Schotten dicht oder nicht?

Wachs beeinflusst Überlebensstrategie von Wüstenpflanzen

10.05.2019 | von Redaktion Pflanzenforschung.de

Die Wüstenpflanze Koloquinte bringt melonenähnliche Früchte hervor. (Bildquelle: © Markus Riederer / Universität Würzburg)
Die Wüstenpflanze Koloquinte bringt melonenähnliche Früchte hervor. (Bildquelle: © Markus Riederer / Universität Würzburg)

Die Dattelpalme und die Koloquinte sind zwei Wüstenpflanzen, die beide mit Hitze und wenig Wasser zurechtkommen müssen. Doch sie haben entgegengesetzte Strategien entwickelt, um in dieser Umgebung zu überleben. Warum die Wachszusammensetzung der Blattoberfläche dafür von Bedeutung ist, haben Wissenschaftler der Universität Würzburg nun herausgefunden.

Wüstenpflanzen leben in einer eher ungastlichen Umgebung. Sie haben mit hohen Temperaturen und Wassermangel zu kämpfen. Um nicht auszutrocknen, tragen die Blätter eine Schutzschicht aus Wachs, die Cuticula. Sie schützt vor Austrocknung, indem sie die Verdunstung von Wasser bremst, und bietet Schutz vor Mikroben und Schmutz. Sie ist wie ein Regencape, an dem Wasser abperlt. „Die Wasserdurchlässigkeit einer Cuticula ist noch geringer als eine Plastikfolie“, beschreibt Professor Markus Riederer von der Universität Würzburg.

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Die Würzburger Biologen Markus Riederer (links) und Amauri Bueno (rechts) fanden heraus, warum die Blätter der Dattelpalme selbst bei Temperaturen von über 50 Grad nicht vertrocknen.

Quelle: © Universität Würzburg

Wichtig für den Wasserhaushalt der Pflanze sind kleine Poren in der Cuticula – die Stomata. Sind sie geöffnet, nehmen sie Kohlendioxid auf, was die Pflanze für die Photosynthese und das Wachstum benötigt. Die Krux ist nur, dass dabei auch gleichzeitig Wasser aus den Poren verdunstet. Für Wüstenpflanzen kann das schnell zum Verhängnis werden.

Zwei Strategien, ein Ziel = Überleben

Es gibt unterschiedliche Strategien, wie Pflanzen in trockenen und heißen Gebieten mit dieser Problematik umgehen. Die Koloquinte (Citrullus colocynthis), eine wilde Verwandte der Wassermelone, ist eine „Wasserverschwenderin“: Sie öffnet bei hohen Temperaturen ihre Poren und „schwitzt“. Durch die Transpiration und die dadurch entstehende Verdunstungskälte kühlt sie ab – ähnlich wie wir Menschen.

Ihre Blätter können so um bis zu 15 Grad Celsius kühler sein als die Umgebungsluft. Um nicht auszutrocknen, benötigt sie daher Wassernachschub und den bekommt sie über ihre Wurzeln. Die Koloquinte hat nämlich lange Pfahlwurzeln, die Wasser auch in tiefen Bodenschichten erreichen können.

Ganz anders die Echte Dattelpalme (Phoenix dactylifera). Dattelpalmen sind „Wassersparer“: Sie schließen ihre Stomata bei Hitze. Der Nachteil ist, dass ihre Blätter sich dadurch auf über 50 Grad erhitzen können. Warum sie nicht austrocknen, haben Forscher der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) nun genauer untersucht.

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Die Koloquinte, mit der Otto Ludwig Lange 1956 experimentierte, ist bis heute erhalten. Sie befindet sich im Würzburger Herbarium.

Quelle: © Markus Riederer / Universität Würzburg

Auf die Wachsmischung kommt´s an

Das Forschungsteam untersuchte dafür die Wasserdurchlässigkeit und die Zusammensetzung der Wachsschicht auf der Blattoberfläche dieser beiden Wüstenpflanzen. Dabei stellten sie eine Gemeinsamkeit fest: Das Wachs der Cuticula besteht bei beiden hauptsächlich aus sehr langkettigen aliphatischen Kohlenwasserstoffen.

Allerdings unterscheiden sie sich in ihren Eigenschaften deutlich: Das Wachs der Dattelpalme ist viel undurchlässiger für Wasser als das der Koloquinte. Außerdem schmilzt es nicht so schnell. Zwei Vorteile für die Dattelpalme.

Das Wachs der Koloquinte schmilzt im Temperaturbereich von 60 bis 80 Grad, während das Wachs der Dattelpalme erst bei etwa 70 ° C weich wird und bei 88 ° C vollständig geschmolzen ist. Deshalb kann die Dattelpalme ein Wassersparer sein. Der Schmelzpunkt ist höher, weil die Kohlenstoffketten der Dattelpalme von zusätzlichen Molekülen (Esterketten) zusammengehalten werden. Unklar ist jedoch, warum die Haut der Dattelpalme weniger Wasser durchlässt als die der Koloquinte.

In memory of Otto Ludwig Lange

Die Studie im „Journal of Experimental Botany“ ist Otto Ludwig Lange (*1927- †2017) gewidmet. Er war Inhaber des Lehrstuhls für Botanik an der Universität Würzburg und etablierte das Forschungsfeld der Ökophysiologie. Lange interessierte sich zeitlebens für die Anpassungen von Pflanzen an ihre Umgebung und erforschte dabei auch Wüstenpflanzen.

Er entdeckte in den 50er-Jahren, dass sich Pflanzenblätter in der Wüste auf bis zu 56 Grad erhitzen können. Warum sie dies ohne zu vertrocknen können, war für ihn noch ein Rätsel. Nun haben seine Würzburger Nachfolger ein wenig Licht ins Dunkel gebracht. Auch Lange forschte an der Koloquinte – sein Versuchsmaterial befindet sich noch heute im Würzburger Herbarium.

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