Licht

Zellbiologie - Lichtenergie - Photosynthesefaktoren

2.1 Licht

Folien
Seit Ende Dezember 2006 biete ich den ersten Foliensatz zum Thema Photosynthese an. Er besteht aus 20 Folien zum Thema "Fotosynthesefaktoren". Nähere Informationen hier!

2.1.1 Lichtintensität und Lichtkompensationspunkt

Die Photosyntheserate einer grünen Pflanze hängt, wie die Versuche mit der Wasserpest gezeigt haben, von der Lichtintensität ab. Allgemein kann man sagen: je größer die Lichtintensität, desto höher die Photosyntheserate. Allerdings ist diese Beziehung nur bei geringen und mittleren Lichtintensitäten linear. Bei höheren Lichtintensitäten liegt ein typisches Sättigungsverhalten (Sättigungskurve) vor.
Die Abbildung rechts zeigt die Abhängigkeit der Sauerstoffproduktion von der Lichtintensität bei einer Lichtpflanze und einer Schattenpflanze.
Bemerkenswert ist hier, daß bei niedrigen Lichtintensitäten nicht nur kein Sauerstoff produziert wird, sondern es wird sogar Sauerstoff verbraucht. Die Pflanzen "atmen" im Dunkeln. Die Lichtintensität, bei der sich Sauerstoffverbrauch durch Atmung und Sauerstoffproduktion durch Photosynthese die Waage halten, nennt man Lichtkompensationspunkt
Lichtkompensationspunkt

Die Lichtintensität, bei der gilt:
Sauerstoffverbrauch durch Atmung = Sauerstoffproduktion durch Photosynthese.
Lichtpflanzen haben normalerweise einen höheren Lichtkompensationspunkt als Schattenpflanzen, d.h., es ist mehr Licht erforderlich als bei einer Schattenpflanze, damit überhaupt Sauerstoff produziert wird. Das sollte eine Lichtpflanze aber nicht weiter stören, da sie ja genug Licht zur Verfügung hat. Bei niedrigen Lichtintensitäten (im Schatten, im dunklen Tann...) ist die Schattenpflanze der Lichtpflanze also überlegen. Bei höheren Lichtintensitäten kann die Lichtpflanze das Licht besser ausnutzen, weil der Sättigungswert der Sauestoffproduktion höher ist als bei der Schattenpflanze.

Abhängigkeit der Photosyntheserate von der Lichtintensität

2.1.2 Lichtqualität

Daß die Photosyntheserate auch von der Lichtfarbe abhängig ist, kann man mit einem genialen Versuch beweisen: Man nehme eine fädige Grünalge, lege diese unter ein Mikroskop, gebe sauerstoffliebende Bakterien in den Wassertropfen und bestrahle dann den Algenfaden nicht mit normalem Licht, sondern mit einem Regenbogen, indem man das Licht durch ein Prisma leitet.
Man kann erkennen, daß sich besonders viele Bakterien im blauen und im roten Bereich des Spektrums sammeln, offensichtlich produziert der Algenfaden dort besonders viel Sauerstoff.
Obwohl die Versuche Engelmanns (siehe rechts) schon vor über 100 Jahren gemacht wurden, treffen die Aussagen immer noch zu. Mit modernen Untersuchungsmethoden konnten die Behauptungen Engelmanns bestätigt werden.
Die Abbildung links zeigt einmal die Strahlungsabsorption der Zellen, genauer der Photosynthesepigmente in den Zellen grüner Pflanzen. Im blauen und im roten Bereich ist die Absorption maximal, wie ja bereits Engelmann schon nachgewiesen hatte.
Das Aktionsspektrum der Photosynthese zeigt die Intensität der Photosynthese (gemessen an der Sauerstoffproduktion) in Abhängigkeit von der Wellenlänge. Auch diese Kurve bestätigt die Versuche Engelmanns.
Warum grüne Pflanzen nun hauptsächlich im blauen und roten Bereich des sichtbaren Lichtes absorbieren und Photosynthese betreiben, zeigen die vier kleinen Diagramme rechts.
Das normale Sonnenlicht enthält einen sehr großen Blau-Anteil (Diagramm oben links). Entsprechend sind die Pflanzen darauf eingestellt, indem sie bevorzugt blaues Licht absorbieren. Auch das bei Bewölkung auf die Pflanzen treffende Licht enthält einen starken Blauanteil (oben rechts).
An schattigen Standorten sieht die Sache schon anders aus. Zwar ist auch hier der Blau-Anteil noch relativ groß, aber der Rot-Anteil ist auch nicht zu vernachlässigen. Sowohl bei unbewölktem wie auch bei bewölktem Wetter ist im Schatten ein recht hoher Rot-Anteil festzustellen. Entsprechend haben sich die Pflanzen daran angepaßt und können auch den Rot-Anteil des Sonnenlichtes gut auswerten.
Das Diagramm links zeigt die sogenannte relative Quantenausbeute der Photosynthese in Abhängigkeit von der Wellenlänge. Man kann deutlich erkennen, daß rotes Licht besonders effektiv ausgenutzt wird, fast die gesamte aufgenommene Strahlung wird photosynthetisch verwertet (hohe Quantenausbeute). Das ist an schattigen Standorten ja auch sinnvoll, da hier der Rotanteil des wenigen einfallenden Lichtes recht hoch ist.
An hellen Standorten kann auch das energiereichere blaue Licht verwertet werden. Zwar ist hier die Ausbeute pro aufgenommenem Lichtquant nicht so besonders hoch, dafür gibt es hier aber auch besonders viele Lichtquanten.

Der berühmte ENGELMANNsche Bakterienversuch. Engelmann führte solche Versuche 1882 bis 1884 durch. Er benutzte die Grünalgen Oedogonium und Cladophora als Versuchsobjekte.
Bei Kiesel-, Rot- und Braunalgen erhielt er völlig andere Versuchsergebnisse als bei Grünalgen; hier wurde auch bei gelbem und grünem Licht Sauerstoff gebildet. Engelmann vermutete daher, daß die verschiedenen Algentypen unterschiedliche Photosynthesepigmente besitzen.

Die Zusammensetzung des Sonnenlichts in Abhängigkeit vom Wetter und vom Standort.

Ulrich Helmich, im Mai 2001

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2.1 Licht
Folien Seit Ende Dezember 2006 biete ich den ersten Foliensatz zum Thema Photosynthese an. Er besteht aus 20 Folien zum Thema "Fotosynthesefaktoren". Nähere Informationen hier!
2.1.1 Lichtintensität und Lichtkompensationspunkt Die Photosyntheserate einer grünen Pflanze hängt, wie die Versuche mit der Wasserpest gezeigt haben, von der Lichtintensität ab. Allgemein kann man sagen: je größer die Lichtintensität, desto höher die Photosyntheserate. Allerdings ist diese Beziehung nur bei geringen und mittleren Lichtintensitäten linear. Bei höheren Lichtintensitäten liegt ein typisches Sättigungsverhalten (Sättigungskurve) vor. Die Abbildung rechts zeigt die Abhängigkeit der Sauerstoffproduktion von der Lichtintensität bei einer Lichtpflanze und einer Schattenpflanze. Bemerkenswert ist hier, daß bei niedrigen Lichtintensitäten nicht nur kein Sauerstoff produziert wird, sondern es wird sogar Sauerstoff verbraucht. Die Pflanzen "atmen" im Dunkeln. Die Lichtintensität, bei der sich Sauerstoffverbrauch durch Atmung und Sauerstoffproduktion durch Photosynthese die Waage halten, nennt man Lichtkompensationspunkt Lichtkompensationspunkt Die Lichtintensität, bei der gilt: Sauerstoffverbrauch durch Atmung = Sauerstoffproduktion durch Photosynthese. Lichtpflanzen haben normalerweise einen höheren Lichtkompensationspunkt als Schattenpflanzen, d.h., es ist mehr Licht erforderlich als bei einer Schattenpflanze, damit überhaupt Sauerstoff produziert wird. Das sollte eine Lichtpflanze aber nicht weiter stören, da sie ja genug Licht zur Verfügung hat. Bei niedrigen Lichtintensitäten (im Schatten, im dunklen Tann...) ist die Schattenpflanze der Lichtpflanze also überlegen. Bei höheren Lichtintensitäten kann die Lichtpflanze das Licht besser ausnutzen, weil der Sättigungswert der Sauestoffproduktion höher ist als bei der Schattenpflanze.		Abhängigkeit der Photosyntheserate von der Lichtintensität
2.1.2 Lichtqualität Daß die Photosyntheserate auch von der Lichtfarbe abhängig ist, kann man mit einem genialen Versuch beweisen: Man nehme eine fädige Grünalge, lege diese unter ein Mikroskop, gebe sauerstoffliebende Bakterien in den Wassertropfen und bestrahle dann den Algenfaden nicht mit normalem Licht, sondern mit einem Regenbogen, indem man das Licht durch ein Prisma leitet. Man kann erkennen, daß sich besonders viele Bakterien im blauen und im roten Bereich des Spektrums sammeln, offensichtlich produziert der Algenfaden dort besonders viel Sauerstoff. Obwohl die Versuche Engelmanns (siehe rechts) schon vor über 100 Jahren gemacht wurden, treffen die Aussagen immer noch zu. Mit modernen Untersuchungsmethoden konnten die Behauptungen Engelmanns bestätigt werden. Die Abbildung links zeigt einmal die Strahlungsabsorption der Zellen, genauer der Photosynthesepigmente in den Zellen grüner Pflanzen. Im blauen und im roten Bereich ist die Absorption maximal, wie ja bereits Engelmann schon nachgewiesen hatte. Das Aktionsspektrum der Photosynthese zeigt die Intensität der Photosynthese (gemessen an der Sauerstoffproduktion) in Abhängigkeit von der Wellenlänge. Auch diese Kurve bestätigt die Versuche Engelmanns. Warum grüne Pflanzen nun hauptsächlich im blauen und roten Bereich des sichtbaren Lichtes absorbieren und Photosynthese betreiben, zeigen die vier kleinen Diagramme rechts. Das normale Sonnenlicht enthält einen sehr großen Blau-Anteil (Diagramm oben links). Entsprechend sind die Pflanzen darauf eingestellt, indem sie bevorzugt blaues Licht absorbieren. Auch das bei Bewölkung auf die Pflanzen treffende Licht enthält einen starken Blauanteil (oben rechts). An schattigen Standorten sieht die Sache schon anders aus. Zwar ist auch hier der Blau-Anteil noch relativ groß, aber der Rot-Anteil ist auch nicht zu vernachlässigen. Sowohl bei unbewölktem wie auch bei bewölktem Wetter ist im Schatten ein recht hoher Rot-Anteil festzustellen. Entsprechend haben sich die Pflanzen daran angepaßt und können auch den Rot-Anteil des Sonnenlichtes gut auswerten. Das Diagramm links zeigt die sogenannte relative Quantenausbeute der Photosynthese in Abhängigkeit von der Wellenlänge. Man kann deutlich erkennen, daß rotes Licht besonders effektiv ausgenutzt wird, fast die gesamte aufgenommene Strahlung wird photosynthetisch verwertet (hohe Quantenausbeute). Das ist an schattigen Standorten ja auch sinnvoll, da hier der Rotanteil des wenigen einfallenden Lichtes recht hoch ist. An hellen Standorten kann auch das energiereichere blaue Licht verwertet werden. Zwar ist hier die Ausbeute pro aufgenommenem Lichtquant nicht so besonders hoch, dafür gibt es hier aber auch besonders viele Lichtquanten.		Der berühmte ENGELMANNsche Bakterienversuch. Engelmann führte solche Versuche 1882 bis 1884 durch. Er benutzte die Grünalgen Oedogonium und Cladophora als Versuchsobjekte. Bei Kiesel-, Rot- und Braunalgen erhielt er völlig andere Versuchsergebnisse als bei Grünalgen; hier wurde auch bei gelbem und grünem Licht Sauerstoff gebildet. Engelmann vermutete daher, daß die verschiedenen Algentypen unterschiedliche Photosynthesepigmente besitzen. Die Zusammensetzung des Sonnenlichts in Abhängigkeit vom Wetter und vom Standort.