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Fotosynthesefaktor Temperatur

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RGT-Regel

Wie die meisten biochemischen Prozesse unterliegt auch die Fotosynthese der RGT-Regel: Eine Steigerung der Temperatur von 10 Grad Celsius führt normalerweise zu einer Verdopplung der Reaktionsgeschwindigkeit.

Für Lebewesen gilt diese RGT-Regel allerdings nur stark eingeschränkt für "physiologische" Temperaturen zwischen 0 und 40 Grad Celsius. Unterhalb von 0 Grad gefriert das Wasser in der Zelle, so dass nicht mehr viel "läuft", und oberhalb von 35 bis 40 Grad beginnen die Enzyme ihre Tätigkeit einzustellen (Denaturierung). Das Ergebnis ist meistens eine typische Optimumskurve, so auch bei der Fotosyntheserate in Abhängigkeit von der Temperatur:

Abhängigkeit der Fotosyntheserate von der Temperatur - eine typische Optimumskurve

Abhängigkeit der Fotosyntheserate von der Temperatur - eine typische Optimumskurve
Autor: Ulrich Helmich

Ein intelligenter Schüler hat neulich mal die Frage gestellt, wieso es denn hier keinen Temperaturkompensationspunkt gibt.

Bei der Antwort musste ich auch erst mal nachdenken, aber dann war die Sache klar: Bei 0 Grad Celsius findet zwar keine Fotosynthese mehr statt - aber auch keine Atmung - wegen der niedrigen Temperatur. Daher liegt die Netto-Fotosynthese bei Null und nicht im negativen Bereich. Einen Temperaturkompensationspunkt gibt es daher nicht - oder man müsste sagen, dass 0 Grad Celsius dieser Punkt ist.

Nachtrag 2020

Auf der Webseite von Till Biskup, Dozent an der Universität des Saarlandes, fand ich folgenden kleinen Hinweis zum Temperaturkompensationspunkt der Fotosynthese:

"Das Ungleichgewicht zwischen Photosynthese und Atmung bei höheren Temperaturen (Photosyntheserate nimmt schneller ab) ist einer der Hauptgründe für die schädigenden Effekte hoher Temperaturen. Temperaturkompensationspunkt (temperature compensation point): Temperatur, bei der der durch die Photosynthese fixierte Anteil von CO2 dem durch die Atmung abgegebenen Anteil entspricht." [1]

Demnach gibt es bei höheren Temperaturen eine Art Temperaturkompensationspunkt. Bei Temperaturen, die so hoch sind, dass sie den Pflanzen Stress bereiten, nimmt die Fotosyntheserate schneller ab als die Atmungsrate. Bei einer bestimmten hohen Temperatur wird also nur noch so viel Sauerstoff durch Fotosynthese produziert, wie durch die Atmung verbraucht wird.

Wechselwirkungen Licht - Temperatur

Die Temperatur beeinflusst auch den Lichtkompensationspunkt und umgekehrt beeinflusst die Lichtintensität die Reaktion der Pflanze auf den Umweltfaktor Temperatur.

"Within the limits of physiological tolerance, the rate of photosynthesis at light saturation, the dark respiration rate and the light compensation point more than double as temperature increases. The optimum temperature for photosynthesis decreases from 25–35°C at light saturation to as low as 5°C as irradiance decreases."

[2]

Der Lichtkompensationpunkt kann sich bei hohen Temperaturen mehr als verdoppeln, wenn ich das obige Zitat korrekt verstanden habe. Und das Temperaturoptimum der Fotosynthese verschiebt sich von ca. 30 ºC bei starker Belichtung auf nur 5 ºC bei schwacher Belichtung.

Wechselwirkungen CO2 - Temperatur

Auch zu diesem Thema habe ich nach einer kurzen Recherche einen interessanten Artikel gefunden.

"The compensation point of Chlamydomonas increased markedly with temperature, rising from 0.79 microliter per liter CO2 at 15 C to 2.5 microliters per liter CO2 at 35 C." [3]

Chlamydomonas ist eine Grünalge. Der CO2-Kompensationspunkt hängt bei diesen Untersuchungen stark von der Wassertemperatur ab. Bei 35 ºC ist er dreimal so hoch wie bei 15 ºC.

Quellen:

  1. Till Biskup, Botanik, Band II, 1. Auflage 2011 (Selbstverlag)
  2. Douglas A.Bulthuis, Effects of temperature on photosynthesis and growth of seagrasses, Aquatic Botany, Voi. 27, Issue 1, January 1987
  3. John R. Coleman, Brian Colman, Effect of Oxygen and Temperature on the Efficiency of Photosynthetic Carbon Assimilation in Two Microscopic Algae, Plant Physiology 65, May 1980