Temperatur als abiotischer Faktor – Anpassung der Pflanzen

Temperatur als abiotischer Faktor – Anpassung der Pflanzen Übung

• Benenne die Höhenzonen des alpinen Gebirges.

  Tipps

  Oberhalb der Baumgrenze wachsen nur noch Sträucher.

  Lösung

  Ganz unten befindet sich die kolline Stufe. Hier wird Landwirtschaft betrieben. Darüber folgt die montane Stufe. Sie zeichnet sich durch eine starke Bewaldung aus und ist unterteilt in Laub- bzw. Mischwälder in der unteren Hälfte und Nadelwälder in der oberen. Oberhalb der montanen Zone liegt die Baumgrenze. Ab hier wachsen nur noch Sträucher, aber keine Bäume mehr. Diese Stufe nennt man alpine Stufe. Auf die alpine Stufe folgt die Schneegrenze und darauf die nivale Stufe. Diese Zone ist sehr felsig. Aufgrund der niedrigenTemperatur wachsen hier nur noch Moose und Flechten.

• Erkläre, was man unter der RGT-Regel versteht.

  Tipps

  Überlege, was außerhalb des Toleranzbereichs passiert.

  Lösung

  RGT steht für Reaktionsgeschwindigkeit-Temperatur. Die RGT-Regel besagt, dass Stoffwechselprozesse wie die Fotosynthese oder die Atmung bei einer Temperaturerhöhung von 10°C um das zwei- bis dreifache schneller ablaufen.

  Die RGT-Regel greift allerdings nur innerhalb einer bestimmten Temperaturspanne. Unterhalb des Toleranzminimums und oberhalb des Toleranzmaximums kommt sie nicht mehr zum Tragen.

• Erschließe die Anpassung von Pflanzen an die Kälte.

  Tipps

  Überlege, was die Wachsschicht auf dem Blatt verhindert.

  Lösung

  Kurz unterhalb der Baumgrenze findet man meist nur noch Nadelwälder, und auch in nördlicheren Regionen nehmen Kiefernwälder deutlich zu. Das ist so, weil Nadelbäume besser an Kälte angepasst sind als Laubbäume.
  Die Blätter der Nadelbäume, also die Nadeln, haben eine viel geringere Oberfläche als ein Laubblatt, wodurch weniger Wasser verdunstet. Auch die Wachsschicht auf den Nadeln dient dem Schutz vor Wasserverlust. Da die Pflanzen im Winter nur wenig Wasser aus dem Boden aufnehmen können, müssen sie dafür sorgen, kein Wasser über die Blätter zu verlieren.

  Dieses Problem haben auch Pflanzen in sehr heißen Gebieten. Eine Wachsschicht dient somit nicht nur als Frostschutz, sondern auch als Schutz vor Hitze.

  Schutz vor Verdunstung ist auch der Grund für den Blattabwurf von Laubbäumen im Herbst. Zwar produzieren diese im Herbst auch kein Chlorophyll mehr, der Abwurf der Blätter ist aber auch hier ein Mechanismus gegen Wasserverlust.

  Ein weiterer Trick von Pflanzen gegen Frost ist die Einlagerung eines natürlichen Frostschutzmittels in die Zellen. Durch Anreicherung von Proteinen, Fetten oder Zucker wird der Gefrierpunkt herabgesetzt, sodass das Wasser in den Zellen nicht schon bei 0°C, sondern beispielsweise erst bei -5°C gefriert.

• Analysiere die Auswirkungen von Temperatur und Lichtintensität auf die Fotosyntheserate.

  Tipps

  Bestimme die Punkte auf der Temperaturskala, bei denen die Toleranzwerte liegen. Sie bilden die Punkte ab, ab denen Enzyme gerade noch arbeiten können.

  In der roten Kurve kannst du erkennen, wie sich die Fotosyntheserate verhält, wenn keinerlei limitierende Faktoren auf die Pflanze einwirken.

  Haben Wasser und Kohlenstoffdioxidkonzentration auch einen Einfluss auf die Fotosyntheserate?

  Lösung

  Die Grafik stellt die Abhängigkeit der relativen Fotosyntheserate von der Temperatur dar.

  Die rote Kurve gibt an, wie sich die Fotosyntheserate bei steigender Temperatur verhält, wenn es keinerlei limitierende Faktoren gibt. Hier greift die RGT-Regel.

  Gibt es allerdings einen Faktor, der die Fotosyntheserate negativ beeinflusst, kann auch mit ansteigender Temperatur keine Beschleunigung der Fotosyntheserate erreicht werden. Limitierend können alle Faktoren sein, die in die Fotosynthese einfließen, wie Kohlenstoffdioxid, Wasser oder Licht.

  Da auf dem Graphen kein Kohlenstoffdioxid und auch kein Wasser eingezeichnet sind, ist der einzige limitierende Faktor das Licht. Dies ist durch die Schwachlichtkurve (blau) dargestellt. Trotz steigender Temperatur bleibt die Fotosyntheserate unverändert. Diese Pflanze ist aber nicht weniger gut an die Umgebungstemperatur angepasst. Würde man ihr mehr Licht geben, würde die Kurve genauso aussehen wie die rote.

  Die Toleranzgrenzen von 0°C bzw. 40°C sind bei beiden Pflanzen identisch, da es sich weder um sehr hitzebeständige noch kälteresistente Pflanzen handelt. Dies ist am starken Abfall der Kurve bei 40°C zu erkennen. Ab dieser Temperatur denaturiert Eiweiß, alle Enzyme gehen kaputt. Es kann keine Fotosynthese mehr stattfinden.

• Bestimme die Vegetation der Höhenzonen.

  Tipps

  Überlege, wohin die Bergbauern ihre Kühe zum Weiden bringen.

  Lösung

  Die kolline Stufe reicht bis zu einer Höhe von ca. 1000 Metern. Hier wird vor allem Landwirtschaft betrieben. Sie dient beispielsweise dem Anbau von Getreide, Obst oder Kartoffeln.

  Darauf folgt die montane Stufe. Sie befindet sich zwischen 1000 und 2000 Metern Höhe. Im unteren Teil gibt es Laub- und Mischwälder, in höheren Lagen nur noch Nadelwälder. Die montane Stufe schließt mit der Baumgrenze ab.

  Die alpine Stufe reicht bis 3000 Meter Höhe. Da unterhalb dieser Stufe die Baumgrenze liegt, wachsen hier nur noch Sträucher. Diese baumfreie Zone wird als Weideland für Schafe und Kühe genutzt. Hier befinden sich die Almwiesen.

  Über der alpinen Stufe liegt die Schneegrenze und darüber die nivale Stufe. Hier gibt es bis auf Moose und Flechten keine Vegetation mehr, da die Temperatur in dieser Höhenlage fast immer unterhalb des Gefrierpunktes liegt.

• Erkläre, wie die Anreicherung von Zucker in Pflanzenzellen als Frostresistenz wirkt.

  Tipps

  Überlege, wie Frostschutzmittel im Auto funktioniert.

  Im Winter streut man Salz auf die Wege, damit sie nicht vereisen.

  Lösung

  Um sich gegen Frost zu schützen, haben manche Pflanzen einen guten Trick. Sie transportieren Zucker, Fette oder Proteine in die Zellen ihrer Blätter und Blüten.

  Da sich in den Zellen sehr viel Wasser befindet, das bei 0°C gefriert, würden die empfindlichen Zellen durch die entstandenen Eiskristalle zerstört werden.

  Um dem entgegenzuwirken, lagern die Pflanzen lösliche Stoffe in ihren Zellen ein. Wässrige Lösungen, also in Wasser gelöste Stoffe, haben einen niedrigeren Gefrierpunkt als reines Wasser. Das liegt an den Wechselwirkungen zwischen den Wassermolekülen und dem gelösten Stoff. Somit kann das Wasser keine Eiskristalle mehr bilden. Die Pflanze ist gegen den Frost geschützt.

  Da sich nun aber viel Zucker oder Proteine in den Zellen befinden, strömt Wasser aus dem Stützgewebe der Pflanze nach, der osmotische Druck in den Zellen steigt. Dadurch kann es vorkommen, dass die Pflanze bei Frost vorübergehend an Halt verliert und schlapp auf dem Boden liegt. Ist der Frost vorbei, wird der Zucker zurücktransportiert, Wasser strömt nach und die Pflanze richtet sich wieder auf.

  Für die Einlagerung der Stoffe in die Zellen benötigt die Pflanze allerdings Zeit. Setzt plötzlich über Nacht starker Frost ein, ist die Pflanze nicht geschützt.

  Eine Herabsetzung des Gefrierpunktes wird im Winter auch durch das Streuen von Salz auf die Wege herbei geführt. Durch das Salz taut das Eis und es ist nicht mehr glatt.