Photosynthesis: Physiological and Ecological Considerations

Berlin

2007

S. 197-220

25 Abb., zahlr. Lit. Ang.

Artikel aus einem BuchUnselbständiges Werk

200146970

Die Photosyntheseaktivität des intakten Blattes ist ein integraler Prozess, der von vielen biochemischen Reaktionen abhängt. Verschiedene Umweltfraktoren können die Photosyntheserate limititieren. Die Blattanatomie ist hochgradig auf die Lichtabsorption spezialisiert, und die Eigenschatten der Palisadenzellen und der Zellen des Schwammparenchyms sichern im ganzen Blatt eine gleichmäßige Lichtabsorption. Zusätzlich zu den anatomischen Merkmalen des Blattes helfen Chloroplastenbewegungen innerhalb der Zellen und Heliotropismus der Blattspreiten die Lichtabsorption zu maximieren. Durch obere Blätter transmittiertes Licht wird von darunter wachsenden Blättern absorbiert. Viele Eigenschaften des Photosyntheseapparates ändern sich in Abhängigkeit vom verfügbaren Licht, unter anderem der l.ichtkompensationspunkt, der bei Sonnenblättem höher ist als bei Schattenblattem. Der lineare Anteil der Lichtkurve der Photosvnthese dient als Maß für die Quantenausbeute der Photosynthese im intakten Blatt. In Gebieten mit gemäßigtem Klima ist die Quantenausbeute von C3-Pflanzen im allgemeinen höher als die von C4-Pflanzen. Sonnenlicht bedeutet eine substanzielle Wärmebelastung für das Blatt, die über langwellige Strahlung, fühlbaren Wärmeverlust oder evaporativen Wärmeverlust wieder an die Luft abgegeben wird. Ansteigende CO2-Konzentrationen in der Atmosphäre erhöhen die Wärmebelastung in der Biosphäre. Dieser Vorgang könnte schädliche Änderungen des Erdklimas hervorruten, aber er könnte auch die CO2-Limitierung der Photosynthese reduzieren. Bei hohem Photonenfluss ist die Photosynthese bei den meisten Pflanzen CO2-limitiert. Diese Begrenzung ist aber bei C4- und CAM-Pflanzen deutlich niedriger, weil sie einen CO2-Konzentrierungsmechanimus besitzen. Die Diffusion von CO2, in das Blatt wird durch eine Reihe von Widerständen beschränkt. Den größten Widerstand bieten gewöhnlich die Spaltöffnungen, sodass die Änderung der Spaltöffnungsweite für die Pflanzen ein effektives Mittel zur Regulation des Wasserverlusts und der CO2-Aufnahme ist. Sowohl die Spaltöffnungen als auch andere Faktoren beeinflussen die CO2-Limitierung der Photosynthese. Die Temperaturkurve der Photosynthese spiegelt die Temperaturempfindlichkeit der biochemischen Reaktionen der Photosynthese wider, die bei hohen CO2-Konzentrationen besonders ausgeprägt ist. Wegen der Rolle der Photorespiration hängt die Quantenausbeute in C3-Pflanzen stark von der Temperatur ab, ist aber in C4-Pflanzen nahezu temperatuurabhängig. Bei niedrigen Temperaturen können Blätter, die in kaltem Klima gewachsen sind, höhere Photosyntheseraten aufrechterhalten als Blätter, die in wärmerem Klima gewachsen sind. Bei hohen Temperaturen dagegen zeigen Blätter, die bei hohen Temperaturen gewachsen sind, eine bessere Leistung als Blätter, diebei niedrigen Temperaturen gewachsen sind. Funktonelle Änderungen des Photosyntheseapparates in Anpassung an die vorherrschenden Temperaturen in ihrer Umwelt haben einen wichtigen Einfluss auf das Vermögen der Pflanzen, in unterschiedlichen Habitaten zu überleben. Über die Zusammensetzung der Kohlenstoffisotope in den Blättern lassen sich die verschiedenen Photosynthesewege bei Pflanzen unterscheiden. Bei jedem Weg liefert die Isotopzusammensetzung außerdem Informationen über herrschende Umwelteinflüsse wie Wasserstress.