Modul 1: Einführung in die Wildkräuterkunde
Photosynthese
Photosynthese und Stoffwechsel der Pflanzen
Immer wieder faszinierend – der wichtigste Prozess unter der Sonne
Der Frühling zaubert aus kleinen Keimen, die im Winter Kräfte gesammelt haben,
wie durch ein Wunder Wildpflanzen und Bäume.
Aber was brauchen Pflanzen zum Wachsen?
Die Erde liefert zwar Nährstoffe, die von den Wurzeln aufgenommen und weiter transportiert werden, aber die Mineralien aus dem Boden allein reichen für das Wachstum nicht aus. Deshalb besitzen Pflanzen die praktische Eigenschaft, ihre Nahrung über die Blätter selbst herzustellen.
So verschieden Blüten und Blätter auch gestaltet sein können, eines haben alle Pflanzen gemeinsam: den grünen Blattstoff Chlorophyll und die Fähigkeit, in ihren Blättern das Licht der Sonne zu speichern.
Diese Nahrungsproduktion mit Licht wird Photosynthese genannt.
Bei diesem Prozess setzt die Pflanze Sauerstoff frei, den Menschen, Tiere und Pflanzen zum Atmen brauchen.
Pflanzen beherrschen den Trick, aus Sonnenlicht mit Hilfe von Wasser und Kohlendioxid aus der Atmosphäre den Traubenzucker Glukose herzustellen, einen wichtigen Energielieferant und Zellbaustein für ihr weiteres Wachstum.
Traubenzucker wird in der Pflanze außer zu Stärke auch zu Fetten und Eiweißen umgewandelt, je nachdem, was der individuelle Bauplan der Pflanze vorgibt.
Jede bekannte Lebensform ist entweder direkt oder indirekt von der Sonne abhängig. So entsteht durch ihr Licht pflanzliche Nahrung für Tier und Mensch. Und das nicht zu knapp: Fast 160 Milliarden Tonnen Trockenmasse aus Blättern, Stängeln, Blüten der Stämmen fallen jedes Jahr – allein an Land – an. Auch die fossilen Energieträger Erdgas, Öl und Kohle würde es ohne Photosynthese nicht geben. Sie sind über Jahrmillionen hinweg aus Pflanzenresten entstanden – gebundenes Sonnenlicht sozusagen.
Zahlen zur Photosynthese
(Quelle: Universität Salzburg)
Ein ausgewachsener Laubbaum, zum Beispiel eine Linde, bildet an einem Tag 12 Kilogramm Kohlehydrate und 9.000 Liter Sauerstoff.
- Die Kohlenhydrate entsprechen einer Energie von 5,7 Liter Heizöl oder dem Energieverbrauch einer Person an 25 Tagen (also alles, was eine Person an diesen Tagen an Nahrung aufnehmen und gut damit auskommen kann).
- Die 9.000 Liter Sauerstoff benötigt eine Person zwei bis vier Tage (leicht arbeitend bis schwer arbeitend).
Ein Hektar Wald (Durchnittswald) bildet in einem Jahr 275 Tonnen Biomasse (Blätter und Holzzuwachs) und einen Energiegewinn von 230 000 Megajoule.
- Das entspricht dem Heizwert von 6.350 Liter Heizöl.
Die Photosynthese bildet weltweit in einem Jahr 154 Milliarden Tonnen Kohlehydrate.
- Das entspricht der Energie von 73.000 Milliarden (73 Billionen) Liter Heizöl.
Die Photosynthese nutzt nur 0,05 % der einfallenden Sonnenstrahlung.
Für diejenigen, die tiefer in das Thema einsteigen möchten:
Mit freundlicher Genehmigung von Tabea Senkpiel
Wer betreibt Photosynthese?
Algen (30 % des zur Atmung verfügbaren O2 der Erde werden von Algen gebildet), Moose und Gefäßpflanzen (Sporen- und Samenpflanzen).
Was passiert detailliert bei der Photosynthese?
Assimilationsprozess:
Aufbau (Synthese) von energiereichen, organischen Substanzen aus energiearmen, anorganischen Stoffen unter Lichtzufuhr, vor allem in den Blättern der Pflanzen, dort in den Chloroplasten der Blattzellen.
Untergliederung der Photosynthese in drei Schritte:
- Lichtabsorbtion:
Absorption von elektromagnetischer Energie in Form von Licht unter Verwendung von Farbstoffen (Chlorophylle, Phycobiline, Carotinoide). - Energieumwandlung:
Umwandlung der elektromagnetischen Energie in chemische Energie - Synthese organischer Stoffe:
Verwendung der gewonnenen chemischen Energie zum Aufbau energiereicher, organischer Verbindung (Energiestoffwechsel für die Gewinnung von Glucose, Baustoffwechsel für Pflanzenwachstum).
Stark vereinfachte Formel:
6H20 + 6C02 + Sonnenlicht + Chlorophyll -> C6H12O6 + 6O2
- Ausgangsprodukte: Kohlenstoffdioxid (CO2), Reduktionsmittel Wasser (H2O).
- Entstehung von Glucose (C6H12O6) als Ausgangsstoff für den Baustoffwechsel
der Pflanzen, Umwandlung des Zuckers sowie weiterer, über die Wurzel auf-
genommener Nährstoffe in Stärke, Eiweiße und Fette (Wachstum der Pflanze). - Freisetzung von elementarem, molekularem Sauerstoff (O2) über
die Spaltöffnungen an den Unterseiten der Blätter – Bildung des gesamten
in der Erdatmosphäre vorkommenden Sauerstoffs.
Wann findet Photosynthese statt?
Bei entsprechender Lichtintensität findet sie tagsüber während der ganzen Vegetationsperiode statt. Bei Nadelgehölzen bis in den tiefsten Winter hinein, da die Nadeln durch ihre Oberfläche und eine Wachsschicht besser vor Kälte und Austrocknung geschützt sind. Nachts erfolgt eine Umkehrung des Prozesses:
Veratmung von Sauerstoff, Abgabe von CO2 nach außen, Bilanz Tag-Nacht-Produktion von Sauerstoff höher als der Verbrauch.
Abhängigkeit der Photosynthese von abiotischen Faktoren:
- Wasser – Bei Trockenheit verschließen sich die Spaltöffnungen, dadurch Verringerung der Verdunstungsrate und Schutz vor Austrocknung, es findet jedoch kein Gasaustausch und damit auch keine Photosynthese mehr statt.
- Kohlenstoffdioxid – Pflanzen arbeiten unter ihrem Optimum, da mehr CO2 umgewandelt werden könnte als in der Luft enthalten ist. Bei einer höheren Konzentration ist ein schnelleres Wachstum und mehr O2-Freisetzung möglich. Daher „begasen“ manche Gärtner ihre Gewächshäuser mit CO2.
- Temperatur – Optimum für die Photosynthese bei circa 35°C.
- Strahlungsmenge – Beginn der Photosynthese bei einem Schwellenwert,
der bei Schattenpflanzen niedriger ist als bei Sonnenpflanzen, bei ungefähr 230W/m² ist ihr Optimum. - Wellenlänge – Chlorophyll setzt hauptsächlich langwelliges (rotes) und kurzwelliges (blaues) Licht in chemische Energie um.
