Wunderwerk Blatt – ein High-Tech-Kraftwerk der Natur

Riskieren wir gemeinsam einen Blick in die Botanik und schauen uns das grüne Kraftwerk mal etwas genauer an, denn Pflanzenblätter sind viel mehr als nur "Grünzeug".

Laubblätter! Im Frühjahr erfreuen wir uns alljährlich an dem frischen jungen Blattaustrieb. Im Laufe des Sommers genießen wir ihren Schatten und die Kühle, die sie spenden oder wir verspeisen sie in Form von Salat, Kohl oder Kräutern. Im Herbst und Winter ärgern sie uns auch schon mal ein wenig, wenn sie uns auf den Gehwegen begegnen oder die Dachrinne verstopfen. Irgendwie sind diese vielfältigen Wunderwerke der Natur allgegenwärtig und auf jeden Fall einen Blick ins Detail wert.

Blätter gehören zu den Grundorganen der höheren Pflanzen. Je nach Abfolge unterscheidet man z.B. Keimblätter, Primärblätter, Laubblätter, Blütenblätter u.a. Nachfolgend steht im Wesentlichen das Laubblatt im Fokus der Betrachtung.

1. Blattaufbau

Die Blattfläche eines Laubblattes, auch Blattspreite genannt, schließt nach außen mit einem Abschlussgewebe (Epidermis) ab, das i.d.R. die Blattober und –unterseite überzieht. Das schützende, stabile Gewebe besteht aus einer Zellschicht mit verdickten Außenwänden und weist zudem noch eine Wachsschicht (Cuticula) auf, die zusätzlich vor Sonneneinstrahlung und Feuchtigkeitsverlust schützt. Unter dem äußeren Schutzgewebe liegt das eigentliche Blattgewebe (Mesophyll), das sich aus dem Palisadengewebe (Palisadenparenchym) und dem darunter liegenden Schwammgewebe (Schwammparenchym) zusammensetzt.

Die zylindrischen, lang gestreckten und nebeneinander liegenden Zellen des Palisadengewebes dienen überwiegend der Photosynthese, die sie mit Hilfe der eingelagerten Zellorganellen (chlorophyllhaltige Chloroplasten) betreiben. Das Schwammgewebe besteht meist aus unregelmäßig geformten, sternförmigen Zellen und weist zwischen den Zellen größere Hohlräume (Interzellularräume) auf. Diese stehen über spezielle Spaltöffnungen (Stomata mit eingebauten Schließzellen) und Korkporen (Lentizellen) mit der Außenluft in Verbindung und dienen dem Gasaustausch, z.B. der Wasserdampfabgabe oder der Sauerstoffaufnahme und –abgabe im Rahmen der Photosynthese.

Alle Blätter werden von Blattadern durchzogen. Diese Leitungsbahnen dienen dem Transport von Wasser, Nährstoffen und Photosyntheseprodukten (Assimilate) und verleihen der Blattfläche die nötige Festigkeit. Bei zweikeimblättrigen Pflanzen sind die Blattadern i.d.R. netzförmig und bei einkeimblättrigen Pflanzen parallel angeordnet. Der Blattstiel stellt die Verbindung zwischen Blattfläche und Sprossachse her und richtet das Blatt optimal zur Sonne aus. Je nach Pflanzenart ist er noch mit kleinen unterschiedlich gestalteten Nebenblättern bestückt. Beim Gummibaum
(Ficus elastica) oder beim Rhabarber (Rheum rhabarbarum) haben sich diese beispielsweise zu einem tütenförmigen Schutzorgan entwickelt, während sie sich bei der Robinie (Robinia pseudoacacia) zu Dornen umgewandelt haben.

2. Formenvielfalt der Blätter

Im Laufe der Evolution hat sich bei den Blättern eine sehr große und variantenreiche Formenvielfalt entwickelt. Vom differenzierten Laubblatt bis zum Nadelblatt lassen sich beim Blattaufbau zunächst einige grundsätzliche Varianten unterscheiden. Es gibt Blätter mit definierter Ober- und Unterseiten sowie Blätter mit einem eher runden Querschnitt und nadelförmige Blätter.

1. Normal bifasziale (dorsiventrale) Blätter
Palisadengewebe oben, Schwammgewebe unten
→ Mehrzahl der Laubblätter, z.B. Eichen (Quercus robur)

2. Invers bifasziale Blätter
Schwammgewebe über dem Palisadengewebe
→ Schattenpflanzen, z.B. Bärlauch (Allium ursinum)

3. Unifasziale Blätter
Blattoberseite zu Gunsten der Unterseite stark reduziert und mit rundlichem Querschnitt (Rundblätter mit kreis- od. bogenförmigen Leitbündeln)
→ Knoblauch (Allium sativum), Flatter-Binse (Juncus effusus) u.a.

4. Äquifaziale Blätter
Palisadengewebe oben und unten, d.h. auf der Außenseite des Blattes, dazwischen bzw. im Blattinneren das Schwammgewebe
→ Blätter bzw. Nadeln der Nadelbäume wie Kiefern u.a.

Bei den Blättern der Nadelbäume bekommt das für die Photosynthese zuständige, außen liegende Palisadengewebe das meiste Licht ab und das für den Wasseraustausch mit der Außenluft zuständige Schwammgewebe liegt geschützt im Inneren der Nadelblätter. Darüber hinaus stellt die Verringerung der Blattoberfläche eine weitere Anpassung an Trockenstress dar und schränkt die Verdunstung ein, was zu einer besseren Frostresistenz führt. Nadelbäume sind darum in der Lage auch trockene und von langen Frostperioden geprägte Gebiete zu besiedeln und behalten ihre Blätter auch im Winter.

2.1 Beispiele für die Formenvielfalt und Blattrandgestaltung

Von der enormen Vielfalt der Blätter zeugt ein Blick in die Pflanzenbestimmungsliteratur. Hier werden z.B. nadelförmige Blätter oder Blätter mit linealischer, länglicher, lanzettlicher, eiförmiger, elliptischer und kreisförmiger Blattspreite unterschieden. Auch Blattspreiten in Herz-, Pfeil- Nieren- oder Spießform gibt es. Die Blätter können gelappt, gefiedert oder handförmig eingeschnitten sein. Blattränder gibt es ganzrandig, gesägt, gezähnt, gebuchtet u.s.w. Hinzu kommen diverse Varianten von zusammengesetzten Blättern. Hier spricht man von unterschiedlich gefiederten und gefingerten Blättern. Der Formenvielfalt sind keine Grenzen gesetzt.

2.2 Blattstellungen

Die Blätter sind nicht nur mannigfaltig geformt sondern auch ganz unterschiedlich am Sproß angeordnet. So spricht man z.B. von wechselständigen, gegenständigen, kreuzgegenständigen oder quirlständigen und rosettenartigen Blattanordnungen. Ebenso wie die Blattform kann die Blattstellung bei der Pflanzenbestimmung helfen. Genaue Beobachtungsgabe ist hier gefragt.

2.3 Trickreiche Blattmetamorphosen

In einigen Fällen entstanden im Laufe der Evolution neben dem enormen Formenreichtum auch Blattorgane, die mit der ursprünglichen Funktion des Blattes nicht mehr viel gemein haben. Photosynthese und Transpiration traten in den Hintergrund und wurden trickreich durch andere Funktionen ersetzt. Es entwickelten sich diverse Blattmetamorphosen wie Blattranken, Mantel- oder Nischenblätter, Blattsukkulenz, Blattdornen oder Urnen- und Fangblätter und Vieles mehr.

Blattranken sind eine Art Greiforgan und dienen zum Klettern. Entweder werden wie z. B. bei Gurke (Cucumis sativus) und Kürbis (Cucurbita spec.) ganze Blätter zu Greiforganen umgewandelt oder es nur Teile eines Blattes umfunktioniert. Bei der Waldrebe (Clematis spec.) wurden beispielsweise die Blattstiele und bei Erbsen (Pisum sativum) und Wicken (Vicia sepium) einzelne Fiederblättchen umgewandelt.

Mantel- und Nischenblätter finden sich häufig bei tropischen Epiphyten wie den Geweihfarnen (Platycerium spec.). Mit Hilfe dieser Blätter, die die Äste der Wirtsbäume umschließen aber Nährstoffe und Wasser durchlassen, schaffen sich die Pflanzen ihr eigenes Substrat, das sie vom Boden unabhängig macht.

Blattsukkulenz hat sich bei vielen Pflanzen trockener Standorte durchgesetzt. Die dickfleischigen, saftigen Blätter dieser Pflanzen sind in der Lage Wasser auf Vorrat zu speichern, das dann in trockenen Zeiten von der Pflanze genutzt werden kann. Diverse Sedumarten (diverse Crassulaceaen), Bogenhanf (z.B. Sansevieria trifasciata) oder Agaven (z.B. Agave deserti) sind dafür bekannt.

Um an Standorten mit geringem Wasserangebot überleben zu können, haben einige Pflanzenarten ihre Verdunstung durch Umwandlung der Blätter in Blattdornen reduziert. Die Dornen verringern nicht nur die verdunstende Oberfläche sondern eignen sich auch hervorragend als Schutz vor Tierfraß. Kakteen (Cactaceae), Berberitzen (Berberis), Robinien (Robinia) und Akazie (Acacieae) und viele andere Pflanzen nutzen diese Strategie.

Urnen- und Fangblätter dienen der Beschaffung von organischen Nährstoffen und Wasser.
Die Urnenblätter haben sich zu urnenähnlichen Gefäßen umgewandelt, in denen sich Wasser und organische Substanzen sammeln, die von der Pflanze als Nahrungsquelle genutzt werden.
Dischidia pectenoides, eine epiphytisch lebende, tropische Schlingpflanze bildet z.B. diese Blätter aus.

Eine besondere Anpassung an den Standort stellt die Entwicklung von Fangblättern dar, mit deren Hilfe Pflanzen in die Lage versetzt werden Tiere zu fangen. Diese so genannten fleischfressenden Pflanzen leben i.d.R. auf sehr mageren und wenig nährstoffreichen Standorten (z.B. in Mooren, Steppen oder auf Astgabeln von Bäumen) und verschaffen sich durch das Fangen von Insekten und anderen Tieren zusätzliche Nährstoffquellen. Sie decken durch diese Technik vorrangig ihren Bedarf an Stickstoff (Hauptbestandteil des tierischen Eiweißes). Nach Art der Fangtechnik kann man beispielsweise Klebefallen und Klappfallen unterscheiden. Der in unseren Sümpfen und Mooren verbreitete Sonnentau (z. B. der rundblättrige Sonnentau Drosera rotundifolia) arbeitet mit Klebefallen. Die roten beweglichen Drüsenhaare (Tentakeln) auf den Blättern produzieren eine klebrigen Flüssigkeit, mit der sie die Insekten fangen. Ein Verdauungssekret sorgt später für die Verdauung der Beute.

Die in Gärtnerkreisen bekannte und aus den USA stammende Venusfliegenfalle (Dionaea muscipula) arbeitet mit verführerischen Düften, roter Farbe und mit so genannten Klappfallen. Auf ihren Blättern befinden sich kleine Berührungshaare, die bei Berührung das Blatt in Sekundenschnelle zusammenklappen lässt, wobei die Zähne am Blattrand wie ein Fangeisen ein Entkommen der gefangenen Insekten unmöglich macht. Verdauungssekrete zersetzen anschließend die Beute.

3. Aufgaben und Funktionen der Laubblätter

Laubblätter. Die grünen Blätter der Pflanzen sind kleine natürliche High-Tech-Kraftwerke, die die Strahlungsenergie der Sonne einfangen und in speicherbare, chemische Energie umwandeln. Sie produzieren aus Kohlendioxid (CO2), Wasser (H2O) und Lichtenergie mit Hilfe des Blattgrüns (Chlorophyll) energiereichen Traubenzucker (C6H12O6) und setzt dabei den für uns überlebenswichtigen Sauerstoff (O2) frei. Dieser hochkomplexe Vorgang, bei dem aus energiearmen anorganischen Ausgangsstoffen energiereiche organische Stoffe entstehen, wird als Photosynthese oder Assimilation bezeichnet. Die Lichtenergie der Sonne wird in die chemische Energie des Traubenzuckers umgewandelt. Dieser kann entweder für Wachstumsprozesse in der Pflanze verwendet werden oder aber als Stärke (z.B. in der Kartoffel) oder als Zucker (z. B. in süßen Früchten) oder auch als Inulin (z.B. in Topinambur) gespeichert werden.

Erst die Photosynthese der grünen Pflanzen hat die Erde zu einem bewohnbaren Planeten für Mensch und Tier werden lassen. Die Sauerstoffproduktion ist für uns überlebenswichtig. Mit Hilfe der Photosynthese entstehen organische Substanzen, die uns direkt oder indirekt in Form von Gemüse und Obst oder Fleisch, Eier und Milch als Nahrung dienen. Die Photosynthese wirkt als Energiespeicher und Energielieferant, denn nur Pflanzen können energiereiche Verbindungen herstellen die wir für unsere Ernährung oder auch in Form von Kohle, Öl und Gas auf vielfältige Weise nutzen.
Darüber hinaus werden bei der Photosynthese große Mengen Kohlendioxid verbraucht und der Atmosphäre entzogen.

Bei Photosynthese und Atmung erfolgt der Gasaustausch der Pflanze über die Blätter und die dafür vorgesehenen interzellularen Hohlräume und Spaltöffnungen. Auch die Transpiration wird darüber geregelt. Durch die Verdunstung von Wasser über die Blätter ändern sich zudem die Druckverhältnisse innerhalb der Pflanze. Der Druckausgleich erfolgt von unten nach oben über die Leitungsbahnen und Pflanzenzellen, wodurch Wasser und Nährstoffe vom Boden aufgenommen und in der gesamten verteilt werden. Die Blätter der Pflanzen werden durch Photosynthese, Gasaustausch und Transpiration zu einem wesentlichen Motor aller pflanzlichen Lebensvorgänge.

4. Lebensdauer der Blätter

Ständige Sonneneinstrahlung und die allgemeinen Lebensvorgänge lassen Blätter altern, so dass sie von Zeit zu Zeit erneuert werden müssen. In unseren Breiten beschleunigen die kürzer werdenden Tage und kühlere Nächte in Herbst und Winter den Alterungsprozess der Blätter. Je nach Lebensdauer der Pflanzen unterscheidet man

• Sommergrüne Pflanzen, die ihre Blätter nach der Wachstumsperiode im Herbst abwerfen: z.B. Obstbäume und –sträucher wie der Apfel (Malus) oder Johannisbeeren (Ribes), Funkie (z.B. Hosta crispula), Rittersporn (z.B. Delphinium grandiflorum), Prachtkerze (z.B. Gaura lindheimeri)

• Immergrüne Pflanzen, die ihre Blätter erst nach mehreren Vegetationsperioden abwerfen: Gewöhnlicher Liguster (Ligustrum vulgare) Berberitze (Berberis media) oben), Großblättrige Immergrün (Vinca major), Bergkiefer (Pinus mugo)
• Wintergrüne Pflanzen, die ihre Blätter erst zu Beginn der nächsten Vegetationsperiode, d.h. im Frühjahr abwerfen: z.B. Christrose (Heleborus niger), Elfenblumen (Epimedium x rubrum), Taubnessel (Lamium macculatum)
  

4.1 Stoffwechsel auf Sparflamme - Herbstfärbung und Blattfall

Ab Spätsommer reduziert sich die Photosyntheseleistung, der Stoffwechsel der Pflanzen schaltet auf Sparflamme. Der Laubfall im Herbst, kahle Bäume und Pflanzen, die sich im Winter zurückziehen sind geografisch und genetisch bedingt. Die meisten heimischen Bäume, Sträucher und auch mehrjährige Stauden werfen ihre Blätter ab, weil Lebensvorgänge und die Wasserversorgung im Winter stark eingeschränkt sind. Der Abwurf der Blätter schränkt die Verdunstung ein und ist eine Anpassung an die winterliche Trockenheit. Zudem sorgt der Laubabwurf für mehr Stabilität und Widerstand bei Eis und Schnee, was insbesondere bei großen Gehölzen von Bedeutung ist. Einige Pflanzen, wie z.B. die Mehrzahl der Nadelgehölze, verfügen über spezielle Eigenschaften (Reduzierung der Blattoberfläche, stabile, schützende Außenhaut der Blätter plus Wachsschicht, schmaler Habitus, Elastizität etc.), die es ihnen erlauben, die Blätter zum Winter hin nicht komplett abzuwerfen sondern dies kontinuierlich über das gesamte Jahr zu tun.

Ausgelöst durch die abnehmende Tageslänge und sinkende Temperaturen sorgen spezielle Pflanzenhormone dafür, dass die meisten laubtragenden Pflanzen in unserem Lebensraum ihren Blättern nach und nach alle Nährstoffe entziehen. Sie werden meist in Stengeln, Zweigen, Stämmen und in den Wurzeln (z.B. in Wurzelknollen) deponiert. Auch das grüne Chlorophyll wird nicht mehr gebraucht und in zerlegter Form in der Pflanze eingelagert, um es im nächsten Frühjahr wieder zu aktivieren. Andere Pigmente sind für die Pflanze weniger wertvoll und werden nur teilweise abgebaut, was dazu führt, dass das Herbstlaub überwiegend gelb oder braun gefärbt ist. Die oftmals sehr beeindruckende rote Laubfärbung beruht auf der Stoffgruppe der Anthocyane, die in der Übergangsphase als Nebenprodukte hoher Stoffwechselaktivitäten neu gebildet werden. Wer mehr über das Geheimnis der herbstlichen Laubfärbung, vorzeitigem Laubfall oder Laubzersetzung erfahren will, wird z. B. unter folgender Internetadresse fündig:
https://www.waldwissen.net/de/lebensraum-wald/baeume-und-waldpflanzen/herbstlliche-laubverfaerbung

4.2 Ressourcenschonende Kreislaufwirtschaft

Nachdem die Wasserversorgung durch den Verschluss der Blattstiele gekappt wird, welken die verfärbten Blätter vollständig und fallen schließlich ab, bis im Frühjahr wieder neue Blätter gebildet werden. Die Knospen wie auch die im Erdreich verborgenen Frühblüher haben dann wieder ausreichend Licht für den neuen Austrieb. Doch auch die herab gefallenen Blätter gehen nicht verloren sondern werden nach und nach mit Hilfe von diversen Tieren und humusbildenden Organismen zersetzt, über die Pflanzenwurzeln aufgenommen und wieder in den Nährstoffkreislauf eingebaut.
Die Natur bietet hier eine ideale, ressourcenschonende Kreislaufwirtschaft an, die wir Gärtner uns unbedingt zu Nutze machen sollten. So mancher Gartenbesitzer laubholzreicher Gärten greift gerne mal zum Rechen und beseitigt die Blätter, was dem Sinn einer natürlichen Kreislaufwirtschaft widerspricht. Viel besser ist es, die lockere Laubschicht als Dünger für den Gartenboden und die Pflanzen wie auch als Herberge für Nützlinge und andere Kleinlebewesen zu akzeptieren und zu nutzen.

Autor:

Ulrike Brockmann-Krabbe

Landesfachberaterin

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Quellen:

• "Fachkunde für Gärtner", Holger Seipel, Verlag Handwerk und Technik GmbH, Hamburg 1996
• https://de.wikipedia.org/wiki/Blatt_(Pflanze)
• https://www.waldwissen.net/de/lebensraum-wald/baeume-und-waldpflanzen/herbstlliche-laubverfaerbung
• https://llh.hessen.de/bildung/hessische-gartenakademie/lernort-garten/laubfall-im-herbst-einfach-erklaert/