Stomata

Q: Warum müssen pflanzen stomata tags öffnen?

Pflanzen öffnen ihre Stomata für den Gasaustausch und die Transpiration. Tagsüber benötigen Pflanzen CO2 aus der Luft für die Photosynthese. Dabei entsteht auch Sauerstoff, den sie abgeben müssen. Zusätzlich können sich Pflanzen durch die Transpiration bei starker Sonneneinstrahlung abkühlen.

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Pflanzen sind genau wie Tiere auf den Gasaustausch mit ihrer Umwelt angewiesen. Sie betreiben unter Lichteinwirkung Photosynthese, wobei sie Kohlenstoffdioxid und Wasser zu dem energiereichen Einfachzuckern Glucose umwandeln. Dabei entsteht Sauerstoff als Abfallprodukt. Spaltöffnungen oder Stomata bieten Pflanzen die Möglichkeit Kohlenstoffdioxid aus der Atmosphäre aufzunehmen sowie Wasser und Sauerstoff abzugeben.

Stomata – Definition

Stomata (Spaltöffnungen) nennt man die Poren in den Blättern von Pflanzen, die für die Regulation des Wasserhaushaltes durch Verdunstung (Transpiration) und den Gasaustausch verantwortlich sind.

Stomata kommen in Landpflanzen vor, wobei sie in den meisten Fällen in der unteren Epidermis der Blätter vorkommen. Eine Ausnahme bilden dabei Schwimmblattpflanzen wie Seerosen, da die Spaltöffnungen dort auf der Blattoberseite liegen. Bei Gräsern und Kräutern kann man sie auf beiden Seiten entdecken.

Die Lage der Spaltöffnungen auf der Unterseite der meisten Blätter schützt die Pflanze vor ungewollter Transpiration.

Stomata – Aufbau

Bei Stomata handelt es sich um kleine Poren in der unteren Epidermis von Pflanzenblättern. Zwei längliche Schließzellen umgeben dabei einen Spalt in der Cuticula und Epidermis, sodass die Öffnung kontrolliert geöffnet und geschlossen werden kann. In den Schließzellen befinden sich im Gegensatz zu den restlichen Zellen der Epidermis eine Vielzahl an Chloroplasten. Spaltöffnungen sind außerdem von weiteren Zellen umgeben, die man Nebenzellen nennt. Dieses ganze Konstrukt wird Spaltöffnungsapparat genannt.

Stomata Stoma Aufbau StudySmarter Abbildung 1: Spaltöffnung einer Tomatenpflanze

Wie Du auf der Abbildung sehen kannst, wird die Öffnung (Porus) von zwei bohnenförmigen Schließzellen umgeben. Diese können sich je nach Notwendigkeit öffnen oder schließen. Wenn ein geschlossenes Stoma verhindert, dass die Pflanze zu viel Wasser abgibt, ist dann auch kein Gasaustausch und somit keine Photosynthese möglich.

Spaltöffnung – Funktion

Spaltöffnungen sind dafür verantwortlich, dass der Gasaustausch und die Transpiration, wie vorgesehen, funktionieren können. Somit geben sie Sauerstoff und Wasser an die Umwelt ab und nehmen dafür Kohlenstoffdioxid auf.

Der Kohlenstoff wird für den Ablauf der Photosynthese benötigt, während gleichzeitig Sauerstoff als ein Nebenprodukt entsteht. Der durch die Transpiration abgegebene Wasserdampf dient einerseits der Abkühlung der Pflanze, andererseits sorgt der dabei entstehende Transpirationssog dafür, dass Wasser schnell und ohne viel Energie zu verbrauchen, durch die Pflanze transportiert werden kann.

Unter einem Transpirationssog versteht man das Nachfließen von Wasser von unten nach oben in kleinen Kapillargefäßen. Dieser Sog wird durch Verdunstung an der Spitze der Kapillare, den Druck der Atmosphäre und die Kohäsionskraft (Wasserstoff-Brückenbindungen) des Wassers ausgelöst.

Die Öffnung und Schließung der Stomata sind von verschiedenen Faktoren abhängig, die Du in den nächsten beiden Kapiteln kennenlernen wirst.

Öffnung der Stomata

Die Öffnung der Stomata wird durch die Lichtstärke und die Lichtqualität, sowie der CO₂-Konzentration beeinflusst. Wenn nun ein Stoma geöffnet werden soll, erfolgt dies nach folgendem Ablauf:

Das Membranpotential sinkt, indem Protonen (positiv geladene Teilchen) mithilfe der Energie von ATP aus den Schließzellen in die Nebenzellen gepumpt werden.
Dadurch werden spannungsabhängige Kalium-Ionenkanäle geöffnet und um das Potenzialgefälle der Nebenzellen auszugleichen, strömen positiv geladene Kalium-Ionen in die Schließzellen.
Danach strömen negativ geladene Teilchen (zum Beispiel Chlorid-Ionen) in die Schließzellen, um erneut ein Potenzialgefälle auszugleichen.
In den Schließzellen herrscht nun eine höhere Teilchenkonzentration als in den Nebenzellen. Dadurch strömt Wasser entlang einem osmotischen Gefälle in die Zellen.
Durch die Wasseraufnahme verändert sich die Form der Schließzellen und sie öffnen sich.

Eine Öffnung der Stomata geht also immer mit der Erhöhung des Turgor in den Schließzellen einher.

Der Turgor ist der Druck in einer Pflanzenzelle, der durch die Menge an Flüssigkeit in der Zelle variiert. Er wird also über die Aufnahme oder Abgabe von Flüssigkeit erhöht oder erniedrigt.

Was war noch einmal Osmose? In unserem Artikel auf StudySmarter kannst Du nachlesen, worum es bei der Osmose geht und wie sie funktioniert!

Schließung der Stomata

Natürlich müssen Stomata auch wieder geschlossen werden. Dies geschieht bei Lichtmangel, Wassermangel oder wenn genug CO₂ vorhanden ist.

Es werden keine Protonen mehr mithilfe von ATP-Energie aus den Schließzellen gepumpt.
Um einen Ladungsausgleich zu erzeugen, strömen die Protonen aus den Nebenzellen wieder in die Schließzellen ein.
Durch das Konzentrationsgefälle strömen die negativ geladenen Ionen aus den Schließzellen wieder in die Nebenzellen.
Auch das Wasser aus den Schließzellen wird aufgrund der Teilchenkonzentration wieder in die Nebenzellen transportiert.
Da das Wasser für die Formveränderung verantwortlich war, verlieren die Schließzellen nun ihre Spannung und schließen sich.

Eine Schließung der Stomata geht immer mit einer Verringerung des Turgor in den Schließzellen einher.

Stomata - Das Wichtigste

Stomata nennt man die Poren in den Blättern von Pflanzen, die für die Regulation des Wasserhaushaltes durch Verdunstung (Transpiration) und den Gasaustausch verantwortlich sind.
Die Pore wird zusammen mit den Schließzellen und Nebenzellen Spaltöffnungsapparat genannt.
Die Öffnung und Schließung von Stomata basiert auf dem Prinzip des osmotisch bedingten Konzentrationsausgleichs durch das einfließen und abfließen von Wasser in die Schließzellen. Dabei wird der Turgor der Schließzellen erhöht oder verringert.
Der Öffnungsmechanismus wird durch eine hohe Photosyntheseaktivität begünstigt, während der Schließmechanismus durch Kohlenstoffdioxid- oder Wassermangel herbeigeführt wird.

Nachweise

Hess (2004), Allgemeine Botanik, UTB.
Abb. 1: Spaltöffnung an einem Blatt einer Tomate (https://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Tomato_leaf_stomate_1.jpg) ist gemeinfrei.

Häufig gestellte Fragen zum Thema Stomata

Stomata öffnen sich meist tagsüber bei erhöhter Sonneneinstrahlung und Fotosyntheseleistung, da Kohlenstoffdioxid aufgenommen und Sauerstoff abgegeben werden muss.

Die Stomata selbst ist die Pore in der Epidermis eines Blattes. Nicht sie, sondern die Schließzellen, die sie umgeben, verändern ihre Größe. Die Schließzellen öffnen sich, wenn die Pflanze durch Transpiration abgekühlt werden muss und Kohlenstoffdioxid für die Photosynthese benötigt wird.

Pflanzen öffnen ihre Stomata für den Gasaustausch und die Transpiration. Tagsüber benötigen Pflanzen CO₂ aus der Luft für die Photosynthese. Dabei entsteht auch Sauerstoff, den sie abgeben müssen. Zusätzlich können sich Pflanzen durch die Transpiration bei starker Sonneneinstrahlung abkühlen.

Die Stomata schließen sich bei Licht- und Wassermangel, sowie wenn viel Kohlenstoffdioxid für die Photosynthese in der Pflanze vorhanden ist.

Finales Stomata Quiz

Frage

Was sind Stomata?

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Antwort

Stomata nennt man die Poren in den Blättern von Pflanzen, die für die Transpiration und den Gasaustausch verantwortlich sind.

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Welche Aufgabe haben Stomata?

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Antwort

Stomata sind dafür verantwortlich, dass der Gasaustausch und die Transpiration wie vorgesehen funktionieren kann. Somit geben sie Sauerstoff und Wasser an die Umwelt ab und nehmen dafür Kohlenstoffdioxid auf.

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Was haben die Schließzellen, was andere Zellen in der Epidermis nicht haben?

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Antwort

Anders als andere Zellen der Epidermis besitzen die Schließzellen Chloroplasten. Man geht davon aus, dass sie die Energie liefern, damit die Spaltöffnung geschlossen und geöffnet werden kann.

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Frage

Woraus besteht der Spaltöffnungsapparat?

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Antwort

Der Spaltöffnungsapparat besteht aus der Pore, den sie umgebenden Schließzellen und den Nebenzellen.

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Frage

Wovon wird die Öffnung der Stomata beeinflusst?

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Antwort

Die Öffnung des Spalts wird beeinflusst durch Lichtstärke und -qualität, sowie der CO₂-Konzentration.

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Frage

Wie läuft die Öffnung der Stomata ab?

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Protonen werden aus Schließzellen in Nebenzellen gepumpt
spannungsgesteuerte Kalium-Ionenkanäle öffnen sich und Kalium-Ionen strömen von den Nebenzellen in die Schließzellen
negativ geladene Teilchen strömen für Ladungsausgleich in die Schließzellen
höhere Teilchenkonzentration in den Schließzellen als Nebenzellen --> Osmose
Form der Schließzellen verändert sich durch Wasserzulauf

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Wann werden Stomata wieder geschlossen?

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Antwort

Stomata werden bei Lichtmangel, zu viel Wasserabgabe oder wenn genug CO₂ vorhanden ist, geschlossen.

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Frage

Nach welchen Kriterien kann man Stomata einteilen?

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Antwort

Form der Schließzellen
Position der Stomata
Aufbau der Spaltöffnungsapparate

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Welche drei Haupttypen gibt es bei den Formen der Schließzellen?

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Antwort

Helleborus-Typ
Gramineen-Typ
Mnium-Typ

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Frage

Wo kommt der Helleborus-Typ vor und wie funktioniert er?

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Antwort

Man findet den Helleborus-Typ bei den meisten Samenpflanzen. Die Schließzellen weichen bei der Öffnung der Stomata in Richtung des Inneren des Blattes zurück.

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Frage

Wo kommt der Gramineen-Typ vor und wie funktioniert er?

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Antwort

Der Gramineen-Typ kommt vor allem bei Gräsern vor und erinnert an eine Hantel mit zwei dickeren Enden an beiden Seiten. Wenn die Schließzellen sich öffnen, werden sie passiv parallel zur Epidermisoberfläche auseinandergeschoben.

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Frage

Wo kommt der Mnium-Typ vor und wie funktioniert er?

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Antwort

Der Mnium-Typ öffnet sich parallel zur Epidermisoberfläche. Er ähnelt dem Helleborus-Typen sehr, ist aber einfacher aufgebaut und wenig verstärkt. Die meisten Moose und Farne besitzen diesen Typ der Schließungszellen.

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Frage

Wie nennt man die verschiedenen Blatt-Arten, je nachdem, wo die Stomata liegen?

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Antwort

Unterscheidet man nach der Position der Stomata, so kann man die Blätter in die Kategorien hypostomatisch, epistomatisch und amphistomatisch einteilen.

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Frage

Was sind hypostomatische Blätter?

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Antwort

Blätter, bei denen sich die Stomata nur auf der Unterseite befinden, werden hypostomatisch genannt.

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Frage

Was sind epistomatische Blätter?

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Antwort

Sind die Stomata nur auf der Oberseite eines Blattes, bezeichnet man diese als epistomatisch.

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Frage

Was sind amphistomatische Blätter?

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Antwort

Wenn es Stomata auf beiden Seiten gibt, dann heißen diese Blätter amphistomatisch.

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Frage

Welche verschiedenen Spaltöffnungsapparat-Typen gibt es?

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Antwort

Je nach Aufbau des Spaltöffnungsapparates unterscheidet man von sechs verschiedenen Typen: anomocytische, diacytische, paracytische, anisocytische, tetracytische und cyclocytische Spaltöffnungsapparate.

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Frage

Wie sind anomocytische Spaltöffnungsapparate aufgebaut?

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Antwort

Bei anomocytischen Spaltöffnungsapparaten sind die Anzahl und Anordnung der Nebenzellen unbekannt.

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Wie sind diacytische Spaltöffnungsapparate aufgebaut?

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Antwort

Diacytische Spaltöffnungsapparate haben zwei Nebenzellen, die sich senkrecht zu den Schließzellen befinden.

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Frage

Wie sind paracytische Spaltöffnungsapparate aufgebaut?

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Antwort

Paracytische Spaltöffnungsapparate haben zwei Nebenzellen, diese befinden sich parallel zu den Schließzellen.

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Frage

Wie sind anisocytische Spaltöffnungsapparate aufgebaut?

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Antwort

Bei anisocytischen Spaltöffnungsapparaten sind die Schließzellen von drei Nebenzellen umgeben, wobei eine davon deutlich kleiner als die anderen ist.

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Frage

Wie sind tetracytische Spaltöffnungsapparate aufgebaut?

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Antwort

Tetracytische Spaltöffnungsapparate besitzen vier Nebenzellen, wovon zwei deutlich kleiner als die anderen beiden sind.

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Wie sind cyclocytische Spaltöffnungsapparate aufgebaut?

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Antwort

Bei cyclocytischen Spaltöffnungsapparaten sind die Nebenzellen wie ein Ring um die Schließungszellen angeordnet.

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Wann sind Stomata geöffnet?

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