Transpiration

Transpiration Bedeutung

Im Allgemeinen versteht man unter der Transpiration die Verdunstung von Wasser. In Bezug auf Pflanzen handelt es sich um über die Spaltöffnungen oder die Außenhaut einer Pflanze entweichenden Wasserdampf. Beim Menschen wird auch das Schwitzen als Transpiration verstanden, wobei Wasser über die Schweißdrüsen der Haut austritt. Der Begriff Transpirationsrate fasst die Gesamtmenge des transpirierten Wassers über einen Zeitraum hinweg zusammen.

Transpiration – Pflanze

Die Transpiration kann bei einer Pflanze auf zwei verschiedene Arten stattfinden. Zum einen durch die stomatäre Transpiration und zum anderen durch die cuticuläre Transpiration.

Stomatäre Transpiration

Die stomatäre Transpiration findet zur Abgabe von Wasser insbesondere über die Spaltöffnungen der Pflanze statt. Diese werden auch als Stomata bezeichnet. Sie sind selbstregulierend und können somit entsprechend den jeweils herrschenden Bedingungen geöffnet und geschlossen werden.

Während die stomatäre Transpiration abläuft, wird allerdings nicht nur Wasser abgegeben. Auch Gase wie Sauerstoff (O₂) entweichen aus den Spaltöffnungen der Pflanze. Die Pflanze selbst gibt Sauerstoff ab und nimmt im Gegenzug Kohlenstoffdioxid (CO₂) aus der Umwelt auf. Dieser Gasaustausch, sowie die Abgabe von Wasser, sind essentiell für die Photosynthese.

Wie genau solche Spaltöffnungen aussehen, kannst Du der folgenden Abbildung entnehmen:

Regulation der Spaltöffnungen bei der Transpiration

Das Schließen und Öffnen der Spaltöffnung hängt vom Turgor ab und damit einhergehend auch von der Wasserversorgung der Pflanze.

Sobald der Zellinnendruck den Druck außerhalb der Zelle übersteigt, öffnet sich auch der Spalt zwischen den beiden Schließzellen. Nun kann Wasser aus der Schließzelle entweichen.

Bei niedriger Wasserversorgung bleiben die Spaltöffnungen geschlossen. Wenn sich der Druck innerhalb der Zelle gegenüber der Umgebung verringert, weil sich wenig Wasser in ihr befindet, schließt sich der Spalt wieder. In diesem geschlossenen Zustand kann kein Wasser über die Schließzellen entweichen.

Cuticuläre Transpiration

Die cuticuläre Transpiration ist im Allgemeinen von geringerer Bedeutung als die stomatäre Transpiration. Denn die cuticuläre Transpiration macht nur etwa ein Zehntel der gesamten Transpiration aus. Im Gegensatz zur stomatären Transpiration, kann die cuticuläre Transpiration nicht gesteuert werden.

Sie dient als eine Art Schutzschicht und soll den Wasserverlust verhindern. Es gelingt der Cuticula jedoch nicht, das gesamte Wasser innerhalb der Pflanze zu behalten. Somit entweicht über die Cuticula immer wieder ungewollt Wasser. Dieser Wasserverlust ist unvermeidbar. Dennoch gilt: je dicker die Wachsschicht ist, desto weniger Wasser transpiriert durch die Cuticula nach außen.

Transpirationssog

Nachdem die Pflanze Wasser über die Blätter abgegeben hat, entsteht ein ungleiches Wasserpotential zwischen der Pflanze und ihrer Umgebung. Es erfolgt eine Diffusion des Wassers von der Region des höheren Wasserpotentials hin zur Region des niedrigen Wasserpotentials.

Das Wasserpotential wird in Megapascal gemessen, also als ein Druck. Allgemein ist die Differenz des Wasserpotentials zwischen Pflanze und der Atmosphäre die Ursache für Wasserbewegung innerhalb der Pflanze. In den Blättern der Pflanze ist das Wasserpotential in der Regel niedriger als in den Blättern, wodurch ein Sog entsteht. Dieser bewirkt die Aufnahme von Wasser aus dem Boden über die Wurzeln. Hierbei spricht man auch vom Transpirationssog.

Durch den Sog der Transpiration wird das frische Wasser aus dem Boden innerhalb der Pflanze "hochgepumpt" und bis in die Blätter verteilt. Obwohl man zuerst meint, dass durch die Transpiration ausschließlich Wasser verloren geht, ist dies nicht der Fall. Tatsächlich wird die Pflanze über den Sog auch wieder mit Wasser versorgt.

Für die Photosynthese ist es besonders wichtig, dass sich jederzeit Wasser in den Blättern befindet, da dort die Reaktion der Photosynthese abläuft, für die Wasser und Kohlenstoffdioxid benötigt werden. Das Vorhandensein von Wasser wird durch den Transpirationssog gewährleistet.

Transpiration – Einflussfaktoren

Abiotische Faktoren

Allgemein wird die Transpirationsrate von den folgenden abiotischen Faktoren beeinflusst:

1. Temperatur: Durch besonders hohe Temperaturen kann es zum "schwitzen" der Pflanze kommen, dies soll eine kühlende Wirkung erzielen.
2. Klima: Bei großer Luftfeuchtigkeit transpiriert weniger Wasser aus der Pflanze, da die Differenz zwischen Wassergehalt in der Luft und innerhalb der Pflanze nicht mehr so groß ist wie vorher. Somit vermindert sich die Transpirationsrate bei hoher Luftfeuchtigkeit.
3. Sonnenlichteinstrahlung: Bei Lichteinstrahlung findet auch vermehrt Photosynthese statt, wofür die Pflanze Wasser und Kohlenstoffdioxid benötigt. Da Kohlenstoffdioxid über geöffnete Stomata in die Pflanze gelangt, steigt die Transpirationsrate bei zunehmender Lichtintensität.
4. Wind: Bei starkem Wind wird das transpirierte Wasser schneller abtransportiert. Die Pflanze reagiert darauf mit einer erhöhten Transpirationsrate.

Wenn in dem Boden, in dem die Pflanze ihre Wurzeln schlägt, nicht mehr genug Wasser zur Verfügung steht, muss sie mit den limitierten Ressourcen haushalten. Früher oder später vertrocknet die Pflanze jedoch.

Pflanzentyp

Die Transpirationsrate von Pflanzen hängt außerdem von der Typ der Pflanze ab.

Xerophyten sind Pflanzen wie Kakteen oder Sukkulenten. Sie stellen eine Art dar, die aufgrund ihres Lebensraums an Wassermangel angepasst ist. Daher werden sie auch als "Trockenpflanzen" bezeichnet. Ihre Transpirationsrate ist vergleichsweise gering, da sie zum Beispiel fast oder gar keine Blätter besitzen.

Die Hygrophyten sind Feuchtpflanzen und im Gegensatz zu Xerophyten nicht an Wassermangel gewöhnt. Im Gegenteil, sie wachsen an feuchten Standorten und zeichnen sich durch ihre große Wasserabgabe aus. Ihre Blätter sind dazu meistens groß und die Wurzeln wenig ausgeprägt.

Die Hydrophyten sind Wasserpflanzen, wie zum Beispiel die Seerose. Sie besitzen, im Gegensatz zu anderen Pflanzen, nur Stomata an der Blattoberseite. Seerosen kommen nur in stehenden oder sehr langsam fließenden Gewässern vor, wo Wasser in Fülle vorhanden ist. Daher befinden sich die Stomata auch auf der Blattoberseite. Bei Hydrophyten steht die Speicherung von Sauerstoff im Vordergrund. Hierzu besitzen die Pflanzen große Speicherungsräume im Pflanzeninneren.

Transpiration – Problem

Bei der Transpiration besteht immer das Problem, dass die Pflanze Kohlenstoffdioxid (CO₂) durch die Spaltöffnungen aufnehmen möchte, aber dabei den Verlust von Wasser in Kauf nehmen muss. Gerade an warmen Standorten oder bei limitierten Wassergehalt ist dies problematisch.

Einerseits benötigt die Pflanze CO₂, um Photosynthese betreiben zu können und wichtige Nährstoffe generieren zu können. Allerdings geht die Gewinnung von Kohlenstoffdioxid durch Transpiration immer mit der Verdunstung von Wasser einher. Zudem benötigt die Pflanze für die Photosynthese erneut Wasser, was sich in den Blättern ansammeln muss. Ist kein Wasser vorhanden, kann auch keine Photosynthese ablaufen.

Transpiration – Mensch

Wie bereits angesprochen, findet auch beim Menschen eine Transpiration statt. Bei Hitze durch Sonneneinstrahlung oder bei der Erhöhung des Pulses fängt der Mensch an zu schwitzen, um die Temperatur des Körpers abzusenken und vor Überhitzung zu schützen – er transpiriert. Dabei scheidet der Körper ein wässriges Sekret über die Schweißdrüsen aus. Dies soll der Abkühlung des Körpers dienen. Übermäßiges Schwitzen wird auch Hyperhidrose genannt.