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Fotosynthese: Formel verstehen und Stärkenachweis auswerten
Bei der Fotosynthese stellen grüne Pflanzen mithilfe von Licht aus Wasser und Kohlenstoffdioxid energiereiche Glucose her. Dabei entsteht Sauerstoff. Der Vorgang läuft in den Chloroplasten ab und bildet eine wichtige Grundlage für Biomasse und Nahrungsketten.
Hake ab, was du schon kannst — und komm am Ende hierher zurück!
Welche Stoffe werden umgewandelt?
Eine Pflanze benötigt für die Fotosynthese Wasser, Kohlenstoffdioxid und Lichtenergie. Sie bildet daraus Glucose und Sauerstoff.
Glucose
Glucose, auch Traubenzucker genannt, ist ein energiereicher Stoff. Die Pflanze nutzt sie unter anderem für Wachstum und kann sie in Form von Stärke speichern.
Die Wortgleichung lautet:
Wasser + Kohlenstoffdioxid + Lichtenergie → Glucose + Sauerstoff
Lichtenergie ist kein Stoff, der in der Glucose steckt. Sie liefert die Energie für die Stoffumwandlung.
Die folgende vereinfachte Gesamtgleichung fasst viele Reaktionsschritte zusammen. Glucose steht dabei für den gebildeten Zucker:
$$6\,CO_2 + 6\,H_2O \xrightarrow{\text{Lichtenergie}} C_6H_{12}O_6 + 6\,O_2$$
Die Buchstaben stehen für Elemente: C für Kohlenstoff, H für Wasserstoff und O für Sauerstoff. Die tiefgestellte Zahl zählt die Atome in einem Molekül, also einem Teilchen aus verbundenen Atomen. Fehlt eine Zahl, ist ein Atom gemeint. Die große Zahl vor einer Formel zählt die Moleküle. Deshalb bedeutet $6\,H_2O$: sechs Wassermoleküle mit insgesamt zwölf Wasserstoffatomen und sechs Sauerstoffatomen.
So prüfst du die Atombilanz der Gleichung:
- Kohlenstoff: Links enthalten sechs $CO_2$-Moleküle sechs C-Atome. Rechts enthält ein Glucosemolekül ebenfalls sechs C-Atome.
- Wasserstoff: Links ergeben sechs Wassermoleküle $6 \cdot 2 = 12$ H-Atome. Rechts besitzt Glucose zwölf H-Atome.
- Sauerstoff: Links zählst du $6 \cdot 2 + 6 = 18$ O-Atome. Rechts sind es sechs in Glucose und $6 \cdot 2 = 12$ in Sauerstoff, zusammen ebenfalls 18.
Die Atome bleiben erhalten und werden neu angeordnet. Die Zahlen beschreiben ein Verhältnis, keine feste Gesamtproduktion einer Pflanze.
Aus energiearmen Ausgangsstoffen entsteht mit Lichtenergie energiereiche Glucose. Für die Pflanze ist Glucose das zentrale Produkt; Sauerstoff wird freigesetzt.
Wo findet Fotosynthese statt?
Die Fotosynthese findet in grünen Pflanzenzellen in den Chloroplasten statt. Das sind Zellbestandteile, die den grünen Farbstoff Chlorophyll enthalten.
Chlorophyll
Chlorophyll ist ein grüner Farbstoff in den Chloroplasten. Es nimmt Licht auf und ermöglicht so die Nutzung der Lichtenergie für die Fotosynthese.
Chlorophyll nimmt vor allem rotes und blaues Licht auf. Grünes Licht wird stärker zurückgeworfen oder durchgelassen; deshalb erscheinen viele Blätter grün. Fotosynthese findet dort statt, wo geeignete Zellen mit Chloroplasten Licht erhalten.
Ein grüner, belichteter Blattbereich besitzt Chlorophyll und erhält Licht. Sind außerdem Wasser und Kohlenstoffdioxid verfügbar, kann dort Fotosynthese stattfinden. Ein lichtdicht abgedeckter Bereich erhält dagegen keine Lichtenergie. Dort kann die Fotosynthese nicht dauerhaft weiterlaufen.
Wähle in jeder Lücke die passende Form und prüfe anschließend deine Antworten.
Die Fotosynthese findet in den statt. Dort nimmt Licht auf. Aus Wasser und entsteht unter anderem Glucose, die als gespeichert werden kann.
Wie gelangen die Stoffe zum Reaktionsort?
Wasser und Kohlenstoffdioxid erreichen das Blatt auf unterschiedlichen Wegen:
- Wurzelhaarzellen nehmen Wasser aus dem Boden auf.
- Das Xylem, ein pflanzliches Leitgewebe, transportiert Wasser zu den Blättern.
- Kohlenstoffdioxid gelangt aus der Luft durch Stomata in das Blatt.
- Stomata sind regulierbare Blattöffnungen, über die auch Sauerstoff nach außen gelangen kann.
- Zucker wird vor allem als Saccharose in andere Pflanzenteile transportiert. Saccharose ist eine Zuckerart. Der Transport erfolgt im Phloem, dem zuckerleitenden Gewebe der Leitbündel. Leitbündel enthalten sowohl Xylem als auch Phloem.
Stomata
Stomata sind kleine, regulierbare Öffnungen in der Blattoberfläche. Durch sie findet der Gasaustausch mit der Umgebung statt.
Wie weist man Fotosynthese nach?
Mit Iodlösung kannst du Stärke nachweisen: Ist Stärke vorhanden, entsteht eine blauschwarze Färbung. Stärke besteht aus vielen verbundenen Glucosebausteinen und dient der Pflanze als Speicherstoff. Der Test weist also Stärke nach, nicht direkt freie Glucose oder Fotosynthese.
Fiktives Auswertungsbeispiel zu einem Schulversuch: Du möchtest herausfinden, ob Licht für den Aufbau von Stärke in einem grünen Blatt nötig ist.
- Die Pflanze steht zunächst so lange im Dunkeln, bis die vorhandenen Stärkereserven in ihren Blättern weitgehend verbraucht sind. Diese Vorbereitung heißt Entstärken. Eine Blattprobe wird getestet, um zu prüfen, dass zu Beginn keine Stärke nachweisbar ist.
- Ein Teil eines grünen Blattes wird auf beiden Seiten lichtdicht abgedeckt. Das Blatt bleibt an der ausreichend mit Wasser versorgten Pflanze. Anschließend wird die Pflanze belichtet; Kohlenstoffdioxid aus der Luft ist verfügbar.
- Nach der Belichtung wird das Blatt für den Stärkenachweis vorbereitet: Der grüne Farbstoff wird entfernt, damit du die Nachweisfarbe erkennen kannst. Die Lehrkraft führt die nötigen Schritte nach dem Versuchsprotokoll durch. Dann wird Iodlösung aufgetragen.
- Beobachtung: Der zuvor belichtete Bereich färbt sich blauschwarz. Im zuvor abgedeckten Bereich bleibt die Lösung gelblich-braun.
- Auswertung: Im belichteten Bereich ist Stärke entstanden. Im abgedeckten Bereich ist keine Stärke nachweisbar. Der Vergleich spricht dafür, dass Licht unter diesen Versuchsbedingungen für den Aufbau der nachgewiesenen Stärke nötig war.
Beide Bereiche stammen vom selben Blatt. Das Entstärken verhindert, dass alte Stärkereserven mit neu gebildeter Stärke verwechselt werden; der abgedeckte Bereich dient als Vergleich.
Die Schlusskette lautet: Licht ermöglicht Fotosynthese → es entstehen Zucker → daraus kann Stärke aufgebaut werden → Iodlösung weist diese Stärke nach. Ein positiver Stärketest allein zeigt nicht, wann oder wo der Zucker entstanden ist. Auch aus zugeführtem Zucker kann Gewebe im Dunkeln Stärke bilden. Deshalb sind die Vorbereitung und der Vergleich entscheidend.
Warum ist Fotosynthese so wichtig?
Fotosynthese liefert Stoffe zum Aufbau von Biomasse. Damit ist hier die Masse des biologischen Materials eines Lebewesens gemeint, bei einer Pflanze zum Beispiel das Material ihrer Blätter, Wurzeln und Stängel. Die gebildeten Zucker liefern dafür Bausteine und Energie.
Pflanzen stehen als Produzenten am Anfang vieler Nahrungsketten. Pflanzenfresser übernehmen die gespeicherte chemische Energie durch ihre Nahrung. Fleischfresser erhalten sie indirekt über andere Tiere.
Eine mögliche Nahrungskette lautet:
Pflanze → Hirsch → Wolf
Der Pfeil bedeutet „wird gefressen von“. Der Hirsch frisst Pflanzen; der Wolf kann den Hirsch erbeuten. So gelangt ein Teil der in Pflanzen gespeicherten Energie zum Wolf.
Die Fotosynthese stellt außerdem Sauerstoff bereit. Bei der Zellatmung nutzen Pflanzen, Tiere und Menschen Glucose und Sauerstoff zur Energiegewinnung. Dabei entstehen Kohlenstoffdioxid und Wasser. Pflanzen betreiben Zellatmung am Tag und in der Nacht; auch bei Licht benötigen ihre Zellen nutzbare Energie.
Fotosynthese baut energiereiche Stoffe auf. Zellatmung nutzt solche Stoffe zur Energiegewinnung. Die beiden Vorgänge haben unterschiedliche Aufgaben und sind nicht einfach derselbe Prozess in umgekehrter Tageszeit.
Karteikasten
Überlege zuerst selbst und drehe die Karte anschließend zum Prüfen um.
Alles auf einen Blick
- Fotosynthese
- Voraussetzungen: Wasser, Kohlenstoffdioxid und Licht
- Ort: Chloroplasten mit Chlorophyll
- Produkte: Glucose und Sauerstoff
- Speicherung: Aus Glucose kann Stärke entstehen
- Stoffwege: Wasser im Xylem, Gase durch Stomata, Zucker im Phloem
- Nachweis: Iodlösung zeigt Stärke blauschwarz; vorher entstärken
- Bedeutung: Biomasse, Nahrungsketten und Sauerstoff
Abschluss-Check
Prüfe zum Schluss deine Erklärung: Kannst du den Weg von Wasser und Kohlenstoffdioxid bis zur gespeicherten Stärke beschreiben und anschließend begründen, warum davon auch ein Pflanzenfresser abhängt? Dann hast du Stoffumwandlung, Nachweis und ökologische Bedeutung miteinander verbunden.