Brutto-und Nettophotosynthese?
Kann mir jemand erklären, was genau Brutto- und Nettophotosynthese ist und I wieder die Lichtintensität damit zusammenhängt?
2 Antworten
Moin,
grüne Pflanzen(teile) können (bei Licht) Fotosynthese betreiben. Und das tun sie auch. Dabei spielt jedoch die Lichtintensität eine Rolle (jedenfalls eine gewisse Zeitlang und in Abhängig der untersuchten Pflanzenart bzw. des untersuchten fotosynthetisch aktiven Materials).
Wie ist das gemeint?
Es gibt Pflanzen, die bereits bei wenig Licht ihre optimale Fotosyntheseleistung erreichen. Diese Pflanzen bezeichnet man als Schattenpflanzen, weil sie auch noch in wenig beleuchteten Standorten gedeihen können.
Andere Pflanzenarten benötigen etwas mehr Licht (Halbschattenpflanzen) und wieder andere brauchen prallen Sonnenschein (Lichtpflanzen).
Darum hängt die Fotosyntheserate schon einmal von der Pflanzenart bzw. davon ab, ob die betrachtete Pflanze eine Schatten-, Halbschatten- oder Lichtpflanze ist.
Aber selbst an ein und derselben Pflanze kann es zu unterschiedlichen Fotosyntheseleistungen kommen. Bei Bäumen gibt es zum Beispiel oft sogenannte Licht- oder Sonnenblätter, die dann im äußeren Bereich der Baumkrone zu finden sind (also dem Teil, der besonders stark dem Licht ausgesetzt ist). Und es gibt sogenannte Schattenblätter, die in der Baumkrone innen liegen und nur das Licht abbekommen, dass durch die Sonnenblätter der Baumkrone durchkommt (was natürlich weniger ist).
Sonnen- und Schattenblätter (derselben Pflanze!) unterscheiden sich in Größe und Aufbau und Chloroplastengehalt und somit auch in ihrer Fotosyntheserate.
Darum spielt es auch noch eine Rolle, welche Teile einer Pflanze du betrachtest, wenn du die fotosynthetische Aktivität untersuchst.
Und jetzt kommt's! Pflanzen betreiben nicht nur Fotosynthese, sondern sie haben auch eine Zellatmung.
Die Zellatmung ist quasi das Gegenteil der Fotosynthese. Bei der Fotosynthese bildet die Pflanze aus Kohlenstoffdioxid und Wasser (mit Hilfe von Lichtenergie und Blattgrün, Chlorophyll) Zucker und Sauerstoff:
6 CO2 + 6 H2O → C6H12O6 + 6 O2
Bei der Zellatmung stellt ein Lebewesen aus Zucker und Sauerstoff (unter Energiegewinn) Kohlenstoffdioxid und Wasser her:
C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O
Wenn du die beiden Reaktionsschemata der Fotosynthese und der Zellatmung miteinander vergleichst, stellst du fest, dass sie in der Bilanz genau gegenläufig sind.
Nun ist es so, dass Pflanzen (wie die allermeisten Lebewesen auch) immer Zellatmung betreiben, denn das ist der Weg, wie sie an Energie kommen, um ihre Lebensvorgänge (Stoffwechselprozesse) aufrecht erhalten zu können.
Fotosynthese betreiben (grüne) Pflanzen(teile) dagegen nur, wenn sie mit Lichtenergie versorgt werden.
Nachts, wenn es dunkel ist und kein Licht zur Verfügung steht, gibt es bei (den üblichen) Pflanzen keine Fotosynthese. Die Zellatmung gibt es dann aber immer noch.
Am Tage, wenn die Sonne scheint und es also Licht gibt, setzt auch die Fotosynthese der Pflanze wieder ein. Aber die Zellatmung gibt es dann trotzdem auch noch. Da aber Fotosynthese und Zellatmung gegenläufige Prozesse sind, verbraucht die Pflanze also ständig bei der Zellatmung etwas von dem, was sie selbst bei der Fotosynthese herstellt, nämlich Zucker und Sauerstoff. Zum Glück für alle anderen Lebensformen, die keine Fotosynthese betreiben können, ist es aber so, dass die Pflanzen am Tage normalerweise viiieeel mehr Zucker und Sauerstoff produzieren als sie selbst für ihre Zellatmung benötigen. Dadurch bleibt für andere Lebewesen wie Tiere auch noch Sauerstoff übrig, damit sie auch ihre Zellatmung ausführen können. Den ebenfalls dafür benötigten Zucker erhalten Tiere dadurch, dass sie andere Lebewesen fressen. Pflanzenfresser fressen Pflanzen (und bekommen so deren Zucker), während Fleischfresser entweder Pflanzenfresser fressen oder andere Fleischfresser, die Pflanzenfresser fressen. Jedes Mal erhält ein Tier die Nährstoffe von anderen Lebewesen, die es frisst.
Pflanzen hingegen können ihren Zuckerbedarf aus der Fotosynthese selbst decken. Und mit Hilfe der im Zucker gespeicherten Energie können sie auch andere Nährstoffe wie Fette oder Eiweiße selbst herstellen. Darum bezeichnet man Pflanzen als (foto-)autotrophe Lebewesen, weil sie mit Hilfe von Lichtenergie (photos = Licht) aus sich selbst heraus (auto = von selbst) sich selbst ernähren können (trophos = Ernährung): fotoautotroph = Ernährung aus sich selbst heraus mit Hilfe von Licht.
Nur der Vollständigkeit halber: Tiere sind heterotrophe Lebewesen, weil sie ihre Energie daraus beziehen, dass sie andere (hetero = anders) Lebewesen fressen (trophos = Ernährung): heterotroph = Ernährung durch das Fressen von anderen Lebewesen.
So! - Und jetzt zu deinen beiden Begriffen: Du kannst bei der Fotosynthese also einmal die reine Fotosyntheseleistung betrachten. Diesen Anteil bezeichnet man als Bruttofotosynthese, weil dort all der produzierte Zucker und Sauerstoff gezählt wird.
Aber dann verbraucht die Pflanze ja auch am Tag und (vor allem) in der Nacht für ihre eigene Zellatmung wieder einen Teil des von ihr produzierten Zuckers (und Sauerstoffs). Somit kommt am Ende des Tages weniger zählbarer Zucker und Sauerstoff heraus als am Tage eigentlich hergestellt wurde. Diesen tatsächlichen Anteil an Fotosyntheseprodukten bezeichnet man als Nettofotosynthese, weil das die Zuckeranteile (und Sauerstoffmengen) sind, die am Ende des Tages tatsächlich übrig bleiben. Brutto = Gesamtleistung, Netto = was davon nach Abzug des Eigenbedarfs übrig bleibt.
Es sei noch erwähnt, dass außer der eigenen Zellatmung auch noch während der Fotosynthese ein kleiner Teil des Zuckers durch die sogenannte Fotorespiration eines beteiligten Enzyms (RUBISCO) wieder verloren geht. Auch das schmälert die eigentliche Fotosyntheseleistung und ergibt am Ende (zusammen mit dem Verbrauch durch die Zellatmung) die Nettofotosynthese...
Fassen wir das noch einmal zusammen. Dazu betrachten wir folgendes Diagramm:
Du siehst hier die Fotosyntheseleistung von zwei verschiedenen Pflanzensorten (Sonnen- und Schattenpflanze) bei verschiedenen Lichtintensitäten (x-Achse). Die Fotosyntheseleistung wird indirekt durch die Menge an Kohlenstoffdioxid gemessen, die die Pflanze aufnimmt (oder abgibt); siehe y-Achse.
Wie ist das zu verstehen? Ich mache das jetzt mal für die Sonnenpflanze. Wenn es kein Licht gibt, nimmt die Pflanze kein CO2 auf. Im Gegenteil: der Wert liegt bei –1, das heißt, die Pflanze gibt CO2 ab. Das ist logisch, weil ohne Licht keine Fotosynthese möglich ist, die Zellatmung aber weitergeht. Und bei der Zellatmung gibt ein Lebewesen (auch eine Pflanze) nun einmal Kohlenstoffdioxid ab.
Bei steigender Beleuchtungsstärke steigt auch die Fotosyntheserate. Bei der Fotosynthese nimmt die Pflanze CO2 auf. Aber anfangs (zum Beispiel bei Dämmerlicht am Morgen mit langsam aufgehender Sonne) überwiegt die Zellatmung (und damit die Abgabe von CO2) immer noch den Bedarf an CO2 für die Fotosynthese. Darum steigt die Kurve zwar, aber die Werte liegen immer noch im negativen Bereich der y-Achse.
Irgendwann ist aber genügend Licht vorhanden, damit die Abgabe an CO2 bei der Zellatmung genauso groß ist wie die Aufnahme von CO2 für die Fotosynthese. Bei dieser Lichtintensität schneidet die Kurve die x-Achse. Diesen Moment bezeichnet man als Lichtkompensationspunkt, weil das die Lichtintensität ist, bei der sich die Abgabe und die Aufnahme von CO2 gegenseitig ausgleichen (kompensieren).
Ab diesem Zeitpunkt führt eine weitere Steigerung der Lichtintensität auch zu einer steigenden Fotosyntheserate und somit zu einem steigenden Bedarf an CO2. Deshalb überwiegt die Aufnahme von Kohlenstoffdioxid ab da die Abgabe (die immer noch vorhanden ist, weil die Pflanze auch weiterhin ihre Zellatmung betreibt).
Die Kurve der CO2-Aufnahme steigt weiter, je größer die Lichtintensität wird. Aber die Kurve flacht dabei ab. Das liegt daran, dass mit steigender Lichtintensität alle Chloroplasten der Pflanze zunehmend besser fotosynthetisch aktiv sind. Aber irgendwann sind alle Chloroplasten im vollen Arbeitseinsatz. Mehr geht nicht. Dann bewirkt auch eine weitere Steigerung der Lichtintensität keine noch bessere Chloroplastenaktivität, weil alle schon ackern bis zum Umfallen...
Ein abschließendes Wort noch zu Kurve der Schattenpflanze. Hier siehst du, dass eine Schattenpflanze bereits mit sehr wenig Licht den Lichtkompensationspunkt erreicht, dafür aber viel schneller auch die Lichtintensität erreicht, ab der es keine Steigerung der Fotosyntheseaktivität der Chloroplasten mehr gibt.
Alles klar?
LG von der Waterkant
Vom Brutto wird etwas abgezogen.
Bruttophotosynthese
-Atmungsverluste
-------------------------------------
= Nettophotosynthese
Bei geringer Lichtintensität können die Atmungsverluste größer sein, als der Zugewinn durch Photosynthese. Die Bilanz wird also negativ.
Lies nach unter dem Stichwort Lichtkompensationspunkt.