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Angepasstheiten
Lebensbedingungen

Angepasstheiten bei Pflanzen an den abiotischen Faktor "Salzgehalt"

Mechanismen zur Regulation des Salzhaushaltes

 

Warum muss der Salzhaushalt von Pflanzen reguliert werden?

Die Wasseraufnahme erfolgt bei Pflanzen durch das Prinzip der Osmose.

Osmose: Diffusion durch eine semipermeable Membran, d.h. eine Membran, die für größere Moleküle, z.B. eines gelösten Stoffes wie Salze undurchlässig ist, für kleinere Moleküle wie des Lösungsmittels Wasser durchlässig ist. Osmose findet statt, wenn eine semipermeable Membran zwei Lösungen unterschiedlicher Konzentrationen voneinander trennt. So ist z.B. die Konzentration der H2O-Moleküle in reinem Wasser größer als in einer Salzlösung; deshalb diffundieren mehr Wasser-Moleküle in die Lösung hinein als von dieser ins reine Wasser. Die Verdünnung der Lösung erfolgt so lange, bis gleich viele H2O-Moleküle ein- und ausströmen.
(Quelle: dtv Wörterbuch der Biologie)

Das Bodenwasser der Salzwiesen besitzt eine höhere Salzkonzentration als die Pflanzenzellen und würde ihnen somit ständig Wasser entziehen. Die Pflanzen würden quasi "verwelken".


Film zur Wirkung von Salz auf Süßpflanzen
(1,25 MB)

Film Loewenzahn(26)


Dies verhindern die Pflanzen weitgehend, indem sie in ihren Zellvakuolen NaCl anreichern. Allerdings wirkt das Salz ab einer gewissen Konzentration als Zellgift.
Wird es jedoch in den Vakuolen gespeichert, werden beide Probleme gelöst: der Stoffwechsel der Zelle, der im Cytoplasma abläuft, bleibt ungehindert und gleichzeitig bleibt eine hohe Salzkonzentration der Zelle gewährleistet.

Um nun diese Salzkonzentration in den Zellvakuolen ständig auf dem gleichen Level zu halten, haben die Pflanzen verschiedene Mechanismen zur Regulation ihres Salzhaushaltes entwickelt.

   1. Ausschlussprinzip
Dieser Mechanismus ist allen Pflanzen gegeben. Wasseraufnahme erfolgt über die Wurzel. In deren Mitte befindet sich der Zentralzylinder, der die Leitgefäße enthält. Um nun den ungehinderten und unkontrollierten Wassertransport durch die Zellwände zu unterbinden, umgibt die sog. Endodermis den Zentralzylinder. Deren Radialwände sind bandförmig mit suberinähnlicher Substanz inkrustiert, so dass sie wasserundurchlässig werden. Das Wasser muss also die Zelle passieren, so dass eine Regulation erfolgen kann.
Diese mantelartige Barriere nennt man Caspary-Streifen.
95-Wurzelquerschnitt
(25)
Wurzelquerschnitt
93-schemat. Endodermis
(25)
schematische Zeichnung der Endodermis
94-Caspary-Streifen
(25)
Wassertransport durch die Endodermiszelle
 
 
   2. Verdünnung des Zellsaftes
Um die Salzkonzenration zu senken, nehmen einige Halophyten Wasser in ihren Vakuolen auf. Da ihre Zellwände sehr dehnbar, führt dies zum Anschwellen der Gewebe. Die Pflanze wird dickfleischig. Diesen Zustand nennt man Sukkulenz.

Der Queller ist ein typisches Beispiel für Sprosssukkulenz.
Die Blätter sind zu Schuppen reduziert und der Spross betreibt die Photosynthese. Durch das Verkleinern der Blattoberfläche wird die Transpiration verringert und somit der Wasserverlust reduziert.

Anders als bei Kakteen, deren Sukkulenz eine Folge der Wasserspeicherung infolge von Wassermangel am Standort ist, rührt sie bei Halophyten von der Verdünnung der Vakuolenflüssigkeit her. Man spricht dann von Salz-Sukkulenz.
 
 
   3. Abwerfen salzhaltiger Pflanzenteile
Manche Pflanzen deponieren das überschüssige Salz in bestimmten Pflanzenteilen, bis diese die giftige Konzentrationsgrenze erreichen. Dann streben diese ab - z.B. Blätter - und werden abgeworfen.
Es gibt auch Pflanzen, die im gesamten Körper das Salz ablagern, weil sie keinen Regulationsmechanismus besitzen. Bei ihnen steigt die Salzkonzentration stetig an, bis die tödliche Grenze erreicht wird. Die Pflanze stirbt ab. Allerdings hatte die Pflanze genügend Zeit, um einen vollständigen Fortpflanzungszyklus zu durchlaufen. Bsp.: Salz-Binse (Juncus geradii)
 
 
   4. Salzdrüsen
Die Salzausscheidung über spezielle Drüsen ist ein aktiver Mechanismus, für den die Pflanze Energie aufwenden muss, dafür aber einen konstanten Salzgehalt hat.
 
Der Transport des Salzes aus dem Gewebe in den Salzdrüsenkomplex hinein erfolgt gegen
das Salzkonzentrationsgefälle. Dafür stehen der Pflanze lediglich kleine Plasmabrücken (Plasmodesmen) in der den Salzdrüsenkomplex umgebenden und wasserundurchlässigen Cucicula zur Verfügung. Daran angegliedert sind Ionenpumpen, die dann den Salztransfer unter ATP-Verbrauch durchführen.

Das Abgeben des Salzes an die Blattoberfläche erfolgt dann passiv mit dem osmotischen Gefälle.

Bsp: Schlickgras (Spartina anglica)

  101-Salzdrüse(1)
    Zeichnung einer Salzdrüse des Schlickgrases
   

Film zur Salzdrüse von Limonium vulgare (Strandflieder)
(5 MB)

Film Salzdrüse(26)
 
 
5. Blasenhaare
Einige Pflanzen lagern das überschüssige Salz nicht in ihren Blattgeweben ab, sondern in dafür speziell geeigneten Blasenhaare auf der Blattoberfläche. So verliert die Pflanze nicht ihre Gewebe oder Organe bei hohen Salzkonzentrationen, sondern kann stattdessen die Blasenhaare, die "nur" aus zwei Zellen bestehen, abwerfen.
 

Die Härchen bestehen aus einer Stielzelle, auf der eine rundliche Blasenzelle sitzt.
Um das Salz gegen den Konzentrationsgradienten in die Blasenzelle zu transportieren, ist hier - wie bei den Salzdrüsen - eine energieverbrauchende Ionenpumpe in der Zellmembran erforderlich.
Ist die toxische Grenze erreicht, brechen die Blasenhaare ab oder auf.

Bsp.: Portulak-Keilmelde (Halimione           portulacoides)

  89-Blasenhaar(1)
   Zeichnung eines Blasenhaares der Portulak-Keilmelde

 

ARBEITSBLATT:

Anatomie der Halophytenblätter pdf

Salzdrüsenkomplex von Limonium vulgare pdf