Photosynthese - pdf - Helmholtz Zentrum München

Name: ________________________________
Datum: ________________________________
Praktikum zur Photosynthese
für Oberstufe
Skriptum
Skript version: 28.06.2005

Die Photosynthese ist einer der bedeutendsten Stoffwechselprozesse überhaupt. Wir
verdanken ihm die Regeneration des Sauerstoffs, die Energiespeicherung in
Kohlenhydraten als Basis unserer Nahrungsmittel und die Energiereserven in Form von
Kohle, Erdöl und Erdgas.
Die Photosynthese gehört daher zur Basis, die unseren Alltag in der heutigen Form erst
möglich macht.
Experimente
1. Mikroskopieren eines Laubblattes
2. Elektronenmikroskopie
3. Isolierung und Identikation der Blattfarbstoffe
4. Kohlenstoffdioxidabhängigkeit der Photosynthese
5. Temperaturabhängigkeit der Photosynthese
6. Lichtintensitätsabhängigkeit der Photosynthese
7. Sauerstoffnachweis als Photosyntheseprodukt
8. Glucosenachweis in Blättern
9. Stärkenachweis in Blättern
Inhalte: Markus Förg, Dirk Stiebler
Copyrights 2005: GSF-Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit GmbH, Neuherberg

Photosynthese
Versuch 1 – Mikroskopieren eines Laubblattes
Mikroskopieren eines Laubblattes
Die Photosynthese findet in den grünen Pflanzenteilen, also überwiegend in den Blättern statt. Diese sind durch
ihren Aufbau gut angepasst an diesen Vorgang. Durch Erstellen einer detaillierten Zeichnung des Blattquerschnittes
ergibt sich ein besserer Zusammenhang zwischen Aufbau und Funktion.
Material:
Chemik ali en:
Mikroskop, Objektträg er, Deckgl as, Rasierk linge, Styropor, Pinzette, Tropfpip ette, Bechergl as
grüne Bl ätter
Wasser
Versuchsablauf
Bemerkungen
1. Klemmen Sie das Laubblatt zwischen zwei Objektträgern und
schneiden Sie zuerst das überstehende Ende genau an der Kante ab.
Erleichtert besonders dünne
Schnitte
2. Ziehen Sie jetzt den oberen Objektträger um haaresbreite zurück und
schneiden einen hauchdünnen Streifen ab.
3. Wiederholen Sie dies noch dreimal!
4. Legen Sie die Blattquerschnitt nebeneinander in einen Wassertropfen
auf einem freien Objektträger und bedecken dies dann mit dem
Deckgläschen (evtl. noch etwas Wasser hinzufügen).
5. Spannen Sie das Präparat (Objektträger mit den in Wasser eingelegten
Blattquerschnitten) auf dem Objekttisch ein.
Verhindert das Austrocknen des
Präparats
Verhindert das Verrutschen des
Objektträgers
6. Schalten Sie am Beleuchtungsschalter die Beleuchtung ein.
7. Die Okulare an den Augenabstand anpassen:
8. Am Helligkeitsregler die Helligkeit so einstellen, dass es angenehm für
die Augen ist.
9. Bild scharf stellen. Dafür wird nur der Feintrieb gebraucht.
Welche Seite ist die obere, dem Licht zugewandte Seite?
10. Ordnen Sie folgende Begriffe den zu sehenden Strukturen zu:
Chloroplast, Schließzelle, Epidermis, Schwammparenchym,
Spaltöffnung, Palisadenparenchym, Interzellularraum, Cuticula
(Wachsschicht), Leitbündel, Zellwand, Zellkern, Zellmembran, evtl.
Plasmodesmen, usw….
TIPP!! Wenn man in das Mikroskop
schaut, sollte man nicht zwei Bilder
nebeneinander sehen, sondern ein
einziges. Wenn das nicht gelingt,
einfach nur mit einem Auge
hineinschauen und das andere
schließen.
Vergleiche Linder „Biologie, Seite
47
Auswertung:
1. Fertigen Sie zwei detailgenaue Zeichnungen an: (Benutzen Sie dazu nur Bleistift, Papier und Radiergummi!)
a) von einem kleinen Ausschnitt (Blattoberseite bis Blattunterseite) des Blattquerschnittes
und
b) von einer Zelle der Epidermis an.
2. Beschriften Sie die Skizze mit den angegebenen Begriffen!
3

Photosynthese
Versuch 1 – Mikroskopieren eines Laubblattes
Zeichnungen:
4

Photosynthese
Versuch 1 – Mikroskopieren eines Laubblattes
Frage:
Welche Aufgaben erfüllen die einzelnen Blatt- und Zellbestandteile?
Bezeichnung:
Funktion:
5

Photosynthese
Versuch 2 – Elektronenmikroskopie
Elektronenmikroskopie
Für die exakte Aufklärung der Struktur der Chloroplasten und anderer Zellorganellen reicht das
Auflösungsvermögen des Lichtmikroskops nicht aus. Erkennbar sind bei höchster Vergrößerung lediglich die
ovalen, grünen Körperchen, die Chloroplasten. Zunächst musste die Elektronenmikroskopie mit einem bis zu 1000
x größeren Auflösungsvermögen erfunden werden, bis der Feinbau der Chloroplasten aufgeklärt werden konnte.
Material:
Elektronenmi kros kopische Aufnahmen, Reinz eichnungen, Pergament papier, Bl eistift
Versuchsablauf
Bemerkungen
1. Informieren Sie sich über den Ablauf der Elektronenmikroskopie (Linder
„Biologie“, Seite 19-21) und den Chloroplastenfeinbau (Linder „Biologie“,
Seite 126)
2. Notieren Sie stichpunktartig den Ablauf einer elektronenmikroskopischen
Aufnahme.
3. Ordnen Sie die Chloroplastenbestandteile der EM-Aufnahme auf Tafel
32c (Gunning, Steer, „Bildatlas zur Biologie der Pflanzenzelle“) zu.
4. Kontrollieren Sie Ihre Zuordnung anhand des Textes auf Seite 68
(Gunning, Steer, „Bildatlas zur Biologie der Pflanzenzelle“).
Auswertung:
1. Pausen Sie den Chloroplasten auf Tafel 32c auf Pergamentpapier ab und beschriften Sie die wesentlichen
Details.
Fragen:
Wie erklärt man sich die Doppelmembran der Chloroplasten (Stichwort Endosymbiontenhypothese)?
Antworten:
6

Photosynthese
Versuch 2 – Elektronenmikroskopie
7

Photosynthese
Versuch 3 – Blattfarbstoffe
Isolierung und Identifikation der Blattfarbstoffe
In diesem Versuch werden die Blattfarbstoffe aus grünen Blättern extrahiert und anschließend chromatographisch
getrennt. Sowohl von den einzelnen Blattfarbstoffen als auch von allen gemeinsam werden Absorptionsspektren
aufgenommen.
Zusätzlich kann die Frage untersucht werden, ob die im Sommer roten Blätter mancher Pflanzen oder Blütenblätter
Photosynthese betreiben können. Jede Gruppe sollte mindestens zwei verschiedene Blattsorten untersuchen!
Beim gesamten Versuch ist zu beachten, dass die Blattfarbstoffe ex vivo lichtempfindlich sind.
Vorgehen:
A, Extraktion der Blattfarbstoffe
B, Bestimm ung des Gesamtab sorptionsspektrum s
C, Dünnschichtchromatographische Trennung
D, Identifikation durch Bestimm ung der einzelnen Ab sorptionsspektren
Da die einzelne Arbeitsschritte längere Zeit in Anspruch nehmen, wird diese Reihung nicht strikt eingehalten.
Geräte:
Chromatographiekammer, Messz ylinder 50 ml, Waage, 2 Scheren, 2 x kleiner Mörser und Pistill, Ständer für
Eppendorfgefäße, Mi kroliterpipett en, Glas pasteurpipett e, Eppendorfz entrifuge, Geodreiec k, 3B-Bleistift , V ortexer,
Phot omet er mit Comput er, 2 S kal pelle, Abdunklungs karton für Chromatographi ekammer
Verbrauchsmaterial:Petrischal en, Eppendorfgefäße, Pipettenspitzen, 0,5µl-Glaskapillaren
Chemi kalien:
Fließmittel mittel (P etrolbenzin(140): 2-Propanol:Wasser=100:10: 0,25), S eesand, Calciumcarbonat, Acet on,
Petrolbenzin( 140), 10%NaCl-Lösung
Versuchsablauf
Bemerkungen
Vorb ereitung für C)
1. Bereiten Sie die Chromatographiekammer vor, indem Sie 15 ml
Fließmittel in eine (!) Seite der Chromatographiekammer füllen
und diese verschließen.
Der Luftraum soll mit
Lösungsmitteldämpfen gesättigt
sein.
2. Schneiden Sie eine Kieselgelplatte (im Folgenden: DC-Platte)
von 13x10 cm zurecht. Dabei die Kieselgelschicht nicht
beschädigen.
3. Ziehen Sie am unteren Rand der DC-Platte in 1,5 cm Entfernung
vorsichtig einen Bleistiftstrich: die „Startlinie“. Kieselgelplatte nicht
beschädigen!
A, Extraktion der Blattfarbstoffe
1. 3 g grüne Blätter abwiegen und mit der Schere in feine Streifen
schneiden.
2. Blattstreifen mit einer Spatelspitze Seesand und einer kleinen
Prise Calciumcarbonat in eine Reibschale geben und 4 ml Aceton
zufügen. Mikroliterpipette vor der ersten Benutzung von einem
Kursbetreuer erklären lassen!
Für jedes Gruppenmitglied einzeln!
Der Seesand unterstützt das
Aufbrechen der Zellwände.
8

Photosynthese
Versuch 3 – Blattfarbstoffe
3. Mit dem Pistill solange verreiben, bis ein einheitlicher Brei
entstanden ist.
4. Gießen Sie die Lösung in ein Eppendorfgefäß ab. Schieben Sie
dazu den Blattbrei auf einen Haufen und drücken Sie ihn mit dem
Pistill aus.
Sollte weniger als 1 ml Lösung entstanden sein, so geben Sie
einen weiteren ml Aceton zum ausgedrückten Brei, verreiben
gründlich und drücken wieder aus.
5. Füllen Sie ein weiteres Eppendorfgefäß mit der gleichen Menge
Aceton.
Zentrifugieren Sie den Sand und die Blattbruchstücke ab.
Zentrifuge vor der ersten Benutzung von einem Kursbetreuer
erklären lassen!
Sand/Blattreste erschweren
weitere Arbeitsschritte.
Gegengewicht für die Zentrifuge,
da sonst eine Unwucht entsteht.
„Impulszentrifugation“
6. Geben Sie den Überstand in ein frisches, beschriftetes
Eppendorf-Röhrchen.
C, Dünnschichtchromatographische Trennung
4. Die Blattfarbstofflösung soll in Punkten auf die Startlinie
aufgetragen werden. Diese sollten zum Rand einen Abstand von
1,5 cm und zueinander von 1 cm haben.
Hierzu wird eine Glaskapillare verwendet. Taucht man sie mit
dem unteren Ende in die Lösung, so füllt sie sich ohne weiteres
Zutun (Genau beobachten!).
Nach dem gleichen Prinzip wird die Kapillare auf der DC-Platte
geleert: Nur aufsetzen, ev. leicht (10°) zur Seite neigen und
ausfliesen lassen. Möglichst nicht die ganze Kapillare auf einmal
ausfliesen lassen, sondern den Punkt zwischendurch trocknen
lassen.
5-10 Kapillarenfüllungen pro Punkt. Mehrere Punkte von jeder
Lösung!
5. DC-Platte in die leere (!) Seite der Kammer stellen: Kieselgelseite
nach außen! Deckel aufsetzen und mindestens 5 min
geschlossen stehen lassen. Abdunkeln mit Karton!
Die Qualität der
chromatographischen Trennung
wird wesentlich durch die Größe
der Punkte bestimmt! Ferner sollte
auf dem möglichst kleinen Punkt
möglichst viel Blattfarbstoff sein.
Die Kapillare niemals aufdrücken,
da sie sonst verstopft und die
Kieselgeloberfläche beschädigt
wird!
Der Luftraum soll mit
Lösungsmitteldämpfen gesättigt
sein.
B, Bestimmung des Gesam tab sorptionsspektrum s
1. In einem weiteren Eppendorfgefäß je 0,5 ml Blattfarbstofflösung,
NaCl-Lösung und Petrolbenzin zusammengeben und mit dem
Vortexer gründlich mischen.
Einige UV-absorbierende,
wasserlösliche Verunreinigungen
müssen vor der Messung entfernt
werden.
C, Dünnschichtchromatographische Trennung
7. Die Kammer kippen, so dass das Fließmittel in die
Nachbarvertiefung hinüber lauft. Uhrzeit beachten:
Mindestens 30 min Dauer!
Kammer wieder abdunkeln.
Regelmäßig beobachten: Die
Fließmittelfront darf keinesfallls die
Oberkante erreichen!
9

Photosynthese
Versuch 3 – Blattfarbstoffe
B, Bestimm ung des Gesamtab sorptionsspektrum s
2. Mit geeignetem Gegengewicht kurz zentrifugieren.
3. Mit einer Glaspasteurpipette die obere Benzinphase in ein
weiteres Eppendorfgefäß überführen.
4. 4. und 5. können entfallen, wenn die Vorgänger am Photometer
ebenfalls mit Benzin gearbeitet haben!
Sobald das Photometer frei ist eine Küvette mit 150 µl
Petrolbenzin füllen. Zügig arbeiten: Benzin löst den Kunststoff der
Küvette!
5. Benzinküvette in Schacht B stellen (Strahlengang beachten!),
Deckel schließen und im Programm „Basislinie“ wählen. Nach
Beendigung (ca. 1 Minute: Programmmeldung beachten!) Küvette
entfernen und entsorgen.
Die Blattfarbstoffe sind jetzt im
Benzin gelöst.
Nie die unteren, klaren Flächen der
Küvette berühren: Hier soll das
Licht durch!
Das Photometer misst die
Absorption von Benzin und Küvette
als 0-Wert.
6. Eine Küvette mit 150 µl der Blattfarbstofflösung befüllen und in
Schacht 1 stellen. „Messen“ anklicken und geeigneten Namen
wählen. (Eigener Name, Art des Blattes)
7. Eventuell ist die Lösung zu konzentriert. Dies erkennt man an im
Wesentlichen konstanten, nur wenig schwankenden Werten über
1,0. In diesem Fall einen Teil der Lösung mit Petrolbenzin auf
geeignete Weise verdünnen und in neuer Küvette erneut messen.
Mehrere Spektren können über → Menü → Spektrum laden
gleichzeitig angezeigt werden.
Absorptiosm axi ma bestim men:
1. Funktion links wählen
2. in Legende Klick auf betreffendes Spektrum
3. Peaksuche wählen
Spektren ausdrucken!
Größere Verdünnungen als 1:100
sind in der Regel nicht sinnvoll.
Verdünnungen von 1:10 bis 1:50
haben sich als sinnvoll erwiesen.
C, Dünnschichtchromatographische Trennung
8. Wenn die Fließmittelfront noch ca. 2 cm von der Oberkante
entfernt ist: DC-Platte herausnahmen und sofort mit dem Bleistift
die Fließmittelfront markieren.
9. Maximale Laufstrecken und Farbe der einzelnen Fraktionen
notieren. Zügig weiterarbeiten!
Ursache für die verschiedenen
Wandergeschwindigkeiten der
Farbstoffe sind deren
unterschiedlichen Wechselwirkungen
mit der stationären und
mobilen Phase.
Trockene Blattfarbstoffe sind noch
empfindlicher!
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Photosynthese
Versuch 3 – Blattfarbstoffe
D, Identifikation durch Bestimmung der einzelnen Absorptionsspektren
1. Alle klar unterscheidbaren Fraktionen einzeln mit einem Skalpell
vollständig von der DC-Platte kratzen und in je ein beschriftetes
Eppendorfgefäß überführen. Sauber arbeiten!´
2. Mit je 200 µl Aceton versetzen, gründlich mischen und kurz
zentrifugieren.
Blattfarbstoffe lösen sich gut, auch
wenn die Lösung nicht sichtbar
gefärbt ist!
3. „Basislinie“ mit einer Acetongefüllten Küvette messen. Aceton greift die Küvette nicht an,
verdunstet aber recht schnell.
4. Bestimmen Sie die Spektren aller Einzelfarbstoffe. Entnehmen
Sie dazu immer 150µl vom Überstand der zentrifugierten
Farbstofflösung.
5. Bestücken Sie die Halterungen 1 bis 5 und führen Sie die
Messungen durch: „Messen“ klicken und Namen für alle Proben
vergeben. Vorgang mit restlichen Proben wiederholen.
5. Ggf weitere Spektren laden. Maxima bestimmen und ausdrucken.
Auswertung:
1. Messen Sie die Fliessmittelfront aus!
2. Berechnen Sie die R f -Werte nach folgender Formel:
R f
Wegstrecke _ Farbstoff
=
Wegstrecke _ Fließmittelfront
R etensi onsf a ktor R f - Wert:
Der R f -Wert gibt das Verhältnis der Subst anzlaufstrec ke zur Laufstrec ke des Fliess mittels an. Wenn ei n St off nur halb so sc hnell läuft wi e das
Fliessmittel hat er ei nen Rf von 0,5.
3. Skizzieren Sie möglichst schnell das Ergebnis der Dünnschichtchromatographie und benennen Sie die
einzelnen Blattfarbstoffe!
4. Interpretieren Sie das Gesamt-Absorptionsspektrum hinsichtlich aufgenommenem und durchgelassenem
Licht, sowie der Blattfarbe grün!
5. Vergleichen Sie das Gesamt-Absorptionsspektrum mit den Absorptionsspektren der einzelnen Blattfarbstoffe!
6. Identifizieren Sie die einzelnen Blattfarbstoffe anhand der Lage ihrer Absorptionsmaxima! (Die genaue Lage
der Maxima ist vom Lösungsmi tel abhängig!) Benutzen sie dazu die folgende T abelle
Blattfarbstoff Farbe R f -Wert auf
Kieselgelplatten
Absorptionsmaxima λ in
nm
Carotinoide:
α-Carotin goldgelb 0,953 446, 476
β-Carotin goldgelb 0,9375 454, 480
Pheophytin olivgrün 0,325 408, 664
Chlorophyll a blaugrün 0,25 432, 664
Chlorophyll b dunkelgrün 0,2125 464, 648
Lutein gelb 0,175 447, 476
Violaxanthin (Xanthophyll) gelb 0,1375 442, 472, (416)
Neoxanthin (Xanthophyll) gelb 0,0875 412, 439, 467
11

Photosynthese
Versuch 3 – Blattfarbstoffe
Dünnschichtchromatographie:
Bandennummer R f -Wert
Abnehmende Laufstrecke
1
2
3
4
5
6
7
Antworten:
12

Photosynthese
Versuch 3 – Blattfarbstoffe
Spektren:
13

Photosynthese
Versuch 4 – CO2 - Abhängigkeit
CO 2 -Abhängigkeit der Photosynthese
Der Bruttogleichung der Photosynthese kann man die qualitative Beteiligung des Kohlenstoffdioxids
entnehmen. Interessant ist weiterhin der quantitative Zusammenhang zwischen Photosyntheserate und
Kohlenstoffdioxidgehalt der Umgebung.
Material:
Diaprojektor, Reagenzglas, Büroklammer, Wasserpest, pH-Papier
Chemi kalien: Wasser pest-Wasser, Wasserpest-Wasser (c(CO 2 )=0,01 mol / L ), -Wasser (cCO 2 =0,05 mol / L )
Versuchsablauf
Bemerkungen
1. Füllen Sie drei Reagenzgläser zu zweidrittel mit a) abgekochtem
Wasserpest-Wasser, b) Wasserpest-Wasser (c CO2 =0,01 mol / L ) und
c) Wasserpest-Wasser (c CO2 =0,05 mol / L ).
2. Beschweren Sie einen frisch abgeschnittenen Spross (ca. 10 –
12 cm lang) der Wasserpest an der Spitze mit einer Büroklammer
und geben Sie diesen mit der Spitze voran, ohne ihn zu knicken,
in das Reagenzglas.
Beachten Sie: Schnittstelle des Sprosses muss unterhalb der
Wasseroberfläche liegen.
Erstellen eines CO 2 -Gradienten
Bei zu wenig Wasser über dem
Sprossende ist die Gefahr, Blasen
zu übersehen, sehr groß.
3. Verschließen Sie das befüllte Reagenzglas kurz mit einem
Stopfen und stellen Sie es mehrmals auf den Kopf bis Sie keine
Gasblasen mehr aufsteigen sehen.
Öffnen sie das Reagenzglas wieder.
4. Belichten Sie die Reagenzgläser a – c nacheinander mit einem
Diaprojektor im vorgegebenen Abstand (Aufsetzmarken
beachten!).
5. Zählen Sie die an der Schnittstelle austretenden Blasen pro
Minute und Reagenzglas.
Lichtstärke muss konstant bleiben
Beginnen sie mit dem Ansatz c
Sollten keine Blasen aufsteigen,
verwenden Sie bitte einen neuen
Wasserpestspross.
6. Leiten Sie etwas CO 2 aus der Gasflasche in ein Reagenzglas mit
Wasser ein, vermischen sie es gut und überprüfen Sie den pH-
Wert.
Auswertung:
1. Stellen Sie Abhängigkeit der Sauerstoffproduktion von der CO 2 -Konzentration graphisch dar!
2. Formulieren Sie den Zusammenhang zwischen Photosyntheseaktivität in Abhängigkeit von der CO 2 -
Konzentration in einem Satz. Diskutieren Sie dabei auch den Kurvenverlauf!
Fragen:
Nennen Sie die unmittelbare Veränderung, wenn sich Kohlenstoffdioxid im Plasma anreichert und leiten sie
daraus mögliche Folgen ab!
14

Photosynthese
Versuch 4 – CO2 - Abhängigkeit
Diagramm:
Antw orten:
15

Photosynthese
Versuch 5 – Temperaturabhängigkeit
Temperaturabhängigkeit der Photosynthese
Die Photosynthese ist ein chemischer Vorgang unter Beteilung von Enzymen. Deshalb sollte theoretisch die
RGT-Regel (Temperaturerhöhung um 10°C verdoppelt die Reaktionsgeschwindigkeit) gelten.
Material:
Chemi kalien:
Diaprojektor, Reagenzglas, Büroklammer, Wasserpest, T her momet er
gekühltes Wass erpes t-Wass er, Eis wass erbad, Wass erbad (ca. 45°C)
Versuchsablauf
Bemerkungen
Vorversuch zum Testen der Wasserpestaktivität:
1. Füllen Sie ein Reagenzglas zu zweidrittel mit Wasserpest-
Wasser (Raumtemperatur).
2. Beschweren Sie einen frisch abgeschnittenen Spross (ca. 10
– 12 cm lang) der Wasserpest an der Spitze mit einer
Büroklammer und geben Sie diesen mit der Spitze voran,
ohne ihn zu knicken, in das Reagenzglas.
Beachten Sie: Schnittstelle des Sprosses muss unterhalb
der Wasseroberfläche liegen.
3. Verschließen Sie das befüllte Reagenzglas kurz mit einem
Stopfen und stellen Sie es mehrmals auf den Kopf bis Sie
keine Gasblasen mehr aufsteigen sehen. Öffnen sie das
Reagenzglas wieder.
4. Belichten Sie das Reagenzglas mit einem Diaprojektor im
vorgegebenen Abstand (Aufsetzmarken beachten!).
5. Zählen Sie die an der Schnittstelle austretenden Blasen pro
Minute und Reagenzglas. Sollten keine Blasen aufsteigen,
verwenden Sie bitte einen neuen Wasserpestspross.
Bei zu wenig Wasser über dem
Sprossende ist die Gefahr, Blasen
zu übersehen, sehr groß.
Wenn Blasen aufsteigen, notieren sie sich diesen Wert und fahren
wie unter 1-5 beschrieben fort.
Durch Mischen der temperierten Wasserpestwasser-Ansätze können
Sie ausgehend von Raumtemperatur die Aktivität der Wasserpest im
Temperaturbereich von 5-45°C in Schritten von ca. 5°C bestimmen.
Temperatur in °C
Anzahl der Gasblasen/Minute
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Photosynthese
Versuch 5 – Temperaturabhängigkeit
Auswertung:
1. Stellen Sie die Temperaturabhängigkeit der Sauerstoffproduktion graphisch dar!
2. Formulieren Sie den Zusammenhang zwischen Photosyntheseaktivität in Abhängigkeit von der
Temperatur in einem Satz. Diskutieren Sie dabei den Kurvenverlauf!
Fragen:
Was enthält das Wasserpest-Wasser?
Diagramm:
Antw orten:
17

Photosynthese
Versuch 6 – Lichtintensitätsabhängigkeit
Lichtintensitätsabhängigkeit der Photosynthese
Der Name Photosynthese besagt ja schon, dass Stoffe mittels Lichtenergie hergestellt werden. Der
quantitative Zusammenhang wird in diesem Versuch ermittelt.
Material:
Diapr ojektor, Re age nzgl as, Büroklamm er, Wasserpest, wasserg efüllte Küv etten
Chemik ali en: Wasserpest-Wasser (c(CO 2 )=0,01 mol / L )
Versuchsablauf
Bemerkungen
1. Füllen Sie ein großes Reagenzglas mit Wasserpest-Wasser.
2. Beschweren Sie einen frisch abgeschnittenen Spross (ca. 10 –
12 cm lang) der Wasserpest an der Spitze mit einer Büroklammer
und geben Sie diesen mit der Spitze voran, ohne ihn zu knicken,
in das Reagenzglas.
Beachten Sie: Schnittstelle des Sprosses muss unterhalb der
Wasseroberfläche liegen.
Bei zu wenig Wasser über dem
Sprossende ist die Gefahr, Blasen
zu übersehen, sehr groß.
3. Verschließen Sie das befüllte Reagenzglas kurz mit einem
Stopfen und stellen Sie es mehrmals auf den Kopf bis Sie keine
Gasblasen mehr aufsteigen sehen. Öffnen sie das Reagenzglas
wieder.
4. Geben Sie das offene Reagenzglas in die runde obere Öffnung
der Black-Box und positionieren Sie den Diaprojektor im
vorgegebenen Abstand (Aufsetzmarken beachten!) vor dem
Belichtungsschlitz.
5. Stellen Sie den Diaprojektor an und justieren sie den
Strahlengang so, damit das Reagenzglas in der Black-Box
maximal belichtet wird.
6. Messen Sie die Lichtintensität mit dem Luxmeter. Dazu nehmen
Sie die Schutzkappe vom externen Belichtungssensor und führen
ihn von der Seite in die Black-Box ein. Ermitteln Sie dazu den
maximalen Belichtungswert und notieren Sie diesen.
7. Belichten Sie den Versuchsansatz mit dem Diaprojektor bei voller
Lichtintensität und warten Sie ca. 3 Minuten.
Zum Erfassen der Messwerte zählen sie zweimal eine Minute
lang die Gasblasen Mittelwert bilden!
Durch viermaliges Drücken der
Taste „SELECT“ auf dem
Messgerät können Sie den
Messbereich auf X10 (Faktor 10)
einstellen.
Maximalwerte können während der
Messung durch Drücken der Taste
„MAX“ festgehalten werden.
Pflanze muss sich an neue
Lichtverhältnisse gewöhnen
Sollten keine Blasen aufsteigen,
verwenden Sie bitte einen neuen
Wasserpestspross.
8. Zum Herabsetzen der Lichtintensität verwenden Sie die
vorgefertigten Pergamentpapierstreifen, die sie vor den
Belichtungsschlitz justieren.
9. Wiederholen sie die Schritte 5 bis 7.
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Photosynthese
Versuch 6 – Lichtintensitätsabhängigkeit
Anzahl Pergamentpapierstreifen
0
1
2
3
4
5
Belichtungsstärke
(Lux)
Anzahl der Gasblasen/Minute
Auswertung:
1. Stellen sie die Abhängigkeit der Sauerstoffproduktion von der Lichtintensität graphisch dar!
2. Formulieren sie eine passende Definition des Begriffes „Lichtkompensationspunkt“!
Antw orten:
19

Photosynthese
Versuch 6 – Lichtintensitätsabhängigkeit
20

Photosynthese
Versuch 7 – Sauerstoffnachweis
Sauerstoffnachweis
Lässt man eine Wasserpflanze (hier die Wasserpest) unter Belichtung eine längere Zeit lang stehen, kann
man beobachten, dass sich kleine Gasbläschen an der Pflanze bilden.
In diesem Versuch soll dieses entstehende Gas mittels einfachen Nachweismethoden nachgewiesen
werden.
Material:
Pneumatische Wanne, Bec herglas, Tricht er, Reagenzglas, Wasserpest, Glimmspan, RG-Stopfen
Chemi kalien:
Wasser ( kohlenstof fdioxi dhaltig), Sauerstoff , Kohlenstoffdioxi d
Planen Sie das Experiment zum Nachweis des entstehenden Gases!
a) Führen Sie zunächst mit Sauerstoff, Kohlenstoffdioxid und Stickstoff aus der Gasflasche, das Sie
jew eils in ein Reagenzglas abfüllen und mit einem Stopfen verschliessen, eine Blindprobe zur
Prüfung der Methode durch.
Erst v ollständig planen, in Stichpunkten notieren, dann durchführen!
geplanter Versuchsablauf / Versuchsskizze:
Erw artungen:
An dieser Stelle wird das Experiment durchgeführt...
Beobachtung:
Auswertung:
Erstellen Sie die Bruttogleichung der Photosynthese!
21

Photosynthese
Versuch 7 – Sauerstoffnachweis
b) Planen Sie nun den Versuch zur Bestimmung des farblosen Gases, das die Wasserpest innerhalb
v on 24 Stunden abgibt!
Erst v ollständig planen, in Stichpunkten notieren, dann durchführen!
geplanter Versuchsablauf / Versuchsskizze:
Erw artungen:
An dieser Stelle wird das Experiment durchgeführt...
Beobachtung:
Auswertung:
Identifizieren Sie das durch die Photosynthese produzierte Gas!
Nicht Vergessen!!!! Aufbau eines neuen Reaktionsansatzes für den nächsten Tag
Ein Reagenzglas in der pneumatischen Wanne mit Wasser füllen, auf den Hals eines Trichters
stülpen und die Wasserpest in die Trichteröffnung legen. Es dürfen sich keine Gasblasen im
Reagenzglas befinden!
Fragen:
1. Warum darf keine Frischluft in das Reagenzglas eindringen?
2. Warum sind Wasserpflanzen hervorragend geeignet, das gasförmige Produkt zu identifizieren?
Antworten:
22

Photosynthese
Versuch 8 – Glucosenachweis
Glucosenachweis
Eines der Primärprodukte der Photosynthese ist die Glucose. Da sie ausgezeichnet wasserlöslich ist, kann
sie den Blättern durch Auskochen entzogen und durch eine Nachweisreaktion identifiziert werden.
Material:
Chemi kalien:
Reagenzgläser, Reagenzglas klammer, Gl asstab, Buns enbrenner, Tricht er, Filterpapier, Blätt er von Sc hnittlauch
Fehlingsche Lös ung I und II , St ärkelös ung
Planen Sie ein Experiment, mit dem Sie nachweisen können, dass Glucose tatsächlich in
Pflanzenblättern enthalten ist.
a) Führen Sie zunächst Blindproben mit verschiedenen Lösungen zum Kennen lernen der Methode
durch.
Versuchsablauf
Bemerkungen
1. Herstellen der Probelösungen:
a, Eine Spatelspitze Glucose wird in ca. 6 ml Wasser gelöst.
b, Ein Reagenzglas wird mit dest. Wasser gefüllt.
c, Ein Reagenzglas wird mit Stärkelösung gefüllt.
2. In einem anderen Reagenzglas je 3 ml Fehling I und Fehling II
vermischen.
Achtung: Fehling II ist eine ätzende Flüssigkeit!
Lösung muss frisch hergestellt
werden.
3. Je 2 ml des Fehling-Reagenz zu jedem Versuchsansatz geben
und vorsichtig erwärmen. Reagenzglas dabei immer leicht
schütteln.
Vorsicht! Sehr leicht Siedeverzug!
Die Reagenzglasmündung NIEMALS auf Menschen richten!!!
Größte Gefahrenquelle im Kurs!!
Beobachtung:
Glucose-Lösung dest. Wasser Stärkelösung
+ Fehling-Reagenz
Auswertung:
23

Photosynthese
Versuch 8 – Glucosenachweis
b) Führen Sie nun den experimentellen Nachw eiß, dass Glucose in Pflanzenblättern enthalten ist!
Erst v ollständig planen, in Stichpunkten notieren, dann durchführen!
geplanter Versuchsablauf:
(Tipps und Tricks: Glucose in flüssiger Lösung aus Schnittlauchblättern extrahieren!)
Erw artungen:
An dieser Stelle wird das Experiment durchgeführt...
Beobachtung:
Auswertung:
Für ALLE, nicht nur für Chemiker: Erstellen Sie die Redoxgleichung für den Fehling-Nachweis!
(Tipp: Es entsteht eine Polyhydroxycarbonsäure)
Fragen:
Da Glucose stark osmotisch wirksam ist und somit schnell zur Plasmolyse der photosynthetisch aktiven Zelle
führen würde, wird Glucose in einer osmotisch unwirksamen Form in der Pflanzenzelle gespeichert.
Um welche Kohlenhydratform handelt es sich hier? Wo wird diese gespeichert?
Antworten:
24

Photosynthese
Versuch 9 – Stärkenachweis
Stärkenachweis in Blättern
Da Glucose stark osmotisch wirksam ist und somit schnell zur Plasmolyse der photosynthetisch aktiven Zelle
führen würde, wird Glucose in einer osmotisch unwirksamen Form in der Pflanzenzelle gespeichert.
Diese soll in diesem Versuch nachgewiesen werden.
Material:
Chemi kalien:
Wasser kocher, Bec hergläser, Gl asstab, Pinzet te, Tiegelzange, Heizplat te, gut belichtete, Schatt enblätt er von
Ahorn und panasc hierte Blätt er von Ficus oder Geranie
Lugol´sche Lös ung (Iod-Kaliumiodi d-Lös ung), Et hanol
Planen Sie ein Experiment, mit dem Sie nachweisen können, dass Stärke tatsächlich in
photosynthetisch aktiven Pflanzenzellen enthalten ist.
a) Führen Sie zunächst Blindproben mit verschiedenen Substanzen zum Kennen lernen der
Methode durch.
Versuchsablauf
Bemerkungen
1. Tropfen sie Lugol´sche Lösung auf reine Stärke in einer
Petrischale.
2. Tropfen sie Lugol´sche Lösung auf reine Glucose in einer
Petrischale.
Lösung muss frisch hergestellt
werden.
Beobachtung:
Stärke
Glucose
+ Lugol´sche-Lösung
Auswertung:
Erklären Sie die Farbv eränderung!
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Photosynthese
Versuch 9 – Stärkenachweis
b) Führen Sie nun den experimentellen Nachw eiß, dass Stärke tatsächlich in photosynthetisch
aktiven Pflanzenzellen enthalten ist! Erst v ollständig planen, in Stichpunkten notieren, dann
durchführen!
geplanter Versuchsablauf:
(Tipps und Tricks: Verwenden Sie zwei verschiedene Blattsorten. Eine davon sollte auch
photosynthetisch inaktive Bereiche aufweisen. Entfernen Sie vor dem Stärkenachweis das Chlorophyll
mit siedendem Alhohol (Vorsicht abdecken, da sonst Entzündungsgefahr!) und waschen sie
anschließend die Blätter mit kaltem Wasser.)
Erw artungen:
An dieser Stelle wird das Experiment durchgeführt...
Beobachtung:
Auswertung:
Fragen:
Wie könnte man zeigen, dass die Chloroplasten der Ort der Stärkeproduktion sind?
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Photosynthese
Notizen
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