Verdunstungsschutz bei Pflanzen

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.

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.

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 ${\text{CO}}_{\text{2}}$ wird zur Fotosynthese bei geschlossenen Stomata genutzt.

An der Hitzegrenze, sie liegt bei Oleander bei 48 °C, kann das durch Atmung anfallende ${\text{CO}}_{\text{2}}$ 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.