E2 Strahlungserfassung

Thema

Photosynthetisch aktive Strahlung (PAS) ist der Teil des Sonnenlichts mit einer Wellenlänge zwischen etwa 400 und 700 Nanometern, den eine Pflanze für die Photosynthese nutzen kann. Diese PAS erreicht nicht alle Blätter der Pflanze gleichmäßig: Beim Durchgang durch das Blätterdach wird die PAS Schicht für Schicht abgeschwächt, gemäß dem Lambert-Beer-Gesetz. Blätter im Inneren des Blätterdachs erhalten daher immer geringere Anteile der PAS als Blätter im oberen Bereich.

Die PAS, die jedes Blatt erreicht, wird von den Pigmenten in den Chloroplasten absorbiert. Je mehr PAS die Chloroplastenpigmente absorbieren, desto mehr Lichtenergie steht im Chloroplasten für die Photosynthese zur Verfügung.

Nicht die gesamte von den Chloroplastenpigmenten absorbierte Lichtenergie wird in nutzbare photochemische Energie umgewandelt: Die Quanteneffizienz der photochemischen Umwandlung bestimmt, welcher Anteil der absorbierten Lichtenergie der Chloroplast effektiv in photochemische Energie umwandeln kann. Je höher die Quanteneffizienz der photochemischen Umwandlung ist, desto mehr photochemische Energie gewinnt der Chloroplast aus der gleichen Menge absorbierter photosynthetisch aktiver Strahlung.

Unter Berücksichtigung der Absorption photosynthetisch aktiver Strahlung, der Quanteneffizienz der photochemischen Umwandlung und aller nachfolgenden Schritte des photosynthetischen Stoffwechsels beschreibt die Kurve, die die Nettophotosynthese mit der Bestrahlungsstärke in Beziehung setzt, wie viel Nettophotosynthese das Blatt bei jeder Bestrahlungsstärke – also bei jeder Intensität der empfangenen photosynthetisch aktiven Strahlung – produziert. Bei niedrigen Bestrahlungsstärken steigt die Nettophotosynthese nahezu proportional zur Bestrahlungsstärke an, während sie bei hohen Bestrahlungsstärken nicht mehr proportional zunimmt und einen Sättigungswert erreicht, da die Quanteneffizienz der photochemischen Umwandlung die zusätzlich eintreffende photosynthetisch aktive Strahlung nicht mehr vollständig nutzen kann.

Die photosynthetisch aktive Strahlung, die das Blatt absorbiert, deren photochemische Umwandlungseffizienz aber nicht mehr ausreicht, um sie in photochemische Energie umzuwandeln, bleibt nicht einfach ungenutzt im Chloroplasten: Das Blatt gibt sie durch nicht-photochemische Wärmeableitung als Wärme ab. Dies schützt den Chloroplasten vor der Ansammlung überschüssiger Energie, die andernfalls das Photosystem II schädigen würde.

Ein zusätzlicher Anteil der Lichtenergie, den der Chloroplast nicht in photochemische Energie umwandeln oder durch nicht-photochemische thermische Dissipation als Wärme abgeben kann, wird als Chlorophyllfluoreszenz wieder abgegeben. Diese Chlorophyllfluoreszenz dient als diagnostisches Signal für den Zustand des Photosystems II: Je besser das Photosystem II funktioniert, desto mehr Lichtenergie wird in photochemische Energie umgewandelt oder als Wärme abgegeben und desto weniger Chlorophyllfluoreszenz emittiert das Blatt. Je stärker das Photosystem II hingegen geschädigt ist, desto weniger Lichtenergie kann es über diese beiden Wege umwandeln oder abgeben und desto mehr Chlorophyllfluoreszenz emittiert das Blatt aus derselben photosynthetisch aktiven Strahlung, die es ursprünglich empfangen hat.

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