Fotosynthese und Licht im Lebensraum

Fotosynthese und Licht im Lebensraum

Relativer Lichtgenuss: der Prozentsatz des vollen Tageslichts, der die Blätter erreicht. Lichtkompensationspunkt: Beleuchtungsstärke, die dafür erforderlich ist, dass die durch Fotosynthese erzeugte Menge organischer Stoffe den Verbrauch durch die Atmung ausgleicht

Lichtsättigung: Fotosynthese erreicht ihre maximale Leistung bei unterschiedlichen Beleuchtungsstärken

Sonnenpflanze:
- an Standorte mit starker Sonnenstrahlung angepasst
- Vorkommen: auf offener Feldflur, Felsen, Trockenrasen, Heiden
- Meist kleine und derbe Blätter
- Blätter sind durch Haare, Wachsüberzug, Blattstellung und Einrollen gegen übermäßige Strahlung und Wasserverlust gewappnet
- Chloroplasten besitzen Schutzeinrichtungen: Carotinoide fangen zu starke Strahlung ab und wandeln sie in Wärme um
- Enzyme machen hochreaktive Sauerstoffformen unschädlich
- Große Zahl an Spaltöffnungen ermöglichen hohe Gaswechsel- und Fotosyntheseraten

Schattenpflanze:
- kennzeichnend für lichtarme Kraut- und Moosschicht
- zarte Blätter, ohne besonderen Transpirationsschutz
- niedriger Kompensationspunkt --> können bei geringer Beleuchtungsstärke als Sonnenpflanzen existieren
- Fotosysteme erreichen schon bei geringer Beleuchtungsstärke die maximale Fotosyntheseleistung --> Produktivität ist kleiner als bei Sonnenpflanzen
- Bei intensiver Strahlung können Schattenpflanzen leicht Schaden nehmen --> kaum Schutzeinrichtungen gegen zu starke Strahlung

Blattaufbau:
Aufgaben der Blätter: Transpiration und Fotosynthese
Oben/unten: Epidermis:
- äußere Zellwände verdickt, ohne Chloroplasten
- Kutikula aufgelagert --> für Wasser und Gase schwer durchlässig
- Unten: Spaltöffnungen für Gasaustausch
Innen:
Palisadengewebe: ein- oder mehrschichtig, ca. 80% der Chloroplasten à Fotosynthese
Schwammgewebe: Kontakt der Interzellularen, Atemhöhlen: „Durchlüftung“ des Blattes
Blattleitbündel: versorgen Blätter mit Wasser und Nährsalze, transportieren Fotosyntheseprodukte in Stamm und Wurzel

Abhängigkeit der Fotosynthese von der Beleuchtungsstärke bei Sonnenblatt und Schattenblatt

Erläuterung:
Beide Kurven steigen erst rapide an, dann fängt es an, weniger anzusteigen bis es gleichbleibend wird. Das Schattenblatt ist weniger von der Beleuchtungsstärke abhängig als das Sonnenblatt. Das Schattenblatt erreicht de Lichtkompensationspunkt eher als das Sonnenblatt. Der Unterschied liegt bei 0,7 Kilolux.

Abhängigkeit der Fotosyntheserate von Umweltfaktoren

Faktoren: Licht, Wasser, CO²-Gehalt, Temperatur, Mineralstoffe

Temperatur:
- bei geringer Beleuchtungsstärke fast unabhängig von Temperatur (unter 10 Grad)
- Temperaturoptimum bei ca. 35 Grad ( günstiger Bereich: 20-35 Grad)
- RGT-Regel bei einer Temperaturerhöhung um 10 Grad beschleunigt sich die Reaktionsgeschwindigkeit um das 2-3fache
- Sehr hohe Temperaturen schädigen Proteine

CO²-Gehalt
- natürlich ca. 0,03 Vol%
- Optimum bei ca. 0,1 Vol%

Licht:
- Schattenpflanzen erreichen Lichtkompensationspunkt und Lichtsättigung deutlich früher als Sonnenpflanzen
--> bei geringer Beleuchtung: Schattenpflanze mit höherer Fotosyntheserate
--> Sonnenpflanzen können aber erheblich höhere Fotosyntheseraten bei stärkerer Beleuchtung erzielen

Wasser:
- wird für Fotosynthese in relativ geringen Mengen benötigt
- v.a. bei Trockenheit schließen sich Spaltöffnungen --> CO²-Aufnahme sinkt, damit auch die Fotosyntheserate

Gesetz des Minimums:
Der im Minimum vorliegende Stoff ist der begrenzende Faktor im Stoffwechselgeschehen der Pflanze


Lichtunabhängige Reaktion der Fotosynthese findet im Stroma des Chloroplasten statt, lichtabhängige Reaktion findet im Thylakoid statt.

Fotosynthese: Energieaufbau
Atmung: Energieabbau

CO²-Aufnahme: Fotosynthese --> Glukosebildung
CO²-Abgabe: Dissimilation --> Glukoseabbau

Unter der „Nulllinie“: Pflanze lebt von Reserven
Über der Nulllinie: Bildet mehr Energie als die Pflanze abbaut

Warum lagern sich dort, wo blaues und rotes Licht auf die Alge treffen, besonders viele Bakterien an?
(Engelmannscher Bakterienversuch 1894)

Erklärung:
- die Blattfarbstoffe (Pigmente) absorbieren das Licht nur im blauen und roten Bereich (für die Fotosynthese)
--> Absorptionsspektrum
500-600nm = Absorptionslücke

- rotes und blaues Licht bewirken die höchsten Fotosyntheseraten
--> Wirkungsspektrum
--> grünes Licht wird reflektiert
--> Blatt erscheint grün

Wo eine hohe Fotosyntheserate ist, ist eine hohe CO²-Erzeugung. --> Ursache für die Anlagerung der Bakterien.

Wenn alles absorbieren würde: Farbe: schwarz
Wenn nichts absorbieren würde: Farbe: weiß

Fotosystem:
Pigmentmoleküle umgeben als Lichtsammelkomplex ein Reaktionszentrum aus wenigen Chlorophyllmolekülen
- Äußere Pigmentmoleküle = Antennenpigmente --> absorbieren die Lichtenergie, leiten sie den Chlorophyllmolekülen im Reaktionszentrum zu --> energiereicher Zustand

Redoxreaktionen
Oxidation = Elektronenabgabe <--> Reduktion = Elektronenaufnahme

Oxidation:
- Stoff wird nach Elektronenabgabe positiver
Reduktion:
- Stoff wird nach Elektronenaufnahme negativer

- die meisten Stoffe im Redoxsystem können als Oxidations- und Reduktionsmittel wirken
- Stoff, der e- abgibt, hat einen hohen Elektronendruck und eine geringe Elektronenaffinität
- Aufnehmender Stoff umgekehrt
--> das Maß für Elektronendruck bzw. –affinität ist das in Volt angegebene Redoxpotential
- da e- negativ geladen sind, schreibt man Stoffen, die leicht e- aufnehmen können, eher ein positiveres Redoxpotential zu
- von einer Verbindung mit positivem Redoxpotential können e- zunächst nicht auf eine mit negativ geladenen übertragen werden
--> Energiezufuhr nötig --> Energie wird über die Fotosysteme geliefert
--> im Fotosystem wird Chlorophyll angeregt --> Abgabe von e- möglich --> Chlorophyll reduziert nun im angeregten Zustand durch Elektronenabgabe Stoffe, die es im Grundzustand nicht reduzieren kann

Danke dir für diese kurze und knappe Übersicht über die Fotosynthese. Das ist wirklich tolle Zusammenfassung und wenn ich mein Abi nicht schon geschriebe hätte, dann hätte ich es wunderbar zum Lernen gebraucht.
Sie wird sicher vielen noch helfen.

Hier noch zwei hilfreiche Schema:
Lichtreaktion - Photosysteme
Calvinzyklus