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Xerophyten

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Xerophyten

Kakteen sind die wohl beliebtesten Zimmerpflanzen, weil sie so pflegeleicht sind und extrem wenig Wasser benötigen. Das liegt daran, dass es sich bei den Kakteen um Xerophyten handelt, die natürlicherweise nur in Wüstengebieten vorkommen.

Xerophyten Definition

Xerophyten sind Pflanzen, die gut an einen Standort mit begrenztem Wasserangebot angepasst sind. Sie werden auch Trockenpflanzen genannt.

Xerophyten Standorte

Xerophyten findet man hauptsächlich an Standorten, an denen eine Wasserknappheit herrscht. Diese kann klimatisch bedingt sein, wie es in ariden oder semiariden Klimazonen der Fall ist (etwa in Wüsten oder Halbwüsten). Auch in sehr kalten Gegenden, in denen kein Wasser in flüssiger Form zur Verfügung steht, kommen Xerophyten vor, das können zum Beispiel Tundren oder Eiswüsten sein.

Zudem kann eine Wasserknappheit auch durch die Beschaffenheit der Böden verursacht sein. Auf sandigen Böden kann sich das Wasser nicht gut halten und versickert schnell. Lehmböden sind häufig so hart und verdichtet, dass das Regenwasser nicht einsinkt, sondern nur oberflächlich abläuft, ähnlich bei Kalkgestein, bei dem das Wasser durch Risse und Furchen schnell anläuft.

Xerophyten Einteilung

Die beiden Botaniker Abraham Fahn und David F. Cutler entwickelten in ihrer 1992 erschienen Enzyklopädie über Xerophyten eine systematische Einteilung der Trockenpflanzen, die sich nach deren Anpassungsstrategien richtete. Sie unterteilten die Xerophyten in drought escaping und drought resisting.

Drought escaping (Trockenheit ausweichend)

Zu den drought escaping Pflanzen gehören die Ephemeren (einjährige Pflanzen), die teilweise in den Wüsten zu finden sind. Sie warten in einem Überdauerungsstadium, bis genügend Regen gefallen ist. Daraufhin durchlaufen sie während einer kurzen Periode, in der der Boden feucht genug ist, ihren gesamten Lebenszyklus. Die Ephemeren nutzen das Zeitfenster von einigen Tagen, bis wenigen Wochen, um auszutreiben, zu blühen und sich schließlich auch durch Samenverbreitung fortzupflanzen. Außer ihrer kurzen Lebensdauer besitzen sie keine besonderen Anpassungen an die Trockenheit.

Xerophtyne Ephemere Arten StudySmarterAbbildung 1: Ephemere in der Wüste. Quelle: wikipedia.org

Drought resisting (Trockenheit widerstehend)

Die Pflanzen, die zu dieser Gruppe zuzuordnen sind, sterben während ungünstiger Umweltbedingungen, wie starker Hitze, nicht komplett ab, sondern überdauern diese. Sie werden weiterhin in die drought evading (Trockenheit vermeidend) und drought enduring (Trockenheit aushaltend) Pflanzen eingeteilt.

Drought evading (Trockenheit vermeidend)

Zu dieser Gruppe unter anderem gehören die Geophyten, die Trockenzeiten durch die Bildung von unterirdischen Überdauerungsorgane wie Knollen, Zwiebeln, Rüben oder Wurzelstöcke überleben können.

Geophyten sind mehrjährige krautige Pflanzen, die für sich ungünstige Umweltbedingungen durch unterirdische Organe überdauern können, während die oberirdischen Pflanzenteile absterben.

Drought enduring (Trockenheit aushaltend)

Sukkulenten sind Pflanzen, die durch verschiedene Anpassungen, wie der Sukkulenz, in der Lage sind, Trockenheit aushalten zu können.

Wenn Du mehr zu diesen besonderen Pflanzen wissen möchtest, schau Dir gerne den StudySmarter-Artikel “Sukkulente” an.

Als Sukkulenz bezeichnet man die Fähigkeit einer Pflanze, interne Wasserspeicher in fleischig-saftigen Geweben herzustellen. Das Wasser wird hierzu in große Zellsaftvakuolen in den Zellen aufgenommen. Abhängig davon, in welchem Organ die Wasserspeicherung stattfindet, nennt man es Blatt-, Spross- oder Wurzelsukkulenz.

Abgesehen von diesen internen Wasserspeichern, gibt es auch externe Wasserspeicher in Trockenpflanzen.

Ein interessantes Beispiel für externe Wasserspeichern sind die Zisternen. Sie werden von Bromelien mit ihren Blattbasen gebildet. Die Blätter wachsen dort so eng aneinander, dass sich dort ein kleines Becken bilden kann. Darin speichern sie einfallendes Regenwasser, welches dann bei Bedarf durch Haare auf den Blättern, den sogenannten Saugschuppen aufgenommen werden kann.

Wie Du auf dem Foto erkennen kannst, bildet sich ein eigenes Biotop in dieser Zisterne, in dem auch wiederum andere Pflanzen und Mikroorganismen wachsen können. Deren Nährstoffe kann die Pflanze zusätzlich aufnehmen.

Xerophyten Zisterne Bromelie Arten StudySmarterAbbildung 2: Zisterne in einer Bromelie. Quelle: wikipedia.org

Xerophyten Anpassungen

Dadurch, dass Xerophyten hauptsächlich in sehr trockenen Gebieten vorkommen, haben sich evolutionär einige Anpassungen entwickelt, die der Pflanze ein Wachstum in diesem extremen Habitat ermöglicht. Diese Arten von Anpassungen nennt man Xeromorphien. Sie betreffen Anpassungen an den Blättern, Wurzeln und Sprossachsen.

Blätter

Bei Xerophyten ist es wichtig, die Transpiration über eine möglichst kleine Blattgröße und Blattmenge einzuschränken, damit so wenig Wasser wie möglich verloren geht. Transpiration kann über verschiedene Wege stattfinden, die größte Bedeutung hat hierbei die stomatäre Transpiration über die Spaltöffnungen auf der Unterseite der Blätter.

Die Stomata, auch Spaltöffnungen genannt, sind Poren in der Epidermis der Zellen, die einen Gasaustausch und Transpiration verursachen. Zwei bohnenförmige Schließzellen, die durch osmotischen Wassereinstrom und Wasserausstrom ihre Form ändern, bilden den Spaltöffnungskomplex.

Um die stomatäre Transpiration zu verringern, gibt es bei manchen Arten sogenannte Rollblätter, die sich nach unten einrollen und so einen windstillen, geschützten Raum für die Stomata bilden. Häufig sind Haare, auch Trichome genannt, auf den Blättern, durch die zum einen die einfallende Lichtintensität gesenkt wird, zum anderen aber auch erneut die Transpiration verringert wird. Zusätzlich sind die Spaltöffnungen eingesenkt, damit durch den Wind der austretende Wasserdampf nicht so schnell entweicht.

Durch die kutikuläre Transpiration verliert das Blatt deutlich weniger Wasser, jedoch gibt es auch hier Anpassungen, um das zu verringern. Hierbei wird die Kutikula durch wachsähnliche Substanzen deutlich verdickt.

Teilweise werden die Blätter der Xerophyten auch so weit zurückgebildet, dass sie zu Dornen werden, das ist zum Beispiel bei Sukkulenten der Fall.

Blattquerschnitt

Auf der Abbildung 3 kannst Du zunächst den Blattquerschnitt durch ein Oleanderblatt erkennen. Auf der Oberseite kannst Du die Kutikula sehen, die die mehrschichtige Epidermis von der Umwelt abschirmt. Darauf folgt das doppelschichtige Palisadengewebe, in welchem viele Chloroplasten vorhanden sind, in denen die Fotosynthese abläuft.

Das Schwammgewebe ist ein unregelmäßig aufgebautes Gewebe, welches hauptsächlich für den Gasaustausch verantwortlich ist. Die Spaltöffnungen sind in einer Einsenkung versteckt und mit toten Haaren, den Trichomen, geschützt.

Das zweite Bild in der Abbildung zeigt ein Rollblatt der Art Thylanthus. Hier erkennt man, dass die Stomata noch besser vor Wasserverlust geschützt sind, weil sich das Blatt nach unten einrollt. Auf der Unterseite sind erneut Trichome zu finden. Das letzte Bild zeigt ein Faltblatt des Federgrases im normalen Zustand (in grün) und im eingerollten Zustand (in blau) bei Dürre.

Xerophyt Blattquerschnitt Xerophyten StudySmarterAbbildung 3: Blattquerschnitt von Xerophyten (Oleander, Federgras, Rollblatt).

Palisadengewebe

Das Palisadengewebe der Xerophyten ist doppelschichtig und beinhaltet eine große Anzahl von Chloroplasten. Daraus resultiert, dass das Palisadengewebe hauptsächlich für die Fotosynthese der Pflanze verantwortlich ist. Dadurch, dass auf die meisten Xerophyten eine hohe Sonneneinstrahlung wirkt, ist es sinnvoll, dass das viele Licht durch die Chloroplasten in Energie umgewandelt wird. Allerdings kann es auch zu einer Überhitzung in den Chloroplasten kommen, wenn die Sonneneinstrahlung zu hoch wird.

Wurzel

Die meisten Xerophyten haben ein verzweigtes und tiefes Wurzelsystem, damit sie an das Grundwasser in den unteren Bodenschichten gelangen.

Bei Kakteen ist das jedoch umgekehrt, sie besitzen ein flaches ausgedehntes Wurzelsystem nahe der Oberfläche, um während einer Regenperiode möglichst schnell und viel Wasser aufnehmen können.

Sprossachse

Die Sprossachse ist bei Xerophyten, besonders bei den Sukkulenten, häufig für die Wasserspeicherung verantwortlich. Wenn die Blätter einer xeromorphen Pflanze komplett reduziert sind und somit keine Fotosynthese durchführen können, passiert diese in der Sprossachse. Zudem übernimmt die Sprossachse die Aufgabe zur Isolation vor Trockenheit und Hitze.

Xerophyten Assimilation

Xerophyten betreiben wie alle anderen grünen Pflanzen Fotosynthese. Dafür benötigen sie Sonnenlicht, Wasser und Kohlenstoffdioxid (CO2), um den Einfachzucker Glucose und Sauerstoff zu produzieren.

Assimilation beschreibt den Aufbau eigener Körpersubstanz (Biomasse) aus körperfremden Stoffen. Bei Pflanzen geschieht die Assimilation über die Fotosynthese.

Xerophyten betreiben verschiedene Arten der Fotosynthese. Dazu gehören die CAM-Fotosynthese und die C4-Fotosynthese.

CAM-Fotosynthese

Bei der CAM-Fotosynthese werden erst bei Nacht die Stomata geöffnet, um einen starken Wasserverlust tagsüber zu vermeiden. Die Pflanze nimmt somit über Nacht Kohlenstoffdioxid auf und speichert es in Form von Apfelsäure in ihren Vakuolen. Am nächsten Tag wird die Apfelsäure zu Kohlenstoffdioxid abgebaut und in den Calvin-Zyklus eingeführt, wobei Glucose produziert wird. Die dafür benötigte Energie in Form von ATP und NADPH+H+ stammt aus der Lichtreaktion am Tag. Zu den CAM-Pflanzen gehören hauptsächlich Sukkulenten.

C4-Fotosynthese

Bei der C4-Fotosynthese sind der Calvin-Zyklus und die CO2-Fixierung räumlich voneinander getrennt. In den Mesophyllzellen, also im Grundgewebe der Blätter, findet die CO2-Fixierung statt. In den Leitbündelscheiden wird durch den Calvin-Zyklus CO2 zu Glukose und Wasser reduziert.

Xerophyten Beispiele

Ein sehr eindrucksvolles Beispiel für einen Xerophyten ist die Pflanze Welwitschia mirabilis. Das einzige natürliche Vorkommen dieser Pflanze befindet sich in der Wüste von Namib, in der täglich extrem hohe Temperaturen, Trockenheit und Sandstürme herrschen. Seit ca. 80 Millionen Jahren gibt es diese Pflanze, die fast konkurrenzlos in der lebensfeindlichen Umgebung wächst.

Das wenige Wasser, welches sie zum Überleben benötigen, nehmen sie entweder durch den morgendlichen Nebel oder durch tief liegende Grundwasservorkommen auf. Um diese zu erreichen, haben sie lange Pfahlwurzeln. Damit die Blätter durch die starke Sonneneinstrahlung nicht überhitzen, bildet die Welwitschia einen roten Blattfarbstoff, der wie ein Sonnenschutz wirkt. Bei geringerer Sonneneinstrahlung und Hitze stellen sie wieder ihren grünen Blattfarbstoff (Chlorophyll) her.

Xerophyten - Das Wichtigste

  • Xerophyten, auch Trockenpflanzen genannt, sind gut an Standorte mit Wasserknappheit angepasst.
  • Sie kommen in ariden und semiariden Klimazonen, an sehr kalten Orten wie Tundren, oder auf Böden, die das Wasser nicht gut halten können, vor.
  • Xerophyten wurden 1992 in verschiedene systematische Gruppen eingeteilt:
    • Drought escaping

    • Drought resisting

      • Drought evading

      • Drought enduring

  • Durch Sukkulenz können Xerophyten interne Wasserspeicher in fleischigen Geweben errichten.
    • Durch die extremen Umweltbedingungen, in denen die Pflanzen vorkommen, haben sich einige Anpassungen entwickelt:

      • Blätter

        • Wenige und kleine Blätter

        • Eingesenkte Stomata

        • Haare (Trichome) zum Transpirationsschutz

        • Rollblätter

        • Dicke Kutikula

        • Doppeltes Palisadengewebe

      • Wurzel

        • Tiefes, verzweigtes Wurzelnetz, um Grundwasser zu erreichen

        • Bei Sukkulenten flaches, verzweigtes Wurzelnetz, um bei Regen Wasser aufzunehmen

      • Sprossachse

        • Wasserspeicherung

        • Fotosynthese

        • Isolation vor Trockenheit und Hitze

      • Assimilation

        • CAM-Fotosynthese: zeitliche Trennung von CO₂-Fixierung und Calvin-Zyklus

        • C4-Fotosynthese: räumliche Trennung von CO₂-Fixierung und Calvin-Zyklus


Nachweise

  1. Sadava et al. (2019). Purves Biologie. Springer Spektrum
  2. Nentwig et al. (2017). Ökologie kompakt. Springer Spektrum
  3. Kadereit et al. (2021). Strasburger-Lehrbuch der Pflanzenwissenschaft. Springer Spektrum

Häufig gestellte Fragen zum Thema Xerophyten

Sukkulenten sind Xerophyten. Genauer gesagt können sie in die Kategorie "drought enduring" (Trockenheit aushaltend) eingeteilt werden. 

Xerophyten sind an ihren Standort angepasst, indem sie mit verschiedenen Mitteln versuchen, die Transpiration und damit den Wasserverlust der Pflanze möglichst gering zu halten. Dazu gehören unter anderem:

  • wenige und kleine Blätter
  • eingesenkte Stomata
  • Rollblätter
  • dicke Kutikula
  • doppeltes Palisadengewebe
  • tief reichendes und verzweigtes Wurzelsystem
  • CAM-Fotosynthese
  • C4-Fotosynthese 

Bei Xerophyten gibt es mehr Spaltöffnungen, als bei Hydrophyten, weil die Xerophyten ihre Spaltöffnungen nur in der Nacht öffnen. Wenn sie ihre Stomata öffnen, müssen sie innerhalb der Nacht den gesamten Stoffaustausch durchführen. Dabei sind viele Spaltöffnungen von Vorteil.

Der Blattquerschnitt einer Trockenpflanze ist besonders, weil das Blatt an besonders trockene Orte angepasst ist. Es besitzt eine dicke Kutikula, ein doppeltes Palisadengewebe und eingesenkte Stomata mit Haaren. 

Finales Xerophyten Quiz

Frage

Was sind Xerophyten?

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Antwort

Xerophyten (auch Trockenpflanzen oder xeromorphe Pflanzen) sind Pflanzen, die an die Lebensumstände in sehr wasserarmen Lebensräumen wie Steppen oder Halbwüsten angepasst sind.

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Frage

Wo kommen Xerophyten vor?

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Antwort

  • an Standorten mit Wasserknappheit 
  • aride Klimazonen (Wüsten und Halbwüsten)
  • semiaride Klimazonen (Steppen)
  • sehr kalte Gegenden (Tundra)
  • sandige Böden 
  • Lehmböden 
  • Kalkböden
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Frage

Was sind Ephemere?

Antwort anzeigen

Antwort

Ephemere sind Pflanzen, die in Überdauerungsstadien warten, bis genügend Regen gefallen ist. Sie nutzen das Zeitfenster von einigen Tagen, bis wenigen Wochen, um auszutreiben, zu blühen und sich schließlich auch durch Samenverbreitung fortzupflanzen. Außer ihrer kurzen Lebensdauer besitzen sie keine besonderen Anpassungen an die Trockenheit.

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Frage

Wie nennt man die Anpassungen der Xerophyten?

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Antwort

Xermorphien

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Frage

Wie ist das Palisadengewebe der Xerophyten angepasst?

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Antwort

  • doppelschichtig
  • viele Chloroplasten -> Photosynthese 
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Frage

Wie unterscheidet die CAM-Photosynthese von der normalen C3-Photosynthese?

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Antwort

Die CAM-Fotosynthese ist eine Anpassung an trockene Umgebungen. Dabei werden die Stomata erst bei Nacht geöffnet, um eine übermäßige Transpiration zu verhindern. Deswegen findet auch die CO2-Aufnahme nachts statt. Tagsüber sind die Stomata geschlossen und es findet der Calvin-Zyklus statt.

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Frage

Was sind Geophyten?

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Antwort

Geophyten sind mehrjährige krautige Pflanzen, die für sich ungünstige Umweltbedingungen durch unterirdische Organe überdauern können, während die oberirdischen Pflanzenteile absterben. 

Frage anzeigen

Frage

Was ist die C4-Photosynthese?

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Antwort

Bei der C4-Fotosynthese ist die CO2- Fixierung räumlich vom Calvin-Zyklus getrennt. In den Mesophyllzellen findet die CO2- Fixierung statt und in den Leitbündelscheidenzellen der Calvin-Zyklus. 

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Frage

Was ist Sukkulenz?

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Antwort

Als Sukkulenz bezeichnet man die Fähigkeit einer Pflanze, in fleischig-saftigen Geweben Wasser zu speichern. Das Wasser wird hierzu in große Zellsaftvakuolen in den Zellen aufgenommen. Abhängig davon, in welchem Organ die Wasserspeicherung stattfindet, nennt man es Blatt-, Spross- oder Wurzelsukkulenz.

Frage anzeigen

Frage

Was ist ein Beispiel für externe Wasserspeicher?

Antwort anzeigen

Antwort

Externe Wasserspeicher findet man zum Beispiel bei der Bromelien, die in ihren Blattbasen in sogenannten Zisternen einfallendes Wasser speichern. 

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Frage

Wie sind die Wurzeln von Xerophyten angepasst?

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Antwort

Viele Xerophyten haben sehr tiefe und verzweigte Wurzeln. So können sie sichergehen, dass sie Zugang zu den tiefen Grundwasservorräten haben und außerdem in der Regenzeit so viel Wasser wie möglich aufnehmen können. Sukkulenten hingegen haben ein flaches, verzweigtes Wurzelnetz an der Oberfläche, damit sie bei Niederschlag das Wasser sofort aufnehmen können. 

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Frage

Wie ist die Sprossachse von Xerophyten angepasst?

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Antwort

Bei den meisten Xerophyten ist die Sprossachse ein wichtiger Teil der Isolation vor der Trockenheit und Hitze. Bei Xerophyten wie Sukkulenten dient sie außerdem dazu, Wasser zu speichern und die Photosynthese auszuführen.

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Frage

Wie sind die Blätter von Xerophyten angepasst?

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Antwort

Da mehr Blätter, mehr Wasserverlust bedeutet, besitzen die meisten Xerophyten nur sehr wenige Blätter. Um die Verdunstungsoberfläche so weit wie möglich zu reduzieren, sind diese wenigen Blätter zusätzlich sehr klein und besitzen eine dicke Epidermis. Außerdem sind die Stomata eingesunken und die Kutikula besonders dick.

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Frage

Was haben manche Xerophyten anstelle von Blättern und warum?

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Antwort

Manche Xerophyten bilden keine Blätter mehr aus, sondern beschränken sich stattdessen auf Nadeln oder Dornen. So kann die Verdunstungsoberfläche auf ein Minimum reduziert werden.

Frage anzeigen

Frage

Wie ist die Cuticula von Xerophyten angepasst?

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Antwort

Die Cutikula ist nicht nur besonders dick, sondern erscheint auch grau oder weiß. So kann ein Teil des Lichts reflektiert werden und die Temperatur im Blatt darunter wird reduziert. 

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