Den Klimawandel positiv nutzen                                                                                                                        - Maßnahmen der Pflanzenzüchtung am Beispiel des C4-Mechanismus -

 

Fotosynthese

 

1.                  Lichtenergie wird von Farbstoffen

     (Chlorophyll etc.) absorbiert

 

2.                  Umwandlung der Lichtenergie in                    

      chemische Energie

 

3.                  Chemische Energie wird zur Synthese

      von organischen Verbindungen

      genutzt

 

C3-Pflanzen

 

-„normale“, in Mitteleuropa vorkommende Fotosyntheseart

 

- erstes nachweisbares  Fotosyntheseprodukt ist ein C3-Molekül (Glycerinaldehydphosphat)

 

- Reaktionen der Fotosynthese laufen in den Chloroplasten ab

 

-besitzt als CO2 bindendes Enzym RuBisCO

=> Problem: es bindet O2 genauso gut wie CO2  

=> wirkt der Fotosynthese entgegen

 

- Temperaturoptimum: 15- 25° C

 

- Spaltöffnungen sind tagsüber zur CO2-Aufnahme

  geöffnet

=> Transpiration

 

- bei großer Hitze werden diese geschlossen

=> Fotosyntheseleistung wird eingeschränkt

 

 

C4-Pflanze

 

 

- C4-Pflanzen sind meistens Gräser ( Mais, Zuckerrohr, Chinaschilf und Hirse)

- auch bei Seggen, und Zweikeimblättrigen

=> vermutlich mehrmals unabhängig voneinander entstanden

 

- schnellere Fotosynthese bei mehr Wärme und Licht

 

- erstes nachweisbare Fotosyntheseprodukt ist ein C4- Molekül (Oxalacetat)

 

- Reaktionen der Fotosynthese laufen räumlich getrennt ab

 

-besitzen ein Enzym mit erhöhter CO2-Affinität

=> PEP-Carboxylase

=> nutzt geringere Konzentrationen von CO2 besser

 

- Temperaturoptimum: 30- 45°C

 

- Spaltöffnungen werden bei großer Hitze  geschlossen

=> keine Fotosyntheseeinschränkung, dank effektiverer Enzyme

 

 

CAM-Pflanzen   (Crassulacean-Acid-Metabolism)

 

-kommt vor allen bei Kakteen, Bromelien und Orchideen vor, die an Trockenstandorten leben

=> bekannteste Art: Ananas

 

-zeitliche Trennung der CO2-Aufnahme und -Assimilation

=> nachts Öffnung der Spaltöffnungen zur CO2-Aufnahme und Speicherung

=> tagsüber Nutzung des CO2 ohne Transpirationsverluste

 

-besitzt das Enzym PEP-Carboxylase

=> nutzt CO2 sehr effektiv

 

- oftmals sukkulente Pflanzen

 

- bei Sommertrockenheit CAM-Mechanismus, bei Winterfeuchte C3-Mechanismus

 

Ökonomische und ökologische Aspekte

 

-C4- Pflanzen benötigen zur Bildung von 1kg TS 230-250 Ltr. Wasser

-C3-Pflanzen benötigen das zwei bis dreifache     (Roggen 400Ltr.  Hafer 600-700Ltr.)

=> Eignung für Trockenstandorte bzw. sehr leichte Böden

 

-überlegene Wachstumsraten zeigt neben dem Mais das Chinaschilf (~ 450dt TS/ ha)

=> Produktion von Biomasse für die Energiegewinnung 

=> Produktion von Nachwachsenden Rohstoffen ( Stärke, Spanplatten)

 

- Einige tropische C4-Futtergräser leben in Symbiose mit Stickstoffbindenden Bakterien

=> zusätzliche Ertragssteigerung ohne Düngung  möglich!

 

- Der Genabschnitt, der für den C4-Zyklus codiert wurde bereits aus Mais isoliert

=> mit Hilfe der Gentechnik wurde es in das Reisgenom eingebaut

=> C4-Reis bringt bis zu 35% mehr Ertrag als C3-Reis! 

 

Ertragsfaktor Luft

 

=>O2 Gehalt ist überoptimal

 

=>CO2 ist suboptimal

 

ð      Erhöhung des CO2-Gehaltes führt zu einer Ertragszunahme

 

ð      Bei C3-Pflanzen Steigerung von bis zu 30%

 

ð      Bei C4-Pflanzen Steigerung von bis zu 10%

 

ð      C4-Pflanzen bessere Ausnutzung des CO2        => geringere Ertragssteigerung

 

ð      CO2- Düngung wird bereits im Unterglasanbau von Gemüse durchgeführt