Innerhalb der Lebenszyklen von Pflanzensamen befinden sich die Samen vor den Keimungsstadien in einem Ruhezustand. Während der Ruhephasen tritt nur eine geringe Aktivität auf, da die Samen auf die richtigen Umgebungsbedingungen warten, damit das Wachstum beginnt. Sobald die Keimung beginnt, steigt die Zellatmungsrate dramatisch an, um die benötigten Materialien für die anfänglichen Pflanzenwachstumsstadien bereitzustellen.
Die Aktivitäten der Zellatmung nehmen dramatisch zu, wenn die Samen zu keimen beginnen.Zelluläre Atmungsfunktionen
Zellatmungsprozesse bieten den Zellen die Möglichkeit, vorhandene Nährstoffe in Energie umzuwandeln. Während der Ruhephasen atmen Pflanzensamen gerade so lange ein, bis die Nahrung oder die Nährstoffversorgung innerhalb einer speziellen Samenschicht, die als Endosperm bekannt ist, erhalten bleibt. In blühenden Pflanzen sind Endospermstrukturen das Produkt eines doppelten Befruchtungsprozesses, der stattfindet, wenn eine Pflanzen-Eizelle oder ein Eierstock zum ersten Mal befruchtet wird. In der Tat versorgt das Endosperm den Nährstoffbedarf des Samens und führt die notwendigen Zellatmungsfunktionen während der gesamten Ruheperiode aus. Der Beginn der Keimung stellt einen erheblichen Energiebedarf an das Saatgut, da die Wachstumsprozesse der Pflanzen Gestalt annehmen. Infolgedessen erhöhen sich die Zellatmungsraten, um die Zellbildungsaktivitäten aufzunehmen, die erforderlich sind, um den Samen aufzubrechen und die anfänglichen Wurzel- und Stammstrukturen zu erzeugen.
Auslöser der Zellatmung
Pflanzensamen stammen von Blumen, Früchten, Grünpflanzen und Bäumen, die unter einer Vielzahl von Umweltbedingungen wachsen. Es überrascht nicht, dass jeder Saatguttyp nach bestimmten Umweltauslösern sucht, die den Beginn von Keimungsprozessen auslösen. Laut der Cornell University können Umweltauslöser als erhöhte Nährstoffkonzentrationen im Boden, Änderungen der Bodentemperatur, erhöhte Niederschlagsmengen oder Erhöhungen der Lichtmenge und -qualität auftreten. Sobald die erforderlichen Bedingungen erfüllt sind, beginnen die Samen, ihre Wasserabsorptionsraten zu erhöhen, was den Beginn der Keimung markiert. Erhöhte Wasseraufnahme ermöglicht es Samen, in Endospermschichten gespeicherte Nahrungsreserven zu mobilisieren. Diese Prozesse aktivieren bestimmte Enzyme, die eine Erhöhung der Zellatmungsraten eines Samens auslösen.
Zellulärer Atmungsprozess
Das Keimen von Samen führt Zellatmungsprozesse auf die gleiche Weise durch wie pflanzliche und tierische Zellen. Die Zellatmung erfolgt in drei Stufen, beginnend mit der Glykolyse. Bei der Glykolyse werden Glucosemoleküle verwendet, um zwei Einheiten von Energie- oder ATP-Molekülen (Adenosintriphosphat) zusammen mit anderen chemischen Materialien herzustellen. Der Krebszyklus bildet die zweite Stufe der Zellatmung. In dieser Stufe werden aus den Produkten der Glykolyse zwei weitere Energieeinheiten hergestellt und die bei der Glykolyse verbleibenden Chemikalien in wasserstofftragende Moleküle umgewandelt. Die Elektronentransportkette ist die dritte Stufe des Atmungsprozesses und wird durch die beiden im Krebszyklus produzierten ATP-Moleküle angetrieben. Diese Stufe kombiniert die Energie, die in den Wasserstoffmolekülen aus dem Krebszyklus enthalten ist, mit Sauerstoff, um 38 ATP-Moleküle zu erzeugen. Dieser dreistufige Vorgang wiederholt sich in jeder einzelnen Pflanzenzelle immer wieder. Die durch die Zellatmung erzeugten ATP-Moleküle liefern die Energie, mit der die Keimung der Samen beginnt, und treiben die Zellbildungsaktivitäten an, die letztendlich den Pflanzenkörper bilden.
