Toolyard

Simulator für Fotosynthese und begrenzende Faktoren

Gleichungen in dieser Simulation

6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂
O₂Sauerstoffdas Gas in den Blasen; Licht spaltet Wasser und setzt es frei, und das Kohlenstoffdioxid wird in Zucker eingebaut
I = I₁₀ × (10 cm ÷ d)²
ILichtintensität an der Pflanze (µmol Photonen pro m² und Sekunde)das Abstandsquadratgesetz: doppelt so weit, ein Viertel des Lichts
I₁₀Intensität in 10 cm Abstand800 µmol m⁻² s⁻¹ bei dieser Lampe; volles Sonnenlicht liefert etwa 2.000
dAbstand der Lampe d (cm)

Mit den aktuellen Werten:

J = α × e × I
JRate, die das Licht allein ermöglichen würde (Blasen pro Minute)
αBlasen pro Minute je Lichteinheit, wenn nur das Licht begrenzt0.1
ewie gut die Pflanze diese Farbe nutztRot 1, Weiß 0,75, Blau 0,75, Grün 0,3: Chlorophyll absorbiert Rot und Blau und reflektiert Grün

Mit den aktuellen Werten:

P_max = 60 × f(T) × C ÷ (C + 2 mM)
P_maxRate, die die Enzyme bei unbegrenztem Licht erreichen könnten (Blasen pro Minute)
Cgelöstes Kohlenstoffdioxid und Hydrogencarbonat (mM)0,5 mM aus dem Leitungswasser plus der Anteil aus Zugegebenes Natriumhydrogencarbonat (Gramm pro Liter), bei 84 g pro Mol
f(T)Temperaturfaktorverdoppelt sich alle 10 °C (Q₁₀ = 2), bis die Enzyme oberhalb von etwa 35 °C Schaden nehmen

Mit den aktuellen Werten:

P = (J + P_max − √((J + P_max)² − 4θ J P_max)) ÷ 2θ, netto = P − R
PBruttorate der Fotosyntheseder kleinere Wert von J und P_max, mit einem weichen Übergang dazwischen (θ = 0,9)
RZellatmungdie Pflanze verbraucht ständig Sauerstoff: 3 Blasen pro Minute bei 25 °C, Verdopplung alle 10 °C
netabgegebene Blasen pro Minutenull unterhalb des Kompensationspunkts, an dem die Fotosynthese die Atmung gerade deckt

Mit den aktuellen Werten:

So benutzt du den Fotosynthese-Simulator

  1. Stell den Abstand der Lampe, die Lichtfarbe, das zugegebene Natriumhydrogencarbonat und die Wassertemperatur ein. Die Wasserpest gibt an ihrem abgeschnittenen Stängel Sauerstoffblasen ab, umso schneller, je schneller sie Fotosynthese betreibt. Die Ergebnisse zeigen die Blasen pro Minute, das Licht, das die Pflanze erreicht, und den Faktor, der die Rate gerade begrenzt.
  2. Wähle, wogegen die Rate aufgetragen wird, und drück Eine Minute lang Blasen zählen: Die Minute ist auf sechs Sekunden verkürzt, und das Ergebnis landet als gelbe Markierung im Diagramm, etwas über oder unter der Modellkurve, wie echte Zählungen auch. Ändere die Größe Schritt für Schritt und zähl erneut, um die Kurve aufzubauen, und finde heraus, wo sie abflacht.
  3. Beobachte, wie der begrenzende Faktor wechselt: Bei großem Abstand begrenzt das Licht, aus der Nähe Kohlenstoffdioxid oder Temperatur, und über etwa 35 °C nehmen die Enzyme Schaden. Grünes Licht wirkt kaum. Der Molaritätsrechner rechnet Gramm Natriumhydrogencarbonat in eine Konzentration um, und der Enzymkinetik-Simulator zeigt, warum die Temperatur zählt.

Häufige Fragen

Was sind die begrenzenden Faktoren der Fotosynthese?

Lichtintensität, Kohlenstoffdioxid-Konzentration und Temperatur. Zu jedem Zeitpunkt wird die Rate vor allem von dem Faktor gebremst, der am knappsten ist: Mehr Licht bringt nichts, wenn der Pflanze Kohlenstoffdioxid fehlt. Erhöhst du den begrenzenden Faktor, steigt die Rate, bis ein anderer Faktor übernimmt. Deshalb steigen die Kurven erst an und flachen dann ab.

Warum ändert sich das Licht so stark, wenn man die Lampe verschiebt?

Das Licht einer kleinen Lampe verteilt sich auf eine Kugelfläche, deshalb fällt seine Intensität mit dem Quadrat des Abstands: doppelt so weit gibt ein Viertel des Lichts, dreimal so weit ein Neuntel. Darum trägt man die Rate oft gegen 1 ÷ d² auf, das proportional zur Lichtintensität ist.

Warum gibt die Pflanze bei schwachem Licht keine Blasen ab?

Pflanzen atmen ständig und verbrauchen dabei Sauerstoff. Bei schwachem Licht erzeugt die Fotosynthese nur so viel Sauerstoff, wie die Atmung verbraucht, oder weniger, also bleibt nichts für Blasen übrig. Die Lichtstärke, bei der sich beides ausgleicht, heißt Kompensationspunkt.

Ist Blasenzählen eine genaue Methode, um Fotosynthese zu messen?

Sie ist schnell, aber grob. Die Blasen sind unterschiedlich groß, ein Teil des Sauerstoffs löst sich im Wasser, und das Gas ist kein reiner Sauerstoff. Genauere Werte bekommst du, wenn du das Gas in einem umgedrehten Messzylinder oder einer Spritze auffängst oder den gelösten Sauerstoff mit einer Sonde misst.

Es heißt, WebGL sei abgeschaltet.

Die 3D-Ansicht braucht WebGL, das jeder aktuelle Browser hat. Es kann abgeschaltet sein, wenn die Hardwarebeschleunigung in den Browsereinstellungen deaktiviert ist oder der Grafiktreiber sehr alt ist. Schalte die Hardwarebeschleunigung ein oder probier einen anderen Browser.

Wird etwas hochgeladen?

Nein. Die Simulation zeichnet dein eigener Browser mit WebGL; nichts wird irgendwohin gesendet, und sie läuft auch offline weiter, sobald die Seite geladen ist.

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