Erkenntnisse Blackmans zur Fotosyntheserate in Bezug auf ein Trichter Modell?
Wir sollen in Biologie diese Aufgaben bearbeiten und mir fehlt jetzt nur noch die letze (3.) Dazu sollen wir die Erkenntnisse Blackmans in Bezug auf die Auswirkungen verschiedener Faktoren auf die Fotosyntheserate und sein Prinzip ("Wenn ein Prozess hinsichtlich seiner Schnelligkeit durch eine Reihe separater Faktoren bedingt ist, wird die Geschwindigkeit des Prozesses durch das Tempo der langsamsten Faktoren begrenzt.") beziehen. Unsere Lehrerin braucht allerdings immer sehr ausführliche Antworten. Kann mir jemand helfen?
1 Antwort
Die Abhängigkeit der Photosyntheserate von begrenzenden Faktoren wird als Trichter dargestellt. CO2 und Wasser gehen ja in die Photosynthese (und den Trichter) rein (vgl. Photosynthesegleichung) und aus dem Trichter raus kommen Glucose (C6H12O6) und Sauerstoff (O2).
Auf dem Weg zu den Produkten, die aus dem Trichter herauskommen, befinden sich zwei Ventile ("Stellglieder"), die hinsichtlich ihrer Weite variiert werden können.
Wenig Licht ↔ viel Licht, niedrige Temperatur ↔ hohe Temperatur. Die Photosyntheserate ist von beiden variablen Faktoren abhängig. Wobei der Faktor Temperatur in dem Modell limitierender, nach Blackman "der langsamste Faktor" ist, weil sein Ventil enger ist, als das Ventil des Faktors Licht.
Wie kann man sich das vorstellen? Nehmen wir mal, an Licht (und CO2) sind nicht die limitierenden Faktoren, sondern im sättigenden Maße vorhanden. Dann hängt die Photosyntherate nur noch von der Temperatur (dem unteren Ventil) ab, die sie limitiert.
Die Temperatur muss in einem Bereich von grob 0-30°C liegen, damit die Photosynthese ablaufen kann. Je nach Pflanze gibt es da verschiedene optimale Temperaturen, aber generell gilt für alle biochemischen Reaktionen, dass sie temperaturabhängig sind und bei der Photosynthese im Speziellen, ist die Aktivität der Photosyntheseenzyme (Calvinzyklus) temperaturabhängig. Sie können nicht funktionieren, wenn nicht die richtige Temperatur vorhanden ist. Ich kann dann Licht steigern wie ich will, ist die Temperatur im Minimum und drosselt den Prozess, bringt die Erhöhung des anderen Faktor nichts. Die Photosynthese lässt nicht mehr steigern, wenn die Aktivität der Photosyntheseenzyme bei gegebener (geringer) Temperatur und die von ihnen abhängige Intensität der CO2-Fixierung zur Glucosesynthese ausgelastet ist und damit die Temperatur zum limitierenden ("langsamsten") Faktor des Gesamtsystems wird.
Als nächstes ist die Photosynthese abhängig von der Lichtintensität (oberes Ventil). Mit ihr kann man die Photosyntherate steigern oder drosseln, innerhalb eines durch die Temperatur vorgegebenen Bereichs (unteres Ventil).
Die Photosynthese ist also sehr wohl von beiden Faktoren abhängig, die sich wie Engpässe verhalten.
Ist die Temperatur optimal (Ventil weit), kann die Photosyntheserate durch das obere Ventil dennoch gedrosselt werden, wenn die Lichtintensität absinkt (Ventil enger wird). Die Lichtintensität kann dann zum limitierenden Faktor werden. Bei geringer Lichtintensität (oberes Ventil eng) kann man die Temperatur (unteres Ventil) rauf oder runterfahren, ohne dass die Photosynthese sich weiter steigern ließe. Die Photosynthese würde dann von dem Minimumfaktor oder "langsamsten" Faktor Schwachlicht limitiert. Obwohl die Temperatur eigentlich höhere Leistung zuließe.
Letztlich gibt es auch noch den limitierenden Faktor CO2, wobei der Trichter dort kein Ventil (Stellglied) hat. CO2 ist nicht variabel, da die CO2-Konzentration der Luft konstant ist.
Wasser (H2O) hingegen kann sehr wohl ein variabler begrenzender Faktor sein. Denn ist zu wenig Wasser vorhanden und die Pflanze leidet unter Wasserstress, schließt sie ihre Spaltöffnungen, es gelangt kein CO2 mehr in die Pflanze und die Photosyntheserate sinkt. Ich frage mich gerade, ob es klug ist, den Faktor Wasser auszublenden und nicht auch als "Stellglied" zu betrachten? Na ja wir sind bei der kritischen Reflektion des Modells und daher, was dich und die Ausführlichkeit der Antwort betrifft, bei höher als Note 2. Von daher lasse ich das mal offen. LG
Wow danke dir 😁