Phloem- und Xylemtransport in Cannabis
Kurzdefinition
Cannabis sativa transportiert Wasser und Mineralien über das Xylem (transpirationsgetrieben, einwärts) und Assimilate + remobilisierbare Nährstoffe über das Phloem (source-sink-getrieben, bidirektional). Die Phloemmobilität eines Nährstoffs ist der wichtigste diagnostische Marker: mobile Nährstoffe (N, P, K, Mg) zeigen Mängel an Altblättern; immobile (Ca, B, Fe) erst an Junggeweben.
Wissenschaftliche Beschreibung
Xylemtransport: Transpirationsgetriebener Massenfluss
Das Xylem transportiert Wasser + gelöste Mineralien von den Wurzeln zu den Blättern, angetrieben durch den Kohäsions-Tensions-Mechanismus: - Transpiration an Stomata erzeugt Negativdruck (Tension) in den Xylemgefäßen - Wassermoleküle durch Kohäsionskräfte als kontinuierliche Kolonne verbunden - Wurzeldruck (osmotisch, sekundär) unterstützt den Sog
Mineralien im Xylem-Saft (Ca²⁺, NO₃⁻, SO₄²⁻, Spurenmetalle) werden passiv mit dem Massenstrom transportiert — ihre Verteilung im Spross hängt direkt von den Transpirationsraten verschiedener Organe ab. Hoch-transpirierende Altblätter erhalten mehr xylemgelöste Mineralien; gering-transpirierende junge Blätter und Blütenorgane erhalten weniger → mechanische Basis der Ca-Immobilität.
Phloemtransport: Source-Sink-Dynamiken
Das Phloem transportiert Photoassimilate (Saccharose, Aminosäuren, organische Säuren) und remobilisierbare Nährstoffe von Source-Geweben (photosynthetisch aktive Altblätter) zu Sink-Geweben (Meristeme, wachsende Blüten, Wurzeln, Speicherorgane).
Phloembeladung erfolgt in Cannabis primär apoplastisch: 1. Saccharose wird aus Mesophyllzellen ins Apoplasten (Zellwandraum) exportiert (SWEET-Transporter) 2. Aktive Beladung in Siebzellen durch H⁺/Saccharose-Symporter (SUT1/SUC2) gegen Konzentrationsgradient 3. Treibkraft: H⁺-ATPase hält H⁺-Gradient aufrecht
Die Phloembeladung ist energieabhängig → Hypoxie oder Energiemangel → Phloem-Assimilattransport eingeschränkt.
Nährstoffmobilität: Diagnostisches Schlüsselkonzept
| Nährstoff | Phloemform | Mobilität | Defizienzmuster |
|---|---|---|---|
| N | Aminosäuren (Glutamin, Asparagin) | Mobil | Ältere/untere Blätter |
| P | Phosphat (Pi + organisches P) | Mobil | Ältere/untere Blätter |
| K⁺ | Freies K⁺-Ion | Mobil | Ältere/untere Blätter |
| Mg²⁺ | Mg²⁺ (chelatiert) | Mobil | Ältere/untere Blätter |
| Ca²⁺ | NICHT im Phloem | Immobil | Junge Gewebe/Meristeme |
| B | (Zellwand gebunden) | Immobil | Junge Gewebe/Meristeme |
| Fe | (Phloemtransport begrenzt) | Immobil | Jüngste Blätter |
| S | (teilweise mobil) | Schwach mobil | Junge und mittlere Blätter |
Mechanismus Ca-Immobilität: Ca²⁺ kann nicht in Phloem-Siebröhren geladen werden, da hohe Ca²⁺-Konzentrationen die P-Protein-Plugs destabilisieren, die das Phloem funktionsfähig halten. Ca²⁺ bewegt sich ausschließlich apoplastisch über Xylem-Massenfluss.
Die Ca-Transpiration-Kopplung: Tip Burn
Ca-Lieferung an junge, expandierende Gewebe ist doppelt eingeschränkt: 1. Ca² ist phloemimmobil → kein Phloem-Zutransport möglich 2. Junge Gewebe transpirieren wenig (noch nicht voll entwickelte Stomata, abgeschirmt von älteren Blättern) → geringer Xylemmassenstrom → wenig Ca-Lieferung
Tip Burn-Entstehung: Wenn Ca-Lieferung nicht mit Zellexpansion mithalten kann → Zellwandpektin-Quervernetzung unvollständig → Zellkollaps → Nekrose an Blattspitzen/-rändern, besonders bei: - Hoher Luftfeuchtigkeit (RH >75%): Transpiration sinkt → Ca-Massenfluss sinkt - Niedrigem VPD (<0,8 kPa): gleicher Effekt - Dichtem Kronendach (junge Blätter abgeschirmt): Transpirationsreduktion
Lösung: Luftzirkulation + niedrigere RH → Transpiration↑ → Ca-Massenfluss zu jungen Geweben ↑. Foliar-Ca wirksam begrenzt (Ca muss apoplastisch von Blattoberfläche zu wachsenden Punkten diffundieren).
Source-Sink-Verhältnis und Cannabinoid-Allokation
Jost et al. (2024) dokumentierten, dass THC-dominante Chemotypen stärkere Sink-Stärke zeigen als CBD-Typen → aktive Steuerung der Nährstoffallokation zu Blüteninfloreszenzzen → höhere Nährstoffnachfrage in Blüte. Phloem-Source-Sink-Hierarchie bestimmt, wie Nährstoffe zwischen kompetierenden Sinks (vegetativer Wachstum vs. Blüte) verteilt werden.
Biologische Auswirkungen
- Phloemblockade (Staunässe/Kälte): Assimilattransport↓ → Source-Blätter akkumulieren Zucker (verstärkt Anthocyanbildung); Sinks verhungern
- Ca-Massenfluss via Xylem: direkte Funktion von Transpirations-VPD → Ca-Management = Klimamanagement
- Mobile Nährstoffe unter Limitierung: Umverteilung von alt→jung → Altblätter vergilben/nekrotisieren; junge Triebe bleiben zunächst grün
- S-Immobilität: Partiell → Chlorose in mittleren bis jungen Blättern (diagnostisch zwischen Ca oben und N unten)
Anbau-Relevanz
- Diagnoseregel #1: Chlorose oben (jung) = Ca/B/Fe (immobil); Chlorose unten (alt) = N/P/K/Mg (mobil)
- Tip Burn Prevention: VPD ≥1,0 kPa in Blüte halten (Transpirationsantrieb für Ca)
- Bei abgeschlossenen Räumen mit hoher Humidity: Oszillatoren + Abluft → VPD heben → Tip Burn Reduktion
- Phloembeladung energieabhängig → Sauerstoffversorgung der Wurzeln ist Voraussetzung
Verwandte Begriffe
- naehrstoffaufnahme — Wurzelaufnahme als erste Stufe des Transports
- calcium-mangel — Ca-Immobilität und Tip Burn im Detail
- transpiration-stomata-vpd — VPD treibt Xylem-Ca-Transport
- stickstoff — Phloem-N als Aminosäuren (Remobilisierung)
- kec-substrat-puffer — KAK-Substrat und Xylem-Ionenversorgung
Quellen
- Marschner, H. (2012). Mineral Nutrition of Higher Plants. 3rd Ed. Academic Press
- Cockson et al. (2019). Characterization of Nutrient Disorders of Cannabis sativa. MDPI Appl.Sci.
- MSU Extension. Knowing nutrient mobility is helpful in diagnosing plant nutrient deficiencies.
- Jost et al. (2024). Sink strength, nutrient allocation, cannabinoid yield. PMC11659186
Quellen
- Cockson P et al. (2022): Optimisation of N, P, K for soilless cannabis. Agronomy 11:2652. PMID:34786507