Wachstumswasser
Tobias Schlimme 2025
Was ist Wachstumswasser?
Als Wachstumswasser wird in Pflanzenphysiologie das Wasser bezeichnet, das in die Vakuolen der Pflanzenzelle eingelagert wird und damit zur Vergrößerung des Pflanzenvolumens beiträgt.[1][2][3][4]
Was macht Wachstumswasser?
Die Zunahme von Wachstumswasser in der Pflanzenzelle ist notwendige Voraussetzung für das Streckungswachstum (Dehnungswachstum) pflanzlicher Zellen.
Das Einströmen und Einlagern von Wachstumswasser in die Zelle vergrößert ihren Zellinnendruck (auch Turgordruck genannt) und dadurch ihr Volumen, ihren Umfang und ihre Festigkeit.
Wachstumswasser ermöglicht die Zunahme der Pflanzengröße, ohne dass Energie und Nährstoffe für die Produktion neuer Zellen aufgewendet werden.
Die Einlagerung von Wachstumswasser vergrößert sowohl die betroffenen Zellen physisch, als auch die ganze Pflanze. Im Gegensatz dazu vergrößert sich bei der Zellteilung zwar auch die Pflanze physisch durch Vermehrung der Zellen, die Größe der Zellen bleibt aber gleich.
Im Gegensatz zur Aufnahme von Wachstumswasser in pflanzliche Zellen, vergrößern sich tierische Zellen durch Zunahme des Cytoplasmas.[5]
Flexibilität und Stabilität
In krautigen Pflanzen trägt Wachstumswasser wesentlich zur mechanischen Stabilität der Pflanze bei.[6] Verwelkende Blumen lassen deshalb ihre Köpfe hängen.
Wachstumswasser ist bei vielen Pflanzen für die strukturelle Unterstützung der Zellen verantwortlich. Es erzeugt einen konstanten Druck auf die Zellwände, der die Pflanze stabilisiert und dennoch flexibel hält.[7]
Wachstumswasser erhöht den Innendruck (Turgor) der Pflanzenzellen und der Turgor erhöht die Spannung der Zellwände, wodurch die Pflanze mechanisch stabiler wird. Durch die hohe Flexibilität des Wachstumswassers behält die Pflanze eine höhere Beweglichkeit, als durch den Zuwachs ihrer festeren Molekülstrukturen, wie Lignin oder Cellulose.
Größenordnungen
Nur ein kleiner Teil des von der Pflanze durch die Wurzeln aufgenommenen Wassers wird als Wachstumswasser eingelagert.[8]
Das meiste von der Pflanze durch die Wurzeln aufgenommene Wasser wird durch die Blätter verdunstet oder wird durch Stoffwechselprozesse der Pflanze verbraucht.
In krautigen Pflanzen wird mehr Wasser eingelagert, als in holzigen Pflanzen.
Bei Mais macht Wachstumswasser ca. 10-20%[9] des Transpirationswassers aus.
Wann wird das Wachstumswasser aufgenommen?
Die Aufnahme von Wachstumswasser in die Vakuolen der Zellen und damit das Größenwachstum von Pflanzen geschieht vor allem nachts, wenn die Pflanze wegen ausbleibender Fotosynthese und stark verminderter Transpiration weniger Wasser verbraucht.[10]
Um ihren Wasserhaushalt im Gleichgewicht zu halten, kann die Pflanze aber bei Wassermangel die Verdunstung durch die Blätter, und damit die Fotosynthese, auch aktiv vermindern.[11] In der Folge wird dadurch der Turgordruck und mit diesem die Aufnahme an Wachstumswasser in die Zellen reguliert.
Was passiert bei der Aufnahme von Wachstumswasser in die Zelle?
Die Zunahme des Wachstumswassers in der Zelle wird durch Osmose und durch eine Druckentspannung (Dehnung) der Zellwand angetrieben.[12]
Sie hat zwei chemische Komponenten (die Osmose und die chemische Auflockerung der Zellwand) und eine mechanisch-hydraulische[13] (die Druckentspannung der Zellwand durch plastische Dehnung):
Vakuolen sind Organellen im Zellkörper von Pflanzen. Die mit Wachstumswasser gefüllte Vakuole kann bis zu 90% des Volumens einer Pflanzenzelle einnehmen.[14]
In den Vakuolen von Pflanzen werden osmotisch wirksame Substanzen wie Äpfelsäure und Kalium angereichert.[15] Die Anreicherung wird durch das Hormon Auxin gesteuert.[16] Die Osmose findet als Einströmen von Wasser durch die semipermeable Zellwand in das Zellinnere statt, wenn die Zellflüssigkeit mehr gelöste Stoffe enthält, als die Flüssigkeit zwischen den Zellen.
Dadurch steigt das Volumen der Zelle, aber nicht die Größe der Zellwand. Das führt zu einem Gegendruck zum osmotischen Druck, was das Wasserpotential in der Zelle verkleinert und der Osmose entgegen wirkt.
Die Druckentspannung der Zellwand vollzieht sich durch chemische Prozesse, welche die Struktur der Zellwand „auflockern“.Die daraus folgende Senkung des Turgors führt zu einer Senkung des Wasserpotenzials der Zelle, wodurch die Osmose weiter stattfinden kann.[12]
Durch die Aufnahme des Wachstumswassers wird die Zellwand elastisch gedehnt. Die Dehnung der Zellwand wird durch ihre chemische Umwandlung („Auflockerung“) irreversibel. Durch die chemische „Auflockerung“ der Zellwand wird die Dehnung plastisch.[17][12]
Dieser Prozess kann auch andersherum als beginnend mit der „Auflockerung“ der Zellwand beschrieben werden, wodurch das Wasserpotential gesenkt und die Osmose ermöglicht wird.[18]
Sowohl die Einlagerung osmotisch wirksamer Substanzen in die Vakuolen, als auch die chemische Auflockerung der Zellwand werden durch Hormone gesteuert, z.B. durch Auxine und Gibberelline.[12]
Die Streckungszonen der Pflanze
Das hydraulisch-mechanisch durch Vermehrung von Wachstumswasser angetriebene Streckungswachstum findet in wenige Millimeter langen Streckungszonen statt, die entweder hinter den Spross- und Wurzelspitzen liegen, oder als interkalare Streckungszone in bereits ausdiffernzierten Organen, wie zum Beispiel am Grund von Blättern.[19]
Die Wachstumsrichtung der Zellen
„Eine wichtige Rolle für die Richtung der Zellwanddehnung, und damit für die spezifische Zellform, spielt die Orientierung der Cellulosemikrofibrillen in der Wand, welche ihrerseits vom corticalen Mikrotubulisystem auf der Innenseite der Plasmamembran festgelegt wird. Die Zelldehnung erfolgt stets senkrecht zur Vorzugsrichtung der Mikrofibrillen.“[20]
Die Rolle von Hormonen bei der Druckentspannung der Zellwand
Die Druckentspannung der Zellwand erfolgt nach der so genannten Säurewachstumshypothese durch ein Ansäuern der Zellwand.
Experimentell lässt sich zeigen, dass das Wachstumshormon Auxin einen Protonenausstrom aus dem Protoplasten in die Zellwand induziert und gleichzeitig die Aktivität des Enzyms Expansin induziert, das an der Synthese von Zellwandmaterial beiteiligt ist. Expansine katalysieren eine vom pH-Wert abhängige Dehnung der Zellwand, vermutlich, indem sie Wasserstoffbrücken zwischen den Polysacchariden der Zellwand lösen.
Auch Gibberelline fördern die Zellstreckung. Die Wirkung der Gibberelline folgt allerdings einem anderen Mechanismus als die Auxinwirkung. Gibberelline haben keinen Einfluss auf die osmotisch bedingten Aufnahme von Wachstumswasser. Verschiedene Experimente deuten darauf hin, dass das Streckenwachstum durch Gibberelline vor allem auf der Ebene der Zellwanddehnung erfolgt, wobei genaue Mechanismen noch nicht untersucht wurden.[12]
Einzelnachweise
1 vgl. Eva Andrea Strasser: Photosynthese im naturwissenschaftlichen Unterricht. Karl-Franzens-Universität Graz 2021. S. 23. https://unipub.uni-graz.at/obvugrhs/content/titleinfo/6499162/full.pdf , abgerufen am 20.04.2026
2 vgl. Zorica Milosevic: Begrünungsmonitoring mit bildgebenden Verfahren. Technische Universität Wien 2024. S. 11-12 https://repositum.tuwien.at/bitstream/20.500.12708/196224/1/Milosevic%20Zorica%20-%202024%20-%20Begruenungsmonitoring%20mit%20bildgebenden%20Verfahren.pdf , abgerufen am 20.04.2026
3 vgl. Daniel Augustinus Eisenbarth: Dynamik der Aquaporine und des Wassertransports
im elongierenden Hypokotyl von Ricinus communis L. Keimlingen. Universität Bayreuth 2004. S. 18-20, S. 81, S. 90-91, S. 97. https://epub.uni-bayreuth.de/id/eprint/916/1/Eisenbarth-PhD.pdf , abgerufen am 20.04.2026
4 vgl. Stefan Dressler: Wie wird Wasser in die Kronen der höchsten Bäume transportiert?
https://www.leibniz-gemeinschaft.de/ueber-uns/neues/frag-leibniz , abgerufen am 20.04.2026
5 vgl. Amari Toshiki, Noriko Nagata, Motoki Tominaga, Hirotomo Takatsuka: Cytoskeleton as a generator of characteristic physical properties of plant cells: ‘cell wall,’ ‘large vacuole,’ and ‘cytoplasmic streaming’. 2025. Abstract. https://doi.org/10.2142/biophysico.bppb-v22.0013 , abgerufen am 20.04.2026
6 vgl. Markus Nolf, Stefan Mayr: Einführung in die Botanik – Bau und Funktion der Pflanzen. 2011. S. 3 https://www.uibk.ac.at/elearning/eprojekte/projekte11/skript_bau-funktion_20111229-zu-2011240.pdf , abgerufen am 20.04.2026
7 vgl. Jodi Richmond (Jodi Shelton): How plants use water. Website der West Virginia University 2021. https://extension.wvu.edu/lawn-gardening-pests/news/2021/03/01/how-plants-use-water , abgerufen am 20.04.2026
8 vgl. Yara.de: Wasserbedarf im Pflanzenbau. 2026. https://www.yara.de/pflanzenernaehrung/pure-nutrient/info12-wassernutzungs-effizienz/wasserbedarf-im-pflanzenbau/ , abgerufen am 20.04.2026
9 vgl. Wikipedia: Wassertransport in Pflanzen, https://de.wikipedia.org/wiki/Wassertransport_in_Pflanzen , abgerufen am 20.04.2026
10 vgl. Technnische Universität München: Wachstum vor Fotosynthese - Wie Bäume ihren Wasserhaushalt regulieren. 2025. https://www.ls.tum.de/ls/presse/aktuelles/nachricht-detail/article/wachstum-vor-fotosynthese-wie-baeume-ihren-wasserhaushalt-regulieren/ , abgerufen am 20.04.2026
11 vgl. Richard L. Peters, Matthias Arend, Cedric Zahnd, Günter Hoch, Stefan K. Arndt, Lucas A. Cernusak, Rafael Poyatos, Tobias Zhorzel & Ansgar Kahmen: Uniform regulation of stomatal closure across temperate tree species to sustain nocturnal turgor and growth. 2025. Hauptteil (Main), erster Absatz. https://www.nature.com/articles/s41477-025-01957-3 , abgerufen am 20.04.2026
12 vgl. Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg: Kompaktlexikon der Biologie. Heidelberg 1999. Streckungswachstum, https://www.spektrum.de/lexikon/biologie-kompakt/streckungswachstum/11375 , abgerufen am 20.04.2026
13 vgl. Gea Guerriero, Jean-Francois Hausman, Giampiero Cai: No Stress! Relax! Mechanisms Governing Growth and Shape in Plant Cells. 2014. Abschnitt 2. , https://doi.org/10.3390/ijms15035094 https://www.mdpi.com/1422-0067/15/3/5094 , abgerufen am 20.04.2026
14 vgl. Robert Emmerich: Signale aus der Pflanzenzelle. Website der Julius-Maximilians-Universität Würzburg 2019. https://www.uni-wuerzburg.de/aktuelles/pressemitteilungen/single/news/signale-aus-der-pflanzenzelle/ , abgerufen am 20.04.2026
15 vgl. Wikipedia: Streckungswachstum. https://de.wikipedia.org/wiki/Streckungswachstum , abgerufen am 20.04.2026
16 vgl. Zbigniew Burdach, Agnieszka Siemieniuk, Zenon Trela, Renata Kurtyka & Waldemar Karcz: Role of auxin (IAA) in the regulation of slow vacuolar (SV) channels and the volume of red beet taproot vacuoles. BMC Plant Biol 18, 102. 2018 https://doi.org/10.1186/s12870-018-1321-6 , abgerufen am 20.04.2026
17 vgl. Schopfer, P., Brennicke, A.: Die Zelle als wachstumsfähiges System. In: Pflanzenphysiologie. Springer-Lehrbuch. Springer, Berlin, Heidelberg 1999. Zusammenfassung. https://doi.org/10.1007/978-3-642-87816-9_7 , abgerufen am 20.04.2026
18 vgl. Cosgrove, D.J.: Plant Cell Growth and Elongation. In eLS, John Wiley & Sons, Ltd (Ed.) 2014. Abstract. https://doi.org/10.1002/9780470015902.a0001688.pub2 , abgerufen am 20.04.2026
19 vgl. Brockhaus Enzyklopädie Online: Streckungszone (Botanik). NE GmbH Brockhaus https://brockhaus.de/ecs/enzy/article/streckungszone-botanik , abgerufen am 20.04.2026
20
Zitat: Schopfer, P., Brennicke, A.: Die Zelle als wachstumsfähiges System. In: Pflanzenphysiologie. Springer-Lehrbuch. Springer, Berlin, Heidelberg 1999. Zusammenfassung. https://doi.org/10.1007/978-3-642-87816-9_7
, abgerufen am 20.04.2026
