Photosynthesebedingungen Flashcards
Was sind die Auswirkung von zunehmender Lichteinstrahlung auf die Photosynthese?
Was ist der Lichtkompensationspunkt
= Lichtintensität, bei der sich der Sauerstoffverbrauch durch die Atmung einer Pflanze und die Sauerstoffproduktion durch ihre Photosynthese die Waage halten → Pflanze kann sich komplett durch Photosynthese versorgen
→ CO2-Aufnahme = CO2-Freisetzung
Lichtkompensationspunkt bei Schattenpflanzen?
◦ 1. niedrigen LK
◦ 2. niedrige Atmungsintensität im Dunkeln
◦ 3. höhere Netto-PS-Intensität im Schwachlicht
◦ 4. ein niedriges Maximum der Netto-PS als Sonnenpflanzen
Abbildung:
Abhängigkeit der Photosyntheserate (Ordinate) von der zur Verfügung stehenden Lichtmenge (Abszisse) bei Sonnen- bzw. Schattenpflanzen.
◦ im negativen Bereich tritt eine Netto-Atmung auf
◦ im positiven Bereich der Ordinate findet eine Netto-Photosynthese statt
Lichtkompensationspunkt C3 vs. C4-Pflanzen
◦ Mit steigender Lichtintensität wird die C3-Pflanze in der Photosyntheseleistung, wegen zunehmender Photorespiration und Gefahr der Photoinhibition, gehemmt.
◦ Der Lichtkompensationspunkt von C4 /CAM Pflanzen liegt wesentlich höher als bei C3 Pflanzen, was bedeutet, dass C4 /CAM -Pflanzen wesentlich mehr Licht benötigen um zu existieren.
Was ist der CO2-Kompensationspunkt? Was gilt bei C4-Pflanzen?
= ab welcher Kohlenstoffdioxidkonzentration, speziell in den Interzellularen des Blattes, die CO2-Aufnahme (Photosynthese) und CO2-Abgabe (Atmung, Photorespiration) im Gleichgewicht stehen
-in C4-Pflanzen ist CO2-KP nahezu Null
Erklären. Was bedeutet ein hoher und was ein niedriger CO2-KP
CO2-KP ist Schnittpunkt mit der x-Achse
- niedriger CO2-KP: hohe Intensität der CO2-Fixierung gegenüber CO2- Abbau → Blatt zeigt damit eine hohe Affinität gegenüber CO2
- hoher CO2-KP: niedrige Leistung der CO2-Fixierung, Bedarf hoher CO2-Konzentration • hängt stark von der Temperatur und dem Weg der CO2-Fixierung ab
Welche Faktoren beeinflussen die Photosynthese hinsichtlich des Lichts?
Lichtintensität: normalerweise Licht nicht der limitierende Faktor für Photosynthese, außer bei beschatteten Pflanzen ◦ bei sehr hoher Lichtintensität bleicht Chlorophyll aus
◦ Lichtschutzsysteme entwickelt: molekulare Prozesse, aber auch dicke Cuticula & behaarte Blätter
- Lichtdauer: Photosynthese kann nur unter Belichtung erfolgen von Dauer der Belichtung abhängig →
- Abhängigkeit von Wellenlänge:
◦ Photonen nicht aller Wellenlängen werden gleich effektiv zur Photosynthese genutzt
◦ abhängig vom Absorptionsspektrum des absorbierenden Pigments
Welche Unterschieldichen Anpassungen gibt es an variierende ichtverhältnisse?
◦ morphogenetische Anpassung des Blattes an unterschiedliche Lichtintensitäten → einschichtiges Palisadenparenchym welches sich vom Schwammparenchym kaum unterscheidet als Schwachlichtmodifikation; im Starklicht beide Gewebe wesentlich stärker differenziert; Umstellung erfolgt innerhalb von 5 Tagen (Bsp. Senf - Sinapsis alba)
◦ Chloroplastenbewegung Orientierung und Verteilung der Plastiden ändern sich bei → Elodea je nach Lichtintensität: bei Schwachlicht gleichmäßig verteilt, im Starklicht entlang der Protoplastenmembran ausgerichtet
◦ Morphologische Anpassung Schatten-/Sonnenblatt →
▪ Sonnenblätter = mehr Zellschichten im Mesophyll, höhere PS-Kapazität
▪ Schattenblätter = mehr Lichtsammelpigmente
◦ Lichtflecken bei nur kurzer Lichtdauer zeitlich verzögerte CO2-Fixierung bei → Adenocaulon bicolor (nur leicht verzögert)
Wie reagieren Pflanzen auf Lcihtstress?
- Lichtstress = überschüssige Anregungsenergie keine oxidierten Reduktionsäquivalente mehr vorhanden →
- Weiterleitung auf Lichtsammelkomplex (LHC): Start der Photochemie (PSII/ETK/PSI->Antennen können durch NPQ (Non-photochemical quenching = nicht-photochemisches Löschen) Überschuss-Anregungsenergie als strahlungslose Wärme freisetzen → 1Chl* konvertiert intern (IC) in Grundzustand zurück
Was ist das Problem bei zu viel Photonen?Was ist die Lösung?
Problem: angeregtes Chlorophyll ist höchst reaktiv bildet kurzlebigen & reaktiven Singulettsauerstoff (1O2 * ), der zu Superoxide (O2-) oder Wasserstoffperoxid (H2O2) reagieren kann ROS = toxische Photoprodukte →
- ROS beschädigen Pigmente, Proteine und Lipide der Thylakoidmembran und inhibieren dadurch die Photosynthese bzw. zerstören Photosynthesesysteme.
- Lösungen: A) Unterdrückungsmechanismus → nichtphotochemisches Quenching
B) Entgiftungsmechanismus zur Entfernung der toxischen ROS
C) Photoinhibition
Was sind Xanthophylle?Was sin die wichtigsten?
Xanthophylle = sauerstoffhaltige Derivate der Carontinoide
- Violaxanthin: akzessorisches Pigment in Lichtsammelantenne, leitet Anregungsenergie an Chlorophyll weiter
- Zeaxanthin: wandelt Anregungsenergie in Wärme um, bindet an eine Untereinheit des LHCII liegt → bei niedrigem pH protoniert vor ermöglicht effektiv die Aufnahme der Energie vom Chlorophyll im → Triplettzustand (3Chl a* ), welche dann als Wärme abgestrahlt wird
Was ist der Ablauf des Xantophyllzyklus?
◦ bei intensivem Licht werden infolge einer effizienten Photosynthese viele Protonen ins Thylakoidlumen transloziert normalerweise für membrangebundene ATP-Synthase verwendet
◦ bei hohen Lichtintensitäten wird Protonengradient nicht schnell genug abgebaut Lumen säuert sich stark an (pH-Senkung) Aktivierung von Violaxanthin-Deepoxidase (VDE)
◦ sorgt für reversible Umwandlung (schnelle Reaktion, im Licht) von Violaxanthin (über Antheraxanthin) in Zeaxanthin (energieärmer)
◦ Rückreaktion (langsam & im Dunkeln) von Zeaxanthin über Antheraxanthin zu Violaxanthin wird von einem anderen membranassoziierten Enzym katalysiert Zeaxanthin-Epoxidase (ZE)
Wie werden ROS entfernt?
◦ Superoxid-Dismutase → Enzym wandelt Superoxid-Anionen (O2-) zu Wasserstoffperoxid (H2O2)
◦ Peroxidasen → Enzym das Peroxide (z.B. Wasserstoffperoxid) reduziert
◦ Bei hohem Reduktionsgrad von Ferredoxin und NADPH werden durch die Mehlerreaktion Elektronen auf Sauerstoff übertragen reaktive Sauerstoffspezies (ROS) werden erzeugt, die entgiftet werden → müssen
Was passiert beim photochemischen Quenching?
Umwandlung in Wärme durch Carotinoide im Antennenkomplex (Schutzpigmente) bevor sich reaktive Sauerstoffspezies bilden
◦ Carotinoide des Xanthophyllzyklus
◦ Zeaxanthin dissipiert Energie zu Wärme Zeaxanthin bindet an die Proteine des Light-harvesting- → Komplexes Energielöschung
Welche Auswirkung hat ein Anstieg des CO2-Gehalts auf C3 bzw. C4-Pflanzen?
◦ C3-Pflanzen: starker Effekt erhöhte Photosyntheserate →
◦ C4-Pflanzen: wenig Effekt, da CO2-Konzentrierung in Pflanze
Welche Auswirkung hat die Temperatur auf die Photosynthese?
- viele Reaktionen innerhalb der Photosynthese durch Enzyme realisiert → somit temperatursensitiv
- optimale Temperatur für‘s Wachstum der meisten Pflanzen = 25°C ◦ optimale Temperatur für Photosynthese des Blattes erlebt die Pflanze an einem typischen Sonnentag
◦ niedrige Temperatur begrenzt die Funktionsweise der Enzyme ◦ hohe Temperaturen schädigen Enzyme (Denaturierung)
• mit steigender Temperatur nimmt die Intensität der Photorespiration stärker zu als die Zunahme der Bruttophotosynthese RuBisCo fixiert → bei hohen Temperaturen bevorzugt O2 verringerte Netto-Photosyn → - theserate in C3-Pflanzen
Was ister Temperaturkompensationspunkt?
keine Brutto-PS, da die Photorespiration so stark zunimmt
Was sind Auswirkungen von Wassermangel?
selbst geringster Wassermangel, d.h. bereits ohne Anzeichen des Welkens, führt zur Senkung des Kohlenhydratertrages
• Unter Wassermangel nimmt der Luftaustausch zwischen dem Blatt und der Atmosphäre ab CO2-Konz. → Sinkt rapide ab, gleichzeitig steigt O2-Konz.
Antworten auf Wassermangel?
◦ kurzfristige Antwort: reduzierte stomatäre Leitfähigkeit = verringerte Öffnung der Stomata & reduzierter Gasaustausch
◦ langfristige Antwort: reduzierte Blattoberfläche
Wie wird der Gasaustausch reguliert?
◦ Stomata regulieren den Gasaustausch in einem Blatt
◦ CO2 diffundiert von den Interzellularen in die Mesophyllzellen
◦ aus diesen entweicht Wasser in Form von Wasserdampf
Wann werden Stomata geschlossen und mit welchem Mechanismus?
- Ursache: Wechsel im Turgordruck passiver Einstrom von Wasser aus den Nachbarzellen, da zuvor → aktiver Transport von Kalium- und Chloridionen sowie Malat in die Schließzellen erfolgte
- Schließen:
◦ 1) Abscisinsäure (ABA) gelangt in die Schließzelle
◦ 2) H+ Pumpe wird unterbrochen
◦ 3) K+ & Cl- diffundieren aus der Zelle
◦ 4) Malat wird abgebaut
◦ 5) Anzahl der Ionen wird reduziert, das osmotische Potential in der Zelle erhöht, d.h. es wird weniger negativ
◦ 6) H2O verlässt die Zelle
Inwiefern ist die Chlorophyllkonzentration ein limitierender Faktor?
- normal kein limitierender Faktor
- niedrigere Gehalte an Chlorophyll werden durch Krankheiten, Mineralmangel oder Alterungsprozessen verursacht
- Eisen, Magnesium, Stickstoff und Sonnenlicht sind notwendig für Chlorophyllbiosynthese → → fehlt eine Komponente, kommt es zum Pigmentverlust Chlorosen (= Bleichsucht)
Was ist der Zusammenhang zwischen O2-Konzentration und CO2-Kompensationspunkt?
◦ mit gesteigerter O2-Konzentration erhöht sich der CO2-Kompensationspunkt
◦ Effektivität der photosynthetischen CO2-Fixierung bei niedriger Temperatur gesteigert
◦ mit steigender Temperatur steigt Oxygenaseaktivität schneller als Carboxylierung
◦ Warburg-Effekt = O2 mindert Netto-PS & erhöht CO2-Kompensationspunkt ▪ O2 als Substrat der RuBisCO führt zur Phosphoglycolat-Synthese (Oxygenase-Rkt.) →
▪ ebenfalls Substrat für die Glycolatoxidase (Bildung von H2O2)
▪ Mehler-Reaktion: O2 als Elektronenakzeptor am Ferredoxin reaktive Sauerstoffspezies
Auswirkungen Umweltgifte auf PFlanzen(besonders Ozon?)
- bereits niedrigere Gehalte an Ozon und Schwefeldioxid wirken zerstörend auf Blätter
- Russ z.B. blockiert den Gasaustausch durch Stomata & verhindert, dass Licht zu den Plastiden gelangt
- Ozonschäden:
◦ reduzierte Photosyntheserate 55
◦ nekrotische Blätterläsionen
◦ beschleunigte Seneszenz (= Alterungsprozess) ◦ reduzierter Ertrag
◦ geringeres Wachstum
