Kiefern sind immergrüne Bäume, was bedeutet, dass sie das ganze Jahr über ihre Nadeln behalten. Dies gibt immergrünen Pflanzen einen Vorteil gegenüber laubabwerfenden Pflanzen, die jeden Herbst ihre Blätter verlieren. Es gibt 120 Arten von immergrünen Nadelbäumen in der Kieferngattung (Pinus). Eine besondere Kiefernart, die Borstenkiefer, lebt in den Rocky Mountains, wobei ein Individuum vermutlich mehr als 5.000 Jahre alt ist!
Blattstruktur
Was gibt diesen Kiefern einen Vorteil gegenüber anderen Bäumen und Pflanzen? Kiefern haben modifizierte Blätter, die "Nadeln" genannt werden. Ein charakteristisches Merkmal von Kiefern ist der Weg Nadeln sind in Bündeln angeordnet, im Gegensatz zu Fichten, bei denen die Nadeln direkt an der Ast. Immergrüne Nadeln haben eine dicke äußere Beschichtung, die als Nagelhaut bezeichnet wird, die es ihnen ermöglicht, mehr Wasser zu speichern.
Es gibt Poren in dieser äußeren Hülle, die als "Stomata" bezeichnet wird und die sich öffnen und schließen können, wenn eine Pflanze Wasser speichern oder abgeben muss. Dies bedeutet, dass Nadeln Kiefern helfen können, in trockeneren Klimazonen zu leben, in denen Wasserschutz wichtig ist.
Chloroplasten
Pflanzenzellen haben viele verschiedene Organellen, die für das Überleben der Pflanze essentielle Funktionen ausführen. Eine Art von Organellen sind Chloroplasten, die nur etwa 0,001 mm dick sind! Zwei Pigmente, Chlorophyll ein und Chlorophyll b, geben Chloroplasten eine grüne Farbe, weshalb auch Pflanzenblätter grün sind. Chloroplasten sind energieerzeugende Kraftwerke, die Lebensmittel durch einen als Photosynthese bekannten Prozess erzeugen und speichern.
Photosynthese
Grüne Pflanzen sind in der Lage, durch Photosynthese Kohlendioxid, Wasser und Energie aus der Sonne aufzunehmen und in chemische Energie umzuwandeln. Es wandelt diese Verbindungen in Sauerstoff um, der in die Atmosphäre freigesetzt wird, und in organische Stoffe wie Zucker.
Die meiste Energie, die durch unsere Ökosysteme zirkuliert, hat mit der Sonne begonnen. Pflanzen Photosynthese, um Zucker und Sauerstoff aus Sonnenlicht zu gewinnen, dann fressen Tiere und bekommen Energie von Pflanzen, und Tiere fressen andere Tiere.
Was schränkt die Photosynthese bei Winter-Evergreens ein?
Es gibt viele Faktoren, die die Photosyntheserate bei Winterimmergrünen beeinflussen können. Weniger Licht und kältere Temperaturen im Winter sind limitierende Faktoren für die Photosynthese. Je heller und wärmer eine Pflanze ist, desto effektiver ist sie bei der Herstellung von Zucker und anderen Produkten mit Sonnenenergie. Auch die Gesundheit, das Alter und der Blühzustand der Pflanzen können die Geschwindigkeit dieses Prozesses verändern.
Kohlendioxid wird als Kohlenstoffquelle benötigt, um Zucker und andere organische Verbindungen herzustellen. Je mehr Kohlendioxid zur Verfügung steht, desto schneller sind die Photosynthesereaktionen. Wenn sich die Spaltöffnungen in den Nadeln einer Kiefer öffnen, um Kohlendioxid aufzunehmen, geht unweigerlich Wasser als Dampf durch diese Poren verloren.
Mineralien können auch ein limitierender Faktor der Photosynthese sein. Stickstoff, Phosphat, Sulfat, Eisen, Kalzium und Magnesium sind für Pflanzen notwendig, um Proteine, DNA und Chlorophyll zu bilden. Pflanzen benötigen auch Elemente wie Mangan, Kupfer und Chlorid, um die Photosynthese erfolgreich abzuschließen.
Photosynthese im Winter
Da sie ihre Nadeln das ganze Jahr über behalten, können Kiefern im Winter Photosynthese betreiben! Dies ist ein großer Vorteil gegenüber Bäumen, die ihre Blätter verlieren. Allerdings haben Nadeln eine kleine Oberfläche, was bedeutet, dass sie für diesen Prozess nicht so viel Sonnenenergie einfangen können.
Bei Frost kann sich zwischen den Zellen wintergrüner Bäume Eis bilden. Dies kann zu Dehydration führen. Unter Austrocknungsbedingungen im Winter können sich die Spaltöffnungen schließen, um den Wasserverlust des Baumes zu reduzieren, obwohl dies auch den Gasaustausch stoppen und die Photosynthese weiter einschränken würde.
Der Winter bringt seine eigenen Herausforderungen wie Wassermangel und kalte Temperaturen mit sich, und diese Faktoren führen zu einer verlangsamten Photosynthese. Das ganze Jahr über Nadeln zu haben, ist jedoch für Kiefern von Vorteil, insbesondere in nördlichen Klimazonen, in denen Wasserknappheit und kalte Temperaturen herrschen können.