Warum sind Sukkulenten trockenheitsresistent?

Produziert von: Science Popularization China

Autor: CPY (School of Life Sciences, Peking University)

Hersteller: China Science Expo

Ich glaube, dass Freunde vor dem Bildschirm mit Sukkulenten vertraut sein müssen. In den letzten Jahren sind verschiedene Arten von Sukkulenten mit ihrer hübschen Wuchsform, den farbenfrohen Farben und der einfachen Pflege zu den neuen Favoriten unter den Grünpflanzen in vielen Häusern und Büros geworden. Viele Menschen haben sich nach und nach in diese niedlichen Geschöpfe verliebt und sind zu treuen „Sukkulenten-Fans“ geworden. Der wichtigste der vielen Vorteile von Sukkulenten ist zweifellos ihre hohe Trockenheitsresistenz. Gerade aufgrund ihrer außergewöhnlichen Trockenheitstoleranz können sie an unseren Schreibtischen und auf unseren Balkonen überleben, selbst wenn wir eine Woche oder länger vergessen, sie zu gießen.

Heutzutage züchten viele Menschen Sukkulenten, doch nur wenige verfügen über ein systematisches Verständnis der Mechanismen, die den Sukkulenten und ihren außergewöhnlichen Fähigkeiten zugrunde liegen. Lassen Sie uns dies heute erkunden.

Eine Vielzahl von Sukkulenten

(Fotoquelle: Veer Gallery)

Kennen Sie Ihre Sukkulenten wirklich?

Wenn wir die Geheimnisse hinter der bemerkenswerten Trockenheitstoleranz der Sukkulenten wirklich verstehen wollen, müssen wir zunächst wissen, wer sie sind und woher sie kommen.

Sukkulente Pflanzen (Fleischpflanze), auch als fleischige oder breiige Pflanzen bekannt. Es handelt sich dabei nicht um ein taxonomisches Konzept, sondern um eine allgemeine Bezeichnung für viele Pflanzen mit gleichen Merkmalen. Diese Pflanzen haben alle mindestens ein dickes, saftiges Vegetationsorgan (Wurzel, Stängel, Blatt).

Aloe-Pflanzen haben beispielsweise fleischige Blätter, Kakteen haben fleischige Stämme (die Blätter verkümmern zu Dornen), Hookers Flasche hat fleischige Wurzeln ... Wir nennen diese Pflanzen Sukkulenten.

Daher gibt es tatsächlich viele Arten von Sukkulenten, und sie gehören zu den Dickblattgewächsen (Crassulaceae), Agavengewächsen (Aizoaceae), Wolfsmilchgewächsen (Euphorbiaceae) und sogar Korbblütlern (Asteraceae).

Sukkulente Pflanzen verschiedener Herkunft: A. Aloe Vera aus der Familie der Aloen; B. Lithops karasmontana aus der Familie der Aizoaceae; C. Agave americana aus der Familie der Agavaceae; D. Orostachys malacophylla var. iwarenge aus der Familie der Crassulaceae

(Bildquelle: Wikipedia)

Ihre Heimat liegt ihrem Verbreitungsgebiet nach vor allem in Afrika (Südafrika, Namibia, Kanarische Inseln und Madeira, Madagaskar, Somalia in Ostafrika, Äthiopien etc.) und Amerika (Westmexiko und Kalifornische Halbinsel). In diesen Gebieten gibt es entweder ausgeprägte Trocken- und Regenzeiten im Jahr oder das ganze Jahr über ein trockenes und regnerisches Klima. Aufgrund des besonderen Klimas haben die einheimischen Pflanzen verschiedene Fähigkeiten entwickelt, die sie gegen Dürre resistent machen. Eine der Lösungen zur Bekämpfung der Dürre ist das Wachstum von Sukkulenten.

Wie also widerstehen Sukkulenten der Dürre?

Hotspots für Sukkulenten

(Bildquelle: Referenzen)

Ausgefallene Strategien zur Dürreprävention für Sukkulenten

Auf zellulärer Ebene werden mehr als 95 % des Wassers in Pflanzenzellen in Strukturen gespeichert, die Vakuolen genannt werden.

Wenn Sie zufällig die „Wunde“ einer Sukkulente berühren, werden Sie sicherlich von der klebrigen Flüssigkeit beeindruckt sein, die sie absondert. Dies liegt hauptsächlich daran, dass in der Vakuolenflüssigkeit eine große Menge an Polysacchariden und löslichen Proteinen gelöst ist, wodurch die Vakuolenflüssigkeit viskos wird.

Der zähflüssige Zellsaft erhöht das Wasserpotenzial der Zellen, wodurch die Zellen der Sukkulenten Wasser aus der Umgebung aufnehmen können und gleichzeitig die Wahrscheinlichkeit verringert wird, dass ihr eigenes Wasser in einer trockenen Umgebung verdunstet.

Die meisten Sukkulenten haben einen klebrigen Saft.

(Bildquelle: Wikipedia)

Einige Freunde, die sich mit Sukkulenten auskennen oder sie selbst gezüchtet haben, wissen vielleicht, dass die fleischigen Nährstofforgane von Sukkulenten große Mengen Wasser speichern können, um den normalen Stoffwechselprozess des Pflanzenkörpers während einer Dürre aufrechtzuerhalten. Allerdings sind die Niederschläge in der Wüste meist nur von kurzer Dauer und der Boden trocknet bei starker Sonneneinstrahlung schnell. Um die Wasserspeichereffizienz zu verbessern, müssen Sukkulenten daher in kurzer Zeit große Mengen Wasser aufnehmen.

Um sich an diese Bedingungen anzupassen, haben fast alle Sukkulenten große, flache Wurzelsysteme. Beispielsweise können sich die Wurzeln des riesigen Saguaro-Kaktus (Carnegiea) horizontal Dutzende von Metern erstrecken, die Wurzeln mit der Funktion der Wasseraufnahme sind jedoch meist in einer Tiefe von zehn Zentimetern oder sogar noch flacher über dem Boden verteilt.

Der Riesenkaktus (Carnegiea gigantea) ist eine typische Pflanze der mittelamerikanischen Wüsten.

(Bildquelle: Wikipedia)

Vergleich zwischen dem flachen Wurzelsystem eines riesigen Saguaro-Kaktus und dem tiefen Wurzelsystem einiger Bäume

(Bildquelle: https://www.vecteezy.com/vector-art/3468110-big-cactus-growing-next-to-the-tree)

Während Sukkulenten ihre Wasserspeichereffizienz verbessern, müssen sie ihre Wasserreserven auch in einer trockenen Umgebung aufrechterhalten, um den Wasserverlust zu minimieren.

Normalerweise tauschen Pflanzen Gase über die Spaltöffnungen an ihrer Oberfläche aus und auch verdunsteter Wasserdampf entweicht überwiegend über die Spaltöffnungen in die Atmosphäre.

Um Wasser zu speichern, wird daher bei vielen Sukkulenten die Anzahl der Stomata reduziert oder die Stomata sinken ab und bilden Spaltöffnungen. Darüber hinaus weisen Stängel und Blätter sukkulenter Arten auf ihrer Oberfläche häufig eine Wachs- oder Kutikulaschicht auf, die bei geschlossenen Stomata die Wasserverdunstung nahezu vollständig verhindern kann. Um die der Luft ausgesetzte Oberfläche der Pflanze noch weiter zu verringern, können sich die Blätter mancher Sukkulenten sogar spezialisieren (die Blätter von Kakteen sind beispielsweise zu Dornen spezialisiert) oder während der Trockenzeit abfallen (zum Beispiel bei der Opuntia paniculata).

Fouquieria splendens Blätter fallen bei Dürre ab

(Bildquelle: Wikipedia)

Zusätzlich zu diesen Veränderungen verfügen Sukkulenten im Allgemeinen über eine besondere Fähigkeit, die ihnen hilft, sich besser an trockene Umgebungen anzupassen.

In den Biologiebüchern der Mittelschule haben wir gelernt, dass grüne Pflanzen durch Photosynthese Kohlendioxid (CO2) aus der Luft aufnehmen können, um Stärke zu synthetisieren und Sauerstoff (O2) freizusetzen. Allerdings müssen die Pflanzen in dieser Zeit ihre Stomata öffnen, um CO2 aus der Luft aufzunehmen, sodass dieser Prozess mit einer erhöhten Wasserverdunstung einhergeht.

Um dem Problem des Wasserverlusts während der Photosynthese zu begegnen, entscheiden sich viele Sukkulenten für eine Änderung ihres Photosyntheseprozesses. Sie öffnen ihre Stomata und absorbieren CO2 nachts, wenn die Temperatur niedriger ist und weniger Wasser verdunstet, und speichern das CO2 dann in Vakuolen. Tagsüber schließen sie ihre Stomata und geben das in der Nacht zuvor gespeicherte CO2 frei, wobei sie Licht für die Photosynthese nutzen.

Diese Prozessänderung verhindert, dass die Pflanze an den heißesten Tagen ihre Stomata öffnet, sodass der gesamte Prozess etwa 90 % weniger Wasser verbraucht als die normale Photosynthese. Dieser spezielle Photosyntheseprozess wurde erstmals bei Crassulaceae-Pflanzen entdeckt, daher wird dieser Stoffwechselprozess auch „Crassulacean acid metabolism“ (CAM-Prozess) genannt.

Der Säurestoffwechsel der Crassulaceen teilt die Photosynthese in zwei Phasen auf: Tag und Nacht

(Bildquelle: Referenzen)

Möchten Sie eine Sukkulente züchten? Es ist eigentlich ganz einfach!

Nachdem wir erfahren haben, auf welche clevere Art und Weise Sukkulenten Wasser speichern, ist die größte Frage für viele Leute meiner Meinung nach: Ich verstehe! Wie kann ich also einen schönen Topf mit Sukkulenten züchten? Beeilen Sie sich nicht! Lesen Sie unten weiter.

Sukkulenten werden schon länger kultiviert, als den meisten von uns bewusst ist. In einigen europäischen Literaturquellen werden sie seit mindestens dem 17. Jahrhundert als Zimmerpflanzen erwähnt. Aufgrund ihres schönen Aussehens und der einfachen Anbauweise begannen Gärtner und Grünpflanzenhändler, ihnen Aufmerksamkeit zu schenken und sie gezielt anzubauen. In den letzten Jahren sind Sukkulenten mit der Zunahme des internationalen Handels und dem Aufstieg des E-Commerce allmählich in das Blickfeld von mehr Menschen gerückt und auf den Balkonen und Schreibtischen aller Haushalte aufgetaucht.

Als eine der Pflanzengruppen mit den härtesten natürlichen Lebensbedingungen verfügen Sukkulenten über eine starke Anpassungsfähigkeit an die Umgebung und können in Innenräumen fast ohne unsere gezielte Pflege überleben. Bei der Pflege von Sukkulenten müssen wir nur auf folgende Punkte achten, dann kann es fast nichts schiefgehen:

Die erste besteht darin, eine Überwässerung zu vermeiden. Viele Neulinge, die sich noch nicht mit Sukkulenten beschäftigen, haben möglicherweise die vorgefasste Meinung, dass eine Pflanze umso besser ist, je mehr Wasser sie braucht. Bei Sukkulenten ist dies jedoch nicht der Fall. Zu viel Wasser und die daraus resultierende Pilz- oder Bakterieninfektion sind die häufigsten Todesursachen bei Sukkulenten. Daher reicht für die meisten Sukkulenten eine wöchentliche Bewässerung aus. Darüber hinaus können Sie mit dem nächsten Gießen warten, bis die Erde trocken ist.

Zweitens: Wählen Sie die richtige Bodenmatrix. Ähnlich wie bei Überwässerung kann eine zu dichte Bodenstruktur leicht zur Wurzelfäule von Sukkulenten führen. Für die Anzucht von Sukkulenten verwenden Sie am besten Erde mit hoher Wasserdurchlässigkeit sowie hohem Humus- und Nährstoffgehalt.

Der dritte Punkt ist, für ausreichend Sonnenlicht zu sorgen. Die Bedeutung des Sonnenlichts für Pflanzen liegt auf der Hand. Im Allgemeinen bevorzugen Sukkulenten Wachstumsbedingungen mit ausreichend Licht. Achten Sie im Sommer jedoch darauf, für ausreichend Schatten zu sorgen.

Der letzte Punkt ist die richtige Temperatur. Die für das Wachstum von Sukkulenten am besten geeignete Temperatur beträgt etwa 15–30 °C. Die meisten Sukkulenten vertragen niedrige Temperaturen nicht gut. Vergessen Sie sie also nicht und lassen Sie sie im Winter draußen frieren. Obwohl Sukkulenten hohe Temperaturen vertragen, verfallen sie bei zu hohen Umgebungstemperaturen in einen Ruhezustand und können nicht normal wachsen und sich entwickeln. Daher sollte die Umgebungstemperatur am besten nicht über 35 °C steigen.

Das Pflanzen von Sukkulenten ist in den letzten Jahren zum Trend geworden

(Fotoquelle: Veer Gallery)

Abschluss

Interessanterweise können sich die meisten Sukkulenten neben der sexuellen auch ungeschlechtlich über ihre vegetativen Organe (Wurzeln, Stängel, Blätter) vermehren. Schneiden Sie nach dem Zufallsprinzip Stecklinge mit Stiel und Blättern ab und stecken Sie diese in die Erde. Nachdem die Wunde verheilt ist, bildet sich Kallusgewebe und nach etwa einer Woche wachsen Wurzeln. Aufgrund dieser Eigenschaft von Sukkulenten kann jeder Spaß daran haben, Sukkulenten zu Hause zu züchten. Fühlen Sie sich von solch lebendigen und interessanten Sukkulenten angezogen?

Herausgeber: Ying Yike

Quellen:

【1】Yuan, Guoliang, et al. „Biosystemdesign zur Beschleunigung der C3-zu-CAM-Progression.“ BioDesign Research 2020 (2020).

【2】Fiennes, Celia. Im Damensattel durch England: Zur Zeit von Wilhelm und Maria. Cambridge University Press, 1888. S. 91.

【3】Grace, Olwen M. „Sukkulentenvielfalt als Naturkapital.“ Pflanzen, Menschen, Planet 1.4 (2019): 336-345.

(Hinweis: Lateinischer Text sollte kursiv gedruckt werden.)