Epidermis, Haare und Spaltöffnungen
Wie die Epidermis die Pflanze nach außen abschließt, wie sich Haare und Emergenzen unterscheiden und wie man Spaltöffnungstypen an der Zahl und Lage ihrer Nebenzellen erkennt.
Das Wichtigste in Kürze
- Die Epidermis ist das primäre äußere Abschlussgewebe der Sprossorgane, die Rhizodermis das der jungen Wurzel, das Periderm ein sekundäres Abschlussgewebe.
- Die Epidermis besteht aus lebenden Zellen und trägt außen meist eine hydrophobe Cuticula aus Cutin. Sie ist kein Absorptions- und kein Speichergewebe.
- Trichome entstehen nur aus der Epidermis, wie Wurzelhaare und Baumwollhaare. Emergenzen wie der Rosenstachel enthalten zusätzlich subepidermales Gewebe.
- Eine Spaltöffnung besteht aus zwei Schließzellen mit Chloroplasten. \(\ce{K+}\)- und Wassereinstrom erhöhen den Turgor und öffnen den Spalt, sinkender Turgor schließt ihn.
- Anisocytisch heißt drei ungleich große, diacytisch zwei quer liegende, paracytisch parallel liegende, tetracytisch vier Nebenzellen. Anomocytisch heißt: keine abgesetzten Nebenzellen.
Worum es geht
Die Epidermis ist die äußerste Zellschicht der jungen Pflanze. Sie hält Wasser zurück und lässt über die Spaltöffnungen Gase durch. Ihre Haare und Spaltöffnungstypen sind im Mikroskop wichtige Identitätsmerkmale pulverisierter Blattdrogen, etwa im Arzneibuch.
Abschlussgewebe im Überblick
Abschlussgewebe grenzen die Pflanze oder einzelne Gewebe gegen ihre Umgebung ab. Sie kommen bei allen Samenpflanzen vor, an Blättern ebenso wie an Sprossachse und Wurzel. Man unterscheidet primäre von sekundären Abschlussgeweben.
Die primären Abschlussgewebe gehen aus dem Protoderm hervor. Die Epidermis überzieht die Sprossorgane, also Sprossachse und Blätter. Die junge Wurzel deckt dagegen die Rhizodermis ab. Beim Dickenwachstum ersetzt das Periderm die Epidermis. Es ist ein sekundäres Abschlussgewebe und kein Bildungsgewebe, auch wenn ein Meristem, das Phellogen, es erzeugt.
Neben diesen äußeren gibt es innere Abschlussgewebe. Das bekannteste ist die Endodermis, die auch in manchen Sprossachsen vorkommt.
Epidermis und Cuticula
Die Epidermis ist meist einschichtig und lückenlos. Ihre Zellen sind lebend und besitzen eine große Zentralvakuole. Den Außenwänden ist in der Regel eine Cuticula aufgelagert, bei Blättern Höherer Pflanzen stets. Sie besteht aus Cutin, einem hydrophoben Polyester aus Hydroxyfettsäuren. Weil sie der Wand außen aufliegt, nennt man sie eine Adkrustierung. Häufig sitzen ihr noch epicuticuläre Wachse auf.
Die Cuticula wirkt wie eine dünne Lackschicht: Sie bremst die Verdunstung und schützt vor Pilzen. Die Epidermis ist deshalb ein Schutzgewebe. Anders als die Rhizodermis ist sie kein Absorptionsgewebe, denn sie nimmt kaum Wasser auf. Stärke speichert sie ebenfalls nicht. Auch die Epidermis monokotyler Sprossachsen besitzt keine dünnwandigen Durchlasszellen. Diese gehören zur Endodermis.
Gewöhnliche Epidermiszellen enthalten keine oder nur wenige, kleine Chloroplasten. Die Schließzellen der Spaltöffnungen besitzen dagegen bei den meisten Pflanzen Chloroplasten. Nicht alle Epidermiszellen sind also chloroplastenfrei.
Trichome und Emergenzen
Auswüchse der Oberfläche teilt man nach ihrer Herkunft ein. Ein Trichom entsteht allein aus Epidermiszellen. Es kann ein- oder vielzellig, einfach oder verzweigt sein. Eine Emergenz ist ein vielzelliges Gebilde, an dem zusätzlich subepidermales Gewebe beteiligt ist. Das Standardbeispiel ist der Rosenstachel.
Wurzelhaare sind demnach Trichome, denn sie sind Ausstülpungen einzelner Rhizodermiszellen. Auch die Baumwollhaare von Gossypium sind Trichome. Es handelt sich um stark verlängerte Epidermiszellen der Samenschale. Anders als Flachs- oder Hanffasern sind sie keine Sklerenchymfasern. Blätter der Malvaceae tragen oft Sternhaare, die sich vom Fuß aus sternförmig verzweigen. Sezernierende Haare behandelt die Einheit Drüsenhaare und Drüsenschuppen.
Spaltöffnungen
Eine Spaltöffnung (Stoma) ist ein regelbarer Durchlass in der Epidermis. Sie besteht aus genau zwei Schließzellen. Das sind spezialisierte Epidermiszellen von meist bohnenförmiger Gestalt. Sie sind also nicht isodiametrisch. Zwischen ihnen liegt der Spalt. Über ihn tauscht das Blatt \(\ce{CO2}\) und \(\ce{O2}\) mit der Atmosphäre aus. Wasser verlässt es dabei in der Regel als Wasserdampf, man spricht von Transpiration.
Grenzen an die Schließzellen abweichend gestaltete Epidermiszellen, heißen diese Nebenzellen. Schließzellen und Nebenzellen bilden zusammen den Spaltöffnungsapparat. Nebenzellen sind epidermal und kommen daher nicht in Leitbündeln vor. Wie Spaltöffnungen über das Blatt verteilt sind, zeigt die Anatomie des Laubblatts.
Der Spaltöffnungsapparat ist eine einzelne Einheit aus Schließ- und Nebenzellen. Er meint nicht die Gesamtheit aller Spaltöffnungen eines Blattes.
Öffnen und Schließen beruhen auf Turgoränderungen:
- Ioneneinstrom: Die Schließzellen nehmen \(\ce{K+}\) auf, das osmotische Potenzial sinkt.
- Wasseraufnahme: Wasser strömt nach, der Turgor steigt.
- Krümmung: Die dicke Bauchwand am Spalt und radial angeordnete Cellulosefibrillen lassen die Zellen sich auseinanderkrümmen. Der Spalt öffnet sich.
- Schließen: Sinkt der Turgor, erschlaffen die Zellen und der Spalt schließt sich.
Diese Bewegungen sind Turgorbewegungen und keine Tropismen. Tropismen sind Wachstumskrümmungen in Bezug auf die Reizrichtung.
Spaltöffnungstypen
Die Spaltöffnungstypen unterscheidet man nach Zahl und Lage der Nebenzellen. Eine Spaltöffnung hat also nicht immer genau zwei Nebenzellen. Bezugsachse ist die Längsachse der Schließzellen, also die Spaltrichtung.
| Typ | Nebenzellen | Lage und Kennzeichen |
|---|---|---|
| anomocytisch | keine abgesetzten | mehrere gewöhnliche Epidermiszellen umgeben die Schließzellen |
| anisocytisch | drei | ungleich groß, meist eine deutlich kleiner |
| diacytisch | zwei | gemeinsame Wand verläuft quer zum Spalt |
| paracytisch | eine oder mehrere je Seite | parallel zur Längsachse der Schließzellen |
| tetracytisch | vier | zwei seitlich, zwei an den Polen |
| cyclocytisch | viele, schmal | ringförmig um das Schließzellpaar |
Die Vorsilben verraten den Typ: a-nomo ohne Regel, aniso ungleich, dia quer hindurch, para daneben, tetra vier, cyclo im Kreis.
An einer Aufsichtszeichnung gehst du so vor:
- Achse finden: Schließzellpaar suchen und die Spaltrichtung festlegen.
- Abheben prüfen: Unterscheiden sich die angrenzenden Zellen nicht von der übrigen Epidermis, ist der Typ anomocytisch.
- Zählen: Drei ungleich große Zellen bedeuten anisocytisch, vier tetracytisch, ein Kranz vieler schmaler Zellen cyclocytisch.
- Lage prüfen: Bei zwei Nebenzellen entscheidet die Wand. Läuft ihre gemeinsame Wand quer über die Schließzellen, ist er diacytisch. Liegen sie längs neben ihnen, ist er paracytisch.
Die Typbestimmung wird im Examen gerne gefragt. Beide Typen haben oft zwei Nebenzellen. Entscheidend ist, ob diese quer zum Spalt oder parallel zu den Schließzellen liegen.
Quiz
Aussage 1
Beim diacytischen Typ umgeben zwei Nebenzellen das Schließzellpaar, und ihre gemeinsame Wand verläuft quer zum Spalt.
Genau das kennzeichnet den diacytischen Typ. Beim paracytischen Typ liegen die Nebenzellen dagegen parallel zu den Schließzellen.
Aussage 2
Wenn der Turgor in den Schließzellen abnimmt, öffnet sich der Spalt.
Sinkender Turgor schließt den Spalt. Steigender Turgor nach \(\ce{K+}\)- und Wassereinstrom öffnet ihn.
Aussage 3
Das Periderm ist ein Bildungsgewebe, da es aus dem Phellogen hervorgeht.
Das Periderm ist ein sekundäres Abschlussgewebe. Das Phellogen, das es bildet, ist das Meristem.
Aussage 4
Der Stachel der Rose ist ein vielzelliges Trichom.
Am Rosenstachel ist auch subepidermales Gewebe beteiligt. Er ist daher eine Emergenz.
Aussage 5
Gewöhnliche Epidermiszellen enthalten kaum Chloroplasten, Schließzellen dagegen meist schon.
Bei den meisten Pflanzen besitzen die Schließzellen Chloroplasten, die übrigen Epidermiszellen keine oder nur wenige.
Aussage 6
Ein anisocytischer Spaltöffnungsapparat ist von drei Nebenzellen unterschiedlicher Größe umgeben.
Anisocytisch bedeutet drei ungleich große Nebenzellen, meist ist eine deutlich kleiner.
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