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Fotosynthese nachweisen

Pflanzen machen aus Energie Nahrung – im Gegensatz zu Tieren. Die machen aus Nahrung Energie. Das heißt: Wenn Tiere Nahrung zu sich nehmen, können sie daraus Energie zum Leben gewinnen. Und Pflanzen nehmen Energie in Form von Sonnenlicht auf und machen daraus Nahrung für sich, um zu wachsen. Dabei entsteht Sauerstoff. Das ist eine tolle Erfindung der Natur und sie heißt Fotosynthese .

Sauerstoff ist aber unsichtbar und riecht auch nicht. Wie kann man ihn trotzdem nachweisen? Das geht ganz einfach!

• einen großen Becher
• ein Reagenzglas
• einen Trichter
• ein großes Marmeladenglas oder etwas Ähnliches
• Natronpulver
• Streichholz/Feuerzeug
• Schaschlikspieß

Und so funktioniert's:

Klickt euch duch die Versauchsanleitung!

1. Befüllt zuerst den großen Becher mit Wasser und gebt etwas Natronpulver dazu. Gut umrühren!

2. Jetzt braucht ihr die Wasserpest. Diese Pflanze wächst in Seen, Teichen, oder man bekommt sie im Aquariumsfachhandel. Stopft ein bisschen Wasserpest in einen Trichter und setz diesen kopfüber in das große Marmeladenglas.

3. Befüllt nun das Reagenzglas randvoll mit Natronwasser und gießt das restliche Natronwasser bis oben hin in das Marmeladenglas, bis alles bedeckt ist.

4. Jetzt wird es etwas fummelig: Ihr müsst nun das Reagenzglas kopfüber über den Stiel vom Trichter fädeln. Dabei müsst ihr das Reagenzglas unten zuhalten, damit das Natronwasser darin nicht auslaufen kann.

5. Sobald die Öffnung des Reagenzglases unter der Wasseroberfläche ist, könnt ihr den Finger wegnehmen und es vorsichtig drüber stülpen. Wichtig ist, dass das Reagenzglas bis oben hin voll mit Natronwasser ist. So sieht das Ganze dann aus.

6. Jetzt stellt ihr das Ganze in die Sonne und wartet. Nach einer guten Weile sollte sich das Reagenzglas mit Sauerstoff gefüllt haben und nicht mehr voll mit Wasser sein.

7. Dass das auch wirklich Sauerstoff ist, könnt ihr jetzt beweisen. Am besten klappt das zu zweit. Holt das Reagenzglas wieder genauso raus, wie ihr es reingestellt habt. Ganz vorsichtig und indem ihr noch unter Wasser die Öffnung mit eurem Finger verschließt. Dreht es herum, so dass der Sauerstoff sich jetzt oben befindet (schön weiter zuhalten). In der Zeit kann euer Versuchspartner den Schaschlikspieß anzünden. Lasst ihr kurz anbrennen, dann auspusten. Jetzt sollte das Holz noch glimmen. Haltet nun dieses glimmende Stückchen in den Sauerstoff und: tadaaa! Der Spieß entzündet sich neu!

8. Reiner Sauerstoff bringt Dinge zum Brennen. Wenn ihr das glimmende Holzstück in ein Reagenzglas haltet, in dem nur „normale“ Atemluft ist, geschieht nichts. Kein Aufglimmen. Und das ist der Beweis: Die Wasserpest hat Sauerstoff produziert.

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Fotosynthese – experimentelle Nachweise der Reaktion

Pflanzen nutzen Sonnenlicht und Kohlenstoffdioxid, um energiereiche Glucose und Sauerstoff zu produzieren - ein Prozess namens Fotosynthese. Entdecke historische Experimente zur Fotosynthese von Helmont und Priestley und lerne, wie Licht und Gase mit diesem Prozess zusammenhängen. Interessiert? Dies und vieles mehr erfährst du im folgenden Text!

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Fotosynthese – experimentelle Nachweise der Reaktion – Biologie

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Grundlagen zum Thema Fotosynthese – experimentelle Nachweise der Reaktion

Wie kann man Fotosynthese nachweisen? Pflanzen produzieren mithilfe der Energie aus dem Sonnenlicht und Kohlenstoffdioxid energiereiche Glucose und Sauerstoff . Dieser Prozess wird Fotosynthese genannt. Die Reaktionsgleichung der Fotosynthese lautet:

$\ce{\underset{Kohlenstoffdioxid}{6CO2} + \underset{Wasser}{6H2O} -> \underset{Glucose}{C6H12O6}+ \underset{Sauerstoff}{6O2}}$

Wie wurden diese Zusammenhänge entdeckt? Mit welchen Experimenten wurde die Fotosynthese nachgewiesen? Diesen Fragen gehen wir im folgenden Text auf den Grund.

Um herauszufinden, ob eine Fotosynthese stattfindet, kann man verschiedene Experimente anwenden. In historischen Versuchen zur Fotosynthese wurde erforscht, dass Pflanzen zum Wachstum Wasser, Licht und Gase benötigen.

Der Wissenschaftler Johan Baptista van Helmont fand in seinen Experimenten zur Fotosynthese heraus, dass Pflanzen zur Bildung von organischer Materie auf Wasserzufuhr angewiesen sind. Daneben spielen auch Licht, Sauerstoff und Kohlenstoffdioxid eine Rolle. Dies wurde von dem Forscher Joseph Priestley beschrieben. Diese Experimente lernst du im folgendem Video kennen: Joseph Priestley und die Entdeckung der Fotosynthese . Im Folgenden erfährst du, wie genau diese Zusammenhänge aussehen.

Belichtet man den Spross der Wasserpest , einer Wasserpflanze, in einem mit Wasser gefüllten Gefäß, kann man folgende Beobachtung machen:

An einigen Stellen der Pflanze treten Gasblasen aus. Diese steigen nach oben und werden in einem geschlossenen Gefäß gesammelt. Mit einem glimmenden Span lässt sich Sauerstoff nachweisen ( Glimmspanprobe ). Feuer benötigt Sauerstoff, um zu brennen. Glimmt der Span weiter, ist Sauerstoff im Gefäß vorhanden. Mit diesem Versuch wurde nachgewiesen, dass Sauerstoff bei der Fotosynthese entsteht.

Erfolgt die Durchführung des Versuchs in abgekochtem – also kohlenstoffdioxidarmem – Wasser, kann kein Sauerstoff nachgewiesen werden. Somit konnte mit diesem Experiment zur Fotosynthese und der Wasserpest als Versuchspflanze auch nachgewiesen werden, dass zur Fotosynthese Kohlenstoffdioxid benötigt wird.

Erfolgt die Durchführung des Versuchs in Dunkelheit, entsteht ebenfalls kein Sauerstoff. Die Schlussfolgerung aus diesen Ergebnissen ist, dass die Fotosynthese von Licht und Kohlenstoffdioxid abhängig ist. Dieser Zusammenhang wurde von dem Wissenschaftler Jan Ingenhousz beschrieben, der diese Experimente zur Fotosynthese durchgeführt hat.

Den Zusammenhang zwischen Fotosynthese und Licht hat der Wissenschaftler Theodor Wilhelm Engelmann mit seinen Experimenten zur Fotosynthese genauer untersucht. Weißes Licht ist eine Mischung unterschiedlicher Lichtfarben verschiedener Wellenlängen und Energie . Licht kann z B. durch ein Prisma in die einzelnen Spektralfarben zerlegt werden. Ein solches Spektrum projizierte Engelmann auf einen Algenfaden . Je stärker die fotosynthetische Aktivität in einem bestimmten Farbbereich war, desto mehr Sauerstoff entstand in diesem Bereich.

Um den Sauerstoffgehalt zu bestimmen, setzte Engelmann in diesem Versuch sauerstoffliebende (aerobe) Bakterien ein. Diese sammelten sich dort an, wo Sauerstoff durch Fotosynthese in großer Menge gebildet wurde. Die Bereiche von rotem und blauem Licht wiesen die höchste Bakteriendichte auf. Damit lag dort die höchste Sauerstoffkonzentration vor. Diese Bereiche entsprechen auch dem Absorptionsspektrum des grünen Blattfarbstoffs Chlorophyll , dem Ort der Fotosynthese. Mit seinem Versuch zur Fotosynthese hat Engelmann nachgewiesen, dass Licht verschiedener Wellenlängen für die Fotosynthese unterschiedlich wirksam ist.

Die Ergebnisse dieses Versuchs sind in der folgenden Abbildung dargestellt:

Im folgenden Steckbrief sind die Lebensdaten und bedeutendsten Entdeckungen von Theodor Wilhelm Engelmann zusammengefasst:

Die Wellenlängen des Lichts, die im Versuch von Engelmann die höchste Fotosyntheseaktivität auslösen, entsprechen auch dem Absorptionsspektrum des grünen Blattfarbstoffs Chlorophyll in den Chloroplasten , dem Ort der Fotosynthese. Die Wissenschaftler Trebst und Arnon fanden mit verschiedenen Experimenten heraus, dass die Fotosynthese ein zweistufiger Prozess ist. Es kommt zu einer lichtabhängigen und einer lichtunabhängigen Reaktion. Die lichtabhängige Reaktion findet dabei in den Thylakoiden der Chloroplasten statt. Bei den Thylakoiden handelt es sich um Ausstülpungen der Chloroplastenmembran. Die lichtunabhängige Reaktion läuft im Stroma , dem Innenraum der Chloroplasten, ab.

Ein weiterer einfacher Versuch zur Fotosynthese, der auch als Schülerexperiment in der Schule oder von Kindern zu Hause durchgeführt werden kann, zeigt den Zusammenhang zwischen Licht und Fotosynthese auf: Ein Laubblatt wird stellenweise mit Aluminiumfolie verdunkelt und der restliche Teil belichtet. Nach einigen Stunden löst man die Blattfarbstoffe mit Alkohol und gibt eine Jodlösung hinzu. Diese färbt Stärke dunkelblau. Nur an den Stellen, die zuvor belichtet wurden, ist eine solche Färbung erkennbar. Hier wurde durch Fotosynthese Glucose gebildet und in Form von Stärke gespeichert, die sich im Experiment verfärbt hat.

In diesem Video lernst du verschiedene Experimente zur Fotosynthese kennen. Du kannst dir anschauen, welche Faktoren bei der Fotosynthese eine Rolle spielen und wie man das in einfachen Versuchen zeigen kann. So sind zum Beispiel Kohlenstoffdioxid, Licht und Chlorophyll für die Fotosynthese notwendig.

Nach dem Betrachten des Videos hast du die Möglichkeit, Arbeitsblätter und Übungen zum Thema Versuche zur Fotosynthese zu bearbeiten. Viel Spaß!

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Transkript Fotosynthese – experimentelle Nachweise der Reaktion

Hallo! Wenn man dich fragt, was für die Fotosynthese benötigt wird und was dabei entsteht, dann weißt du einfach, dass Licht, Wasser und Co2 benötigt wird und dass Sauerstoff und Glukose entstehen.

Doch was für uns so einfach ist, galt es damals erst noch herauszufinden. Wie fand man heraus, dass Sauerstoff bei der Fotosynthese frei wird und wie weist man entstandene Glukose nach? Experimente dazu und noch mehr lernst du in diesem Video!

Geschichte der Fotosynthese

Zu Beginn des 19. Jahrhunderts wusste man bereits, dass Pflanzen Kohlenstoffdioxid und Wasser aufnehmen und dabei das lebenswichtige Gas Sauerstoff abgeben.

Man stellte fest, dass das Volumen an aufgenommenem Kohlenstoffdioxid gleich dem Volumen an abgegebenem Sauerstoff ist. Deshalb nahm man zunächst auch fälschlicherweise an, dass das Kohlenstoffdioxid bei der Fotosynthese gespalten wird und dabei Sauerstoff entsteht. Wie wir heute wissen stimmt das nicht und der abgegebene Sauerstoff stammt aus der Spaltung von Wasser.

Atmung, Fotosynthese und Kompensationspunkt

Es fiel auch auf, dass die Fotosynthese lichtabhängig ist und in Dunkelheit nicht abläuft. Nachts wird dagegen von der Pflanze Sauerstoff aufgenommen und Kohlenstoffdioxid abgegeben, da dann nur die Atmung in der Pflanze abläuft.

Das kann man leicht sehen, wenn man die Kohlenstoffdioxid-Aufnahme bzw. die -Abgabe untersucht, indem man eine Pflanze zum Beispiel unter eine Glasglocke stellt und dann die Gaszusammensetzung untersucht. In Dunkelheit gibt die Pflanze Kohlenstoffdioxid ab, da sie atmet.

Mit steigender Lichtintensität kann Fotosynthese stattfinden. Am Kompensationspunkt halten sich Fotosynthese und Atmung die Waage und es wird genauso viel Sauerstoff durch Atmung verbraucht wie durch Fotosynthese produziert wird. Bei höheren Lichtintensitäten überwiegt die Fotosynthese und es wird Kohlenstoffdioxid aufgenommen.

Einfache Versuche zur Fotosynthese kann man mit Wasserpflanzen durchführen. Ein Versuch zur Abhängigkeit der Fotosynthese von Licht und Kohlenstoffdioxid wird mit einem Spross der Wasserpest durchgeführt. Die Wasserpest produziert bei Belichtung Sauerstoff, der als Bläschen sichtbar wird. Diesen Sauerstoff kann man mittels eines Trichters und eines Reagenzglases auffangen. Mit der Glimmspanprobe kann Sauerstoff nachgewiesen werden.

In Dunkelheit wird kein Sauerstoff freigesetzt, so dass dieser Versuch sehr anschaulich die Lichtabhängigkeit und die Sauerstoffproduktion der Fotosynthese zeigt. Wenn man das Wasser, in das die Wasserpest gelegt wird, vor Versuchsbeginn abkocht und so das gelöste Kohlenstoffdioxid entfernt, bilden sich bei Belichtung keine Bläschen. Dieses Experiment zeit dir also, dass auch Kohlenstoffdioxid für die Fotosynthese benötigt wird.

Fotosyntheseaktivitäten

Ein weiteres Experiment wurde von Engelmann mit Schraubenalgen durchgeführt. Dieser bestrahlte längliche Schraubenalgen mit Licht verschiedener Wellenlängen . Das kann man machen, indem man weißes Licht mittels einem Prismas in die einzelnen Wellenlängen zerlegt.

Engelmann konnte beobachten, dass sich aerobe, also sauerstoffabhängige, Bakterien in bestimmten Bereichen der Schraubenalge ansammeln. Das liegt daran, dass in diesem Bereichen Sauerstoff gebildet wird, der von den aeroben Bakterien benötigt wird.

Die Bakterien sammeln sich vor allem in den Bereichen, wo blaues und rotes Licht auf die Algen trifft. Dort wo grünes Licht auf die Algen trifft, sammeln sich nur wenig Bakterien an. Engelmann konnte daraus schließen, dass für Fotosynthese rotes und blaues Licht notwendig ist, während grünes Licht für die Fotosynthese nahezu unwirksam ist.

Wie Du ja sicher weißt, entsteht bei der Fotosynthese zunächst Traubenzucker , der dann in Stärke umgewandelt wird. Das kann man leicht in einem Versuch mit zum Beispiel einem Laubblatt eines Baumes zeigen. Dazu deckt man einen Teil des Blattes mit einem Streifen Alufolie ab, während der andere Teil des Blattes dem Licht ausgesetzt ist.

Entfernt man nach einiger Zeit die Blattfarbstoffe mit Alkohol und behandelt dann das Blatt mit einer Jod-Lösung, die ein Nachweis für Stärke ist, färben sich die belichteten Bereiche des Blattes schwarzblau. Die rot-braune Jodlösung wird bei Vorhandensein von Stärke nämlich schwarzblau. Damit zeigt man, dass in diesem Bereichen des Blattes Stärke gebildet wird.

Nichtgrüne Bereiche eines Blattes bilden wie die abgedeckten Bereiche keine Stärke. Das zeigt dir also auch, dass die grünen Blattfarbstoffe, die Chlorophylle, für die Fotosynthese notwendig sind.

Zusammenfassung

Jetzt hast Du jede Menge Versuche zur Fotosynthese und Atmung kennengelernt. Du hast gesehen, dass die Lichtintensität und die Wellenlängen des Lichtes entscheidend für die Fotosynthese ist und wie man am Wasserpest die Abhänigkeit des CO2 für die Fotosynthese zeigen kann. Außerdem weißt du nun, dass bei der Fotosynthese Sauerstoff frei wird und dass Glukose in den Chloroplasten entsteht. Den Sauerstoff weist du mit der Glimmspanprobe nach, die Glukose in den Chloroplasten mit einer Iodlösung. Tschüss und bis zum nächsten Mal!

ein tolles Video! weiter so ^^

Hallo Alper, unter der Fotosynthese versteht man den Aufbau von organischen Substanzen aus anorganischen Substanzen mithilfe von Lichtenergie. Das bedeutet, grüne (also chlorophyllhaltige) Pflanzen sind in der Lage Kohlenstoffdioxid und Wasser in Glucose und Sauerstoff umzuwandeln. Glucose ist sehr energiereich und wird von der Pflanze für andere Prozesse gebraucht. Folgende Videos könnten dir beim Verstehen der Fotosynthese helfen. Das zweite Video erklärt die Reaktionsgleichung der Fotosynthese. http://www.sofatutor.com/biologie/videos/entdeckung-der-fotosynthese Viele Grüße aus der Redaktion!

Und was ist jetzt Fotosynthese ???

Fotosynthese – experimentelle Nachweise der Reaktion Übung

Ordne den tatsachen die entsprechenden erkenntnisse über die fotosynthese zu..

Traubenzucker (Glukose) wird im Blatt als Stärke gespeichert.

Die Fotosynthese ist für die meisten Organismen ein lebensnotwendiger Prozess. Im 19. Jahrhundert dachte man noch, dass der gebildete Sauerstoff aus dem $CO_2$ stammt.

Dank zahlreicher Experimente wissen wir heute aber besser über die Fotosynthese Bescheid. Ein grundlegender Versuch mit der Wasserpest zeigt zunächst, dass bei der Fotosynthese $O_2$ entsteht, dies aber nur bei Licht und der Anwesenheit von $CO_2$ geschieht.

Engelmann zeigte, dass aber nicht jedes Licht wirksam ist, sondern nur bestimmte Wellenlängen des Lichtes die Fotosynthese ermöglichen. Dass dabei dann $CO_2$ in Glukose und schließlich in Stärke umgewandelt wird, kann man mit einem Stärkenachweis und einer abgedunkelten Stelle am Blatt zeigen. Nur Teile des Blattes, die dem Licht ausgesetzt waren, werden eine dunkle Färbung bei der Iodprobe erhalten.

Fasse den Versuch zum Stärke-Nachweis zusammen.

Iod weist eigentlich nur die Stärke nach, nicht den Traubenzucker.

Zunächst muss ein Bereich des Blattes abgedeckt werden, damit hier keine Fotosynthese ablaufen kann. Erst dann wird das Blatt in das Licht gelegt, damit die Fotosynthese $CO_2$ in Traubenzucker umwandelt. Dies geschieht in den Chloroplasten, welche den grünen Blattfarbstoff Chlorophyll enthalten. In den Chloroplasten wird der Traubenzucker dann auch sofort in Stärke umgewandelt und kurzzeitig gespeichert. Dieser Prozess findet natürlich nur in den Chloroplasten statt, wenn Licht auf sie fällt. Die Chloroplasten im abgedeckten Bereich bilden keine Stärke. Entfärbt man nun das Blatt mit Alkohol und gibt anschließend Iodlösung hinzu, verbinden sich die Iod-Teilchen mit der Stärke. Es entsteht eine blaue dunkle Färbung. Die abgedeckte Stelle bleibt dementsprechend entfärbt, da die Iod-Teilchen keine Stärke zum Binden nutzen können.

Erläutere die Versuchsergebnisse von Engelmann.

Engelmann untersuchte die Wirkung von verschiedenen Wellenlängen des Lichtes auf die Fotosynthese.

Engelmann zeigte, dass die Fotosynthese von bestimmen Wellenlängen abgängig ist. In seinem Versuch nutzte er

• Algen zur Sauerstoffproduktion,
• sauertoffliebende Bakterien, um den Ort der Sauerstoffproduktion anzuzeigen, und
• verschiedene Wellenlängen des Lichtes.

Erläutere das Experiment von Joseph Priestley.

Die brennende Kerze und die Maus scheinen den gleichen Stoff zu benötigen.

Priestley konnte zeigen, dass sowohl Kerze als auch Maus ein Substanz aus der Luft benötigen. Er kam zu der Überlegung, dass diese Substanz jedoch irgendwie produziert werden müsse, da alle lebenden Tiere der Erde diese Substanz sonst verbrauchen würden. Er stellte fest, dass Pflanzen in der Lage sind, diese Substanz herzustellen und die „verbrauchte Luft“ wieder nutzbar zu machen. Heute weiß man, dass Kerze und Maus $O_2$ verbrauchen und ohne diesen nicht brennen bzw. atmen können. Pflanzen hingegen produzieren $O_2$. Setzt man Pflanze und Maus unter die Glasglocke, herrscht ein Kreislauf zwischen Produktion durch die Pflanze und Verbrauch durch die Maus.

Vervollständige die Fotosynthesereaktion.

Licht ist eine Voraussetzung für die Fotosynthese.

Die Fotosynthese benötigt Licht, $CO_2$ (Kohlenstoffdioxid) und $H_2O$ (Wasser). Daraus entsteht $O_2$ (Sauerstoff) und Traubenzucker (Glukose).

Beschreibe das Diagramm zum Lichtkompensationspunkt.

Die Fotosyntheserate beschreibt, wie effektiv die Fotosynthese abläuft.

Eine Pflanze verbraucht wie wir Menschen Sauerstoff. Auch Pflanzen betreiben Zellatmung, um ihre Zellen am Leben zu halten. Der Unterschied ist jedoch, dass Pflanzen ihren Sauerstoff selbst produzieren und sogar eine Überschussproduktion leisten können. In Dunkelheit läuft jedoch keine Fotosynthese ab. Pflanzen können nur die Atmung nutzen und nehmen hierfür Sauerstoff aus der Umgebung auf und geben $CO_2$ ab. Je höher die einfallende Lichtmenge ist, umso effektiver wird die Fotosynthese und es wird $CO_2$ aufgenommen und Sauerstoff abgegeben. Der Punkt, an dem beide Prozesse gleich groß sind, heißt Lichtkompensationspunkt. Über diesen Punkt hinaus beginnt der Bereich, in dem die Fotosynthese überwiegt.

Wie funktioniert Fotosynthese?

Fotosynthese – Zellatmung – Stoffkreislauf

Entdeckung der Fotosynthese

Chloroplasten – Bau und Funktion (Basiswissen)

Autotrophe und heterotrophe Ernährung – Fotosynthese als Grundlage des Lebens

Traubenzucker – wichtiges Produkt der Fotosynthese

Beeinflussung der Fotosyntheseleistung

Atmung bei Pflanzen

Chromatografie der Blattfarbstoffe – Chlorophyll, Carotinoide, Xanthophyll

Laubblatt – Aufbau, Funktion und Anpassungen an den Standort

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1 Am Tag zuvor stellt man eine Zimmerlinde unter eine Stehlampe und lässt die Pflanze über Nacht beleuchten.

Dabei deckt man einige Blätter teilweise mit Alufolie ab. Andere Blätter bestreicht man an der Unterseite mit Vaseline. Wieder andere Blätter bringt man in eine durchsichtige Plastiktüte, in die man eine Schale mit verdünnter NaOH Lösung stellt und verschließt.

2 Vor dem Test nimmt man die behandelten Blätter ab und markiert sie mit unlöslichem Schreiber oder Papiermarker am Blattstiel.

3 Die Blätter werden in kochendem Wasser abgetötet.

Man kann das vollständig getrocknete Blatt unter Klarsichtfolie dau erhaft aufbewahren.

• Man lässt 50g Spinatblätter im Dunkeln über Nacht im Kühlschrank
• Weitere 50g Spinatblätter werden 2 Stunden lang bei Zimmertemperatur mit einer Stehlampe belichtet.
• In Versuch 1 und in Versuch 2 werden die Blätter gleichbehandelt:

• Lichtquelle Weißlicht ca. 200 Watt,
• Natriumcarbonat, Leitungswasser,
• evtl. Wasser in einem Aquarium vor der Lichtquelle zur Kühlung,
• Thermometer
• Evtl. Magnetrührer mit Magnetfisch im Reaktionswasser zur Beschleunigung der Reaktion,
• Tricher, einige Reaktionsgläschen,
• Styroporhalterungen passend ausgeschnitten zum Halt für den Trichter und für das Reagenzglas, Glasstab
• Messung der Sauerstoffentwicklung mit wenig festem Natriumcarbonat im Reaktionswasser
• Messung der Sauerstoffentwicklung bei Zimmertemperatur und bei 30 Grad.
• Messung der Sauerstoffentwicklung bei 1ml 0,1%iger Kupfersulfatlösung im Reaktionswasser

• Lichtquelle Weißlicht ca. 200 Watt, Natriumcarbonat, Wasser für Kühlung und als Reaktionswasser (Leitungswasser)
• Pipette mit 0,1ml Einteilung
• Plastikspritze als Saugvorrichtung
• Thermometer, Magnetrührer, Pappe mit Ausschnitt als Blende.

• Messung der Sauerstoffentwicklung bei 1%iger, 2%, 4% und 8%iger Natriumcarbonatlösung als Reaktionswasser.
• Messung der Sauerstoffentwicklung bei Zimmertemperatur, bei 4 0 und bei 30 0 Celsius.
• Messung der Sauerstoffentwicklung bei 0,1%iger Kupfersulfatlösung
• Messung der Reaktionsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Zeitdauer der Belichtung.
• Messung der Sauerstoffentwicklung bei verschiedenen Wellenlängen: Rotlicht, Gelblicht, Grünlicht, Weisslicht Weißlicht

• saubere Reagensgläser, Mixer, fertiger Phosphat-puffer pH 7,6;
• Wasser, Pipetten,
• Diaprojektor oder starke Lampe mit Schirmabdeckung,
• 1 Gramm Dichlorphenol-Indophenol (DCPIP) (Apotheke).
• 5 Gramm Ascorbinsäure (fest) (Apotheke)

1: Spinatblätter säubern, Mittelrippen entfernen.

2: mit dem Phosphatpuffer mischen und 3 sek lang auf höchster Stufe mixen.

3: Flüssigkeit durch ein Sieb geben, dann durch 8 Lagen Gaze pressen. Es bleibt eine tief grüne Flüssigkeit.

4: Die Flüssigkeit auf 4 Grad kühlen und möglichst rasch zentrifugieren: Den noch intakten Chloroplasten senken sich am Boden ab.

5: Diese Choloplasten werden mit sehr wenig Wasser aufgenommen, indem man sie mehrfach durch eine 2 ml Pipette auf und nieder saugt.

6: Diese Chloroplastensuspension wird bei 4 Grad (Eisbad) aufbewahrt.

1: Der Diaprojektor oder die Lichtquelle wird im Abstand von etwa 50 cm aufgebaut.

2: Ein Reagenzglashalter steht in entsprechendem Abstand.

3: Man bereitet 3 Reagenzgläser vor und befüllt sie nachfolgendem Muster:

1: Spinatblätter säubern. 2: mit dem Phosphatpuffer mischen und 3 sek lang auf höchster Stufe mixen. 3: Flüssigkeit durch ein Sieb geben, dann durch 8 Lagen Gaze pressen. Es bleibt eine tief grüne Flüssigkeit. 4: Die Flüssigkeit auf 4 Grad kühlen und möglichst rasch zentrifugieren: Den noch intakten Chloroplasten senken sich am Boden ab. 5: Diese Choloplasten werden mit sehr wenig Wasser aufgenommen, indem man sie mehrfach durch eine 2 ml Pipette auf und nieder saugt. 6: Diese Chloroplastensuspension wird bei 4 Grad (Eisbad) aufbewahrt.  

Tipp: Da die Filter sich sehr stark in der Lichtdurchlässigkeit unterscheiden, muss man genau auf gleiche Lux-Durchlässigkeit achten. Dies erreicht man, indem man die Abstände der Lichtquelle von der Messeinrichtung verändert. E s empfiehlt sich, bei Luxwerten von rund 10 000 Lux und 0,5 % NaHCO 2 zu messen..

Fotosynthese/Priestley

Schlechte luft zu guter luft.

Der Versuch von Van Helmont zeigt deutlich, dass Pflanzen wachsen, indem sie auch Stoffe aus der Luft einbauen. Der Naturforscher Joseph Priestley dachte sich ca. 100 Jahre später: Wenn Pflanzen Luft aufnehmen, dann müssen sie diese auch verändern! Er beschäftigte sich 1771 mit den geheimen Vorgängen im Leben der Pflanzen. Seine Experimente und Beobachtungen sind in den Abbildungen 1 bis 4 dargestellt. Die Pflanzen beließ er jeweils 7 Tage in den Gefäßen 2 und 4, bevor er die brennende Kerze bzw. die Maus zusetzte.

Teste dein Wissen, ob du nun verstehst, was Priestley mit guter und schlechter Luft meinte:

Priestley wusste noch nicht, aus welchen Bestandteilen die die Ein- und Ausatemluft zusammengesetzt ist, du aber schon.

b)Erkläre das Versuchsergebnis rechts unten.

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Versuche zur Fotosynthese – Experiment mit Unterrichtsmaterial

Für einen Versuch zur Fotosynthese sind nur wenige Materialien notwendig. Hier werden Grundlagen zum Nachweis der Fotosynthese vorgestellt, welche auch im Unterricht in Schulen, so wie privat nachgestellt werden können.  Bei der für uns interessanten Fotosynthese wollen wir zunächst die natürliche Erzeugung von Sauerstoff (O2) mithilfe von Lichtenergie sichtbar machen. Fotosynthese wird generell von Pflanzen, Algen und einigen Bakterien betrieben. Grundsubstanz und für den chemischen Prozess notwendiger Stoff ist Chlorophyll.

Versuchsaufbau für das Fotosynthese-Experiment

Für das reine sichtbar machen der Fotosynthese genügen folgende Unterrichtsmaterialien:

• Elodea (Wasserpest)
• Lichtquelle

Sauerstoff nachweisen

Der Versuchsaufbau kann jetzt noch dahingehend erweitert werden, die Sauerstoff-Produktion bei der Fotosynthese mittels einer Glimmspanprobe nachzuweisen. Hierfür werden zusätzlich noch folgende Materialien benötigt:

• Glühender Holzspan
• Trichter mit verschließbarem Hals (Ventil)

Über die Wasserpest innerhalb des Gefäßes wird jetzt der Trichter gestülpt. Der Hals mit dem Ventil müssen nun aus dem Wasser rausragen. An dieser Stelle muss sichergestellt werden, dass sich innerhalb des Trichters nur Wasser befindet. Durch den Einsatz von Licht beginnt nun die Fotosynthese und kleine Bläschen beginnen in den Hals des Trichters aufzusteigen. Nach ca. 10 – 20 Minuten sollte sich genügend Sauerstoff im Hals gebildet haben. Durch Öffnen des Ventils beginnt dies auszuströmen. Genau zu diesem Moment muss der glühende Holzspan in das ausströmende Gas gehalten werden. Durch das Entflammen kann nachgewiesen werden, dass es sich hier um Sauerstoff handelt.

Weiterführende Experimente

An dieser Stelle kann der Versuch noch verfeinert werden. Dieses Experiment eignet sich für den Unterricht in der Mittel- und Oberstufe. Wenn man die Produktion im Wasser beobachtet, wird man feststellen, dass die Bläschen sehr gleichmäßig aufsteigen. Daher kann man davon ausgehen das die Sauerstoff-Produktion während der Fotosynthese gleichmäßig verläuft. Mit dieser Annahme kann nun mit Lichtstärke und Wasser-Temperatur experimentiert werden. Man wird hier genau erkennen können das diese Faktoren direkten Einfluss auf die Produzierte Menge hat.

Ein spannendes Schülerexperiment um die Fotosynthese sichtbar zu machen. Dieser Versuch ist relativ einfach durchzuführen und erfordert keinen nennenswerten Vorbereitungen oder teure Investitionen. Das Unterrichtsmaterial ist daher sehr erschwinglich.

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• Aufklärung der Fotosynthese

Die Messung der Absorptionsspektren der einzelner Pigmente bzw. die Pigmentzusammensetzung der grünen Pflanzen gibt deutliche Hinweise auf das Wirkungsspektrum der Fotosynthese . Chlorophyll und Carotinoide sind die Hauptpigmente der Fotosynthese/Lichtreaktion. Man bezeichnet diese Methode Fotometrie.

Autoradiografie

Lichtreaktion

Durch Spaltung von radioaktiv markiertem Wasser (H 2 18 O) kann das radioaktive Sauerstoffisotop im abgegebenen Sauerstoff wiedergefunden werden. Dabei wird deutlich, dass der in der Fotosynthese erzeugte Sauerstoff aus Wasser stammt.

Dunkelreaktion

Melvin Calvin, Biochemiker und Aufklärer des nach ihm benannten Calvin-Zyklus, setzte ebenfalls die Autoradiografie in seiner Forschung ein.

So ist der Weg der CO 2 -Fixierung nicht einfach nachvollziehbar. Calvin und Kollegen setzten das radioaktive Isotop 14 C ein, um den Verbleib des Kohlenstoffs zu studieren. Dabei war folgende Annahme grundlegend:

14 CO 2 ---> Produkt A ---> Produkt B ---> weitere Produkte ---> 14? CH 2 O (Kohlenhydrat/Glukose).                            

Melvin Calvin nutzte Chlorella , eine einzellige Alge, die einen großen Chloroplasten aufweist. So kann die CO 2 -Zugabe über das Anzuchtgefäß erfolgen. Alkoholzugabe tötet Chlorella , sodass der Alkohol den Stoffwechselprozess sofort abschaltet.

Radioaktiv markiertes CO 2 wird eingesetzt. Dies ist ein CO 2 , dessen Kohlenstoff durch das Isotop 14 C ersetzt ist. Dieses CO 2 dient den Algen als ausschließliche Nahrung. Die Algen nehmen das markierte CO 2 auf und alle Produkte bis hin zum Zucker bzw. der Stärke sind mit dem 14 C-Isotop markiert. Calvin experimenteller Ansatz:

• Starten der Fotosynthese
• Algen nehmen CO 2 auf
• Unterbrechung der Fotosynthese zu unterschiedlichen Zeitpunkten
• Ziel: Ablauf des Calvin-Zyklus herausfinden.

Calvin kombinierte die Technik der Autoradiografie mit der der Dünnschicht-Chromatografie .

Methode Dünnschicht-Chromatografie: Kleine, in Lösung vorliegende Substanzmengen können über Dünnschicht-Chromatografie aufgetrennt und dadurch charakterisiert werden. Das Prinzip der Dünnschicht-Chromatografie beruht auf einer stationäre Phase und einer mobilen Phase. Die stationäre Phase ist ein dünner Überzug auf einer Trägerplatte. Oft wird Aluminiumsilikat verwendet. Nun wird die Probe am unteren Ende dieser Platte aufgegeben. Die mit Aluminiumsilikat beschichtete Platte wird in ein Behältnis gestellt, dessen Boden mit einem Lösemittel, dem Laufmittel, bedeckt ist. Diese Flüssigkeit wird als mobile Phase bezeichnet. Das Laufmittel steigt langsam in der stationären Schicht auf. Das Probenmaterial wird je nach Löslichkeit in diesem Laufmittel unterschiedlich weit mitgetragen. Hat das Laufmittel die Oberkante der stationären Phase erreicht, wird die Platte aus dem Gefäß genommen und getrocknet. Bei gefärbten Substanzen kann die Laufstrecke direkt ausgemessen werden. Sind sie farblos, besprüht man die Platte zunächst mit einem spezifischen Reagenz oder betrachtet sie unter UV-Licht. Die Dünnschicht-Chromatografie kann auch mehrdimensional durchgeführt werden. Dazu werden der Probenauftrag und der „1. Lauf“ wie oben beschrieben durchgeführt. Um eine noch feinere Auftrennung der im Probenmaterial vorhandenen Substanzen zu erreichen, wird die stationäre Phase um 90° gedreht und in eine andere Lösemittelmischung gestellt. Calvin führte sein Experiment zur Dunkelreaktion ebenso durch.

Mithilfe der Autoradiografie werden auch geringste Mengen einer Substanz nachgewiesen. Zur Abbildung benutzt man Fotofilm, der an Stellen, die mit strahlenden Substanzen in Kontakt gekommen sind, belichtet wird. Diese enorm niedrige Nachweisgrenze bei Verwendung radioaktiver Isotope ist ein großer Vorteil der Methode.

Problem: die Folgen der Radioaktivität wie Krebsrisiko für den Experimentator und Entsorgung des strahlenden Materials …

Hier wird Melvin Calvins wichtiges Experiment nochmals in Bildern dargestellt:

Das Experiment wurde nach unterschiedlichen Zeiten gestoppt. So werden die Stoffwechselreaktionen nach a = 0,5 Sekunden, b = 5 Sekunden und c= 30 Sekunden unterbrochen und die radioaktiven Substanzen ausgewertet. 1, 2 = Zuckerphosphate; 3 = Glycerinsäurephosphat; 4 Triosephosphat; 5 Asparaginsäure; 6 = Malat; 7 = Saccharose; 8–11 = Aminosäuren wie z.B. Glycin, Serin oder Alanin; 12 = Glykolsäure.

Cornelis van Niel: Schwefelbakterien erklären die Fotosynthese

Van Niel untersuchte purpurfarbene Schwefelbakterien. Diese erzeugen Schwefel als Endprodukt der Fotosynthesereaktion. Statt H 2 O wird das gasförmige H 2 S als Edukt verwendet. Vergleicht man die Vorgänge dieser Fotosynthesevariante, so kann analog in Gleichungen die Herkunft des Sauerstoffs geklärt werden.

6 CO 2 + 12 H 2 S -----> C 6 H 12 O 6 + 12 S + 6 H 2 O

Analog in der Fotosynthese:

6 CO 2 + 12 H 2 O ----> C 6 H 12 O 6 + 12 O 2 + 6 H 2 O

Hill-Reaktion

Eine Suspension isolierter Chloroplasten kann verschiedene von außen zugeführte Moleküle reduzieren. Das heißt, die Lösung hat die Fähigkeit, Elektronen aufzunehmen! Ohne die Zugabe von CO 2 entstehthierbei Sauerstoff. Rückschluss: Der in der Fotosynthese entstehende Sauerstoff muss aus Wasser stammen.

Die Experimente von van Niel und Hill können jeweils unter Einsatz von radioaktiv markiertem CO 2 im Detail nachvollzogen werden.

Dieser Inhalt ist Bestandteil des Online-Kurses

Stoffwechsel.

Diese Themen werden im Kurs behandelt:

[Bitte auf Kapitelüberschriften klicken, um Unterthemen anzuzeigen]

• Einleitung zu Grundlagen des Stoffwechsels
• Grundlagen des Stoffwechsels (Allgemein)
• Einleitung zu Energieumwandlung
• Einleitung zu Wege der Energieumwandlung - Basiswissen Chemie
• Wasser - das Lebenselexier
• Einleitung zu Kohlenwasserstoffe und funktionelle Gruppen
• Charakteristischen Reaktionen
• Zellen und Organellen des Stoffwechsels
• Fließgleichgewicht und Regulation des Stoffwechsels
• Stoffwechselregulation
• Einleitung zu Prozesse zur ATP-Gewinnung
• Einleitung zu Enzymatik - Grundlage: Proteinwissen generell
• Aufbau von Proteinen
• Einleitung zu Eigenschaften der Enzyme
• Schlüssel-Schloss-Prinzip
• Ablauf der Enzymreaktion
• Einleitung zu Möglichkeiten der Enzymbeeinflussung
• Biokatalysatoren: Einfluss von Temperatur, pH, Salzkonzentration
• kompetetive Hemmung
• nicht kompetitive Hemmung
• Einleitung zu allosterische Wechselwirkung
• Schwermetalle und Enzymaktivität
• Einleitung zu Einfluss von Hitze auf Enzyme - Ein Experiment
• Beispiele für Enzymreaktionen - Urease
• Beispiele für Enzymreaktionen - Katalase
• Enzyme im Alltag
• Einleitung zu Fotosynthese
• Einleitung zu Ort der Fotosynthese
• Einleitung zu Chloroplasten: Organelle der Fotosynthese
• Endosymbionten-Hypothese
• Einleitung zu Primärreaktion der Fotosynthese
• Lichtsammelkomplexe
• Frühe Experimente zur Fotosynthese
• Experiment: Dünnschicht-Chromatographie (DC) der Blattfarbstoffe
• Einleitung zu Primärvorgänge der Fotosynthese
• Wasserspaltung durch Licht
• Elektronentransport und Fotophosphorylierung
• Zyklische Fotophosphorylierung
• Einleitung zu Chemiosmose
• Redoxchemie
• ATP-Synthase
• Einleitung zu Lichtreaktion auf einen Blick
• Lichtreaktion: Weiterverwendung der Endprodukte
• Einleitung zu Sekundärvorgänge der Fotosynthese
• C-Körper-Schema des Calvin-Zyklus
• Autoradiagraphie bringt Licht in die Dunkelreaktion
• Katalyse: Enzymreaktion am Beispiel der Dunkelreaktion
• Fotosynthese in Gleichungen
• Einleitung zu Fotosynthese und Ökologie
• Einleitung zu Abhängigkeit der Fotosyntheserate von Außenfaktoren
• Umweltfaktor Licht
• Umweltfaktor Wasser
• Fotosynthesevarianten: Anpassung an die Umwelt
• CAM-Pflanzen
• C4-Pflanzen
• Fotosyntheseprodukte der Pflanze -> Bedeutung und Speicherung
• Zusammenfassung: Fotosynthese
• Einleitung zu Chemosynthese: es funktioniert auch ohne Licht
• autotrophe Assimilation am Beispiel nitrifizierender Bakterien
• Einleitung zu Stoffwechsel vielzelliger Tiere - Wo kommt die Glukose her?
• Verdauung und Resorption - Verdauungssystem
• Verdauung und Resorption - Fette
• Verdauung und Resorption - Proteine und Kohlenhydrate
• Berechnung des Energieumsatzes
• Einleitung zu Gesundheit und Nahrung
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• Einleitung zu Blut- und Kreislauf
• Blut das flüssige Organ
• Einleitung zu Erythrozyten
• Sauerstofftransport - Hämoglobin
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• Regulation der Atmung
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• Der Citratzyklus
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• Einleitung zu Zellatmung: Abhängigkeit von inneren und äußeren Faktoren
• Energiebilanz und Regulation der Atmung
• Regulation des Stoffwechsels
• Regulation der Phosphofruktokinase (PFK)
• Einleitung zu Pyruvat als Scheitelpunkt: mit oder ohne Sauerstoff?
• Milchsäuregärung
• Einleitung zu alkoholische Gärung
• Experimente zur alkoholischen Gärung
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Biologischer Fingerabdruck

Photosynthese lässt sich anhand von sauerstoffmolekülen nachweisen.

02. Juni 2015 18:20 D. Lenz

Geochemiker entdecken, dass eine ungewöhnlich seltene Paarung schwerer Sauerstoff-Isotope auf pflanzlichen Ursprung deutet. Damit haben die Forscher einen neuen Marker für die Suche nach organischem Leben im Universum gefunden.

Los Angeles (U.S.A.). Durch das Verhältnis schwerer Sauerstoff-Isotope zu leichten Isotopen haben Päläontologen und Geowissenschaftler die Möglichkeit klimatische Bedienungen und sogar Rückschlüsse auf die Temperatur zur Zeiten der Dinosaurier zu erhalten. Nun haben Geochemiker der University of California in Los Angeles herausgefunden, dass eine geringe Häufigkeit von schweren Isotopen im Sauerstoff auf einen biologischen Ursprung hindeuten könnte. Damit stünde der Astronomie ein neues Werkzeug zur Verfügung um nach belebten Exoplaneten im Universum zu suchen.

Weniger schwere Sauerstoffmoleküle

Wie die Forscher Lawrence Y. Yeung und seine Kollegen im Fachmagazin Science schreiben, können solche Isotopen-Signaturen in der Natur weit verbreitet sein und als neue Marker für biologische und geochemische Kreisläufe dienen. Ihr Ergebnis beruht auf einem Experiment mit sechs Wasserhyazinthen, die sie jeweils über sechs Monate in einem abgeschlossenen Terrarium mit je zwölf Stunden künstlicher Beleuchtung pro Tag wachsen ließen. Im Anschluss bestimmten die Forscher in der Luft des Terrariums die Menge an Sauerstoffmolekülen, in denen schwere Sauerstoff-Isotope, also O-18 und O-17, gepaart auftraten. Das Ergebnis überraschte die Forscher, denn sie fanden rund ein Promille weniger Sauerstoffmoleküle aus schweren Isotopen als es die statistische Verteilung dieser Isotope in der Luft erwarten ließ.

Kontrollmessung mit klaren Ergebnissen

Um ihre Ergebnisse zu überprüfen, wiederholten die Forscher das Experiment – diesmal dunkelt sie das Terrarium allerdings für einen längeren Zeitraum ab. In diesem Zeitraum stieg die Anzahl von Sauerstoffmolekülen aus schweren Isotopen wieder signifikant an. Dadurch schlossen Yeung und seine Kollegen, dass über die Photosynthese gebildete Sauerstoffmoleküle seltener aus zwei schweren Isotopen bestehen als beispielsweise molekularer Sauerstoff aus anderen chemischen Reaktionen. Die Ursache sahen die Forscher in den einzelnen Teilschritten der Photosynthese: Denn die Sauerstoffatome, die sich in der Pflanze zu einem Molekül verknüpften, mussten von zwei verschiedenen Wassermolekülen zur Verfügung gestellt werden. Dadurch sinkt die Wahrscheinlichkeit für eine Paarung schwerer Isotope, da dazu genau zwei sehr selten auftretende Wassermoleküle mit jeweils einem schweren Sauerstoffisotop an dem Photosynthese-Prozess beteiligt sein müssten.

Dieses Experiment und die daraus resultierenden Ergebnisse könnte die Aussagekraft von Isotopenanalysen von molekularem Sauerstoff erheblich erweitern. Bisher konnten Wissenschaftler über eine erhöhte Konzentration von Sauerstoffmolekülen mit gepaarten schweren Isotopen auf geochemische Prozesse und durchschnittliche Umgebungstemperaturen im Laufe der Zeit schließen. Mit dem neuen Wissen ist es aber nun sogar möglich, einen biologischen Ursprung des Sauerstoffs nachzuweisen.

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Experimente zur Photosynthese

Um herauszufinden, wie, wo und zu welchem Zweck die Photosynthese abläuft, waren in der Historie einige Experimente und Erkenntnisse wichtig. Sie werden in diesem Artikel kurz vorgestellt.

Einteilung in Prozesse

Die Pflanzen betreiben Photosynthese, das ist klar. Das Chlorophyll ist für die Lichtabsorption zuständig und lässt seine Aufenthaltsorte grün erscheinen. Ein spannendes Experiment zeigt aber noch ein weiteres Phänomen.

Bestrahlt man eine grüne Pflanze, deren Temperatur man langsam erhöht, mit Stark- oder Schwachlicht und misst während dessen ihre Photosyntheseleistung, so verhält sich die Leistung bei den verschiedenen Lichtstärken nicht gleich.

bis 35°C: RGT-Regel (Reaktionsgeschwindigkeits-Temperatur-Regel); d.h. es erfolgt ein exponentieller Anstieg

ab 35°C: Die Leistung fällt sofort stark ab; Grund: Hitzedenaturierung der Enzyme

Schwachlicht

Die Temperatur beeinflusst die Photosyntheserate nicht. Es bleibt durchgehend bei einer niedrigen Leistung.

→ \rightarrow → Die Photosynthese besteht aus zwei verschiedenen Reaktionen:

Primärprozess = Lichtreaktion (lichtabhängig, temperaturunabhängig)

Sekundärprozess = Dunkelreaktion (lichtunabhängig, temperaturabhängig)

Woher kommt der Sauerstoff?

Hillreaktion.

Chloroplasten können ohne Kohlenstoffdioxid, aber mit Fe3+-Ionen und Wasser, Sauerstoff produzieren.

→ \rightarrow → Der Sauerstoff stammt aus dem Wasser.

Tracer-Methode

Entweder der Sauerstoff im Wasser oder Kohlenstoffdioxid wird radioaktiv markiert. Nach welcher Markierung enthält welches Produkt den radioaktiven Sauerstoff?

Sauerstoff im Wasser: Der Produzierte Sauerstoff ist radioaktiv.

Sauerstoff im Kohlenstoffdioxid: Das produzierte Wasser und die Glucose sind radioaktiv.

Stärkeherstellung

Ein grünes Blatt wird in heißem Wasser abgetötet, in Alkohol gelegt und schließlich mit Iod-Kalium-Iodidlösung getränkt.

→ \rightarrow → Die Braunfärbung zeigt den Iod-Stärke-Komplex an.

Du hast noch nicht genug vom Thema?

Hier findest du noch weitere passende Inhalte zum Thema:

• Lichtreaktion – 1. Schritt der Photosynthese
• Dunkelreaktion – 2. Schritt der Photosynthese
• Photosyntheserate und Absorptionsspektrum
• Spektrum: Hill-Reaktion
• Photosyntheseversuche

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Entdeckung der Fotosynthese

Die Fotosynthese ist ein Prozess, den Pflanzen zur Energiegewinnung durchführen. Joseph Priestley entdeckte, dass Pflanzen Licht, Kohlendioxid und Wasser nutzen, um Sauerstoff und Glucose zu produzieren. Entdecke die faszinierende Geschichte hinter diesem lebenswichtigen Vorgang! Interessiert? Das und vieles mehr findest du im folgenden Text.

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Die Entdeckung der Fotosynthese – Biologie

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Grundlagen zum Thema Entdeckung der Fotosynthese

Es ist allgemein bekannt, dass Pflanzen unverzichtbar sind, da sie die Atmosphäre mit Sauerstoff versorgen. Dies geschieht während der Fotosynthese . Der Prozess ist bereits gut erforscht und wird auch im Schulunterricht behandelt. Doch wann und wodurch wurde die Fotosynthese eigentlich entdeckt? Wer war Joseph Priestley, wo lebte er und was hat er herausgefunden? Welche bedeutenden Versuche hat er durchgeführt? Im Folgenden geht es um die Geschichte der Entdeckung der Fotosynthese. Viel Spaß!

Die Fotosynthese ist ein biochemischer Prozess. Sie läuft in Pflanzen (aber auch in Algen und einigen Bakterien) ab. Dabei nimmt die Pflanze neben Licht Kohlenstoffdioxid ($\ce{CO2}$) und Wasser ($\ce{H2O}$) auf. Aus diesen Edukten entstehen dann die Produkte Glucose ($\ce{C6H12O6}$) und Sauerstoff ($\ce{O2}$). Dieser Ablauf der Fotosynthese lässt sich mit folgender Formel darstellen:

$\ce{ 6 CO2 + 6 H2O -> C6H12O6 + 6 O2}$

Bis vor einigen Hundert Jahren galt die Annahme, dass Pflanzen aus der Erde Substanzen aufnehmen und diese für den Aufbau von Biomasse , beispielsweise von Blättern und Ästen, nutzen.

Um das Jahr 1600 führte der Wissenschaftler Johan Baptista van Helmont ein bedeutendes Experiment zum Wachstum von Bäumen durch. Er wollte überprüfen, ob Pflanzen tatsächlich alle benötigten Substanzen aus der Erde aufnehmen.

Dazu pflanzte er einen jungen Weidenbaum in ein mit Erde gefülltes Pflanzgefäß. Zuvor hatte er die Masse des Baums ($\pu{2,5 kg}$) und die Masse des Pflanzgefäßes mitsamt der Erde ($\pu{91 kg}$) bestimmt. Über mehrere Jahre hinweg wurde der Baum ausreichend gegossen und wuchs immer weiter. Dabei blieb er die ganze Zeit in demselben Gefäß. Nach einiger Zeit wurde die Masse des Baums und die des gefüllten Pflanzgefäßes erneut bestimmt. Der Baum wog nun $\pu{77,5 kg}$ und das Gefäß mit der Erde wog $\pu{90,944 kg}$. Der Weidenbaum ist demnach um ein Gewicht von $\pu{75 kg}$ schwerer geworden, obwohl die Masse der Erde nur um wenige Gramm abgenommen hat.

Van Helmont schlussfolgerte daraus, dass der Massenzuwachs des Baums nicht aus der Erde stammen kann. Er begründete die Zunahme des Baums mit der Aufnahme von Wasser , da dem Baum außer Wasser seiner Meinung nach nichts zugeführt wurde. Zum Teil hatte er damit auch recht, da Pflanzen tatsächlich Wasser aufnehmen und in der Fotosynthese spalten. Van Helmont wusste jedoch nicht, dass auch Substanzen aus der Luft aufgenommen und in pflanzliche Biomasse umgewandelt werden.

Heutzutage gibt es eine Erklärung für den Massenzuwachs von Pflanzen. Man weiß, dass Pflanzen Wasser und darin gelöste Nährstoffe aus der Erde und Sauerstoff aus der Luft aufnehmen und außerdem die Lichtenergie der Sonne nutzen. Einen Grundstein für diese Erkenntnis legte der Wissenschaftler Joseph Priestley.

Priestley war ein britischer Naturwissenschaftler, Theologe und Philosoph, der im 18. Jahrhundert lebte. Er forschte über Themen aus den Bereichen Biologie, Chemie und Physik. Im Folgenden ist ein kurzer Steckbrief abgebildet, um den Lebenslauf von Joseph Priestley etwas besser kennenzulernen.

Sehr bedeutsam waren Priestleys Versuche zur Reinigung „verdorbener“ Luft mithilfe von Pflanzen. Im Zuge dessen beobachtete und beschrieb er erstmals die Wirkweise der Fotosynthese. Im Jahr 1771 fand er heraus, dass Gase für die Ernährung einer Pflanze wichtig sind. Dies war ein großer Fortschritt. Wie er das herausfand, schauen wir uns nun an.

Priestley führte Versuche mit drei Glasglocken durch. Die Glasglocken waren luftdicht abgeschlossen. Es konnte also kein Gasaustausch mit der Außenwelt stattfinden.

Unter die erste Glasglocke setzte er eine Maus . Diese starb nach einiger Zeit und Priestley schlussfolgerte, die Maus habe die Luft verschlechtert und sei deshalb erstickt . Der Versuch wurde mit einer Kerze wiederholt. Auch die Kerze erlosch nach einiger Zeit. Priestley ging davon aus, dass die Maus und die Kerze den gleichen Bestandteil aus der Luft benötigen. Sowohl Maus als auch Kerze verderben die Luft.

Unter die zweite Glasglocke stellte Priestley eine Topfpflanze . Nach einiger Zeit ging sie jedoch auch ein.

Unter die dritte Glasglocke wurden eine Topfpflanze und eine Maus gesetzt. Sowohl die Maus als auch die Pflanze überlebten. Auch als die Kerze gemeinsam mit der Pflanze unter eine Glasglocke gestellt wurde, erlosch sie diesmal nicht. Die Pflanze schien also in der Lage zu sein, die Luft zu verbessern, indem sie den Bestandteil, den die Kerze und die Maus verbrauchten, wieder zurückbrachte.

Die Abbildung zeigt den Versuchsaufbau von Joseph Priestley.

Priestley selbst konnte noch nicht genau benennen, was er beobachtet hatte. Er erkannte nur, dass Pflanzen ein Gas abgeben, das die Maus und die Kerze benötigen. Pflanzen sind somit in der Lage, die durch die Maus oder Kerze verdorbene Luft zu reinigen. Andere Forschende fanden später heraus, dass das Gas, das Pflanzen abgeben, Sauerstoff ist. Die Maus atmet Sauerstoff ein und ein anderes Gas – Kohlenstoffdioxid – wieder aus. Ist der Sauerstoff verbraucht, stirbt die Maus. Joseph Priestley meinte mit verbrauchter Luft demnach eine sauerstoffarme Luft .

Befindet sich eine Pflanze in der Nähe, nimmt diese das ausgestoßene Kohlenstoffdioxid der Maus auf und verwendet es für die Fotosynthese. Dabei entsteht wieder Sauerstoff, der anschließend der Maus zur Verfügung steht. Enthält die Luft viel Sauerstoff, nannte Priestley dies eine gereinigte Luft . Eine spätere Beobachtung war außerdem, dass für die Fotosynthese neben Kohlenstoffdioxid auch noch Licht benötigt wird.

Natürlich wurde die Fotosynthese nicht von einer einzigen Person entdeckt und aufgeklärt, sondern über viele Jahrzehnte hinweg von zahlreichen Forschenden nach und nach zu erklären versucht. Eine erste Erkenntnis von van Helmont war:

• Die beim Pflanzenwachstum aufgenommenen Substanzen stammen nicht nur aus der Erde, sondern auch aus dem Wasser .

Priestley kam später durch seine Experimente zur Fotosynthese zu dem Ergebnis:

• Gase aus der Luft (Sauerstoff, Kohlenstoffdioxid) sind bei der Ernährung von Pflanzen ebenfalls von Bedeutung.

In weiteren Forschungen folgte außerdem die Erkenntnis:

• Pflanzen benötigen Licht für ihre Ernährung.

Nun wissen wir die Antworten auf die Fragen, wer die Fotosynthese entdeckt hat und wie die Entdeckungsgeschichte ablief. Die Frage, wann die Fotosynthese erfunden wurde, lässt sich so nicht beantworten, da dies keine Erfindung von Menschen ist, sondern ein natürlicher Prozess.

Zur Festigung des Wissens stehen Übungsaufgaben und Arbeitsblätter zur Verfügung. Außerdem gibt es zahlreiche weitere Videos rund um dieses Thema, beispielsweise zur Beeinflussung der Fotosyntheseleistung , zur Verwertung der Fotosyntheseprodukte und zum experimentellen Nachweis der Reaktion . Viel Spaß!

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Transkript Entdeckung der Fotosynthese

Aaaah, so grün! Und diese herrliche Luft! Oh du fabelhafte Fotosynthese, die dies ermöglicht! Aber hast du dich schon einmal gefragt, wie man die Fotosynthese überhaupt entdeckt hat? Das soll dir dieses Video über die „Entdeckung der Fotosynthese“ beantworten. Zur Wiederholung: Fotosynthese ist ein biochemischer Prozess, der unter anderem in Pflanzen abläuft. Dabei nimmt die Pflanze Wasser und Kohlenstoffdioxid auf und wandelt diese mit Hilfe von Licht in Glucose, also Traubenzucker und Sauerstoff um. Soweit so gut, aber wie kommt man auf sowas? Nun, in erster Linie gehören viel Neugier, Experimentierfreude und Geduld dazu. Für alles weitere reisen wir ein paar hundert Jahre zurück: Hier galt noch die Annahme, dass Pflanzen die Substanzen aus der Erde aufnehmen, welche sie zum Aufbau von Blättern und Ästen, als „Biomasse“ zusammengefasst, benötigen. Dies überprüfte 1635 der Naturforscher Johan Baptista van Helmont. Er wollte wissen, ob Pflanzen die für ihr Wachstum notwendigen Substanzen aus der Erde aufnehmen und pflanzte hierfür einen jungen Weidenbaum in ein mit Erde befülltes Gefäß. Vorher bestimmte er noch das Gewicht des Baumes und der verwendeten Erde und kam so auf zwei Komma fünf Kilogramm für das Bäumchen und hundert Kilogramm Erde. Über fünf Jahre hinweg goss van Helmont die Pflanze ausreichend und lies sie wachsen, um anschließend erneut das Gewicht des Baumes zu ermitteln. Der Baum wog stolze vierundachtzig Komma fünf Kilogramm, was einer Gewichtszunahme von zweiundachtzig Kilogramm entspricht. Das Gewicht der Erde hatte sich jedoch nur um sechzig Gramm verringert. Daher schloss van Helmont, dass der Massenzuwachs des Baumes nicht aus der Erde stammen konnte, sondern aus dem zugeführten Wasser. Wie wir heute wissen, kam er damit der Fotosynthese Reaktion schon ganz nah: Wasser wird von der Pflanze aufgenommen und gespalten. Aber das ist ja noch nicht alles! Was braucht eine Pflanze nochmal neben Wasser und Licht um Fotosynthese betreiben zu können? Kohlenstoffidioxid aus unserer Luft, genau! Zu der Zeit des van Helmont Experiments war noch nicht bekannt, dass auch Substanzen aus der Luft von der Pflanze aufgenommen und in Biomasse umgewandelt werden. Sehen wir uns einmal an, was der nächste Naturforscher unternommen hat: Joseph Priestley. Er verwendete Glasglocken, um einen Raum zu schaffen, der von der Umwelt abgeschlossen und bei dem kein Gasaustausch mit der Außenwelt möglich ist. Im Jahr 1771 fand Priestley heraus, dass Pflanzen Gase aus der Luft verstoffwechseln. Für den Versuch platzierte der Forscher eine brennende Kerze unter einer Glasglocke. Es dauerte nicht lange und die Kerze erlosch. Als er eine Maus unter eine Glasglocke steckte, erstickte diese. Priestley folgerte daraus, dass Kerze und Maus wichtige Substanzen aus der Luft verbrauchen. In einem weiteren Versuch platzierte der Forscher eine Pflanze mit einer brennenden Kerze unter einer Glasglocke – die Kerze brannte munter weiter. Unter eine weitere Glasglocke wurden Pflanze und Maus gemeinsam gesteckt und – siehe da! – am Ende des Versuchs waren Maus und Pflanze wohlauf. Es schien ganz so, als würde die Pflanze die für die Maus wichtigen Substanzen produzieren! Einige Zeit später konnten andere Wissenschaftler feststellen, um welche Stoffe es sich in Priestleys Experiment handelte. Die Maus atmet Sauerstoff ein und Kohlenstoffdioxid wieder aus. So wie du auch! Kohlenstoffdioxid wird von der Pflanze aufgenommen und in der Fotosynthese entsteht Sauerstoff als Nebenprodukt. Dieser Sauerstoff steht dann wiederum der Maus zur Verfügung. Etwas später folgte noch die Beobachtung, dass für die Fotosynthese Licht ebenso unverzichtbar ist. Hui, okay für unsere Zusammenfassung reisen wir wieder zurück ins einundzwanzigste Jahrhundert. Die Fotosynthese wurde natürlich nicht von einer Person entdeckt, sondern über viele Jahrzehnte hinweg von mehreren Forschern und Forscherinnen untersucht. Eine der ersten Annahmen erfolgte durch van Helmont: er entdeckte, dass Pflanzen für ihr Wachstum benötigte Substanzen nicht nur aus der Erde, sondern auch aus Wasser entnehmen. Priestley ergänzte mit seinem Glasglocken-Versuch, dass Gase aus der Luft bei der Ernährung von Pflanzen ebenfalls von Bedeutung sind. In weiteren Forschungen wurde die uns heute bekannte Fotosynthese-Gleichung mit dem wichtigen Faktor „Licht“ komplettiert. Heute haben wir wieder jede Menge gelernt! Solltest du also Angst haben, mal im Fahrstuhl stecken zu bleiben: nimm besser eine Topfpflanze mit! Spaß beiseite: da brauchst du natürlich keine Angst haben, zu ersticken!

Hallo Nicholas, es sind 60 g, allerdings war die Zahl im Video falsch. Das haben wir korrigiert. Vielen Dank für deinen Hinweis!

In der 4. Übung gibt es glaube ich einen Fehler. Da steht, dass 60 g Erde weg waren. Aber es müssten doch eigentlich 600 g sein, oder?

Tolles Video

Hat echt geholfen...DANKE

Entdeckung der Fotosynthese Übung

Formuliere die wortgleichung der fotosynthese..

Auf jeder Seite der Gleichung steht jeweils ein Gas.

Auf der linken Seite der Reaktionsgleichung steht, was die Pflanze aus der Umwelt aufnimmt, und auf der rechten Seite steht, was sie produziert.

Überlege, womit du Pflanzen gießt.

Bei der Fotosynthese handelt es sich um einen biochemischen Prozess , der unter anderem in Pflanzen abläuft.

Dabei nimmt die Pflanze Wasser aus dem Boden und das Gas Kohlenstoffdioxid aus der Luft auf und wandelt diese Ausgangstoffe mithilfe von Energie aus dem Sonnenlicht in mehreren Schritten in Glucose , also Traubenzucker, und Sauerstoff um.

Beschreibe den Versuch zur Überprüfung der Hypothese über das Wachstum der Pflanzen.

Schaue dir die dargestellten Bilder an. Dort findest du bereits ein paar Hinweise.

Van Helmont revolutionierte die Hypothese über das Wachstum der Pflanzen durch seine Beobachtungen.

Zum Wachsen braucht eine Pflanze Wasser.

Vor ein paar hundert Jahren herrschte die Hypothese vor, dass Pflanzen wachsen, indem sie Substanzen aus der Erde aufnehmen und daraus Biomasse aufbauen .

Dies überprüfte 1635 der Naturforscher Johan Baptista van Helmont, indem er einen jungen Baum in ein mit Erde befülltes Gefäß pflanzte und sowohl das Gewicht des Baumes als auch der Erde bestimmte.

Er goss den Baum über fünf Jahre hinweg und ließ ihn wachsen, um im Anschluss erneut das Gewicht des Baumes und der Erde zu ermitteln.

Als die fünf Jahre vorbei waren, stellte er fest, dass der Baum 82 Kilogramm schwerer, aber die Erde nur 60 Gramm leichter geworden ist.

Daraus schlussfolgerte er, dass der Massenzuwachs des Baumes nicht allein aus der Erde kommen konnte, sondern zusätzlich aus dem zugeführten Gießwasser .

Leite Priestleys Schlussfolgerungen zur Fotosynthese aus seinem Experiment her.

Eine der Schlussfolgerungen lässt sich keiner Beobachtung zuordnen.

Die beiden Versuche, in denen sich nur die Kerze oder nur die Maus unter der Glasglocke befinden, geben noch keine Auskunft über die Eigenschaften der Pflanze.

Die beiden Versuche, in denen sich die Pflanze mit der Maus oder mit der Kerze unter der Glasglocke befindet, lässt Schlussfolgerungen über die Eigenschaften der Pflanze zu.

Wird eine brennende Kerze allein unter eine Glasglocke gestellt, erlischt sie. Aus dieser Beobachtung schloss Priestley, dass für das Feuer Substanzen aus der Luft verbraucht werden. Fehlen diese Substanzen, erlischt das Feuer.

Eine Maus erstickt nach einiger Zeit unter einer luftdichten Glasglocke, woraus Priestley schloss, dass die Maus Substanzen aus der Luft zum Überleben benötigt.

Wird nun eine Kerze gemeinsam mit einer Pflanze unter eine Glasglocke gestellt, erlischt sie nicht. Daraus schloss Priestley, dass die Pflanze Substanzen bildet, die die Kerze zum Brennen benötigt. Obwohl sie von der Außenwelt abgeschnitten ist, erhält die Kerze also die nötigen Substanzen durch die Pflanze und das Feuer erlischt nicht.

Eine Maus gemeinsam mit einer Pflanze unter einer Glasglocke erstickt nicht, woraus Priestley schloss, dass die Pflanze für Tiere überlebenswichtige Substanzen bildet.

Stelle die Versuchsaufbauten von van Helmont und Priestley gegenüber.

Jedem Versuchsaufbau können je vier Elemente zugeordnet werden.

Das Van-Helmont-Experiment war ein Langzeitexperiment, während das Priestley-Experiment innerhalb eines Tages durchgeführt werden konnte. Was benötigte Priestley dementsprechend nicht für die Pflanze?

Das Priestley-Experiment funktioniert nur mit einer brennenden Kerze. Was benötigte er dafür?

Van Helmont benötigte für seinen Versuch neben einem Baum mit bekanntem Gewicht und 100 kg Erde auch Wasser , um den Baum zu gießen. Außerdem benötigte er eine Waage , um das Gewicht von Baum und Erde vor und nach dem Experiment zu bestimmen.

Priestley benötigte für seinen Versuch neben der Glasglocke und den Versuchsgegenständen bzw. Versuchstieren ( Pflanze , Maus und Kerze ) auch ein Feuerzeug , um die Kerze anzuzünden.

Nenne die Ausgangsstoffe und Produkte der Fotosynthese.

Eine der Antworten ist nicht richtig.

Das Atemgas und die Energiequelle, die Menschen und Tiere zum Überleben benötigen, sind Produkte der pflanzlichen Fotosynthese.

Nachts können Pflanzen keine Fotosynthese betreiben.

Im biochemischen Prozess der Fotosynthese nehmen Pflanzen Wasser und Kohlenstoffdioxid als Ausgangstoffe aus ihrer Umgebung auf. Mithilfe von Sonnenlicht bilden sie daraus Sauerstoff und Glucose, welche Tieren und Menschen als Atemgas und Energiequelle dienen.

Erarbeite einen Versuchsaufbau zum Nachweis der Lichtabhängigkeit der Fotosynthese.

Zwei der Antwortmöglichkeiten sind richtig.

Eine brennende Kerze zeigt an, dass die Pflanze Sauerstoff produziert.

Die Abhängigkeit vom Licht kann durch eine Wiederholung des Priestley-Experiments mit der Kerze und der Pflanze unter einer abgedunkelten Glasglocke überprüft werden.

Wenn die Kerze in der abgedunkelten Glasglocke, in der sich ebenfalls eine Pflanze befindet, weiterbrennt, dann bedeutet das, dass die Fotosynthese auch ohne Sonnenlicht ablaufen kann. Doch das ist nicht zu erwarten: Stattdessen ist zu erwarten, dass die Kerze erlöschen wird. Dies wäre der Beweis dafür, dass ohne Sonnenlicht keine Fotosynthese möglich ist.

Wenn die Pflanze es im Dunkeln nicht schafft, die Kerze am Brennen zu halten, dann sollte man das Experiment auf keinen Fall noch einmal mit der Maus wiederholen. Denn bei Priestley haben wir gelernt, dass die Maus und die brennende Kerze gleichermaßen auf Sauerstoff angewiesen sind: Die Maus würde ersticken.

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