Photosyntheserate
Die Photosyntheserate (PS-Rate) bezeichnet die Geschwindigkeit, mit der die Photosynthese abläuft. Die Photosyntheserate kann entweder als photosynthetische Sauerstoff-Entwicklung oder als photosynthetische Kohlendioxid-Assimilation pro Blattfläche (Blattflächenindex) und Zeiteinheit bestimmt werden.
Die drei wichtigsten Faktoren, die die Photosyntheserate beeinflussen, sind Licht, Temperatur und Kohlenstoffdioxid. Auch die Wasser- und Mineralversorgung haben einen Einfluss.
Die PS-Rate wird nach dem Gesetz des Minimums von Justus Liebig durch denjenigen Faktor begrenzt, der am stärksten die Reaktion limitiert. So können Pflanzen beispielsweise optimale Licht- und Temperaturverhältnisse nur bedingt ausnutzen, wenn die Kohlenstoffdioxidversorgung unzureichend ist.
Einfluss der Faktoren:
Licht: Photosynthese ist von Lichtenergie abhängig. In den lichtabhängigen Reaktionen der Photosynthese wird Lichtenergie in chemische Energie umgewandelt (Produktion von energiereichen ATP-Molekülen). Im nachfolgenden CALVIN-Zyklus wird unter Nutzung der in ATP gespeicherten Energie Kohlendioxid zu Kohlehydraten reduziert. Solange kein anderer Faktor begrenzend wirkt, steigt die PS-Rate mit Erhöhung der Lichtintensität proportional. Wirken andere Faktoren limitierend, steigt die PS-Rate nicht mehr linear an – bis zu dem Punkt, an dem sich trotz steigender Lichtintensität die Fotosyntheseleistung nicht mehr erhöht (Lichtsättigung).
Temperatur: Die Photosyntheserate erhöht sich mit steigenden Temperaturen, bis ein Temperaturoptimum erreicht ist. Bei weiter steigenden Temperaturen sinkt die Photosyntheserate wieder ab. Der Anstieg der Photosyntheserate bis zur Optimumstemperatur folgt der sogenannten RTG-Regel, wonach ein Temperaturanstieg um 10 Grad Celsius die Stoffwechselaktivitäten verdoppelt. Nach Erreichen des Optimums (das je nach Standort und Art unterschiedlich ausfällt) wirken andere Faktoren limitierend (z. B. eine Erhöhung der Atmungsintensität oder Denaturierung der beteiligten Enzyme).
Höhere Temperaturen haben außerdem Einfluss auf den Wasserhaushalt der Pflanze. Um ein Austrockenen zu verhindern, schließen Pflanzen bei höheren Temperaturen ihre Spaltöffnungen. Dadurch kann weniger CO2 in das Innere der Blätter gelangen und die Photosyntheserate sinkt entsprechend.
Kohlenstoffdioxid: Die Photosynthese-Rate nimmt bei den meisten Pflanzen mit zunehmender Kohlenstoffdioxidkonzentration in der Atmosphäre zu. Pflanzen mit C3- und C4-Photosynthese-Mechanismen können Kohlendioxid in ihren Zellen aktiv anreichern – hier ist die Photosyntheserate nicht so stark von den Kohlendioxidkonzentrationen in der Atmosphäre abhängig.