Funktion der Spaltöffnungen
Erfahrt, warum Spaltöffnungen in Blättern so wichtig sind! Sie regulieren die Transpiration und den Gasaustausch für die Pflanze. Erfahrt mehr darüber, wie sich Spaltöffnungen öffnen und schließen, um das Wachstum und Überleben von Pflanzen zu gewährleisten. Interessiert? Dies und vieles mehr findet ihr im folgenden Text.
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Grundlagen zum Thema Funktion der Spaltöffnungen
Spaltöffnungen
Wenn du schon einmal ein Blatt unter dem Mikroskop betrachtet hast, sind dir vielleicht besondere Strukturen an der Blattunterseite aufgefallen. Diese Strukturen sehen aus wie kleine Poren und werden als Spaltöffnungen bezeichnet. Aber was sind Spaltöffnungen und welchen Nutzen haben sie für die Pflanze? Sind sie nicht eher schädlich als nützlich, da über die Poren Wasser verloren geht? Diese Fragen kannst du in Kürze selbst beantworten.
Definition der Spaltöffnungen
Spaltöffnungen sind Poren in der Epidermis – dem Abschlussgewebe des Blatts – und befinden sich in der Regel auf der Blattunterseite. Betrachtet man einen Quadratzentimeter einer Epidermis unter dem Mikroskop, kann man bis zu 20.000 Spaltöffnungen zählen.
In der Fachsprache bezeichnet man Spaltöffnungen als Stomata. Eine Spaltöffnung wird von zwei Schließzellen begrenzt. Diese Schließzellen haben eine bohnenförmige Struktur, ungleichmäßig verdickte Zellwände, Chloroplasten und können ihr Wasservolumen regulieren. Zudem kann man zwischen drei verschiedenen Arten an Spaltöffnungen unterscheiden: dem Helleborus-Typ, dem Gramineen-Typ und dem Mnium-Typ.
Funktion der Spaltöffnungen
Das Öffnen und Schließen der Spaltöffnungen reguliert die Transpiration und den Austausch von Gasen.
Die stomatäre Transpiration macht den größten Teil der Transpiration aus. Trotz des kleinen Flächenanteils der Spaltöffnungen ist die Transpiration aufgrund des Randeffekts sehr effektiv. Dieser Effekt ermöglicht es, dass Wassermoleküle aus vielen kleinen Öffnungen leichter diffundieren als von einer entsprechenden freien Wasseroberfläche. Da Wassermoleküle auch seitlich aus den Spaltöffnungen austreten können und sich dabei nicht gegenseitig behindern, ist die Verdunstung besonders effektiv. Die hohe Verdunstungsrate ermöglicht somit einen großen Transpirationssog.
Zudem gibt es noch die kutikuläre Transpiration (Transpiration über die Kutikula), die von der Pflanze nicht reguliert werden kann, dafür aber auch nur einen geringen Teil zur Transpiration beiträgt.
Der Austausch von Gasen ist wichtig für die Fotosynthese. Sind die Spaltöffnungen offen, kann das für die Fotosynthese benötigte Kohlenstoffdioxid ($\ce{CO2}$) in das Blatt hineindiffundieren und Sauerstoff ($\ce{O2}$) als eines der Endprodukte hinausströmen.
Regulation der Spaltöffnungen
Die Regulation der Spaltöffnungen hat essenzielle Auswirkungen auf die Pflanze. Somit wird sichergestellt, dass die Pflanze genug Kohlenstoffdioxid für die Fotosynthese bereitgestellt bekommt und der Wasserhaushalt reguliert wird.
Das Öffnen und Schließen von Spaltöffnungen ist von verschiedenen Faktoren abhängig. Zu den wichtigsten Faktoren zählt die Wasserversorgung, die Lichtverfügbarkeit und die Kohlenstoffdioxidkonzentration im Blatt.
Wann öffnen sich die Spaltöffnungen?
Das Öffnen der Spaltöffnungen erfolgt dann, wenn die Temperaturen für die Pflanze optimal sind, genug Wasser zur Verfügung steht und Kohlenstoffdioxid benötigt wird. Da für die Fotosynthese unter anderem Kohlenstoffdioxid benötigt wird, muss dieser in einer ausreichenden Konzentration vorliegen. Wenn die Konzentration dieses Gases zu gering ist, müssen die Spaltöffnungen aufgehen. Nur so kann die Pflanze die benötigte Glucose zur Ernährung synthetisieren.
Aufgrund von Wassereinstrom in die Schließzellen dehnen sich deren unverdickte Zellwandbereiche aus, in der Folge krümmen sich die Zellen und die Pore öffnet sich. Damit Wasser in die Schließzellen überhaupt einströmen kann, muss die osmotische Saugkraft der Schließzellen erhöht werden. Dazu müssen Ionen in die Schließzellen diffundieren. Dies erfolgt aufgrund der geringeren Ionenkonzentration in den noch wasserarmen Schließzellen. In die Schließzellen strömen Kaliumionen ($\ce{K+}$) und Chloridionen ($\ce{Cl-}$). Zudem werden osmotisch aktive, anorganische Malationen synthetisiert. Dadurch kann das Wasser nachströmen.
Wann schließen sich die Spaltöffnungen?
Die Spaltöffnungen werden geschlossen, wenn es zu heiß und zu trocken ist und dementsprechend zu wenig Wasser zur Verfügung steht.
Bei der Schließung der Spaltöffnungen ist es genau andersherum. Die osmotische Saugkraft der Schließzellen sinkt, indem die Ionen aus der Zelle hinausdiffundieren und das Wasser hinterherströmt. Die Synthese von Malationen wird unterbunden. Somit nimmt das Wasservolumen in den Schließzellen ab und die Zellen werden flacher, sodass sich die Poren schließen.
Vor allem an heißen Sommertagen bedeutet die Regulation der Spaltöffnungen Stress für die Landpflanze. Die Pflanze muss zwischen Verhungern – geschlossene Spaltöffnungen wirken der Fotosynthese entgegen und damit der Produktion von Glucose – und Verdursten – geöffnete Spaltöffnungen führen zu Wasserverlust durch Transpiration – wählen. Dies bezeichnet man auch als Dilemma der Landpflanzen.
Je nach klimatischen Bedingungen und Pflanzenart werden die Spaltöffnungen zu unterschiedlichen Tageszeiten geöffnet.
Die nachfolgende Abbildung dient zur Veranschaulichung der Spaltöffnungen. Es wird noch einmal deutlich, welche Vorgänge bei den geöffneten und geschlossenen Spaltöffnungen ablaufen.
Zusammenfassung – Spaltöffnungen
- Spaltöffnungen (Stomata) sind Poren in der Epidermis der Blätter.
- Sie sind von jeweils zwei Schließzellen begrenzt, die ihr intrazelluläres Wasservolumen verändern können. Diese Regulation erfolgt über den Ein- bzw. Ausstrom von Ionen.
- Die Spaltöffnungen regulieren überwiegend die Transpiration sowie den Gasaustausch von Pflanzen.
- Das Dilemma der Landpflanzen: Verhungern oder Verdursten
Du hast gelernt, dass Spaltöffnungen sehr wichtig für die Pflanzen sind, und kannst die Spaltöffnungen beim Mikroskopieren nun auch erkennen. Jetzt hast du einen ersten Einblick über die Biologie der Spaltöffnungen erhalten und kannst im Anschluss dein Wissen mit dem Arbeitsblatt zu Spaltöffnungen überprüfen.
Transkript Funktion der Spaltöffnungen
Hallo! Wenn man ein normales Blatt unter dem Mikroskop anschaut, sieht das so aus. Siehst du die vielen kleinen Poren? Das sind Spaltöffnungen. Aber mit so vielen Poren würde eine Pflanze doch austrocknen, da sie viel Wasser verliert und die wachsige Kutikula, die ein Austrocknen verhindern soll, wäre ziemlich sinnlos. Oder was meinst du?
In diesem Video siehst du, dass die Pflanze die Öffnungsweite der Spaltöffnungen regulieren kann. Und wie das genau funktioniert, siehst du gleich!
Spaltöffnungen sind Poren in der Abschlussschicht des Blattes, der Epidermis. Spaltöffnungen werden auch als Stomata bezeichnet. Diese Poren sind seitlich von zwei speziellen Zellen, den Schließzellen, begrenzt. Diese unterscheiden sich deutlich von den anderen Zellen der Epidermis, da sie eine bohnenförmige Struktur aufweisen und zudem Chloroplasten besitzen
Meistens findet man Spaltöffnungen auf der Blattunterseite eines Blattes. Auf einem Quadratzentimeter Blattfläche liegen über 20.000 Spaltöffnungen; das entspricht etwa 1% der gesamten Blattfläche. Aber warum gibt es überhaupt Spaltöffnungen?
Auf diese Weise kann die Pflanze die Transpiration regulieren. Den größten Anteil an der Transpiration hat die stomatäre Transpiration, die über die Spaltöffnungen erfolgt. Obwohl die Spaltöffnungen nur einen sehr kleinen Anteil an der Gesamtblattfläche ausmachen, beträgt die Transpiration des Blattes 70% der Transpiration einer gleichgroßen Wasserfläche.
Das kann man mit dem so genannten Randeffekt erklären. Das bedeutet, dass Wassermoleküle aus vielen kleinen Öffnungen viel leichter diffundieren können als von einer gleichgroßen Wasseroberfläche. Das liegt daran, dass sich die Teilchen nicht gegenseitig behindern. So ist es nämlich in einer Wasserfläche. Aus den Spaltöffnungen können die Wasserteilchen auch zur Seite die Spaltöffnung verlassen.
Die Verdunstungsrate ist durch Spaltöffnungen trotz des kleinen Anteils an der Gesamtblattfläche also ziemlich groß, so dass ein hoher Transpirationssog garantiert wird. Durch Öffnen und Schließen der Stomata kann die Pflanze die Transpiration verringern oder erhöhen.
Nur ein kleiner Anteil der Gesamttranspiration erfolgt über die Kutikula und wird als kutikuläre Transpiration bezeichnet. Diese kann von der Pflanze nicht reguliert werden.
Auch der Austausch von anderen Gasen wird durch die Spaltöffnungen reguliert. Das ist für die Fotosynthese von Bedeutung. Bei geöffneten Spaltöffnungen, wird Kohlenstoffdioxid für die Fotosynthese aufgenommen und der entstehende Sauerstoff der Fotosynthese wieder abgegeben.
Wir werden uns nun anschauen, wie eine Pflanze ihre Spaltöffnungen öffnen oder schließen kann. Die Schließzellen haben nämlich ungleichmäßig verdickte Zellwände. Wenn Wasser in die Schließzellen einströmt, können sich die unverdickten Zellwandbereiche dehnen. Das führt dazu, dass sich die Schließzellen krümmen und sich die Pore öffnet.
Wenn die Pflanze ihre Spaltöffnungen also öffnen möchte, muss sie die osmotische Saugkraft der Schließzellen erhöhen, damit Wasser in die Schließzellen einströmen kann. Dazu werden verschiedene Ionen wie positiv geladene Kaliumionen und negativ geladene Chloridionen aus den Nachbarzellen in die Schließzellen transportiert. Zudem werden anorganische Malat-Ionen synthetisiert, die ebenfalls osmotisch aktiv sind. Wasser strömt nach und es kommt zum Öffnen der Spaltöffnungen.
Aber wann öffnet und schließt eine Pflanze eigentlich ihre Spaltöffnungen? Das ist von verschiedenen Faktoren abhängig, nämlich von der Wasserversorgung der Pflanze, der Lichtversorgung und der Kohlenstoffdioxid-Konzentration im Blattinnengewebe.
Du kannst Dir sicher gut vorstellen, dass eine Pflanze, wenn es trocken und heiß ist, verhindern möchte, dass sie zu viel Wasser verliert. Daher schließt eine Pflanze ihre Spaltöffnungen, wenn es im Sommer zur Mittagszeit sehr heiß ist. Auch wenn eine Pflanze schlecht mit Wasser versorgt ist, werden die Spaltöffnungen geschlossen.
Auch die Kohlenstoffdioxid-Konzentration spielt eine Rolle. Niedrige Kohlenstoffdioxid-Konzentrationen führen zu einem Öffnen der Spaltöffnungen, da dann Kohlenstoffdioxid aufgenommen und in der Fotosynthese genutzt werden kann.
Auch eine gute Lichtversorgung führt zum Öffnen der Spaltöffnungen. Das bedeutet für die Pflanze, dass sie an heißen Sommertagen sozusagen in einer Zwickmühle ist: Sie muss zwischen einem Öffnen der Spaltöffnungen für die Fotosynthese und einem Schließen der Spaltöffnungen für den Verdunstungsschutz balancieren. Das führt dazu, dass die Spaltöffnungen nachts geschlossen sind, sich am Vormittag öffnen, während der Mittagsstunden wieder etwas schließen und am Nachmittag wieder geöffnet sind.
In diesem Video hast du gelernt, wie eine Pflanze die Transpiration von Wasserdampf und die Aufnahme von Kohlenstoffdioxid regulieren kann, indem sie ihre Spaltöffnungen öffnet oder schließt. Dabei spielt die Konzentration verschiedener Ionen in den Schließzellen eine Rolle, da dies zum Wassereinstrom oder -ausstrom in den Schließzellen führt. Tschüssi!
Funktion der Spaltöffnungen Übung
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Beschreibe, was Spaltöffnungen sind.
TippsDie Epidermis bildet die Abschlussschicht eines Blattes.
LösungDie Spaltöffnungen befinden sich meistens auf der Blattunterseite. Sie sind von kleinen bohnenförmigen Schließzellen umgeben und ermöglichen den Pflanzen den Gasaustausch mit der Umgebung. Durch das Verdunsten von Wasser, die Transpiration, entsteht ein Sog. Dieser wird auch als Verdunstungssog bezeichnet. Dadurch wird Wasser wieder über die Wurzeln in die gesamte Pflanze transportiert. Die Pflanze kann die Stomata, wie die Spaltöffnungen auch genannt werden, schließen und öffnen.
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Beschreibe charakteristische Merkmale der Spaltöffnungen.
TippsÜber die Spaltöffnungen reguliert die Pflanze ihre Transpiration. Es ist also wichtig, dass sie sich öffnen und schließen lassen.
LösungDie Schließzellen umgeben die Spaltöffnungen. Sie besitzen unverdickte Zellwandbereiche, diese sind dehnbar. Wenn sich die Schließzelle krümmt, öffnet sich die Pore. Wenn die Pflanze die Pore öffnen will, muss sie die osmotische Saugkraft der Schließzellen erhöhen, so strömt Wasser in die Schließzellen ein. Dazu werden positiv geladene Kaliumionen oder negativ geladene Chloridionen aus den Nachbarzellen in die Schließzellen transportiert.
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Erläutere, was beim gezeigten Versuch passieren wird.
TippsDie Wurzeln der Pflanze werden weiter Wasser aufnehmen.
LösungSchon nach kurzer Zeit wird die Innenseite der Tüte beschlagen, es bilden sich kleine Wassertröpfchen.
Die Pflanze nimmt auch unter der Tüte über ihre Wurzeln Wasser auf. Ein Teil des Wassers entweicht über die Blätter als Wasserdampf. Dieser verdunstet über die Stomata. Da der Wasserdampf nicht entweichen kann, reichert er sich in der Luft an. Nach kurzer Zeit ist dann mehr Wasserdampf in der Luft, als sie aufnehmen kann. Der gasförmige Wasserdampf bildet sich in Tröpfchen um, die dann an der Innenseite unserer Tüte sichtbar werden.
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Erkläre, welche Anpassungen man bei den Spaltöffnungen findet.
TippsDer Farn ist eine Feuchtpflanze. Er wächst an Orten mit hoher Luftfeuchtigkeit.
Die Seerose ist eine typische Wasserpflanze.
LösungDer Kaktus wächst dort, wo es sehr trocken ist. Damit seine Transpiration gering ist, sind seine Spaltöffnungen eingesenkt. So sind sie gut vor direkter Sonne und Wind geschützt.
Anders ist dies bei Pflanzen, die dort wachsen, wo es viel Wasser gibt. Zum Beispiel bei Feuchtpflanzen. Sie besitzen Anpassungen, die ihnen die Transpiration erleichtern. Ihre Spaltöffnungen sind emporgehoben und befinden sich, wie bei vielen anderen Pflanzen auch, auf der Blattunterseite.
Es gibt aber Pflanzen, deren Spaltöffnungen liegen auf der Blattoberseite. Bei Wasserpflanzen ist dies der Fall. Die Seerose besitzt in ihren Blättern ein Gewebe, das Luft speichert. Dies führt zum Auftrieb und sie kann schwimmen. Da also unter ihr Wasser ist, könnte sie keinen Kohlenstoffdioxid aufnehmen, wenn die Spaltöffnungen auf der Blattunterseite wären.
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Bestimme, wann die Pflanze die Stomata öffnet bzw. schließt.
TippsWenn viel Wasser im Boden ist, dann kann die Pflanzen viel Wasser verdunsten lassen.
LösungOb die Pflanze ihre Spaltöffnungen schließt oder öffnet, ist abhängig von
der Wasserversorgung: Wenn viel Wasser vorhanden ist, öffnet die Pflanze die Stomata. Wenn wenig Wasser vorhanden ist, schließt die Pflanze die Stomata.
den Lichtverhältnissen: Wenn gute Lichtverhältnisse herrschen, werden die Stomata geöffnet, ist es dunkel, werden sie geschlossen.
der Kohlenstoffdioxid-Konzentration im Blattgewebe: ist die Konzentration niedrig, werden die Stomata geöffnet.
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Beschreibe den Aufbau eines Laubblatts.
TippsVon „Palisaden“ spricht man, weil die Struktur an einen Palisadenzaun erinnert.
LösungDie Epidermis befindet sich auf der Blattunter- und -oberseite. Sie ist von einer wachsähnlichen, wasserdurchlässigen Schicht (Kutikula) überzogen. Diese beiden Schichten schützen das Blatt vor dem Austrocknen und vor Verletzungen. Darunter liegen im Palisadengewebe zahlreiche Chloroplasten. Im Schwammgewebe liegen viele Interzellularräume. Die Spaltöffnungen befinden sich beim Laubblatt auf der Unterseite.
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ganz gut
ZU viele Fachwörter, die nicht erklärt wurden sind.
Trotzdem ist es hilfreich.
sehr sehr hilfreich, vielen Dank
super gut erklärt sehr hilfreich!!!
Vielen Dank, ein sehr gut erklärtes Video!