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Kompaktlexikon der Biologie: Wasserpotenzial

Wasserpotenzial, Abk. Ψ, die universell anwendbare thermodynamische Größe für die Wassersättigung eines Systems, die in der Pflanzenphysiologie auf Pflanzen bzw. deren Organe, aber auch auf Pflanzenzellen sowie den Boden oder die Luft bezogen werden kann. Zwischen Systemen mit unterschiedlichem W. erfolgt ein Wassertransport zum System mit dem niedrigsten, negativen W. hin. Das W. ist definiert als das chemische Potenzial des Wassers dividiert durch das molare Volumen. Die Einheit des W. wird deshalb als Druck (z.B. Pascal) angegeben. Wie auch das chemische Potenzial ist das W. eine relative Größe, die als Differenz zwischen dem Potenzial eines gegebenen Zustandes mit dem Standardzustand angegeben wird. Er ist für pflanzenphysiologische Untersuchungen i.d.R. reines Wasser bei atmosphärischem Druck und gleicher Höhe über NN. Das W. lässt sich für Pflanzenzellen mit einem wässrigen Inhalt wie folgt definieren:

Ψ= -π + P

Dabei beschreibt -π den Einfluss der gelösten Substanzen (osmotischer Druck) und P den hydrostatischen Druck im Zellinnern, den Turgordruck (Turgor). Alternativ wird in der Fachliteratur anstatt von – π das osmotische Potenzial ΨS verwendet, das sich im Vorzeichen vom osmotischen Druck unterscheidet. Prinzipiell müsste als weiterer Faktor die Schwerkraft in die Wasserpotenzialgleichung einfließen, sie ist bei den meisten Pflanzen jedoch vernachlässigbar klein. ( vgl. Abb. )

Bei Böden, Samen und trockenen Zellwänden muss das so genannte Matrixpotenzial t bzw. ΨM berücksichtigt werden, da adsorptive Effekte von Wasser an Oberflächen dessen Verfügbarkeit beeinträchtigen können. Eine wassergesättigte Pflanzenzelle weist gleich großen osmotischen Druck und Turgordruck auf, sodass das W. dieser Zelle Ψ= 0 ist. In einem hypertonischen Medium verliert die Zelle aufgrund von Osmose Wasser, wobei es zur Plasmolyse kommen kann. P ist dann = 0 und das W. wird dann nur durch – π bestimmt. Das W. ist ein guter Indikator zur Charakterisierung des pflanzlichen Wasserhaushaltes und somit des Gesamtzustandes einer Pflanze in Bezug auf Wachstum (Streckungswachstum), Umweltfaktoren (Dürrestress) und Ernteerträge, da Pflanzen in das W.-Gefälle zwischen Boden und Luft „eingespannt“ sind (Transpiration). Aus diesem Grund stehen eine Reihe von Verfahren zur Bestimmung des W. zur Verfügung. Neben dem Psychrometer kann das W. auch mit Hilfe einer Druckkammer bestimmt werden ( vgl. Abb. ). Sie misst den negativen hydrostatischen Druck (=Sog) im Xylem der meisten Pflanzen, da davon ausgegangen wird, dass dieses in etwa dem W. der Gesamtpflanze entspricht. Das zu messende Organ (z.B. Blatt) wird zunächst abgetrennt und mit der Schnittfläche nach außen in die Druckkammer eingespannt, die mit einem komprimierten Gas gefüllt werden kann. Dieses wird so lange in die Druckkammer eingeleitet, bis durch den Überdruck Wasser an der Schnittfläche austritt. Der Ausgleichsdruck hat denselben Wert – allerdings mit entgegengesetztem Vorzeichen – wie P des Xylems. Ist zudem π bekannt, kann das W. gut abgeschätzt werden.



Wasserpotenzial: Die Pflanze im Wasserpotenzialgefälle zwischen Boden und Luft. Die Werte für das Wasserpotenzial der Luft gelten für eine Temperatur von 20 °C. Die anderen Werte beziehen sich auf Böden und Kulturpflanzen der feucht-gemäßigten Klimate (nach Larcher, W. Ökophysiologie der Pflanzen, 1994 und Willert, D.J. et al.: Experimentelle Pflanzenökologie, Grundlagen und Anwendungen, 1995)



Wasserpotenzial: Bestimmung des Wasserpotenzials mit Hilfe der Druckkammer. (A) Intakter Schössling, das Xylem besitzt ein negatives Wasserpotenzial. (B) Nach dem Schnitt wird das Wasser durch den Sog ins Xylem zurückgezogen. (C) Durch Anlegen eines Überdrucks gelangt das Wasser zurück an die Schnittfläche

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Thomas Birus, Kulmbach (Der globale Mensch und seine Ernährung)
Dr. Daniel Dreesmann, Köln (Grün ist die Hoffnung - durch oder für Gentechpflanzen?)
Inke Drossé, Neubiberg (Tierquälerei in der Landwirtschaft)
Professor Manfred Dzieyk, Karlsruhe (Reproduktionsmedizin - Glück bringende Fortschritte oder unzulässige Eingriffe?)
Professor Dr. Gerhard Eisenbeis, Mainz (Lichtverschmutzung und ihre fatalen Folgen für Tiere)
Dr. Oliver Larbolette, Freiburg (Allergien auf dem Vormarsch)
Dr. Theres Lüthi, Zürich (Die Forschung an embryonalen Stammzellen)
Professor Dr. Wilfried Wichard, Köln (Bernsteinforschung)

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