Die Photosynthese hat eine zentrale Bedeutung fUr das Leben auf der Erde. Der Einsatz moderner Analysentechniken brachte in der Photosyn­ these-Forschung viele neue Ergebnisse. Das vorliegende Buch versucht, dem Leser einen Vberblick Uber die ein­ zelnen Teilaspekte der Photosynthese zu vermitteln. Hierzu wurde be­ sonders auch die neueste englisch-sprachige Fachliteratur herangezo­ gen. Neben den biophysikalischen und biochemischen Grundlagen werden die physiologischen und okologischen Aspekte der Photosynthese abgehan­ delt. Am Ende eines jeden Kapitels sind Originalarbeiten und zusammen­ fassende Darstellungen angegeben, die dem Interessenten ein vertief­ tes Studium der einzelnen Sachgebiete ermoglichen. Die einzelnen Ka­ pitel werden durch Versuchsanleitungen (E) erganzt. Hierdurch bietet sich dem Leser eine sinnvolle VerknUpfung zwischen Theorie und Praxis. Karlsruhe, November 1984 Claus Buschmann Karl Grumbach Inhaltsverzeichnis 1. Stoffumwandlungen in biologischen Systemen 1 1. 1. Einstellung eines dynamischen Gleichgewichtes 1 1. 2. Energiebilanz biochemischer Reaktionen 1 1. 3. Endergone und e~ergone Reaktionen 2 1. 4. Enzyme - Katalysatoren biochemischer Reaktionen 3 2. Bedeutung der Photosynthese 5 2. 1. Erdgeschichtliche Entwicklung 5 2. 1. 1. Chemische Evolution 5 2. 1. 2. Biologische Evolution 6 2. 2. Grundaufbau eines Okosystems 7 2. 2. 1. StofffluB 7 2. 2. 2. EnergiefluB 9 2. 2. 3. Einordnung der Photosynthese 11 2. 3. Produktion von Biomasse 11 2. 3. 1. Naturliche Produktion 11 2. 3. 2. Der EinfluB des Menschen 12 3. Geschichte der Photosynthese-Forschung 14 3. 1. Entdeckung der Photosynthese 14 3. 2. Aufklarung von Einzelprozessen der Photosynthese 15 3. 3.

Inhalt

1. Stoffumwandlungen in biologischen Systemen.- 1.1. Einstellung eines dynamischen Gleichgewichtes.- 1.2. Energiebilanz biochemischer Reaktionen.- 1.3. Endergone und exergone Reaktionen.- 1.4. Enzyme Katalysatoren biochemischer Reaktionen.- 2. Bedeutung der Photosynthese.- 2.1. Erdgeschichtliche Entwicklung.- 2.2. Grundaufbau eines Ökosystems.- 2.3. Produktion von Biomasse.- 3. Geschichte der Photosynthese-Forschung.- 3.1. Entdeckung der Photosynthese.- 3.2. Aufklärung von Einzelprozessen der Photosynthese.- 3.3. Nutzanwendung und Entwicklungsmöglichkeiten.- 4. Struktur und chemische Zusammensetzung photosynthetisch aktiver Organismen und Gewebe.- 4.1. Prokaryonten.- 4.2. Eukaryonten.- E 1 Isolierung von Plastiden.- E 2 Isolierung der Chloroplastenhüllmembran (Envelope).- E 3 Bestimmung der Intaktheit von Chloroplastenpräparationen.- E 4 Extraktion von Chloroplastenfarbstoffen und -chinonen.- E 5 Chromatographische Auftrennung von Chloroplastenfarbstoffen und -chinonen.- E 6 Quantitative Bestimmung der Chloroplastenfarbstoffe und -chinone.- E 7 Elektrophoretisehe Auftrennung von Chlorophyll-Protein-Komplexen.- E 8 Bestimmung des Cytochrom f-Gehaltes isolierter Chloroplasten.- E 9 Bestimmung des P 700-Gehaltes isolierter Chloroplasten.- E 10 Bestimmung des Gehaltes der PS II-Akzeptoren Q, B und Plastochinon.- 5. Mechanismus der Photosynthese.- 5.1. Lichtabsorption.- 5.2. Abgabe von Fluoreszenz und Wärme.- 5.3. Übertragung von Energie in den Antennensystemen.- 5.4. Elektronentransport.- 5.5. Photophosphorylierung.- E 11 Lichtabsorption von Blattfarbstoffen.- E 12 Messung des Emissions- und des Anregungsspektrums der Chiorophyll-Fluoreszenz.- E 13 Messung der Induktionskinetik der Chlorophyll-Fluoreszenz (Kautsky-Effekt).- E 14 Messung derSauerstoff-Entwicklung.- E 15 Test der photosynthetischen Elektronentransportkette (Hill-Reaktion).- E 16 Messung der NADP-Reduktion.- E 17 Messung der Photophosphorylierung an isolierten Chloroplasten.- E 18 Messung des Protonengradienten an isolierten Thylakoid-membranen.- 5.6. Reduktiver Pentosephosphat-Zyklus (Calvin-Zyklus).- 5.7. Vorgeschaltete CO2-Fixierung bei C4- und CAM-Pflanzen.- 5.8. Photosynthese-Produkte, ihr Transport und ihre Speicherung.- E 19 Messung der CO2-Fixierung an intakten Pflanzen.- E 20 Bestimmung des CO2-Kompensationspunktes bei C3- und C4-PfTanzen.- E 21 Stärke-Nachweis in Blättern.- E 22 Chromatographische Auftrennung der photosynthetischen Primärprodukte.- E 23 Bestimmung des Säuregehaltes einer CAM-Pflanze im Licht-Dunkel -Wechsel.- 6. Lichtatmung.- 6.1. Reaktionsablauf.- 6.2. Regulation der Lichtatmung und Wechselwirkung mit der Photosynthese.- E 24 Messung der Lichtatmung bei höheren Pflanzen.- 7. Bakterien-Photosynthese.- 7.1. Lichtreaktion.- 7.2. Dunkelreaktion.- 8. Chemosynthese.- 8.1. Aerobe Chemosynthese.- 8.2. Anaerobe Chemosynthese.- 9. Entstehung der Photosynthese-Aktivität im Licht.- 9.1. Ablauf.- 9.2. Regulation.- 10. Photosynthese und natürliche Umweltfaktoren.- 10.1. Licht.- 10.2. Temperatur.- 10.3. Wasserangebot.- 10.4. Mineralstoffangebot.- 10.5. Gasstoffwechsel.- 10.5.1. Abhängigkeit von der äußeren Gaskonzentration.- 10.5.2. Eindringen von CO2 in das Blatt.- 10.5.3. Regulation der Stomataöffnungsweite.- E 25 Messung der Lichtintensität und der Lichtqualität.- E 26 Messung der Stomataöffnung.- 11. Photosynthese und anthropogene Faktoren.- 11.1. Herbizide.- 11.2. Verunreinigungen der Luft.- 11.3. Verunreinigungen des Bodens.- 11.4. Ionisierende Strahlung.- 12. Biotechnische Ansätze zur Nutzung derPhotosynthese.- 12.1. Produktion von Biomasse.- 12.2. Produktion von Bioenergie.- E 27 Anlegen einer Kalluskultur.- E 28 Anlegen einer Submerskultur aus Kallusgewebe.- E 29 Isolation von Protoplasten.- E 30 Messung der Wasserstoff-Produktion bei Blaualgen.- 13. Photosynthese und Symbiose.- 13.1. Pflanzliche Symbiosegemeinschaften.- 13.2. Symbiose zwischen Tieren und Pflanzen.- 13.3. Die Pflanzenzelle als symbiontisches System.- Fachbücher zum Thema Photosynthese.