5.6: Tonizität in Pflanzen

Die Tonizität beschreibt die Fähigkeit einer Zelle, Wasser zu verlieren oder zu gewinnen. Sie hängt von der Menge des gelösten Stoffes ab, der die Membran nicht durchdringt. Die Tonizität begrenzt das Ausmaß und die Richtung der Osmose und führt zu drei möglichen Szenarien, die das Volumen einer Zelle beeinflussen: Hypertonizität, Hypotonizität und Isotonizität. Aufgrund von Unterschieden in Struktur und Physiologie unterscheidet sich die Tonizität der Pflanzenzellen von tierischen Zellen in einigen Fällen.

Pflanzen und hypotonische Umgebungen

Im Gegensatz zu tierischen Zellen gedeihen Pflanzen, wenn sich in der sie extrazellulären Umgebung mehr Wasser befindet als in ihrem zytoplasmischen Inneren. In einer hypotonen Umgebung gelangt Wasser über Osmose in die Zelle und lässt sie anschwellen, da die Konzentration der gelösten Stoffe in den Pflanzenzellen höher ist als außerhalb. Der Druck, der durch den Druck des Wassereinfluss auf die Plasmamembran entsteht, wird Turgor-Druck genannt. Im Gegensatz zu tierischen Zellen haben Pflanzenzellen starre Zellwände, welche die Osmose bedingte Ausdehnung der Plasmamembran einschränken. Durch die Begrenzung des Ausdehnens verhindert die Zellwand das Platzen der Zelle. Das führt zu einer Versteifung der Pflanzen. Dies ermöglicht den Pflanzen eine aufrechte Haltung, anstatt des Welkens.

Pflanzen und hypertone Umgebungen

Pflanzen welken, wenn sie nicht genügend Wasser aufnehmen können. In einem solchen Szenario wird ihre extrazelluläre Umgebung hypertonisch. Das Wasser verlässt dann das Innere durch Osmose. Die Folge ist eine Verkleinerung der Vakuolen und die Ablösung der Plasmamembran von der Zellwand, wodurch sich das Zytoplasma zusammenzieht. Dieser Prozess wird Plasmolyse genannt und ist der Grund dafür, dass Pflanzen den Turgor-Druck verlieren und welken.

Pflanzen und isotonische Umgebungen

In isotonischen Umgebungen gibt es ein Gleichgewicht des Wassers sowohl innerhalb als auch außerhalb der Pflanzenzellen. Daher treten, wie bei tierischen Zellen, keine Veränderungen des pflanzlichen Zellvolumens auf.

Osmoregulation in Pflanzen

Eine Vielzahl unterschiedlicher Pflanzenzellstrukturen und-strategien helfen, unter extremen Bedingungen ein angemessenes osmotisches Gleichgewicht zu bewahren. So speichern Pflanzen in trockener Umgebung Wasser in Vakuolen, begrenzen die Öffnung ihrer Stomata und besitzen dicke, wachsartige Kutikulas. So verhindern sie unnötigen Wasserverlust. Einige Pflanzenarten, die in salzhaltiger Umgebung leben, speichern Salz in ihren Wurzeln. So gelangt durch Osmose Wasser aus der Umgebung in die Wurzeln der Pflanze.

Pflanzen gedeihen, wenn sich im Vergleich zum zytoplasmatischen Innenraum mehr Wasser in ihrer Umgebung befindet. In diesem hypotonen Fall dringt Wasser in die Zelle ein und lässt sie anschwellen. Die starre Wand begrenzt die Ausdehnung der Plasmamembran, was zu einem Turgordruck führt, der die Zelle versteift und aufrecht hält.

Im Gegensatz dazu, falls das Wasser in den Zellen konzentrierter ist als außerhalb, ist die extrazelluläre Umgebung hypertonisch was dazu führt, dass Wasser herausfließt. Infolgedessen löst sich die Plasmamembran von der das Zytoplasma einschränkenden Zellwand. Diese Folge nennt man Plasmolyse und deshalb verlieren Pflanzen Turgordruck und welken.