Keine physikalische Größe steuert und fördert die Entwicklung von Pflanzen in so starkem Maße wie das Licht. Licht ist elektromagnetische Strahlung, die aufgrund ihrer Qualität (unterschiedliche Wellenlängen) und Intensität charakterisiert werden kann. Pflanzen messen beide Parameter und reagieren dementsprechend. Es gibt eine Vielzahl lichtinduzierter lichtwellenabhängiger Reaktionen, und es gibt in den Pflanzen folglich auch eine Reihe unterschiedlicher Lichtrezeptoren (Photorezeptoren, Sensorpigmente). Die Bedeutung und der Mechanismus der Photosynthese wurden bereits beschrieben, die Absorptionsspektren des Chlorophylls und der akzessorischen Pigmente wurden vorgestellt und dem Wirkungsspektrum (Aktionsspektrum) der Photosynthese gegenübergestellt. Bei der Photosynthese geht es um Energiegewinn: Umwandlung eines Photonenflusses in einen Elektronenfluß. Bei den nachfolgend zu beschreibenden Erscheinungen steht die Steuerung energieverbrauchender Prozesse im Vordergrund des Interesses: Die Phototaxis z.B. ist eine lichtinduzierte freie Ortsbewegung ein- oder wenigzelliger Organismen. Meist erfolgt sie in Richtung einer Lichtquelle (positive Phototaxis); eine Bewegung in die entgegengesetzte Richtung ist die negative Phototaxis.
Unter Phototropismus versteht man ein zur Lichtquelle hin gerichtetes Wachstum, das für vielzellige Pflanzen typisch ist. Viele Modellversuche hierzu wurden allerdings an einer chlorophyllfreien nichtpflanzlichen Einzelzelle, dem Sporangienträger des Pilzes Phycomyces durchgeführt.
Die Photomorphogenese ist die lichtinduzierte Steuerung von Wachstum und Differenzierung der Pflanzen, wobei dem Licht (einer bestimmten Wellenlänge) Signalwirkung zukommt, durch die in der Zelle eine Information entsteht, welche zur selektiven Aktivierung bestimmter Gene genutzt wird.
Unter Photoperiodismus versteht man die Eigenschaft der Pflanzen, die Länge von Lichtperioden zu messen. Bestimmte Arten (Kurztagpflanzen) blühen nicht mehr, sobald die Tageslänge einen kritischen Wert überschritten hat, andere hingegen (Langtagpflanzen) blühen erst dann, wenn ein solcher erreicht ist.
Die meisten Arten der mitteleuropäischen Flora sind tagneutral, d.h., die Tageslänge hat keinen Einfluß auf ihre Blütenbildung.
Ein weiteres Thema, unter dem zahlreiche Erscheinungen zusammengefaßt werden, ist die endogene Rhythmik. Sie ist a priori lichtunabhängig, die Phasenlage kann aber durch Licht festgelegt werden.
Schließlich noch eine Bemerkung über Blütenfarben: Da Insekten und andere Bestäuber reflektiertes Licht (Farben) wahrnehmen, war es für Pflanzen von Vorteil, sich mit unterschiedlichen Signalen auszustatten.
Aus dem Wirkungsspektrum einer lichtinduzierten Reaktion können Rückschlüsse über die Chemie des zugehörigen Photorezeptors gezogen werden. Es hat lange Diskussionen darüber gegeben, ob zur Absorption von blauem Licht die Carotinoide oder die Flavine wichtiger seien. Vieles weist darauf hin, daß sie in ihrer Bedeutung oft gleichwertig sind und in vielen Fällen miteinander kooperieren. Wie am Beispiel der Photosynthese gezeigt, scheint auch hier der niedermolekulare Chromophor mit Proteinen, eventuell auch mit der Membran, assoziiert zu sein. Wir werden uns daher auch mit dem Problem der Position und Orientierung von Rezeptormolekülen auseinanderzusetzen haben.
Die Mehrzahl der photomorphogenen Prozesse von Landpflanzen wird durch hellrotes Licht und einen Wechsel zwischen hellrotem (lambda = 660 nm) und dunkelrotem (lambda = 730 nm) gesteuert. Der zugehörige Rezeptor ist das Phytochrom, ein Protein-Chromophor-Komplex, der in (mindestens) zwei Zustandsformen vorliegen kann, die durch Belichtung reversibel von einem in den anderen überführt werden können.
|
|