Keimung und Wachstum

Ein Samen ist eine Art Überlebenspaket. Er enthält einen winzigen Keimling und Reservestoffe wie Stärke, Fett oder Eiweiß, die als Energievorrat für den Start dienen. Solange die Bedingungen nicht passen, bleibt der Samen in einer Art Ruhezustand, in dem kaum Stoffwechsel stattfindet. Erst wenn Wasser, Wärme und Sauerstoff zusammenkommen, beginnt die Keimung.

Wasser ist die wichtigste Voraussetzung, denn ohne Wasser laufen im Samen keine chemischen Reaktionen ab. Die Samenschale nimmt Wasser auf, der Samen quillt sichtbar auf und wird weicher. Gleichzeitig werden Enzyme aktiv, die die gespeicherte Stärke in Zucker umwandeln – diesen Zucker braucht der Keimling als erste Energiequelle, bevor er selbst Fotosynthese betreiben kann.

Auch Wärme und Sauerstoff spielen eine Rolle. Jede Pflanzenart hat eine bevorzugte Keimtemperatur, bei zu kalten oder zu heißen Böden keimt sie schlechter oder gar nicht. Sauerstoff wird für die Zellatmung im Samen gebraucht, deshalb keimen Samen, die zu tief oder in stark verdichtetem Boden liegen, oft schlecht. Licht dagegen ist nicht für jeden Samen notwendig – manche Arten keimen sogar besser im Dunkeln.

Als Erstes durchbricht die Keimwurzel die aufgeweichte Samenschale und wächst nach unten in den Boden. Diese Richtung ist kein Zufall: Wurzeln reagieren auf die Schwerkraft und wachsen immer erdwärts, ein Verhalten, das man positiven Geotropismus nennt. Die Wurzel verankert den jungen Keimling im Boden und beginnt, Wasser und Mineralstoffe aufzunehmen.

Danach streckt sich der Spross nach oben, oft zunächst in einem gekrümmten Bogen. Dieser Bogen schützt die empfindliche Sprossspitze, während sie sich durch die Erde schiebt, ähnlich wie ein Kopfschutz beim Durchgraben. Erst wenn der Spross die Erdoberfläche erreicht, streckt er sich gerade und wächst nun dem Licht entgegen, was als negativer Geotropismus beziehungsweise positiver Fototropismus bezeichnet wird.

An der Sprossspitze entfalten sich die Keimblätter. Sie sind bereits im Samen angelegt und enthalten oft noch Reste der Reservestoffe. Erst danach bildet die Pflanze ihre ersten echten Laubblätter, die zur artspezifischen Form der Pflanze passen. Ab diesem Zeitpunkt kann die Pflanze über Fotosynthese eigene Nährstoffe herstellen und ist nicht mehr auf die Reserven im Samen angewiesen.

Jede Pflanzenart hat eine Temperatur, bei der sie am schnellsten und zuverlässigsten keimt. Ist der Boden zu kalt, laufen die nötigen chemischen Reaktionen im Samen zu langsam ab, die Keimung verzögert sich oder bleibt aus. Ist es zu heiß, können Enzyme im Samen geschädigt werden, was die Keimfähigkeit ebenfalls senkt.

Gemüse aus kühleren Regionen wie die Erbse keimt schon bei relativ niedrigen Bodentemperaturen, während wärmeliebende Pflanzen wie Mais deutlich höhere Temperaturen benötigen. Deshalb steht auf Saatgutverpackungen häufig eine empfohlene Aussaatzeit, die sich nach der zu erwartenden Bodentemperatur richtet.

Ein häufiger Fehler in Klassenarbeiten ist die Annahme, ein Samen brauche zum Keimen unbedingt Licht und Erde. Tatsächlich reichen Wasser, Wärme und Sauerstoff aus, wie ein einfacher Versuch zeigt: Legt man Bohnensamen zwischen feuchte Watte in ein geschlossenes Glas, keimen sie auch ganz ohne Erde und im Dunkeln – Licht wird erst wichtig, sobald die Pflanze eigenständig Fotosynthese betreiben muss.

Ein zweiter Versuch zeigt den Zusammenhang mit der Schwerkraft: Legt man gekeimte Bohnen mehrfach in unterschiedlichen Richtungen ins Glas, wächst die Wurzel trotzdem immer nach unten und der Spross immer nach oben. Solche Versuche lassen sich leicht zu Hause auf der Fensterbank durchführen und eignen sich gut, um die Keimungsbedingungen selbst zu überprüfen.