Wassertransport in der Pflanze

Pflanzen bestehen zu einem großen Teil aus Wasser und benötigen es für fast alle Lebensvorgänge, etwa für die Fotosynthese, den Transport von Nährstoffen und die Stabilität ihrer Zellen. Da Wasser fast ausschließlich über die Wurzeln im Boden aufgenommen wird, muss es von dort bis in die entferntesten Blätter transportiert werden.

Anders als Tiere besitzen Pflanzen kein Herz, das Flüssigkeit durch den Körper pumpt. Stattdessen nutzen sie ein Zusammenspiel aus Wurzeldruck, Kapillarkräften und dem Sog der verdunstenden Blätter, um Wasser oft mehrere Meter oder sogar über zehn Meter hoch zu transportieren, etwa bei großen Bäumen.

Ein häufiger Fehler ist die Annahme, Wasser werde in der Pflanze aktiv wie mit einer Pumpe nach oben gedrückt. Tatsächlich beruht der Haupttransport auf physikalischen Effekten wie Verdunstung und Kapillarwirkung, nicht auf einer aktiven Pumpleistung einzelner Zellen.

Am Anfang des Wassertransports stehen die Wurzelhaare, feine Ausstülpungen der Wurzelzellen, die die Oberfläche der Wurzel stark vergrößern. Sie nehmen Wasser mit darin gelösten Mineralstoffen aus dem Boden auf und leiten es in Richtung der zentralen Leitbündel der Wurzel weiter.

Von dort gelangt das Wasser in das Xylem, ein Leitgewebe aus toten, röhrenförmigen Zellen, das sich durch die ganze Pflanze bis in die Blattadern zieht. In diesen sehr engen Röhren wirken Kapillarkräfte, die das Wasser ein Stück weit von selbst nach oben ziehen, ähnlich wie bei einem dünnen Strohhalm.

Den größten Teil der Transportkraft liefert jedoch der Sog, der entsteht, wenn Wasser an den Blättern verdunstet. Da alle Wassermoleküle im Xylem durch Wasserstoffbrücken aneinanderhaften, zieht das verdunstende Wasser oben gewissermaßen die nachfolgenden Wassersäulen wie an einer durchgehenden Kette nach oben.

Der größte Teil des von der Wurzel aufgenommenen Wassers wird von der Pflanze nicht behalten, sondern über die Blätter wieder an die Luft abgegeben. Diesen Vorgang nennt man Transpiration. Bei vielen Pflanzen verdunsten auf diese Weise über 90 Prozent des aufgenommenen Wassers.

Die Transpiration findet vor allem über kleine Öffnungen in der Blattoberfläche statt, die Spaltöffnungen genannt werden. Sie liegen meist auf der Blattunterseite und werden von zwei Schließzellen umgeben, die die Öffnung je nach Bedarf vergrößern oder verkleinern können.

Die Transpiration erfüllt neben dem Wassertransport noch eine zweite wichtige Aufgabe: Sie kühlt das Blatt, ähnlich wie Schwitzen den menschlichen Körper kühlt, und ermöglicht gleichzeitig die Aufnahme von Kohlenstoffdioxid für die Fotosynthese, weil dieselben Öffnungen dafür genutzt werden.

Viele Pflanzen aus trockenen Lebensräumen haben besondere Anpassungen entwickelt, um Wasserverlust zu verringern, etwa dicke Wachsschichten auf den Blättern, kleinere Blattflächen oder Dornen statt breiter Blätter wie bei Kakteen. Solche Anpassungen verringern die Verdunstungsfläche oder verstärken die Abdichtung gegen Wasserverlust.

Auch die Anzahl und Verteilung der Spaltöffnungen unterscheidet sich zwischen Pflanzenarten. Wasserpflanzen, die im feuchten Milieu leben, tragen oft besonders viele Spaltöffnungen, während Wüstenpflanzen nur wenige und meist tief eingesenkte Spaltöffnungen besitzen, um Wasserverlust zu minimieren.