Turgidität

Die Turgidität in Pflanzen wird durch das Vorhandensein der Zellwand und die osmoregulatorische Funktion der Vakuole ermöglicht.

Turgidität ist der Zustand, prall oder geschwollen zu sein, insbesondere aufgrund eines hohen Flüssigkeitsgehalts. Im allgemeinen Kontext bezieht sich Turgidität auf den Zustand, aufgebläht, gebläht oder geschwollen zu sein. In einem biologischen Kontext hilft die Turgidität zu erklären, wie Pflanzenzellen aufrecht stehen können, obwohl sie kein strukturelles Skelett wie Tiere haben. Außerdem verleiht sie den Pflanzen Steifigkeit. Die Ausdehnung der Zellen ist also ein normales Merkmal von Pflanzen. Ohne sie würde die Pflanze verwelkt und unwohl aussehen. Die Prallheit der Pflanzen wird durch das Vorhandensein der Zellwand und die osmoregulatorische Funktion der Vakuole ermöglicht. The cell wall protects the cell from cell lysis due to high water influx while the vacuole regulates solute concentration to incite the osmotic movement of water into and out of the cell.

Etymology

The term turgidity comes from the Latin turgidus, from turgēre, meaning „to be swollen“.

Plant turgidity

Pflanzenturgidität ist ein Zustand in Pflanzen, in dem die Zellen aufgrund des Turgordrucks, d. h. des Drucks, den das Wasser im Inneren der Zelle auf die Zellwand ausübt, prall sind. Eines der wichtigsten Merkmale eines pflanzlichen Organismus ist seine Zellwand. Eine Zellwand ist eine weitere Schicht, die eine Zelle umgibt.1, 2 Bei Tieren fehlt sie und sie haben nur eine Zellmembran. Pflanzen haben beides. Die Zellwand ist eine zusätzliche Schutzschicht in den Zellen der Pflanze. Sie ist eine zähe, starre Struktur, die vor allem aus Zellulose, Pektin und Hemizellulose besteht. Die Zellwand von Pflanzen besteht aus einer oder zwei Schichten. Die erste Schicht wird als primäre Zellwand bezeichnet. Diese Schicht kann eine weitere Schicht direkt darunter bilden. Diese neue Schicht wird als sekundäre Zellwand bezeichnet. Die zweite Schicht ist eine dicke Schicht, die Lignin einlagert. Das Lignin trägt zur Wasserdichtigkeit der Zelle bei. Diese Eigenschaften der Zellwand helfen der Pflanzenzelle, dem osmotischen Druck zu widerstehen, d. h. dem hydrostatischen Druck, der durch einen Unterschied in der Menge der gelösten Stoffe zwischen Lösungen entsteht, die durch eine halbdurchlässige Membran, wie die Zellmembran, während der Osmose getrennt sind.3, 4, 5

Turgidität, Schlaffheit, und Plasmolyse

Schlaffe Zelle

Eine turgide Zelle ist eine Zelle, die einen Turgordruck hat. Eine Pflanze, die gesund aussieht (d.h. nicht verwelkt ist), hat Zellen, die prall sind. Die Pflanzenzelle speichert gelöste Stoffe (z. B. Ionen und Zucker) (insbesondere in ihrer Vakuole). Da das Innere der Zelle eine höhere Konzentration an gelösten Stoffen (und damit weniger Wassermoleküle) aufweist als das Äußere, tendiert das Wasser dazu, nach innen zu wandern. Die Lösung (die die Zelle umgibt), die im Vergleich zum Zellinneren eine geringere Konzentration an gelösten Stoffen aufweist, wird als hypoton bezeichnet. Eine Pflanzenzelle, die in eine hypotonische Lösung gelegt wird, würde das Wasser durch Osmose in die Zelle eindringen lassen. Der daraus resultierende Wassereinstrom führt zu einem großen Turgordruck, der gegen die Pflanzenzellwand ausgeübt wird. Dadurch wird die Zelle geschwollen. Das Vorhandensein der Zellwand in Pflanzen verhindert, dass die Zelle platzt (osmotische Lyse), was bei einer Zelle ohne Zellwand der Fall ist. Eine tierische Zelle zum Beispiel würde in einer hypotonischen Lösung aufquellen. Hält die Osmose jedoch an, wird sie schließlich platzen. Daher ist die Zellwand der Pflanzenzelle wichtig, um die Integrität der Zelle zu stabilisieren und zu verhindern, dass die Zelle platzt. Eine übermäßige Osmose in einer Pflanzenzelle wird durch den osmotischen Druck verhindert, den die Zellwand ausübt. Allerdings kann die Zellwand eine Pflanzenzelle, die einer isotonischen oder hypertonischen Lösung ausgesetzt ist, nicht schützen. Diese Lösungen können dazu führen, dass die Pflanze ihre Vitalität verliert und verwelkt.

Schlaffe Zelle

Eine isotonische Lösung ist eine Lösung, bei der die Konzentration der gelösten Stoffe relativ gleich der Konzentration der gelösten Stoffe im Inneren der Zelle ist. Das bedeutet, dass es keine Nettobewegung von Wassermolekülen zwischen den beiden gibt. Eine Pflanzenzelle, die sich in einer isotonischen Lösung befindet, würde schlaff werden. Dieser Zustand wird als Schlaffheit bezeichnet. Eine schlaffe Pflanzenzelle ist nicht geschwollen und ihre Zellmembran drückt nicht fest gegen die Zellwand. Der Unterschied zwischen Turgidität und Schlaffheit liegt also im Turgordruck. Bei Turgidität erscheint eine Pflanzenzelle durch den auf die Zellwand ausgeübten Turgordruck geschwollen oder aufgebläht, während die Pflanzenzelle bei Schlaffheit diesen Druck verliert und schlaff oder schlaff erscheint.

Plasmolysierte Zelle

Eine hypotone Lösung ist eine Lösung, in der die Konzentration der gelösten Stoffe höher ist als die Konzentration der gelösten Stoffe im Inneren der Zelle. Eine Pflanzenzelle in einer hypotonen Lösung verliert ihren Turgordruck, da die Wassermoleküle dazu neigen, aus der Zelle zu wandern. Die Zelle, die ihren Turgordruck verloren hat, wird als plasmolysiert bezeichnet. Eine plasmolysierte Pflanzenzelle ist eine Zelle, in der sich Lücken zwischen der Zellwand und der Zellmembran befinden. Außerdem scheint die Zelle geschrumpft zu sein. Der Prozess oder der Zustand, bei dem das Protoplasma infolge des Wasserverlustes durch Osmose schrumpft, wird Plasmolyse genannt. In der Natur kommt die Plasmolyse jedoch nur selten vor. Sie wird vielmehr im Labor herbeigeführt, indem Pflanzenzellen in starke Salz- oder Zuckerlösungen getaucht werden.

Turgidität und Rigidität

Wie oben zur Bedeutung von Turgidität angeführt, bezieht sich Turgidität auf den Zustand des Schwellens oder Aufblähens infolge der enthaltenen Flüssigkeit. Steifheit bezieht sich dagegen auf den Zustand, starr oder steif zu sein und sich nicht zu biegen. Sowohl Turgidität als auch Rigidität sind wichtige Eigenschaften von Pflanzen, da sie dafür sorgen, dass die Pflanze aufrecht bleibt. Und beide Eigenschaften sind auf den Turgordruck gegen die Zellwand zurückzuführen. Wie oben erläutert, stärkt die Zellwand die Zelle und schützt sie vor dem osmotischen Druck, der bei einem Übermaß die osmotische Lysis von Zellen ohne Zellwand hervorrufen könnte. Die Zellwand bietet auch strukturelle Unterstützung, indem sie eine dickere ligninhaltige Sekundärschicht bildet. Darüber hinaus enthält die Zellwand Zellulose, die sie steif und zäh macht. Zwischen der Zellwand befindet sich eine weitere Schicht aus pektinreichem interzellulärem Material. Diese Schicht wird als Mittellamelle bezeichnet. Ihre Hauptfunktion besteht darin, die benachbarten Zellen miteinander zu verkleben. Alles in allem ermöglichen diese zellulären Eigenschaften der Pflanze, sich entgegen der Schwerkraft aufrecht zur Lichtquelle zu halten.

Bedeutung der Turgidität in Pflanzen

Turgidität ist für Pflanzen essentiell, da sie strukturelle Unterstützung und Stärke bietet. Ohne sie wäre die Pflanze nicht in der Lage, sich aufrecht zu halten – eine Haltung, in der die Sammlung von Lichtenergie für die Photosynthese bestenfalls möglich ist. Darüber hinaus verleiht es den Pflanzen auch Steifigkeit. Wenn nicht genügend Wasser aufgenommen wird, um Turgor zu erzeugen, werden die Pflanzenzellen nicht vollständig ausgefüllt. Wenn dieser Zustand anhält, wirkt die Pflanze verwelkt und unwohl. The drooping due to loss of turgor can be corrected, e.g. with adequate water to process by the vacuole through osmoregulation.

Related terms

• Turgid

See also

• Turgor pressure
• Osmosis
• Cell wall
• Plasmolysis

1. Plant Cell Wall Basics. (2019). Retrieved from Uga.edu website: Link
2. FIGURE 1 Structure and composition of the primary and secondary cell wall. (2017, October 31). Retrieved from ResearchGate website: https://www.researchgate.net/figure/Structure-and-composition-of-the-primary-and-secondary-cell-wall-of-plants-A-The_fig5_320734221
3. OSMOSIS. (2013). Retrieved from Byui.edu website: Link
4. Osmosis, Tonicity, and Hydrostatic Pressure. (2019). Retrieved from Colostate.edu website: Link
5. Lodish, H., Berk, A., S Lawrence Zipursky, Matsudaira, P., Baltimore, D., & Darnell, J. (2017). Osmosis, Water Channels, and the Regulation of Cell Volume. Retrieved from Nih.gov website: Link

Further reading

• To learn more about plant cells, view Plant Biology