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Abhängigkeiten der Photosynthese

Abhängigkeiten der Photosynthese

 2.2 Abhängigkeit der Fotosynthese von Außenfaktoren
a) Abhängigkeit der Fotosynthese von der Lichtintensitāt (= Lichtqualitāt)
Bei einer Me

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2.2 Abhängigkeit der Fotosynthese von Außenfaktoren a) Abhängigkeit der Fotosynthese von der Lichtintensitāt (= Lichtqualitāt) Bei einer Messung zur Abhängigkeit der Fotosynthese von einem Außenfaktor an einer Pflan- ze wurde das im folgenden Diagramm dargestellte Ergebnis erhalten. Sauerstoff- abgabe Sauerstoff- aufnahme Lichtkompensationspunkt grun: reelle Fotosynthese (steht für die tatsächliche Menge an Sauerstoff, die von der Pflanze gebildet wird) gelb: apparente Fotosynthese (steht für die experimentell ermittelbare Menge an Sauerstoff, die eine Pflanze fotosynthe- tisch herstellt und nach außen abgibt Beleuchtungsstarke roti Atmung (gibt an, wie viel Sauerstoff eine Pflanze selbst benötigt, um Energie für grundlegende Stoffwechselvorgänge bereitzustellen) Eine Pflanze betreibt nicht nur Fotosynthese, sondern auch Zellatmung. Dieser Stoff- wechselprozess läuft unabhängig von der Beleuchtungsstärke mit der immer gleichen In- tensitāt ab. Da die Pflanze bei der Fotosynthese Sauerstoff produziert und einen Teil dieses Sauer- stoffs bei der Zellatmung wieder verbraucht, gelangt nicht der ganze bei der Fotosynthese produzierte Sauerstoff in die Umwelt. Die Sauerstoffabgabe an die Umwelt bezeichnet man als apparente Fotosynthese. Am Lichtkompensationspunkt entspricht der O₂-Verbrauch durch Atmung genau der O2-Produktion durch die Fotosynthese. Grün: die Pflanze betreibt FS sobald sie beleuchtet wird (Anstieg). Ab einer bestimmten Lichtin- tensität kann trotz steigender Beleuchtung die Fotosynthese nicht mehr gesteigert werden: Licht- sättigung (konstanter Verlauf) Rot Zellatmung (Pflanze benötigt bestimmte und konstante Menge an Sauerstoff, um mittels Zellatmung Energie für wichtige grundlegende Stoffwechselvorgänge bereit zu stellen Gelb: Verlauf wie bei grün, Am Anfang: die Pflanze...

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betreibt von Beginn an FS, doch die erzeugte Sauerstoffmenge reicht noch nicht aus, um den für die Zellatmung benötigten Sauerstoffbedarf zu decken, geringere Sauerstoffabgabe wird gemessen, weil der Sauerstoffverbrauch durch die Zellatmung abgezogen werden muss. Kompensationspunkt: Pflanze produziert genauso viel Sauerstoff, wie sie für die Zellatmung benötigt. Abhängigkeit der Fotosyntheserate von Außenfaktoren b) Abhāngigkeit von der Temperatur Bei der Messung der Fotosyntheseaktivitāt bei starkem und schwachem Licht unter Berück- sichtigung der Temperatur ergaben sich folgende Ergebnisse, die im unteren Diagramm dar- gestellt sind. (Zunächst kann man bei beiden Kurven anfänglich für eine Temperaturerhöhung um 10°C eine Ver- dopplung der RG beobachten. Während bei der Schwachlichtkurve ab ca. 13°C bei weiterer Tem- peraturerhöhung kein Anstieg der Sauerstoffabga- be erfolgt, nimmt die Starklichtkurve einen expo- Inentiellen Verlauf bis ca. 40°C. Bei beiden Kurven fällt ab etwas von oberhalb von 40 °C ein Abfall der Sauerstoffabgabe auf) rascher Bei geringerem Lichtangebot wirkt sich die Ande- rung der Temperatur kaum auf die Fotosynthese aus, da hier die Lichtmenge sich begrenzend aus- wirkt. Im Starklicht hat die Temperatur dagegen einen großen Einfluss. Hier bestimmen die tempe- raturabhängigen Enzyme der Fotosynthese die Reaktionsgeschwindigkeit. O₂-Abgabe (relative Einheiten) O₂-Abgabe (relative Einheiten) O - 10 CO2-Gehalt (%) der Luft 0,1 CO 2-Gehalt (%) O c.)Abhängigkeit von der CO₂-Konzentration Leiten Sie eine allgemeine Regel für den plötzlichen Abfall der Grafen her und stellen Sie einen Zusammenhang zur enzymatischen Typische Optimumskurve, RGT-Regel, Hitzede naturierung Starklicht 10 20 30 40 Temperatur (°C) Abhängigkeit von der Temperatur 0,2 Schwachlicht 50 60 Die Fotosyntheseleistung steigt zunächst mit der Zunahme des CO₂-Gehaltes direkt propor tional an und flacht nach dem Erreichen des CO₂-Sättigungspunktes bei ca. 0,15 % ab. Am Sättigungspunkt ist eine Steigerung der FS-Rate nicht mehr möglich. d) Einfluss der Lichtqualitāt (= Wellenlänge des Lichts) Licht kann sowohl als elektromagnetische Welle als auch als Strahl von Teilchen (Photonen) betrachtet werden. Je kurzwelliger das Licht, umso energiereicher ist es. relative Fotosyntheserate 400 relative Absorption kürzere Wellenlänge höhere Energie 400 106 nm 10³ nm 1 nm Gamma- Röntgen- strahlen strahlen 400 450 500 500 600 Wellenlänge (nm) 500 UV Wirkungsspektrum 0₂-liebende Bakterien 600 Wellenlänge (nm) 10³ nm sichtbares Licht 550 Engelmannscher Bakterienversuch (Theodor Engelmann 1882) Eine Fadenalge (Grünalge) wurde in einer Lösung, die aerobe Bakterien enthielt, mit Licht unterschiedlicher Wellenlängen bestrahlt. In der Abbildung sind das Ergebnis des Versuches und das biochemische Wirkungsspektrum der Photosynthese abgebildet. Infrarot Grünalge D 700 106 nm 600 700 Chlorophyll a Chlorophyll b Carotinoide 650 längere Wellenlänge geringere Energie Mikro- wellen > [nm] 380- 435 1m (10⁹ nm) 10³ m 435- 480 700 Tab. 1: Farben des Lichtes und deren Komplementärfarben. 480- 560 560- 595 595- 650 650- 780 Farbe des Lichts violett blau grün gelb Radio- wellen orange 750 nm rot Komple- mentär- farbe gelb orange rot violett blau grün Abb. 1: Ergebnis des Engelmann- Versuchs und Wirkungsspekt- rum der Photosynthese (oben), Absorptionsspektrum der Pho- tosynthesepigmente (unten). 1. Belichtung eines Algenfadens und Zugabevon aerophilen (sauerstoffliebenden) Bakterien → Vermehrung an Stellen mit rotem und blauem Licht (Da dort erhöhte Sauerstoffproduktion durch die Fotosynthese der Alge) ->keine Sauerstoffproduktion an Stellen mit gelb-grünem Licht → keine/wenig Anlagerung der Bakterien Nur rotes und blaues Licht wird von der Pflanze aufgenommen und die Energie für die Fotosynthese genutzt relative Fotosyntheserate 400 relative Absorption Chlorophyll a: 420nm und 670nm Chlorophyll b: 460nm und 640nm 500 400 Wirkungsspektrum O₂-liebende Bakterien 2. Die verschiedenen Absorptions maxima der einzelnen Pigmente führen zusammen zu breiteren Absorptionsbereichen = Wirkungsspektrum der Fotosynthese Absorptionsspektrum: 600 Wellenlänge (nm) Absorptionsspektrum: Die Absorptionsmaxima der Fotosynthese Pigmente liegen im roten und blauen Spektralbereich des Lichts: 500 Grünalge Weitere Blattfarbstoffe (akzessorische Pigmente) wie Carotinoide und die Xanthophylle halfen die Absorptionslücken etwas zu verringern 700 600 Wellenlänge (nm) Wirkungsspektrum 700 - Chlorophyll a Chlorophyll b Carotinoide

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