Warum ist die C4 Photosynthese bei niedriger Lichtintensität weniger effektiv, bei hoher Lichtintensität aber effektiver als die C3 Photosynthese?
Ich bereite mich auf eine Klausur vor und bin über diese Frage gestolpert.
Vielleicht kann mir ja jemand weiterhelfen.
Folgendes Diagramm war noch dabei...
1 Antwort
Normale C3 Pflanzen nehmen CO2 passiv durch die Stomata auf und binden es mit Hilfe des Enzyms RuBisCO an RubP2. Wenn es allerdings sehr heiß und trocken ist, müssen Pflanzen ihre Stomata schließen um den Wasserverlust zu reduzieren, in Folge dessen wird kein CO2 mehr aufgenommen und auch kein O2 mehr abgegeben. Der Partialdruck von CO2 in der Zelle sinkt also, während der von O2 steigt und die RuBisCO beginnt Sauerstoff statt CO2 an RubP2 zu binden. Die Rückgewinnung von RubP2 erfolgt energieaufwändig über die sogenannte Photorespiration (Lichtatmung).
Der C4 Stoffwechsel ist eine Anpassung an heiße und trockene Bidingungen bei denen die Photorespiration einen Großteil der durch die Photosynthese erzeugten Energie wieder schlucken würde. Bei C4 Pflanzen wird CO2 zunächst als C4 Körper vorfixiert und aktiv in die Zelle gebracht wodurch sich der Partialdruck von CO2 konstant hoch halten lässt. Photorespiration wird damit weitestgehend verhindert. Eine andere Strategie wäre der CAM Stoffwechsel bei dem die Fixierung und Atmung nicht räumlich sondern zeitlich getrennt sind.
Auch der aktive CO2 Transport ist energieaufwändig, unter Optimalbedingungen (nicht zu trocken, nicht zu heiß), wenn die Photorespiration keine große Rolle spielt, sind C4 Pflanzen also gegenüber normalen C3 Pflanzen im Nachteil, bei Trockenheit und Hitze kehrt sich dieses Verhältnis allerdings um.
Das ist ungewöhnlich, da C4 wie gesagt eigentlich eine Anpassung an Wasserknappheit und Hitze ist und nicht an Licht.
Unter optimalen Bedingungen (also mit genug Wasser zur Verfügung) sollte eine C3 Pflanze auch meiner Meinung nach immer gegenüber einer C4 Pflanze im Vorteil sein, egal wie hell es ist.
Ich würde schätzen, dass bei der Frage generell von Mangelbedingungen ausgegangen wird und die Photorespiration bei geringer Helligkeit und damit einhergehend niedriger Photosyntheserate, noch keine so große Rolle spielt. -> Wenig Photosynthese = wenig CO2 Verbrauch, wenig O2 Erzeugung -> wenig Photorespiration.
Oder der Fragesteller nimmt automatisch an, dass bei steigender Lichtintensität auch die Temperatur höher wird.
Die Frage ausschließlich auf die Lichtintensität zu beziehen ist meiner Ansicht nach nicht sinnvoll.
Wir haben in unseren Unterlagen ein entsprechendes Diagramm, leider ohne Hinweis auf dessen Quelle. Ich versuche das mal hinzuzufügen. Aus der Vorlesung habe ich mir notiert, dass die Photosynthese bei niedrigen Lichtintensitäten lichtlimitiert ist, ab einer gewissen Lichtintensität aber andere Faktoren limitierend wirken, zB CO2. Dann wäre die C4 Pflanze aufgrund der effektiveren Fixierung im Vorteil.
Einen Hinweis, welche Faktoren bei der Frage noch zu berücksichtigen sind, gab es aber auch nicht, sie wurde genau so mit dem Diagramm dazu gestellt.
Solche Diagramme kenne ich eigentlich nur vom Vergleich Skiado- vs. Heliophyten (Schatten- und Sonnenpflanzen), für C3 vs C4 ist es normalerweise sinnvoller die Photosyntheserate gegen die CO2 Konzentration aufzutragen, aber wahrscheinlich hast du recht und der Fragesteller will auf den effektiveren CO2 Transport hinaus.
Bei der Frage spielt Hitze/Trockenheit eigentlich keine Rolle, es geht allein um die Lichtintensität, die sich auf die Photosyntheseleistung auswirkt.