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Faktoren der Fotosynthese

Warum gibt eine Wasserpflanze im Dämmerlicht kein einziges Sauerstoffbläschen ab, obwohl sie Fotosynthese betreibt?

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Brutto minus Atmung

Ein Blatt betreibt im Licht Fotosynthese und atmet gleichzeitig — messbar ist nur der Unterschied.

  • Fotosyntheserate:umgesetzte Stoffmenge pro Zeit, z. B. gebildetes \(\ce{O2}\) oder aufgenommenes \(\ce{CO2}\) in \(\mu\mathrm{mol\,h^{-1}}\).
  • Bruttofotosynthese:gesamte Fotosyntheseleistung der Chloroplasten — nicht direkt messbar.
  • Zellatmung:läuft in den Mitochondrien Tag und Nacht; sie verbraucht \(\ce{O2}\) und setzt \(\ce{CO2}\) frei.
  • Nettofotosynthese:nach außen messbarer Gasaustausch: \(\ce{O2}\)-Abgabe bzw. \(\ce{CO2}\)-Aufnahme.
  • Lichtkompensationspunkt:Lichtintensität, bei der Brutto und Atmung gleich groß sind — Nettorate null.
Herleitung:
\(P_{\text{netto}} = P_{\text{brutto}} - R\)
| Bilanz am Blatt

Die Atmung \(R\) verbraucht einen Teil des gebildeten Sauerstoffs gleich wieder.

\(P_{\text{netto}} = 0 - R = -4\ \mu\mathrm{mol\,O_2\,h^{-1}}\)
| im Dunkeln

Ohne Licht ist \(P_{\text{brutto}} = 0\) — die Dunkelmessung liefert die Atmungsrate \(R = 4\ \mu\mathrm{mol\,O_2\,h^{-1}}\).

\(P_{\text{brutto}} = P_{\text{netto}} + R = 18 + 4 = 22\ \mu\mathrm{mol\,O_2\,h^{-1}}\)
| im Licht, \(+R\)

Gemessen im Licht: \(18\ \mu\mathrm{mol\,O_2\,h^{-1}}\) Abgabe. Die Atmung läuft weiter und wird addiert.

\(P_{\text{brutto}} = R \;\Rightarrow\; P_{\text{netto}} = 0\)
Ergebnis

Am Lichtkompensationspunkt gibt das Blatt weder \(\ce{O2}\) ab noch nimmt es welches auf.

Merke

Nettofotosyntheserate = Bruttofotosyntheserate − Atmungsrate

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Drei Faktoren, ein Minimum

Licht, \(\ce{CO2}\) und Temperatur bestimmen gemeinsam, wie schnell die Fotosynthese läuft.

  • Lichtintensität:Lichtkurve: unterhalb des Kompensationspunkts negativ, dann steiler Anstieg, schließlich Lichtsättigung — die Kurve wird waagerecht.
  • \(\ce{CO2}\)-Konzentration:Luft enthält nur etwa 0,04 % \(\ce{CO2}\); mehr \(\ce{CO2}\) steigert die Rate bis zu einer Sättigung — \(\ce{CO2}\) begrenzt oft bei starkem Licht.
  • Temperatur:Optimumkurve: Die Enzyme des Calvin-Zyklus werden nach der RGT-Regel pro 10 °C etwa 2- bis 3-mal schneller; oberhalb des Optimums denaturieren sie.
  • Minimumfaktor:Der Faktor, der am knappsten ist, begrenzt die Rate. Nur seine Erhöhung steigert die Fotosynthese.
  • Variablen:unabhängig = gezielt verändert (z. B. Lampenabstand), abhängig = gemessen (\(\ce{O2}\)-Bläschen pro Minute), kontrolliert = konstant gehalten (Temperatur, \(\ce{CO2}\), Pflanze).
  • Fehlerquellen:ungleich große Bläschen, Zählfehler, Erwärmung durch die Lampe, gelöstes \(\ce{O2}\), das nicht als Bläschen aufsteigt.

Wähle die unabhängige Variable, stelle ihren Wert ein und starte die Stoppuhr mit ▶. Zähle jedes aufsteigende Bläschen mit „+1 Bläschen“, einem Klick ins Becherglas oder Leertaste auf der Zeichnung (←/→ verstellen die unabhängige Variable). Übernimm jeden Messwert in die Tabelle — die Punkte erscheinen im Diagramm.

Bläschenzählen an der Wasserpest

Halte fest: Die Bläschen zeigen nur die Nettofotosynthese. Jede Kurve steigt zuerst und wird dann flach — dort begrenzt ein anderer Faktor, der Minimumfaktor.

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Allgemeine Hinweise

Keine Bläschen ≠ keine Fotosynthese

Unterhalb des Lichtkompensationspunkts verbraucht die Atmung den gesamten Sauerstoff. Die Pflanze betreibt trotzdem Fotosynthese.

Nur eine Größe verändern

Wer den Lampenabstand ändert, muss die Temperatur konstant halten — sonst wärmt die Lampe das Wasser mit. Abhilfe: LED-Lampe oder Wasserfilter.

Flache Kurve heißt: anderer Faktor

Bei Lichtsättigung ist das Licht nicht „verbraucht“. Die Rate steigt nicht weiter, weil nun \(\ce{CO2}\) oder die Temperatur begrenzt.

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