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Übungen: Meso- und Xerophyten

Dicke Kutikula, Krypten, Rollblätter: Wie viel Wasser spart ein Blatt — und was kostet es die Fotosynthese?

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Übungsaufgaben

Zehn Übungen zum Klicken, Zuordnen, Rechnen und Knobeln — von AFB I bis AFB III, mit einer Mix-Aufgabe aus Kapitel 1 und einer Trickaufgabe. Jede Übung gibt sofort Rückmeldung; bei Schwierigkeiten helfen die gestuften Tipps.

A1
Xerophyten und ihre Merkmale
AFB I

Ordnen Sie jedem Xerophyten sein auffälligstes Blattmerkmal zu.

Klicken Sie links einen Eintrag an und dann rechts den passenden — es entsteht eine Verbindungslinie. Mit der Tastatur: Enter zum Auswählen, ↑/↓ zum Wandern.
Alle fünf Merkmale verringern die Wasserabgabe oder sichern Wasser: Rollblatt und Haarfilz schaffen eine feuchte, windstille Luftschicht, die Nadelform verkleinert die verdunstende Oberfläche, das Wasserspeichergewebe legt einen Vorrat an. Bei Kakteen ist das Laubblatt so stark reduziert, dass die Sprossachse die Fotosynthese übernimmt.
Denken Sie an den Standort: Sanddüne, Nadelwald auf Sand, Halbwüste, Hochgebirge.
Das Edelweiß wirkt wegen seiner Haare weißlich-filzig; die Aloe ist eine Sukkulente.
A2
Ein Xerophytenblatt im Querschnitt
AFB I

Die Abbildung zeigt schematisch den Querschnitt durch das Blatt eines Xerophyten. Geben Sie nacheinander an, wo die gesuchten Strukturen liegen.

Klicken Sie die gesuchte Stelle an. Mit der Tastatur: Tab oder Pfeiltasten zum Wandern, Enter zum Auswählen.

A B C D E F
B ist die mehrschichtige Epidermis unter der Kutikula — sie war nicht gesucht, gehört aber ebenfalls zum Verdunstungsschutz. Die Spaltöffnungen (F) sitzen am Grund der Krypte (E), nicht an der Blattoberfläche: So liegt zwischen Spalt und Außenluft eine Schicht feuchter, ruhender Luft.
Die Kutikula ist die äußerste, nichtzelluläre Schicht; das Palisadengewebe besteht aus langgestreckten Zellen.
Krypten sind Einsenkungen der unteren Blattseite; die Spaltöffnung liegt an ihrem tiefsten Punkt.
A3
Was eine C4-Pflanze auszeichnet
AFB I

Nennen Sie alle Merkmale, die für C4-Pflanzen wie Mais oder Zuckerrohr typisch sind.

Mehrere Antworten sind richtig. Markieren Sie alle zutreffenden und klicken Sie dann auf „Prüfen“.
C4-Pflanzen trennen die Vorfixierung (PEP-Carboxylase, Mesophyll) räumlich vom Calvin-Zyklus (Rubisco, Bündelscheide). Rubisco besitzen sie also sehr wohl. Spaltöffnungen, die nur nachts öffnen, kennzeichnen CAM-Pflanzen wie Kakteen — dort ist die Trennung zeitlich.
Das „C4“ im Namen bezieht sich auf das erste Produkt der CO₂-Bindung.
Vier Aussagen sind richtig — Rubisco gibt es auch hier.
A4
Ein trockener Sommertag
AFB II

An einem heißen Tag wird das Wasser im Boden knapp. Beschreiben Sie die Folgen für das Blatt eines Mesophyten, indem Sie die Schritte ordnen.

Ziehen Sie die Karten in die richtige Reihenfolge — mit der Tastatur: ↑/↓ verschiebt, Shift+↑/↓ wechselt nur den Fokus.
1Der Boden trocknet aus, die Wurzeln nehmen weniger Wasser auf.
2Die Schließzellen verlieren Wasser und damit an Innendruck (Turgor).
3Der Spalt zwischen den Schließzellen wird enger.
4Die Transpiration sinkt — die Pflanze spart Wasser.
5Durch den engen Spalt gelangt auch weniger CO₂ in die Interzellularen.
6Die Fotosyntheserate sinkt.
Das Schließen der Spaltöffnungen löst das Wasserproblem, schafft aber ein neues: Ohne CO₂-Nachschub sinkt die Fotosyntheserate. Genau dieser Zielkonflikt erklärt, warum Xerophyten Merkmale besitzen, die die Transpiration auch bei offenen Spaltöffnungen gering halten.
Am Anfang steht der Wassermangel im Boden, am Ende die Folge für die Fotosynthese.
Erst ändert sich der Turgor der Schließzellen, dann die Spaltweite.
A5
Gasaustausch bei Tag und Nacht
MixAFB II

Diese Mix-Aufgabe verbindet den Blattbau mit der Zellatmung aus Kapitel 1. Erklären Sie den Gasaustausch eines Laubblatts, 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.

Tagsüber gelangt CO₂ durch die Spaltöffnungen in die und wird vor allem im für die Fotosynthese verbraucht. Gleichzeitig laufen in den aller Blattzellen die Reaktionen der ab. Nachts findet keine Fotosynthese statt: Das Blatt nimmt dann netto auf und gibt CO₂ ab.

„Glucose“ bleibt übrig: Sie wird nicht über die Spaltöffnungen ausgetauscht. Die Zellatmung läuft Tag und Nacht; tagsüber überwiegt bei ausreichend Licht die Fotosynthese, sodass das Blatt netto CO₂ aufnimmt und O₂ abgibt.
Erinnern Sie sich an Kapitel 1: In welchem Zellorganell läuft die Zellatmung ab?
Die Zellatmung verbraucht O₂ und bildet CO₂ — ohne Licht wird dieses CO₂ nicht mehr verbraucht.
A6
Wasser für ein CO₂
AFB II

An einem heißen Tag (35 °C) werden bei gleich weit geöffneten Spaltöffnungen gemessen (Modellwerte): Mais fixiert 35 µmol CO₂ je m² und Sekunde, Weizen 14 µmol. Beide geben je m² und Sekunde 7 mmol Wasser ab. Berechnen Sie, wie viele Wassermoleküle jede Pflanze je fixiertem CO₂-Molekül verliert, und den Faktor zwischen beiden.

Rechnen Sie die Kette Schritt für Schritt: Erst wenn ein Schritt stimmt, wird der nächste freigeschaltet. Enter prüft. Dezimalzahlen mit Komma oder Punkt.
  1. Mais (C4) H₂O je CO₂
  2. Weizen (C3) H₂O je CO₂
  3. Faktor Weizen : Mais -fach
7 mmol = 7000 µmol. Mais: 7000 : 35 = 200 H₂O je CO₂; Weizen: 7000 : 14 = 500 H₂O je CO₂ — das 2,5-Fache. Bei gleichem Wasserverlust fixiert der Mais mehr CO₂, weil die PEP-Carboxylase auch das wenige CO₂ im Blatt noch effektiv bindet.
Rechnen Sie beide Größen in dieselbe Einheit um: 1 mmol = 1000 µmol.
Wassermoleküle je CO₂ = abgegebenes Wasser : fixiertes CO₂.
A7
Erblich oder umweltbedingt?
AFB II

Ordnen Sie die Beobachtungen als Angepasstheit oder als Modifikation 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).
1Angepasstheit (erblich)
2Modifikation (umweltbedingt)
Eine Angepasstheit zeigt sich unabhängig von den aktuellen Bedingungen, weil sie genetisch festgelegt ist. Bei einer Modifikation unterscheiden sich Pflanzen mit gleichem Erbgut (Teile eines Baumes, Teilstücke, Stecklinge) je nach Umwelt — vererbt wird nur die Reaktionsnorm, nicht die einzelne Ausprägung.
Achten Sie darauf, ob Pflanzen mit gleichem Erbgut unter verschiedenen Bedingungen verglichen werden.
Drei Beobachtungen zeigen ein Merkmal trotz guter Wasserversorgung — das spricht für erblich.
A8
Trickaufgabe: Kiefern aus zwei Wäldern
TrickAFB III

Waldkiefern auf einer trockenen Sanddüne haben eine dickere Kutikula als Waldkiefern in einem feuchten Moorwald. Samen beider Bestände werden im selben Gewächshaus unter gleichen Bedingungen aufgezogen: Die Nadeln beider Gruppen haben danach gleich dicke Kutikulas. Legen Sie sich fest, welche Aussage zutrifft.

Genau eine Antwort ist richtig. Markieren Sie sie und klicken Sie dann auf „Prüfen“.
Die Falle: „Trockenstandort + dicke Kutikula = Angepasstheit“. Verschwindet der Unterschied bei gleichen Bedingungen, war er umweltbedingt — eine Modifikation. Das heißt nicht, dass Kiefern keine Angepasstheiten hätten: Nadelform und eingesenkte Spaltöffnungen besitzen beide Gruppen erblich. Ein erbliches Merkmal geht auch nicht „verloren“, weil es gerade nicht gebraucht wird.
Was bleibt bei gleichen Bedingungen gleich, was verschwindet?
Ein erbliches Merkmal müssten auch die Nachkommen im Gewächshaus zeigen.
A9
Fehlersuche im Referat
AFB III

Eine Schülerin hat für ein Referat sechs Sätze über Xerophyten notiert. Überprüfen Sie die Aussagen.

In diesem Text stecken Fehler. Klicken Sie genau die falschen Zeilen an — die richtigen müssen stehen bleiben.
Die drei Fehler sind typische Fehlvorstellungen: Haare als „Stöpsel“, Angepasstheit als Reaktion des einzelnen Individuums und Xerophyten als Pflanzen ohne Gasaustausch. Der Zielkonflikt zwischen CO₂-Aufnahme und Wasserverlust gilt für alle Landpflanzen.
Prüfen Sie jede Aussage auf Funktion, Erblichkeit und Zielkonflikt.
Drei Aussagen sind falsch.
A10
Was verändert die Transpiration?
AFB III

Ein Mesophytenblatt steht mit geöffneten Spaltöffnungen in der Sonne. Beurteilen Sie, wie sich die folgenden Änderungen auf seine Transpiration auswirken.

Wählen Sie für jede Zeile eine Stufe: 1 = deutlich geringer, 2 = etwas geringer, 3 = kein Einfluss, 4 = etwas höher, 5 = deutlich höher. Mit der Tastatur: Tab zur Zeile, ←/→ zwischen den Stufen, Enter setzt.
1 = deutlich geringer5 = deutlich höher
Wind frischt auf und trägt die feuchte Luft vor den Spaltöffnungen fort.
Die Luftfeuchte der Umgebung steigt auf nahezu 100 %.
Die Schließzellen verlieren Wasser, der Spalt schließt sich.
Die Lufttemperatur steigt, der Wasserdampfgehalt der Luft bleibt gleich.
Eine Wolke schiebt sich vor die Sonne, das Blatt kühlt ab.
Maßgeblich ist das Konzentrationsgefälle für Wasserdampf zwischen Interzellularen und Außenluft sowie die Spaltweite. Wind und Wärme vergrößern das Gefälle, feuchte Luft und ein kühleres Blatt verkleinern es; ein geschlossener Spalt lässt nur noch die geringe kutikuläre Transpiration zu. Hier zählt die Richtung — „etwas“ und „deutlich“ werden bei den Randstufen beide akzeptiert.
Fragen Sie jeweils: Wird das Konzentrationsgefälle größer oder kleiner — oder der Weg für den Wasserdampf versperrt?
Warme Luft kann mehr Wasserdampf aufnehmen, bevor sie gesättigt ist.