Wie funktionieren Stomata bei der Photosynthese?

Die Rolle der Spaltöffnungen bei der Photosynthese wird oft unterschätzt. Aber diese winzigen Poren kontrollieren den Eintritt von Kohlendioxid und den Austritt von Sauerstoff und Wasserdampf. Letztlich steuern die Stomata die Photosyntheserate.

Pflanzen nutzen Photosynthese, um Glukose herzustellen. Durch die Nutzung der Sonnenenergie, um Wasser und Kohlendioxid zu verbinden, produzieren Pflanzen Glukose, eine Art Zucker, und setzen Sauerstoff frei, ein Abfallprodukt des Photosyntheseprozesses. Diese chemische Reaktion findet in den Chloroplasten statt, die in den inneren Schichten der Pflanzenblätter enthalten sind. Einige Pflanzen haben sehr kleine Blätter und die Photosynthese findet in der Rinde oder den Stängeln statt.

Die Rohstoffe der Photosynthese bestehen aus sechs Wassermolekülen (6H₂0) und sechs Kohlendioxid (6CO₂) Moleküle. Bei den meisten Pflanzen nehmen die Wurzeln Wasser aus dem Boden auf. Das Wasser wandert durch das Xylem, eine spezialisierte Zellschicht. Bei einigen Pflanzen wird das Wasser über die Blätter direkt aus der Luft aufgenommen. Kohlendioxid, ein atmosphärisches Gas, dringt durch die Stomata, die winzigen Poren in den Blättern, in das Blatt ein (ein Stoma ist eine einzelne Pore). Wenn Wasser direkt aus der Atmosphäre eindringt, gelangt es auch durch die Spaltöffnungen in das Blatt. Diese Rohstoffe wandern in die Chloroplasten in den Schwamm- und Palisadenschichten des Blattes. Die Chemikalien reagieren, indem sie die Sonnenenergie nutzen, die vom Chlorophyll in den Chloroplasten absorbiert wird.

Bei der chemischen Reaktion der Photosynthese entsteht ein Zuckermolekül (Glukose: C₆H₁₂Ö₆) und 6 Sauerstoffpaare (6O₂). Pflanzen speichern die Glukose und geben den Sauerstoff als Abfallprodukt ab, wobei der größte Teil des Sauerstoffs die Pflanze durch die Spaltöffnungen verlässt.

Jedes Stoma (die winzige Pore oder das winzige Loch) wird von zwei Schließzellen flankiert, die sich ausdehnen und zusammenziehen und das Stoma schließen und öffnen. Zwei Kontrollen zum Öffnen und Schließen der Spaltöffnungen sind der Wasserhaushalt der Pflanze und die Kohlendioxidkonzentration. Wenn die Pflanze dehydriert und verwelkt, hält das Schließen der Spaltöffnungen einer Pflanze Wasser zurück. Steigt der Feuchtigkeitsgehalt, öffnen sich die Stomata wieder. Wenn der Kohlendioxidgehalt im Blatt unter den Normalwert sinkt, etwa 0,03 Prozent, öffnen sich die Spaltöffnungen, um mehr Kohlendioxid einzulassen.

Stomata steuern den Gasfluss in und aus den Blättern. Tagsüber, wenn die Lufttemperaturen steigen und der Kohlendioxidgehalt normal oder über dem Normalwert liegt, öffnen sich die Spaltöffnungen, wodurch Kohlendioxid eintreten und die Photosynthese stattfinden kann. Sauerstoff, ein (für die Pflanze) giftiges Nebenprodukt der Photosynthese, tritt durch die Spaltöffnungen aus. Nachts rekombiniert die Glukose mit Sauerstoff und setzt Energie frei, wenn das Glukosemolekül wieder in Wasser und Kohlendioxid zerfällt. Das überschüssige Wasser tritt durch die Spaltöffnungen in einem Prozess aus, der Transpiration genannt wird. Stomata nehmen also nicht direkt an der Photosynthese teil. Die Spaltöffnungen kontrollieren jedoch den Zustrom von Kohlendioxid, einer kritischen Komponente der Photosynthese, und ermöglichen den Austritt des überschüssigen Sauerstoffs. Stomata steuern auch den Wasserdampffluss aus den Blättern, begrenzen den Wasserverlust bei Trockenheit und lassen überschüssiges Wasser austreten.