Ökologie - Biologie für die Oberstufe

42
ATP
2 Abiotische Umweltfaktoren – ihr Einfluss auf das Leben
Monosaccharide
CO 2
RubisCO
Triose-3-phosphat
C3-Zyklus ATP
und
NADPH + H +
Ribulose-
1,5-biphosphat
3-Phosphoglycerinsäure
Abbildung 2.42: Einfache Darstellung des C3-
Stoffwechselweges (Calvin-Zyklus). Beachten Sie die
Verbindung zwischen Licht- und Dunkelreaktion: Die
Energie- und Reduktionsäquivalente der Lichtreaktion
(ATP und NADPH + H + ) werden zur Synthese der
energiereichen Verbindung Triose-3-phosphat und der
Regeneration von Ribulose-1,5-biphosphat benötigt.
Netto-CO 2 -Aufnahme [µmol/(CO 2 · m 2 /s)]
20
10
0
–10
maximale
Nettophotosyntheserate
Lichtkompensationspunkt
500 1000 1500
PhAR [µmol/(m² · s)]
Lichtsättigungspunkt
2000
Abbildung 2.43: Zusammenhang von photosynthetischer
Aktivität (y-Achse) und verfügbarer Strahlungsintensität
(x-Achse). PhAR: Photosynthetisch ausnutzbare
Strahlung. Bei steigender Strahlungsintensität
steigt die Photosyntheserate bis zu einem Höchstwert
an, dem Lichtsättigungspunkt. Als Lichtkompensationspunkt
bezeichnet man den PhAR-Wert, an dem die
CO 2 -Aufnahme durch Photosynthese durch den CO 2 -
Verlust durch Atmung gerade ausgeglichen wird.
lich die Dunkelreaktion der Photosynthese über die Kontrolle der Synthese
von Triose-3-phosphat und die Regeneration von Ribulose-1,5biphosphat.
Dieser photosynthetische Stoffwechselweg, bei dem CO 2
mit der C 3 -Verbindung 3-Phosphoglycerinsäure reagiert, heißt Calvin-
Zyklus oder C 3 -Zyklus (⇒ Abbildung 2.42).
Die Verfügbarkeit von Strahlungsenergie beeinflusst
die photosynthetische Aktivität von Pflanzen
Die Sonnenstrahlung liefert die Energie für den Prozess der Photosynthese.
Daher beeinflusst die für ein Blatt photosynthetisch ausnutzbare
Strahlung (Photosynthetically Active Radiation = PhAR) auf direkte
Weise die Photosyntheserate (⇒ Abbildung 2.43). Nimmt die Strahlungsintensität
ab, sinkt als Konsequenz auch die bei der Photosynthese assimilierte
CO 2 -Menge, bis sie schließlich der Menge des bei dem in den
Zellen der Pflanzen gleichzeitig ablaufenden Prozesses der Zellatmung
freigesetzten CO 2 entspricht. An diesem Punkt ist die Nettophotosyntheserate
gleich null. Der PhAR-Wert, bei dem dies geschieht, ist der
Lichtkompensationspunkt. Bei Strahlungsintensitäten unterhalb des
Kompensationspunktes übersteigt die durch die Atmung abgegebene
Kohlenstoffdioxidmenge die durch die Photosynthese aufgenommene;
damit entsteht ein Netto-CO 2 -Verlust vom Blatt an die Atmosphäre.
Übersteigt die Strahlungsintensität den Lichtkompensationspunkt,
steigt die Photosyntheserate mit steigender PhAR, wobei die Lichtreaktionen
die Photosyntheserate begrenzen. Schließlich wird die Kapazitätsgrenze
der Photosynthese erreicht. Den PhAR-Wert, ab dem bei
steigender Strahlungsintensität keine Photosynthesesteigerung mehr zu
beobachten ist, bezeichnet man als Lichtsättigungspunkt. Bei manchen
Pflanzen, die an sehr schattige Lebensräume angepasst sind, sinkt
die Photosyntheserate sogar bei Überschreiten des Lichtsättigungspunktes
wieder ab. Diese hemmende Wirkung höherer Strahlungsintensitäten,
die Photoinhibition, kann eine Folge der Überlastung der bei der
Lichtreaktion beteiligten Stoffwechselreaktionen sein.
2.3.4 Pflanzen sind an unterschiedliche
Lichtverhältnisse angepasst
Licht ist ein besonders wichtiger Umweltfaktor im Leben der Pflanzen.
Es wird nicht nur für die Photosynthese benötigt – Licht steuert außerdem
viele Schlüsselprozesse beim Pflanzenwachstum und der Pflanzenentwicklung.
Sonnen- und Schattenpflanzen
Pflanzen leben in der Regel in einer von zwei durch die Strahlungsintensität
unterschiedlich geprägten Umwelten: entweder eher im Schatten
(Schattenpflanzen) oder eher an offenen Stellen mit intensiverer Sonneneinstrahlung
(Sonnenpflanzen). Um an diesen unterschiedlichen
Standorten zu überleben, zu wachsen und sich zu vermehren, entwickelten
Pflanzen eine ganze Reihe von physiologischen und morphologischen
Anpassungen.