Poster 3 - Kanti Wattwil

CO2-Stoffwechsel bei Pflanzen
Larissa Graf, Pamela Niederöst, Sonja Rutz
Fragestellung
Theorie
Wie reagiert der Stoffwechsel von
Pflanzen auf verschiedene Lichtverhältnisse?
Grüne Pflanzen betreiben Photosynthese und bilden so Zucker und andere Moleküle auf. Dabei nutzen sie
die Energie aus dem Sonnenlicht, um Kohlendioxid aus der Luft zu verstoffwechseln. Die Photosynthese
kann vereinfacht durch die Reaktionsgleichung
6·CO2 + 6·H2O → C6H12O6 + 6·O2
Versuchsaufbau
Um den Stoffwechsel zu untersuchen,
wurde eine Alpenkratzdistel ausgegraben und unter einer luftdicht verschlossenen, durchsichtigen Salatschüssel
platziert. Die Pflanze wurde jeweils für
11min der Sonne ausgesetzt, bevor sie
für 4min abgedunkelt wurde. Mit einem
Sensor wurde die CO2-Konzentration
unter der Schüssel gemessen. Dadurch
wurden Unterschiede im Pflanzenstoffwechsel sichtbar. Zusätzlich wurde
die Temperatur unter der Schüssel aufgezeichnet.
dargestellt werden. Sie wird in zwei Phasen unterteilt: die Licht- und die Dunkelreaktion (Calvinzyklus).
Bei der Lichtreaktion wird die Energie aus dem Sonnenlicht eingefangen, beim Calvinzyklus wird das CO2
fixiert und so in Zucker umgewandelt.
Die Lichtreaktion kann nur ablaufen, wenn genug Licht auf die grünen Blätter trifft. Je mehr photosynthetisch nutzbares Licht auf die Pflanze trifft, desto mehr Photosynthese könnte sie betreiben. Das heisst, bei
hoher Sonneneinstrahlung wird mehr CO2 verbraucht. Trifft kein Licht auf die Pflanze, entfällt die Lichtreaktion. Um trotzdem ATP zu generieren, welches für sehr viele Stoffwechselvorgänge benötigt wird, betreibt die Pflanze gleichzeitig zur Photosynthese immer Zellatmung. Die Reaktionsgleichung der Zellatmung ist
C6H12O6 + 6·O2 + ADP + Pi → 6·CO2 + 6·H2O + ATP
und ist somit eigentlich die Rückreaktion der Photosynthese. Die Abläufe der beiden Prozesse sind aber
sehr unterschiedlich.
Resultate
Die Änderung der CO2-Konzentration ist stark von den sich ändernden Lichtverhältnissen abhängig. Wenn
Licht auf die Pflanze fällt, wird mehr CO2 durch die Photosynthese verbraucht als durch die Zellatmung
produziert werden kann. Die Kurve sinkt daher bei Licht ab. Nach dem Abdunkeln kann keine Photosynthese mehr betrieben werden. Es wird nur noch CO2 produziert und die Kurve steigt an.
CO2-Konzentration und Lichtverhältnisse
600
mit Licht
ohne Licht
Abbildung 1: Versuchsapparatur
CO2-Konzentration [ppm]
eine Reaktionszeit
500
400
300
200
100
15:56:10
16:24:58
16:53:46
17:22:34
Zeit
17:51:22
18:20:10
Diskussion
Die Reaktionszeit beim Abdunkeln
war abhängig von der Temperatur unter der Schüssel. Je wärmer es war,
desto kürzer war die Reaktionszeit. Im
Allgemeinen laufen chemische Reaktionen bei hohen Temperaturen schneller ab. Da im Dunkeln nur noch Zellatmung betrieben wird, steigt die CO2Konzentration bei mehr Wärme
schneller an. Beim erneuten Belichten
laufen die Photosynthese und die Zellatmung wieder parallel ab. Da beide
bei hohen Temperaturen schneller ablaufen, ist hier die Reaktionszeit netto
nicht temperaturabhängig.
Abbildung 2: CO2-Konzentration im Zeitverlauf. In den blauen Abschnitten war die Schüssel verdeckt, in den
roten war sie der Sonne ausgesetzt.
Die Reaktion der Pflanze auf die neuen Lichtbedingungen dauerte jeweils einige Zeit. In Abbildung 2 ist
dies die Zeit zwischen dem Farbwechsel und dem Minimum, beziehungsweise Maximum der Kurve. Diese
Reaktionszeit war beim Abdunkeln der Schüssel jeweils kürzer als beim anschliessenden Aufdecken. Ausserdem reagierte die Pflanze schneller auf das Abdunkeln, wenn es unter der Schüssel wärmer war (Abbildung 3).
Reaktionszeiten
0:02:18
0:02:01
Temperatur 1
0:01:44
Reaktionszeit [h:m:s]
Die Aktivierung der Photosynthese benötigte jeweils eine gewisse Anlaufzeit. Beim Abdunkeln der Schüssel
hingegen stellte die Photosynthese sehr
schnell ab. Daher ist die Reaktionszeit
auf das Abdunkeln der Schüssel viel
kürzer als auf die erneute Belichtung.
Temperatur 1
0:01:26
0:01:09
0:00:52
0:00:35
0:00:17
0:00:00
25.00
26.00
27.00
28.00
29.00
30.00
31.00
Temperatur [°C]
32.00
33.00
34.00
35.00
Abbildung 3: Die blauen Werte sind jene, die bei der Umstellung von hell auf dunkel zustande kamen, während die roten Punkte die Werte der Umstellung von dunkel auf hell, also die Aktivierung der Photosynthese
zeigt.