Wie wirkt sich die CO₂-Konzentration auf die Photosynthese aus?

Ich habe die Theorie gehört, dass mit zunehmendem CO 2 in der Luft die Geschwindigkeit der Photosynthese zunehmen würde, wodurch der Anstieg des CO 2 -Gehalts begrenzt würde.

Was ist derzeit der geschwindigkeitsbegrenzende Faktor photosynthetischer Reaktionen in Pflanzen? Ist es wirklich CO 2 oder eher die begrenzte Energie, die eine Pflanze aus Sonnenlicht aufnehmen kann?

Hast du eine Quelle für diese Theorie?
@MattDMo Leider nein. Ich glaube, ich habe es in der Highschool im Zusammenhang mit dem Gaia-Theorem als Beispiel für einen homöostatischen Prozess der Erde gehört (zusammen mit der Theorie, dass mehr Sauerstoff die Wahrscheinlichkeit von Waldbränden erhöht und sich dadurch selbst reguliert). Ich frage mich, ob dies der Fall ist wissenschaftliche Basis.
@WYSIWYG - wie um alles in der Welt hast du den Index im Titel bekommen?
@AliceD Es ist UTF. Sie können es entweder aus der Zeichentabelle abrufen oder die Compose-Taste auf Ihrer Tastatur aktivieren und dann [hold compose] : _ → [number]für tiefgestellte und [hold compose]: ^ → [number]für hochgestellte Zeichen verwenden. Es funktioniert nicht mit Alphabeten (noch keine tiefgestellten/hochgestellten Alphabete in UTF)

Antworten (1)

Der geschwindigkeitsbestimmende Schritt der Photosynthese ist das CO 2 -assimilierende Enzym Rubisco (kurz für Ribulose-1,5-bisphosphat-Carboxylase/Oxygenase) ( Jensen, 2000 ). Es verwendet Ribulose-1,5-Bisphosphat und CO 2 als Substrate zur Erzeugung von Glucose.

Da Rubisco der geschwindigkeitsbestimmende Schritt in der Photosynthese ist, würde eine Zunahme seines Substrats CO 2 erwartungsgemäß zu einer Zunahme der Photosynthese führen. Die Regulierung von Rubisco ist jedoch komplex und wird nicht nur von CO 2 , sondern auch von O 2 (das mit CO 2 um das aktive Zentrum konkurriert), Mg 2+ und einem regulierenden Enzym namens Rubisco-Aktivase ( Jensen, 2000 ) beeinflusst. Daher können die Auswirkungen eines Anstiegs des atmosphärischen CO 2 komplexer sein als die bloße Steigerung der Photosynthese durch Erhöhung der Rubisco-Aktivität.

Tatsächlich zeigte eine Übersicht von Poorter (1993) , dass eine Verdopplung von CO 2 zu einer durchschnittlichen Steigerung der Photosynthese von nur 37 % bei mehr als 150 Pflanzenarten führte. Er beschreibt verschiedene Faktoren, die außer CO 2 die Photosyntheseraten bestimmen :

  1. Ein Faktor, der die Photosynthese unter hohem CO 2 -Gehalt einschränkte, war Stickstoff (N) . Da Rubisco ein Enzym ist, muss es aus Aminosäuren synthetisiert werden. Da Rubisco etwa 30 % des gesamten Proteins in einem Pflanzenblatt ausmacht, ist Rubisco wahrscheinlich das am häufigsten vorkommende Protein auf der Erde und eine Hauptsenke für Pflanzenstickstoff ( Jensen, 2000 ). Beispielsweise hatten C 3 -Spezies, die zur Symbiose mit N 2 -fixierenden Organismen fähig sind, höhere Wachstumssteigerungen im Vergleich zu anderen C 3 -Spezies unter hohem CO 2 -Gehalt ;
  2. Bestimmte Pflanzen verwerten CO 2 besser als andere. CAM-Arten reagierten am wenigsten, gefolgt von C 4 -Pflanzen , während C 3 -Pflanzen ihre Photosyntheseraten unter hohem CO 2 -Gehalt am stärksten steigerten . Beispiele für C 3 -Pflanzen sind krautige Kulturpflanzen ( Poorter, 1993 );
  3. Pflanzen mit einer großen intrinsischen Wachstumsrate können mehr von einem hohen CO 2 profitieren . Diesen Pflanzen wird eine hohe Sinkkraft nachgesagt , da sie zusätzliche Photosyntheseprodukte schnell in Auswuchs umwandeln.

Referenzen
- Jensen, PNAS (2000); 97 (24): 12937–38
- Poorter, Veg (1993); 104/105 : 77-97

Ist das verfügbare Sonnenlicht nicht die Primärratenbegrenzung? Schließlich kann eine Pflanze, die reichlich CO2, Wasser und andere Nährstoffe zur Verfügung hat, immer noch nur so viel umwandeln, wie es die einfallende Sonnenenergie zulässt.
@jamesqf - Die Frage betrifft den Ratenbegrenzungsschritt bei hohem CO2. Die CO2-Fixierung ist Teil des Calvin-Zyklus und damit unabhängig vom Sonnenlicht. Sie haben jedoch Recht, dass der Calvin-Zyklus ganz offensichtlich nicht ohne ausreichend Sonnenlicht für den Krebs-Zyklus ablaufen kann. Die zitierten Studien zeigten andere limitierende Faktoren als Sonnenlicht oder CO2, wenn Sonnenlicht reichlich vorhanden war. Mit anderen Worten, bei genügend Sonnenlicht und erhöhtem CO2 werden andere Faktoren geschwindigkeitsbegrenzend, was die Fixierung von mehr CO2 verhindert.
Wie wirkt sich die CO₂-Konzentration auf die Photosynthese aus?
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