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34.14: Regulation der Transpiration durch Stomata
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Regulation of Transpiration by Stomata
 
PROTOKOLLE

34.14: Regulation of Transpiration by Stomata

34.14: Regulation der Transpiration durch Stomata

During photosynthesis, plants acquire the necessary carbon dioxide and release the produced oxygen back into the atmosphere. Openings in the epidermis of plant leaves is the site of this exchange of gasses. A single opening is called a stoma—derived from the Greek word for “mouth.” Stomata open and close in response to a variety of environmental cues.

Each stoma is flanked by two specialized guard cells that create an opening when these cells take up water. The transport of ions regulates the amount of water in guard cells. When trigger, pumps translocate hydrogen ions out of the guard cell. This hyperpolarization of the membrane causes voltage-gated potassium channels to open and allow solutes, such as potassium ions and sucrose, to enter the guard cells. The increased concentration of solutes drives water into the guard cells, which accumulates in the vacuole. As a result, the guard cells bow and deform into a kidney shape, creating the stoma opening. When solutes leave guard cells, water follows, resulting in guard cell shrinkage, and closure of the opening.

A variety of environmental and internal signals triggers stomata opening. For example, blue light activates light-sensitive receptors on the cell surface that initiate a molecular cascade leading to stomata opening. In addition, when the concentration of carbon dioxide falls within the leaf tissue, stomata opening is induced so cells can access this critical reactant of photosynthesis.

Loss of water vapor is critical for the establishment of transpirational pull: water evaporates on the surface of mesophyll cells and escapes into the atmosphere through open stomata. The water loss creates a transpirational pull that pulls additional water from the soil into the roots and all the way into the leaves.

When sufficient water is not available, as in conditions of drought, stomata close. The hormone abscisic acid (ABA) is important in this process, binding to receptors on guard cell membranes and increasing intracellular solute concentration. ABA is also important in circadian control of stomatal opening, causing more stomata to be open in daylight, and closed in the dark.

Während der Photosynthese gewinnen Pflanzen das notwendige Kohlendioxid und geben den produzierten Sauerstoff wieder in die Atmosphäre ab. Öffnungen in der Epidermis von Pflanzenblättern ist der Ort dieses Austauschs von Gasen. Eine einzelne Öffnung wird als Stomabezeichnet – abgeleitet vom griechischen Wort für "Mund". Stomata offen und nah als Reaktion auf eine Vielzahl von Umwelthinweisen.

Jedes Stoma wird von zwei spezialisierten Schutzzellen flankiert, die eine Öffnung erzeugen, wenn diese Zellen Wasser aufnehmen. Der Transport von Ionen reguliert die Wassermenge in Wachzellen. Beim Auslösen verlagern Pumpen Wasserstoffionen aus der Schutzzelle. Diese Hyperpolarisation der Membran bewirkt, dass sich spannungsgebundene Kaliumkanäle öffnen und Solutes wie Kaliumionen und Saccharose in die Schutzzellen gelangen. Die erhöhte Konzentration von Gelösten treibt Wasser in die Schutzzellen, das sich im Vakuum ansammelt. Als Ergebnis verbeugen sich die Wachzellen und verformen sich zu einer Nierenform, wodurch die Stomaöffnung entsteht. Wenn Solutes Schutzzellen verlassen, folgt Wasser, was zu einer Schrumpfung der Schutzzellen und dem Verschluss der Öffnung führt.

Eine Vielzahl von Umwelt- und internen Signalen löst die Stomata-Öffnung aus. Beispielsweise aktiviert blaues Licht lichtempfindliche Rezeptoren auf der Zelloberfläche, die eine molekulare Kaskade initiieren, die zur Stomataöffnung führt. Darüber hinaus wird, wenn die Konzentration von Kohlendioxid in das Blattgewebe fällt, die Stomataöffnung induziert, so dass Zellen auf diesen kritischen Reaktanten der Photosynthese zugreifen können.

Der Verlust von Wasserdampf ist entscheidend für die Etablierung des transprationalen Zuges: Wasser verdunstet auf der Oberfläche von Mesophyllzellen und entweicht durch offene Stomata in die Atmosphäre. Der Wasserverlust erzeugt einen transpirationalen Zug, der zusätzliches Wasser aus dem Boden in die Wurzeln und den ganzen Weg in die Blätter zieht.

Wenn nicht genügend Wasser zur Verfügung steht, wie unter Dürrebedingungen, stomata schließen. Das Hormon Abscisinsäure (ABA) ist in diesem Prozess wichtig, bindet an Rezeptoren auf Schutzzellmembranen und erhöht intrazelluläre Gelöste Konzentration. ABA ist auch wichtig bei der zirkadianen Kontrolle der stomatalen Öffnung, wodurch mehr Stomata bei Tageslicht geöffnet und im Dunkeln geschlossen werden.


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