Ein Blatt ist ein kleines Kraftwerk.
Schieb die Regler. Sieh zu, wie die CO2-Fixierung mit dem Licht klettert, bis etwas anderes der Engpass wird. Drei Regimes wechseln sich ab: das Enzym Rubisco, die Regeneration des Substrats, an dem es arbeitet, und der seltene Fall, dass der Zucker das Blatt nicht schnell genug verlässt. Das Modell darunter ist Farquhar, von Caemmerer und Berry von 1980, aufs Wesentliche eingedampft.
Modell · FvCB 1980 · Bernacchi 2001 Temperatur-Kinetik · C3-Blatt · Ci/Ca fix 0.7
Das Budget
Ein C3-Blatt fixiert mittags in gemässigtem Klima rund 20 Mikromol CO2 pro Quadratmeter und Sekunde. Jedes fixierte CO2 setzt ein O2-Molekül frei, sechs fixierte CO2 ergeben ein Glukose-Molekül. Die Schieber unten treiben das Modell. Die Zahlen oben sind, was hinten rauskommt.
Wie die Rate mit dem Licht steigt
Volle Linie ist die Netto-Rate (nach Atmung). Gestrichelte Linie ist die Brutto-Rate. Der Punkt markiert die aktuelle Einstellung.
Welcher Engpass wo greift
Was im Blatt passiert
Zwei Photonen, zwei Photosysteme, zweimal ein Sturz die Energietreppe hinunter. Photosystem II spaltet Wasser und hebt das Elektron hoch. Die folgende Kette baut den Gradienten auf, der ATP antreibt. Photosystem I hebt das Elektron noch einmal und übergibt es an NADP+. Das Diagramm unten zeigt die echte Z-Form auf der Redox-Achse, mit Elektronen, die live mitfliessen, sobald du die Photonenrate änderst.
Schieb nach links und rechts, um den Photonen-Einfall zu ändern. Bei wenig Licht läuft die Kette langsam; bei voller Sonne hält ein konstanter Photonen-Regen beide Photosysteme am Feuern.
Was das Modell weglässt
Jedes funktionierende Modell tauscht Realismus gegen Klarheit. Die zwei Notizen unten markieren die Stellen, wo dieses Modell Abkürzungen nimmt, die wichtig werden, sobald man es über das Lehrbuch hinaus schiebt.
Was im Modell drin ist
Drei Regimes (Rubisco, Elektronen-Transport, Triose-Phosphat) mit Bernacchi 2001 Temperatur-Kinetik. Das Verhältnis von internem zu externem CO2 ist fix auf 0.7 gesetzt. Hitze-Stress oberhalb 35 °C ist ein linearer Faktor; die echte Form ist eine weichere Glocke. Quantenausbeute α ist 0.24 mol e⁻ pro mol Photon, die Krümmung θ ist 0.7. Nur C3.
Was nicht im Modell ist
C4-Pflanzen wie Mais und Zuckerrohr konzentrieren CO2 um Rubisco und kümmert die Umgebungs-ppm kaum. CAM-Pflanzen wie der Kaktus öffnen ihre Spaltöffnungen nachts und verschieben die Chemie über den Tag-Nacht-Zyklus. Beides kommt als eigene Seite. Die stomatäre Leitfähigkeit ist hier fix; in echt schliesst Wasser-Stress die Stomata und schneidet das Enzym von CO2 ab.
Quellen
- Farquhar G.D., von Caemmerer S., Berry J.A. (1980). A biochemical model of photosynthetic CO2 assimilation in leaves of C3 species. Planta 149, 78–90.
- Bernacchi C.J. et al. (2001). Improved temperature response functions for models of Rubisco-limited photosynthesis. Plant, Cell & Environment 24, 253–259.
- Sharkey T.D. et al. (2007). Fitting photosynthetic carbon dioxide response curves for C3 leaves. Plant, Cell & Environment 30, 1035–1040.
- Govindjee (1999). On the requirement of minimum number of four versus eight quanta for evolution of one molecule of oxygen in photosynthesis. Photosynthesis Research 59, 249–254.
- Wullschleger S.D. (1993). Biochemical limitations to carbon assimilation in C3 plants — A retrospective analysis of the A/Ci curves from 109 species. Journal of Experimental Botany 44, 907–920.