Hendrik Küpper, Vorlesungsreihe “Einführung in Bau und Funktion der Pflanzen”, Sommersemester 2013

I t kti t t hInteraktion autotropher und heterotropher

OrganismenOrganismen...

• Von: de.wikipedia.org

...Oder, anders gesagt: Die meisten Lebewesen würden ohne dieDie meisten Lebewesen würden ohne die Photosynthese ersticken und verhungern

Chlorophyllverteilung auf der WeltChlorophyllverteilung auf der Welt

• Von: de.wikipedia.org

Verteilung der Land-Photosynthese auf der Welt

Von: Numerical Terradynamic Simulation Group (http://www.ntsg.umt.edu/), übersetzt

Mediane brutto-PS

Wirkung der Photosynthese im globalen C-Kreislauf

Atmosphäre

Anthropogen veränderte C-FlüsseNatürliche C-Flüsse

Brutto-

Verst. Pflanzen-wachstum

Änderung der Landnutzung

Anthrop. Änderung des Lösungs-Gleichgewichts mit OzeanenVerwitterung PS

Nat. Gleichgewicht zw. Brutto-

PS, Atmung &Lösung

Atmung etc. Landnutzung Ozeanen Verbrennung fossiler Brennstoffe

Foss. BrennstoffeVegetation, Boden und Detritus PS, Atmung &Lösung

OzeanoberflächeMeeres-lebewesen

Flüsse

Verwitterung

Mittlere und tiefeMittlere und tiefe Ozeanschichten

SedimentoberflächeReservoirgrößen in GtC

• Von: http://www.gfdl.noaa.gov/ (modifiziert: Texte aus dem Englischen übersetzt und teilweise erläutert)

SedimentoberflächeReservoirgrößen in GtCFlüsse und Raten in GtC pro Jahr

Wirkung von TTemperatur-

änderungen auf Ozean-

Produktivitätpermanent

Anomalie der Oberflächen-Temperatur (°C)

permanent stratifizierter

Ozean

• Von: http://earthobservatory.nasa.gov (übersetzt)

Anomalie der Netto-Produktivität (%)

Wo findet Photosynthese statt (I)?

Epidermis

Mesophyll: Palisaden-Parenmchym

LeitbündelLeitbündel

Mesophyll: Schwamm-Parenmchym

Epidermis

Bilder: Blätter von Berkheya coddii (links) und Thlaspi goesingense (rechts) , aufgenommen von H. Küpper, 2000, unpubliziert

Geschichte der PhotosyntheseVersuch von van Helmont (1648)Versuch von van Helmont (1648),

ursprünglich vorgeschlagen von Nicholas of Chusa (1450)

5 Jahre später…

74,5kg2,3kg

91kg 90,94 kg

Von: http://users.rcn.com/jkimball.ma.ultranet/BiologyPages/P/Photosynthesis_history.html

Geschichte der PhotosyntheseVersuch von Joseph Priestley (1771)

Von: http://www.bio.vobs.at/botanik/b-photosynthese-1.htm

Geschichte der PhotosyntheseVersuche von Ian Ingenhousz (1778 Priestley V + Licht):Versuche von Ian Ingenhousz (1778, Priestley-V. +-Licht): Licht und grünes Gewebe für Photosynthese essentiell

Von: www.caucau.ch

Geschichte der Photosynthese

Beobachtung von Comparetti (1791)Grüne Körner in Pflanzengewebe- Grüne Körner in Pflanzengewebe

Versuch von Jean Senebier (1796)- der entscheidende Anteil der “schlechten” Luft ist Kohlendioxid, das

von der Pflanze aufgenommen wird

Versuch von Nicolas De Saussure (1804)- Auch Wasser trägt zum Zuwachs der Pflanzen-Trockenmasse bei!- Auch Wasser trägt zum Zuwachs der Pflanzen-Trockenmasse bei!

Kohlendioxid+Wasser+Licht organische Substanz+Sauerstoff

Geschichte der PhotosyntheseRene Dutrochet (1837)

- zeigt, dass Chlorophyll für CO2-Fixierung notwendig ist -entdeckt Stomata-entdeckt Stomata

Versuche von Julius von Sachs (1854/1862): - Nachweis von Glukoseproduktion in der Photosynthese

- Speicherung von Glucose als Stärkep g- Grüner Pflanzenfarbstoff in speziellen Körpern in Pflanzenzellen, dort

Glukosesynthese

V h J B ti t B i lt (1864)Versuche von Jean Baptiste Boussingault (1864): - Quantitative Messungen der CO2-Aufnahme und O2-Produktion

Summengleichung der oxygenen Photosynthese:6CO2 + 12H2O + Lichtenergie C6H12O6 + 6O2 + 6H2O

Geschichte der PhotosyntheseVersuch von Theodor Wilhelm Engelmann (1883)

Wirkungsspektrum des Lichts

Von: de.wikipedia.org

F. F. Blackman (1905)Geschichte der Photosynthese

F. F. Blackman (1905) Trennung einer schnellen lichtabhängigen und einer langsamen

temperaturabhängigen Reaktion der Photosynthese

Geschichte der Photosynthese

Richard Willstätter Arthur Scholl (1913)Richard Willstätter, Arthur Scholl (1913) Struktur und Chemie des Chlorophylls ( Nobelpreis Willstätter 1915)

Cornelius van Niel (1932)E i t it i (S h f l t tt S t ff d i d)Experimente mit anoxigen (Schwefel statt Sauerstoff produzierend)

Photosynthese betreibenden Bakterien stellt die allgemeine Photosynthesegleichung auf:

CO2 + 2 H2A + Licht (CH2O) + H2O + 2A(CH2O) = Kohlenhydrat

Geschichte der Photosynthese

Robert Hill (1937) B i d b i d Ph h i R d k i i l Beweis, dass bei der Photosynthese zuerst ein Reduktionsmittel

gebildet wird (experimentell Fe(II) aus Fe(III), in vivo?) Beweis, dass Lichtreaktionen von CO2-Fixierung getrennt werden kann

Daniel Arnon (1954+1955) i li h bhä i ATP Bild i Chl l zeigt lichtabhängige ATP-Bildung in Chloroplasten

zeigt, dass isolierte Chloroplasten komplette Photosynthese durchführen

Geschichte der PhotosyntheseRobert Emerson (1957)

“Red drop” und “Enhancement effect” zeigen die Existenz zweier

Mit Zusatzlichtic

klun

g

effect zeigen die Existenz zweier Photosysteme

uers

toffe

ntw

Ohne Zusatzlicht

eute

der

Sau

uant

enau

sbe

Von: commons.wikimedia.orgVon: www.life.illinois.edu/govindjee/papers/ (übersetzt)

Wellenlänge (nm)

Qu

Robert Woodward (1960)( ) Synthetisiert Chl – Nobelpreis 1965

Geschichte der PhotosyntheseRobin Hill and Fay Bendall (1960)

Z-Schema der Photosynthese-Lichtreaktionen

1970Geschichte der Photosynthese

1970Bessel Kok schlägt das "S-states“- Modell der

Ladungsakkumulation on schrittweisen Wasseroxidation vorWasseroxidation vor

Hans Deisenhofer Hartmut Michel und Robert Huber(1984)Hans Deisenhofer, Hartmut Michel und Robert Huber(1984) PSII-Reaktionszentren-Struktur (Nobelpreis 1988)

Von: upload.wikimedia.orgVon: Deutsches Museum

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