Photosynthese/Ökologie
Basisinformation und Lösungen
Unabhängig von anatomischen Anpassungen an die Lichtverhältnisse an einem bestimmten Standort gibt es auch physiologische Anpassungen. Dazu gehört die spezifische Lichtstärke, bei der die Photosynthese ihre Sättigung erreicht, d.h. auch bei mehr Licht rufen die Reaktionen der Photosynthese dann nicht mehr schneller ab. Messen kann man das am einfachsten über den Gasaustausch, also den Sauerstoffverbrauch oder die Kohlendioxidaufnahme. Da der entscheidende Farbstoff, das Chlorophyll a, bei allen Photosynthese treibenden Organismen der gleiche ist, können die Unterschiede nur in der verschiedenen Einbettung des Chlorophylls durch Proteine in den sogenannten Photosystemen begründet sein.
Neben der maximal verwertbaren Lichtstärke ist der Kompensationspunkt eine wichtiger Indikator für die ökologischen Ansprüche einer Pflanze. Als Kompensationspunkt versteht man die Lichtstärke, bei der die Photosynthese und die Atmung der Pflanze sich genau ausgleichen. Es wird oft nicht beachtet, dass Pflanzen nicht nur bei der Photosynthese Biomasse bilden sondern auch ständig aerob abbauen, um ihren Stoffwechsel zu bestreiten. Dabbei laufen grundsätzlich die gleichen Prozesse ab wie in jeder tierischen Zelle (Glykolyse, Zitronensäurezyklus, Atmungskette). In der Dunkelheit überwiegen die abbauenden Prozesse; dabei wird Sauerstoff verbraucht und Kohlendioxid abgegeben. Erst wenn die Lichtstärke den Kompensationspunkt überschreitet, überwiegt die Photosynthese und im Saldo wird Sauerstoff abgegeben und Kohlendioxid verbraucht.
Für Schattenpflanzen ist Licht ein Mangelfaktor. Sie müssen deshalb schon bei wenig Licht den Kompensationspunkt überschreiten, um überhaupt Biomasse aufbauen zu können. Dafür ist die Sättigung schon bei mäßiger Beleuchtung erreicht - mehr Licht wird die Pflanzen am natürlichen Standort sowieso nicht erreichen.
Pflanzen an Volllichtstandorten können sich dagegen einen höheren Kompensationspunkt leisten. Dadurch, dass sie die Sättigung erst bei größeren Lichtintensitäten erreichen, können sie auch größere Lichtmengen noch für die Steigerung der Photosyntheseleistung nutzen. Dieser Gewinn macht den Nachteil des höheren Kompensationspunktes um ein Vielfaches wett. Am extremsten ist dies bei Hochgebirgspflanzen ausgeprägt. Sie müssen mit einer sehr kurzen Vegetationsperiode auskommen, sind aber auch extrem starker Sonneneinstrahlung ausgesetzt. Sie nutzen dies, indem sie erst bei sehr hohen Lichtstärken die Photosynthesesättigung erreichen. Sie können so die starke Einstrahlung voll ausnutzen und auch in der kurzen Vegetationszeit genug Biomasse aufbauen. Spitzenreiter ist der Alpen-Säuerling (Oxyria digyna), bei dem Sättigungsraten bis zu 60000lux gemessen wurden.
Lösungen Aufg.1
a) 1 Oxalis; Waldpflanze: Sättigung bei geringer Bekeuchtung. 3 Oxyria; Hochgebirgspflanze: Sättigung liegt weit außerhalb des dargestellten Wertebereichs. 2 Nasturtium; mittlere ökologische Ansprüche, Kurve zwischen den beiden anderen.
b) Der Kompensationspunkt ist die Lichtstärke, bei der sich Atmung und Photosynthese gerade ausgleichern. Im Saldo ist der Kohlendioxidumsatz deshalb gleich Null.
c) Für Schattenpflanzen ist Licht ein Mangelfaktor. Sie müssen deshalb schon bei wenig Licht den Kompensationspunkt überschreiten, um überhaupt Biomasse aufbauen zu können. Mit zunehmender Einstrahlung ist die Photosyntheseleistung am Tage so groß, dass die Veratmung in den Dunkelphasen keine Rolle mehr spielt. Je stärker die Einstrahlung, desto höher der Kompensationspunkt und Sättigungslichtstärke.
zuletzt bearbeitet am 21. IV. 2001