Versuche zur Fotosynthese

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung

2. Was ist Fotosynthese?

3. Wie kann man die Fotosynthese beeinflussen?
3.1. Einfluss des Lichtes
3.2. Einfluss der Lichtqualität
3.3. Einfluss der Temperatur
3.4. Einfluss des Kohlenstoffdioxidgehalts
3.5. EinflussdesWassers
3.6. Einfluss der Luftfeuchtigkeit

4. Versuche zur Fotosynthese
4.1. Versuche zum Nachweis der entstehenden Stoffe bei der Fotosynthese
4.2. Versuche zur Beeinflussung der Fotosynthese

5. Fazit

6. Anhang

7. Quellenverzeichnis

1. Einleitung

Die folgende Arbeit wird sich mit der Fotosynthese der Pflanzen beschäftigen, welche wichtig für das Leben aller auf der Erde ist.

Zunächst wird allgemein erläutert, was Fotosynthese ist und wie sie abläuft. Daraufhin wird dargestellt, welche Rolle bei diesem Vorgang sowohl das Licht, die Lichtqualität, die Temperatur, der Kohlenstoffdioxidgehalt, das Wasser als auch die Luftfeuchtigkeit spielen und wie diese den produzierten Sauerstoffgehalt der Pflanze beeinflussen. In Folge dessen wird aufgezeigt, wie sich die entstehenden Stoffe bei der Fotosynthese mit Versuchen nachweisen lassen. Anschließend werden eigene Versuche zur Fotosynthese angeschlossen. Diese zielen darauf ab, zu sehen, in wie weit das Licht, der Kohlenstoffdioxidgehalt der Luft, die Temperatur, das Wasser und die Lichtqualität sichtbar die Fotosynthese der Pflanzen beeinflussen.

2. Was ist Fotosynthese?

Die Fotosynthese ist der wichtigste biologische Vorgang der grünen Pflanzen.^[1] Ohne die Pflanzen gäbe es keine Lebewesen auf der Erde, jedoch gäbe es ohne Lebewesen auch keine Pflanzen auf der Erde. Dies hat Priestley mit seinem Versuch herausgefunden, welcher später unter Punkt 3.1. beschrieben wird.^[2] Bei der Fotosynthese wird Lichtenergie in chemische Energie umgewandelt ^[3]. Der Ort der Fotosynthese sind die Chloroplasten.^[4] Man unterscheidet zwischen der Dunkelreaktion und der Lichtreaktion. Bei der Lichtreaktion, die lichtabhängig ist, entsteht aus NADP mit Hilfe der Lichtenergie NADPH + H und der Energieüberträger ATP aus ADP + P. Zudem entsteht Sauerstoff, welcher aus dem Wasser stammt. Bei der Dunkelreaktion, die lichtunabhängig ist, wird Kohlenstoffdioxid gebunden und zu Kohlenhydraten angeglichen. Dabei werden das in der Lichtreaktion entstandene NADPH + H und ATP genutzt, wodurch dessen Energie verbraucht wird. Dadurch entsteht aus NADPH + H NADP und aus ATP wird ADP + P, welches wieder in die Lichtreaktion gelangt (siehe Anhang Abbildung 1). Ein Kreislauf entsteht. Die allgemeine Formel der Fotosynthese lautet:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten^[5]

3. Wie kann man die Fotosynthese beeinflussen?

3.1 Einfluss des Lichtes

Der Faktor Licht hat eine große Bedeutung bei der Fotosyntheseleistung einer Pflanze. Allgemein kann man sagen, dass je mehr Licht vorhanden ist, desto größer auch die Fotosyntheseleistung ist.^[6]

Es besteht ein Unterschied zwischen Sonnenpflanzen und Schattenpflanzen.

Sonnenpflanzen brauchen viel Licht, da sie sonst absterben. Sie besitzen ein mehrschichtiges Palisadenparenchyn (siehe Anhang Abbildung 2). Die höchste Fotosyntheserate erreichen Sonnenpflanzen bei hohen Lichtintensitäten. Der Lichtkompensationspunkt, der Zeitpunkt, bei dem genauso viel Kohlenstoffdioxid verbraucht wird wie entsteht, ist bei Sonnenpflanzen bei stärkeren Lichtintensitäten als bei Schattenpflanzen erreicht. Dadurch kann die Schattenpflanze bei wenig vorhandenem Licht schon Fotosynthese betreiben.⁷ Der Lichtsättigungspunkt, der Zeitpunkt, an dem durch höhere Lichtintensitäten die Fotosyntheseleistung nicht mehr erhöht werden kann,⁸ liegt bei Sonnenpflanzen höher als bei Schattenpflanzen. Dadurch kann jene länger Fotosynthese betreiben.⁹ Sonnenpflanzen sind öfter in Gärtnereien zu finden, weil der erzielte Substanzgewinn höher ist als bei den Schattenpflanzen. Zu den Sonnenpflanzen gehören unter anderem das Heidekraut, der Thymian und die Silberdistel.¹⁰

Schattenpflanzen sterben bei zu starken Lichtintensitäten ab. Die Blätter der Schattenpflanzen bestehen aus einem einschichtigen Palisadenparenchyn^{[11] [8] [9]} (siehe Anhang Abbildung 3). Die Fotosyntheseleistung ist niedriger als bei den Sonnenpflanzen, da der Lichtsättigungspunkt schon bei geringem Licht erreicht ist.¹² Zu den Schattenpflanzen gehören zum Beispiel Sauerklee und Springkraut.¹³

An einer Pflanze kann es sowohl Schatten- als auch Sonnenblätter geben.^[14] Bekommt die Pflanze mehr Licht, als sie verträgt, gelangt die Fotosyntheseleistung über den Lichtsättigungspunkt und der Fotosyntheseapparat wird geschädigt. Dadurch verringert sich die Fotosyntheseleistung und die Pflanze kann sogar sterben.^[15]

Die Chlorphylle müssen bei der Fotosynthese durch die Lichtenergie angeregt werden um auf ein höheres Energieniveau zu gelangen. Sonst können die Chlorophyllmoleküle keine Elektronen abgeben und es findet keine Fotosynthese statt. ^[16] Insgesamt sind 2875 kJ notwendig, damit aus Kohlenstoffdioxid und Wasser ein Mol Traubenzucker bei der Fotosynthese entstehen kann.¹⁷ (siehe Anhang Abbildung 4)

3.2. Einfluss der Lichtqualität

Die Qualität des Lichtes beeinflusst die Fotosyntheseleistung. Durch den ENGELMANNschen Bakterienversuch weiß man, bei welchem Licht die Fotosyntheseleistung erhöht wird. Engelmann hat Licht durch ein Prisma auf einen Algenfaden scheinen lassen, der mit sauerstoffliebenden Bakterien angereichert war. Es war zu beobachten, dass bei blau und rot viele Bakterien waren (siehe Anhang Abbildung 5). Daraus schloss er, dass dort viel Sauerstoff vorhanden sein muss. Bei gelb und grün hingegen waren kaum Bakterien vorhanden, also war dort kaum Sauerstoff. Das Resultat dieses Versuches war, dass blau und rot bevorzugte Bereiche der Fotosynthese sein müssen und dort die Fotosyntheserate erhöht ist. Blau ist kurzwelliges Licht und liegt im Wellenbereich von 400- 500 nm. Rot ist langwelliges Licht und liegt im Wellenbereich von 600- 700 nm.¹⁸ (siehe Anhang Abbildung 6)

3.3 Einfluss der Temperatur

Die Fotosynthesevorgänge setzen erst bei einer bestimmten Mindesttemperatur ein. Mit zunehmender Temperatur, steigt auch die Fotosyntheseleistung bis zu einem Temperaturoptimum an. ¹⁹ Wenn sich die Temperatur um 10 °C erhöht, verdoppelt sich die Fotosyntheseleistung. Dies nennt man die RGT- Regel. Die höchste Fotosyntheseleistung liegt bei dem Temperaturoptimum der Pflanze.²⁰ Wenn das Temperaturmaximum der Pflanze erreicht wird, werden die Enzyme geschädigt, die für die Fotosynthese zuständig sind. Dadurch sinkt die Fotosyntheseleistung bis zu einem Nullwert.²¹ Bei starken Lichtintensitäten steigt die Fotosyntheseleistung mit zunehmender Temperatur an bis zu einem Temperaturoptimum, der bei circa 35°C liegt. Von da an sinkt die Fotosyntheseleistung mit weiterer Erhöhung der Temperatur rapide ab bis zu einem Temperaturmaximum, der bei circa 45°C liegt. Bei schwachen Lichtintensitäten bringt die Erhöhung der Temperatur keine höhere Fotosyntheseleistung. Bei dem Temperaturoptimum ist der Substanzgewinn deutlich niedriger als bei starker Lichtstärke. Das Temperaturmaximum liegt auch bei circa 45°C.²² Die bei uns einheimischen Pflanzen haben bei circa 20- 30 °C ihr Temperaturoptimum. Das Temperaturminimum liegt bei 0°C. Nadelhölzer können jedoch auch Fotosynthese betreiben, wenn die Temperatur unter den Gefrierpunkt sinkt. Bei tropischen Pflanzen liegt das Temperaturoptimum bei 35- 50°C.²³ (siehe Anhang Abbildung 7)

3.4 Einfluss des Kohlenstoffdioxid- Gehalts

Die Fotosyntheseleistung wird erhöht, wenn der Kohlenstoffdioxidgehalt (C02- Gehalt) der Luft steigt.²⁴ Der C02 - Gehalt der Luft, der bei 0,03 % liegt, ist hemmend für die Fotosyntheseleistung der Pflanze, weil das Optimum des C02- Gehalts der Pflanze bei 0,05 % liegt. Dadurch kann keine hohe Fotosyntheseleistung erzielt werden. Die Fotosyntheseleistung sinkt ab, wenn die C02- Konzentration über 0,5 % gelangt. Der C02- Kompensationspunkt, der Zeitpunkt an dem die Fotosyntheseleistung bei dem Wert null ist, weil genauso viel C02 verbraucht wird wie entsteht, liegt unter 0,01 %. 1% C02- Gehalt ist für die Pflanze sehr schädigend.²⁵. Bei steigenden Lichtintensitäten und steigendem C02- Gehalt, steigt die Fotosyntheseleistung an. Bei schwachem Licht und steigenden C02 -Gehalt steigt die Fotosyntheseleistung auch an, jedoch wird kein so hoher Substanzgewinn erreicht, wie bei starker Bestrahlung (siehe Anhang Abbildung 8). Um den C02 -Gehalt der Luft zu erhöhen und dadurch die Fotosyntheseleistung zu steigern, wird in Glashäusern durch Begasung von C02 der Anteil der Luft erhöht.²⁶

[...]

^[1] [1] S.200

^[2] [8] S. 39

^[3] [2] S. 362

^[4] [3] S. 396

^[5] [4] S. 40

^[6] [1] S. 204

^[7] [5] S.48

^[8] [12]

^[9] [1] S.204

^[10] [13]

^[11] [5] S. 49

^[12] [5]. 49

^[13] [5] S. 48

^[14] [5] S. 143

^[15] [5] S. 44

^[16] [5] S. 141

^[17] [5] S. 49 [5] S. 45

^[18] [5] S. 45 Abb. 45.3.

^[19] [1] S. 204

^[20] [6] S.45

^[21] [7] S.111 und B 111.1

^[22] [1] S. 204

^[23] [5] S.48

^[24] [12]

^[25] [1] S.204

^[26] [13]