Die Transpiration ist ein wichtiger Mechanismus der Pflanze, welcher sie zum Beispiel vor Überhitzung schützt, aber gleichzeitig auch Stoffe für die Photosynthese bereitstellt. Auch der Mensch bedient sich zur Aufrechterhaltung seiner Körpertemperatur am Mechanismus der Transpiration.
Transpiration Definition
Der Begriff Transpiration leitet sich von den lateinischen Wörtern trans, was so viel bedeutet wie "hindurch" und spiratio, was "Atmung" bedeutet, ab. In der Botanik versteht man unter der Transpiration eine regulierbare Abgabe von Wasser. Hingegen beschreibt Transpiration in der Zoologie die Absonderung von Schweiß über die Schweißdrüsen.
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.
Die Position der Stomata hängt stark von der Art der Pflanze ab. Landpflanzen, wie zum Beispiel ein Birnenbaum, weisen Stomata nur an der unteren Seite des Blattes auf. Bei Wasserpflanzen wie der Seerose zeigt sich das genaue Gegenteil, denn hier sind Stomata nur auf der Blattoberseite zu finden. Je nach Art beträgt die Anzahl der Stomata zwischen 100 und 1 000 Stomata pro mm2.
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.
Der Begriff Turgor beschreibt in der Zellbiologie den Druck, den der Zellsaft auf die Zellwand ausübt. Er kann daher auch als "Wanddruck" umschrieben werden.
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.
Wenn Du mehr zu den Stomata und dem Turgor erfahren möchtest, lies Dir auch die gleichnamigen StudySmarter Erklärungen zu diesen Themen durch!
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.
Unter der Cuticula versteht man die äußerste Schicht der Pflanze, welche über der Epidermis liegt. Es handelt sich um eine wasserabweisende Schicht, die wachsartige Eigenschaften aufweist.
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.
Demnach besitzen Trockenpflanzen wie Kakteen eine besonders dicke Cuticula, um ihren Wasserverlust zu minimieren. Im Gegensatz dazu kennzeichnen sich Feuchtpflanzen wie das Springkraut durch eine vergleichsweise dünne Cuticula aus. Die Cuticula ist also an die Wassergegebenheiten des Standorts angepasst.
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.
Ist das Wasserpotential im Vergleich zur Umgebung hoch, so kommt es zu einer Abgabe von Wasser zum Beispiel durch stomatäre Transpiration.
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.
Als Transpirationssog versteht man die Kraft innerhalb einer Pflanze, die das Wasser von unten nach oben saugt.
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.
Wenn Du mehr zur Photosynthese erfahren möchtest, lies auch die entsprechende StudySmarter Erklärung zu diesem Thema!
Transpiration – Einflussfaktoren
Abiotische Faktoren
Allgemein wird die Transpirationsrate von den folgenden abiotischen Faktoren beeinflusst:
- Temperatur: Durch besonders hohe Temperaturen kann es zum "schwitzen" der Pflanze kommen, dies soll eine kühlende Wirkung erzielen.
- 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.
- 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.
- 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.
Die Hyperhidrose bezeichnet eine Krankheit, von der in Deutschland rund 2 % der Bevölkerung betroffen sind. Die Betroffenen schwitzen dabei mindestens 100 mg Schweiß in 5 Minuten allein unter den Achselhöhlen aus. Eine Hyperhidrose kann aber auch nur an bestimmten Stellen des Körpers auftreten, zum Beispiel allein unter den Achseln, an den Füßen, an der Stirn oder an den Händen. Die Transpiration des wässrigen Sekrets ist dabei unabhängig von der Tageszeit und der Temperatur.
Transpiration – Das Wichtigste
- Unter der Transpiration versteht man die Verdunstung von Wasser über die Stomata oder die Außenhaut einer Pflanze.
- Man unterscheidet zwischen der stomatären und cuticulären Transpiration, wobei die cuticuläre Transpiration nur einen kleinen Teil der gesamten Transpiration ausmacht.
- Die Transpiration ist abhängig von abiotischen Faktoren und dem Pflanzentyp beziehungsweise ihrem Standort.
- Beim Menschen findet Transpiration in Form von Schwitzen statt.
Nachweise
- https://www3.hhu.de/biodidaktik/Wasserhaushalt/dateien/3_transp/2_fern/dateien/1_poten.html
- https://www.spektrum.de/lexikon/biologie-kompakt/transpiration/11996
- https://www3.hhu.de/biodidaktik/Wasserhaushalt/dateien/3_transp/2_fern/dateien/2_trans.html
- https://www.spektrum.de/lexikon/biologie/transpiration/67302
- https://www.studysmarter.de/schule/biologie/oekologie/abiotische-umweltfaktoren/
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