C4-Pflanzen haben spezielle Strategien entwickelt um Wasserverlust zu vermeiden und ihre Photosyntheseeffizienz zu maximieren. Sie unterscheiden sich von C3- und CAM-Pflanzen durch die Trennung der CO2-Fixierung und des Calvin-Zyklus was zu einer erhöhten CO2-Konzentration in den Bündelscheidenzellen führt. Dadurch können sie ihre Spaltöffnungen bei großer Hitze schließen und den Wasserverlust durch Transpiration verringern.
Die C4-Fotosynthese genau ähnlich wie der CAM-Fotosynthese insofern wie: Dass beiden Verfahren eine besondere Art der CO2-Fixierung vorgeschaltet ist. Bei der C4-Fotosynthese erfolgt die Carboxylierung von Phosphoenolpyruvat (PEP) durch das Enzym PEP-Carboxylase. Dadurch wird CO2 in eine C4-Dicarbonsäure umgewandelt welche dann in einem separaten Schritt in C4-Körper fixiert werden kann. Dieser C4-Körper kann bei Bedarf CO2 abgeben und dem Calvin-Zyklus zuführen.
Der Unterschied zwischen der C4- und CAM-Fotosynthese liegt darin, dass die CO2-Fixierung und der Calvin-Zyklus bei C4-Pflanzen gleichzeitig am Tag stattfinden freilich in verschiedenen Geweben. C4-Pflanzen haben eine spezielle Blattstruktur, bei der die Leitbündel von Bündelscheidenzellen umgeben sind. Diese Bündelscheiden befinden sich neben dem Mesophyllgewebe. Beide Gewebe sind fotosynthetisch aktiv jedoch die CO2-Fixierung erfolgt hauptsächlich in den Mesophyllzellen und wird dann zur Decarboxylierung an die Bündelscheidenzellen weitergegeben. In den Bündelscheiden findet die Freisetzung von CO2 statt, das dann im Calvin-Zyklus verwendet wird.
Der Vorteil dieses komplexen Transportsystems besteht darin, dass die CO2-Konzentration in den Bündelscheidenzellen viel höher ist als in der Außenluft. Dies führt zu mehreren Vorteilen für die Pflanze. Erstens wird die Fotorespiration reduziert, da die CO2-Konzentration hoch genug ist um die RUBISCO-Enzyme effizient zu nutzen. Dies verbessert die Leistungsfähigkeit des Calvin-Zyklus. Zweitens ermöglicht die erhöhte CO2-Konzentration den C4-Pflanzen, ihre Spaltöffnungen bei großer Hitze zu schließen und den Wasserverlust durch Transpiration zu verringern. Dadurch können sie ebenfalls bei hoher Sonneneinstrahlung ihre Photosyntheserate aufrechterhalten.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass C4-Pflanzen durch die Trennung der CO2-Fixierung und des Calvin-Zyklus eine erhöhte CO2-Konzentration in den Bündelscheidenzellen erreichen. Dies ermöglicht ihnen, bei großer Hitze ihre Spaltöffnungen zu schließen und den Wasserverlust zu minimieren. Durch diese Strategie können C4-Pflanzen effizienter Photosynthese betreiben und sich an heiße und trockene Umgebungen anpassen.
Strategien zur Wasservermeidung bei C4-Pflanzen
Wie vermeiden C4-Pflanzen Wasserverlust und warum trennen sie die CO2-Fixierung und den Calvin-Zyklus?