Transpiration

Pflanzen sind in fast jedem Ökosystem der Welt zu finden, von Wüsten über gemäßigte Wälder bis hinunter zum Meeresboden. Als Folge der natürlichen Selektion haben Pflanzen eine erstaunliche Vielfalt an Anpassungen entwickelt, um mit unterschiedlichen Umweltherausforderungen fertig zu werden. Eine der größten Herausforderungen, mit denen Pflanzen konfrontiert sind, ist die Aufrechterhaltung der richtigen Flüssigkeitszufuhr. Wasser ist eine wichtige Ressource, auf die sie für die Photosynthese, die strukturelle Unterstützung und den Transport von Nährstoffen und anderen wichtigen Molekülen angewiesen sind. Eine Möglichkeit, wie Pflanzen ihren Wasserhaushalt kontrollieren können, besteht darin, einen Prozess zu regulieren, der als Transpiration bekannt ist und bei dem es sich im Wesentlichen um die Verdunstung von Wasser aus den oberirdischen Teilen einer Pflanze handelt. Dieser Wasserverlust entsteht vor allem durch Poren auf den Blättern, die Spaltöffnungen genannt werden. Doch wie kommt das Wasser hierher?

Um diese Frage zu beantworten, schauen wir genauer in den Untergrund. Hier gelangt Wasser durch Osmose in die Wurzeln der Pflanze und gelangt dann durch ein Gefäßgewebe namens Xylem bis zu den Blättern. Dieser Wasserkanal ist als Transpirationsstrom bekannt. Da Wassermoleküle aneinander und an den Xylemwänden haften, wird beim Verdunsten aus den Spaltöffnungen Wasser aus dem unteren Teil des Transpirationsstroms nach oben gezogen, um seinen Platz einzunehmen... was zu einer Aufwärtsströmung von den Wurzeln führt. Schauen wir uns nun ein Stoma genauer an. Jede Stomatapore wird von zwei Schließzellen begrenzt, die sich ausdehnen können, um die Pore zu öffnen, und sich zusammenziehen, um sie zu schließen. Pflanzen öffnen ihre Spaltöffnungen, um Kohlendioxid für die Photosynthese aufzunehmen und Sauerstoffgas freizusetzen. Wasserverlust durch Transpiration ist ein unvermeidlicher Nebeneffekt dieses Prozesses.

Dieser Kompromiss stellt eine besondere Herausforderung für Pflanzen dar, die in trockenen Umgebungen leben, und so haben sie Strategien entwickelt, um ihren Wasserverlust so weit wie möglich zu reduzieren. Eine Möglichkeit, dies zu tun, besteht darin, Blätter mit kleinen Oberflächen zu züchten, die eine kleine Fläche darstellen, über die Transpiration stattfinden kann. Aus diesem Grund sind die Blätter von Wüstenpflanzen wie Kreosot relativ klein. Aber wenn man noch einen Schritt weiter geht, haben Pflanzen aus trockenen Umgebungen auch weniger Spaltöffnungen pro Flächeneinheit auf ihren Blättern, was es ihnen ermöglicht, den Wasserverlust durch Transpiration zu minimieren.

Im Gegensatz dazu können es sich Pflanzen, die in Umgebungen mit viel Wasser wie Regenwäldern leben, leisten, viel Wasser durch Transpiration zu verlieren. Solche Pflanzen wie dieser Taro zum Beispiel entwickeln oft Blätter mit großen Oberflächen, die ihre Fähigkeit erhöhen, Licht abzufangen, um die Photosynthese zu fördern. Diese Pflanzen haben auch eine hohe Dichte an Spaltöffnungen im Vergleich zu Pflanzen aus trockenen Lebensräumen, was es ihnen ermöglicht, hohe Photosyntheseraten aufrechtzuerhalten und große Blätter und Stängel zu tragen.

In diesem Labor messen Sie die Transpirationsraten und untersuchen die Häufigkeit von Blattspaltöffnungen bei verschiedenen Pflanzenarten, um herauszufinden, wie Pflanzen aus verschiedenen Lebensräumen das Problem der Regulierung der Transpiration lösen.