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Verdunstungsschutz bei Pflanzen

Schutzeinrichtungen vor Wasserverlust gehören zu den morphologischen Anpassungserscheinungen, welche entweder zu Gestaltumbildungen von Organen oder Veränderungen der Anatomie führen. Ohne Wasser sterben Pflanzen ab. Aufgrund spezieller trockener Standortbedingungen haben Pflanzen sich morphologisch und anatomisch an diese Bedingungen angepasst, so dass ein Überleben garantiert ist. Besonders untersucht wurden die Hartlaubgewächse des Mittelmeerraumes, zu denen beispielsweise der Oleander gehört. Die transpirationshemmenden Einrichtungen sind besonders an den Blättern zu finden.

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Schutz vor Verdunstung bei Hartlaubgewächsen

Aufgrund spezieller Standortbedingungen sind Pflanzen morphologisch und anatomisch durch Besonderheiten ausgezeichnet. Sukkulenten, Xerophyten und Tropophyten (Pflanzen, die jahreszeitlich bedingt extrem trockene Standorte besiedeln) beispielsweise zeichnen sich durch einen besonderen Verdunstungsschutz aus, um den lebensnotwendigen Wasserhaushalt auch in Trockenperioden und bei großer Hitze aufrecht zu erhalten. Hygro- und Hydrophyten sind an ein Leben in Feuchtigkeit und Nässe angepasst. Als Mesophyten bezeichnet man Landpflanzen ohne spezifische Anpassungen.

Am Beispiel der Hartlaubgewächse (Sklerophyllen) des Mittelmeerraumes, die zu den Xerophyten zählen, sollen einige pflanzliche Schutzeinrichtungen erläutert werden. Xerophyten bewohnen längerfristig trockene Standorte. Von besonderer Bedeutung ist die Ausbildung transpirationshemmender Einrichtungen, um einem erhöhten Wasserverlust und einer Verminderung der Stoffproduktion vorzubeugen. Ohne effektiven Verdunstungsschutz würden die Pflanzen innerhalb kürzester Zeit absterben. Die Regulation des Wasserhaushaltes erfolgt bei Xerophyten meist durch eine verbesserte Wasseraufnahme, eine reduzierte Wasserabgabe und das Speichern von Wasser. Zusätzlich muss die Stabilität der Pflanze durch Verstärkung des Sklerenchymgewebes gesichert werden.

  • Kakteen gehören zu den Sukkulenten.

Um die reduzierte Wasserabgabe und damit den Verdunstungsschutz der Pflanze sicher zu stellen, weisen die Epidermiszellen in Laubblatt und Sprossachse der an Trockenheit angepassten Pflanzen durch Cutineinlagerungen stark verdickte Zellwände auf. Die dicke Cuticula ist zusätzlich mit Überzügen aus Wachs oder harzhaltigen Stoffen überzogen. Neben Sklerenchymreichtum (Stabilität) und Haarbildung (Austrocknungsschutz) neigen die Pflanzen generell zur Verringerung der Blattfläche. Die Spaltöffnungen befinden sich überwiegend an der Unterseite des Blattes und sind zusätzlich häufig tief in Gruben versenkt. Zum Schutz der Spaltöffnungen, aus denen die Wasserabgabe erfolgt, sind die Blätter oft nach unten eingerollt (Rollblätter).

Weiterhin kann man zur Verringerung der Transpiration eine Reduktion der transpirierenden Oberfläche im Verhältnis zum Gesamtvolumen beobachten. Die Zahl der Sprossachsen wird verringert, die Fläche der Laubblätter wird verkleinert, teilweise bis zum völligen Verlust (z. B. Kakteen). Diese Reduktion der Blattfläche ist häufig mit einer Umbildung der Blätter zu Dornen verbunden, sodass die geringe Assimilationsfläche besser vor Fressfeinden geschützt ist. Durch die Verringerung der Blattgröße und damit des Assimilationsorgans, übernehmen Teile der Sprossachse diese Funktion mit.

Typische Vertreter dieser Pflanzen sind Lorbeer Lauris nobilis, Myrte Myrtus communis, Steineiche Quercus ilex und Oleander Nerium oleander.
Die Laubblätter des Oleander sind schmal und lederartig. Ihre Stellung kann je nach Sonnenstand verändert werden, so dass die Strahlen bei starker Sonneneinstrahlung nur auf die Blattkanten treffen. Auch morphologisch ist das Oleanderblatt auf Verdunstungsschutz eingerichtet. Es hat zwei Cuticulaschichten und drei obere Epidermisschichten, wobei zwei davon Stärkekörner enthalten. Das Blatt hat zwei Palisadenschichten und eine mehrschichtige Schwammschicht. Die Spaltöffnungen liegen in Höhlungen der Blattunterseite, die außerdem durch Haare geschützt sind, wodurch kleine wasserdampfgesättigte Räume entstehen.
Oleanderblätter besitzen eine Lebensdauer von ca. 2 Jahren.

  • Querschnitt durch ein Laubblatt des Oleanders

    Walther-Maria Scheid

Blätter von Xerophyten müssen bei starker Sonneneinstrahlung, großer Hitze und langanhaltender Trockenheit hohe Temperaturen aushalten. Chemische Untersuchungen an Oleanderpflanzen zeigten eine Umstrukturierung von Membranproteinen der Thylakoidmembran, an der die Fotosynthese stattfindet. Weiterhin wurde herausgefunden, dass die aktiven Enzymproteine der Fotosynthese erst ab ca. 50°C Blatttemperatur Schädigungen aufweisen. Bei Temperaturen von 30-35 °C schließen sich lediglich die Stomata, die Fotosynthese wird stark eingeschränkt. Gleichzeitig wird der Prozess der Atmung intensiviert. Bei höheren Temperaturen laufen die chemischen Prozesse der Atmung schneller ab. Das anfallende CO 2 wird zur Fotosynthese bei geschlossenen Stomata genutzt.

An der Hitzegrenze, sie liegt bei Oleander bei 48 °C, kann das durch Atmung anfallende CO 2 gerade noch assimiliert werden.
Die Wintertemperaturen betragen im Mittelmeerraum 7-12 °C. Auch bei diesen Temperaturen findet beim Oleander und allen anderen Hartlaubgewächsen Fotosynthese statt. Ihre Leistung sinkt jedoch unter 10 % ab. Untersuchungen ergaben, dass Fotosyntheseaktivität noch bis 0 °C und kurz unter den Gefrierpunkt stattfindet. Bei -8 bis- 9 °C wird die Fotosynthese eingestellt.

Hartlaubgewächse können durch ihre Schutzmaßnahmen während der bis zu 3 Monate dauernden Sommerdürre Trockenstress ertragen. Bei anderen Pflanzen würde der Wasserverlust ein Ansteigen der Konzentration des Zellsaftes bewirken. Der osmotischer Wert würde ansteigen und zu einer Entquellung und Schädigungen führen. Hartlaubgewächse können den osmotischen Wert konstant halten und weiter Fotosynthese betreiben.

  • Oleanderpflanze
Lernhelfer (Duden Learnattack GmbH): "Verdunstungsschutz bei Pflanzen." In: Lernhelfer (Duden Learnattack GmbH). URL: http://www.lernhelfer.de/schuelerlexikon/biologie-abitur/artikel/verdunstungsschutz-bei-pflanzen (Abgerufen: 20. May 2025, 07:11 UTC)

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  • Xerophyten
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Destruenten

Destruenten (Zersetzer) bauen tote, energiereiche organische pflanzliche und tierische Substanzen in energiearme anorganische Stoffe wie Kohlenstoffdioxid, Wasser und Mineralstoffe unter Energiegewinn ab.

Zu den Destruenten gehören u. a. Bakterien, Pilze, Abfallfresser (z. B. Regenwurm, Aasfresser).

Aufnahme von Wasser und Mineralsalzen

Die Aufnahme von Wasser mit Mineralsalzionen geschieht an den Wurzelspitzen. Nur hier besitzen die Zellwände der Rhizodermis noch keine Wasser abstoßenden Schichten aus Kork und Cutin. Außerdem sind die Rhizodermiszellen zu langen Wurzelhaaren ausgewachsen. Durch diese Oberflächenvergrößerung können sie die Bodenlösung besonders effektiv aufnehmen. Wurzelspitzen können darüber hinaus dem Wasser nachwachsen (positiver Hydrotropismus).

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Nachdem die anorganischen Stoffe durch Wurzel und Sprossachse in die Assimilationsorgane gelangt sind, werden sie in den Laubblättern durch die Fotosynthese zu Glucose, Sauerstoff und Wasser umgewandelt. Die energiereiche Glucose muss nun wiederum abgebaut und zu Pflanzenorganen transportiert werden, welche sie benötigen oder speichern. Dieser Stofftransport findet im Phloemteil der Leitbündel statt.

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Rüben und Knollen sind bekannte Speicherorgane von Wurzel und Spross. Unter dem Mikroskop kann man die gespeicherten Stoffe in den Zellen erkennen.

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Die Pflanze nimmt Kohlenstoffdioxid, Wasser und Mineralstoffe aus der Umwelt auf und stellt daraus Nährstoffe und Baustoffe her.
Bei landlebenden Pflanzen wird Wasser durch die Wurzeln aufgenommen und gelangt über das Xylem bis in die Blätter.
Die Verdunstung wird durch die Spaltöffnungen (Stomata) geregelt.
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