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Photosynthesefaktor Kohlendioxid

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Abhängigkeit der Photosyntheserate von der CO2-Konzentration

Abhängigkeit der Photosyntheserate von der CO2-Konzentration
Autor: Ulrich Helmich 2022, Lizenz: siehe Seitenende.

Ich gehe mal davon aus, dass Sie die Seite "Photosynthesefaktor Lichtintensität" gelesen haben. Dann werden Sie die obige Graphik sicher schnell verstehen.

Wenn kein Kohlendioxid im Wasser gelöst ist, kann die Wasserpest natürlich keine Photosynthese betreiben. Die Brutto-Photosynthese hat also den Wert Null. Damit die Pflanze trotzdem ATP für ihre verschiedenen Stoffwechselprozesse zur Verfügung hat, muss sie Glucose aerob oxidieren, was natürlich zu einem Verbrauch an Sauerstoff führt. Die Netto-Photosynthese, also das, was die geschickte Experimentatorin am Ende messen kann, liegt daher im negativen Bereich.

Brutto-Photosynthese

Die insgesamt in der Pflanze ablaufende Photosynthese.

Netto-Photosynthese

Die tatsächlich messbare Photosynthese. Die Netto-Photosynthese kann auch negative Werte haben, wenn der Einfluss der Atmung größer ist als der Einfluss der Brutto-Photosynthese.

Netto-Photosynthese = Brutto-Photosynthese - Atmung

Erhöht man die CO2-Konzentration im Wasser, indem man beispielsweise etwas Kohlendioxid haltiges Mineralwasser in das Becherglas schüttet (Grundversuch siehe: Bläschenzählmethode), dann beginnt die Pflanze mit der Photosynthese (falls genug Licht eingestrahlt wird, versteht sich). Ab einer bestimmten Kohlendioxid-Konzentration wird genau so viel Sauerstoff durch Photosynthese freigesetzt, wie durch die ständig ablaufende Atmung verbraucht wird. Die Kohlendioxid-Konzentration (bzw. die Kohlensäure-Konzentration), bei der dies passiert, bezeichnet man als CO2-Kompensationspunkt (in Analogie zum Lichtkompensationspunkt).

CO2-Kompensationspunkt

Die Kohlendioxid-Konzentration, bei der die messbare Netto-Photosynthese den Wert Null hat.

Interessanterweise liegt der CO2-Sättigungspunkt (analog zum Lichtsättigungspunkt) weit über den auf der Erde herrschenden Kohlendioxidkonzentrationen. Das nutzen die Gärtner gerne aus, indem sie ihre Gewächshäuser mit Kohlendioxid begasen. So steigern sie die natürliche, bei ca. 0,038% liegende CO2-Konzentration der Luft und erhöhen so die Photosyntheserate ihrer Kulturpflanzen.

Nun noch eine interessante Aufgabe für die Klausurschreiber und Abiturienten unter Ihnen:

Aufgabe

Eine grüne Pflanze wird hermetisch in ein Gefäß eingeschlossen, in dem sich kein Kohlendioxid in der Luft befindet. Wasser und Licht sind dagegen ausreichend vorhanden, Mineralstoffe auch. Was wird im Laufe der Zeit passieren?

Lösungsvorschlag

Die Pflanze wird nicht eingehen! Da kein Kohlendioxid vorhanden ist, wird sie zunächst ausschließlich Atmung betreiben, um so ihre Energieversorgung sicher zu stellen. Allerdings sollte die Pflanze dazu mit genügend Reservestoffen wie Stärke ausgestattet sein, sonst geht sie doch ein. Wenn die Pflanze nun Atmung betreibt, wird automatisch Kohlendioxid freigesetzt. Da das Gefäß aber hermetisch verschlossen ist, sammelt sich das Kohlendioxid in der Luft an. Ab einer bestimmten Konzentration kann die Pflanze Photosynthese betreiben und aus dem Kohlendioxid neue Reservestoffe gewinnen, die sie dann in der Atmung wieder aufbraucht, um erneut Kohlendioxid freisetzen, das die dann wieder für die Photosynthese benötigt, und so weiter. Mit anderen Worten - die CO2-Konzentration im Glas pendelt sich auf einen mehr oder weniger konstanten Wert ein. Sobald einmal zu viel Kohlendioxid vorliegt, steigert die Pflanze ihre Photosynthese, und der CO2-Gehalt geht zurück. Ist dann wieder mal zu wenig CO2 vorhanden, macht sich die Atmung verstärkt bemerkbar und der CO2-Gehalt steigt wieder.