Was ist Photorespiration? Warum Hitze dein Cannabis bremst

Photorespiration (auch Lichtatmung) ist der Vorgang, bei dem das Enzym RuBisCO in der Pflanze Sauerstoff statt Kohlendioxid bindet. Dabei verbraucht die Pflanze Energie, statt welche zu speichern – und je heißer es wird, desto häufiger passiert das. Zur Erinnerung: Bei der normalen Photosynthese nimmt die Pflanze CO2 auf, gibt Sauerstoff ab und wandelt Sonnenenergie in energiereiche Verbindungen für ihr Wachstum um.

Die Photorespiration ist weniger bekannt, aber genauso wichtig: Sie läuft der Photosynthese entgegen und ist trotzdem ein fester Bestandteil davon.

Ausgelöst wird sie, wenn RuBisCO statt Kohlendioxid Sauerstoff fixiert. Und genau das nimmt mit steigender Umgebungstemperatur zu.

Je höher die Temperatur, desto größer der Anteil der Photorespiration. Erreicht sie ungefähr das Niveau der Photosynthese, kann das Wachstum der Pflanze komplett zum Stillstand kommen.

Wer verstehen will, wie Pflanzen effizient wachsen, kommt an der Photorespiration nicht vorbei – gerade mit Blick auf den Klimawandel und die steigenden Temperaturen. Diesen Prozess zu erforschen und zu steuern ist deshalb ein wichtiger Hebel, um landwirtschaftliche Erträge zu verbessern und Ökosysteme stabil zu halten.

Was ist Photorespiration genau?

Photorespiration ist ein komplexer, für Pflanzen aber entscheidender biologischer Prozess. Ohne Biologie-Vorwissen klingt das erst mal kompliziert, ist aber kein Hexenwerk. Technisch beginnt alles mit einer Reaktion, die vom Enzym Ribulose-1,5-bisphosphat-Carboxylase/-Oxygenase katalysiert wird, kurz RuBisCO.

Statt wie bei der Photosynthese Kohlendioxid (CO2) zu binden, fixiert RuBisCO Sauerstoff (O2). Dabei entsteht 2-Phosphoglykolat. Diese Verbindung wird anschließend über den photorespiratorischen Stoffwechselweg zu 3-Phosphoglycerat umgebaut, einem Zwischenprodukt des Calvin-Zyklus.

Unterwegs entstehen Kohlendioxid (CO2) und Ammoniak (NH3), und die Pflanze verbraucht ATP und weitere Reduktionsäquivalente. Energetisch betrachtet ist die Photorespiration deshalb ein ziemlich ineffizienter Prozess.

Photorespiration als Stressschutz der Pflanze

Trotz dieser Ineffizienz kann die Photorespiration Pflanzen entscheidend vor Stress schützen. Sie wirkt wie ein Energieventil: Überschüssige Energie wird abgeleitet, damit die photosynthetische Elektronentransportkette nicht überlastet wird und es nicht zur Photoinhibition kommt, also zur lichtbedingten Hemmung der Photosynthese.

Besonders wichtig ist dieser Mechanismus unter Stressbedingungen, die die CO2-Aufnahme bei der Photosynthese drosseln.

Außerdem liefert die Photorespiration Stoffwechselprodukte, die andere Prozesse dringend brauchen. Ein Beispiel: Das dabei gebildete Glycin ist ein Baustein für Glutathion, ein Antioxidans, das Pflanzen vor oxidativem Stress schützt.

Lebenswichtig wird das bei Trockenheit, hohem Salzgehalt und sehr intensivem Licht – Bedingungen, mit denen zum Beispiel alpine Pflanzen ständig klarkommen müssen.

Kurz gesagt: Auch wenn die Photorespiration Energie kostet, hilft sie deinen Cannabispflanzen, unter widrigen Bedingungen weiter zu funktionieren und zu wachsen.

Warum kommt es zur Photorespiration?

Der Grund ist ein Enzym: RuBisCO (Ribulose-1,5-bisphosphat-Carboxylase/-Oxygenase). Es ist für die Photosynthese unverzichtbar, weil es in der Phase der Kohlenstofffixierung das Kohlendioxid bindet.

Steigt die Umgebungstemperatur, ändert RuBisCO allerdings sein Verhalten und arbeitet zunehmend als Oxygenase statt als Carboxylase. Heißt: Statt Kohlenstoff zu binden, schnappt sich das Enzym Sauerstoff – und schon läuft die Photorespiration.

Warum Photorespiration und Photosynthese zusammengehören

Photosynthese und Photorespiration sind beide grundlegend dafür, dass Pflanzen funktionieren und überleben. Die Photosynthese macht aus Sonnenenergie energiereiche organische Verbindungen, produziert Sauerstoff und ist damit die Basis für das Leben auf der Erde.

Ohne Photosynthese gäbe es den Großteil der Pflanzenwelt nicht – und auch das Tierreich hätte ein massives Problem, weil Sauerstoff und grundlegende Nährstoffe fehlen würden.

Die Photorespiration wirkt auf den ersten Blick wie ein ineffizienter, teurer Umweg. Unter Umweltstress spielt sie aber eine Schlüsselrolle beim Schutz der Pflanze.

Photorespiration bei Cannabispflanzen

Bei Cannabis wirkt die Photorespiration als Schutzmechanismus gegen eine Überlastung der photosynthetischen Elektronentransportkette und gegen Photoinhibition, vor allem bei Hitze, Trockenheit und Versalzung. Zusätzlich liefert sie Stoffwechselprodukte, die die Pflanze für Schutz und Anpassung an Stress braucht.

Unterm Strich ergänzen sich beide Prozesse und sind für das Pflanzenleben unverzichtbar. Die Photosynthese liefert Energie und Baumaterial für Wachstum und Fortpflanzung, die Photorespiration hilft der Pflanze, schwierige Umweltbedingungen zu überstehen und sich anzupassen.

Wer das Zusammenspiel versteht, versteht Pflanzenbiologie besser – und genau dieses Wissen braucht es, um Pflanzen widerstandsfähiger gegen den Klimawandel zu machen.