Eine Kieselgelplatte, ein Lineal und eine Handvoll Bakterien — so findet man heraus, welches Licht die Pflanze wirklich nutzt.
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Übungsaufgaben
Zehn Übungen zum Klicken, Zuordnen, Rechnen und Knobeln — von AFB I bis AFB III, mit einer Mix-Aufgabe aus früheren Unterkapiteln und einer Trickaufgabe. Jede Übung gibt sofort Rückmeldung; bei Schwierigkeiten helfen die gestuften Tipps.
A1
Farbstoffe im Chloroplasten
AFB I
Nennen Sie alle Pigmente, die in den Thylakoidmembranen höherer Pflanzen Licht für die Fotosynthese absorbieren.
Mehrere Antworten sind richtig. Markieren Sie alle zutreffenden und klicken Sie dann auf „Prüfen“.
Chlorophylle und Carotinoide (Carotine und Xanthophylle) sitzen in den Thylakoidmembranen. Anthocyane färben zwar Blüten und manche Blätter rot, liegen aber gelöst in der Vakuole und nehmen nicht an der Fotosynthese teil. Hämoglobin ist der rote Blutfarbstoff der Wirbeltiere.
Es gibt zwei Pigmentgruppen: Chlorophylle und Carotinoide.
Vier Antworten sind richtig. Ein roter Farbstoff liegt in der Vakuole, nicht im Chloroplasten.
A2
Fachbegriffe rund ums Licht
AFB I
Ordnen Sie jedem Fachbegriff 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.
Absorptionsspektren misst man am Pigmentextrakt mit dem Fotometer, Wirkungsspektren an lebenden Pflanzen (z. B. Sauerstoffbildung). Fließmittelfront und Rf-Wert gehören zur Chromatografie.
„Absorption“ betrifft den Farbstoff, „Wirkung“ die Fotosynthese der ganzen Pflanze.
Ein „Wert“ ist eine Zahl — also ein Quotient.
A3
Rf-Wert von Chlorophyll b
AFB I
Auf einer Kieselgelplatte ist das Fließmittel 9,0 cm über die Startlinie gestiegen, die gelbgrüne Bande von Chlorophyll b liegt 2,7 cm über der Startlinie. Berechnen Sie den Rf-Wert von Chlorophyll b.
Rechnen Sie selbst und tragen Sie das Ergebnis ein — Enter prüft direkt. Dezimalzahlen mit Komma oder Punkt.
\(R_f = \dfrac{2{,}7\,\text{cm}}{9{,}0\,\text{cm}} = 0{,}30\). Der Rf-Wert hat keine Einheit, weil sich cm herauskürzt. Wer die Strecken vertauscht, erhält 3,3 — ein Rf-Wert über 1 ist unmöglich.
Ordnen Sie die Messungen danach ein, ob sie ein Absorptionsspektrum oder ein Wirkungsspektrum liefern.
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).
1Absorptionsspektrum
2Wirkungsspektrum
Ein Absorptionsspektrum beschreibt einen isolierten Farbstoff — ganz ohne Lebewesen. Ein Wirkungsspektrum braucht eine lebende, Fotosynthese treibende Zelle: gemessen wird ein Produkt (O₂) oder ein Verbrauch (CO₂) der Fotosynthese.
Ist bei der Messung ein lebender Organismus beteiligt?
Drei Karten gehören in jeden Korb.
A5
Vom Blatt zum Chromatogramm
AFB II
Beschreiben Sie den Ablauf einer Dünnschichtchromatografie von Blattpigmenten, indem Sie die Schritte ordnen.
Ziehen Sie die Karten in die richtige Reihenfolge — mit der Tastatur: ↑/↓ verschiebt, Shift+↑/↓ wechselt nur den Fokus.
1Blätter mit Sand und Aceton zerreiben und filtrieren
2Startlinie mit Bleistift ziehen und Extrakt mehrmals punktförmig auftragen
3Platte in die Kammer stellen — die Startlinie liegt über dem Fließmittelspiegel
4Kammer verschließen und das Fließmittel aufsteigen lassen
5Platte kurz vor dem oberen Rand herausnehmen und die Front sofort markieren
6Laufstrecken ab der Startlinie messen und Rf-Werte berechnen
Die Startlinie wird mit Bleistift gezogen, weil sich Tinte im Fließmittel mit auftrennen würde. Taucht die Startlinie ins Fließmittel, lösen sich die Pigmente darin, statt auf der Platte zu wandern. Die verschlossene Kammer ist mit Fließmitteldampf gesättigt, sodass die Platte nicht austrocknet.
Ohne Extrakt gibt es nichts aufzutragen.
Gemessen wird erst, wenn die Front markiert ist.
A6
Ein Chromatogramm auswerten
AFB II
Ein Brennnessel-Extrakt wird auf Kieselgel getrennt. Die Front steht 10,0 cm über der Startlinie. Eine orange Bande liegt bei 9,6 cm, eine blaugrüne bei 5,4 cm und eine gelbgrüne bei 4,2 cm. Ermitteln Sie die Rf-Werte und daraus den Abstand der beiden Chlorophyll-Banden.
Rechnen Sie die Kette Schritt für Schritt: Erst wenn ein Schritt stimmt, wird der nächste freigeschaltet. Enter prüft. Dezimalzahlen mit Komma oder Punkt.
Rf-Wert der orangen Bande
Rf-Wert der blaugrünen Bande
Rf-Wert der gelbgrünen Bande
Abstand Chlorophyll a – Chlorophyll bcm
\(9{,}6/10{,}0 = 0{,}96\) (Carotin), \(5{,}4/10{,}0 = 0{,}54\) (Chlorophyll a, blaugrün), \(4{,}2/10{,}0 = 0{,}42\) (Chlorophyll b, gelbgrün). Die beiden Chlorophyll-Banden liegen \(5{,}4 - 4{,}2 = 1{,}2\,\text{cm}\) auseinander — Chlorophyll a wandert weiter, weil es etwas unpolarer ist als Chlorophyll b.
Teilen Sie jede Laufstrecke durch 10,0 cm.
Blaugrün ist Chlorophyll a, gelbgrün Chlorophyll b. Der Abstand ergibt sich aus den Laufstrecken.
A7
Wo das Licht eingefangen wird
MixAFB II
Erklären Sie, wo und wozu Blattpigmente Licht absorbieren, 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.
Die meisten Chloroplasten eines Laubblatts liegen im dicht unter der oberen Epidermis. Die Pigmente sind dort in die eingebettet. Sie absorbieren Lichtenergie, die in umgewandelt wird — unter anderem in Form von , das bei der Zellatmung in den ebenfalls gebildet wird.
„Stroma“ bleibt übrig: Das Stroma ist die Grundsubstanz des Chloroplasten, in der später der Calvin-Zyklus abläuft; die Pigmente sitzen aber in den Membranen der Thylakoide. ATP ist in Chloroplasten und Mitochondrien derselbe Energieträger (Kapitel 1 Zellatmung, 2.1 Bau des Laubblatts).
Erinnern Sie sich an 2.1: Welches Blattgewebe enthält die meisten Chloroplasten?
Pigmente sind fettlöslich — sie sitzen in Membranen, nicht in einer wässrigen Grundsubstanz.
A8
Trickaufgabe: Die doppelte Laufstrecke
TrickAFB III
Auf einer 10-cm-Platte hatte Lutein den Rf-Wert 0,35. Die Trennung wird mit demselben Fließmittel auf einer 20-cm-Platte gleichen Materials wiederholt; das Fließmittel steigt diesmal doppelt so weit. Schätzen Sie den Rf-Wert von Lutein auf der langen Platte ab.
Schieben Sie den Regler auf Ihre Antwort — Pfeiltasten bewegen ihn schrittweise. Nach dem Prüfen sehen Sie den Trefferbereich.
01
Der Rf-Wert bleibt bei etwa 0,35. Lutein wandert zwar doppelt so weit, das Fließmittel aber auch — der Quotient ändert sich nicht. Genau deshalb vergleicht man Rf-Werte und nicht Laufstrecken. Die Falle: „doppelte Strecke, doppelter Wert“.
Was passiert mit Zähler und Nenner des Rf-Werts?
Kieselgel und Fließmittel sind gleich — die Haftung des Pigments auch.
A9
Ein Protokoll zum Bakterienversuch
AFB III
Eine Schülerin fasst den Versuch von Theodor W. ENGELMANN (1882) zusammen. Überprüfen Sie ihre sechs Aussagen.
In diesem Text stecken Fehler. Klicken Sie genau die falschen Zeilen an — die richtigen müssen stehen bleiben.
Engelmanns Bakterien waren ein lebender Sauerstoffmesser. Ihr Verhalten liefert ein Wirkungsspektrum; erst der Vergleich mit den Absorptionsspektren einzelner Pigmente zeigt, welche Farbstoffe beteiligt sind.
Prüfen Sie Farbe, Rolle der Bakterien und die Reichweite der Schlussfolgerung.
Drei Aussagen sind falsch.
A10
Licht für das Gewächshaus
AFB III
Ein Gärtner will Salatpflanzen im Winter mit LED-Lampen beleuchten; alle Lampen geben gleich viel Lichtenergie ab. Beurteilen Sie, wie gut jede Lampe die Fotosynthese antreibt.
Wählen Sie für jede Zeile eine Stufe: 1 = kaum geeignet, 2 = wenig geeignet, 3 = mittel, 4 = gut geeignet, 5 = sehr gut geeignet. Mit der Tastatur: Tab zur Zeile, ←/→ zwischen den Stufen, Enter setzt.
1 = kaum geeignet5 = sehr gut geeignet
LED-Kombination aus Blau (450 nm) und Tiefrot (660 nm)
grüne LED (530 nm)
weiße LED mit breitem Spektrum
Infrarot-Wärmelampe (über 800 nm)
gelbe Natriumdampflampe (589 nm)
Blau und Tiefrot treffen die beiden Absorptionsmaxima der Chlorophylle. Weißes Licht enthält diese Anteile auch, verschwendet aber Energie in der Grünlücke. Grün (530 nm) und Gelb (589 nm) liegen in der Grünlücke; im intakten Blatt wird davon trotzdem ein Teil absorbiert, daher nicht „wirkungslos“. Infrarot jenseits von 750 nm wird von den Chlorophyllen praktisch nicht genutzt. Benachbarte Stufen werden akzeptiert.
Vergleichen Sie jede Wellenlänge mit den Absorptionsmaxima der Chlorophylle.
