Kann jemand die Aufgabe a erklären bzw. evtl. an einer Abbildung machen?
1 Antwort
oben links sieht man, dass die Tage in dem Verbreitungsgebiet der CAM-Pflanzen ziemlich warm sind (bis 35°C), bei geringer Luftfeuchtigkeit, von unter 10% rel. Luftfeuchtigkeit.
Was dazu führen würde, dass wenn die Pflanze ihre Spaltöffnungen der Blätter tagsüber öffnen würde, um CO2 aufzunehmen, sie einen hohen Wasserverlust erleiden würde und Gefahr liefe auszutrocknen.
Mit der Problematik im Hinterkopf sieht man oben rechts die Reaktion der CAM-Pflanzen, ihre Spaltöffnungen erst nach 18:00 Uhr zu öffnen und tagsüber zu schließen. Dies entspricht nicht dem Verhalten der heimischen C3-Pflanzen, sondern scheint eine Anpassung an die warmen, trockenen Standorte zu sein, wo CAM-Pflanzen gedeihen.
Über die Spaltöffnungen findet Abgabe von Wasserdampf statt, die als Transpiration einen Wassertransport von den Wurzeln in die Blätter erzeugt. Auf der anderen Seite gelangt CO2 durch die Spaltöffnungen in das Blattgewebe, wo es für die Photosynthese benötigt wird. Schließt die Pflanze tagsüber die Spaltöffnungen wegen Trockenheit, könnte sie theoretisch keine Photosynthese machen, da kein CO2 aus der Luft aufgenommen würde.
Das unterste Diagramm mit den zwei roten Kurven zeigt aber an der Schwankung des Stärkegehalts (oben), dass die Pflanze tagsüber offenbar Photosynthese macht. Denn Stärke ist ja ein Photosyntheseprodukt. Wenn sie periodisch tagsüber gebildet wird, muss die Photosynthese laufen.
Daher stellt sich spätestens jetzt die Frage, wie macht die Pflanze das? Wie kann sie tagsüber bei geschlossenen Spaltöffnungen Photosynthese machen, wo sie doch eigentlich CO2 aus der Luft benötigt, aber ihre Spaltöffnungen schließt.
Die untere rote Linie in dem unteren Diagramm zeigt, dass Äpfelsäure (Malat) in einem Rhythmus gebildet und wieder verbraucht wird, der dem der Photosynthese in etwa entspricht. Das Blattgewebe wird über die Nacht mit Äpfelsäure (Malat) angereichert und der Gehalt an Malat sinkt dann tagsüber bis ca. 18:00 Uhr ab, um dann wieder anzusteigen und bis 6:00 Uhr anzureichern. Dieser Säurezyklus hat offenbar etwas mit der Photosynthese zu tun.
Dazu kann man nun die mittlere Abb. (Ablauf der CO2 Fixierung bei CAM-Pflanzen) betrachten, die den Säurestoffwechsel des Blattgewebes und seine Verbindung mit der Photosynthese darstellt.
Die Spaltöffnungen werden nachts geöffnet (links), wo die Pflanze wegen moderater Temperaturen und Dunkelheit nicht mit Trockenstress zu rechnen hat.
Jedoch kann nachts ohne Licht keine Photosynthese stattfinden. Immerhin kann CO2 in das Blattinnere gelangen, dass da es nicht sofort verwendet werden kann, an Phosphoenolpyruvat (PEP) gebunden wird, welches dann über Oxalacetat in Malat (Äpfeläure) überführt wird. Das Malat wird in die Zellsaftvakuole transportiert und dort gespeichert. Daher die Zunahme des Äpfelsäuregehaltes in der Nacht.
Tagsüber schließen die Spaltöffnungen der Blätter (rechts), um Trockenstress zu vermeiden. Das in der Vakuole nachts vorgespeicherte CO2 wird aus Malat wieder freigesetzt und dem Calvinzyklus der Photosynthese zugeführt. So dass, trotz geschlossener Spaltöffnungen, tagsüber Photosynthese stattfinden kann, bei der Stärke gebildet wird.
Die CAM-Pflanzen betreiben als spezielle Anpassung an trockene Standorte, an denen sie leben, eine Vorfixierung von CO2 in der Nacht, durch Bindung von CO2 aus der Luft an PEP, vor der eigentlichen Fixierung des CO2 im Calvinzyklus der Photosynthese. Sie legen einen inneren CO2-Vorrat in der Vakuole in Form von Malat an, den sie tagsüber unter Freisetzung des CO2 für die Photosynthese wieder verbrauchen. So kommt der tägliche Säurerhythmus zustande, das Auf und Ab der Äpfelsäure, der im unteren Diagramm zu beobachten ist.
Die Äpfelsäure dient als ein innerer CO2-Speicher, gespeist durch nächtliche CO2-Aufnahme, um das Zeitfenster bis zum CO2-Verbrauch durch Photosynthese bei Tag zu überbrücken und die Photosynthese trotz geschlossener Spaltöffnungen bei Tag zu ermöglichen.
