Fotosynthese
Im Sommer ist ein Buchenwald im Sauerland dicht und grün. Tief im Wald ist die Luft angenehm frisch. Woher kommt eigentlich der Sauerstoff, den du dort atmest? Und wovon ernährt sich ein Baum, der doch nichts frisst? Die Antwort heißt Fotosynthese.
Was ist Fotosynthese?
Tiere und Menschen müssen Nahrung aufnehmen. Grüne Pflanzen fressen nichts. Sie stellen ihre Nährstoffe selbst her, und zwar aus Stoffen, die sie in der Umgebung finden: Kohlenstoffdioxid aus der Luft und Wasser aus dem Boden. Die nötige Energie liefert das Licht der Sonne.
Als Reaktionsschema in Worten schreibt man:
$$\text{Kohlenstoffdioxid} + \text{Wasser} \xrightarrow{\text{Lichtenergie}} \text{Traubenzucker} + \text{Sauerstoff}$$Links stehen die Ausgangsstoffe, rechts die Produkte. Die Lichtenergie steht über dem Pfeil, denn sie ist kein Stoff, sondern wird beim Vorgang gebraucht und im Traubenzucker gespeichert.
Nenne die Ausgangsstoffe und die Produkte der Fotosynthese und gib die Reaktion in Worten als Schema an.
Nenne die Ausgangsstoffe und die Produkte der Fotosynthese und gib die Reaktion in Worten als Schema an.
Chloroplasten und Chlorophyll
Wo läuft die Fotosynthese ab? In den Chloroplasten. Das sind kleine grüne Zellbestandteile, die du im Lichtmikroskop in Pflanzenzellen siehst, zum Beispiel in einem Blatt der Wasserpest. Besonders viele Chloroplasten haben die Zellen der Blätter.
Die grüne Farbe kommt vom Chlorophyll (Blattgrün). Dieser Farbstoff fängt das Licht ein. Ohne Chlorophyll kann die Pflanze die Lichtenergie nicht nutzen. Deshalb findet Fotosynthese nur in grünen Pflanzenteilen statt. Zellen in der Wurzel enthalten keine Chloroplasten.
Erkläre, welche Bedeutung die Chloroplasten und der grüne Blattfarbstoff Chlorophyll haben.
Erkläre, welche Bedeutung die Chloroplasten und der grüne Blattfarbstoff Chlorophyll haben.
Nachweise im Experiment
Wie weiß man, dass bei der Fotosynthese Sauerstoff und Traubenzucker entstehen? Man kann es nachweisen.
Sauerstoff bei der Wasserpest
Legt man eine Wasserpest im Licht in Wasser, steigen kleine Gasbläschen auf. Das Gas ist Sauerstoff. Man fängt es in einem Reagenzglas auf und hält einen glimmenden Holzspan hinein. Er flammt hell auf. Im Dunkeln entstehen keine Bläschen, weil ohne Licht keine Fotosynthese stattfindet.
Stärke im Blatt
Der Traubenzucker wird in den Blättern teilweise in Stärke umgewandelt. Stärke weist man mit Iod-Kaliumiodid-Lösung nach. Sie färbt Stärke blauviolett bis blauschwarz. Vorher wird das Blatt in heißem Wasser abgetötet und in Alkohol entfärbt, damit man die Farbe gut sieht.
Eine Wasserpest (Wasserpflanze) liegt im Licht in einem Becherglas. Es steigen kleine Gasbläschen auf. Im Dunkeln hören sie auf. a) Nenne das Gas, das aufsteigt. b)…
Eine Wasserpest (Wasserpflanze) liegt im Licht in einem Becherglas. Es steigen kleine Gasbläschen auf. Im Dunkeln hören sie auf.
- a) Nenne das Gas, das aufsteigt.
- b) Erkläre, warum im Dunkeln keine Bläschen entstehen.
- c) Beschreibe, wie man das Gas mit einem glimmenden Holzspan nachweisen kann und welches Ergebnis zu erwarten ist.
Ein Blatt einer Kapuzinerkresse mit weiß-grünem Muster wird nach Belichtung entfärbt (Alkohol) und mit Iod-Kaliumiodid-Lösung betropft. Nur die grünen Stellen färben…
Ein Blatt einer Kapuzinerkresse mit weiß-grünem Muster wird nach Belichtung entfärbt (Alkohol) und mit Iod-Kaliumiodid-Lösung betropft. Nur die grünen Stellen färben sich blauviolett.
- a) Erkläre, welchen Stoff die Iodlösung nachweist.
- b) Deute das Ergebnis.
- c) Nenne, welche Kontrolle man noch durchführen könnte.
Ein Zimmerpflanzen-Versuch: Drei Pflanzen derselben Art stehen (A) im Hellen, (B) im Dunkeln, (C) im Hellen, aber ohne Kohlenstoffdioxid (unter Glasglocke mit…
Ein Zimmerpflanzen-Versuch: Drei Pflanzen derselben Art stehen (A) im Hellen, (B) im Dunkeln, (C) im Hellen, aber ohne Kohlenstoffdioxid (unter Glasglocke mit Natronlauge). Alle Pflanzen wurden vorher zwei Tage im Dunkeln aufbewahrt (entstärkt). Nach einem Tag wird auf Stärke geprüft.
- a) Formuliere eine Hypothese.
- b) Nenne die erwarteten Ergebnisse für A, B und C mit Begründung.
- c) Erkläre, welche Rolle die Pflanzen B und C im Versuch spielen.
Was die Pflanze mit dem Zucker macht
Der Traubenzucker ist der Grundbaustoff der Pflanze. Sie nutzt ihn auf drei Wegen:
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Energie: In allen lebenden Zellen wird Traubenzucker mit Sauerstoff abgebaut. Dabei wird Energie frei (Zellatmung).
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Wachstum: Aus Traubenzucker baut die Pflanze Stoffe für Wurzeln, Stängel, Blätter und Blüten, zum Beispiel Zellulose für die Zellwände.
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Speicherung: Traubenzucker wird in Stärke umgewandelt und gespeichert, etwa in Kartoffelknollen, Samen oder Wurzeln.
Die Mineralstoffe aus dem Boden sind keine Nahrung. Sie liefern nur kleine Mengen für Bausteine, zum Beispiel für das Chlorophyll. Den Hauptteil ihrer Körpersubstanz baut die Pflanze aus Kohlenstoffdioxid und Wasser auf.
Ein Laubwald im Sauerland produziert im Sommer viel Sauerstoff. a) Erkläre, wie der Wald zur Sauerstoffbildung beiträgt. b) Beschreibe, was mit dem gebildeten…
Ein Laubwald im Sauerland produziert im Sommer viel Sauerstoff.
- a) Erkläre, wie der Wald zur Sauerstoffbildung beiträgt.
- b) Beschreibe, was mit dem gebildeten Traubenzucker in der Pflanze geschieht (zum Beispiel Umwandlung in Stärke, Nutzung zum Wachstum).
- c) Nenne, wie Tiere von diesen Stoffen profitieren.
Ein Schüler sagt: „Pflanzen nehmen Nährstoffe wie Zucker mit den Wurzeln aus der Erde auf.“ a) Beurteile die Aussage. b) Erkläre, woher die Pflanze die Stoffe für den…
Ein Schüler sagt: „Pflanzen nehmen Nährstoffe wie Zucker mit den Wurzeln aus der Erde auf.“
- a) Beurteile die Aussage.
- b) Erkläre, woher die Pflanze die Stoffe für den Aufbau ihrer Körpersubstanz im Wesentlichen bezieht.
- c) Erkläre, wofür sie die Mineralstoffe aus dem Boden benötigt.
Bedeutung für Tiere und Menschen
Fotosynthese ist die Grundlage fast allen Lebens:
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Sauerstoff: Tiere und Menschen atmen ihn für die Zellatmung ein.
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Nahrung: Pflanzen bilden Traubenzucker, Stärke und andere Nährstoffe. Menschen essen Kartoffeln, Getreide und Obst. Pflanzenfresser wie die Kuh fressen Gras, Fleischfresser fressen Pflanzenfresser. So stammt die Energie in der Nahrung letztlich vom Sonnenlicht.
Die Zellatmung läuft in Tier und Pflanze ab und ist gewissermaßen die Umkehrung:
$$\text{Traubenzucker} + \text{Sauerstoff} \rightarrow \text{Kohlenstoffdioxid} + \text{Wasser} + \text{Energie}$$So entsteht ein Kreislauf der Stoffe, zum Beispiel im Aquarium: Fische atmen Sauerstoff ein und Kohlenstoffdioxid aus, Wasserpflanzen nehmen Kohlenstoffdioxid auf und geben im Licht Sauerstoff ab. Im Dunkeln atmen auch die Pflanzen und verbrauchen Sauerstoff, es entsteht kein neuer. Nachts sinkt der Sauerstoffgehalt daher. Zu viele Fische verbrauchen zu viel Sauerstoff, den die Pflanzen nicht ausgleichen können.
Zurück zum Anfang: Der Sauerstoff im Buchenwald stammt aus der Fotosynthese der Blätter. Der Baum ernährt sich von dem Traubenzucker, den er selbst herstellt.
Nenne zwei Gründe, warum Fotosynthese auch für Tiere und Menschen wichtig ist.
Nenne zwei Gründe, warum Fotosynthese auch für Tiere und Menschen wichtig ist.
Ein Aquarium enthält Fische und Wasserpflanzen. Es wird im Wechsel jeweils zwölf Stunden mit Licht (Tag) und zwölf Stunden ohne Licht (Nacht) betrieben. a) Beschreibe…
Ein Aquarium enthält Fische und Wasserpflanzen. Es wird im Wechsel jeweils zwölf Stunden mit Licht (Tag) und zwölf Stunden ohne Licht (Nacht) betrieben.
- a) Beschreibe den Zusammenhang zwischen Fischen und Pflanzen mithilfe der Reaktionsschemata von Fotosynthese und Zellatmung.
- b) Stelle eine begründete Vermutung für den Sauerstoffgehalt des Wassers nachts auf.
- c) Beurteile, warum zu viele Fische für ein Aquarium ein Problem sein können.
Auf einen Blick
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Fotosynthese: Kohlenstoffdioxid + Wasser → (Lichtenergie) Traubenzucker + Sauerstoff.
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Sie läuft in den Chloroplasten ab. Das Chlorophyll fängt das Licht ein.
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Nachweise: Sauerstoff mit dem glimmenden Holzspan, Stärke mit Iod-Kaliumiodid-Lösung (blauviolett).
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Traubenzucker dient der Energiegewinnung, dem Wachstum und wird als Stärke gespeichert.
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Wurzeln nehmen Wasser und Mineralstoffe auf, keinen Zucker.
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Tiere und Menschen sind auf Sauerstoff und Nährstoffe der Pflanzen angewiesen.