Zusammenhang zwischen Lebensraum und Anzahl der Spaltöffnungen von Pflanzen
Es gibt einen Zusammenhang zwischen Spaltöffnungen einer Pflanze und deren Lebensraum. Aber er ist komplex. Denn es ist nicht einfach so, dass Pflanzen in trockenen Regionen wenig Spaltöffnungen und Pflanzen in feuchten Regionen viele Spaltöffnungen aufweisen. Stattdessen passen die Pflanzen die Form und das Aussehen der Öffnungen an die jeweiligen Umweltbedingungen an.
Inhalt
Welche Aufgabe haben die Spaltöffnungen?
Durch die Spaltöffnungen findet der Gasaustausch der Pflanze statt. Sie nimmt Kohlendioxid auf und gibt Sauerstoff und Wasserdampf ab. Pflanzen betreiben Photosynthese. Das heißt: Sie bauen aus Kohlendioxid und Wasser mit Hilfe des Sonnenlichts Zucker und andere energiereiche Verbindungen auf. Dabei entsteht Sauerstoff. Für die Photosynthese muss die Pflanze also durch die Spaltöffnungen Kohlendioxid (CO2) aufnehmen und Sauerstoff abgeben.
Mit dem Wasserdampf ist es etwas anders: Pflanzen nehmen meist durch die Wurzeln Wasser und darin gelöste Mineralien auf. Das Wasser transportieren sie – in speziellen Zellen – durch den Stängel (oder Stamm) hinauf zu den Blättern. Dort wird das Wasser durch die Spaltöffnungen als Wasserdampf abgegeben. So sichert die Pflanze einen ständigen Wasserstrom und die Versorgung des Pflanzenkörpers mit lebenswichtigen Mineralstoffen.
Wie funktionieren Spaltöffnungen?
Spaltöffnungen öffnen und schließen sich durch einen speziellen Mechanismus. Wenn du ein normales Blatt unter dem Mikroskop anschaust, siehst du viele kleine Poren auf der Unterseite der Blattoberfläche. Diese Poren sind Spaltöffnungen.
Eine Spaltöffnung besteht aus zwei Schließzellen, die in der Mitte einen Spalt freilassen. Eine luftdichte Schutzschicht (Cuticula) überzieht die gesamte Außenhaut des Blattes mit den Schließzellen. Nur der Spalt erlaubt den Gasaustausch mit dem Blattinneren.
Würde eine Pflanze über diese Poren nicht viel Wasser verlieren und austrocknen?
Doch, deswegen kann die Pflanze die Öffnungsweite der Spaltöffnung regulieren. In den Schließzellen herrscht ein Flüssigkeitsdruck. Bei niedrigen Innendruck (Wassermangel) sind die Schließzellen geschlossen. Bei hohen Innendruck (ausreichend Wasser) sind sie geöffnet.
Was machen Pflanzen an trockenen Standorten?
Pflanzen an sehr trockenen, niederschlagsarmen Standorten(Xerophyten) reduzieren nicht die Anzahl ihrer Spaltöffnungen, sie haben andere Formen der Anpassung entwickelt. Trotz Wassermangels müssen die Spaltöffnungen geöffnet werden, damit die Pflanze Kohlendioxid aufnehmen und Photosynthese betreiben kann.
Pflanzen an trockenen Standorten verfolgen verschiedene Strategien:
- Sie besitzen wenige, dicke, kleine Blätter überzogen mit einer dicken Wachsschicht (Cuticula), um die Verdunstung zu reduzieren.
- Dazu weisen die Blätter viele, kleine Spaltöffnungen auf. Denn für die Regulation des Wasserhaushaltes ist es günstiger, viele Spaltöffnungen geringfügig statt wenige sehr weit zu öffnen.
- Außerdem sind die Spaltöffnungen tief eingesenkt. Dadurch wird der Wasserverlust eingeschränkt. Es entsteht ein windstiller Ort und – durch die Transpiration – eine regelrechte Dunstglocke. Dadurch verdunstet weniger Wasser.
- Außerdem verhindern Haare im Bereich der Spaltöffnungen, die Windbewegung.
Diese Anpassungen findest du auch bei Pflanzen in der arktisch-alpinen Zone. Dort steht Wasser nicht in flüssiger Form zur Verfügung, weshalb Pflanzen auf genau die gleiche Art vorgehen müssen – wie die Wüstenbewohner.
Ein Beispiel dazu…
Dickblattgewächse (Sukkulenten wie die Agave) haben wenige Spaltöffnungen. Sie haben einen faszinierenden, speziellen Stoffwechsel entwickelt, um das Problem der Trockenheit zu bewältigen. Sie öffnen nachts, wenn die Temperatur niedrig und die Luftfeuchtigkeit höher ist; ihre Spaltöffnungen.
Das aufgenommene Kohlendioxid speichern sie und verbrauchen es tagsüber für die Photosynthese. So können sie – während des heißen Tages – ihre Spaltöffnungen geschlossen lassen. Dieser Stoffwechsel ist der sogenannte Crassulaceen-Säurestoffwechsel (engl. crassulacean acid metabolism – CAM).
Er kommt u.a. in der Familie der Kakteen, der Agaven und der Wolfsmilchgewächse vor. Bei Kakteen befinden sich die Spaltöffnungen übrigens im Stamm, da die Blätter zu Dornen umfunktioniert wurden.
Was machen Pflanzen an feuchten Standorten?
Hier unterscheidet man Wasserpflanzen (Hydrophyten) die im Wasser leben (wie die Seerose) und Pflanzen an sehr feuchten Standorten (Hygrophyten).
Hydrophyten (Wasserpflanzen) haben:
- keine Wachsschicht auf den Blättern (Cuticula). Diese würde die Wasserabgabe über die Blätter verhindern,
- große, sehr dünne Blätter, die Aufnahme von Kohlendioxid und Mineralstoffen kann direkt über das Pflanzenblatt erfolgen,
- Spaltöffnungen auf der Blattoberseite – oder gar keine Spaltöffnungen.
Hygrophyten (Pflanzen an sehr feuchten Standorten) müssen in der Lage sein, viel von dem aufgenommenen Wasser über Transpiration abzugeben. Sie haben deshalb:
- große, dünne Blätter damit mehr Oberfläche zur Transpiration bereitsteht,
- herausragende Spaltöffnungen,
- lebende Haare (spezielle Pflanzenzellen), um die Blattfläche weiter zu vergrößern,
- spezielle Drüsen (Hydathoden), um auch bei sehr hoher Luftfeuchtigkeit Wasser auszuscheiden. Diese sogenannte Guttation (spezielle Form der Wasserausscheidung) ist für die Pflanze überlebenswichtig. Ist die Luftfeuchtigkeit zu hoch, kann das Wasser nicht mehr verdunsten und kein Wasser mehr nachfließen.
Was machen Pflanzen an Standorten mit wechselnden klimatischen Bedingungen?
Diese Pflanzen nennt man Mesophyten. Sie
- haben kleine Spaltöffnungen auf der Blattunterseite,
- werfen in wasserarmen Perioden ihre Blätter ab.
Zusammenfassung:
Alleine aus der Anzahl der Spaltöffnungen kann man nicht auf den Standort der Pflanze schließen. Pflanzen sind fantastische, anpassungsfähige Überlebenskünstler, die mit schier unendlichen Möglichkeiten den Herausforderungen ihrer Umwelt begegnen. Die Anpassung der Spaltöffnung ermöglicht ihnen, mehr Wasser abzugeben oder dieses zu halten. Dadurch können sie ihren Mineraltransport entweder länger aufrecht halten oder verbrauchtes Wasser als Wasserdampf ausspeisen.
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