1.2 Fotosynthese und Zellatmung - asset.klett.de · 1 Zelle1 Zel undStofSdwuchs.h2 und Stoffwechsel 33 1. 2 Fotosynthese und Zellatmung 1.2 Fotosynthese und Zellatmung

1 Zelle und Stoffwechsel 33NATURA_LB 7/8 BW_049243

1. 2 Fotosynthese und Zellatmung

1.2 Fotosynthese und Zellatmung

[zu SB S. 32]

1 Pflanzenorgane arbeiten zusammen. Be-schreibe dies am Beispiel des Wassertrans-ports zu den Blättern. Die drei Organe Wurzel, Stängel und Blatt ermöglich gemeinsam den Wassertransport. Durch die Wurzel wird Wasser aus dem Boden aufgenommen, feine Röhren im Stängel ermöglichen den Weitertransport in Richtung zu den Blättern.

[zu SB S. 33]

1 Van Helmont folgerte: „169 Pfund Holz, Rinde und Wurzeln entstanden aus Wasser allein.“ Beschreibe den Versuch und beurteile die Richtigkeit dieser Aussage. Van Helmont pflanzte eine kleine Weide mit einer Masse von 2,5 kg in Erde mit einer Masse von 100 kg. Fünf Jahre lang goss er die Weide nur mit Regenwasser. Sonst wurde von ihm nichts hinzugefügt oder weggenommen. Nach fünf Jahren wog er Weide und Erde wieder. Er stellte fest, dass die Weide 82 kg an Masse zugenommen hatte, während die Erde nur 0,6 kg an Masse abgenommen hatte. Begriffs‑klärung: Ein Pfund entspricht hier einem halbem Kilogramm, 169 Pfund entsprechen 84,5 kg.

Lösungen

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Van Helmonts Aussage ist nicht richtig. Zwar wies er korrekt nach, dass der Zuwachs von 82 kg nicht aus der Erde stammen kann. Aber seine Schlussfolgerung, dass der Zuwachs allein auf die Wasseraufnahme zurückzuführen sei, ist falsch. Zum einen wurde immerhin ein kleiner Teil (er wog damals 0,6 kg) als Mineral‑stoffe aus der Erde aufgenommen. Vor allem bedachte er nicht, dass die Pflanze auch Gase aus der Luft aufgenommen haben könnte. Ein großer Teil der neu gebildeten Masse beruht auf der Aufnahme von Kohlenstoffdioxid aus der Luft.

So können Sie mit dem Thema arbeiten

Einstieg/Motivation Leitfrage Welche wichtigen Versuche führten zu der Entdeckung der Fotosynthese?Methodenauswahl• Sie können den Versuch von van Helmont vorstellen und besprechen (s. Schülerbuch S. 33)• Alternativer Einstieg: s. Praktische Tipps, Lehrerband S. 34.

Erarbeitung • Die Schülerinnen und Schüler lesen den Text auf S. 32 im Schülerbuch und wiederholen die Bestandteile einer Blütenpflanze und deren Funktion z. B. mithilfe des Zusätzlichen Arbeits-blatts „Bau einer Blütenpflanze“ (s. Daten auf DVD, Lehrerband S. 34).

• Die Schülerinnen und Schüler bearbeiten das Arbeitsblatt „Die Experimente nach Priestley“, (s. Lehrerband S. 35).

• Die Schülerinnen und Schüler bearbeiten die Aufgaben 1 und 2 im Schülerbuch auf S. 33.

Sicherung • Besprechung der Schülerdeutungen zu den Versuchen von van Helmont und Priestley.• Filmeinsatz: „Fotosynthese” (s. Literatur- und Medienhinweise, Lehrerband S. 34).

Vertiefung • Die Schülerinnen und Schüler bearbeiten die Aufgaben 3 und 4 im Schülerbuch auf S. 33.• Die Schülerinnen und Schüler untersuchen den Einfluss von Kohlenstoffdioxid oder Licht

auf die Fotosyntheserate (s. Arbeitsblatt „Einfluss des Kohlenstoffdioxids“ S. 43 oder Versuch „Einfluss der Lichtintensität“ im Schülerbuch auf S. 36).

Grüne Pflanzen betreiben Fotosynthese [SB S. 32]

Material: Experimente zur Fotosynthese [SB S. 33]

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Film: FWU 4602831: FotosyntheseLiteratur- und Medienhinweise

Alternativer EinstiegSie können auch mit der Frage „Wie ernähren sich eigentlich Pflanzen?“ in das Thema Fotosyn-these einsteigen. Eine Hypothesenbildung zu dieser Frage liefert meist folgende Vorschläge: Wasser, Nährstoffe oder Mineralstoffe aus der Erde, Sauerstoff, Kohlenstoffdioxid, Luft und Licht. Mit diesen Hypothesen können Sie dann ebenfalls den historischen Weg zur Entdeckung der Fotosynthese verfolgen, indem Sie zunächst den Versuch von van Helmont betrachten. Ihre Schlussfolgerung lautet dann: Der Baum hat sich nur von Wasser und Erdbestandteilen ernährt. Wasser reicht aber nicht als Erklärung. Trocknet man Blätter oder Holz in einem Trockenschrank für 24 Stunden bei 75 °C, um das Wasser zu entziehen, bleiben noch ca. 45 % der vorherigen Masse übrig. Bei van Helmonts Baum wären ca. 38 kg übrig geblieben.

Daraus lässt sich schließen, dass die Pflanze selbstständig eigenes Baumaterial hergestellt hat, wozu Wasser notwendig ist. Nun können Sie mit den Versuchen von Priestley fortfahren. Nach der Schlussfolgerung, dass Pflanzen „schlechte“ Luft in „gute“ verwandeln, können Sie mithilfe der Bestandteile der Luft, der Nachweisversu-che und der Wasserpest zeigen, dass Pflanzen Sauerstoff produzieren und Kohlenstoffdioxid aufnehmen. Mithilfe des Versuchs „Einfluss der Lichtintensität“ im Schülerbuch auf S. 36 können Sie nun noch zeigen, dass für die Sauerstoffpro-duktion Licht benötigt wird. Mit dem Stärke-nachweis im Blatt (im Schülerbuch auf S. 37) und der Information, dass Stärke aus Glucose auf-gebaut wird, haben Sie dann die Fotosynthese-gleichung mit Ihren Schülerinnen und Schülern vollständig hergeleitet.

Praktische Tipps

2 Priestley stellte fest: „Pflanzen verbessern die verbrauchte Luft.“ Beschreibe die beiden dargestellten Priestley-Experimente (Abb. 2a und b). Erkläre seine Aussage mit unserem heutigen Wissen. a) Man führt eine brennende Kerze in eine luftdicht verschlossene Glasglocke. Nach kurzer Zeit erlischt sie. Befindet sich in der Glasglocke eine Pflanze mit vielen grünen Blättern, so brennt die Kerze weiter. b) Man steckt eine Maus in eine luftdicht

verschlossene Glasglocke. Nach kurzer Zeit wird sie ohnmächtig und stirbt. Befindet sich in der Glasglocke eine Pflanze mit vie‑len grünen Blättern, so überlebt die Maus. Pflanzen „verbessern die verbrauchte Luft“, indem sie Kohlenstoffdioxid aufnehmen und Sauerstoff abgeben. Zuvor hatte die Kerze beim Brennen und die Maus bei der Atmung Sauerstoff verbraucht und Kohlen‑stoffdioxid gebildet. Hinweis: Im Original‑experiment hat Priestley die Pflanze einige Tage in der Glasglocke gelassen, bevor er erneut die brennende Kerze bzw. die Maus zusetzte. So konnte sich genügend Sauerstoff für die Flamme bzw. die Atmung bilden.

3 „Luft“ aus den vier Priestley-Gefäßen (Abb. 2) wird mit einer Spritze entnommen und jeweils auf CO2 und O2 getestet (Abb. 3). Welches Ergebnis erwartest du? Erkläre. Betrachtung der vier Gefäße von links nach rechts Im 1. Gefäß lässt sich CO2 nachweisen, denn

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durch die Verbrennung der Kerze wurde das enthaltene O2 verbrannt. Infolgedessen kann letzteres nicht mehr nachgewiesen werden. Im 2. Versuch wird ständig durch die Kerze Kohlenstoffdioxid gebildet. Gleichzeitig be‑treibt die Pflanze Fotosynthese und setzt dabei Sauerstoff frei. Beide Gase sind nachweisbar. Im 3. Versuch kann ein Grund für das Sterben der Maus sein, dass sie den gesamten Sauer‑stoff aus dem Gefäß verbraucht hat. Infolgedessen sollte dieser nicht nachweisbar sein. Den Sauerstoff hat sie durch Zellatmung zu CO2 umgesetzt; hier ist der Nachweis positiv. Im 4. Versuch sind beide Gase nachweisbar. Die Pflanze setzt bei Belichtung durch Fotosynthe‑se das Kohlenstoffdioxid zu Sauerstoff um, die Maus veratmet im Rahmen ihrer Zellatmung den Sauerstoff wieder, sodass Kohlenstoffdi‑oxid entsteht.

4 Erkläre, weshalb die Pflanzen im „Hungerver-such“ absterben und wofür man den Kontroll-versuch benötigt. Natronlauge bindet alles in der Luft enthaltene CO2, sodass es der Pflanze nicht zur Verfü‑gung steht. Ohne dieses Gas kann die Pflanze keine Fotosynthese betreiben und somit keine energiereichen Stoffe aufbauen, die sie für ihr Überleben benötigt. Der Kontrollversuch hat die Bedeutung, zu zeigen, dass das Verhungern eindeutig am CO2 liegt. Würde ein anderen Umstand oder ein anderer Stoff das Verhun‑gern bewirken, so wäre dies sowohl im Kont‑rollversuch wie im Hungerversuch der Fall.

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• Zusätzliches ARBEITSBLATT „Bau einer Blütenpflanze“ Kapitel 1: Zelle und Stoffwechsel, 1. 2 Fotosynthese und Zellatmung

Daten auf DVD &

Lösungen

35© Ernst Klett Verlag GmbH, Stuttgart 2017 | www.klett.de | Alle Rechte vor-behalten.Von dieser Druckvorlage ist die Vervielfältigung für den eigenen Unterrichtsgebrauch gestattet. Die Kopiergebühren sind abgegolten.

Illustrator: Wolfgang Herzig, Essen

Die Experimente nach Priestley

Joseph Priestley (1733 — 1804) war ein englischer Geistlicher und Naturgelehrter. Zu seiner Zeit glaubte man, die Luft sei ein einheitlicher Stoff. Priestley untersuchte nun jeweils eine portionierte Menge Luft, die sich unter einer dichten Glasglocke befand. Dabei lernte er, die Luft in „gute" und „schlechte Luft" zu unterschei-den. Um den Austausch der Luft unter der Glocke mit der Außenluft möglichst gering zu halten, wird die Glas- glocke in ein Wasserbad abgesenkt.

1 Beschreibe in deinem Heft jeweils die beiden Versuche und die Beobachtungen, die Priestley machte.

2 Gib an, welche Schlussfolgerungen Priestley aus seinen Versuchen ziehen konnte.

3 Notiere eine Frage, die sich für Priestley aus seinen Versuchsergebnissen ergeben haben könnte.

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Versuchsreihe BVersuchsreihe A

Kerze brennt Maus lebt

Kerze erlischt Maus wird ohnmächtig

Pflanze wird eingesetzt Pflanze wird eingesetzt

Kerze brennt Maus lebt und wird nicht ohnmächtig

nacheiniger

Zeit

nacheinigerZeit

nacheiniger

Zeit

nacheinigerZeit

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ARBEITSBLATT Die Experimente nach Priestley

Lösungen 1 Versuchsreihe A Priestley ließ eine Kerze unter der Glasglocke brennen, die nach einiger Zeit ausging. Dann

stellte er für einige Zeit eine Pflanze unter die Glocke und setzte später wieder eine bren-nende Kerze dazu, die nun nicht ausging. Versuchsreihe B

Priestley setzte eine Maus unter die Glasglocke. Diese wurde nach einiger Zeit ohnmäch-tig. Priestley nahm die Maus heraus und stellte wieder für einige Zeit eine Pflanze unter die Glocke. Nach einiger Zeit setzte er wieder eine Maus hinzu. Diese Maus wurde nicht ohnmächtig.

2 Priestley folgerte aus seinen Versuchsreihen, dass eine brennende Kerze oder eine Maus die Luft verschlechtern, wogegen eine Pflanze die Luft wieder verbessert.

3 Z. B.: Wie kann Luft, die durch eine brennende Kerze oder eine Maus schlecht wurde, durch die Pflanze wieder verbessert werden?

Praktische Tipps Nachweis von Sauerstoff und Kohlenstoffdioxid (s. auch Schülerbuch S. 33)Vor oder nach der Besprechung der Versuche von Priestley können Sie mit Ihren Schülerinnen und Schülern die Bestandteile der Luft besprechen. Zusätzlich können Sie dann auch die Nach-weismethoden für Sauerstoff mithilfe der Glimmspanprobe und für Kohlenstoffdioxid mithilfe von Kalkwasser vorstellen (s. Lehrerband S. 44). Anschließend können Sie mithilfe eines Triebes der Wasserpest untersuchen, ob es Sauerstoff ist, den die Pflanze abgibt (s. Praktische Tipps, Lehrerband S. 44 und Schülerbuch S. 36).(Anmerkung: Dass bei der Atmung von Lebewesen Kohlenstoffdioxid abgegeben wird, können Sie zeigen, indem Sie durch einen Strohhalm in ein Gefäß mit Kalkwasser ausatmen. Sicherheitshinweis: Sie sollten bei diesem Versuch eine Schutzbrille tragen und dürfen auf keinen Fall das Kalkwasser einsaugen.)

Ein Versuch nach Priestley Material: Zwei große verschließbare Gefäße (z. B. Wannen mit Glasplatte), 4 Kerzen, Streichhöl-zer, eine Stoppuhr und eine gut beblätterte, in das Gefäß passende Topfpflanze.Durchführung: Stellen Sie die Topfpflanze in eines der beiden Gefäße. Stellen Sie dann in beide Gefäße eine brennende Kerze, verschließen Sie die Gefäße und lassen Sie die Kerzen bis zum Erlöschen der einen Kerze, die im Gefäß ohne Topfpflanze steht, brennen. Lassen Sie anschlie-ßend die Gefäße mit und ohne Topfpflanze einige Tage an einem hellen Ort stehen. Stellen Sie nun nacheinander in jedes Gefäß erneut eine brennende Kerze. Achten Sie darauf, dass Sie zügig arbeiten, sodass möglichst wenig Frischluft beim Öffnen in die Gefäße gelangt. Stoppen Sie nun die Zeiten bis zum Erlöschen der Kerzen mit einer Stoppuhr.Beobachtung: Die Kerze im Gefäß ohne Topfpflanze wird fast sofort erlöschen, während die Kerze im Gefäß mit der Topfpflanze einige Zeit brennen wird.

Zusatzaufgabe 1. Stelle eine Hypothese auf, was Priestley mit guter und schlechter Luft gemeint haben könnte. Lösung: gute Luft: sauerstoffreich und kohlenstoffdioxidarm, schlechte Luft: sauerstoffarm

und kohlenstoffdioxidreich2 Priestley führte seine Versuchsreihen mehrfach und auch zu verschiedenen Jahreszeiten

durch. Dabei stellte er fest, dass die Maus in der zweiten Versuchsreihe bei Anwesenheit der Pflanze im Winter mit kurzen Tagen nach einiger Zeit wieder ohnmächtig wurde, während dies im Sommer mit langen Tagen nicht geschah. Stelle eine Hypothese auf, die dieses Phä-nomen erklärt. Lösung: Nur wenn genügend Licht vorhanden ist, kann die Pflanze die Luft in ausreichender Weise wiederherstellen.


NATURA_LB 7/8 BW_049243 1 Zelle und Stoffwechsel 37

vomLeitbündel

Wasser

Kohlen-stoffdioxid

Sauerstoff

[zu SB S. 34/ 35]

1 Veranschauliche in einem Schema mit farbigen Pfeilen die Wege von Wasserdampf, Kohlenstoffdioxid und Sauerstoff durch die Spaltöffnungen eines Laubblatts. siehe Abbildung

Lösungen

0 2 Begründe, ob die Spaltöffnungen eines Buchenblatts an einem heißen Sommertag eher geöffnet oder geschlossen sind. Die Spaltöffnungen z. B. einer Buche sind bei großer Hitze eher geschlossen. Zwar könn‑te die Pflanze an einem sonnigen Tag viel Fotosynthese betreiben und müsste dafür die Spaltöffnungen geöffnet haben, um Kohlen‑stoffdioxid aufzunehmen. Aber da an einem heißen Tag sehr viel Wasser verdunstet, be‑steht die Gefahr, dass die Pflanze vertrocknet. Um das Vertrocknen zu vermeiden, muss die Verdunstung verringert werden. Daher sind die Spaltöffnungen geschlossen.

3 Stelle eine begründete Vermutung an, wie sich das Laubblatt einer Pflanze, die in war-mem, trockenem Klima wächst, von unserem Buchenblatt unterscheidet. In warmen, trockenen Gebieten stellt die Verringerung der Wasserverdunstung einen Überlebensvorteil dar. Mögliche Angepasstheiten sind: eine beson‑ders dicke Kutikula, kleine Blätter, versenkte Spaltöffnungen.

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Einstieg/Motivation Leitfrage Wie ist ein Laubblatt aufgebaut und welche Aufgaben erfüllt es?MethodenauswahlZeigen Sie Ihren Schülerinnen und Schülern ein Modell von einem Querschnitt durch ein Laub-blatt oder eine entsprechende schematische oder reale Abbildung (s. Schülerbuch S. 34/35). Lassen Sie Ihre Schülerinnen und Schüler den Querschnitt eines Laubblatts beschreiben und Hypothesen zur Funktion der verschiedenen Blattgewebe aufstellen. (Mögliche Schülerantwor-ten: Deckschicht, Schutzschicht, Atmungsschicht, Spaltöffnungen zum Gasaustausch)

Erarbeitung • Die Schülerinnen und Schüler mikroskopieren den Querschnitt eines Laubblatts und fertigen dazu eine beschriftete Zeichnung an. Sie können dazu entweder Dauerpräparate verwenden oder Blattquerschnitte von den Schülerinnen und Schülern selbst herstellen lassen (s. Prakti-sche Tipps, Lehrerband S. 38).

• Die Schülerinnen und Schüler erarbeiten mithilfe des Schülerbuchs S. 34/35 die Funktionen der unterschiedlichen Gewebetypen eines Laubblatts.

• Die Schülerinnen und Schüler erarbeiten mithilfe des Arbeitsblatts „Der Bau eines Laub-blatts“ (s. Lehrerband S. 39) den Bau und die Funktionen der unterschiedlichen Gewebe- typen.

Sicherung • Besprechung der Schülerlösungen zum Arbeitsblatt (s. Lehrerband S. 40).• Vorführung eines Filmausschnitts zum Thema „Der Bau eines Laubblatts” (s. Literatur- und

Medienhinweise, Lehrerband S. 38).

Vertiefung • Die Schülerinnen und Schüler bearbeiten die Aufgaben 1 bis 3 im Schülerbuch auf S. 35.• Die Schülerinnen und Schüler vergleichen Sonnen- und Schattenblätter und begründen die

Unterschiede (s. Zusatzinformation, Lehrerband S. 40).• Die Schülerinnen und Schüler vergleichen z. B. Blätter von Wasser- oder Trockenpflanzen mit

z. B. dem Laubblatt einer Hainbuche (s. Zusatzinformation, Lehrerband S. 38).

Das Laubblatt — Ort der Fotosynthese [SB S. 34/35]

38 NATURA_LB 7/8 BW_049243 Illustrator: Jürgen Wirth, Dreieich

Beispiel

Seerose Wasser-knöterich

Hainbuche Oleander

Feigen-kaktus

Gewässer

Wasserpflanzen

große Schwimmblätter; Spaltöffnungen nur auf der Blattoberseite

große, oft dünne Laubblätter, Spaltöff-nungen oft heraus-gehoben

meist weiche Blätter, Blattabwurf in Trockenzeit (z. B. Winter); Spaltöffnun-gen an der Blattunterseite

Blattabwurf oder kleine, überdauernde, harte Blätter

dicke, wasserspei-chernde Blätter; Blätter als Dornen umgebildet

Feuchtpflanzen wechselfeuchte Pflanzen

Trockenpflanzenhartblättrig wasserspeichernd

nasser Boden, feuchte Luft (Flachmoor, Ufer)

periodisch trocken oder winterkalt

trocken (Wüste, Steppe, Trockenrasen)

trocken (Wüste, Halbwüste)

Standort

Vorherrschender Gestaltstyp

Blätter

CamPell, n. a.; reeCe, J. B. [Hrsg]: Biologie. Pearson Studium, München 2009

Filme: Fotosynthese I Assimilation organischer Nährstoffe, GIDA BWS 4654693 Unsere Bäume, GIDA BWS 4652784

Literatur- und Medienhinweise

Mikroskopieren eines LaubblattsWenn Sie mit den Schülerinnen und Schülern einen Querschnitt eines Laubblatts mikroskopie-ren, ist dies nicht nur eine gute Gelegenheit, an einem Realobjekt zu arbeiten, sondern Sie schu-len auch noch die Genauigkeit beim Betrachten und die instrumentellen Fertigkeiten beim Zeich-nen der biologischen Strukturen. Hainbuchen-blätter sind besonders gut als Objekte geeignet. Sollten Sie keine Dauerpräparate zur Verfügung haben, können Sie Blattquerschnitte mit einer Rasierklinge leicht selbst herstellen:

Als Hilfe beim Schneiden von dünnen Blättern können Sie diese in zwei Korkplättchen (die Sie z. B. aus einem Flaschenkorken herstellen können) einklemmen und dann die Korkplätt-chen (mit den Blättern) mit einer Rasierklinge zerschneiden.

Chloroplasten im VisierDie Chloroplasten mit ihrem grünen Blattfarb-stoff Chlorophyll können besonders gut beim Mikroskopieren eines Blättchens der Wasserpest betrachtet werden.

Praktische Tipps

Blätter sind an den Faktor Wasser angepasst• Unterwasserpflanzen, wie die Wasserpest,

nehmen Wasser über die gesamte Blattober-fläche auf, weshalb die Blätter meist dünn (z. B. bandartig) sind und keine Kutikula besitzen.

• Wasserpflanzen, wie die Seerose, besitzen große Schwimmblätter mit vielen Hohlräumen. Die Spaltöffnungen liegen auf der Blattoberseite.

• Feuchtpflanzen, die schattige Laubwälder, Sümpfe, Ufer und die tropischen Regenwälder bewohnen, besitzen meist dünne, große Blätter mit über der Oberfläche des Blattes herausgehobenen Spaltöffnungen. Da die hohe Luftfeuchtigkeit die Transpiration behin-dert, wirkt dies transpirationsfördernd.

• Trockenpflanzen, wie Oleander oder Kakteen, findet man in der Wüste oder Halbwüste. Die Blätter sind eher klein, sodass ihre Wasserver-

dunstungsrate herabgesetzt ist. Die Zahl der Spaltöffnungen je mm2 Fläche ist bei ihnen jedoch sehr hoch, und sie können sehr weit geöffnet und sehr schnell geschlossen wer-den, sodass bei ausreichender Wasserversor-gung die Gasaustauschrate hoch ist. Allerdings sind die Spaltöffnungen häufig eingesenkt und sind zusätzlich durch Falten und Einrollen der Blätter oder einen Filz toter Haare vor dem austrocknenden Wind geschützt. Trocken-pflanzen, die z. B. in einer kurzen Regenzeit sehr viel Wasser aufnehmen, speichern dieses entweder in ihren ungewöhnlich dicken und fleischigen Blättern (Blattsukkulenten) oder in ihrem Stamm (Stammsukkulenten). Stamm-sukkulenten fehlen oft die Blätter bzw. sie sind zu Dornen umgebildet.

Zusatzinformation


Illustrator: Otto Nehren, Achern

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Der Bau eines Laubblatts

Hast du dir ein Laubblatt schon einmal genau ange-sehen und weißt du, wie es aufgebaut ist? Ein Blatt ist, wie jedes Organ, aus verschiedenen Geweben zusammengesetzt. Die obere und untere Epidermis bilden das Abschlussgewebe. Dessen Zellen sind auf der Außenseite mit einer wachsähnlichen Schicht, der Kutikula, bedeckt. Sie schützt das Blatt vor über-mäßigem Wasserverlust und vor dem Eindringen von Krankheitserregern. In der unteren Epidermis befinden sich außerdem noch Spaltöffnungen, die von je zwei Schließzellen gebildet werden (Spaltöff-nungsapparat). Über die Spaltöffnungen erfolgt der Gasaustausch der Pflanze mit der Umwelt: Wasser-dampf und Sauerstoff werden an die Umgebungs-luft abgegeben und Kohlenstoffdioxid in das Blatt aufgenommen.

1 Beschrifte das Schema eines Laubblatts mithilfe des Textes.

2 Lege in deinem Heft eine Tabelle an, aus der der Zusammenhang der Struktur und ihrer Funktion her-vorgeht, indem du die Struktur kurz beschreibst und ihre Funktion darstellst.

3 Stelle in deinem Heft eine Hypothese dazu auf, welchen Vorteil es für die Pflanze hat, dass sich in den Zellen des Schwammgewebes weniger Chloroplasten befinden als im Palisadengewebe.

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Unter der oberen Epidermis liegt das Palisaden- gewebe, das aus dicht aneinanderliegenden läng-lichen Zellen besteht. Diese Zellen enthalten sehr viele Chloroplasten, sodass das Palisadengewebe der Hauptort der Fotosynthese ist. Die Zellen des dann folgenden Schwammgewebes enthalten weniger Chloroplasten und sind viel lockerer angeordnet. Dadurch existieren hier viele Hohlräume für den Gasaustausch mit der Umwelt. In den Leitbündeln (von außen als Blattadern erkennbar), die das Blatt immer wieder durchziehen, werden Wasser und darin gelöste Mineralstoffe von den Wurzeln in die Blätter transportiert und im Wasser gelöster Zucker von den Blättern in die Wurzeln.

40 NATURA_LB 7/8 BW_049243 Illustrator: Jürgen Wirth, Dreiech


ARBEITSBLATT Der Bau eines LaubblattsLösungen 1 und 2 : siehe Tabelle

3 Im Schwammgewebe befinden sich weniger Chloroplasten als im Palisadengewebe, da nur wenig Licht so tief ins Blatt eindringt (Anmerkung: Materialeinsparung).

Zusatzinformation Sonnen- und SchattenblattViele Bäume bilden unterschiedliche Blatttypen aus. So findet man in lichtexponierten Regio-nen Sonnenblätter und in schattigen Bereichen Schattenblätter.

Sonnenblätter sind im Vergleich zu Schattenblättern kleiner und dicker und weisen eine deutliche Differenzierung des Mesophylls in das (ein- oder sogar mehr- schichtige) Palisadengewebe und das Schwammgewebe auf.

Das Palisadengewebe der Schattenblätter ist hingegen nur einschichtig ausgeprägt; es gibt Lücken zwischen den Palisaden- zellen und die Zellen sind hier nicht immer säulenförmig.

Die Oberfläche der Sonnenblätter ist häufig glänzend, da sie eine dicke Kutikula besitzen. Diese glänzende Oberfläche reflektiert das Sonnenlicht, sodass die Erwärmung des Blatts reduziert wird. Zudem ist die Oberfläche des Sonnenblatts kleiner, sodass dies ebenfalls eine Angepasstheit zum Schutz gegen die Wasserverdunstung ist.

Zusatzaufgabe Stelle eine Hypothese dazu auf, dass sich die Spaltöffnungen auf der Unterseite der Laub-blätter und nicht auf der Oberseite befinden.Lösung: Auf der Oberseite eines Blatts würde durch die Sonneneinstrahlung deutlich mehr Wasser verdunsten als auf der Unterseite.

Blattbestandteil Struktur Funktion

1 Kutikula wasserabweisende Schicht aus Wachs

schützt das Blatt vor übermäßigem Wasser-verlust (Verdunstungsschutz) und vor dem Eindringen von Krankheitserregern

2 obere Epidermis einschichtiges Abschlussgewebe

Barriere, Schutz

3 Palisadengewebe dicht aneinanderliegende Zellen mit vielen Chloro-plasten

auf die Fotosynthese spezialisiert

4 Leitbündel Gefäße, Röhren transportieren Wasser und darin gelöste Mineralstoffe von den Wurzeln in die Blätter und im Wasser gelösten Zucker von den Blättern in die Wurzeln

5 Schwammgewebe locker angeordnete Zellen, mit wenig Chloroplasten

Gasaustausch

6 untere Epidermis einschichtiges Abschluss-gewebe

Barriere, Schutz

7 Spaltöffnungs- apparat

Spalt und zwei Schließzel-len mit Chloroplasten

ermöglichen den Gasaustausch mit der Um-welt, Wasserdampf und Sauerstoff werden abgegeben und Kohlenstoffdioxid wird in das Blatt aufgenommen

Sonnenblatt

Kutikula Epidermis

Palisaden-gewebe

Schwamm-gewebe

Spaltöffnung

Schattenblatt

Kutikula Epidermis

Palisaden-gewebe

Schwamm-gewebe

Spaltöffnung



[zu SB S. 36 /37]

1 Führe die Versuche durch. Protokolliere und deute die Ergebnisse. a) Das Wasser färbt sich blau. Die Intensität der Färbung nimmt mit der Zeit zu. Teil‑ weise kann man beobachten, dass sich die Blaufärbung von den Blättchen aus aus‑ breitet. Die Färbung ist ein Nachweis, dass Sauerstoff gebildet wird. b) Der glimmende Span beginnt zu leuch‑ ten / zu brennen. Das heißt, dass es sich bei dem Gas um Sauerstoff handelt.

2 Überlege, welchen Vorteil es hat, diese Versu-che mit einer Wasserpflanze durchzuführen. Im Wasser kann man beobachten, wenn Gase von der Pflanze abgegeben werden und als Bläschen aufsteigen. Diese Gase kann man sammeln. Man kann leichter Nachweise durchführen, um festzustellen, um welches Gas es sich handelt. Wenn Pflanzen die Gase an die Luft abgeben, kann man dies nicht sehen und der Nachweis ist methodisch schwieriger.

3 Warum färbt sich Indigoblau bereits am Anfang des Versuchs? Erkläre. Weil in Wasser aus dem Wasserhahn Sauer‑stoff enthalten (gelöst) ist. Um diese Blau‑färbung zu vermeiden, müsste man Wasser verwenden, das z. B. durch Abkochen sauer‑stofffrei gemacht wurde.

Lösungen

4 Die Fotosyntheseaktivität ist vom Licht abhängig. Erkläre mithilfe deiner Beobach-tungen. Beobachtung: Die Anzahl der aufsteigenden Sauerstoffbläschen ist bei direkter Lichtein‑strahlung am größten. Sie nimmt bei verringer‑ter Lichteinstrahlung ab. Erklärung: Je mehr Licht einfällt, desto mehr Fotosynthese kann stattfinden und desto mehr Sauerstoff wird gebildet.

5 Plane einen Versuch, mit dem der Ein-fluss der Temperatur auf die Fotosynthese nachgewiesen werden kann. Führe deinen Versuch durch. Trage die Ergebnisse in einem Diagramm auf und deute sie. Der Versuchsaufbau könnte Abb. 2 entspre‑chen. Wichtig: Die Lichtintensität darf nicht verändert werden! Stattdessen wird die Tempe‑ratur des Wassers verändert. (Tipp: Zur Regulation der Wassertemperatur könnten Eiswürfel und ein Wasserkocher hilfreich sein.) Ergebnisse: Individuelle Lösung. Deutung: Die Fotosynthese‑Aktivität nimmt mit zuneh‑mender Temperatur zu. Ab einer bestimmten Temperatur (über 40 °C) nimmt die Fotosynthese‑Aktivität stark ab, da für die Fotosynthese wichtige Stoffe (Enzyme) zerstört werden.


Einstieg/Motivation LeitfrageWelche Faktoren beeinflussen die fotosynthetische Aktivität (Fotosyntheserate) der Pflanzen?MethodenauswahlSie können den Schülerinnen und Schülern ein Bild von zwei Pflanzen der gleichen Art, die aber unterschiedlich groß sind, zeigen und ihnen sagen, dass diese zur gleichen Zeit einge-pflanzt wurden. Fragen Sie nach Gründen für die unterschiedliche Entwicklung. (Mögliche Hypothesen wären Unterschiede in der Menge oder Qualität von: Licht, Kohlenstoff-dioxid, Wasser, Sauerstoff, Temperatur, Boden, …)

Erarbeitung • Die Schülerinnen und Schüler führen den Versuch im Schülerbuch S. 36 „Sauerstoffnachweis“ durch.

• Die Schülerinnen und Schüler führen den Versuch im Schülerbuch S. 36 „Einfluss der Licht- intensität“ durch.

• Die Schülerinnen und Schüler führen den Versuch auf dem Arbeitsblatt „Einfluss des Kohlen-stoffdioxids“ (s. Lehrerband S. 43) durch.

Sicherung • Beschreibung und Auswertung/Deutung der Versuchsergebnisse.• Filmeinsatz: „Fotosynthese” (s. Literatur- und Medienhinweise, Lehrerband S. 42).

Vertiefung • Die Schülerinnen und Schüler bearbeiten die Aufgabe 5 im Schülerbuch auf S. 36 (s. auch Praktische Tipps, Lehrerband S. 42).

• Die Schülerinnen und Schüler führen den Versuch im Schülerbuch S. 39 „Ein Bild aus Stärke“ durch (s. auch Praktische Tipps, Lehrerband S. 37).

• Die Schülerinnen und Schüler führen den Versuch im Schülerbuch S. 37 „Messung der CO2- und O2-Konzentration“ durch und bearbeiten die Aufgaben 8 bis 10 im Schülerbuch S. 37.

• Sie können auf die Spaltöffnungen eingehen, indem Sie Fertigpräparate mikroskopisch betrachten lassen und auf ihren Bau, ihre Lage, ihre Anzahl sowie ihre Funktion eingehen.

Praktikum: Fotosynthese [SB S. 36/37]

42 NATURA_LB 7/8 BW_049243 Fotos: Klett-Archiv (Aribert Jung), Stuttgart

SauerstoffnachweisBevor Sie die Versuche zur Beeinflussung der fotosynthetischen Aktivität durchführen, sollten Sie mit Ihren Schülerinnen und Schülern über die Möglichkeiten des Sauerstoffnachweises sprechen (s. Schülerbuch S. 36 und Praktische Tipps: „Nachweis von Sauerstoff und Kohlen-stoffdioxid“, Lehrerband S. 36)

Einfluss der LichtintensitätDen Versuch „Einfluss der Lichtintensität“ (s. Schü- lerbuch S. 36) können Sie abwandeln, indem Sie — möglichst in einem abgedunkelten Raum — den Abstand der Lampe zum Becherglas vari-ieren. Je nach Helligkeit der Lampe bietet sich eine Veränderung des Abstands um jeweils 10 bis 20 cm für die einzelnen Versuche an. Diskutieren Sie auch Verfälschungen, die durch den Versuchs-aufbau entstehen: Temperatureinfluss bei sehr geringem Abstand der Lampe!

Ein Bild aus StärkeDen Versuch „Ein Bild aus Stärke“ (s. Schülerbuch S. 37) können Sie abwandeln, indem Sie anstatt eines normalen Blatts ein panaschiertes Blatt (z. B. Efeu) benutzen. Damit können Sie zeigen, dass Pflanzen nur in den grünen Blattbereichen Stärke produzieren (also Fotosynthese betrei-ben) und somit die Chloroplasten mit ihrem Chlorophyll vermutlich eine weitere nötige Voraussetzung für die Fotosynthese sind (s. Abbildungen). Da der Versuch „Ein Bild aus Stärke“ durch das Erhitzen des Ethanols nicht ganz ungefährlich ist, können Sie die Versuchsdurchführung verbal behandeln und Ihren Schülerinnen und Schülern nur Bilder des Ergebnisses (z. B. von Ihnen selbst hergestellte Blätter) zeigen.

Praktische Tipps

Film: FWU 4602832: FotosyntheseLiteratur- und Medienhinweise

• Zusätzliches ARBEITSBLATT „Versuch zur Fotosynthese” Kapitel 1: Zelle und Stoffwechsel, 1. 2 Fotosynthese und Zellatmung

Daten auf DVD &

6 Beschreibe das Versuchsergebnis und erkläre es. Wurde die Hypothese bestätigt? Ergebnis: Nur die belichteten Teile des Blattes färben sich dunkel. Erklärung: Die dunkle Färbung durch Iod‑Kaliumiodid ist ein Nachweis für Stärke. Nur in den belichteten Teilen des Blattes fand Fotosynthese statt. Dabei wurde in den Chloro‑plasten Traubenzucker gebildet und als Stärke gespeichert. Ja, die Hypothese wurde bestätigt: Fotosynthese findet nur dort im Blatt statt, wo Licht auftrifft.

7 Buntnesseln haben grüne Blätter mit weißen, chloroplastenfreien Stellen. Welches Ergebnis ist zu erwarten, wenn man das Blatt ent-färbt und einen Stärkenachweis durchführt? Begründe. Erwartetes Ergebnis: Die ehemals grünen Blattbereiche färben sich dunkel, die ehemals weißen Stellen bleiben hell. Begründung: Nur in den grünen Blattberei‑chen sind Chloroplasten vorhanden. Nur hier kann Fotosynthese stattfinden und dabei Traubenzucker und Stärke gebildet werden. In den chloroplastenfreien Stellen findet keine Fotosynthese statt.

8 Dunkle die Biokammer z. B. mit einer Jacke ab und miss 15 Minuten. Beleuchte mit der Lampe und miss 15 Minuten. Berechne die Menge an CO2, die pro Minute im Dunkeln erzeugt bzw. durch Fotosynthese aufgenom-men wurde.

Individuelles Ergebnis. Im Dunkeln nimmt der Sauerstoffgehalt ab und der Kohlenstoffdioxid‑gehalt zu. Bei Beleuchtung ist es umgekehrt. Das Ergebnis ist umso deutlicher, je kleiner die Biokammer im Verhältnis zur Menge an grünem Pflanzenmaterial ist. Für diese Berechnung muss das Volumen der Biokam‑mer bekannt sein. Somit kann der absolute CO2‑Gehalt zu Beginn und Ende (oder zu jeder vollen Minute) bestimmt und die Veränderung pro Minute berechnet werden.

9 Vergleiche Messungen einer Pflanze im Topf (mit Boden) und einer Pflanze ohne Boden. Individuelles Ergebnis. Der Sauerstoffver‑brauch und die Bildung von Kohlenstoffdioxid ist bei Pflanzen mit Boden lichtunabhängig größer: Im Boden befinden sich viele Bakterien und Kleinstlebewesen, die wie die Pflanzen‑wurzeln keine Fotosynthese betreiben, aber Sauerstoff für die Zellatmung benötigen und Kohlenstoffdioxid herstellen.

10 Miss über einen Tag und eine Nacht hinweg. Die Messung stellt einen typischen Tagesver‑lauf dar: Die Tendenzen aus Aufgabe 8 werden fortgesetzt. Je nach Größe der Biokammer, Tageslänge und Lichtintensität kann es vor‑kommen, dass insbesondere der Kohlenstoff‑ dioxidgehalt auf Null geht.



Einfluss des Kohlenstoffdioxids

Mit dem folgenden Versuch wird der Einfluss des Kohlenstoffdioxids auf die Fotosyntheseaktivität der Wasserpest untersucht. Da sich die fotosynthetische Aktivität über die Produkte der Fotosynthese (Sauer-stoff, Glucose bzw. Stärke) nachweisen lässt, kannst du bei der Wasserpest die Fotosyntheseaktivität einfach mithilfe der Anzahl der aus dem Spross tretenden Sauerstoffbläschen bestimmen. Material Zwei große Reagenzgläser (Ø 20mm), Becherglas, Schere, Uhr, Leitungswasser, Mineralwasser (medium), abgekochtes Wasser, Trieb der Wasserpest (in Wasser aufbewahrt), Lampe, Büroklammer Durchführung1. Ein Reagenzglas wird mit Leitungswasser gefüllt.2. Das Ende eines Triebes der Wasserpest wird noch

im Aufbewahrungsbecken unter Wasser mit einer Schere schräg angeschnitten. Erst anschließend wird der Trieb vorsichtig (mit der Schnittstelle nach oben) in das Reagenzglas überführt. (Der Trieb kann mit einer Büroklammer am unterem Ende oder einem Stift aus Plastik unten gehalten werden.)

3. Die Lampe wird eingeschaltet, ca. 10 cm vor das Reagenzglas — das man festhalten oder in ein Becherglas stellen kann — gestellt und der Ver-suchsaufbau wird für 5 min beleuchtet.

4. Die Anzahl der Bläschen, die aus dem angeschnittenen Sprossende entweichen, werden jeweils dreimal eine Minute lang gezählt.

5. Anschließend wird der Trieb der Wasserpest in ein Reagenzglas mit abgekochtem Wasser bzw. Mineral-wasser überführt und der Versuch wiederholt. Warte jeweils eine Minute, bevor du mit dem Zählen beginnst!

1 Notiere deine Beobachtungen in der Tabelle und ergänze anschließend die Ergebnisse deiner Mitschü-lerinnen und Mitschüler.

2 Vergleiche die durchschnittlichen Werte der drei verschiedenen Versuchsansätze miteinander und deute die Beobachtungen.

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Wasser

Stiel nach oben mit schräg angeschnittenerFläche

Sauerstoffbläschen

Wasserpest

Gruppe Versuch mit Leitungswasser (Bläschenzahl pro min)

Versuch mit abgekochtem Wasser (Bläschenzahl pro min)

Versuch mit Mineralwasser (Bläschenzahl pro min)

1 2 3 Durch-schnitt

1 2 3 Durch-schnitt

1 2 3 Durch-schnitt

1

2

3

4

5

6

7

8

44 NATURA_LB 7/8 BW_049243 Illustrator: Wolfgang Herzig Essen


ARBEITSBLATT Einfluss des KohlenstoffdioxidsLösungen 1

(Anmerkung: Die Zahlen stammen aus selbst durchgeführten Schülerversuchen.)

2 Vergleich: In den Versuchen mit Mineralwasser ist die Bläschenzahl deutlich höher als in den Versuchen mit Leitungswasser. In den Versuchen mit abgekochtem Wasser bilden sich gar keine Bläschen. Deutung: Die Sauerstoffproduktion ist abhängig vom Kohlenstoffdioxidangebot/-gehalt des Wassers. Je mehr Kohlenstoffdioxid vorhanden ist, desto höher ist die Sauerstoffpro-duktion bzw. die Fotosyntheserate. (Anmerkung: Leitungswasser enthält nur wenig Kohlenstoffdioxid, abgekochtes Wasser gar keines. Mineralwasser wird mit Kohlenstoffdioxid versetzt).

Praktische Tipps Wenn die Versuchsdurchführung nicht möglich istSollte es nicht möglich sein, den Versuch durchführen zu lassen, können Sie auch obige Ergebnistabelle vorgeben und auswerten lassen.

Nachweis von Kohlenstoffdioxid (CO2) und Sauerstoff (O2)Sie können vor der Durchführung des Versuchs mithilfe von Kalkwasser zeigen, dass in den bei den Versuchen verwendeten Wasserproben unterschiedlich viel Kohlenstoffdioxid vor-handen ist. Geben Sie dazu Kalkwasser in drei Reagenzgläser und gießen sie jeweils eine der drei Wasserproben hinein.

Sollte den Schülerinnen und Schülern nicht klar sein, dass es sich bei den Bläschen, die aus den Trieben der Wasserpest entweichen, um Sauerstoff handelt, können Sie dies mit einem Zusatzversuch nachweisen. Lassen Sie den Versuchsaufbau einige Tage bei guter Beleuch-tung stehen. Sie können Ihren Schülerinnen und Schülern z. B. den Versuchsaufbau demonst-rieren und dann einen zweiten Versuchsaufbau, der schon einige Tage stand, zeigen. Nehmen Sie nun das Reagenzglas ab, drehen Sie es schnell um und halten Sie einen Glimmspan hinein. Die deutlich positive Glimmspanprobe zeigt, dass sich in dem Reagenzglas Sauerstoff angereichert hat.

Zusatzinformation Kohlenstoffdioxid und FotosyntheserateDer Kohlenstoffdioxid-Anteil am Gesamtvolumen der Luft liegt bei 0,04 %. Dieser Wert liegt meist deutlich unter dem Optimum der Fotosynthese-rate der Pflanzen. Daher wird z. B. in manchen Gewächshäusern der Kohlenstoffdioxidgehalt durch Begasung auf 0,1 % erhöht, was ungefähr zu einer Verdreifachung der Fotosyntheserate der Pflanzen führt (s. Abb.).

Gruppe Versuch mit Leitungswasser (Bläschenanzahl pro min) Ø

Versuch mit abgekochtem Wasser (Bläschenanzahl pro min) Ø

Versuch mit Mineralwasser (Bläschenanzahl pro min) Ø

1 2, 1, 1 1,3 0, 0, 0 0 100, 120, 100 106,7

2 2, 2, 2 2,0 0, 0, 0 0 45, 45, 38 142,7

3 4, 4, 3 3,7 0, 0, 0 0 14, 13, 15 114,0

4 3, 3, 5 3,7 0, 0, 0 0 13, 14, 15 114,0

5 8, 8, 5 7,0 0, 0, 0 0 23, 26, 19 122,7

6 5, 4, 2 3,7 0, 0, 0 0 86, 95, 123 101,3

7 5, 5, 4 4,7 0, 0, 0 0 14, 15, 18 115,7

8 7, 6, 5 6,0 0, 0, 0 0 52, 90, 110 184,0

100

30

0,04 0,1

Foto

synt

hese

rate

(%)

CO2-Konzentration (%)



Lichtenergie

Chloroplast Solarzelle

Energie-Umwandlung

chemische Energie:Traubenzucker → Stärke

elektrische Energie:„Strom”

Fotosynthese und Zellatmung [SB S. 38/39]


Einstieg/Motivation LeitfrageWie hängen Fotosynthese und Zellatmung zusammen?Methodenauswahl• Die Schülerinnen und Schüler sollen Hypothesen aufstellen, warum z. B. im Krankenhaus die

Pflanzen für die Nacht aus dem Zimmer gestellt werden, oder warum es heißt, man soll nicht zu viele Pflanzen im Schlafzimmer haben. (Mögliche Antworten: Pflanzen geben schlechte Luft ab, Pflanzen riechen, Pflanzen verbrauchen Sauerstoff, geben Kohlenstoffdioxid ab.)

• Die Schülerinnen und Schüler sollen Hypothesen aufstellen zu der Frage: „Wie versorgen sich Pflanzen bei Dunkelheit mit Energie”? (Mögliche Schülerantworten: gar nicht, durch Nutzung vorher angelegter Reserven, durch einen anderen Stoffwechselvorgang, Zellatmung)

Erarbeitung • Die Schülerinnen und Schüler bearbeiten das Arbeitsblatt „Der Zusammenhang zwischen Fotosynthese und Zellatmung“ (s. Lehrerband S. 47).

• Die Schülerinnen und Schüler entwickeln eigenständig ein Schema, das die Zusammenhänge zwischen Fotosynthese und Zellatmung zeigt (s. Lehrerband S. 48, Lösung zu Aufgabe 1).

Sicherung • Besprechung der Schülerlösungen zum Arbeitsblatt „Der Zusammenhang zwischen Fotosyn-these und Zellatmung“ (s. Lehrerband S. 47).

• Diskussion und Richtigstellung des Schemas (siehe oben) an der Tafel (s. Zusatzaufgabe, Lehrerband S. 48).

• Aufstellung der Wortgleichungen für Fotosynthese und Zellatmung (Wasser + Kohlenstoff- dioxid → Glucose + Sauerstoff / Glucose + Sauerstoff → Wasser + Kohlenstoffdioxid).

• Filmeinsatz: „Fotosynthese” (s. Literatur- und Medienhinweise, Lehrerband S. 46).

Vertiefung • Die Schülerinnen und Schüler bearbeiten die Aufgaben 1 — 4 im Schülerbuch auf S. 39. • Die Schülerinnen und Schüler beschreiben die Wechselbeziehungen zwischen autotrophen

und heterotrophen Lebewesen in Bezug auf Sauerstoff, Kohlenstoffdioxid oder Nährstoffe (s. auch Zusatzaufgabe, Lehrerband S. 48).

• Sie können mit Ihren Schülerinnen und Schülern erarbeiten, unter welchen Bedingungen Fotosynthese oder Zellatmung überwiegt (s. Zusatzinformation, Lehrerband S. 46).

[zu SB S. 38/ 39]

1 Benenne pflanzliche Gewebe, in denen nur Zellatmung stattfindet, und Gewebe, in de-nen zudem Fotosynthese abläuft. Nur Zellatmung: alle chloroplastenfreien Gewebe, z. B. obere Epidermis, Wurzelgewebe Fotosynthese und Zellatmung: alle grünen Gewebe mit chloroplastenhaltigen Zellen, z. B. Palisadengewebe, Schwammgewebe

2 Auch reine Fleischfresser leben indirekt von Pflanzen. Erkläre diese Aussage. Pflanzen bilden die Nahrungsgrundlage für pflanzenfressende Tiere. Pflanzenfressende Tiere bilden die Nahrung für fleischfressende Tiere. Ohne Pflanzen könnten die Pflanzen‑fresser nicht überleben und somit hätten auch die Fleischfresser keine Nahrung. Durch die Fotosynthese brauchen Pflanzen zur Ernäh‑rung keine anderen Lebewesen.

Lösungen

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3 Im schattigen Unterholz eines Waldes kön-nen viele Pflanzen nicht überleben, weil sie „verhungern“. Erkläre den Zusammenhang. Im schattigen Unterholz gibt es wenig Sonnenlicht, somit kann nur wenig Fotosyn‑these stattfinden. Wenn die Pflanze weniger Traubenzucker in der Fotosynthese herstellt als sie bei der Zellatmung verbraucht, dann verhungert sie.

4 Erstelle ein Schema, in dem du die Energie-umwandlung einer Fotovoltaik-Solaranlage mit der eines Chloroplasten vergleichst. siehe Abbildung

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46 NATURA_LB 7/8 BW_049243

Fotosynthese und Zellatmung im TagesrhythmusBei Dunkelheit findet keine Fotosynthese statt, da die ersten Reaktionen während der Foto-synthese lichtabhängig sind (lichtabhängige Reaktion). Es findet jedoch Zellatmung statt, d. h. die Pflanze nimmt Sauerstoff auf und gibt Kohlenstoffdioxid ab.

In der Morgendämmerung beginnt die Pflanze mit der Fotosynthese und mit zunehmender Lichtintensität steigt die Fotosyntheserate zunächst proportional an, bis bei einer bestimm-ten Lichtintensität ein Maximum erreicht wird. Die Pflanze nimmt während der Fotosynthese abhängig von der Lichtstärke und Lichtintensität Kohlenstoffdioxid auf und gibt Sauerstoff ab. Den Punkt, an dem die Pflanze genau so viel Sauerstoff verbraucht, wie sie produziert, nennt man Kompensationspunkt. Obwohl die Pflanze

auch tagsüber weiterhin Zellatmung betreibt, sodass sie ihren Stoffwechsel aufrecht erhält, sinkt die Kohlenstoffdioxidabgabe, da das bei der Zellatmung entstehende Kohlenstoffdioxid direkt bei der Fotosynthese verbraucht wird. Mit zunehmender Dunkelheit kommt die Fotosyn-these nach und nach zum Erliegen und die Rate der Zellatmung überwiegt.

Fotosynthese und Zellatmung bei Trockenheit und HitzeIn heißen und trockenen Zeiten mit hoher Sonneneinstrahlung schließen die Pflanzen ihre Spaltöffnungen und vermeiden so Wasserver-luste durch Transpiration. Dadurch kann jedoch auch kein Kohlenstoffdioxid aufgenommen werden, sodass die Fotosyntheserate deutlich absinkt und die Rate der Zellatmung trotz hoher Lichtintensität überwiegt.

Zusatzinformation

Campell, N. A.; Reece, J. B. [Hrsg]: Biologie. Pearson Studium, München 2009

Filme: Fotosynthese I Assimilation organischer Nährstoffe, GIDA BWS 4654693 FWU 4602832: Fotosynthese

• Differenzierendes ARBEITSBLATT „Der Zusammenhang zwischen Fotosynthese und Zellatmung“ Kapitel 1: Zelle und Stoffwechsel, 1. 2 Fotosynthese und Zellatmung


Daten auf DVD &

Zur FotosyntheseSobald den Schülerinnen und Schülern die Vorgänge der Fotosynthese klar sind, achten Sie darauf, dass sie nicht davon sprechen, dass Pflanzen Kohlenstoffdioxid in Sauerstoff umwandeln, da dies fachlich falsch ist und sich

ansonsten zu sehr einprägt. Stattdessen können sie z. B. sagen, dass Pflanzen Kohlenstoffdioxid aufnehmen und Sauerstoff herstellen oder dass Pflanzen Kohlenstoffdioxid aufnehmen, der zum Aufbau von Glucose benötigt wird. Dabei entsteht Sauerstoff.

Praktische Tipps

© Ernst Klett Verlag GmbH, Stuttgart 2017 | www.klett.de | Alle Rechte vor-behalten.Von dieser Druckvorlage ist die Vervielfältigung für den eigenen Unterrichtsgebrauch gestattet. Die Kopiergebühren sind abgegolten.

47Illustrator: Wolfgang Herzig, Essen

Der Zusammenhang zwischen Fotosynthese und Zellatmung

Pflanzen besitzen in vielen ihrer Zellen Chloroplasten und Mitochondrien. Beide Arten von Zellorganellen stehen in einer Wechselbeziehung zueinander: In den Chloroplasten findet bei Lichteinwirkung Fotosynthese statt, und es werden dabei Glucose und Sauerstoff gebildet. In den Mitochondrien findet zu jeder Tageszeit die Zellatmung statt, bei der Glucose verbraucht wird. Bei Tageslicht überwiegt aber meistens die Fotosyn-theseaktivität.

1 Beschrifte die obige Abbildung, die die Stoffwechselvorgänge im Blatt darstellt, mit den folgenden Begriffen: Chloroplast, Energie, Glucose, Kohlenstoffdioxid (2x), Mitochondrium, Sauerstoff (2x), Sonnenenergie/Licht, Wasser (2x)

2 Fasse jeweils in einem kurzen Satz zusammen, was bei der Fotosynthese und was bei der Zellatmung passiert.

3 Erläutere die Bedeutung der Fotosynthese für das Leben auf der Erde.

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48 NATURA_LB 7/8 BW_049243 Illustrator: Wolfgang Herzig Essen


ARBEITSBLATT Der Zusammenhang zwischen Fotosynthese und Zellatmung

Lösungen 1

2 Bei der Fotosynthese bilden Pflanzen mithilfe von Licht und Chlorophyll aus Kohlenstoff- dioxid und Wasser Glucose und Sauerstoff. Bei der Zellatmung werden in den Mitochondrien aus Sauerstoff und Glucose Kohlenstoff-dioxid und Wasser produziert. Dabei wird Energie freigesetzt.

3 – Bildung von Sauerstoff für die Atmung aller Lebewesen. – Bildung von Traubenzucker und Stärke für die Ernährung aller Lebewesen. – Regulierung des Kohlenstoffdioxidgehalts der Luft (verhindert Erwärmung, Treibhauseffekt). – Grundlage für die Entstehung von Kohle und Erdöl. – Aufbau von Rohstoffen: z. B. Holz.

Zusatzaufgabe Erstelle ein Schema, das die Wechselbeziehungen zwischen Fotosynthese betreibenden Pflan-zen und atmenden Lebewesen darstellt.

Differenzierende Aufgabe

Die Aufgabe 1 des Arbeitsblatts „Der Zusammenhang zwischen Fotosynthese und Zellatmung“ (s. Lehrerband S. 47) kann auch ohne die Angabe der Begriffe gestellt werden. (Anmerkung: Das Differenzierende Arbeitsblatt „Der Zusammenhang zwischen Fotosynthese und Zellatmung” hierzu finden Sie auf der DVD, s. Lehrerband S. 46).

Fotosynthese Atmung

Nährstoffe

Luft

Sauerstoff

Saue

rstoff Kohlenstoffdioxid

Kohl

en

stoffd

ioxidLösung: Der Sauerstoff aus der Fotosyn-these wird für die Atmung von Lebewe-sen benötigt. Das Kohlenstoffdioxid aus der Atmung wird für die Fotosynthese der Pflanzen benötigt. Die Nährstoffe, die von Pflanzen produziert werden (Stärke), bilden die Grundlage für alle Nahrungsketten.

Sonnenenergie/Licht

Sauerstoff

Sauerstoff

Kohlenstoffdioxid

Kohlenstoffdioxid

Chloroplast

MitochondriumWasser

Wasser

Energie

Traubenzucker




Einstieg/Motivation Leitfrage Wie gelangt Wasser aus dem Boden in die Blätter?Methodenauswahl• Sie können den Schülerinnen und Schülern eine Blütenpflanze (mit weißen Blüten) zeigen,

die für einige Zeit in einer farbigen Tintenlösung stand (s. Praktische Tipps, Lehrerband S. 50). Die Schülerinnen und Schüler äußern Vermutungen darüber, wie die Tinte in die Blüte kommt (z. B. die Tinte wird hinaufgezogen; gedrückt; die Tinte läuft über Bahnen).

• Sie können den Schülerinnen und Schülern auch einen Querschnitt durch einen Stängel (oder Dauerpräparate eines Querschnitts) zeigen oder diesen mikroskopieren und zeichnen lassen (s. Zusatzinformation, Lehrerband S. 50).

Erarbeitung • Die Schülerinnen und Schüler bearbeiten das Arbeitsblatt „Ursachen für den Aufstieg des Wassers“, Lehrerband S. 51.

• Die Schülerinnen und Schüler lesen den Text auf S. 40/41 im Schülerbuch und bearbeiten die Aufgabe 1 auf S. 41 im Schülerbuch.

Sicherung • Besprechung der Schülerlösungen zu Aufgabe 1 im Schülerbuch S. 41 und zum Arbeitsblatt „Ursachen für den Aufstieg des Wassers“, Lehrerband S. 51.

• Die Schülerinnen und Schüler beschreiben den Weg des Wassers von der Wurzel in die Blätter und nennen Wurzeldruck und Transpirationssog als Ursache (s. auch: Zusätzliches Arbeitsblatt „Wasseraufnahme durch die Wurzel”, Daten auf DVD, Lehrerband S. 50).

Vertiefung • Die Schülerinnen und Schüler bearbeiten die Aufgabe 2 auf S. 41 im Schülerbuch.• Sie können mit den Schülerinnen und Schülern über die Entstehung und Funktion eines

dicken Baumstamms sprechen.• Filmeinsatz: „Entwicklung von Blütenpflanzen“ (s. Literatur- und Medienhinweise, Lehrer-

band S. 50).• Die Schülerinnen und Schüler mikroskopieren und zeichnen einen Wurzelquerschnitt.• Sie können anhand der Wurzelhaare das Prinzip der Oberflächenvergrößerung besprechen.• Sie können die Mineralstoffaufnahme durch die Wurzel besprechen und die Mangelerschei-

nungen, die bei unzureichender Mineralstoffaufnahme entstehen, thematisieren.

Das Transportsystem der Pflanzen [SB S. 40/41]

[zu SB S. 40 /41]

1 Beschreibe mithilfe der Abbildungen 2 und 3 die Transportwege durch die Pflanze. Wasser und darin gelöste Mineralstoffe: Wurzel → Sprossachse → Blatt; in Wasser gelöste Nährstoffbestandteile: Blatt → Sprossachse → Wurzel.

Lösungen

$ 2 Erkläre, weshalb im Winter der Wassertrans-port durch das Xylem eingeschränkt ist. Aufgrund fehlender Blätter der Laubbäume kommt es nicht zum Transpirationssog, die Wassersäule verharrt im Xylem. Bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt ist das Wasser im Boden und im Xylem gefroren.

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NATURA_LB 7/8 BW_04924350

Stängelquerschnitte anfertigenSollten Sie keine Dauerpräparate zur Verfügung haben, können Sie Stängelquerschnitte mit einer Rasierklinge leicht selbst herstellen. Zum leichte-ren Schneiden von weicheren Stängeln können Sie diese in zwei Korkplättchen einklemmen (die Sie z. B. aus einem Flaschenkorken herstellen können, s. auch Praktische Tipps „Mikroskopie-ren eines Laubblatts”, Lehrerband S. 38).

Anfärbung der WasserleitungsbahnenFüllen Sie ein Reagenzglas mit in Wasser ver-dünnter roter oder blauer Tinte. Schneiden Sie den Stängel einer Blütenpflanze mit möglichst weißen Blüten (Gänseblümchen, Kamille, Fleißi-ges Lieschen, Margerite, Tulpe, Nelke, Schafgarbe) schräg an. Achten Sie darauf, dass Sie vom Stän-gel unten 1 bis 2 cm abschneiden. Stellen Sie die Pflanze dann in das Reagenzglas. Nach einigen Stunden können Sie die angefärbten Leitungs-bahnen in Spross, Blättern und Blütenblättern erkennen.

Praktische Tipps

Campell, N. A.; Reece, J. B. [Hrsg]: Biologie. Pearson Studium, München 2009Eckebrecht, H; Eckebrecht, D.; Kluge, S.: Natura Experimentesammlung Sekundarstufe I. Klett, Stuttgart 2006Wendel, C.: Biologische Grundversuche SI, Band 1, Botanik. Aulis Deubner, Köln 2001

Film: FWU 4601005: Entwicklung von Blütenpflanzen


Anordnung der LeitungsbahnenDie Leitungsbahnen der höheren Pflanzen sind zu Leitbündeln zusammengefasst, die aus dem Phloem (Siebteil) für den Transport der Assimilate und dem Xylem (Gefäßteil) für den Wassertransport bestehen. Das Phloem besteht aus lebenden Zellen, deren Querwände siebartig durchbrochen sind. Das Xylem dagegen besteht aus abgestorbenen Zellen ohne Querwände. Phloem und Xylem liegen sich häufig gegenüber, wobei das Xylem nach innen zur Sprossachsen-mitte zeigt. Bei zweikeimblättrigen Pflanzen (Dikotylen) liegt noch das Kambium zwischen Phloem und Xylem, welches für das sekundäre Dickenwachstum verantwortlich ist. Die Leitbündel sind bei einkeimblättrigen Pflan-zen (Monokotylen) über den gesamten Stängel-querschnitt verteilt, während sie bei zweikeim-blättrigen Pflanzen ringförmig angeordnet sind.

Wassertransport in der PflanzeDer Wassertransport in der Pflanze erfolgt durch den Wurzeldruck, die Kapillarkräfte und den Transpirationssog. Der Wurzeldruck, der durch die osmotische Wasseraufnahme entsteht, kann das Wasser nur bis zu 10 Meter nach oben drücken. Durch die Abgabe von Wasserdampf (Transpiration) mithilfe der Spaltöffnungen der Blätter entsteht ein Sog (Unterdruck), der das Wasser im Xylem hochzieht. Dabei wird der Was-serfaden durch Kohäsion der Wassermoleküle, die untereinander Wasserstoffbrückenbindun-gen bilden, zusammengehalten.

Wasseraufnahme durch die WurzelWie alle Zellen kann auch eine Wurzelzelle Wasser nur aufnehmen, wenn es aus der Lösung mit der niedrigeren Stoffkonzentration (hypo-tonische Lösung) in die Lösung mit der höheren Stoffkonzentration (hypertonische Lösung) diffundiert. Daher transportieren die Pflanzen aktiv Ionen und Zuckermoleküle aus den Zellen des Zentralzylinders in die Leitungsbahnen der Wurzel. Durch die so mögliche osmotische Wasseraufnahme und die starren Zellwände der Pflanzenzellen entsteht der sogenannte Wurzel-druck in der Wurzel, der das Wasser dann weiter nach oben drückt.

Wassertransportwege in der WurzelPflanzen können nur mit den Wurzelepidermis-zellen im Bereich der Wurzelspitze und beson-ders mit deren Ausstülpungen, den Wurzelhaa-ren, Wasser aufnehmen. Das Bodenwasser wird zunächst in die Kapillarräume zwischen den Zellwänden aufgenommen, anschließend sind verschiedene Transportwege des Wassers mög-lich. Der eine führt durch die Protoplasten der Zellen und über die Plasmabrücken (Plasmodes-men), über die sie miteinander verbunden sind (symplastischer Transportweg). Bei dem anderen Transportweg diffundiert das Wasser durch die Zellwände in die Extrazellularräume, bis es die Endodermis mit dem Casparyschen Streifen er-reicht. Da dieser wasserundurchlässig ist, erfolgt der Weitertransport von dort ebenfalls über das Cytoplasma (apoplastischer Transportweg).

Zusatzinformation

• Zusätzliches ARBEITSBLATT „Welchen Weg nimmt das Wasser in der Pflanze?“ Kapitel 1: Zelle und Stoffwechsel, 1. 2 Fotosynthese und Zellatmung

• Zusätzliches ARBEITSBLATT „Wasseraufnahme durch die Wurzel” Kapitel 1: Zelle und Stoffwechsel, 1. 2 Fotosynthese und Zellatmung

Daten auf DVD &



In den Leitbündeln einer Pflanze gelangt das Wasser (im Xylem) von der Wurzel in die Blätter. Die Leitungsbahnen des Xylems bestehen aus langge-streckten, bereits verholzten Zellen, die in Längsrich-tung übereinanderstehen und durch den Wegfall der Querwände dünne Röhren bilden. Aber wie kann das Wasser sogar gegen die Schwerkraft, z. B. in Bäumen, viele Meter hinaufsteigen?

1 Beschreibe in deinem Heft die Beobachtungen, die mithilfe des Versuchs nach ein paar Tagen gemacht werden können.

2 Deute die Beobachtungen, indem du in deinem Heft erklärst, wie die unterschiedlichen Wasserstände zustande kommen.

3 Nenne in deinem Heft die drei Komponenten, die für den Aufstieg des Wassers im Stängel einer Pflanze verantwortlich sind.

4 Erläutere die Bedeutung der Ölschicht auf dem Wasser.

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Dies liegt auch an den physikalischen Eigenschaften des Wassers. Anziehungskräfte bewirken, dass ein Wassertropfen nicht auseinanderläuft und Wasser in dünnen Röhren aufsteigen kann. Außerdem sorgt das von der Wurzel aufgenommene Wasser für einen Wurzeldruck, sodass das Wasser in den Leitungs-bahnen nach oben geschoben wird. Die dritte Kom-ponente, die hierbei noch eine Rolle spielt, sollst du mithilfe der folgenden Versuchsreihe untersuchen.

Ursachen für den Aufstieg des Wassers

Versuch:

Beobachtung (nach ein paar Tagen):

Plastiktüte

Kondenswasser

Sonne

Ölschicht

Wasser

1 2 3 4

Plastiktüte

Sonne

Ölschicht

Wasser

1 2 3 4

NATURA_LB 7/8 BW_04924352


ARBEITSBLATT Ursachen für den Aufstieg des Wassers

Lösungen

1 Der Wasserstand in den Gläsern ist nach ein paar Tagen unterschiedlich. In Glas 1 mit dem Zweig ohne Blätter befindet sich immer noch genau so viel Wasser wie zu Beginn des Ver-suchs. In Glas 2 mit dem Zweig mit wenigen Blättern ist der Wasserstand gesunken. In Glas 3 mit dem Zweig mit vielen Blättern ist der Wasserstand am niedrigsten. In Glas 4 mit dem Zweig in der Tüte haben sich außerdem in der Tüte einige Wassertropfen angesammelt (kon-densiertes Wasser).

2 Wie man an den Tropfen in der Tüte bei Glas 4 sieht, verdunstet durch die starke Sonnenein-strahlung Wasser aus den Blättern. Je mehr Blätter der Zweig hat, desto mehr Wasser ver-dunstet. Das aus den Blättern verdunstete Wasser wird durch das aus dem Glas nachgesaugte Wasser ersetzt. Die Blätter (bzw. der Unterdruck, der durch das verdunstende Wasser entsteht) ziehen Wasser aus den Leitbündeln nach. Je mehr Blätter an den Zweigen sitzen, desto größer ist dieser Effekt.

3 Die drei Komponenten sind: Anziehungskräfte, Verdunstung, Wurzeldruck.

4 Die Ölschicht stellt sicher, dass das Wasser nicht einfach aus dem Glas verdunsten kann, son-dern nur über den Zweig aufgenommen wird.

Praktische Tipps Versuch zur WasserabgabeDie Versuche des Arbeitsblatts können auch praktisch durchgeführt werden. Material: 4 Bechergläser, Wasser, Öl, 4 Zweige des gleichen Baums oder Strauchs (einen ohne Blätter, einen mit wenigen Blättern, 2 mit vielen Blättern), ein 3-Liter-Gefrierbeutel, Gummiband oder BeutelverschlussDurchführung: Füllen Sie alle Messbecher mit derselben Menge Wasser (z. B. 200 ml) und stellen Sie die Zweige hinein. Gießen Sie auf alle Wasseroberflächen etwas Speiseöl, sodass eine dünne geschlossene Schicht entsteht. Das Wasser kann nun nicht mehr verdunsten. Ziehen Sie den Gefrierbeutel über einen der Zweige mit vielen Blättern und dichten Sie ihn mit dem Gummiband oder dem Beutelverschluss am Zweig ab. Stellen Sie alle Messbecher für eine Woche an einen hellen Ort.

Zusatzaufgabe In zwei Versuchen wird einmal die Unterseite und einmal die Oberseite eines Blatts mit Vaseline oder Nagellack bestrichen. Erkläre, was du hiermit herausfinden kannst. Lösung: Mit diesen Versuchen kann man herausfinden, ob die Blätter das Wasser über die Oberseite oder die Unterseite oder über beide Blattseiten abgeben, da Vaseline und Nagellack die Verduns-tung über die Spaltöffnungen verhindern.

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1.2 Fotosynthese und Zellatmung - asset.klett.de · 1 Zelle1 Zel undStofSdwuchs.h2 und Stoffwechsel 33 1. 2 Fotosynthese und Zellatmung 1.2 Fotosynthese und Zellatmung