Pflanzen-Basics: Trockenheitstoleranz – was in der Pflanze abgeht

Eine Frage, die für den Gartenbauer völlig uninteressant sein mag, Wissenschaftler aber lange fasziniert und umgetrieben hat, ist diese: Welche Eigenschaften erlauben es den einen Pflanzen, längere Trockenphasen schadlos zu überstehen, während die anderen verdorren und absterben?

Viele Pflanzen, die große Trockenheit ertragen können, haben kleine, harte und/oder dünne Blätter. Das bedeutet nichts weiter, als dass ihre Zellen, vor allem die Zellen auf der Außenseite der Pflanzen, harte, feste Zellwände haben. Diese Zellen sind nicht elastisch, und dadurch verlieren die Pflanzen bei Trockenheit zwar Wasser, aber das Zellgerüst kollabiert nicht. Problematisch ist diese Art der Trockenheitstoleranz manchmal, da die Form der Pflanze zwar aufrecht erhalten bleibt, die Zellen selbst aber schrumpfen und austrocknen können.

Eine andere Option, bei Trockenheit die Form zu wahren, ist, den Turgor in der Zelle aufrecht zu erhalten. Dazu sollte man nun wissen, was der Turgor ist – siehe die Graphik unten. In kurzen Worten: Der Turgor ist der Druck, der von innen auf die Wand einer Zelle ausgeübt wird, und er hängt davon ab, wie viel Flüssigkeit sich in der Zelle befindet. Je mehr Flüssigkeit in die Zelle eindringt, desto höher wird der Turgor – bis im ungünstigsten Fall die Zelle platzt.

Wie viel Flüssigkeit von der Außenseite in die Zelle tritt, hängt vom osmotischen Druck ab, also dem Druck entlang eines Konzentrationsgefälles. In einfachen Worten in einem einfachen Beispiel: Zwei Behälter sind durch eine Membran getrennt, die nur Wasser passieren lässt. Im einen Behälter befindet sich reines Wasser, im anderen Behälter eine Salzlösung. Der osmotische Druck beschreibt hier die Tendenz des reinen Wassers, durch die Membran auf die Seite der Salzlösung zu diffundieren, um den Konzentrationsunterschied der Salzmoleküle auszugleichen. Das ist ein passiver Prozess, der ganz ohne äußere Einwirkung abläuft.

Wie hängen nun Turgor, osmotischer Druck und der Schutz von Pflanzen vor Austrocknung zusammen? Viele trocken- und hitzeresistente Pflanzen sind in der Lage, die Salzkonzentration im Inneren der Zelle zu erhöhen. Damit verringern sie den osmotischen Druck zwischen Zellinnerem und umgebenden Strukturen. Verdunstet also durch Hitze und Trockenheit Wasser in diesen Strukturen, werden die Zellen dadurch nicht „leergesogen“, der Turgor bleibt aufrechterhalten. Die Zellen behalten ihr Wasser und können weiterhin Photosynthese betreiben oder sonstige Aufgaben erledigen.

Viele Pflanzen trotzen Hitze und Trockenheit also durch hohe Salzkonzentrationen im Inneren der Zelle. Tatsächlich lässt sich an der Salzkonzentration zuverlässig ablesen, ob Pflanzen in trockenen Gebieten vorkommen oder nicht.

Dummerweise gibt es auch hier Ausnahmen: Agaven und Kakteen. Beide haben niedrige Salzkonzentrationen in den Zellen und elastische Zellwände. Sie bestehen allerdings zum größten Teil aus Wasserspeicherzellen und können sich den Wasserverlust während langer Trocken- und/oder Hitzephasen schlichtweg leisten.

Siehe hierzu auch den Artikel über Sukkulente.

Wer tiefer in die Details einsteigen will, wird zum Beispiel auf Startpage.de mit diesen Suchwörtern fündig: pflanzliche Zelle, Vakuole.