Das Blatt als Ort der Fotosynthese

Wo findet die Fotosynthese statt? Obwohl alle grünen Pflanzenteile aufgrund ihres Chlorophyllgehalts Fotosynthese betreiben können, findet dieser Prozess hauptsächlich in den Blättern statt. Das Laubblatt ist speziell für diese Aufgabe angepasst und weist eine komplexe Struktur auf.

Die Epidermis bildet die äußere Begrenzung des Blattes und ist von einer wachsartigen Schicht, der Cuticula, überzogen. Diese Schicht erfüllt wichtige Schutzfunktionen:

Highlight: Die Cuticula behindert den Wassereintritt und verhindert übermäßige Verdunstung, was für die Wasserbilanz der Pflanze entscheidend ist.

Zwischen der oberen und unteren Epidermis liegt das fotosynthetisch aktive Gewebe, das aus zwei Hauptschichten besteht:

1. Das Palisadengewebe: Es besteht aus zylinderartigen Zellen, die dicht nebeneinander stehen und reich an Chloroplasten und Chlorophyll sind. Hier findet der größte Teil der Fotosynthese statt, da dieses Gewebe das meiste Licht empfängt.
2. Das Schwammgewebe: Es liegt unter dem Palisadengewebe und dient hauptsächlich dem Gasaustausch. Es enthält luftgefüllte Interzellularen, die über Spaltöffnungen $Stomata$ an der Blattunterseite mit der Außenluft in Verbindung stehen.

Vocabulary: Stomata sind spezielle Öffnungen in der Epidermis, die von zwei Schließzellen gebildet werden. Sie regulieren die Aufnahme von Kohlenstoffdioxid sowie die Abgabe von Wasserdampf und Sauerstoff.

Die Chlorophyll Eigenschaften und der Aufbau der Chloroplasten sind entscheidend für die Fotosynthese. Chloroplasten sind von zwei Membranen umgeben und enthalten in ihrer Grundsubstanz $Stroma$ spezielle Membransäckchen, die Thylakoide. Diese bilden gestapelte Strukturen, die als Grana bezeichnet werden.

Definition: Chlorophyll ist der wichtigste Fotosynthesefarbstoff. Es kann Licht absorbieren und ermöglicht es fotosyntheseaktiven Lebewesen, Lichtenergie in chemische Energie umzuwandeln.

Die Transpiration, also die Verdunstung von Wasser aus den Blättern, steht in engem Zusammenhang mit der Fotosynthese. Sie erzeugt einen Unterdruck in den Wasserleitungsbahnen, den sogenannten Transpirationssog, der den Transport von Wasser und gelösten Mineralstoffen ins Blatt unterstützt.

Sonnenblätter und Schattenblätter

Pflanzen haben im Laufe der Evolution faszinierende Anpassungen entwickelt, um mit unterschiedlichen Lichtbedingungen umzugehen. Ein herausragendes Beispiel dafür sind die Unterschiede zwischen Sonnen- und Schattenblättern, die die Abhängigkeit der Fotosynthese von Licht deutlich machen.

Sonnenblätter sind an Standorte mit hoher Lichtintensität angepasst. Sie weisen folgende Merkmale auf:

• Sie sind in der Regel kleiner und dicker als Schattenblätter.
• Ihr Palisadengewebe ist oft mehrschichtig und enthält viele Chloroplasten.
• Sie erreichen die Lichtsättigung bei höherer Lichtintensität.
• In starkem Licht sind sie fotosynthetisch aktiver und erzielen eine höhere Nettofotosyntheserate als Schattenblätter.

Example: Ein typisches Sonnenblatt findet man beispielsweise bei Pflanzen, die in offenen, sonnigen Bereichen wachsen, wie Sonnenblumen oder viele Gräser.

Schattenblätter hingegen sind an Standorte mit geringerer Lichtintensität angepasst:

• Sie sind meist größer und dünner als Sonnenblätter.
• Ihr Palisadengewebe ist reduziert, mit großen Zellen und wenigen Chloroplasten.
• Sie enthalten mehr Chlorophyll, um das vorhandene Licht optimal zu nutzen.
• Sie erreichen den Lichtkompensationspunkt schneller und somit auch schneller eine positive Nettofotosyntheserate bei geringerer Lichtintensität.

Highlight: Die Anpassung an unterschiedliche Lichtbedingungen durch Sonnen- und Schattenblätter ermöglicht es Pflanzen, in verschiedenen Habitaten erfolgreich zu wachsen und die verfügbare Lichtenergie optimal zu nutzen.

Diese Anpassungen zeigen eindrucksvoll, wie Pflanzen ihre Blattstruktur und Physiologie optimieren, um die Abhängigkeit der Fotosynthese von abiotischen Faktoren zu bewältigen. Die Fähigkeit, verschiedene Blatttypen zu entwickeln, erhöht die Effizienz der Fotosynthese unter variierenden Umweltbedingungen und trägt so zur Überlebensfähigkeit und Verbreitung der Pflanzen bei.

Vocabulary: Die Nettofotosyntheserate bezeichnet die tatsächliche Menge an Glucose, die pro Zeiteinheit durch Fotosynthese produziert wird, abzüglich des Verbrauchs durch Zellatmung.

Die Unterschiede zwischen Sonnen- und Schattenblättern verdeutlichen, wie komplex und fein abgestimmt der Prozess der Fotosynthese ist. Diese Anpassungsfähigkeit unterstreicht die Bedeutung der Fotosynthese für Menschen und die gesamte Biosphäre, da sie es Pflanzen ermöglicht, in verschiedensten Ökosystemen zu gedeihen und so die Grundlage für vielfältige Lebensräume und Nahrungsnetze zu bilden.

Bedeutung der Fotosynthese und ihre Abhängigkeit von Außenfaktoren

Die Fotosynthese ist ein fundamentaler Prozess für das Leben auf der Erde. Autotrophe Lebewesen, insbesondere Pflanzen, nutzen diesen Prozess, um energiereiche organische Stoffe aus energiearmen anorganischen Stoffen herzustellen. Die Fotosynthese Bedeutung für Mensch und Tier kann nicht überschätzt werden, da alle heterotrophen Lebewesen auf diese Energiequelle angewiesen sind.

Die Photosynthese Formel lautet: 6 CO2 + 6 H2O → C6H12O6 + 6 O2. Diese Gleichung zeigt, dass Kohlenstoffdioxid und Wasser verbraucht werden, um Glucose und Sauerstoff zu produzieren.

Highlight: Fast die gesamte Biomasse der Welt wurde durch Fotosynthese gebildet, und dieser Prozess liefert den lebenswichtigen Sauerstoff für die Atmung aller Lebewesen.

Die Abhängigkeit der Fotosynthese von Außenfaktoren ist beträchtlich. Licht, Temperatur und Kohlenstoffdioxid beeinflussen die Fotosyntheserate maßgeblich. Bei geringer Lichtintensität überwiegt die Kohlenstoffdioxidabgabe durch Zellatmung. Mit steigender Lichtintensität nimmt die Fotosyntheserate zu, bis der Lichtkompensationspunkt erreicht ist.

Definition: Der Lichtkompensationspunkt ist der Punkt, an dem die Kohlenstoffdioxidaufnahme durch Fotosynthese genauso groß ist wie die Abgabe durch Zellatmung.

Die Nettofotosyntheserate, die die tatsächliche Glucoseproduktion pro Zeiteinheit angibt, steigt mit zunehmender Lichtintensität bis zu einem Maximum, der Lichtsättigung. Bei hoher Lichtintensität wird die Rate hauptsächlich durch die Temperatur bestimmt.

Vocabulary: Die Bruttofotosyntheserate ist höher als die Nettofotosyntheserate, da sie den Glucoseverlust durch Zellatmung nicht berücksichtigt.

Die Abhängigkeit der Fotosynthese von CO2 zeigt sich darin, dass der natürliche Kohlenstoffdioxidgehalt der Luft $0,04 Vol$ unter dem Fotosyntheseoptimum $0,1 Vol$ liegt. In Gewächshäusern kann die Nettofotosyntheserate durch Zugabe von CO2 bei ausreichender Lichtintensität gesteigert werden.