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Fotosynthese und Zellatmung

Ein Gartenteich rund um die Uhr und die „grüne Lunge“ — zwei Fälle zu Fotosynthese und Zellatmung.

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Sauerstoff im Gartenteich

AFB I–II

Ein Umweltverein misst an einem sonnigen Sommertag den Sauerstoffgehalt in einem Gartenteich mit vielen Wasserpflanzen:

6 Uhr: 5 mg pro Liter
12 Uhr: 9 mg pro Liter
18 Uhr: 11 mg pro Liter
24 Uhr: 7 mg pro Liter
6 Uhr am nächsten Morgen: 5 mg pro Liter

  1. Beschreibe den Verlauf des Sauerstoffgehalts.
  2. Erkläre den Anstieg zwischen 6 und 18 Uhr.
  3. Interpretiere die Abnahme in der Nacht.
  4. Stelle eine Vermutung auf , zu welcher Tageszeit die Fische im Teich am ehesten in Atemnot geraten.

Hinweise

Hinweis zu Aufgabe a)
Wann ist der Wert am höchsten, wann am niedrigsten?
Hinweis zu Aufgabe b)
Welcher Vorgang überwiegt im Licht?
Hinweis zu Aufgabe c)
Welcher Vorgang läuft im Dunkeln allein?
Hinweis zu Aufgabe d)
Wann ist der Sauerstoffgehalt am niedrigsten?

Erwartungshorizont

Erwartungshorizont zu Aufgabe a)

Morgens um 6 Uhr ist der Sauerstoffgehalt mit 5 mg pro Liter am niedrigsten. Bis 18 Uhr steigt er auf 11 mg pro Liter an, danach sinkt er in der Nacht bis zum nächsten Morgen wieder auf 5 mg pro Liter.

Erwartungshorizont zu Aufgabe b)

Am Tag betreiben die Wasserpflanzen Fotosynthese. Dabei entsteht mehr Sauerstoff, als Pflanzen und Tiere durch Zellatmung verbrauchen. Der Überschuss löst sich im Wasser — der Gehalt steigt.

Erwartungshorizont zu Aufgabe c)

Nachts findet keine Fotosynthese statt. Pflanzen, Fische und andere Tiere betreiben weiter Zellatmung und verbrauchen Sauerstoff. Deshalb sinkt der Gehalt.

Erwartungshorizont zu Aufgabe d)

Am ehesten in den frühen Morgenstunden kurz vor Sonnenaufgang, weil der Sauerstoff dann die ganze Nacht über verbraucht wurde und der Gehalt am niedrigsten ist.

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Zwei Vorgänge im Vergleich

AFB II–III

In einem Schulbuch steht: „Der Amazonas-Regenwald ist die grüne Lunge der Erde — er versorgt uns mit Sauerstoff.“ Forschende weisen darauf hin, dass ein ausgewachsener Regenwald etwa so viel Sauerstoff durch Zellatmung verbraucht — von Pflanzen, Tieren, Pilzen und Bakterien —, wie seine Pflanzen durch Fotosynthese abgeben.

  1. Vergleiche Fotosynthese und Zellatmung nach Ort, Bedingungen, Ausgangsstoffen, Produkten und Energie.
  2. Erläutere , wie Fotosynthese und Zellatmung Pflanzen und Tiere zu einem Stoffkreislauf verbinden.
  3. Begründe , warum eine Pflanze stirbt, wenn sie wochenlang im Dunkeln steht.
  4. Beurteile die Aussage aus dem Schulbuch.

Hinweise

Hinweis zu Aufgabe a)
Lege eine Tabelle mit zwei Spalten an.
Hinweis zu Aufgabe b)
Was gibt die eine Seite ab, was nimmt die andere auf?
Hinweis zu Aufgabe c)
Welcher Vorgang fehlt im Dunkeln, welcher läuft weiter?
Hinweis zu Aufgabe d)
Vergleiche Abgabe und Verbrauch von Sauerstoff im ganzen Wald.

Erwartungshorizont

Erwartungshorizont zu Aufgabe a)

Fotosynthese: in Chloroplasten grüner Pflanzenzellen, nur bei Licht; Kohlenstoffdioxid + Wasser → Traubenzucker + Sauerstoff; Lichtenergie wird in chemische Energie umgewandelt. Zellatmung: in den Mitochondrien aller lebenden Zellen, immer; Traubenzucker + Sauerstoff → Kohlenstoffdioxid + Wasser; chemische Energie wird für die Zelle nutzbar, ein Teil wird Wärme.

Erwartungshorizont zu Aufgabe b)

Pflanzen nehmen Kohlenstoffdioxid auf und geben Sauerstoff und Traubenzucker (als Nahrung) ab. Tiere nehmen Nahrung und Sauerstoff auf und geben bei der Zellatmung Kohlenstoffdioxid und Wasser ab, die die Pflanzen wieder für die Fotosynthese nutzen. Die Stoffe wandern so im Kreis.

Erwartungshorizont zu Aufgabe c)

Im Dunkeln findet keine Fotosynthese statt, es entsteht kein neuer Traubenzucker. Die Zellatmung läuft aber weiter und verbraucht die gespeicherte Stärke. Sind die Vorräte aufgebraucht, fehlt den Zellen Energie — die Pflanze stirbt.

Erwartungshorizont zu Aufgabe d)

Die Aussage ist nur teilweise richtig. Die Pflanzen des Regenwalds geben zwar viel Sauerstoff ab, aber fast genauso viel wird im Wald selbst durch Zellatmung wieder verbraucht. Als „Sauerstofflieferant“ für die übrige Welt ist ein ausgewachsener Wald kaum wichtig. Wichtig ist er trotzdem: als Speicher für Kohlenstoff, für das Klima und als Lebensraum vieler Arten. Das Bild der „Lunge“ passt auch deshalb nicht, weil eine Lunge Sauerstoff aufnimmt.