Lichtintensität und Fotosynthese

Die Fotosynthese wird durch Licht angetrieben — je mehr Licht eine Pflanze erhält, desto schneller kann sie Fotosynthese betreiben, bis zu einer Höchstrate. Die Lichtintensität ist einer von mehreren Faktoren, die begrenzen können, wie schnell Fotosynthese stattfindet.

Was ist die Wirkung von Licht auf die Fotosynthese?

Die Fotosynthese nutzt Lichtenergie, um Kohlendioxid und Wasser in Glukose und Sauerstoff umzuwandeln:

CO₂ + H₂O → Glukose + O₂ (in Gegenwart von Licht und Chlorophyll)

Je mehr Licht verfügbar ist, desto mehr Energie steht der Pflanze zur Verfügung, um diese Reaktion anzutreiben, sodass die Fotosyntheserate mit der Lichtintensität steigt — aber nur bis zu einem bestimmten Punkt.

Die Beziehung zwischen Licht und Fotosyntheserate

Geringe Lichtintensität: sehr wenig Fotosynthese, da nicht genug Energie vorhanden ist. Die Pflanze betreibt mehr Zellatmung als Fotosynthese, sodass sie langsam an Gewicht verliert.
Zunehmende Lichtintensität: mehr Fotosynthese; Sauerstoffproduktion nimmt zu; die Pflanze nimmt mehr CO₂ auf.
Sättigungspunkt: über einem bestimmten Lichtniveau hört die Rate auf, zuzunehmen. Mehr Licht hat keinen Effekt — ein anderer Faktor begrenzt nun (normalerweise CO₂-Konzentration oder Temperatur).

Dies wird als limitierender Faktor bezeichnet — der am knappsten vorhandene Faktor, der die Gesamtrate bestimmt.

Hinweis

Gewerbliche Gewächshäuser nutzen Kunstlicht und erhöhen den CO₂-Gehalt, um die Fotosynthese weit über das hinauszutreiben, was Pflanzen im Freien erreichen könnten. Dies ermöglicht das ganzjährige Anbauen von Tomaten, Paprika und Kräutern.

Licht und Blattstruktur

Blätter sind so geformt, dass sie maximales Licht einfangen:

Breite, flache Oberfläche — maximiert die dem Licht ausgesetzte Fläche
Dünn — Licht dringt zu allen Zellen vor
Palisadenzellen (direkt unterhalb der Oberseite) — groß, vollgepackt mit Chloroplasten, positioniert, um das meiste Licht zu absorbieren
Wachsartige Kutikula — transparent, lässt Licht durch

Anpassungen an verschiedene Lichtniveaus

Sonnenpflanzen (z. B. Löwenzahn, Weizen) wachsen gut in vollem Licht. Sie haben kleine, dicke Blätter mit vielen Chloroplasten.

Schattenpflanzen (z. B. Farne, Moose) können bei wenig Licht Fotosynthese betreiben. Sie haben große, dunkelgrüne Blätter mit mehr Chlorophyll pro Zelle.

Praxisbezug: Tomatenzucht im Gewächshaus

Niederländische Gewächshausbetriebe setzen LED-Wachstumslichter ein, die im Winter bis zu 18 Stunden täglich leuchten — weit über dem natürlichen Tageslicht. Kombiniert mit erhöhten CO₂-Werten (ca. 1000 ppm statt normalerweise 420 ppm) betreiben Tomatenpflanzen das ganze Jahr über annähernd maximale Fotosynthese. Die Erträge pro Quadratmeter sind dreimal höher als im Freilandanbau.

Praxisbezug: Zimmerpflanze verliert ihre Farbe

Eine Einblattlilie (Spathiphyllum) fernab vom Fenster entwickelt blasse, gelbliche Blätter. Bei zu wenig Licht kann sie nicht genug Glukose für die Chlorophyllerhaltung produzieren, sodass das grüne Pigment abbaut. Dieselbe Pflanze, näher ans Fenster gestellt, kann innerhalb weniger Wochen wieder dunkelgrün werden, sobald die Fotosynthese sich erholt.

Praxisbezug: Algenblüte auf einem sonnigen See

Nach mehreren intensiven Sonnentagen bildet sich auf ruhigen Teichen oder langsamen Flüssen eine grüne oder blaugrüne Schicht. Algen nahe der Oberfläche erhalten sehr hohe Lichtintensität und betreiben rasche Fotosynthese. So viel Sauerstoff entsteht, dass sichtbare Bläschen an untergetauchten Pflanzen aufsteigen — lebendiger Beweis der Fotosynthese.

Tipp Wo siehst du das im Alltag? Beobachte, welche Pflanzen unter einem Baum im Vergleich zu einer Freifläche wachsen. Schattenpflanzen (wie Farne und Funke) haben große, dunkelgrüne Blätter, um so viel Schwachlicht wie möglich einzufangen. Sonnenpflanzen (wie Lavendel und Sonnenblumen) haben oft kleinere, hellere Blätter, da sie nie Lichtmangel haben.