1. Transpirationsmessungen - Entdeckung der stomatären und kutikulären Transpiration

2. Mikroskopie der Spaltöffnungen (Stomata) / Schließmechanismus
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Transpirationsmessungen - Entdeckung der stomatären und kutikulären Transpiration

Praktisch-experimenteller Teil ( I ):

• Zusammenbau eines Transpirationsmessers
• "Potometer" (Anleitung siehe bei Beck : Unterrichtsreihe Pflanzenphysiologie ) oder
• eine Waage mit Genauigkeit O,OO1 besser noch O,OOO1 g
• Die Transpirationsmesser werden mit Zweigen beschickt , es bieten sich an : Eiche, Hainbuche und Blaues Lieschen (Exacum).
• Am Ende der 1O minütigen Messung wird die Gesamtblattfläche mittels Millimeterpapier ermittelt. Da die Blattflächen für die Transpiration verantwortlich sind.
• Den im folgenden dargestellten Ergebnissen werden die Masseermittlungen mit der Waage zu Grunde gelegt.
• Hinweis: Zur Massebestimmung wird ein Becherglas mit Wasser auf die Waage gestellt, anschließend mit einem beblätterten Pflanzenzweig beschickt und nun die Wasseroberfläche mit Öl beschichtet, um die Verdunstung von der Wasserfläche auszuschließen.

Zur besseren Darstellung wurden die Massen zur Zeit O gleichgesetzt und dann entsprechend der im Zeitintervall transpirierten Menge die gemessenen Massen neu berechnet. Aus der Grafik läßt sich auf die gleichmäßig verlaufende Transpiration während der 1O Minuten schließen ( Die Stufenabsätze der Säulen sind gleich hoch.) Bei Belichtung steigt die Transpiration an. Einen Vergleich der Pflanzen läßt die Darstellung nicht zu, eine Bezugsbasis fehlt.

Problem:   fehlende Bezugsbasis zur Vergleichbarkeit der Pflanzen

Lösung:     Darstellung der transpirierten Masse pro Zeit pro Blattflächeneinheit

                             Einheit:     mg / min*cm²

Vergleich der Transpiration an Eiche und am Blauen Lieschen

Eiche: 16,9mg/8 min/72,8 cm²  Lieschen (normal) : 13mg/8 min/17,86 cm² (Licht) : 14,96mg/8 min/17,86 cm² .
 
 

Unter gleichen Bedingungen (Temperatur, Belüftung, Lichtstärke, Luftfeuchtigkeit ...) ist die Transpiration beim Lieschen ca. dreimal so hoch wie bei der Eiche. Standortvorhersage: Das Lieschen lebt an feuchteren Standorten als die Eiche. (Ein höheres Wasserangebot im Boden führt zu stärkerer Transpiration.)

Aufgabe: Berechnung der Wasserabgabe eines Eichenbaumes pro Tag

• Annahme zur Vereinfachung: gleiche Transpiration über den gesamten Tag
• Grundlage der Berechnung sind die Literaturwerte einer 115jährigen Rotbuche, die der Gesamtausdehnung einer Eiche ähnelt => Blattzahl 25O OOO ,   Gesamtblattfläche 15OO m² , Wasserabgabe bis 6OO l an einem Sonnentag

( nach W. Nachtigall: Funktionen des Lebens , Heyne Verlag, München, 1977, S. 72 f)

Praktisch-experimenteller  Teil ( II ):

•  exemplarisch wird das Lieschen weiter untersucht
• Hierzu werden die Blattunterseiten bzw. Blattoberseiten vor einer erneuten Transpirationsmessung mit Fett (z.B. mit Schlifffett) beschmiert und dann 1O min lang mit der Waage die Masseverluste bestimmt.

Die Wasserabgabe verläuft hauptsächlich über die Blattunterseite ( hier sind Wasser abgebende Spaltöffnungen zu finden ) = stomatäre Transpiration . Die Wasserabgabe durch die Blattoberseite wird durch eine Kutikula (wachsartige Schutzschicht) stark eingeschränkt  = kutikuläre Transpiration . Der Anteil der kutikulären Transpiration an der gesamten Transpiration liegt bei nur ca. 1O %.

Weitere Schlußfolgerungen
 

• Da bei Licht eine stärkere Transpiration gemessen wurde, folgt => Bei Dunkelheit sind die Spaltöffnungen (Stomata) geschlossen, die Transpiration also sehr gering.

• Verschmutzungen durch Staub, Abgase u.ä. verschmieren die Spaltöffnungen und stören somit den Wasserhaushalt der Pflanze bzw. andere Stoffwechselvorgänge

• Die Spaltöffnungen sollten mit dem Mikroskop sichtbar "gemacht werden" können.

Mikroskopieraufgaben: ( Objekt: Exacum , Blaues Lieschen)
 
 

Tätigkeit	Ergebnis
1. Flächenschnittpräparat von der Blattunterseite	Spaltöffnungen auf der Unterseite = hypostomatisches Blatt zu sehen , Epidermiszellen sind stark gelappt und ineinander verzahnt,  Abb. untere Epidermis mit Stomata: 1- Epidermiszelle, 2 - Chloroplast, 3 - Schliesszellen, 4 - Zentralspalt (Spaltöffnung = Stoma), 5 - Nebenzelle, 6 - Zellwand, 7 - gehört zum sogenannten Spaltöffnungsapparat

 

Abb. untere Epidermis mit Stomata     Schülerzeichnung (Vergrößerung 1O * 4O , 4OOfach)	Bild 1 und 2: Schließmechanismus der Stomata

 Berechnung der Stomataanzahl pro cm² und Anteil an der Gesamtblattfläche

1. Berechnung der Fläche des Mikroskopausschnittes

Wegen der Kreisfläche ( pi * d ²/ 4 )   und des gemessenen Durchmessers von 331,1 Mikrometer , ergibt sich für den Mikroskopausschnitt 86O57,36 Quadratmikrometer = O,O86O57 mm².

2. Stomataanzahl

In O,O86O57 mm² befinden sich 19 Spaltöffnungen ( s.o. Tätigkeit 4.), daraus folgen für 1mm² 22O,78 Stomata und 1 cm² 22O78 Stomata.

3. Berechnung der Stomatafläche

Für die ovale Stomataöffnung wird zur Vereinfachung eine Rechteckfläche angenommen.
Es folgt aus O,O1925 mm * O,OO866 mm = 1,667O5 ^. 1O^{- 4} mm² .bzw. 1,667O5 ^. 1O^{- 6} cm² .
(s.o. Tätigkeit 3: 19,25Mikrometer und 8,66 Mikrometer )

4. Berechnung des Anteils der Stomatafläche an der Gesamtblattfläche

Da pro cm² 22O78 Stomata liegen, ergibt sich infolge von 1,667O5 ^. 1O^{- 6} cm² * 22O78 =
3,68O5  ^. 1O^{- 2} cm².

Das bedeutet:
Nur 3,68 % Stomatafläche der Gesamtblattfläche bewerkstelligen die gesamte Transpiration .

Hinweis:
Dennoch transpiriert eine Blattfläche ca. bis 7O % einer gleichgroßen Wasserfläche. Ursache ist der Randeffekt.
= Ein Effekt, der an den Stomata der Blätter eintritt, hier kann aufgrund des Düseneffektes relativ viel Wasser durch die kleine Stomafläche durchtreten und in alle Richtungen diffundieren.
 
 

Tätigkeit	Ergebnis
5. untere Epidermis mit Spaltöffnungen in destilliertem Wasser	Die Spaltöffnungen sind weit geöffnet. In die Schließzellen strömt Wasser ein, sie krümmen sich daher nach außen. Die Verdickungsleisten (= Zellwandausbildungen) der Schließzellen verhindern das Krümmen nach innen zum Spalt hin. ( s. Bild 1)
6. wie unter 5. nur Durchsaugen von KNO3- Lösung durchs Präparat	Die Spaltöffnungen schließen sich. Aus den Schließzellen fließt Wasser heraus, infolge der hohen Salzkonzentration außerhalb. Die Schließzellen erschlaffen und die Verdickungsleisten treffen zusammen und schließen somit den Spalt. (s. Bild 2)

Schlußfolgerung aus den bisherigen Ergebnissen über die Arbeit der Spaltöffnungen

Die Stomaschließung wird durch Dunkelheit (und z.B. zu hohe innere Kohlenstoffdioxid-Konzentration) hervorgerufen. Hier könnten damit verbundene Konzentrationsänderungen der Ionen , z.B. K⁺, für den Wasserausstrom aus den Schließzellen verantwortlich sein, und somit die Stomaschließung bewirkt.
 
 

Autor : StR Holger Schickor mit Lk 11 Bio
 
 

© StR Holger Schickor    letzte Änderung 27.O9.1998