Pflanzliche Transpiration: Bedeutung, Faktoren und Arten

Die pflanzliche Transpiration

Transpiration ist der Prozess der Verdunstung von Wasser aus Pflanzen. Wasser ist die am häufigsten vorkommende Substanz in pflanzlichen Geweben. Dennoch weisen die oberirdischen Teile der Pflanzen eine ungünstige Wasserbilanz auf: Von der gesamten Wassermenge, die über die Wurzeln aufgenommen wird (100 %), wird nur ein kleiner Teil (1 bis 2 %) primär für die Photosynthese verwendet. Der Großteil, etwa 98 bis 99 %, geht in Form von Wasserdampf durch die Transpiration verloren.

Bedeutung der Transpiration

Die Transpiration ist nicht nur eine Gefahr für die Pflanzenwelt, sondern der Motor, der den Wassertransport von den Wurzeln nach oben antreibt. Sie dient folgenden Zwecken:

• Versorgung der Photosynthese (1–2 % der Gesamtmenge).
• Transport von Mineralien aus den Wurzeln für die Biosynthese innerhalb des Blattes.
• Kühlung der Blattoberfläche.

Faktoren der Transpiration

Die Faktoren, welche die Transpiration beeinflussen und regulieren können, sind:

• a) Umweltfaktoren
• b) Pflanzeneigene Faktoren

Umweltfaktoren

Licht: Ein entscheidender Faktor für die Öffnung der Spaltöffnungen.

Temperatur: Pflanzen transpirieren bei höheren Temperaturen schneller, da Wasser mit steigender Temperatur rascher verdunstet. Bei 30 °C kann ein Blatt bis zu dreimal schneller transpirieren als bei 20 °C.

Luftfeuchtigkeit: Die Diffusionsgeschwindigkeit von Stoffen erhöht sich, wenn der Konzentrationsunterschied zwischen zwei Regionen zunimmt. Wenn die umgebende Luft trocken ist, nimmt die Diffusion von Wasser aus dem Blatt rasant zu.

Wind: Wenn es windstill ist, erhöht die Luft um das Blatt herum ihre Feuchtigkeit und reduziert somit die Transpirationsrate. Bei Wind wird die feuchte Luft abtransportiert und durch trockene Luft ersetzt.

Bodenwasserverfügbarkeit: Eine Pflanze kann die Transpiration nicht fortsetzen, wenn das verlorene Wasser nicht durch Bodenwasser ersetzt wird. Wenn die Wasseraufnahme durch die Wurzeln die Transpirationsrate nicht aufrechterhalten kann, sinkt der Turgor (Zelldruck) und die Spaltöffnungen schließen sich. Diese sofortige Reduzierung der Transpirationsrate beeinträchtigt auch die Photosynthese. Wenn der Turgorverlust die restlichen Blätter und Stängel erreicht, welkt die Pflanze.

Arten der Transpiration

Man unterscheidet zwischen stomatärer, kutikulärer und lentikulärer Transpiration. Die ersten beiden Arten treten primär an den Blättern auf, während die letzten beiden an den Stämmen vorkommen.

1. Stomatäre Transpiration

Dies ist die wichtigste Form des Wasserverlusts und kann bis zu 90 % der gesamten Transpiration ausmachen. Sie erfolgt durch die Spaltöffnungen (Stomata), welche die Interzellularräume mit der Außenwelt verbinden. Selbst wenn die Spaltöffnungen fast geschlossen sind (Öffnung von ca. 0,2 µm), können aufgrund der geringen Größe von Wassermolekülen schätzungsweise 5.000 Moleküle entweichen. Die Pflanze muss ein Gleichgewicht zwischen Wasserverlust und der Aufnahme von CO2 (bei gleichzeitiger Abgabe von O2) finden.

Der Mechanismus zum Öffnen und Schließen der Spaltöffnungen wird durch Umweltreize und das Innere der Pflanze geregelt:

• Externe Faktoren: Licht, Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Wasserversorgung.
• Interne Faktoren: CO2-Partialdruck im interzellulären System, Wasserzustand der Pflanze, Ionengehalt und Phytohormone.

2. Kutikuläre Transpiration

Hierbei handelt es sich um die direkte Diffusion von Wasserdampf durch die Kutikula. Sie macht etwa 1 bis 10 % der gesamten Transpiration aus. Die Epidermis ist mit einer Schicht aus Cutin überzogen, welche die Oberfläche der Blätter schützt und den Wasserverlust verlangsamt. Die Bedeutung variiert je nach Art, Alter und Umweltbedingungen:

• Nach Pflanzenart: Sonnenblätter haben eine dickere Kutikula und transpirieren weniger als Schattenblätter.
• Nach Alter: Bei jungen Blättern (leicht wachsartig) kann sie über 50 % ausmachen, bei reifen Blättern (stark wachsartig) weniger als 10 %.

Die Dicke der Epidermis bestimmt somit maßgeblich die Intensität der Transpiration.

3. Lentikuläre Transpiration

Sie erfolgt durch die Lentizellen (Korkporen), kleine Öffnungen im Borkengewebe von Stämmen und Zweigen. Sie macht etwa 0,1 % der gesamten Transpiration aus. Diese Form kann bei Laubbäumen im frühen Winter zu einer gewissen Austrocknung führen.

Evapotranspiration

Die Evapotranspiration beschreibt den gesamten Wasserverlust eines Standorts. Sie setzt sich zusammen aus der Transpiration (Wasserabgabe durch die Pflanze) und der Evaporation (Wasserabgabe direkt vom Boden).

Formel: Evapotranspiration = Transpiration + Evaporationsrate.

Die Transpiration ist bei hoher Pflanzendichte am größten. Die Evaporation ist minimal bei hoher Dichte und maximal bei geringem Bewuchs, wenn die Bodenoberfläche frei liegt.

Exsudation und Guttation

Exsudat: Hierbei handelt es sich um den Verlust von Wasser in flüssiger Form durch mechanische Faktoren wie Beschneiden oder Verletzungen (z. B. bei latexabsondernden Pflanzen wie Hevea brasiliensis).

Guttation: Ein Phänomen bei Pflanzen in warmen, feuchten Böden und hoher Luftfeuchtigkeit. Dabei bilden sich Wassertropfen an den Blatträndern. Dies geschieht meist morgens durch den hydrostatischen Druck im Xylem (Wurzeldruck). Die ausgeschiedene Flüssigkeit ist kein reines Wasser, sondern eine Lösung aus Salzen, Zuckern usw. Diese Stoffe können nach der Verdunstung als Rückstand auf dem Blatt verbleiben und später wieder gelöst und aufgenommen werden.

Ergänzende Aspekte der Pflanzenphysiologie

1. Bedeutung des Lichts: Licht ist eine der wichtigsten Komponenten für die Photosynthese. Die Pflanze optimiert die Lichtaufnahme durch die Ausrichtung ihrer Blätter. Lichtenergie wird in den Blattspreiten eingefangen und in chemische Energie umgewandelt.
2. Wasserbewegung und Stomata: Die Bewegung des Wassers im Blatt sowie das Öffnen und Schließen der Stomata sind entscheidende Faktoren für den Wassertransport und den Anstieg des Wassers in der Pflanze.
3. Funktion von Phytohormonen: Sie wirken bereits in geringen Konzentrationen über Distanzen hinweg, insbesondere wenn die Pflanze unter Stress steht (z. B. Pathogenbefall oder Trockenstress), um das Überleben zu sichern.