Mehr Licht, mehr Wärme, mehr CO₂ — wann hilft das der Pflanze wirklich und wann gar nicht?
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Übungsaufgaben
Zehn Übungen zum Klicken, Zuordnen, Rechnen und Knobeln — von AFB I bis AFB III, mit einer Mix-Aufgabe zur Zellatmung und einer Trickaufgabe. Jede Übung gibt sofort Rückmeldung; bei Schwierigkeiten helfen die gestuften Tipps.
A1
Was misst man eigentlich?
AFB I
Nennen Sie alle Messgrößen, die unmittelbar die Nettofotosyntheserate wiedergeben.
Mehrere Antworten sind richtig. Markieren Sie alle zutreffenden und klicken Sie dann auf „Prüfen“.
Gasaustausch mit der Umgebung ist immer Nettofotosynthese, weil die Zellatmung parallel läuft. Die gesamte \(\ce{O2}\)-Bildung (Brutto) ist nicht direkt messbar; der \(\ce{O2}\)-Verbrauch im Dunkeln ist die Atmungsrate, der Chlorophyllgehalt gar keine Rate.
Netto = das, was das Blatt nach außen abgibt oder von außen aufnimmt.
Drei Aussagen beschreiben einen Gasaustausch im Licht.
A2
Fachbegriffe der Lichtkurve
AFB I
Ordnen Sie jedem Begriff die passende Beschreibung zu.
Klicken Sie links einen Eintrag an und dann rechts den passenden — es entsteht eine Verbindungslinie. Mit der Tastatur: Enter zum Auswählen, ↑/↓ zum Wandern.
Am Kompensationspunkt gleicht die Bruttofotosynthese die Atmung genau aus. Die Atmungsrate lässt sich im Dunkeln direkt messen, weil dort keine Fotosynthese läuft.
„Kompensieren“ heißt ausgleichen: Was gleicht sich dort aus?
„Minimum“ steht für den knappsten Faktor, „Optimum“ für den besten Wert.
A3
Die Lichtkurve eines Buchenblatts
AFB I
Die Abbildung zeigt die Netto-\(\ce{CO2}\)-Aufnahme eines Buchenblatts bei 20 °C (Modellwerte). Entnehmen Sie der Abbildung die Atmungsrate des Blattes.
Tragen Sie den Betrag ein — Enter prüft direkt. Dezimalzahlen mit Komma oder Punkt.
mg · dm⁻² · h⁻¹
Bei 0 klx läuft keine Fotosynthese. Die Kurve beginnt bei \(-2\): Das Blatt gibt \(2\ \mathrm{mg\,CO_2\,dm^{-2}\,h^{-1}}\) ab — das ist die Atmungsrate. Die Nulllinie wird bei etwa 1,5 klx geschnitten (Lichtkompensationspunkt).
Bei welcher Beleuchtungsstärke findet keine Fotosynthese statt?
Lesen Sie den Schnittpunkt der Kurve mit der senkrechten Achse ab und geben Sie den Betrag an.
A4
Grünalgen in der Sauerstoffmesszelle
AFB II
Eine Chlorella-Suspension steht in einer abgedunkelten Messzelle; der \(\ce{O2}\)-Gehalt sinkt um \(6\ \mu\mathrm{mol\,h^{-1}}\). Nach dem Einschalten der Lampe steigt er um \(21\ \mu\mathrm{mol\,h^{-1}}\). Berechnen Sie Atmungsrate, Bruttofotosyntheserate und den Anteil des gebildeten Sauerstoffs, den die Algen selbst veratmen.
Rechnen Sie die Kette Schritt für Schritt: Erst wenn ein Schritt stimmt, wird der nächste freigeschaltet. Enter prüft. Dezimalzahlen mit Komma oder Punkt.
Atmungsrate \(R\)µmol/h
Bruttofotosyntheserateµmol/h
selbst veratmeter Anteil%
Im Dunkeln misst man nur die Atmung: \(R = 6\ \mu\mathrm{mol\,h^{-1}}\). Im Licht misst man netto: \(P_{\text{brutto}} = 21 + 6 = 27\ \mu\mathrm{mol\,h^{-1}}\). Anteil: \(6/27 \approx 0{,}222 = 22{,}2\,\%\) — vorausgesetzt, die Atmung ist im Licht genauso hoch wie im Dunkeln.
Im Dunkeln gibt es keine Fotosynthese — der Rückgang ist allein Atmung.
Hypothese: „Die \(\ce{O2}\)-Produktion von Grünalgen steigt zwischen 10 °C und 30 °C mit der Temperatur.“ Zur Prüfung stehen Algenansätze in Wasserbädern unterschiedlicher Temperatur vor einer LED-Lampe. Ordnen Sie die Größen in die drei Variablentypen ein.
Ziehen Sie jede Karte in den passenden Korb — oder wählen Sie sie mit Enter aus und drücken Sie dann die Ziffer des Korbs (0 legt sie zurück).
1unabhängige Variable
2abhängige Variable
3kontrollierte Variable
Verändert wird nur die Temperatur (unabhängig), gemessen wird die \(\ce{O2}\)-Zunahme (abhängig). Alles andere muss in allen Ansätzen gleich bleiben — sonst lässt sich ein Unterschied nicht eindeutig auf die Temperatur zurückführen. Die LED-Lampe wärmt die Ansätze kaum.
Die Hypothese nennt die Ursache und die gemessene Wirkung.
Genau eine Größe wird verändert, genau eine gemessen — die übrigen vier bleiben konstant.
A6
Warum die Lichtkurve flach wird
AFB II
Erläutern Sie den Verlauf einer Lichtkurve bei 0,04 % \(\ce{CO2}\), indem Sie den Lückentext vervollständigen — ein Wort bleibt übrig.
Wort anklicken, dann Lücke anklicken (oder umgekehrt) — mit Tab und Enter geht es genauso. Ein Klick auf eine gefüllte Lücke legt das Wort zurück.
Bei schwacher Beleuchtung ist der Minimumfaktor: Die Lichtreaktionen liefern zu wenig . Bei starkem Licht fixiert der nicht mehr alles, was angeliefert wird, weil nun knapp ist. Wird dessen Konzentration erhöht, liegt die Lichtsättigung .
„Chlorophyll“ bleibt übrig. Die Sättigung entsteht nicht, weil das Chlorophyll „voll“ ist, sondern weil die Sekundärreaktionen durch das knappe \(\ce{CO2}\) (Luft: etwa 0,04 %) begrenzt werden. Mit mehr \(\ce{CO2}\) steigt die Kurve weiter an und sättigt erst bei höherer Lichtintensität und höherer Rate.
Was liefern die Primärreaktionen an die Sekundärreaktionen?
Erinnern Sie sich an 2.3.1: Welches Substrat bindet RuBisCO?
A7
Fotosynthese trifft Zellatmung
MixAFB II
Erklären Sie die Abhängigkeit der Nettorate mit Ihrem Wissen über Enzyme, den Calvin-Zyklus und die Zellatmung (Kapitel 1): Stimmen die Aussagen?
5 Aussagen nacheinander. Eine falsche Einschätzung reicht — dann starten Sie die Serie mit „Neue Runde“ neu.
Aussage 1 von 5
Fotosynthese und Zellatmung laufen gleichzeitig in derselben Zelle. Alles, was die Atmung beschleunigt, senkt bei gleicher Bruttorate die Nettorate und verschiebt den Kompensationspunkt nach oben.
Kapitel 1: Wann und wo findet Zellatmung statt?
Nettorate = Bruttorate − Atmungsrate. Was passiert mit der Differenz, wenn die Atmung wächst?
A8
Trickaufgabe: Doppelt so hell
TrickAFB III
Ein Sonnenblatt der Sonnenblume nimmt bei 60 klx, 25 °C und 0,04 % \(\ce{CO2}\) netto \(14\ \mathrm{mg\,CO_2\,dm^{-2}\,h^{-1}}\) auf; die Lichtkurve ist dort bereits waagerecht. Die Beleuchtungsstärke wird auf 120 klx verdoppelt, die Blatttemperatur bleibt gleich. Schätzen Sie die neue Nettorate ab.
Schieben Sie den Regler auf Ihre Antwort — Pfeiltasten bewegen ihn schrittweise. Nach dem Prüfen sehen Sie den Trefferbereich.
030
Die Rate bleibt bei etwa 14. Im Bereich der Lichtsättigung ist Licht nicht mehr der Minimumfaktor — begrenzt wird durch das \(\ce{CO2}\)-Angebot. Die Falle: „doppeltes Licht, doppelte Fotosynthese“ gilt nur im steilen Anfangsteil der Lichtkurve.
Was bedeutet „die Lichtkurve ist waagerecht“?
Welcher Faktor ist bei 0,04 % \(\ce{CO2}\) und viel Licht knapp?
A9
Ein Protokoll mit Schwächen
AFB III
Eine Schülergruppe untersucht mit der Blattscheibchen-Methode den Einfluss der Lichtintensität. Überprüfen Sie die sechs Protokollnotizen.
In diesem Text stecken Fehler. Klicken Sie genau die falschen Zeilen an — die richtigen müssen stehen bleiben.
Die drei Fehler betreffen die drei Kernpunkte eines Experiments: eine nicht kontrollierte Variable (Temperatur), die falsch gedeutete Messgröße (netto statt brutto) und eine zu weit gehende Verallgemeinerung über den untersuchten Bereich hinaus.
Prüfen Sie Variablenkontrolle, Messgröße und Schlussfolgerung.
Der Dunkelansatz ist eine sinnvolle Kontrolle.
A10
Das Gewächshaus im Winter
AFB III
In einem Gewächshaus mit Tomaten ist es an einem trüben Wintertag 20 °C warm; das Licht reicht gerade für eine Nettorate knapp über dem Kompensationspunkt, \(\ce{CO2}\) liegt bei 0,04 %. Beurteilen Sie, wie sich jede Maßnahme auf die Nettofotosyntheserate auswirkt.
Wählen Sie für jede Zeile eine Stufe: 1 = deutlich geringer, 2 = etwas geringer, 3 = kaum Einfluss, 4 = etwas höher, 5 = deutlich höher. Mit der Tastatur: Tab zur Zeile, ←/→ zwischen den Stufen, Enter setzt.
1 = deutlich geringer5 = deutlich höher
Starke Zusatzbeleuchtung wird eingeschaltet.
Die CO₂-Konzentration wird ohne Zusatzlicht auf 0,1 % erhöht.
Die Heizung wird auf 32 °C hochgedreht.
Die verschmutzten Glasscheiben werden gereinigt.
Die Scheiben werden mit grüner Folie beklebt, die nur grünes Licht durchlässt.
Minimumfaktor ist hier das Licht: Nur mehr Licht (Zusatzlampe, saubere Scheiben) hebt die Rate. Zusätzliches \(\ce{CO2}\) bringt bei Lichtmangel kaum etwas. Wärme beschleunigt vor allem die Atmung, während die lichtbegrenzte Fotosynthese kaum zulegt — die Nettorate fällt, im Extremfall unter null. Grünes Licht wird von den Blattpigmenten kaum absorbiert (siehe Blattpigmente). Richtung zählt: Bei den Randstufen werden „etwas“ und „deutlich“ beide akzeptiert.
Bestimmen Sie zuerst den Minimumfaktor im Ausgangszustand.
Wärme beschleunigt auch die Zellatmung; grünes Licht wird von Chlorophyll reflektiert.
