Kurzdefinition
Die Stengelanatomie von Cannabis sativa besicht den Aufbau des Sprosses von außen nach innen: Epidermis mit Trichome-Rinden, kollenchymatische und sklerenchymatische Rindenzonen, leitbündeltragendes Phloem mit Bastfasern, und den holzigen Xylem-Kern (Hurd) — ein Aufbau, der sowohl mechanische Stabilität als auch langstreckigen Transport von Wasser und Assimilaten ermöglicht.
Wissenschaftliche Beschreibung
Gesamtarchitektur: Ein dikotyler Einkeimblättriger-Stängel
Cannabis sativa besitzt als Dikotyle einen atypischen primären Stängelaufbau mit folgenden Zonen (von außen nach innen):
Epidermis (mit Trichome)
│
Kortex (Parenchym + Kollenchym)
│
Bastfasern (Phloem-Fasern, sklerenchymatisch)
│
Phloem (Siebelemente + Begleitzellen)
│
Kambium (sekundäres Meristem)
│
Xylem (Holz, Tracheen + Gefäßelemente)
│
Mark (Parenchym, zentripetal)
Epidermis und Rindenparenchym
Die Epidermis ist eine einschichtige Zellschicht mit einer wachsartigen Cuticula (5–15 µm dick), die den Wasserverlust minimiert. Sie trägt die meisten Trichome-Typen: - Bulböse Trichome (0,05–0,1 mm): Sitzen direkt auf der Epidermis - Sitzende kopfige Trichome (0,1–0,3 mm): Kurzer Stiel, 8–16 Diskzellen - Gestielte kopfige Trichome (0,2–0,5 mm): Langer, lignifizierter Stiel; höchste Metabolitenproduktion
Das Rindenparenchym (5–10 Zellschichten) enthält Chloroplasten und dient der Photosynthese. Die äußeren Rindenzellen sind oft kollenchymatisch (verdickte Eckwände) — dies verleiht jungen Stängeln Flexibilität.
Bastfasern (Phloem-Seite)
Die Bastfasern sind das wertvollste Textilgewebe des Cannabis-Stängels:
Primäre Bastfasern: - Länge: 20–50 mm (max. 100 mm in hochwertigen Fasersorten) - Durchmesser: 10–40 µm - Zusammensetzung: 70–75 % Cellulose, 15–20 % Hemicellulose, 3–5 % Lignin - Anteil: 70–90 % der gesamten Bastfaser-Masse
Sekundäre Bastfasern: - Länge: ca. 2 mm - Durchmesser: ca. 15 µm - Anteil: 10–30 %
Die Sekundärwand der Bastfasern zeigt eine charakteristische Mehrschichtstruktur (S1, S2, S3-Lamellen), wobei die S2-Schicht mit einer Mikrofibrillenwinkel von 5–10° die mechanische Festigkeit bestimmt [Crônier et al. 2005]. Der Ligningehalt ist mit 3–5 % niedrig — dies verleiht den Fasern ihre Flexibilität und Textilverarbeitbarkeit.
Phloem (Siebelemente)
Das Phloem transportiert Assimilaten (Saccharose, Aminosäuren) von den photosynthetisch aktiven Blätter zu den Speicher- und Wachstumsorten. Es besteht aus: - Siebelemente: Enukleierte Zellen mit Siebplatten; funktionell aktiv für 1–2 Jahre - Begleitzellen: Dicht mit Siebelementen verbunden; energiereich (viele Mitochondrien) - Phloem-Parenchym: Speicher und laterale Verteilung
Kambium
Das vasculäre Kambium ist ein sekundäres lateral-Meristem, das nach innen Xylem (Holz) und nach außen Phloem (Rinde) produziert. Bei Cannabis ist die sekundäre Dickenzunahme begrenzt im Vergleich zu Gehölzen — der Stängel erreicht seinen Enddurchmesser meist innerhalb von 60–90 Tagen.
Xylem und Hurd (Holzkern)
Der holzige Kern (Hurd) macht 65–75 % des Stängelgewichts aus:
| Komponente | Anteil |
|---|---|
| Cellulose | 40–48 % |
| Hemicellulose | 18–25 % |
| Lignin | 21–28 % |
| Pektin | 2–3 % |
| Extrakte | 2,2 % |
| Asche | 1,4 % |
Die Xylem-Tracheen (Durchmesser 20–80 µm) transportieren Wasser und Mineralien von den Wurzeln zu den Blättern. Die Tracheen sind durch Pit-Paare (kreisrunde oder gestreifte Tüpfel) verbunden. Der hohe Ligningehalt (21–28 %) macht die Hurd wasserundurchlässig und mechanisch stabil.
Mark (Pith)
Das Mark im Zentrum des Stängels besteht aus großen, dünnwandigen Parenchymzellen. Bei jungen Pflanzen ist es intakt; bei älteren Pflanzen kollabiert es oft → Markhöhle („pith cavity"). Die Markzellen dienen als Stärke- und Wasserspeicher.
Leitbündel-Architektur
Cannabis besitzt kollaterale, offene Leitbündel mit Fascicular- und Interfascicular-Kambium. Die Anzahl der Leitbündel variiert: - Unterer Stängel: 15–25 primäre Bündel - Oberer Stängel: 8–15 Bündel - Bündelabstand: 0,2–0,5 mm
Die Interfascicular-Bastfasern (zwischen den Bündeln) sind kürzer und dicker als die Fascicular-Bastfasern (innerhalb der Bündel).
Primäre vs. Sekundäre Bastfasern
| Merkmal | Primäre Fasern | Sekundäre Fasern |
|---|---|---|
| Ursprung | Prokambium (primäres Wachstum) | Kambium (sekundäres Wachstum) |
| Länge | 20–100 mm | 0,5–2 mm |
| Durchmesser | 10–40 µm | 10–20 µm |
| Anteil | 70–90 % | 10–30 % |
| Qualität | Textil-tauglich | Papier/Non-woven |
Anatomie der Knoten
Die Knoten (Nodes) sind anatomisch komplexer als die Internodien: - Tracheäre Verbindungen: Xylem-Gefäße verzweigen horizontal in die Blattspur - Knoten-Parenchym: Verdickt, mit hoher Stärkespeicherung - Meristem-Aktivität: Axilläre Knospen enthalten aktive Meristemen → Seitensprossbildung - Festigkeit: Knoten sind mechanisch verstärkt → Biegung erfolgt bevorzugt an Internodien
Anbau-Relevanz
- Standfestigkeit: Der Ligningehalt und die Dicke der Bastfasern bestimmen die Widerstandsfähigkeit gegen Wind und Lodging; Kalium und Silizium fördern die Lignifizierung
- Bewässerungsmanagement: Der Wassertransport über Xylem-Tracheen ist abhängig vom Transpirationsstream; Wassermangel führt zu verkürztem Internodien-Wachstum und reduzierter Faserlänge
- Erntezeitpunkt (Faserhanf): Männliche Pflanzen werden 2–3 Wochen vor Weibchen geerntet (höherer Faseranteil, geringerer Ligningehalt); Weibliche Pflanzen bei Samenreife für maximalen Faserertrag
- Dünnere Stängel bei hoher Dichte: Hohe Pflanzdichte (>30 Pflanzen/m² für Faserhanf) → schlankere Stängel mit höherem Bast:Hurd-Verhältnis → bessere Faserqualität
- Mechanische Verarbeitung: Die Trennung von Bast und Hurd (Dekortikation) nutzt die natürliche Trennschicht zwischen Phloem und Xylem; Kenntnis der Anatomie optimiert den Prozess
- Biomasse-Gehalt: Für Hempcrete und Biokomposite ist der Hurd-Anteil (65–75 %) entscheidend; Sorten mit großem Stängeldurchmesser bevorzugt
Verwandte Begriffe
- lignifizierung — Verholzung der Zellwänden; entscheidend für mechanische Eigenschaften von Bastfasern und Hurd
- phyllotaxis — Blattanordnung; Knoten-Positionen bestimmen die Verteilung der Leitbündel
- xylem-phloem — Leitbündel-System; Wasser- und Assimilat-Transport
- bast-fasern — Phloem-Fasern; primärer Faserrohstoff
- trichom-typen — Trichome auf der Stängel-Epidermis; Verteilung variiert mit Knoten-Position
- sekundaerwand — Sekundärwand-Struktur; Mehrschichtigkeit bestimmt Festigkeit
Quellen
- Basak M et al. (2025): A critical review of industrial fiber hemp anatomy, agronomic practices, and valorization into sustainable bioproducts. BioResources 20(2):5030–5070. DOI:10.15376/biores.20.2.Basak
- Amaducci S et al. (2015): Key cultivation techniques for hemp in Europe and China. Ind Crops Prod 68:2–16. DOI:10.1016/j.indcrop.2014.06.041
- Crônier D et al. (2005): Multilayered structure of the secondary wall of the hemp fibre. Cell Biol Int 29(11):939–945. DOI:10.1016/j.cellbi.2005.08.007
- Salentijn EMJ et al. (2015): New developments in fiber hemp (Cannabis sativa L.) breeding. Ind Crops Prod 68:32–41. DOI:10.1016/j.indcrop.2014.08.011
- van der Werf HMG et al. (1994): Crop physiology of fibre hemp (Cannabis sativa L.). Eur J Agron 3(1):1–16.