Kapitel 6 Entwurf des Reglers auf endliche Einstellzeit - Christian ...

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6 Verzeichnis häufig verwendeter Abkürzungen und Begriffe ADP : Adenosindiphosphat ADW, AD-Wandler : Analog-Digital-Wandler ATP : Adenosintriphosphat Chl : Chlorophyll DAW, DA-Wandler : Digital-Analog-Wandler ETC : lineare Elektronentransportkette F 0 : Grundfloureszenz FC-Machine : Fluoreszenz-Clamp-Maschine Fd : Ferredoxin FET : Feld-Effekt-Transistor F M : Maximalfluoreszenz Φ 0 : maximaler Exzitonenfluß Φ M : minimaler Exzitonenfluß I : Lichtintensität k f : Ratenkonstante der Fluoreszenz k p : Ratenkonstante der photochemischen Deaktivierung k t : Ratenkonstante der thermischen Deaktivierung LED : Leuchtdiode LHC : light harvesting complex ML : Meßlicht NADP : Nicotinadenindinucleotidphosphat OP : Operationsverstärker P680, P700 : Reaktionszentrumsmulekül von PS II bzw. PS I PC : Plastocyanin PQ : Plastoquinon PS I, PS II : Photosystem I bzw. II Q A , Q B : Akzeptoren von PS II q E : Energy-Quenching q I : Photoinhibitions-Quenching q N : nichtphotochemisches Quenching q P : photochemisches Quenching RZ : Reaktionszentrum u : Stellfunktion x : Regelgröße : Regelabweichung x d Vereinbarung Die Intensitätsangaben in W/m 2 beziehen sich auf die Mittelung über Hell- und Dunkelphasen der Lichtprogramme.
7 Kapitel 1 Einleitung Die Pflanzen wandeln durch die Photosynthese die Energieeinstrahlung der Sonne in chemische Energie um und verringern dabei z.B. auch die CO 2 -Konzentration der Luft. Die Bedeutung der Pflanzen als Sauerstoff- und Nahrungsmittelproduzent und die Veränderungen, die Störungen in der Umwelt der Pflanzen hervorrufen, haben nicht nur Generationen von Bauern dazu veranlaßt, lange darüber nachzudenken, wie man diese Reaktionen bzw. das Wachstum der Pflanze beeinflussen kann. Auch die Wissenschaftler untersuchen den komplizierten Prozeß der Photosynthese in intensiver Forschung und tragen Stück für Stück zusammen. Bei der Photosynthese spielen die zwei Photosysteme PS II und PS I, die die Lichtenergie nutzen, um Elektronen zu transportieren, eine zentrale Rolle. Die Chlorophyll- Fluoreszenz von PS II enthält eine Menge Informationen und ist eine relativ einfach zu messende Größe (Schreiber et al., 1986). In der Kieler Arbeitsgruppe für Biophysik wird zum einen die bekannte Meßtechnik benutzt, um aktuelle Fragen wie z. B. die unterschiedliche Resistenz von ammonium- und nitraternährten Pflanzen gegen Lichtstreß zu bearbeiten (Zhu et al., 2000; Bendixen et al., 2001), zum anderen wird aber auch an der Verbesserung der Meßtechnik gearbeitet. Ein Problem der Chlorophyll-Fluoreszenz ist ihr außerordentlich reicher Gehalt an Information, so daß es schwierig ist, diese einzeln zu erkennen. Daher werden Verfahren gesucht, die Prozesse besonders deutlich hervortreten lassen. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Problem, daß die Fluoreszenz die Konzentration von Exzitonen in den Antennen des PS II wiedergibt. Sie ist daher eine Potentialgröße wie die Spannung in einem elektrischen Netzwerk. Häufig ist man jedoch an den Flüssen interessiert. Sie müssen indirekt aus den Veränderungen der Fluoreszenz erschlossen werden. Es hat jedoch Vorteile, die Flüsse direkt zu messen (Kapitel 4). Dafür wurde die FC-Maschine (Fluorescence-Clamp-Maschine) entwickelt. Diese entstand nach dem Vorbild des Voltage-Clamp, bei dem ein Regelkreis die Spannung an den Zellen konstant hält, indem der dafür nötige Strom verändert wird und damit die Messung der Ströme ermöglicht wurde (Marmont, 1949). Die FC-Maschine hält die Fluoreszenz konstant, indem es das Einstrahlungslicht so regelt, daß die Exzitonenflüsse aus den Antennen kompensiert werden. Mit der FC-Maschine können daher die Flüsse am PS II direkt gemessen werden. In der Arbeitsgruppe Biophysik der Universität zu Kiel wurde eine FC-Maschine von Giannikos (1995) entwickelt und von Schinner (1997), Schinner et al. (2000) verbessert. Diese FC-Maschine in Analogtechnik hat aber einen sehr komplexen elektronischen Aufbau, dessen Nachbau und Justierung im Betrieb recht hohe Anforderungen auf dem Gebiet der Regelungstechnik stellen (Frequenzgangabgleich, Ermitteln von „Wunder-Cs“). Dies macht die Verbreitung des Prinzips in andere Labore schwierig. Die Aufgabe zu dieser Diplomarbeit war daher die Entwicklung einer FC-Maschine, zu der nur noch möglichst wenig elektronische Bauteile benötigt werden und viele Funktionen von einem Computerprogramm übernommen werden, das sich an die verwendete Hardware
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Seite 18 und 19: 18 Das bedeutet, daß man mit sehr
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62 Signal-Rauschverhältnis von x b
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72 Kapitel 8 Erprobung der digitale
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74 Kapitel 9 Fazit und Ausblick Abb
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78 Dau, H. und Sauer, K. (1996) Exc
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80 Rogers, M.A., Bates, A.L. (1980)
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83 Die eidesstattliche Erklärung:
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