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Meso- und Xerophyten

Warum vertrocknet ein Oleander in der prallen Mittelmeersonne nicht, obwohl er seine Spaltöffnungen für CO₂ öffnen muss?

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Ein Blatt im Zielkonflikt

Durch dieselben Spaltöffnungen, durch die CO₂ ins Blatt gelangt, entweicht Wasserdampf.

  • Spaltöffnungen (Stomata):Poren in der Epidermis, meist auf der Blattunterseite; zwei Schließzellen regeln die Spaltweite.
  • CO₂-Aufnahme:CO₂ für die Fotosynthese diffundiert durch die offenen Spaltöffnungen in die Interzellularen und zu den Zellen des Palisaden- und Schwammgewebes.
  • Transpiration:Abgabe von Wasserdampf — zum größten Teil stomatär über die Spaltöffnungen, zu einem kleinen Teil kutikulär über die Kutikula.
  • Antrieb:Konzentrationsgefälle für Wasserdampf zwischen feuchten Interzellularen und Außenluft — Wind, Wärme und trockene Luft vergrößern es.
  • Zielkonflikt:Offene Spaltöffnungen bringen viel CO₂, aber hohen Wasserverlust. Geschlossene sparen Wasser, bremsen aber die Fotosynthese.

C4-Pflanzen entschärfen den Zielkonflikt: Sie binden CO₂ zweimal, an getrennten Orten im Blatt.

  • C3-Pflanzen:z. B. Weizen, Rotbuche — Rubisco fixiert CO₂ direkt, erstes Produkt ist 3-PG (C3). Bei halb geschlossenen Spaltöffnungen sinkt das CO₂ im Blatt, Rubisco setzt zunehmend O₂ um, die Rate fällt.
  • C4-Pflanzen:z. B. Mais, Zuckerrohr, Hirse — erstes Fixierungsprodukt ist Oxalacetat (C4).
  • PEP-Carboxylase:bindet in den Mesophyllzellen CO₂ (als HCO₃⁻) an Phosphoenolpyruvat (PEP); sehr hohe Affinität, keine Reaktion mit O₂ — sie arbeitet auch bei sehr wenig CO₂.
  • Kranzanatomie:Um jedes Leitbündel liegt ein Kranz großer, chloroplastenreicher Bündelscheidenzellen, darum die Mesophyllzellen.
  • Räumliche Trennung:Malat (C4) wandert in die Bündelscheidenzellen und gibt dort CO₂ ab; Rubisco und Calvin-Zyklus arbeiten dort bei hoher CO₂-Konzentration. Preis: zusätzliches ATP, um PEP zurückzubilden.
  • Angepasstheit:An heißen, hellen, trockenen Standorten erreichen C4-Pflanzen mit halb geschlossenen Spaltöffnungen hohe Raten und verlieren je fixiertem CO₂ weniger Wasser.

C3- und C4-Pflanzen im Vergleich

Abhängigkeit vom CO₂ wenig CO₂ CO₂-Konzentration im Blatt Fotosyntheserate C4 C3 Abhängigkeit von der Temperatur 10 20 30 40 Temperatur in °C Fotosyntheserate C3 C4
Schematische Verläufe bei starkem Licht, ohne Zahlenwerte auf der Rate-Achse.
Merke

Struktur–Funktion: Mesophytenblatt → viel Gasaustausch · Xerophytenblatt → wenig Transpiration

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Blätter für trockene Standorte

Mesophyten wachsen bei ausgeglichener Wasserversorgung, Xerophyten an trockenen, heißen oder windigen Standorten.

  • Mesophyt:z. B. Rotbuche — dünne Kutikula, einschichtige Epidermis, Spaltöffnungen auf Höhe der Epidermis, große, dünne Blattfläche.
  • Xerophyt:z. B. Oleander, Kiefer, Strandhafer, Sukkulenten — dicke Kutikula, oft mehrschichtige Epidermis, kleine Oberfläche im Verhältnis zum Volumen (Nadelform).
  • Krypten:eingesenkte Gruben mit Spaltöffnungen, oft mit Haaren — die Luft darin bleibt windstill und feucht, das Konzentrationsgefälle sinkt.
  • Rollblatt:Beim Strandhafer rollt sich das Blatt bei Trockenheit ein; die Spaltöffnungen liegen dann innen in einem feuchten Hohlraum.
  • Wasserspeichergewebe:große, wasserreiche Zellen bei Sukkulenten wie Agaven — ein Vorrat für lange Trockenzeiten.
  • Angepasstheit:erblich festgelegtes Merkmal, in der Evolution entstanden — es bleibt auch bei guter Wasserversorgung erhalten.
  • Modifikation:nicht erbliche, umweltbedingte Ausprägung im Rahmen der Reaktionsnorm — z. B. dickere Sonnen- und dünnere Schattenblätter an einem Baum.

Sortiere die Merkmalskarten: Was gehört zum Blatt der Rotbuche (Mesophyt), was zum Oleander (Xerophyt), was besitzen beide? Karte ins Feld ziehen oder antippen und dann das Feld antippen — mit der Tastatur Enter zum Auswählen, dann 1, 2 oder 3. Nach „Prüfen“ zeigt ein Klick auf eine grüne Karte ihre Funktion.

Merkmale einsortieren

Halte fest: Die Sondermerkmale des Xerophytenblatts senken fast alle die Transpiration — Spaltöffnungen mit Schließzellen, Palisadengewebe und Leitbündel besitzen aber beide Blatttypen.

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Allgemeine Hinweise

C4 ersetzt Rubisco nicht

Auch C4-Pflanzen besitzen Rubisco und den Calvin-Zyklus. Die PEP-Carboxylase „pumpt“ nur CO₂ in die Bündelscheidenzellen vor.

Haare verstopfen nichts

Haare und Krypten verschließen die Spaltöffnungen nicht. Sie halten eine windstille, feuchte Luftschicht fest und verkleinern so das Konzentrationsgefälle.

Nicht „anpassen, weil nötig“

Eine Kiefer bildet ihre Nadeln nicht, weil es trocken ist — das Merkmal ist erblich. Nur Modifikationen hängen von den Bedingungen ab, unter denen die Pflanze wächst.

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