VL 2 Teil 2 Flashcards
Wofür steht PhAR?
„Photosynthetically active radiation” = photosynthetisch nutzbare Strahlung
Wie unterscheiden sich die Absorption und Reflektion der Solarstrahlung in Wald und auf der Wiese und was kann man daraus schließen?
Im Mischwald:
* 10% der einfallenden Strahlung an der Oberfläche der
Baumkronenschicht reflektiert
* an Baumkronenschicht ebenfalls meiste Strahlung absorbiert
* nur 9% kommen in Kraut- und Strauchschicht an
* nur 2% kommen am Boden an
auf der Wiese:
* 20% der Strahlung werden an Vegetation reflektiert
* in mittleren und unteren Schichten (dort Phytomasse am dichtesten) Großteil der Strahlung absorbiert
* 5% der photosynthetisch nutzbaren Strahlen erreichen die Bodenoberfläche
-> Vegetation beeinflusst die vertikale Verteilung der Solarstrahlung
Wie entwickelt sich PhAR im Jahresverlauf eines Laubwaldes?
Wie kann sie dargestellt werden?
PhAR schwankt innerhalb Verlaufs eines Jahres
* photosynthetisch nutzbare Strahlung gemessen in Mol Photonen pro Tag
* Darstellung in Isoplethen (Linien mit gleichem PhAR)
* im Sommer stärkste Strahlungsintensität (4500 mol/Tag),
größtenteils abgefangen durch Blätter
-> nur 2% erreichen Boden
* im Frühling 2500 mol/Tag, größte PhAR-Werte, da Blattaustrieb noch nicht erfolgt -> am Boden (20-50%)
* im Winter nur 1500 mol/Tag, nur ca. 2% erreichen Boden (wegen niedrigem Sonnenstand und kurzer Tageszeit)
Wie bedingt die verfügbare Strahlung die photosynthetische Aktivität?
Welche Werte sind dabei relevant?
- je mehr Strahlungsintensität, desto höher die Photosyntheserate
- Lichtsättigungspunkt = maximale Photosyntheserate
- Lichtkompensationspunkt = CO2-Aufnahme durch Photosynthese und CO2-Abgabe durch Atmung gleich hoch -> Netto-Photosyntheserate = 0
- bei PhAR-Werten unter Lichtkompensationspunkt entsteht
Netto-CO2-Verlust vom Blatt an Atmosphäre
Wie funktioniert der C3 -Stoffwechselweg?
- Lichtreaktion:
* photochemische Reaktion
* Chlorophyll nimmt Energie auf - Dunkelreaktion (Calvin-Benson-Zyklus):
* Einbau von CO2 in ein einfaches Zuckermolekül (Pentose) in Chloroplasten in den Mesophyllzellen
* Schlüsselenzym RubisCO (Ribulose-1,5-bisphosphat-Carboxylase)
* CO2+ RuBP -> 2 x 3-PGS à Hexose (3-PGS = 3-Phosphoglycerinsäure)
Wie unterscheiden sich Schatten- und Sonnenpflanzen in ihrer Anpassung an
Lichtverfügbarkeit?
Schattenpflanzen:
* niedrige Lichtkompensationspunkte und Lichtsättigungspunkte
* erzielen bei sehr geringer Lichteinstrahlung einen Gewinn aus der CO2-Assimilation durch Photosynthese
* max. Photosyntheserate wird bei geringen LichtIntensitäten erreicht
* feuchtigkeitsliebend
* große, dünne Blätter
* typische Schattenpflanzen: Sauerklee, Springkraut
Sonnenpflanzen:
* Anpassung in Bau und Stoffwechsel an Standort mit starker Sonneneinstrahlung
* doppelt so hohe Nettoprimärproduktion und schnelles Wachstum
* Gehalt am Enzym RubisCO niedriger an schattigen Standorten reicht Lichtenergie nicht zur CO2-Fixierung aus
* Blätter derb, klein und mit Haaren/ Wachs überzogen für Schutz vor übermäßiger UV-Strahlung und Wasserverlust
* mehr Spaltöffnungen für besseren Gasaustausch
* typische Sonnenpflanzen: Heidekraut, Silberdistel oder Thymian
Welche Anpassungen auf Sonnen- und Schattenstandorte gibt es innerhalb eines pflanzlichen
Individuums?
- kleine, dunkle, schmale und dicke Sonnenblätter in Kronenregionen mit mehrschichtigem Palisadenparenchym für hohe Photosyntheseaktivität
- große, dünne und helle Schattenblätter in dunkleren, inneren Bereichen der Baumkrone
- Lichtkompensations- und Lichtsättigungspunkte wie bei Schatten- und Sonnenpflanzen
Was ist das Wasserpotential und wie ist es relevant für den Wassertransport und die Transpiration in Blätter
- Wasserpotential (ψ in Megapascal) = Arbeit pro Masseneinheit Wasser, die geleistet
werden muss, um eine bestimmte Wassermenge aufzunehmen - Megapascal beschreibt Druck
- Wasser fließt von Regionen mit hohen zu Regionen mit niedrigem Wasserpotential
- daher für Transpiration wichtig, dass vom Boden über Wurzeln und Blag bis zur Atmosphäre ein Gefälle des Wasserpotentials besteht
-> je geringer der Wassergehalt des Bodens, desto mehr muss Transpiration reduziert werden (um Wasserpotentialgradienten für Transport aufrecht zu halten) - bei zunehmender Trockenheit kann Wasserpotenzial nicht weiter reduziert werden,
Stomata werden geschlossen -> Nettophotosyntheserate sinkt auf Null - als Sparstrategie für CO2 und Wasser
Wie funktioniert der C4-Stoffwechselweg?
Welche Vorteile hat er?
- 2 Kompartimente – Mesophyllzellen und Bündelscheidenzellen
- in Mesophyllzellen: CO2 reagiert mit Phosphoenolpyruvat (PEP) zu Oxalacetat
(OAA) => Malat - Schlüsselenzym Phosphoenolpyruvat- (PEP)-Carboxylase
- Transport Malat in Bündelscheidenzellen -> dort Umkehrung des Prozesses und
CO2- Freisetzung - weitere Fixierung wie im C3-Stoffwechsel
- räumliche Trennung erhöht Effizienz der Photosynthese
o PEP-Carboxylase reagiert nicht wie RubisCO mit Sauerstoff
o Abbau von Malat erhöht Konzentration an CO2 in Bündelscheidenzellen
o Wasserverlust/ Transpiration über Stomata reduziert, da CO2-Freisetzung in Bündelzellen auch bei geschlossenen Stomata - insgesamt Anpassung an heiße, trockene Standorte
Was lässt sich im Vergleich der Nettophotosyntheseraten der C3/ C4 Pflanzen feststellen?
- C4 Pflanzen haben höhere Photosyntheserate & bessere Kohlenstoffallokation
- typische C4 Pflanzen sind Gräser (Tropen, Subtropen), Sträucher (trocken oder salzhaltige Standorte)
- C4 Stoffwechsel nicht bei Algen, Moosen, Farnen, Gymnospermen, ursprünglichen Angiospermen
-> Stoffwechselweg ist erst später in Evolution entstanden - mit Anstieg der Temperaturen werden C4 Pflanzen begünstigt (Nord-Süd-Verteilung C4 Pflanzen in Nordamerika)
Wie funktioniert der CAM-Stoffwechselweg und bei welchen Pflanzen kommt er
vor?
- Crassulaceen-Säurestoffwechsel (Crassulacean Acid Metabolism)
- Anpassung von Sukkulenten an sehr hohe Sonneneinstrahlung und wenig
Wasser (insbesondere in Familie der Crassulaceae) - ähnlich C4 Stoffwechsel: erster Schritt ist CO2-Fixierung in Malat aus PEP
- Malat in Vakuolen der Mesophyllzellen gebunden
- CO2 Fixierung nachts (kühl und feucht) -> Stomata auf!
- CO2 tagsüber für die weiteren Reaktionen der Photosynthese verwendet –
Stomata zu!
⇒ zeitliche Trennung (Tag/Nacht) ⇒ Anpassung an Wüsten-Standorte - CAM im Vergleich zu C4 und C3 langsam und ineffizient, jedoch deutlich geringerer Wasserverlust tagsüber
- typische CAM-Pflanzen:
o Crassulaceae (Dickblattgewächse) = Blattsukkulenten, mit dicken Blättern, in
denen viel Wasser gespeichert werden kann z.B. Gattung Sempervivum (Hauswurz)
o Aziocaceae (Mittagsblumengewächse) z.B. Lithops – auch bekannt als lebender
Stein -> verbreitet in südlichem Afrika oder Australien
Wie sind Pflanzen innerartlich an die Temperaturen angepasst?
- Laborversuch: Klone des Salzstrauches Atriplex bei unterschiedlichen Temperaturen
aufgezogen wurden, eine Verschiebung des Temperaturoptimums in die jeweilige Richtung der Aufzuchgemperatur - an natürlichen Standorten über die jahreszeitlichen Schwankungen
- Temperaturoptimum der Photosynthese des Kresotobusches verschiebt sich zu den jeweiligen Temperaturen im Habitat hin und liegt im Winter bei 20°C, im Herbst bei 30°C
- -> phänotypische Plastizität im Bezug zur Tages- und Jahreszeit (Umweltsituation)
Zusammenfassung Anpassungsstrategien innerhalb der Photosynthese
- Funktionelle Gruppen: C3, C4, CAM
* unterschiedliche Wege der CO2 Fixierung & Speicherung
-> räumliche Trennung bei C4
->zeitliche Trennung bei CAM - Art: Sonnen- und Schattenpflanzen
* Morphologisch: Blattgröße, UV-Schutz, Zahl Spaltöffnungen
* Physiologisch: Lichtkompensationspunkt, Lichtsättigungspunkt - Individuen:
* Sonnen-und Schattenbläger
* phänotypische Plastizität
Wie wird die Produktivität von Ökosystemen gemessen?
- gemessen anhand der Primärproduktion
o Prozess bei dem durch Photosynthese organische Verbindungen und damit Biomasse aufgebaut wird
o in Energieeinheiten pro Flächeneinheit und Zeiteinheit (z.B. kcal/m2/Jahr)
o unterschieden in Bruttoprimärproduktion und Nettoprimärproduktion - Bruttoprimärproduktion (BPP)
o gesamte organismische Substanz, die im Laufe eines Zeitraums (i.d.R. eines Jahres) durch photoautotrophe Organismen in einem Ökosystem gebunden wird - Nettoprimärproduktion (NPP)
o BPP minus Verlust der Energie durch Respiration
o Primärproduzenten (Photoautotrophe) verbrauchen Energie über die Atmung
(Respiration = R)
Wozu dient die Hell-Dunkel-Flaschen-Methode und wie funktioniert sie?
- zur BesMmmung der BPP, RespiraMon und NPP des Phytoplanktons aquaMscher Systeme
- Methode:
o Wasserproben mit Phytoplankton (= Primärproduzenten) in je lichtdurchlässige und lichtundurchlässige Flasche gegeben
o InkubaMon der Flaschen für festgelegten Zeitraum
o in heller Flasche: SauerstoffprodukMon durch Photosynthese, Sauerstoffverbrauch durch RespiraMon à
Zunahme O2-KonzentraMon entspricht NPP
o in dunkler Flasche: keine Photosynthese, O2-KonzentraMon nimmt durch RespiraMon ab
o O2-Differenz zwischen beiden Flaschen = syntheMsch
produziertes O2
