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Energiestoffwechsel (CGH)

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by

Hebephini Delohero

on 16 February 2016

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Transcript of Energiestoffwechsel (CGH)

Energiestoffwechsel
- Äußere Einflüsse auf die Fotosynthese
- Struktur- Funktionsbeziehungen Sonnen- und Schattenblatt
- Absorption von Licht
- Engelmann- Versuch
- Rotfluoreszenz
Äußere Einflüsse auf die Fotosynthese
Wie lässt sich die Fotosyntheserate messen ?
Herstellung organischer Produkte/Zeit

Abgabe/Aufnahme Sauerstoff/Zeit
Abgabe/Aufnahme Kohlenstoffdioxid/Zeit
Unterscheidung bei der Messung der FSR
reelle Fotosynthese
apparente Fotosynthese
- von der FS verursachte Sauerstoffproduktion
- nach außen hin messbare Sauerstoffbilanz
- wird von anderen Prozessen, wie der Zellatmung beeinflusst
Einflussfaktor Beleuchtungsstärke
Sehr geringe Beleuchtungsstärke
Die Pflanze nimmt Sauerstoff auf
-
negative Stoffbilanz
(Pflanze baut FS-Produkte zur Dissimilation ab)
Allgemeiner Zusammenhang
- mit höherer Beleuchtungsstärke nimmt die Fotosyntheserate zu
Intensität der Fotosyntheserate wird von der Beleuchtungsstärke beeinflusst
Kompensationspunkt
Sauerstoff
produktion
durch Fotosynthese
Sauerstoff
verbrauch
durch Dissimilation
Nach Überschreitung des Kompensationspunktes
- bei noch höherer Beleuchtungsstärke gilt:
Sauerstoff
produktion
durch Fotosynthese
Sauerstoff
verbrauch
durch Dissimilation
Ab Überschreitung des Kompensationspunktes
baut die Pflanze organisches Material auf
Weitere Erhöhung der Beleuchtungsstärke
-bei einer bestimmten Beleuchtungsstärke erreicht die Sauerstoffabgabe (durch FS) einen Höchstwert
- selbst bei höheren Beleuchtungsstärken wird die Sauerstoffproduktion nicht gesteigert
Aufnahmevermögen der Pflanze für Licht ist gesättigt
Sättigungswert
kein Verbrauch und kein Aufbau von Fotosyntheseprodukten, also neutrale Stoffwechselbilanz
Einflussfaktor Temperatur
Differenzierung Stark- und Schwachlicht
Die Temperatur als Einfluss auf die FS nur wirkt, wenn der primäre Einfluss (Beleuchtungsstärke) sein Optimum erreicht hat. Dadurch wird das Engpassmodell bestätigt.
Erläuterung "Starklichtkurve"
- weißt Temperaturabhängigkeit auf, die für enzymatische Reaktionen typisch ist
RGT - Regel
(
R
eaktions
g
eschwindigkeit-
T
emperatur-Regel)
- Geschwindigkeit chemischer Prozesse nimmt bei einer Temperaturerhöhung um
10 K
um das
zwei bis dreifache
zu
- lässt sich auf
biologische Prozesse
adaptieren, mit der Einschränkung, dass die Temperaturerhöhung im Toleranzbereich des jeweiligen Organismus liegt.
Überschreitung des Optimums
- am Höhepunkt der Sauerstoffabgabe befindet sich das Optimum (optimale Temperatur für die höchste FSR)
erhöhte Temperatur
bewirkt
erhöhte Transpiration
bewirkt
sinkender Wassergehalt
bewirkt
Schließung der Spaltöffnungen
(zum Wasserspeichern)
bewirkt
Behinderung der Kohlenstoffdioxid- Zufuhr
sinkende Fotosyntheserate
bewirkt
Einflussfaktor Kohlenstoffdioxid
- unter Realbedingungen wirkt die CO - Konzentration limitierdend auf die FSR
Struktur- und Funktionsbeziehungen Sonnen-und Schattenblatt
Sonnenblatt
Schattenblatt
kleine Blattoberfläche
große Blattoberfläche
dicke, wachsartige Cuticula
dünne Cuticula
dickes Palisadengwebe
dünnes Palisadengewebe
"normale" Anzahl an Thylakoiden in Chloroplasten
erhöhte Anzahl an Thylakoiden in Chloroplasten
"normale" Anzahl an Chlorophyllen
erhöhte Anzahl an Chlorophyllen
- Schattenblatt hat eine größere Oberfläche zur Kompensation der geringen Lichteinstrahlung, die in den unteren Bereichen des Baumes angelangt
( 2 - 5 % des Sonnenlichts in Fichten- oder Buchenwäldern erreichen den Boden)
( 18 - 27 % des Sonnenlichtes in Birke-, Lärchen-, oder Kiefernwäldern erreichen den Boden)
Blätter müssen Lichtstrahlen mit großer Oberfläche "einfangen"
- Sonnenblätter erhalten in der Regel eine erhöhte Sonneneinstrahlung
dicke, wachsartige Cuticula fungiert als Wasser- Verdunstungsschutz
- Schattenblätter erhalten in der Regel eine verminderte Sonneneinstrahlung
dünne Cuticula, da kein Verdunstungsschutz notwendig ist
- Cuticula besteht aus einer wasserundurchlässigen, hydrophoben Wachsschicht
- das Palisadengewebe ist sehr reich an Chloroplasten
Licht wird von jeder Zellschicht teilweise absorbiert
tiefer liegende Zellschichten erhalten weniger Licht
- in den Chloroplasten findet die lichtabhängige Reaktion (auch noch die lichtunabhängige) statt
Jede Zellschicht ist für ein Blatt nur dann vorteilhaft, wenn sie eine positive Stoffwechselbilanz erzielt
- das Schattenblatt hat ein dünnes Palisadengewebe, da es in der Regel in lichtarmen Bereichen besteht
Wenn ein dickes Palisadengewebe vorhanden wäre, würden die unteren Zellschichten sehr wenig bis kein Licht abbekommen
Sie würden daher mit ihrer Dissimilation Fotosyntheseprodukte abbauen und eine negative Stoffwechselbilanz verursachen
- das Sonnenblatt hat ein dickes Palisadengewebe, da es in der Regel in lichtreichen Region (Baumkrone) besteht
wäre das Palisadengewebe des Sonnenblattes dünn, würde es nicht das gesamte Potential der ankommenden Lichtintenistät ausschöpfen
würde einer geringeren Stoffwechselbilanz entsprechen
- Funktion des Chlorophylls ist die Lichtabsorption und die Weiterleitung der absorbierten Energie
Schattenblatt besitzt eine erhöhte Anzahl an Thylakoiden und Chlorophyll um eine effektivere Ausbeute der Lichtenergie zu induzieren
(Je mehr Chlorophyll, desto mehr Absorption)
Engelmannversuch
- In der Thylakoidmembran sind die Chlorophylle enthalten
Lichtabsorption
"Als Lichtabsorption wird eine physikalische Wechselwirkung bezeichnet, bei der Licht seine Energie an Materie abgibt"
Fotosynthesepigmente sind Pigmente, die Licht absorbieren und mithilfe der Lichtenergie von einem energiearmen Grundzustand in einen energiereichen, angeregten Zustand übergehen.
Rotfluoreszenz
Normallicht
UV-Licht
Lichtintenistät
Temperatur
CO
2
-Gehalt
- Wachstum von Pflanzen ist von äußeren Einflüssen abhängig
Somit auch die
Fotosyntheserate
(FSR)
- nach Überschreiten des Optimums wirken andere Faktoren limitierend auf die FSR
Welche Faktoren wirken limiterend ?
- Denaturierung von Enzymen bei zu hohen Temperaturen
Hinzuzufügen ist, dass die Optimumskurven bezüglich der Temperatur zwischen verschiedenen Pflanzenarten variieren.
Achtung !
0,035
FSR 100 %
FSR ca. 30 %
2
kann jedoch unter künstlichen Bedingungen (z.B im Gewächshaus auf das drei- bis fünffache erhöht werden durch Kohlenstoffdioxid- Zugabe
- Fotosyntheserate steigt bei den meistens Pflanzen proportional zu der Erhöhung der Kohlenstoffdioxidkonzentration in der Atmosphäre
- mit steigender Kohlenstoffdioxidkonzentartion steigt die Abgabe von Sauerstoff an
- Abgabe von Sauerstoff ist ein Indikator für die FSR
- Aufnahmevermögen der Pflanze für Kohlenstoffdioxid ist gesättigt
(Auch eine Erhöhung bewirkt keine Steigerung der FSR)
Sättigungswert
Das Minimumgesetz
"Das Wachstum von Pflanzen wird durch die im Verhältnis knappste Ressource eingeschränkt."
- Tonne mit unterschiedlich langen Dauben, lässt sich nur bis zur kürzesten füllen
Organismus kann sich nur so weit entwickeln, wie es die knappste Ressource erlaubt
Blattoberfläche
Cuticula
Palisadengewebe
Thylakoide und Chlorophyll
Engelmannscher Bakterienversuch
Versuchsaufbau
- Algenfaden mit aeroben Bakterien in wässriger Lösung
- Bestrahlung mit Licht, das durch Prisma in seine Spektralfarben gebrochen wird
Da wo am meisten Bakterien sein werden, muss die Fotosyntheserate am höchsten sein !
(Sauerstoff als Indikator für FSR)
Beobachtung
Die sauerstoffliebenden Bakterien bewegen sich zu den Bereichen des Algenfadens, die mit rotem oder blauem Licht bestrahlt wurden
Deutung
- Chlorophyll absorbiert rotes und blaues Licht

- reflektiert hingegen gelbes und grünes Licht
- bei Bestrahlung mit blauem/rotem Licht, entsteht mehr Sauerstoff in Folge einer erhöhten FSR
blaues und rotes Licht eignet sich besonders gut für die Fotosynthese
Elektron
Licht (Photon)
erhötes Energieniveu
Energie
e
-
e
-
e
-
e
-
e
-
- Elektron absorbiert Photon des roten Lichts und wird in den ersten angeregten Zustand befördert
- Elektron absorbiert Photon des blauen Lichtes und wird in den zweiten angeregten Zustand befördert
- Dieser Zustand ist energiereicher, jedoch instabil
- Elektron fällt zurück in den (erst auf angeregten Zustand 1) Grundzustand und gibt dabei Energie ab (Floreszenz)
e
-
Da das Elektron beim Zurückfallen in den Grundzustand vorerst in den angeregten Zustand 1 fällt (Zustand bei Belichtung mit rotem Licht), zeigt eine Rohchlorophylllösunbei Belichtung mit blauem Licht eine rote Fluoreszenz, die Rotfluoreszenz.
- Sauerstoff
verbrauch
durch Dissimilation größer, als Sauerstoff
produktion
(= 0)
durch FS
- Wasser wird als Edukt der Fotosynthese dringend benötigt (z.B für Fotolyse)
- wichtiger Nähr- und Mineralstofflieferant
- Wasserversorgung wirkt sich auf den Zustand der Spaltöfnung aus (indirekter Einfluss auf Kohlenstoffdioxid als Einflussfaktor)
- Bedarf variiert zwischen Pflanzenarten
- Auch ein limitierender Einfluss auf die FSR
Danke für eure Aufmerksamkeit !
- Sonnenblatt erzielt bei hohen Beleuchtungsstärken bessere Leistungen
- Schattenblatt hat einen niedrigeren Kompensationspunkt und damit auch bei niedrigen Beleuchtunga
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