Die Photosyntheseleistung im Tagesverlauf

Im Kapitel “Einflussgrößen auf die Photosyntheseleistung” wurde vorgestellt, dass die Photosyntheseleistung von der Konzentration der Ausgangsstoffe “Kohlenstoffdioxid und Wasser” sowie den Reaktionsbedingungen “Temperatur und Lichtintensität” abhängig ist bzw. sich durch deren Variation steuern lässt. Was aber oft vergessen wird ist, dass die Öffnungsweite der Spaltöffnungen auch die Photosyntheseleistung beeinflusst.

Denn über ddie Spaltöffnungen regulieren die Pflanzen den Gasaustausch (Kohlenstoffdioxid/Sauerstoff) und Transpiration (Wasserhaushalt) mit der Umgebung. Einerseits wird über die Spaltöffnung Kohlenstoffdioxid (für die Photosynthese als Ausgangsstoff notwendig) aufgenommen, andererseits geht durch die Transpiration (dient zur Kühlung des Pflanzenblattes) Wasser an die Umwelt “verloren”.

Aus Experimenten ist bekannt, dass (mit zunehmender Lichtintensität) im Laufe des Vormittags (bis 8-9 Uhr) sich die Spaltöffnungen bzw. die Öffnungsweite vergrößern. An heißen und trockenen Sommertagen schließen gegen die Mittagszeit die Spaltöffnungen und diese werden erst am späten Nachmittag wieder geöffnet.

Aus dem Beginn des Experimentes könnte man nun vermuten, dass die steigende Lichtintensität (im Lauf des Vormittags) für die Veränderung der Öffnungsweite der Spaltöffnungen (direkt) verantwortlich ist. Folgendes Experiment widerlegt diese Annahme: Begast man die Zwischenräume des Schwammgewebes mit kohlenstoffdioxidfreier Luft im Dunkeln, so erweitern sich die Spaltöffnungen.

Die Annahme: Im Laufe des Tages steigt (aufgrund der steigenden Lichtintensität) erst die Photosyntheseleistung um dann am späten Nachmittag wieder zu fallen (aufgrund der abnehmenden Lichtintensität). Demnach würde der Graph für die Photosyntheseleistung im Tagesverlauf einer Glockenkurve ähnlich sein. Dem ist aber nicht so. Dies liegt auch daran, dass die Öffnungsweite der Spaltöffnungen auch noch die Transpiration regeln.

Wenn die Sonne bzw. Temperaturen um die Mittagszeit am höchsten ist, werden die Spaltöffnungen geschlossen, um einen erhöhten Wasserverlust durch die Transpiration zu vermeiden. Durch das Schließen der Spaltöffnungen bzw. der Schließzellen wird weniger Kohlenstoffdioxid über die Spaltöffnungen aufgenommen. Daher sinkt in der Regel Mittags die Photosyntheseleistung (auch als Mittagsdepression bezeichnet).

Bei der Photosynthesleistung muss auch unterschieden werden zwischen Lichtpflanzen- und Schattenpflanzen. So können Lichtpflanzen höhere Lichtintensitäten besser ausnutzen, während Schattenpflanzen den sogenannten Kompensationspunkt (im Vergleich zu Lichtpflanzen) bei deutlich niedrigeren Lichtintensitäten erreichen. Auch spielt die “Pflanzenart” bei der Photosyntheseleistung eine Rolle. In europäischen Breitengraden finden wir fast ausschließlich C3-Pflanzen. Daneben gibt es noch C4- und CAM-Pflanzen, bei denen der Photosyntheseprozess etwas anders verläuft als bei C3-Pflanzen So sind beispielsweise bei CAM-Pflanzen tagsüber die Spaltöffnungen geschlossen (um Wasserverlust durch Transpiration zu verhindern) und nachts wird über die Spaltöffnung Kohlenstoffdioxid aufgenommen.

Ergebnisse

• Die Photoynthese ist ein komplexer, biochemischer Prozess. Eine generelle Angabe der Photosyntheseleistung im Tagesverlauf ist nicht möglich, sie ist auch unter anderen abhängig von der Pflanzenart.

• Die Öffnungsweite der Spaltöffnungen wird nur indirekt über die Lichtintensität gesteuert. Die Öffnungsweite der Spaltöffnungen hängt ausschließlich vom Innendruck (dem sogenannten Turgor) ab. So nimmt (im Laufe des Tages) durch steigende Transpiration (=> Wasserverlust) der Innendruck in den Schließzellen ab. Nimmt der Innendruck ab, beginnen sich die Spaltöffnungen zu schließen. Die Pflanze wird hierdurch vor erhöhtem Wasserverlust geschützt. Die Spaltöffnungen werden nicht direkt über die Lichtintensität gesteuert, sondern nur indirekt über die Konzentration von Kohlenstoffdioxid im Schwammgewebe.

• Die Öffnungsweite der Spaltöffnungen wird nur durch die Differenz zwischen dem Innendruck der Schließzellen gesteuert. Der zugehörige “Steuerkreis” ist relativ kompliziert.

Weitere Informationen: Bei der Photosyntheseleistung bzw. den Tagesverlauf der Syntheseleistung spielt auch noch die “Pflanzenart” eine Rolle. In europäischen Breiten (bei normalen Temperatur- und Lichtverhältnissen) finden wir fast nur die sogenannten C3-Pflanzen. Bei anderen Pflanzentypen wie beispielsweise die CAM-Pflanzen “läuft” die Photosynthese nur nachts ab und tagsüber sind die Spaltöffnung geschlossen. Eine grundsätzliche Aussage über einen generellen (Tages-)Verlauf der Photosynthese ist daher unmöglich.