemand in de hoek van een kamer een parfumflesje openzet, ruikt iemand in de andere hoek van de kamer na verloop van tijd de parfumgeur. Blijkbaar verspreiden de geurmoleculen zich vanzelf door een ruimte.

Ook het transport van moleculen tussen cellen is volledig afhankelijk van het feit dat moleculen bewegen.

Moleculen zijn altijd in beweging. In vaste stoffen trillen ze rond een bepaalde evenwichtsstand. In vloeistoffen en gassen schieten ze alle kanten op. Als ze ergens tegenaan botsen, veranderen ze van richting, zoals biljartballen in een poolbiljart.
De beweging van moleculen zorgt ervoor dat ze zich gelijkmatig over een beschikbare ruimte verspreiden. Dat verschijnsel heet diffusie.

Voor opgeloste stoffen vormt het oplosmiddel de beschikbare ruimte. Zo lost een suikerklontje op in een glas thee. Voor gassen zoals zuurstof is de beschikbare ruimte de atmosfeer.
Osmose

Het celmembraan laat water passeren, maar zout en ander opgeloste stoffen worden minder of helemaal niet doorgelaten. Het celmembraan is dus selectief doorlaatbaar ofwel selectief permeabel of semipermeabel. De diffusie van water door een semipermeabel membraan noemt men osmose.

Als een cel in zuiver water ligt, is de osmotische waterdruk (ook wel osmotische potentiaal) buiten de cel hoger dan daarbinnen. Er stroomt dan water de cel binnen, waardoor deze opzwelt en uiteindelijk kapot kan barsten. Plantencellen kunnen echter niet barsten omdat zij een celwand bezitten. Een plantencel zwelt in zuiver water op totdat de druk van de celwand even hoog is als het verschil in osmotische waterdruk.

De cel staat dan onder spanning, dat heet turgor. Kruidachtige planten hebben hun stevigheid te danken aan turgor. Dierlijke cellen hebben geen turgor. Ze hebben immers geen celwand. Als de cel teveel opzwelt, knapt de celmembraan. De cel gaat dood.

Als een cel in zout water ligt, is de waterdruk binnen de cel hoger dan daarbuiten. Daardoor zal er water vanuit de cel naar het zoute water diffunderen. De cel krimpt dan. Bij plantencellen laat het celplasma los van de celwand. Dat heet plasmolyse.
Bij volledige plasmolyse gaat de cel dood.

 

Hypertoon/hypotoon

Wanneer je twee oplossingen vergelijkt, noem je de oplossing met de hoogste concentratie opgeloste stof: hypertoon. Deze oplossing heeft dus de laagste waterconcentratie. De andere oplossing (met de hoogste waterconcentratie en de laagste concentratie opgeloste stof) is dan hypotoon.  
Hebben twee oplossingen dezelfde concentratie, dan noem je ze isotoon.

Actief en passief transport

De bouw van de membraan maakt hem goed doorlaatbaat voor een aantal stoffen, zoals bijvoorbeeld water. De membraan is slecht doorlaatbaar voor veel stoffen die in dat water zijn opgelost, zoals suikers of zouten. Voor sommige stoffen bevat de membraan bepaalde transporteiwitten.
De membraan is dus selectief permeabel.  

De richting van het transport door een membraan bepaalt of er energie voor nodig is. Transport met het concentratieverval mee kost geen energie. Het wordt passief transport genoemd. Actief transport, tegen het concentratieverval in, kost energie. Ook transport tegen een ladingsverschil in kost energie.

In het celmembraan zitten poorten die ionen en organische stoffen kunnen doorlaten. Deze poorten worden gevormd door eiwitten. Er zijn in 'n cel duizenden poorten voor allerlei verschillende stoffen. Sommige poorten staan altijd open, anderen worden door een boodschappermolecuul open en dicht gezet.

Transport van stoffen van een hogere naar een lagere concentratie via deze membraanpoorten, heet geleide diffusie. Geleide diffusie is een vorm van passief transport, het kost geen energie.

Het is ook mogelijk dat een cel een stof opneemt tegen een concentratiegradiënt in. Deze vorm van transport over het celmembraan heet actief transport en kost wel energie. Een cel die meer glucose dan zijn omgeving bezit, maar toch glucose opneemt uit die omgeving, doet dat via actief transport.

 

Worteldruk, capillaire werking en gassentransport

De weg waarlangs water, mineralen en opgeloste stoffen door de plant gaan, is beschreven in "Transport van water en opgeloste stoffen". In "De rol van diffusie, osmose en actief transport" zijn de drijvende krachten achter het transport beschreven: diffusie, osmose en actief transport.
In deze subparagraaf worden de weg en de drijvende krachten samengebracht om te verklaren hoe stoffen in een plant in beweging zijn.

Worteldruk

Een wortel van een grote boom neemt per dag honderden liter water op. De drijvende krachten achter de wateropname zijn osmose en actief transport.
Eerst neemt een plant via actief transport ionen op via ionenpoorten. Hierbij wordt er ATP omgezet in ADP.
(ATP wordt weer gerecycled  door organische stoffen om te zetten in de mitochondriën.)

Doordat de wortel ionen (natrium, kalium, chloride, nitraat) opneemt, ontstaat er in de wortel een hogere osmotische waarde (en een lagere waterconcentratie) dan daarbuiten. Dit zorgt ervoor dat de wortelcellen via passief transport (osmose) water opnemen. De meer naar binnen gelegen wortelcellen hebben een steeds hogere osmotische waarde, dus het water gaat automatisch richting centrale cilinder.

In de houtvaten worden actief ionen afgescheiden door de wortelcellen, zodat in de houtvaten de hoogste osmotische waarde heerst. Daardoor verzamelt het water zich in de houtvaten en ontstaat er daar druk.
Het gevolg is dat het water in de houtvaten omhoog gedrukt wordt: worteldruk.

Capillaire werking/zuigkracht van de bladeren - VWO

Cappilaire werking

Capillaire werking
De wanden van houtvaten bestaan uit cellulose.
In cellulose bevinden zich zeer nauwe kanalen.
Water heeft de eigenschap dat het (samen met de opgeloste stoffen) in nauwe kanalen omhoog kruipt, door de aantrekkingskracht (adhesie) tussen het water en de wand van de vaatbundels en de cohesie tussen de watermoleculen.
Dat heet capillaire werking.

De houtvaten zelf zijn ook erg nauw. Als er voldoende water is kan er een hele waterkolom omhoog kruipen. Capillaire werking levert zo een bijdrage aan transport van water en mineralen.

Zuigkracht van de bladeren
Huidmondjes (stomata) zijn kleine gaatjes, meestal aan de onderkant van het blad. Twee sluitcellen kunnen een huidmondje openen en sluiten. Aangrenzend aan de huidmondjes aan de binnenzijde van  in het blad liggen intercellulaire holtes.
Cellen geven voortdurend water af aan deze intercellulaire holtes, waardoor ze altijd een hoge vochtigheidsgraad hebben.

Zodra de huidmondjes opengaan, verdampt er water uit de intercellulaire holtes. De omliggende cellen gaan daardoor weer water afgeven aan de holtes, waardoor ze uitdrogen en hun osmotische waarde stijgt. Cellen die aan de uitdrogende cellen grenzen hebben nu een lagere osmotische waarde.
Water gaat daardoor van die cellen naar de uitdrogende cellen.

Op deze manier ontstaat er, net als in de wortel een osmotische gradiënt van houtvaten naar bladcellen. Daardoor wordt het water uit de houtvaten gezogen naar de bladeren.
Samen met de worteldruk en de capillaire werking is de zuigkracht van de bladeren de drijvende kracht achter het watertransport van wortel naar blad.

Transport van gassen

Een bladgroenkorrel (chloroplast ) in het licht gebruikt koolstofdioxide voor de fotosynthese.
De koolstofdioxide komt uit de intracellulaire holtes in het blad. De koolstofdioxideconcentratie in de holtes wordt daardoor lager dan de koolstofdioxideconcentratie buiten het blad. Dit zorgt ervoor dat er meer koolstofdioxide naar binnen dan naar buiten diffundeert: er is een netto transport van koolstofdioxide richting chloroplast.

Zuurstof gaat de omgekeerde richting. Chloroplasten in het licht maken zuurstof en daardoor stijgt de zuurstofconcentratie in de holtes. Het gevolg is een netto transport van zuurstof naar buiten.

  • Het arrangement Transportstromen bij planten is gemaakt met Wikiwijs van Kennisnet. Wikiwijs is hét onderwijsplatform waar je leermiddelen zoekt, maakt en deelt.

    Auteur
    VO-content
    Laatst gewijzigd
    2021-05-17 11:47:26
    Licentie

    Dit lesmateriaal is gepubliceerd onder de Creative Commons Naamsvermelding-GelijkDelen 4.0 Internationale licentie. Dit houdt in dat je onder de voorwaarde van naamsvermelding en publicatie onder dezelfde licentie vrij bent om:

    • het werk te delen - te kopiëren, te verspreiden en door te geven via elk medium of bestandsformaat
    • het werk te bewerken - te remixen, te veranderen en afgeleide werken te maken
    • voor alle doeleinden, inclusief commerciële doeleinden.

    Meer informatie over de CC Naamsvermelding-GelijkDelen 4.0 Internationale licentie.

    Aanvullende informatie over dit lesmateriaal

    Van dit lesmateriaal is de volgende aanvullende informatie beschikbaar:

    Toelichting
    De Kennisbanken bevatten de theorie bij de opdrachten.
    Leerinhoud en doelen
    Biologie;
    Eindgebruiker
    leerling/student
    Moeilijkheidsgraad
    gemiddeld

  • Downloaden

    Het volledige arrangement is in de onderstaande formaten te downloaden.

    Metadata

    LTI

    Leeromgevingen die gebruik maken van LTI kunnen Wikiwijs arrangementen en toetsen afspelen en resultaten terugkoppelen. Hiervoor moet de leeromgeving wel bij Wikiwijs aangemeld zijn. Wil je gebruik maken van de LTI koppeling? Meld je aan via info@wikiwijs.nl met het verzoek om een LTI koppeling aan te gaan.

    Maak je al gebruik van LTI? Gebruik dan de onderstaande Launch URL’s.

    Arrangement

    IMSCC package

    Wil je de Launch URL’s niet los kopiëren, maar in één keer downloaden? Download dan de IMSCC package.

    Voor developers

    Wikiwijs lesmateriaal kan worden gebruikt in een externe leeromgeving. Er kunnen koppelingen worden gemaakt en het lesmateriaal kan op verschillende manieren worden geëxporteerd. Meer informatie hierover kun je vinden op onze Developers Wiki.

  • Gebruik
    Weergave
  • Wikiwijs is een dienst van