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) 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.

Die meisten Pflanzen in den mittleren und hohen Breiten gehören zu den C₃-Pflanzen. 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.

In der Erdgeschichte entstanden zunächst die C₃-Pflanzen. 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. In diesem Umfeld bereitete die Assimilation keine Probleme, da es keine Verluste aufgrund von Photorespiration – Fixierung von O₂ anstelle von CO₂ – gab.

Die maximale Effizienz der C₃-Photosynthese wird erst bei über 1000 ppm CO₂ erreicht, unter 150 ppm kommt sie zum völligen Erliegen und die Pflanze stirbt ab. Durch die Zunahme der CO₂-Konzentration seit der industriellen Revolution ist die Photosyntheseleistung der C₃-Pflanzen um ca. 40 % gestiegen. Gleichzeitig wurden die Pflanzen resistenter gegen Hitze und Trockenheit, da sie ihre Spaltöffnungen seltener öffnen müssen.

Weblinks

• Peter v. Sengbusch: C₃, C₄ und CAM. Regulation der Photosyntheseaktivität (Memento vom 15. Januar 2014 im Internet Archive) auf den Seiten der Universität Hamburg