A2 Dürre und Wasserstress

Thema

Dürre ist die Störung des Wasserhaushalts im System Boden-Pflanze-Atmosphäre. Diese Störung tritt auf, wenn die Verdunstung der umgebenden Luft zunimmt, während die Wasserversorgungskapazität des Bodens für die Wurzeln abnimmt. Je höher die Verdunstung und je geringer die Wasserversorgungskapazität des Bodens ist, desto stärker ist die Störung des Wasserhaushalts und desto schwerwiegender die Dürre, der die Pflanze ausgesetzt ist.

Diese Störung des Wasserhaushalts führt zu einem Absinken des Wasserpotenzials der Blätter. Je größer die Differenz zwischen der Verdunstung und der Wasserversorgungskapazität des Bodens ist, desto stärker sinkt das Wasserpotenzial der Blätter. Je nachdem, wie stark das Wasserpotenzial sinkt, löst dies eine Kaskade physiologischer Reaktionen in der Pflanze aus, die nacheinander bei unterschiedlichen Schwellenwerten aktiviert werden.

Der erste Schwellenwert, den das Wasserpotenzial der Blätter beim Sinken unterschreitet, führt zum Schließen der Stomata. Dadurch begrenzt die Pflanze die Abgabe von Wasserdampf an die Luft. Sinkt das Blattwasserpotenzial weiter, verliert die Pflanze ihren Turgor. Dieser Turgorverlust hemmt das Pflanzenwachstum, bevor das Blattwasserpotenzial den Schwellenwert erreicht, ab dem die Photosynthese beeinträchtigt wird: Das Wachstum verlangsamt sich also, bevor die Photosynthese einsetzt. Fällt das Blattwasserpotenzial innerhalb der Pflanze weiter unter den Schwellenwert, der die Photosynthese beeinflusst, kommt es im Xylem zu einer Xylemembolie: Luftblasen, sogenannte Kavitation, unterbrechen die Kanäle, durch die Wasser von der Wurzel zum Blatt aufsteigt. Die Xylemembolie verringert die Fähigkeit der Pflanze, Wasser im Blatt nachzufüllen, wodurch das Blattwasserpotenzial noch anfälliger für einen weiteren Abfall wird.

Fällt das Blattwasserpotenzial unter einen bestimmten Schwellenwert, ist die Xylemembolie kein isoliertes Ereignis mehr, sondern es kommt zu irreversiblen Zellschäden im Pflanzengewebe. Wird die Störung des Wasserhaushalts nicht vorher behoben, stirbt die Pflanze ab.

Die Reihenfolge und Intensität, mit der Stomataschluss, Wachstumshemmung, Xylemembolie und irreversible Zellschädigung ausgelöst werden, hängen von der isohydrischen oder anisohydrischen Strategie der Pflanzenart ab: Eine isohydrische Art löst den Stomataschluss bei noch hohem Blattwasserpotenzial aus und erhält so ein relativ stabiles Blattwasserpotenzial aufrecht, allerdings auf Kosten eines früheren Wachstumsstillstands. Eine anisohydrische Art hingegen verzögert den Stomataschluss und lässt das Blattwasserpotenzial deutlich weiter sinken, bevor sie reagiert. Dadurch wird sie anfälliger für Xylemembolie und irreversible Zellschädigung.

Kurz gesagt, wird Dürre nicht länger nur eine einfache Störung des Wasserhaushalts im Kontinuum Boden-Pflanze-Atmosphäre sein, sondern wird zu einer spezifischen physiologischen Folge für die Pflanze: Je nach isohydrischer oder anisohydrischer Strategie der Art und je nachdem, wie stark die Störung des Wasserhaushalts ist, kann die Pflanze einfach ihr Wachstum verlangsamen und den Wasserhaushalt wiederherstellen, wenn der Verdunstungsbedarf der Luft sinkt oder die Versorgungskapazität des Bodens wiederhergestellt ist, oder sie kann eine Xylemembolie und irreversible Zellschäden erleiden, die zu ihrem Tod führen.

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