Zusammenfassung Botanik

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1. Semester
Botanik
 Morphologie = Lehre vom äusseren Bau
1. ALLGEMEIN
 Struktur von Pflanzen ist auf Leistung (Funktion) abgestimmt
 Autotrophe Lebensweise = Fähigkeit Baustoffe ausschließlich aus anorganischen Stoffen
aufzubauen (Photosynthese)
 Grundprinzip der Pflanzstruktur:
 Assimilationsorgan (Stoff- / Energiewechselorgan, dem
Licht zugewendet)
 Befestigungsorgan (Wasserzufuhr bei Landpflanzen)
2. EINTEILUNG
 Kormophyten (Sprosspflanzen)
 Bauteile: Sprossachse, Blatt und Wurzel
 Farne
 Samenpflanzen (=Blütenpflanzen)
(=Nacktsamer + Bedecktsamer)
 Thallophyten
 Anders gebaut als Kormophyten
 Moose, Pilze und Algen
3. BAUPLAN DER BLÜTENPFLANZEN
 Abbildung S. 2
 Abwandlungen vom Bauplan
 Spross mit Wurzeln (sprossbürtige Wurzeln)
 Unterirdische Sprossen (Rhizome)
 Oberirdische Wurzeln (z.B. epiphytische Orchideen,
Aufsitzerpflanze)
 Blätter können umgewandelt sein
 Schuppen an Rhizomen
 Dornen
 Ranken
 Gesetz der variablen Proportionen
 Einzelne Elemente können gefördert oder bis zur
Unterdrückung gehemmt werden
 Verändertes Erscheinungsbild (S.3. Bilder)
(z.B. Stauchung oder Streckung der Internodien)
 Bauplan wird beibehalten
 Sprossverlängerung
 Bei Gehölzen verlängert jede Vegetationsperiode die
Hauptachse. Auch Seitenknospen werden zu Seitentrieben
 Die meisten Knospen werden im Frühling zu neuer Trieben
(Erneuerungsknospen)
Einige Knospen werden zu Blüten (Blütenknospen)
Manuela Hurni
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1. Semester



Sprossverzweigung






Das Längenwachstum eines Haupt- oder Seitensprosses
Abschluss durch Einzelblüten oder einen Blütenstand
Blütenstände weiter verbreitet als Einzelblüten
Aufteilung in racemöse und cymöse Blütenstände
entspricht monopodialem und symbodialem System
Bauplan der Blätter







Durch Verzweigung entsteht ein Sprosssystem
mehr Assimilation möglich
(Verzweigung = wichtiger Wachstumsvorgang)
Monopodial System: streng hierarchisch aufgebaut
Seitenachsen bleiben hinter Hauptachse zurück
Symbodial System: Seitenachsen werden stärker gefördert
Hauptachse verkümmert (wird zu Nebenachse oder Blüte)
Sprossabschluss
(Blüte, Blütenstand)


Ruheknospen (Reserveknospen, „schlafende Augen“)
Überdauern jahrelang bis sie gebraucht werden
(z.B. Stockausschlag)
Treibt eine Knospe aus, so entstehen dichte
Schuppennarben = „Jahresgrenze“
Altersbestimmung von Ästen
Zusammengesetzt aus Unter- und Oberblatt
Oberblatt = Blattspreite und Blattstiel
Unterblatt = Blattgrund (Ansatzstelle, Blattscheide)
Blattspreite entweder einfach oder zusammengesetzt
(Teilblätter = Fiedern)
Blattnervatur vernetzt bei Dikotylen (Zweikeimbl. Pfl.)
Blattnervatur parallel bei Monokotylen (Einkeimbl. Pfl.)
Blattfolge am Spross







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Zuerst Keimblätter: massiv und einfach gestaltet
Nach Erfüllung der Aufgabe Abwurf
(Ernährung Keimling)
Dann meist Niederblätter (schuppenartig)
Haben keine spezielle Funktion
Laubblätter als eigentliche Photosynthese-Organe
Erste Laubblätter anders als folgende:
Unterscheidung zwischen Primär und Folgeblätter
(bei Wasserpflanzen sehr ausgeprägt)
Hochblätter bei Blüte bildender Sprossachse
Schutzfunktion, z.T. lebhafte Färbung für Anlockung von
Bestäubern, Verstärkung des Schauapparates der Blüte
(Weihnachtsstern)
Hochblätter können auch nur grün sein
Blütenblätter als abgewandelte Blattorgane
Fruchtblätter  Schutz der Samen
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4. LEBENSFORMEN
 Wuchsform



Wichtig fürs Überleben in einem Klima
Überdauerung der ungünstigen Jahreszeit

Phanerophyten (Luftpflanzen)
Bäume und Sträucher
Erneuerungsknospen an mind. 30 cm hohen verholzten
Trieben, meist mit Knospenschutz
Chamaephyten (Zwergsträucher)
z.T. verholzte Pflanzen oder sehr niedrige Sträucher
Erneuerungsknospen geschützt durch Knospenschuppen
oder Sprossteile
Hemikryptophyten (Erdschürfepflanzen)
Die meisten Stauden
Überdauerungsknospen hart an der Erdoberfläche, meist
im Schutz lebender oder toter Blätter (Ausläufer bildend)
Geophyten=Kryptophyten (Erdpflanzen)
Überdauerungsknospen in der Erde
(Rhizome, Knollen)
Therophyten (Einjährige)
Lebenszyklus in maximal 12 Monaten beendet
Ungünstige Jahreszeit als Samen überdauernd
5 Hauptklassen




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 Anatomie = Lehre vom inneren Bau
PRIMÄRE SPROSSACHSE ; ÜBERSICHT





Abschlussgewebe (Epidermis)


Oft Spaltöffnungen und Kuticula
Abgrenzung nach aussen





Speicherfunktion
3 Bezirke
Rinde unter Epidermis
Mark als Zentrum der Sprossachse
Markstrahlen in Lücken zwischen den Leitbündeln als
Verbindung zw. Rinde und Mark




Im Grundgewebe eingebettet
Innen Xylem (Wasserleitend)
Aussen Phloem (Assimilate leitend)
Zusammen = Leitbündel






Zwischen Xylem und Phloem
Teilungsfähig bis Pflanze stirbt
Sekundäres Dickenwachstum bei Dikotylen
Bei manchen Pflanzen geschlossener Zylinder
Bei anderen nur im Leitbündel (Leitbündelkambium)
Im Herbst zu einem Ring geschlossen




Collenchym = lebende Zellen
Sklerenchym = tote Zellen
Um Zug und Druck zu widerstehen
Es kann sich irgendwo befinden

Leitende Elemente: Tracheen (grob) bei Bedecktsamer
(Blütenpflanzen), Tracheiden (fein) bei Nacktsamern
(Nadelbäumen)
Grundgewebe (Parenchym)
Leitgewebe
Kambium (Meristem)
Festigungsgewebe
SPROSSACHSE ; LEITBAHNEN

Xylem
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
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Phloem






Leitende Elemente: Siebzellen hintereinander zu
Siebröhren angeordnet
Assimilattransport durch diese Siebröhren
Siebzellen enthalten lebendes Plasma ohne Kern
Geleitzellen regulieren die Siebröhren




Xylem und Phloem grenzen direkt aneinander
Leitbündel sind von Festigungsgewebe umschlossen
Verstreute Leitbündel
Siehe Skript S.12




Offene Leitbündel
Zwischen Xylem und Phloem liegt das Kambium
Geordnete Leitbündel
Siehe Skript S.12



Von Epidermis umschlossen
Geschichtet
Enthält Palisadengewebe mit hohem Chlorophyllgehalt; ist
für die Lichtaufnahme zuständig; senkrecht zur
Blattoberseite; je dicker desto effizienter
Enthält Schwammgewebe parallel zur Oberseite gestreckt;
liegen unterhalb des Palisadengewebes
Mesophyll ist über die Spaltöffnungen (Stomatas) mit der
Aussenluft verbunden
Gasaustausch wird für Assimilation, Atmung, und
Transpiration benötigt
Leitbündel Monokotylen
Leitbündel Dikotylen
BLATT

Mesophyll




Leitbündel





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Im Mesophyll eingebettet
Stoffleitung
Aussteifung der Blattspreite
Xylem im Leitbündel Richtung Blattoberseite
Phloem im Leitbündel Richtung Blattunterseite
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1. Semester
 Morphologie und Anatomie der Hydrophyten
EINLEITUNG / LEBENSRAUM WASSER



Entwicklung


Primäre Wasserpflanzen  verliessen das Wasser nie
Sekundäre Wasserpflanzen  gingen an Land, wurden zu
Sprosspflanzen und kehrten ins Wasser zurück
Eigenschaften von Landpflanzen blieben zum Teil erhalten



Nur 2% aller Kormophyten
Viele sind invasiv
In der Schweiz viele gefährdete Arten






An Umwelt angepasster Wasserhaushalt
Wasseraufnahme über gesamte Oberfläche
Sehr wenig Lichtstrahlung 5-10m noch 1%
Gelbgrünes Licht
CO2 oder HCO3 ist im Wasser reichlich vorhanden
Je höher der PH desto mehr CO2

Emergente Hydrophyten: Arten mit Luftblätter, meist
Rhizome, Blüten über Wasser, Insekten oder Windbest.
Formen mit Schwimmblättern: häufig auch untergetauchte
Blätter, Rhizome oder Ausläufer, Blüten über Wasser,
Insekten oder Windbest.
Submerse Hydrophyten: Blätter vollständig untergetaucht,
oft fein, Sprosse lang mit sprossbürtigen
Verankerungswurzeln oder Rosetten, Blüten meist über
Wasser oder untergetaucht
Verbreitung
Lebensraum Wasser
VIELFALT DER LEBENSFORMEN

Wurzelnde Hydrophyten



Freischwimmende Hydrophyten



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Sehr verschieden im Habitus
Mit oder ohne Wurzeln
Meist Blüten über Wasser
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1. Semester
ANATOMISCHE ANPASSUNGEN ANS WASSERLEBEN


Wurzel

Von normalem Bau, aber von Lakunen durchzogen

Auch untergetauchte Sprossachsen enthalten Lakunen
(Zirkulation der aufgenommenen Gase, als Ersatz von
Leistungsfähigem Leitgewebe, dienen auch dem Auftrieb)
Entweder mehrere zerstreute Leitbündel
Oder ein zentraler Strang
Sprossachse



Untergetauchte Blätter








Schwimmblätter






Blätter sehr dünn, fein zerschlitzt
(Oberflächenvergrösserung für genügend Lichtaufnahme)
Wenig Zellschichten, keine Stomatas
Extrem reduzierte Kutikula
Dünne Zellwände
Erleichterung für Gasaustausch und Nährstoffaufnahme
Kein Festigungsgewebe nötig
Fast alle Zellen enthalten Chlorophyll und machen
Photosynthese
Dick
Stomatas auf der Blattoberseite
Epidermis mit einer dicken wasserabweisenden Kutikula
überzogen
Zellen der unteren Epidermis dünnwandig
Chlorophyll in der oberen Epidermis und im Lakunen
durchzogenen Mesophyll
Luftblätter


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Anatomie gleich wie Landpflanzen
Aber von Lakunen durchzogen
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1. Semester
 Morphologie und Anatomie der Xerophyten
STRATEGIEN: MEIDEN, VERZÖGERN, ERTRAGEN

Allgemein





Meiden



Produktionszeit auf die feuchte Jahreszeit reduziert
Bildung von austrocknungsresistenten Samen
Oder tief im Boden vor Dürre geschützte
Überdauerungsorgane (z.B. Geophyten mit Rhizomen)


Dürreresistent
Überdauerung von Trockenzeiten durch aktive
Verzögerung
Verbesserung der Wasseraufnahme
Reduktion der Transpiration
Speichern von Wasser (Sukkulenten)
Verzögern




Vorkommen an Standorten mit zeitweilig starkem
Wassermangel
Steppen, Wüsten, Felsen, südexponierte Hänge, steinige
und sandige Böden
Überall wo die Wasseraufnahme erschwert ist
Ertragen




Austrocknungstolerant
Flechten und Moose
Nach Wiederbefeuchtung nehmen sie die
Stoffwechselaktivität sofort wieder auf
Frosttrocknis hat die gleichen Auswirkungen wie
sommerliche Trockenheit
MORPHOLOGIE DER WURZELN

Tiefreichendes, extensives
Wurzelsystem




Manuela Hurni
Holzpflanzen, Kräuter und Stauden
Pfahlförmige Hauptwurzel und einem ausgedehnten
Seitenwurzelsystem
Tiefreichender wurzelraum, aber nicht gründlich
erschlossen
Wasser kann jederzeit aus grösserer Tiefe geholt werden
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

1. Semester
Oberflächliches, intensives
Wurzelsystem








Monokotylen, bei Dikotylen selten
Oft kombiniert mit extensivem Wurzelwerk
Sehr viele nach allen Seiten verzweigte Wurzeln
Sehr dicht
Relativ kleiner Raum
Aber voll ausgenutzt
Typisch für Gräser
Anpassung an Böden mit genügend Wasser, das schnell
aufgesaugt werden muss (kurze Regenzeit)


Häufig bei Sukkulenten
Sehr weitreichendes knapp unter der Oberfläche liegendes
Wurzelwerk
In Gebieten mit wenig Niederschlägen, die nicht tief in den
Boden eindringen
Sehr oberflächliches
weitreichendes
Wurzelsystem

MORPHOLOGIE DER SPROSSACHSE

Transpirationseinschränkungen




Zur Milderung des Wasserstresses
Reduktion von Seitensprossen zu Dornen
(Verkleinerung der transpirierenden Oberfläche)
Photosynthese von der grünen Sprossachse


Speicherung in Wassergewebe der Sprossachse (Sukkulenz)
Vor allem bei Kakteen



Klein, nadelförmig
Derb-ledrig
Aktives Einrollen oder Falten der Blätter


Blattsukkulenz
Blattwurf als Reaktion auf Wasserstress
Wasserspeicherung
MORPHOLOGIE DER BLÄTTER


Transpirationseinschränkungen
Wasserspeicherung
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1. Semester
ANATOMISCHE ANPASSUNGEN BEI BLÄTTERN


Epidermis, Kutikula


Kutikula = dicke Wachsschicht
2. Epidermis-Schicht = Hypodermis



Viele kleine Spaltöffnungen
Nur auf Blattunterseite, versenkt, durch Haarfilz geschützt
Nahe beieinander angeordnet  weniger O2 Verlust




Kormophyten nehmen Wasser durch Bodenwurzeln auf
Einige Pflanzen über Luft
Wasser ist Lösungsmittel für Nährionen
Der Boden hält das Wasser mit gewisser Kraft zurück ab ca.
15bar ist der permanente Welkepunkt erreicht
In der Luft grosser Wasserverlust, der durchs Xylem
nachgeschafft werden muss, nur 2-5% des Wassers wird in
der Pflanze zurückgehalten für Wachstum und
Lösungsmittel für Inhaltsstoffe
Stomata
 Ökophysiologie Wasser
ÜBERSICHT

Wasseraufnahme


Wasserabgabe






Durch Verdunstung (Transpiration)
Über sämtliche überirdische Pflanzenteile
Motor der Transpiration ist der Sog der Luft
Auch bei hoher Luftfeuchtigkeit zieht die Luft mit viel Kraft
Wasser aus den Pflanzen (rF20%=-142bar, rF50%=-933bar)
Dilemma: Wasserabgabe ist notwendig für
Nährstofftransport, ist aber auch eine unvermeidbare
Folge des Gasaustausches der Photosynthese (geöffnete
Stomata)  verdursten oder verhungern bei Wasserstress
Wasserhaushalt


Manuela Hurni
Wasseraufnahme, Wasserleitung und Transpiration sind
die Grundvorgänge
Aufrechterhaltung durch Nachstrom von Wasser
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1. Semester
WASSERAUFNAHME : ZELLWAND UND MEMBRANEN

Zellwand




Zellwand umschliesst Protoplast (lebender Teil der Zelle)
Zellwand verhindert platzen der Zelle bei Wasseraufnahme
Schutz und Festigungsfunktion
Bestehen aus Zellulosemolekülen

Ist der Durchlass von Wasser durch Zellwände aufgrund
von Konzentrationsunterschieden zwischen dem
Zelleninneren und –äusseren
Wasserfluss aus Gebiet mit niederer Konzentration an
gelösten Stoffen (d.h. hohe Wasserkonzentration) in ein
Gebiet mit hoher Konzentration an gelösten Stoffen
(niedere Wasserkonzentration)
Wasser wandert vom Ort der tieferen Saugkraft zum Ort
der höheren Saugkraft bis ein Gleichgewicht entsteht
Vakuolensaft weist generell eine hohe Konzentration von
Nährstoffen auf (=hohe osmotische Saugkraft = hoher
potentieller osmotischer Druck = Si)
Si ist die Fähigkeit einer Vakuole, Wasser an sich zu ziehen
und ist abhängig von der Konzentration der
Vakuolenflüssigkeit
WASSERAUFNAHME ; O SMOSE

Definition






Turgor



Innendruck der Zelle
Gibt unverholzten Pflanzenteilen Festigkeit
Wachstum der Zellen zum Teil Ergebnis der
Wasseraufnahme (Zellausdehnung)



Dem Turgordruck entgegengerichtet
Gleichgross
Setzt der Ausdehnung des Protoplasten eine Grenze bevor
ein Gleichgewicht entsteht
Verhindert das Platzen der Zelle
Wanddruck


Saugkraftgleichung der Zelle

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Sz = Si - W
Sz=tatsächliche Saugkraft der Zelle, Si=Saugkraft der
Vakuole (potentielle Saugkraft), W=Wanddruck
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Zusammenfassung Botanik

1. Semester
Plasmolyse



Bringt man eine Zelle in eine Umgebung mit hoher
Nährstoffkonzentration (z.B. Zuckerwasser), tritt Wasser
aus der Zelle aus, die Vakuole schrumpft, Protoplast wird
von der Zellwand weggezogen
Bringt man die Zelle wieder in eine Umgebung mit weniger
Konzentration (z.B. Leitungswasser) kehrt sich der Vorgang
um
Verliert die Zelle Wasser, z.B. durch Transpiration, so
nimmt der Turgordruck, wie auch das Zellvolumen ab 
die Pflanze welkt
WASSERAUFNAHME NAHTRANSPORT IN DER WURZEL

Weg des Wassers







Protoplast zu Protoplast (symplasmatischer Transport)
Über Zellwände ( apoplasmatischer Transport)
Der Hauptfluss verläuft in den Zellwänden
An der Endodermis (Caspary-Streifen) wird das Wasser
gezwungen in den Protoplast einzutreten
 bessere Kontrolle des Flusses
 Trennung der Nährionen vom Wasser
Ist das Wasser im Xylem angelangt, wird es durch den
Transpirationssog zu den Blättern transportiert
Nährionen wandern dann wieder über die Zellwände ins
Xylem
Wurzeldruck




Das beschleunigte Einschleusen von Nährstoffionen ins
Xylem ist der Ursprung des Wurzeldruckes
Die Ionen erhöhen die Saugkraft der Xylemzellen, Wasser
wird osmotisch nachgezogen  positiver Druck
Drückt Wasser und Ionen nach oben
In der Nacht wenn Transpiration ruht oder nach Winterzeit
WASSER- UND STOFFTRANSPORT IN DER SPROSSACHSE

die 2 Saftströme


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Wasser und Nährstoffe durch Xylem
 nach oben
 physikalischer Prozess in toten Zellen
(Tracheen,Tracheiden)
Organische Moleküle (Glukose) durch Phloem
 nach unten
 kann auch in gleiche Richtung laufen (alle Pflanzenteile
müssen mit Assimilaten versorgt sein)
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1. Semester
XYLEMTRANSPORT


Reaktionen



Schnelle Reaktion auf Transpirationsschwankungen
Am Mittag sehr viel Wasserzufuhr
Am Abend weniger Fliessgeschwindigkeit, bis in die Nacht
hinein (Auffüllen der Wasserreserven)

Bei Dürre, Bodenfrost, Gefrieren und auftauen des Wasser
 Eintreten von Luft (Embolie)
Behinderung von Wassernachschub vor allem bei Tracheen
Pflanzen mit Tracheen können nur in den äusseren paar
Jahresringen Wasser transportieren
Leitfähigkeit im Winter bis auf 55% herabsetzten
Pflanzen mit Tracheiden leiten auch im Winter im
gesamten Holz Wasser
Nachleitschwierigkeiten




STOMATÄRE UND KUTIKULÄRE TRANSPIRATION

Landpflanzen






Erst nach Entwicklung von Transpirationswiderständen wie
Kutikula und Stomatas weitere Verbreitung
Kein Wasserkreislauf wie beim Menschen, sondern
Abgabe von 90% durch Transpiration
Kutikuläre Transpiration ist gering und nicht regulierbar
Saurer Regen kann diese fördern
Stomatäre Transpiration ist regulierbar
Stomatas




Manuela Hurni
Stomatas sizten meist auf Blattunterseite (bei
Schwimmblättern auf Blattoberseite)
Bis 70% Verdunstung einer offenen Wassetrfläche durch
Stomatas möglich
CO2-Regelkreis: bei guter Wasserversorgung reagieren die
Stomatas nur auf das CO2 Gehalt in den Zellen
(Aufrechterhaltung der Photosynthese)
H2O-Regelkreis: bei ungenügender Wasserversorgung
werden die Stomatas geschlossen. Der H2O-Regelkreis
setzt sich in der Regel durch (Mittagsdepression).
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1. Semester
WASSERBILANZ
Wasseraufnahme und Wasserabgabe müssen im Gleichgewicht sein.
Wasserbilanz = Wasseraufnahme – Transpiration = 0

Mittagsdepression




Nach der Mittagsdepression kann z.T. wieder genug
Wasser aufgenommen werden, dass sich die Stomatas
gegen Abend nochmals öffnen, ansonsten wird der
Wasservorrat in der Nacht aufgefüllt
Bei Trockenzeiten ist nur noch die Kutikuläre Transpiration
aktiv. Die Stomatas bleiben geschlossen.
Ist im Wurzelraum genügend Wasser vorhanden,
transpirieren die Pflanzen auch in trockenster Luft
Artspezifische Strategien



Entscheidung zwischen Verdursten oder Verhungern
Sparer: Mittagsdepression, Abend wieder öffnen, bei Dürre
fast keine Stomatäre Transpiration (nie zu wenig Wasser).
Verschwender: bei Trockenheit sehr starke Transpiration,
baut genug osmotischen Druck auf um sehr stark zu saugen
(nimmt Wassermangel in kauf)
WASSERHAUSHALTSTYPEN

Regulierung



Hydrostabiler Typ: will immer genug Wasser haben
Viele Bäume, Mesophyten und Xerophyten, Sukkulenten
schliessen die Spalten während des Tages vollständig
Hydrolabiler Typ: nimmt Wassermangel in Kauf
Schnelle Wasseraufnahme möglich durch hohen
osmotischen Druck
Moose, z.T. Mesophyten und Xerophyten
Fähigkeit Austrocknung
zu ertragen


Euryhydrisch: an Änderung der Saugkraft des Bodens
angepasst, manchmal Transpiration bis zum Dürretod der
Blätter
Pflanzen in Dürregebieten
Stenohydrisch: geringe Anpassung an Änderungen
Arten ständig feuchter Standorte oder solche mit starker
Transpirationmseinschränkung (Sukkulenten)
Beispiele verschiedener Gehölze S. 34 im Skript
Manuela Hurni
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