Photosynthesebedingungen Flashcards

1
Q

Was sind die Auswirkung von zunehmender Lichteinstrahlung auf die Photosynthese?

A
How well did you know this?
1
Not at all
2
3
4
5
Perfectly
2
Q

Was ist der Lichtkompensationspunkt

A

= 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

How well did you know this?
1
Not at all
2
3
4
5
Perfectly
3
Q

Lichtkompensationspunkt bei Schattenpflanzen?

A

◦ 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

How well did you know this?
1
Not at all
2
3
4
5
Perfectly
4
Q

Lichtkompensationspunkt C3 vs. C4-Pflanzen

A

◦ 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.

How well did you know this?
1
Not at all
2
3
4
5
Perfectly
5
Q

Was ist der CO2-Kompensationspunkt? Was gilt bei C4-Pflanzen?

A

= 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

How well did you know this?
1
Not at all
2
3
4
5
Perfectly
6
Q

Erklären. Was bedeutet ein hoher und was ein niedriger CO2-KP

A

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
How well did you know this?
1
Not at all
2
3
4
5
Perfectly
7
Q

Welche Faktoren beeinflussen die Photosynthese hinsichtlich des Lichts?

A

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

How well did you know this?
1
Not at all
2
3
4
5
Perfectly
8
Q

Welche Unterschieldichen Anpassungen gibt es an variierende ichtverhältnisse?

A

◦ 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)

How well did you know this?
1
Not at all
2
3
4
5
Perfectly
9
Q

Wie reagieren Pflanzen auf Lcihtstress?

A
  • 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
How well did you know this?
1
Not at all
2
3
4
5
Perfectly
10
Q

Was ist das Problem bei zu viel Photonen?Was ist die Lösung?

A

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

How well did you know this?
1
Not at all
2
3
4
5
Perfectly
11
Q

Was sind Xanthophylle?Was sin die wichtigsten?

A

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
How well did you know this?
1
Not at all
2
3
4
5
Perfectly
12
Q

Was ist der Ablauf des Xantophyllzyklus?

A

◦ 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)

How well did you know this?
1
Not at all
2
3
4
5
Perfectly
13
Q

Wie werden ROS entfernt?

A

◦ 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

How well did you know this?
1
Not at all
2
3
4
5
Perfectly
14
Q

Was passiert beim photochemischen Quenching?

A

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

How well did you know this?
1
Not at all
2
3
4
5
Perfectly
15
Q

Welche Auswirkung hat ein Anstieg des CO2-Gehalts auf C3 bzw. C4-Pflanzen?

A

◦ C3-Pflanzen: starker Effekt erhöhte Photosyntheserate →

◦ C4-Pflanzen: wenig Effekt, da CO2-Konzentrierung in Pflanze

How well did you know this?
1
Not at all
2
3
4
5
Perfectly
16
Q

Welche Auswirkung hat die Temperatur auf die Photosynthese?

A
  • 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

17
Q

Was ister Temperaturkompensationspunkt?

A

keine Brutto-PS, da die Photorespiration so stark zunimmt

18
Q

Was sind Auswirkungen von Wassermangel?

A

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.

19
Q

Antworten auf Wassermangel?

A

◦ kurzfristige Antwort: reduzierte stomatäre Leitfähigkeit = verringerte Öffnung der Stomata & reduzierter Gasaustausch

◦ langfristige Antwort: reduzierte Blattoberfläche

20
Q

Wie wird der Gasaustausch reguliert?

A

◦ Stomata regulieren den Gasaustausch in einem Blatt

◦ CO2 diffundiert von den Interzellularen in die Mesophyllzellen

◦ aus diesen entweicht Wasser in Form von Wasserdampf

21
Q

Wann werden Stomata geschlossen und mit welchem Mechanismus?

A
  • 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

22
Q

Inwiefern ist die Chlorophyllkonzentration ein limitierender Faktor?

A
  • 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)
23
Q

Was ist der Zusammenhang zwischen O2-Konzentration und CO2-Kompensationspunkt?

A

◦ 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

24
Q

Auswirkungen Umweltgifte auf PFlanzen(besonders Ozon?)

A
  • 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