CO2-Kompensationspunkt

Der CO₂-Kompensationspunkt (Γ) einer Pflanze gibt an, ab welcher Kohlenstoffdioxidkonzentration, speziell in den Interzellularen des Blattes, die CO₂-Aufnahme (Photosynthese) und CO₂-Abgabe (Atmung, Photorespiration) im Gleichgewicht stehen. Über diesem Wert findet damit eine Netto-Photosynthese statt und damit ein Kohlenstoffgewinn. Darunter überwiegt die Atmung, so dass die Pflanze in der Bilanz Kohlenstoff verliert. Im Gleichgewicht findet damit kein CO₂-Nettofluss statt.

Γ hängt stark von der Temperatur und dem Weg der CO₂-Fixierung ab (C₃- oder C₄-Pflanze).

Hintergrund

Abhängigkeit der Photosyntheserate von der CO₂-Menge in der Luft bei C₃- (grün) bzw. C₄-Pflanzen (rot). Der CO₂-Kompensationspunkt Γ ist der Schnittpunkt mit der Abszisse. Dieser ist bei C₄-Pflanzen niedriger als bei C₃-Pflanzen.

Die Photosynthese ist von einigen abiotischen Faktoren abhängig, die sich auch gegenseitig beeinflussen. Dabei gilt das Gesetz des Minimums: Wenn einer der Faktoren begrenzend wird, drosselt er das gesamte System.

Einer dieser Faktoren ist die CO₂-Konzentration, da in der Photosynthese Kohlenstoffdioxid fixiert wird. Unter der Voraussetzung, dass die Lichtmenge hoch genug ist und nicht selbst zum limitierenden Faktor wird, hat man beobachtet, dass die Photosyntheseleistung steigt, wenn die CO₂-Konzentration der umgebenden Atmosphäre erhöht wird. Dieser Prozess ist limitiert – die Photosyntheserate folgt einer Sättigungskurve, so dass bei ausreichend hohen Konzentrationen keine Steigerung beobachtet wird. Umgekehrt übersteigt die Kohlenstoffdioxidfreisetzung der Atmung und der Photorespiration die CO₂-Fixierung der Photosynthese, falls die CO₂-Konzentration zu stark abfällt. Der Punkt, an dem beide Prozesse im Gleichgewicht ablaufen, nennt man den CO₂-Kompensationspunkt.

Für die Betrachtung der CO₂-Abhängigkeit ist die interne CO₂-Konzentration des Blattes, insbesondere in den Interzellularen, maßgeblich. Diese hängt natürlicherseits von der atmosphärischen CO₂-Konzentration sowie verschiedenen pflanzeninternen Faktoren ab.

C₃-Pflanzen

Für die meisten höheren Pflanzen liegt der CO₂-Kompensationspunkt zwischen 30 und 60 µl/l (entspricht etwa 10–20 % der natürlichen CO₂-Konzentration der Luft, etwa bei 0,005–0,010 Vol.-% CO₂). Die Sättigung wird bei etwa 0,05–0,10 Vol.-% CO₂ erreicht.

C₄-Pflanzen

C₄-Pflanzen verfügen über einen energiebetriebenen, internen CO₂-Anreicherungsmechanismus. Damit sind die Γ-Werte dieser Pflanzen sehr viel niedriger als bei C₃-Pflanzen (< 0,001 Vol.-%).

Bedeutung

Die Höhe des CO₂-Kompensationspunktes gibt die Effektivität der Photosyntheseleistung wieder. Ist Γ niedrig, so wird eine CO₂-Fixierung gegenüber der Abgabe effektiv betrieben – das Blatt zeigt damit eine hohe Affinität gegenüber CO₂. Dagegen bedeutet ein hohes Γ, dass die Effektivität der CO₂-Aufnahme gering ist.

Bei steigenden Temperaturen kommen verstärkt die Effekte der Photorespiration bei C₃-Pflanzen zum Tragen, die den Kohlenstoffgewinn mindern. Gegenüber C₃-Pflanzen, gerade bei Temperaturen oberhalb von 25 °C, genießen C₄-Pflanzen aufgrund der aktiven CO₂-Anreicherung einen ökophysiologischen Vorteil. Daher sind sie in warmen und heißen Klimazonen weitaus weiter verbreitet als C₃-Pflanzen.

Siehe auch

• Lichtkompensationspunkt

Literatur

• Peter Schopfer, Axel Brennicke: Pflanzenphysiologie. 7. Auflage, Spektrum Akademischer Verlag, 2010, ISBN 978-3827423511, S. 257 f.
• Ulrich Lüttge, Manfred Kluge: Botanik – Die einführende Biologie der Pflanzen. 6. aktualisierte Auflage, Wiley-VCH, 2012, ISBN 978-3527331925, S. 497 ff.
• Katharina Munk: Botanik. Thieme, 2008; ISBN 978-3131448514, S. 264.