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Fotosynthese – Experimentelle Erforschung der Fotosynthesereaktion

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Mtoto
Fotosynthese – Experimentelle Erforschung der Fotosynthesereaktion
lernst du in der Oberstufe 7. Klasse - 8. Klasse - 9. Klasse

Fotosynthese – Experimentelle Erforschung der Fotosynthesereaktion Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Fotosynthese – Experimentelle Erforschung der Fotosynthesereaktion kannst du es wiederholen und üben.
  • Bestimme den Entdecker der jeweiligen Erkenntnisse über die Fotosynthese.

    Tipps

    Der Emerson-Effekt tätigt Aussagen über die Effizienz der Fotosynthese.

    Lösung

    Die Fotosynthese ist die Grundlage der meisten heutigen Lebewesen. Sie ist ein sehr komplexer Prozess und wurde über Generationen erforscht. Die Erkenntnis, dass bei der lichtabhängigen Reaktion Sauerstoff entsteht und Elektronenakzeptoren notwendig sind, verdanken wir Robert Hill. Später erkannte Daniel Arnon jedoch, dass es auch eine lichtunabhängige Reaktion gibt. Theodor Wilhelm Engelmann zeigte, dass die Fotosynthese bestimmte Wellenlängen des Lichtes bevorzugt und effizienter abläuft. Robert Emerson erweiterte diese Erkenntnis und zeigte auf, dass die beiden beteiligten Fotosysteme der Fotosynthese in einem perfekten Zusammenspiel eine hohe Effizienz erreichen. Die Zusammenarbeit ist sogar effizienter als die Summe der Einzelleistungen beider Systeme.

  • Fasse das Experiment zur Klärung der Sauerstoffherkunft zusammen.

    Tipps

    Ergebnisse kann man erst am Ende eines Versuches interpretieren.

    Lösung

    Das Experiment zeigt, dass der produzierte Sauerstoff in der Fotosynthese aus dem Wasser ($H_2O$) stammt und nicht aus dem Kohlenstoffdioxid ($CO_2$). Radioaktive Sauerstoffatome wurden in $CO_2$ und Wasser eingebaut. Man führte jedoch nur einer Pflanze markiertes $CO_2$ zu und nur einer Pflanze markiertes Wasser. Während die Pflanzen nun Sauerstoff produzierten, untersuchte man, welche der beiden Pflanzen markierten Sauerstoff freisetzte. Beim markierten $CO_2$ zeigte sich nichts, während beim markierten Wasser auch markierter Sauerstoff entstand. Die Pflanze spaltet in der Fotosynthese also Wasser auf und gibt den enthaltenen Sauerstoff wieder ab.

  • Analysiere den Einfluss verschiedener Lichtquellen auf die Fotosyntheserate.

    Tipps

    Überlege dir, warum die meisten Blätter grün sind.

    Lösung

    Das Wirkungsspektrum der Fotosynthese umfasst nur ganz bestimmte Wellenlängen. „Normales“ Sonnenlicht enthält eine Kombination aller Wellenlängen. Durch Farbfilter kann man jedoch einzelne Wellenlängen herausfiltern. Trifft nur grünes Licht auf die Pflanze, wird die Fotosyntheserate enorm absinken, da sie diese Wellenlängen kaum verwerten kann. Die Pflanze hat ihr Absorptionsmaximum im roten und blauen Bereich des Lichtes. Eine Kombination beider Wellenlängen steigert die Fotosyntheserate am effizientesten.

  • Erläutere den Versuch und leite korrekte Aussagen ab.

    Tipps

    Der Emerson-Effekt besagt, dass die Fotosyntheseleistung der beiden Fotosysteme in Zusammenarbeit effektiver ist als die Summe der Einzelleistungen beider Fotosysteme.

    Lösung

    Daniel Arnon entwickelte ein Experiment zur lichtunabhängigen Reaktion der Fotosynthese. Er erkannte, dass die $CO_2$-Fixierung lediglich Produkte der lichtabhängigen Reaktion, aber kein direktes Sonnenlicht benötigt. Dass in der Fotosynthese $CO_2$ fixiert wird, war Arnon bereits bewusst. Das gezeigte Experiment verdeutlicht diese Annahmen. Das Blatt ist fähig Fotosynthese zu betreiben, ihm steht aber nur die Luft zur Verfügung, die in der Kammer eingeschlossen wurde. Das Blatt verbraucht dabei $CO_2$ und Wasser und wandelt es in Sauerstoff um, wobei das $CO_2$ im Blatt als Zucker gebunden wird. Die Luft, die in den Kreislauf gepumpt wird, enthält also in jedem Zyklus etwas weniger $CO_2$ und etwas mehr Sauerstoff. Irgendwann ist kein $CO_2$ mehr übrig und die Fotosynthese kommt zum Erliegen.

  • Nenne die Gleichung der Fotosynthese.

    Tipps

    Es entsteht weniger Wasser, als verbraucht wird.

    Lösung

    Bei der Fotosynthese werden Kohlenstoffdioxid ($CO_2$) und Wasser ($H_2O$) zu Sauerstoff ($O_2$) und Glukose ($C_6H_{12}O_6$) verarbeitet. Bei der Reaktion wird sowohl Wasser verbraucht als auch produziert. Es entsteht jedoch mehr Wasser, als verbraucht wird. Für ein Molekül Glukose benötigt die Pflanze 6 Moleküle Kohlenstoffdioxid und produziert ebenfalls 6 Moleküle Sauerstoff.

  • Gliedere den imaginären Versuch von Robert Hill und Daniel Arnon entsprechend ihrer Forschung über die Fotosynthese.

    Tipps

    Stärke ist eine Speicherform von Glukose.

    Lösung

    Robert Hill zeigte mit seinen Versuchen, dass die Fotosynthese eine lichtabhängige Fotolyse in den Chloroplasten ist. Dabei wird Wasser zu Sauerstoff und Wasserstoff gespalten, wobei jedoch ein Elektronenakzeptor benötigt wird. Da auch DCPIP ein Elektronenakzeptor ist, kann es die Elektronen der Reaktion aufnehmen. Als Nachweis dieser Reaktion erfolgt eine dunkle Färbung. Dies gelingt jedoch nur da, wo auch Chloroplasten vorhanden sind, also in den Mesophyllzellen. Dies belegt wiederum die Annahmen von Daniel Arnon, der eine weitere Reaktion der Fotosynthese nachwies. Diese lichtunabhängige Reaktion findet bei vielen Pflanzen im Stroma der Chloroplasten statt, im skizzierten Versuch sind diese Strukturen jedoch in den Bündelscheidenzellen. Hier wird das $CO_2$ als Glukose fixiert und in Stärke umgewandelt. Darum gelingt der Stärkenachweis auch hier nur mithilfe der Jod-Lösung. Ein Bedecken der Bündelscheidenzellen hat keinen Einfluss auf die Fotosynthese, da die Reaktion wie angenommen lichtunabhängig ist. Der Versuch weist daher zwei getrennte Reaktionen der Fotosynthese nach.

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