Fotosynthese hoorcollege 1
De graad van fotosynthese is niet zo hoog als je theoretisch zou berekenen, dat komt door:
- CO2 concentratie is niet altijd maximaal
- Lichtintensiteit is niet altijd maximaal
- Niet alle golflengte worden even goed opgenomen
- Er zijn barrières voor externe CO2 om de chloroplasten in te komen
- Ademhaling ‘heft’ fotosynthese op
- Rubisco bindt soms O2 waarop fotorespiratie volgt
- De blad anatomie en fysiologie kan maximale fotosynthese verhinderen
Netto fotosynthese, de netto fotosynthese is als volgt te berekenen:
Netto FS=C O2 fixatie−dark respiration−fotorespiratie
Dark respiration, de normale ademhaling bij planten, noemen we
‘dark respiration’. Een deel van de suikers die de plant aanmaakt,
verbruikt die dus zelf.
Fotorespiratie, wordt verderop in de samenvatting behandeld.
Licht, een normaal kamerlampje zal niet genoeg zijn om een plant in
leven te houden, maar de lichtsterkte van de zon is vele mate groter,
waardoor er wel genoeg licht opgenomen wordt door een plant om te
overleven. Ondanks dat de plant door de zon verzadigd is van licht, zal
die niet al het licht opnemen. Zo wordt er licht gereflecteerd, is er een
deel wat door het blad heen valt en worden niet alle kleuren licht
even goed geabsorbeerd.
Lichtabsorptie chlorofyl, in het absorptiespectrum kan je zien dat
chlorofyl A en B goed paars/blauw en rood licht op kunnen nemen en
dat ze maar amper groen licht opnemen. De absorptie van groen
licht is echter niet 0.
Hoe kleiner de golflengte, hoe hoger de energie-inhoud. Blauw licht
heeft dus een hogere energie-inhoud in dan rood licht. Het kost dus
meer energie om 1 foton blauw licht te maken dan rood licht.
Lichtabsorptie blad, de lichtabsorptie van een blad is net iets
anders dan het absorptiespectrum van chlorofyl wat rechts ook te
zien is. De absorptiepiek volgt namelijk wel dezelfde lijn, maar is
veel minder extreem dan de piek van chlorofyl. Bladen zijn dus beter in staat
om licht op te nemen dan chlorofyl. Dit verschil komt door de luchtholtes in
de bladeren (donkergroen in de bladdoorsnede). Hierin vindt namelijk
reflectie plaats. Het belang van deze luchtholte is aan te tonen met een
experiment waarbij de holtes vult met olie.
Lichtabsorptie van een blad
Experiment met olie, op het moment dat je de luchtholtes vult met olie, heeft dat effect op het
absorptiespectrum van je blad. Die resultaten zijn hierboven weergegeven. Hierin zie je dat het
spectrum extremer wordt en meer gaat lijken op het spectrum van de oplossing van chlorofyl. Als
licht namelijk van de ene naar de andere fase gaat, breekt het. In een blad vindt deze breking ook
plaats. Licht gaat namelijk vanaf de lucht een cel in met plasma, waardoor het licht gebroken wordt.
, Als het licht dan de cel uit gaat en in een luchtholte komt wordt het weer gebroken. Op deze manier
wordt het licht vaak gebroken in een blad (vanwege alle luchtholtes). Hierdoor is de gang van het licht
in het blad erg lang en onvoorspelbaar. Als je olie toevoegt heb je minder overgangen en volgt het
licht een kortere route, vandaar dat het spectrum richting het chlorofyl spectrum gaat.
Licht respons curve FS, in deze curve staat de
hoeveelheid fotosynthese op de Y as en de
hoeveelheid licht op de X as. In de lage licht
niveaus zie je een bijna lineaire toename krijgt
van de FS met een toename van de
lichtintensiteit. Gaandeweg bereikt vlakt de curve
echter af en bereikt die zelfs een maximum. Het
maakt dan niet meer uit of je 1000 of 2000
μmol/m2/s hebt, de FS blijft hetzelfde. Als je
inzoomt op het eerste lineaire stuk van de curve,
zijn daar een paar belangrijke zaken te
onderscheiden:
- QY, quantum yield (hellingshoek), hieruit
kan je halen hoeveel extra CO2 je kan
fixeren per eenheid toename fotonen die je tot beschikking hebt.
- LCP, licht compensatie punt, de hoeveelheid licht waarbij hoeveelheid fotosynthese quitte
speelt met de hoeveelheid ademhaling. Als je dus links van het LCP zit heb je meer
ademhaling dan FS (hierbij heb je een netto verlies van CO 2) en bij alle lichtintensiteit rechts
van het LCP heb je een netto fotosynthese.
Irradiance, de hoeveelheid licht op een vierkante meter plat oppervlakte valt.
PSA, staat voor fotosynthese. De A staat voor assimilatie, aangezien hier CO 2 assimilatie plaatsvindt.
Verder kan je in de licht respons curve de maximale fotosynthese aflezen door naar het hoogste punt
van de curve te kijken.
CO2 respons curve, bij deze curve staat op de Y as weer de graad
van fotosynthese, maar op de X as staat nu de hoeveelheid CO 2
die in de omgeving aanwezig is. Op het moment bevat de lucht
tussen de 300 en 400 ppm (rode pijl). Verder zie je in de figuur dat
de hoeveelheid CO2 een beperkende factor kan zijn voor
fotosynthese, omdat bijvoorbeeld bij 200 ppm het maximum nog
niet bereikt is. Bij 800 ppm is de plant pas verzadigd. Belangrijk
hierbij is dat, deze proeven gedaan zijn met de maximale
lichtintensiteit, dus rond de 1500 μmol/m2/s. Het hoeft dus niet zo
te zijn dat de graad van fotosynthese in de planten toe zal nemen
als de concentratie CO2 stijgt. Wie weet wordt de fotosynthese
namelijk beperkt door de lichtintensiteit. Verder zie je in deze curve juist een CCP in plaats van LCP en
dat staat voor CO2 compensatie punt.
CCP, de hoeveelheid CO2 waarbij de fotosynthese gelijk is aan de ademhaling.
De mate van fotosynthese kan je meten aan de luchtverandering (CO 2 verandering) rondom het blad.
Externe CO2 concentratie, deze hoeft niet altijd gelijk te zijn aan de CO 2 concentratie in het blad. Dat
komt omdat CO2 niet zomaar het blad inkomt. Bladeren bevatten namelijk een waslaagje, waardoor
gasuitwisseling geremd wordt. Voor gasuitwisseling heeft een blad bladmondjes/stomata nodig.
Cuticula, het waslaagje voorkomt uitdroging, maar vormt een barrière voor diffusie.
Stomata, door het sluiten van stomata kan een plant uitdroging voorkomen, maar tegelijkertijd wordt
hierdoor ook de gasuitwisseling geremd. De hele binnenzijde van het blad is dus afhankelijk van het
aantal en de grote van huidmondjes.
Fotosynthese staat eigenlijk in conflict met waterverlies door het openen of sluiten van stomata.
Curve fit, in de grafiek geeft de rode lijn de statistische ‘curve fit’ aan de zwarte vierkanten geven de
gemeten waarden. De rode lijn is gemaakt door in een computer in te voeren dat die het verloop van
