de invloed van de zuurstofconcentratie tussen 0-21% op de fotosynthese in intacte bladeren van een aantal hogere planten is onderzocht.
fotosynthetische Co2-fixatie van hogere planten wordt duidelijk geremd door zuurstof in concentraties van minder dan 2%. De remming neemt toe met de zuurstofconcentratie en bedraagt ongeveer 30% in een atmosfeer van 21% O2 en 0,03% Co.2. Daarom oefent zuurstof in normale lucht ongetwijfeld een sterk remmend effect uit op de fotosynthetische Co2-fixatie van landplanten onder natuurlijke omstandigheden.
het remmende effect van zuurstof wordt snel geproduceerd en volledig reversibel.
de mate van remming is onafhankelijk van de lichtintensiteit.
het kwantumrendement voor Co2-fixatie, d.w.z. de helling van het lineaire deel van de curve voor Co2-opname versus geabsorbeerde quanta, wordt bij alle bestudeerde zuurstofconcentraties in dezelfde mate geremd als de verzadigde lichtsnelheid.
verschillende soorten hogere planten, sterk variërend in fotosynthetische respons op lichtintensiteit en Co2-concentratie, en met lichtverzadigde rollen van Co2-fixatie die meer dan 10 keer verschillen, vertonen een opmerkelijke overeenkomst in hun respons op zuurstofconcentratie. Daarentegen, wanneer onderzocht onder dezelfde omstandigheden als de hogere planten, de groene algen Chlorella en Ulva niet tonen‐een meetbare remming van fotosynthetische CO2-fixatie. Gelijkenis, de toename van de fluorescentie intensiteit met toenemende zuurstofconcentraties gevonden in hogere planten werd ook niet gezien in Chlorella. De huidige resultaten, samen met eerdere gegevens over de fotosynthetische reactie van algen op zuurstofconcentratie, wijzen erop dat het fotosynthetische apparaat van hogere planten in zijn gevoeligheid voor zuurstof aanzienlijk verschilt van dat van algen.
het remmende effect van zuurstof op de fotosynthetische Co2-fixatie in hogere planten is iets hoger bij golflengten die bij voorkeur fotosysteem I prikkelen. Ook is de verhoging van de CO2-fixatie van Emerson, gemeten wanneer een verrode bundel van lage intensiteit wordt opgelegd op een achtergrond van rood licht, groter bij een lage zuurstofconcentratie dan onder lucht. Metingen van omkeerbare licht-geïnduceerde absorptieveranderingen tonen aan dat de verandering bij 591 nm, waarschijnlijk veroorzaakt door pla.stocyanine, wordt alleen beïnvloed door zuurstofconcentratie als photosystem II wordt opgewekt. het reducerende effect op plastocyanine, veroorzaakt door excitatie van dit systeem, neemt af met toenemende zuurstofconcentratie. Uit deze resultaten wordt gesuggereerd dat een mogelijke plaats van de remming door zuurstof zich in de elektronendragerketen tussen de twee fotosystemen bevindt. Zuurstof kan fungeren als een elektron acceptor op deze site, waardoor het verminderen van de macht om terug te reageren met moleculaire zuurstof. Deze hypothese houdt echter geen rekening met gelijke remmingen van de kwantumopbrengst en de lichtverzadigde snelheid van fotosynthetische CO2-opname.
door het fotosynthetische proces nemen planten kooldioxide op en ontwikkelen ze zuurstof. De huidige hoge concentratie moleculaire zuurstof in de atmosfeer wordt algemeen beschouwd als het gevolg van de activiteit van fotosynthetische organismen. Het effect van zuurstofconcentratie lijkt daarom voor hem een probleem van groot belang, niet alleen op het gebied van de biofysica en biochemie van fotosynthese, maar ook in de ecologie en andere takken van de biologie.het werd ontdekt door Warburg (1920) dat hoge concentraties zuurstof de snelheid van fotosynthetische zuurstofevolutie in de eencellige alg Chlorella remmen. Sindsdien is door verschillende auteurs bevestigd dat zuurstofconcentraties tussen 21 en 100% een duidelijk remmend effect hebben op de fotosynthese, met name bij verzadiging van de lichtintensiteit. Er zijn aanwijzingen dat onder omstandigheden waarin kooldioxide concentratie fotosynthese beperkt, de remming kan duidelijk worden, zelfs in 21 procent zuurstof. De remming wordt niet geacht te werken bij lage lichtintensiteit. Turner en Brittain (1962) hebben hierover een overzicht gegeven.
verschillende hypothesen zijn naar voren gebracht om het remmende effect van zuurstof te verklaren, gewoonlijk aangeduid als het Warhurg-effect. Sommige auteurs zijn voorstander van het idee van enzym remming; Turner et al. (1958) dat een of meer enzymen van de koolstofreductiecyclus geïnactiveerd worden door zuurstof: lirianlals (1962) dat enzymen van het zuurstof‐evoluerende complex geïnhaleerd worden. Andere hypothesen betreffen rugreacties waarbij moleculaire zuurstof wordt opgenomen, waardoor het fotosynthetische proces wordt omgekeerd. Deze reacties omvatten foto-oxidatie, fotorespiratie en de Mehler-reactie (Tamiya et al., 1957). Momenteel is er geen algemeen aanvaarde hypothese die het effect verklaart.
de vaak tegenstrijdige resultaten waarop deze hypothesen zijn gebaseerd, zijn meestal verkregen op algen. De eerste waarneming van een remmend effect op fotosynthese in een hogere plant werd gemaakt hy McAlister and Myers (1940) in tarwebladeren. Ze ontdekten dat de fotosyntlietische CO2-opname duidelijk lager was in de lucht dan in een atmosfeer van ongeveer 0,5 procent zuurstof. Bij de gebruikte CO2-concentratie (0,03%) was de remming aanwezig bij zowel hoge als matige lichtintensiteit. Er werden geen gegevens verkregen bij lage lichtintensiteit.hoewel het onderzoek naar het effect van de zuurstofconcentratie op de fotosynthese in hogere planten van groot belang lijkt, vooral omdat de natuurlijke omgeving van de meeste landplanten een atmosfeer is met een zuurstofgehalte van 21%, heeft dit zeer weinig aandacht gekregen. Voor zover de auteur bekend is, is hierover geen grondig onderzoek gepubliceerd.het onderhavige onderzoek is gericht op het ophelderen van de fotosynthetische respons van hogere planten op zuurstofconcentraties tot aan die van normale lucht. Er worden gegevens gepresenteerd waaruit blijkt dat de fotosynthetische CO2-fixatie in intacte bladeren van hogere planten, ongeacht de lichtintensiteit, sterk wordt geremd door zuurstof in normale lucht en dat de folosynthetische reactie op zuurstof aanzienlijk verschilt van die van groene algen. Het onderhavige onderzoek is gericht op het ophelderen van de fotosynthetische respons van hogere planten op zuurstofconcentraties tot aan die van normale lucht. Er worden gegevens gepresenteerd waaruit blijkt dat de fotosynthetische CO2-fixatie in intacte bladeren van hogere planten, ongeacht de lichtintensiteit, sterk wordt geremd door zuurstof in normale lucht en dat de folosynthetische reactie op zuurstof aanzienlijk verschilt van die van groene algen.