C3-Pflanze

Calvin-Zyklus
D-3-Phosphoglycerinsäure das erste stabile CO2-Fixierungsprodukt bei C3-Pflanzen. Die namensgebende Kette von drei Kohlenstoffatomen ist blau markiert.

C3-Pflanzen (auch Calvin-Pflanzen[1]) arbeiten mit dem Grundtypus der Photosynthese, der sogenannten C3-Photosynthese. Da sich die Spaltöffnungen bei heißem und trockenem Wetter schließen, um einer zu hohen Verdunstung von Wasser vorzubeugen, zeigen sie im Vergleich zu C4- oder CAM-Pflanzen unter diesen Bedingungen eine verringerte Photosyntheseleistung. Sie sind jedoch unter gemäßigten Temperatur- und Lichtverhältnissen effizienter.[2] Das Temperaturoptimum von C3-Pflanzen liegt bei 15 bis 25 Grad Celsius, während es bei C4-Pflanzen bei 30 bis 47 Grad Celsius liegt.[3]

90 Prozent aller Landpflanzen gehören zu den C3-Pflanzen,[3] insbesondere in den mittleren und hohen Breiten. Beispiele für C3-Nutzpflanzen sind Weizen, Roggen, Gerste, Hafer, Kartoffel, Sojabohne, Hanf oder Reis sowie weltweit alle Baumarten, für C4-Pflanzen Mais, Zuckerrohr oder Hirse.

Die Fixierung von Kohlenstoffdioxid erfolgt im Calvin-Zyklus bei der RuBisCO-Reaktion an Ribulose-1,5-bisphosphat (kurz RubP2). Die dabei entstehende Zwischenstufe ist hochgradig instabil und zerfällt spontan in zwei Moleküle D-3-Phosphoglycerat (kurz 3-PGA oder G3P), das erste stabile Zwischenprodukt bei den C3-Pflanzen. Da 3-PGA aus drei Kohlenstoffatomen aufgebaut ist, leitet sich davon der Name dieses Pflanzentyps ab.[3]

In der Erdgeschichte entstanden zunächst die C3-Pflanzen.[3] Ihr Schlüsselenzym, die Ribulose-1,5-bisphosphat-Carboxylase/-Oxygenase (RuBisCO), trat zu einem Zeitpunkt auf, zu dem die Atmosphäre reich an Kohlenstoffdioxid (CO2) und arm an Sauerstoff (O2) war.[3] In diesem Umfeld bereitete die Assimilation keine Probleme, da es keine Verluste aufgrund von Photorespiration – Fixierung von O2 anstelle von CO2 – gab.[3]

Die Frage, wie sich die Zunahme der CO₂-Konzentration in der Atmosphäre und der dadurch bewirkte Anstieg der globalen Temperaturen auf die C₃-Photosynthese auswirkt, ist noch nicht abschließend geklärt. Als Feststehend kann betrachtet werden, dass die Zunahme der CO₂-Konzentration immer zu erhöhter Effizienz der Photosynthese führt, da die Pflanzen leichter mehr CO₂ aufnehmen können (sog. CO₂-Düngeeffekt). Fraglich ist aber, ob diese erhöhte Effizienz auch zu erhöhten Ernteerträgen führt. Ältere Untersuchungen und auch der dritte Sachstandsbericht des IPCC aus dem Jahr 2001 ließen eine solche Erhöhung erwarten[4]. Neuere Untersuchungen[5][6][7], die auch die weiteren Effekte des Anstiegs der CO₂-Konzentration und der Temperaturen stärker berücksichtigen (Absterben der Pflanzen durch Zunahme von Hitze, Überschwemmungen, Bränden, Starkregen; geringerer Proteingehalt, also Nährwert des Getreides bei erhöhtem CO₂-Angebot) lassen keine signifikante Steigerung des Ernteertrages erwarten bzw. prognostizieren sogar eine Minderung der Ernteerträge[8].

Einzelnachweise

  1. ↑ C3-Pflanzen. In: Lexikon der Biologie. Spektrum, abgerufen am 19. April 2022.
  2. ↑ C3-Pflanzen :: Pflanzenforschung.de. In: pflanzenforschung.de. Abgerufen am 13. Juni 2023.
  3. ↑ a b c d e f Spezialformen der Fotosynthese: C3, C4, CAM – Komm ins Beet. In: komm-ins-beet.mpg.de. Abgerufen am 13. Juni 2023.
  4. ↑ Klimafakten.de - Behauptung: „CO2 ist ein Pflanzendünger und kein Schadstoff“. 3. November 2015, abgerufen am 14. September 2023.
  5. ↑ Klimawandel: Feldversuch unter verschärften Bedingungen. Abgerufen am 14. September 2023.
  6. ↑ dlr - Neue Studie zu Photosynthese durch CO2-Anstieg. Abgerufen am 14. September 2023.
  7. ↑ Welt der Physik: Der CO2-Haushalt der Wälder. 13. Januar 2021, abgerufen am 14. September 2023.
  8. ↑ Weitere Untersuchungen werden referiert auf Klimafakten.de - Behauptung: „CO2 ist ein Pflanzendünger und kein Schadstoff“. 3. November 2015, abgerufen am 14. September 2023.