Probeklausur

Erwartungshorizont: a) 1 Kutikula, 2 obere Epidermis, 3 Palisadengewebe, 4 Schwammgewebe, 5 Leitbündel, 6 Schließzellen einer Spaltöffnung (3 P). b) 3, das Palisadengewebe mit den meisten Chloroplasten (1 P). c) CO₂ strömt durch den Spalt in Atemhöhle und Interzellularen, löst sich an den feuchten Zellwänden und diffundiert zu den Chloroplasten; die Kutikula ist kaum durchlässig, das Xylem leitet Wasser (2 P). d) dicke Kutikula → weniger kutikuläre Transpiration; Spaltöffnungen unten → weniger Sonne und Wind, geringerer Wasserverlust; mehrschichtiges Palisadengewebe → mehr Chloroplasten; immergrün → Fotosynthese an milden Wintertagen (2 P).

Erwartungshorizont: a) etwa 662 nm (2 P). b) \(R_f=7{,}2\,\mathrm{cm}:7{,}5\,\mathrm{cm}=0{,}96\) — die orange Bande ist Carotin (3 P). c) 3 Glucose → \(3\cdot12=36\) NADPH → 72 Elektronen; je \(\ce{H2O}\) 2 Elektronen (\(\ce{2 H2O -> O2 + 4 H+ + 4 e-}\)) → 36 Wassermoleküle (3 P).

Erwartungshorizont: a) \(P_\text{brutto}=P_\text{netto}+R=16+4=20\,\mu\mathrm{mol\,O_2\,h^{-1}}\); R aus der Dunkelmessung (2 P). b) 0 und 5 klx: bei 15 °C höher (Atmung kleiner), 10 klx: gleich, 40 klx: bei 25 °C höher (3 P). c) Schwaches Licht: Licht ist Minimumfaktor, Brutto kaum temperaturabhängig, aber die Atmung steigt mit der Temperatur → Nettorate bei 25 °C kleiner. Starkes Licht: die Enzyme des Calvin-Zyklus begrenzen und arbeiten bei 25 °C schneller (3 P). d) Der Kompensationspunkt liegt bei 25 °C höher (zwischen 2 und 5 klx statt bei 2 klx): Die stärkere Atmung muss durch mehr Licht ausgeglichen werden (2 P). e) Bei 15 °C bringt mehr Licht (20 → 40 klx) nichts, CO₂ ist reichlich vorhanden; bei 25 °C ist die Rate höher → die Temperatur begrenzt (2 P).

Erwartungshorizont: a) Diuron unterbricht den Elektronenfluss hinter PS II: PS II bleibt „besetzt“ und entzieht dem Wasser keine Elektronen mehr → keine Fotolyse, kein O₂; PS I erhält keine Elektronen → kein NADPH; der H⁺-Transport über Plastochinon ruht → kaum Gradient, wenig ATP (3 P). b) Ohne ATP und NADPH aus den Primärreaktionen läuft der Calvin-Zyklus nicht; die Zellatmung baut weiter Kohlenhydrate (auch Stärke) ab (2 P). c) Brutto: \(12+3=15\,\mu\mathrm{mol\,O_2\,h^{-1}}\); je O₂ werden 4 Elektronen frei, je NADPH 2 Elektronen nötig → \(15\cdot2=30\,\mu\mathrm{mol}\) NADPH pro Stunde (3 P). d) −3 µmol/h entspricht genau der Atmungsrate: Die Fotosynthese ist vollständig blockiert, die Atmung läuft weiter. Die Kontrollen zeigen, dass der Effekt vom Herbizid stammt (2 P).

Erwartungshorizont: a) DCPIP nimmt zwei Elektronen und zwei Protonen auf: \(\ce{DCPIP + 2 e- + 2 H+ -> DCPIPH2}\) (blau → farblos) (2 P). b) Wasser ist der Elektronendonator (Fotolyse am PS II); das Licht hebt die Elektronen an P680 und P700 auf ein negativeres Potenzial; DCPIP übernimmt als künstlicher Akzeptor die Rolle des NADP⁺ — deshalb ist kein CO₂ nötig (2 P). c) 0,40 µmol DCPIP · 2 = 0,80 µmol Elektronen; je O₂ werden 4 Elektronen frei (\(\ce{2 H2O -> O2 + 4 H+ + 4 e-}\)) → \(0{,}80:4=0{,}20\,\mu\mathrm{mol}\) O₂ (2 P).

Erwartungshorizont: a) \(n=840\,\mathrm{g}:32\,\mathrm{g\,mol^{-1}}=26{,}25\,\mathrm{mol}\) pro Tag; der Reaktor liefert \(24\cdot1{,}0=24\,\mathrm{mol}\) → reicht nicht (3 P). b) \(12\cdot1{,}0-12\cdot0{,}2=9{,}6\,\mathrm{mol}\): Nachts atmen die Algen und fixieren kein CO₂, der Calvin-Zyklus steht ohne ATP/NADPH still → Vorschlag ablehnen (3 P). c) Richtig ist, dass die CO₂-Aufnahme der O₂-Abgabe entspricht und Biomasse entsteht. „Gesamtes CO₂“ stimmt aber nur, wenn der Reaktor mindestens so viel O₂ bildet, wie der Astronaut verbraucht; nachts wird kein CO₂ fixiert. Position: Die Aussage ist nur bei ausreichend großem, dauerhaft beleuchtetem Reaktor zutreffend (3 P). d) Bei Lichtsättigung hilft mehr Licht nicht; geeignet sind mehr Algen (Volumen) und mehr CO₂; 45 °C würde Enzyme denaturieren, grünes Licht wird kaum absorbiert (3 P).

Erwartungshorizont: a) Richtig: CO₂-Anreicherung in der Bündelscheide verhindert den O₂-Umsatz der Rubisco bei Hitze und Licht; die PEP-Carboxylase arbeitet auch bei engem Spalt, daher weniger Wasserverlust je CO₂. Falsch: Auch C4-Pflanzen nutzen Rubisco, und die Vorfixierung kostet zusätzliches ATP (2 P). b) Pro: hohe Raten bei Hitze. Contra: Der Vorteil hängt von hohen Temperaturen und starkem Licht ab; in einem ungeheizten Gewächshaus in Niedersachsen überwiegen die Kosten der Vorfixierung, C3-Pflanzen erreichen bei kühlen Temperaturen gleiche oder höhere Raten. Die C4-Eigenschaft ist erblich und ändert sich nicht. Ergebnis: Vorschlag fachlich nicht begründet (2 P).