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News: Was steuert die Bewegungen der Spaltöffnungen?

Auch Pflanzen müssen atmen: Gase aus der Umgebung aufnehmen oder Wasserdampf abgeben. Sie tun dies über die so genannten Spaltöffnungen, die meistens auf der Blattunterseite liegen. Doch wie kann die Pflanze steuern, wie weit sie diese Poren öffnet oder schließt? In Experimenten konnten Wissenschaftler belegen, dass der Calciumspiegel in den angrenzenden Schließzellen eine wichtige Rolle dafür spielt. Sie deckten dabei auch zwei Mechanismen auf, mit denen über den Calciumgehalt die Reaktion und die Dauer der Porenschließung bestimmt wurde.
Die Oberfläche von Pflanzenblättern ist weitgehend dicht. Wasser zum Beispiel tropft einfach von der schützenden Schicht ab. Doch muss die Pflanze Gase mit ihrer Umgebung austauschen wie etwa Wasserdampf abgeben oder Kohlendioxid aus der Luft für die Photosynthese aufnehmen. Dazu finden sich meistens an der Blattunterseite die so genannten Spaltöffnungen. Sie stellen die Verbindung zwischen der Außenluft und dem luftgefüllten Adersystem im Blatt her. Spaltöffnungen sind nicht einfach Löcher im Gewebe, sondern kompliziert gebaute Einrichtungen, deren Öffnen und Schließen von verschiedenen Faktoren wie Licht, Temperatur und Feuchtigkeit gesteuert wird.

Auf einem Quadratmillimeter Blattfläche finden sich zwischen hundert und tausend solcher Spaltöffnungen. Bei normaler Öffnung werden nur etwa ein bis zwei Prozent der Oberfläche freigelegt, doch findet der überwiegende Teil des Gasaustausches mit der Umgebung an den Spaltöffnungen statt. Hauptbestandteil des Spaltöffnungsapparats sind die eigentlichen Schließzellen, die sich bei Druckanstieg durch Flüssigkeitseinstrom wölben und dabei eine Öffnung freigeben. Bei hoher Temperatur zum Beispiel werden die Öffnungen geschlossen, damit die Pflanze nicht zu viel Wasser verliert. Die Schließzellen nehmen jedoch auch Signale aus der Pflanze selbst auf, um die Öffnung der Poren zu regulieren. Wissenschaftlern war bereits bekannt, dass Schwankungen im Calciumspiegel der Schließzellen eine wichtige Komponente bei der Regulation der Spaltöffnungen bilden.

In Experimenten haben Karin Schumacher von der Universität Tübingen gemeinsam mit Kollegen von der University of California und der Technischen Universität München nun die Schwankungen im Calciumspiegel der Schließzellen bei der Ackerschmalwand (Arabaidopsis thaliana) simuliert und dabei zwei Mechanismen der von Calcium abhängigen Porenschließung festgestellt: Zum einen schlossen sich die Spaltöffnungen jedes Mal schnell und für kurze Zeit, wenn der Calciumspiegel erhöht wurde. Zum anderen wurde in Abhängigkeit von der Häufigkeit, der Dauer und Stärke der Schwankungen im Calciumspiegel auch der langfristige Schließungszustand der Poren gesteuert.

Die Forscher wollen mit den Untersuchungen an den Spaltöffnungen der Blätter die grundsätzlichen Mechanismen aufklären, die an der Regulation der Öffnung und Schließung beteiligt sind. Auf diesem Weg könnten sie einen besseren Einblick erhalten, warum zum Beispiel bei einigen Nutzpflanzen die Regulation der Spaltöffnungen nicht mehr optimal funktioniert und die Pflanzen besonders anfällig für Trockenschäden sind.

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  • Quellen
Universität Tübingen
Nature 411: 1053–1057 (2001)

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