Stundenbilder und Unterrichtsentwürfe Pflanzenfarbstoffe

Extraktion von Farbstoffen bei roten Blättern mit Ethanol und Petroleum Fragen:

Welche Farbstoffe sind in einem Blatt vorhanden? Welche Funktion haben diese Farbstoffe?

Ist grüner Farbstoff auch in roten Blättern vorhanden? Mit welchen Methoden kann das experimentell überprüft werden?

Materialien, Chemikalien, Geräte:

• Rote Blätter (z. B. von Weihnachtsstern, Blutbuche, Blutahorn, Begonie, …)

• Petroleum

• Ethanol - 60%ig

• Kochplatte

• Glasschüssel für Wasserbad

• Wasser

• Becherglas

• Glaspipette

• Gefäß mit Verschluss (Reagenzglas, Eppendorf Gefäß, Greiner Röhrchen, …) Durchführung:

1. Erwärme Wasser in der Glasschüssel auf der Kochplatte 2. Zerkleinere die roten Blätter

3. Gieße etwas Ethanol in ein Becherglas und erwärme es im Wasserbad 4. Gib die roten Blätter zum Ethanol, bis es sich rot färbt

5. Überführe die Flüssigkeit mit einer Pipette in ein Reagenzglas, es soll ca. bis zur Hälfte gefüllt sein

6. Gib etwas Petroleum dazu, verschließe das Gefäß und schüttle es damit sich das farblose Petroleum mit dem Ethanol vermischt (diese Trennmethode nennt man

„Ausschütteln“)

7. Welche Farben haben Ethanol und Petroleum jetzt? Was konnten wir mit dem Experiment beweisen?

Beobachtung:

Legt man die roten Blätter in das warme Ethanol, verfärbt es sich rot. Nach dem Ausschütteln mit Petroleum sind zwei Schichten erkennbar: eine grüne „Petroleumschicht“ und darunter eine rote „Ethanolschicht“.

Ergebnissicherung:

Vervollständige den Lückentext. Verwende dazu folgende Wörter:

________________________ von Farbstoffen

Ethanol hat einen ___________________ von 78,37 °C. Die Gefahrenstoffkennzeichnung besagt, dass es leicht ________________ ist. Ethanol (C2H5OH) ist beliebig mit ___________

mischbar. Petroleum (v. lat.: petra = _______________ + oleum = _____________) ist ein flüssiges Stoffgemisch von Kohlenwasserstoffen, das durch fraktionierte Destillation aus ____________ gewonnen wird. Es ist gut löslich in unpolaren Lösungsmitteln, nicht löslich in polaren (z.B. ___________).

Die zerkleinerten Blätter enthalten Farbstoffe, die aufgrund unterschiedlicher _________________ in verschiedenen Lösungsmitteln leicht getrennt werden können:

Vakuolenfarbstoffe sind ________________, Plastidenfarbstoffe sind ________________.

Nach dem Ausschütteln sammeln sind die wasserlöslichen, _______________

Vakuolenfarbstoffe in der wässrig-ethanolischen Phase, darüber in der Petroleumphase sind die fettlöslichen Plastidenpigmente (grünes ______________) gelöst. Der rote Farbstoff überdeckt das grüne Chlorophyll, ohne das die Pflanze die __________________ nicht einfangen und keine Photosynthese betreiben könnte.

Lösung:

Extraktion von Farbstoffen

Ethanol hat einen Siedepunkt von 78,37 °C. Die Gefahrenstoffkennzeichnung besagt, dass es leicht entzündlich ist.

Ethanol (C2H5OH) ist beliebig mit Wasser mischbar. Petroleum (v. lat.: petra = Stein/Fels + oleum = Öl) ist ein flüssiges Stoffgemisch von Kohlenwasserstoffen, das durch fraktionierte Destillation aus Erdöl gewonnen wird. Es ist gut löslich in unpolaren Lösungsmitteln, nicht löslich in polaren (z.B. Wasser).

Die zerkleinerten Blätter enthalten Farbstoffe, die aufgrund unterschiedlicher Löslichkeit in verschiedenen Lösungsmitteln leicht getrennt werden können: Vakuolenfarbstoffe sind wasserlöslich, Plastidenfarbstoffe sind

fettlöslich. Nach dem Ausschütteln sammeln sind die wasserlöslichen, roten Vakuolenfarbstoffe in der wässrig-ethanolischen Phase, darüber in der Petroleumphase sind die fettlöslichen Plastidenpigmente (grünes Chlorophyll) gelöst. Der rote Farbstoff überdeckt das grüne Chlorophyll, ohne das die Pflanze die Sonnenenergie nicht einfangen und keine Photosynthese machen könnte.

Lernziele und Erkenntnisse:

• In Pflanzen (Blättern, Früchten, Blüten, ...) sind unterschiedliche Farbstoffe enthalten, die in unterschiedlichen Bereichen der Zelle vorkommen

• Stoffe in unterschiedlichen Bereichen der Zelle haben verschiedene Löslichkeiten:

Vakuolenfarbstoffe sind wasserlöslich, Plastidenfarbstoffe sind fettlöslich (vgl. Theorie zu Photosynthese)

• Haben Stoffe unterschiedliche Löslichkeiten, können sie in verschiedenen Lösungsmitteln durch z.B. „Ausschütteln“ getrennt werden

• Rote Blätter enthalten wasserlösliche Vakuolenfarbstoffe (z.B. Anthocyane) und fettlösliche Chromo- und Chloroplastenfarbstoffe (z.B. Chlorophylle und Carotinoide)

• Beim Ausschütteln lösen sich in der unteren wässrig-ethanolischen Phase die wasserlöslichen Vakuolenfarbstoffe und färben diese rot (hauptsächlich Anthocyane).

Darüber in der Petroleumphase sind die fettlöslichen Plastidenpigmente gelöst.

• Blattgrün (Chlorophyll) ist in allen Pflanzen vorhanden, auch in roten Blättern, da diese Pflanzen sonst die Sonnenenergie nicht einfangen, keine Photosynthese betreiben und somit nicht wachsen könnten. Das grüne Chlorophyll ist jedoch nicht sichtbar, wenn es von rotem Farbstoff überdeckt wird.

Sicherheitshinweise:

Ethanol ist leicht entzündlich.

Petroleum ist gesundheitsschädlich und umweltgefährdend.

Anmerkung:

Die Petroleumschicht kann im Versuch „Fluoreszenz von Chloroplasten Lösungen“

weiterverwendet werden.

Quellen:

Seminar Zellbiologie, Anatomie und Physiologie von Pflanzen (Müller WS 2006), Fachportal chemie.de (LUMITOS AG 2021); Universität Innsbruck, Bereich Didaktik der Naturwissenschaften, Geographie, Informatik und Mathematik (Universität Innsbruck 2021)

Chlorophyllnachweis bei grünen und roten Blättern mit Hilfe des Schütteltrichters Fragen:

Besitzen alle Pflanzen Blattgrün? Ist grüner Farbstoff auch in roten Blättern vorhanden? Mit welchen Methoden kann das experimentell überprüft werden?

Materialien, Chemikalien, Geräte:

• Grüne und rote Blätter, z.B. vom Weihnachtsstern (Euphorbia pulcherrima)

• Ethanol/Wasser-Gemisch 31:9 (C2H5OH*H2O)

• Petroleum

• n-Heptan (C7H16)

• 1 mL Propanol (C3H7OH)

• Mörser und Pistill

• Schütteltrichter 500 mL und Plastikstopfen

• Gestell für Schütteltrichter

• Trichter

• Filterpapier

• 4 Bechergläser oder Erlenmeyerkolben 50 mL

• Permanentmarker oder Bleistift und Tixo zum Beschriften Fachwissen und Hintergrundinformation:

Siehe: „Extraktion von Farbstoffen bei roten Blättern mit Ethanol und Petroleum“ und „Theorie zu Photosynthese“

Lernziele:

Siehe: „Extraktion von Farbstoffen bei roten Blättern mit Ethanol und Petroleum“

Ergebnissicherung:

Handschriftliche Übertragung der Anleitung (Titel des Versuchs, Material, Durchführung, Beobachtung, Erklärung)

Durchführung:

• Rote und grüne Blätter kleinschneiden

• Nacheinander im Mörser unter Zugabe des Ethanol/Wasser Gemisches zerreiben

• 20 mL Petroleumbenzin in den am Gestellring angebrachten Schütteltrichter vorlegen

• Rotes Gemisch durch einen mit Filterpapier ausgelegten Trichter in den Schütteltrichter überführen

• Schütteltrichter mit einem Plastikstopfen verschließen und kräftig schütteln, immer wieder entlüften und nach einigen Minuten wieder in den Gestellring abstellen.

• Den Stopfen des Scheidetrichters öffnen und vorsichtig die einzelnen Phasen aus dem Schütteltrichter in beschriftete (!) Gefäße ablassen

• Dasselbe mit dem grünen Gemisch wiederholen

• Sind in den einzelnen Fraktionen der roten und grünen Blätter dieselben Farbstoffe enthalten?

• Anschließend: Chromatografie der Extrakte

Beobachtung:

Nach dem Zerreiben im Mörser erhält man ein dünnflüssiges grünes bzw. rotes Gemisch. Beim Eintropfen des roten Gemisches in das Petroleumbenzin bilden sich zwei Phasen aus: eine rötliche untere Phase und eine obere, nahezu farblose Phase. Nach dem Schütteln zeigt die obere Phase eine leichte gelblich-grüne Verfärbung. Nach dem Schütteln der Extrakte aus den grünen Blättern zeigt sich eine deutliche grüne Verfärbung der oberen Phase.

Erkenntnisse:

Siehe: „Extraktion von Farbstoffen bei roten Blättern mit Ethanol und Petroleum“

Sicherheitshinweise:

Ethanol ist leicht entzündlich.

Petroleum ist gesundheitsschädlich und umweltgefährdend.

Heptan ist leichtentzündlich, gesundheitsschädlich und umweltgefährlich.

Propanol ist leichtentzündlich und reizend.

Entsorgung:

Die Ansätze können nach vorhergehender Neutralisation im Lösungsmittelabfall entsorgt werden.

Quelle/n:

Fachportal chemie.de (LUMITOS AG 2021); ChidS – Chemie in der Schule (Philipp 2021);

Seminar Grundlagen der Zellbiologie, Anatomie und Physiologie der Pflanzen (Müller WS 2006)

Herstellung eines Extraktes der Blattfarbstoffe Materialien, Chemikalien, Geräte:

• Blätter

• Mörser und Pistill

• Quarzsand

• Eventuell CaCO3 - zur Neutralisation von pflanzlichen Säuren

• Aceton

• Filterpapier

• Trichter

• Becherglas

• Alufolie zur Lagerung Durchführung:

• Blätter zerkleinern und in den Mörser geben

• Etwas Sand (eventuell eine Messerspitze CaCO3) und etwas Aceton hinzugeben

• Alles Verrühren, bis ein dunkelgrüner Brei entsteht

• Diesen dunkelgrünen Extrakt mit ein bisschen Wasser vermengen

• Durch ein Filterpapier im Trichter drücken, eventuell mit Aceton nachspülen

• Anschließend mit Aceton vermengen bis der Extrakt durchscheinend grün erscheint

• Wird die Lösung nicht gleich verwendet, sollte sie bis zur Weiterverwendung in Alufolie gewickelt und kühl aufbewahrt werden

• Anschließend: Chromatografie der Extrakte Beobachtung:

Nachdem man die Blätter mit dem Quarzsand und Aceton zerreibt entsteht eine grün gefärbte Lösung. Durch das Filtrieren wird der Quarzsand entfernt, es entsteht ein klarer Extrakt.

Sicherheitshinweise:

Aceton ist leichtentzündlich und reizend.

Quellen:

Seminar Grundlagen der Zellbiologie, Anatomie und Physiologie der Pflanzen (Müller WS 2006); Pflanzenphysiologische Experimente für das Unterrichtsfach Biologie und Umweltkunde (Vallant 2016)

Chromatografie der Blattfarbstoffe mit Hilfe von Tafelkreide Fragen:

Welche Farbstoffe sind in einem Blatt vorhanden? Wie können wir das herausfinden? Wie können Blattfarbstoffe getrennt werden? Bei roten Pflanzenteilen: Ist grüner Farbstoff auch in roten Blättern vorhanden?

Materialien, Chemikalien, Geräte:

• grüne (und rote) Pflanzenteile, zB. Blätter von (Blut)buche, (Blut)ahorn, Weihnachtsstern, Rotkraut

• Materialien für Farbstoffextrakt: siehe „Herstellung eines Extraktes der Blattfarbstoffe“

• Becherglas

• Weiße Tafelkreide Durchführung:

• Herstellung des Farbstoffextraktes siehe „Herstellung eines Extraktes der Blattfarbstoffe“

• Fülle ca. 1 cm der Farbstofflösung in ein Becherglas

• Stelle die Tafelkreide in das Becherglas

• Warte bis die Kreide die Lösung aufgesaugt hat und eine gute Auftrennung in mehrere Linien erkennbar ist, spätestens bis die Lösung noch ca. 1 cm vom oberen Rand entfernt ist

• Was kannst Du erkennen? Interpretiere die Beobachtungen!

Ergebnissicherung:

Zeichnen und Beschriften des Ergebnisses der Chromatografie Beobachtung:

Die Chlorophylllösung wandert an der Tafelkreide entlang. Am Ende sind mehrere Linien in unterschiedlichen Farben zu erkennen.

Erkenntnis/Erklärung/Erwartungshorizont:

Die roten und gelben Carotinoide wandern am weitesten und bilden eine feine orange Farbbande. Unterhalb erkennt man 2 grüne Banden, das Chlorophyll. Nach den grünen Banden kommt eine große gelb-grüne Bande, die Xanthophylle. Siehe auch

„Dünnschichtchromatografie (DC) der Blattpigmente“.

Quelle/n:

Pflanzenphysiologische Experimente für das Unterrichtsfach Biologie und Umweltkunde (Vallant 2016); Seminar Grundlagen der Zellbiologie, Anatomie und Physiologie der Pflanzen (Müller WS 2006); Chromatographie und Aufnahme von Absorptionsspektren der Blattfarbstoffe grüner Blätter (Universität Bayreuth 2009), Vom Schulversuch zum Forschenden Unterricht: Wissenschaftliches Arbeiten im Biologieunterricht am Beispiel der Photosynthese. Workshop zum BLK-Programm "Steigerung der Effizienz des mathematisch-naturwissenschaftlichen Unterrichts" (Mayer 2002)

Dünnschichtchromatografie (DC) der Blattpigmente Fragen:

Besteht das Grün der Blätter aus einem oder mehreren Farbstoffen? Ist auch in roten Blättern Chlorophyll enthalten? Mit welchen Methoden können die Fragen experimentell überprüft werden?

Materialien, Chemikalien, Geräte:

Chloroplasten Extrakt:

• Fraktionen von Versuch „Chlorophyllnachweis bei grünen und roten Blättern mit Hilfe des Schütteltrichters“

ODER

• grüne (und rote) Pflanzenteile, zB. Blätter von (Blut)buche, (Blut)ahorn, Weihnachtsstern, Rotkraut

• Material für Farbstoffextrakt: siehe „Herstellung eines Extraktes der Blattfarbstoffe“

Chromatografie:

• Laufmittel: Heptan/Isopropanol/Wasser-Gemisch im Verhältnis 100:10:0,25 (wenn nicht vorhanden: Ethanol)

• Mikropipetten

• Chromatografie- Platten (Kieselgelfolien)

• DC-Kammer

• Handschuhe

• Papierhandtücher zum Trocknen der DC-Platten Fachwissen und Hintergrundinformation:

Bei der Chromatografie (dem „Farbenschreiben“) wird ein Stoffgemisch (hier die Rohchlorophyll Lösung) zwischen einer mobilen Phase (dem Laufmittel) und einer stationären Phase (der Kieselgel Beschichtung, die sehr porös ist und viele winzige Hohlräume aufweist) aufgetrennt.

Die Moleküle im Gemisch werden dabei entweder von der mobilen Phase (dem Laufmittel, das sich auf der DC-Platte durch Kapillarkräfte von unten nach oben bewegt) mitgenommen, oder sie bleiben an der stationären Phase (der Kieselgel Beschichtung mit den winzigen Hohlräumen) haften. Die unterschiedlichen Komponenten, aus denen ein Stoffgemisch besteht, brauchen unterschiedlich lange, um durch die Hohlräume der stationären Phase zu kommen und werden so aufgetrennt und als einzelne „Banden“ sichtbar (Abb. 12).

Das Prinzip wurde erstmals 1901 von dem russischen Botaniker Michail S. Tswett beschrieben.

Er untersuchte gefärbte pflanzliche Extrakte, zum Beispiel aus Blattmaterial, und konnte daraus durch Chromatografie verschiedene Farbstoffe isolieren.

Anwendung findet das Verfahren in allen Bereichen der Chemie, bei der Isolierung und Reinigung von Substanzen (= präparative Chromatografie), oder um Stoffgemische aufzutrennen und Inhaltsstoffe zu identifizieren (LUMITOS AG 2021).

Durchführung:

1. Ca. 2 cm vom unteren Rand und ca. 1 cm vom oberen Rand der Chromatografie Platte vorsichtig einen Strich mit Bleistift ziehen. Die Platte immer nur am Rand berühren, nicht auf die Platte greifen, da diese sehr empfindlich ist!

2. Mikropipette in die Rohchlorophyll- Lösung (Farbstoffextrakt) tauchen

3. Mit der Mikropipette einen Punkt auf dem unteren Bleistiftstrich auftragen und die Lösung trocknen lassen

4. Öfters die Lösung mit der Mikropipette auf den Punkt auftragen, zwischendurch muss die Lösung jedoch immer wieder trocknen

5. Nachdem die Lösung mehrmals punktförmig aufgetragen wurde, wird die Chromatographie Platte so ins Laufmittel gestellt, dass dieses den Bleistiftstrich (also den Chlorophyll Fleck) gerade noch nicht berührt (Chlorophyllflecken zeigen nach unten!). Die DC-Platte steht senkrecht und darf die Kammerwand nur mit der oberen Kante berühren.

6. Deckel der Kammer schließen

7. Das Laufmittel wird nun nach oben befördert, es läuft und nimmt dabei die Inhaltsstoffe des Flecks auf dem Bleistiftstrich mit. Der Versuch wird beendet, wenn die Laufmittelfront den oberen Bleistiftstrich (= die „Stoplinie“) erreicht.

8. Kieselgelfolie vorsichtig mit Handschuhen aus der Kammer nehmen und auf eine Unterlage (z.B. Papierhandtücher) legen und Folie trocknen lassen.

9. Folie (fürs Protokoll) fotografieren Beobachtung:

Nach etwa 15 Minuten kann eine farbliche Auftrennung der Substanzflecken beobachtet werden. Es entstehen einzelne Striche, so genannte „Banden“ über den einzelnen aufgetragenen Punkten.

Der Extrakt des grünen Gemisches (aus „Chlorophyllnachweis bei grünen und roten Blättern mit Hilfe des Schütteltrichters“) lieferte grün-gelblich, stark distinkte (abgetrennte) Banden.

Der Extrakt des rötlichen Gemisches (aus „Chlorophyllnachweis bei grünen und roten Blättern mit Hilfe des Schütteltrichters“) zeigte diese 3 Banden auf gleicher Höhe wie beim grünen Extrakt.

Ergebnis:

(Abb. 13) Oberste orange Bande: ß-Carotinoide. Darunter: Zwei grüne, nahe beieinander liegende Striche. Der obere, etwas dunklere grüne Strich ist Chlorophyll A, der untere, olivgrüne Strich Chlorophyll B. Darunter finden sich die Banden von Lutein und der Xanthophylle. Bei roten Extrakten aus roten Blättern kommen noch die rot gefärbten Banden der Anthocyane dazu.

Lernziele:

Wird der Versuch mit roten und grünen Blättern durchgeführt, kann gezeigt werden, dass auch in roten Blättern Chlorophyll enthalten ist und diese darum auch Photosynthese betreiben. Der Unterschied zwischen verschiedenen Blattfarben (Xanthophylle, Chlorophyll A und B) kann durchbesprochen werden.

Ergebnissicherung:

Dünnschichtchromatografie Platte fotografieren, ausdrucken, ins Protokoll kleben und beschriften.

Beantworte folgende Fragen:

1. Beschreibe das Wesen der Chromatographie.

2. Erkläre, was die mobile Phase ist.

3. Beschreibe die Durchführung einer Chromatographie.

Lösungen:

1. Die Chromatographie ist ein Trennverfahren, bei der aus einem Stoffgemisch die einzelnen Komponenten getrennt werden können. Das Stoffgemisch wandert mit einer mobilen Phase mit und trennt sich an einer stationären Phase auf.

2. Die mobile Phase ist das Lösungsmittel, das sich zusammen mit dem Stoffgemisch entlang der stationären Phase bewegt.

3. Man braucht eine stationäre Phase, z.B. Papier mit einer porösen Schicht mit vielen Hohlräumen, durch die die mobile Phase mit dem Stoffgemisch wandern kann. Zuerst wird das Stoffgemisch auf die stationäre aufgetragen, dann wird diese in ein Gefäß mit der mobilen Phase gestellt, ohne dass das aufgetragene Stoffgemisch eintaucht. Gefäß verschließen und warten bis das Lösungsmittel durch die Kapillarkraft durch die stationäre Phase wandert. Dabei nimmt die mobile Phase das Stoffgemisch mit und das Gemisch trennt sich in die einzelnen Komponenten aufgrund der unterschiedlichen Moleküleigenschaften.

Abb. 13: Ergebnis der Dünnschichtchromatografie einer Rohchlorophylllösung

Sicherheitshinweise:

Heptan (C7H16): leichtentzündlich, gesundheitsschädlich, umweltgefährlich.

Isopropanol (=2-Propanol, C3H8O): leichtentzündlich, reizend.

Ethanol (C2H5OH oder C2H6O): leichtentzündlich.

Entsorgung:

Die Ansätze werden nach vorhergehender Neutralisation im Lösungsmittelabfall entsorgt. Der Filterrückstand sowie die DC-Karten werde getrocknet im Feststoffabfall entsorgt.

Quellen:

ChidS – Chemie in der Schule (Philipp 2021), Fachportal chemie.de (LUMITOS AG 2021), Chromatographie und Aufnahme von Absorptionsspektren der Blattfarbstoffe grüner Blätter (Universität Bayreuth 2009), Sofatutor (Otto 2017)

Lichtbedarf

Keimversuche mit Kressesamen Fragen:

Was brauchen Pflanzen zum Wachsen? Wachsen Pflanzen auch ohne Sonnenlicht? Keimen Pflanzen ohne Sonnenlicht?

Materialien, Chemikalien, Geräte:

• Kressesamen

• Keimschalen oder Untertassen

• Watte

• Wasser Lernziele:

Die Schüler_innen sollen erkennen, dass Pflanzen zwar ohne Sonne keimen (dazu benötigen sie nur Wasser), jedoch nicht ohne Sonnenlicht wachsen können. Um zu Wachsen brauchen Pflanzen Licht.

Durchführung:

• Etwas Watte auf die Untertasse geben

• Samen auf der Watte verteilen und angießen

• Eine Schale mit Samen auf die Fensterbank, eine andere im Halbschatten, eine dritte in Dunkelheit (z.B. im Kasten oder unter eine Schachtel) stellen

• Täglich kontrollieren, ob die Watte noch feucht ist und gegebenenfalls gießen. Es können auch Fotos gemacht werden.

Beobachtung:

Alle drei Ansätze keimen. Die Pflanzen in der dunkel gestellten Schale wachsen am höchsten, die Blätter werden jedoch nicht grün, sondern bleiben hell (Abb. 14). Die Blätter der Kresse auf der Fensterbank werden dunkelgrün, die Pflanzen bleiben niedrig.

Ergebnissicherung:

Nachbesprechung: warum wächst die Kresse in der Dunkelheit am höchsten? Warum sind die Blätter gelblich?

38 Abb. 14: Vergleich gekeimte Kressesamen im

Licht (links) und in der Dunkelheit (rechts)

Info:

Jemanden mit der täglichen Kontrolle und dem Gießen der Keimlinge beauftragen. Es können auch täglich Fotos vom Keimprozess gemacht werden, die dann nach 2 Wochen zusammen mit einer Auswertung präsentiert werden.

Quelle:

Sachunterricht Spannend und Cool (Hipfinger 2012)

Pflanzen brauchen Licht zum Wachsen – Algenbildung im Teichwasser Fragen:

Was brauchen Pflanzen zum Wachsen? Wie ernähren sich Pflanzen?

Materialien, Geräte:

• Teichwasser

• Flüssigdünger (z.B. Dünger für Zimmerpflanzen)

• Teelöffel

• 2 Schraubgläser Durchführung:

1. Gieße in zwei Schraubgläser etwa gleich viel Teichwasser. Das Wasser sollte möglichst klar sein

2. Gib in jedes Glas etwa zwei Teelöffel Flüssigdünger

3. Verschließe die Gläser und stelle ein Glas an einen dunklen Ort (verschlossener Schrank oder Keller), das andere Glas ans Fensterbrett oder an eine Stelle wo viel Sonne hinkommt. Welche Veränderungen erwartetest du?

4. Warte etwa 1 bis 2 Wochen. Vergleiche das Glas in der Sonne mit der Glas in der Dunkelheit. Welche Unterschiede kann man erkennen?

Beobachtung:

Das Wasser in dem Glas das sonnig stand, hat sich grün verfärbt. Es haben sich Algen gebildet, die später auch auf den Boden absinken. Im Glas das dunkel stand, ist das Wasser immer noch klar, eventuell hat sich ein kleiner Absatz auf dem Boden gebildet, jedoch keine Algen.

Lernziele:

Obwohl beide Ansätze mit Dünger versorgt wurden, wachsen Pflanzen (die Algen) nur in dem Glas, das in der Sonne steht. Pflanzen brauchen für ihr Wachstum also Sonnenlicht.

Anmerkung:

Im Zuge des Experiments können Algen besprochen werden, z.B. das Überdüngung und hohe Beleuchtungsdauer und -intensität optimale Wachstumsbedingungen für sie darstellen, dass es sie im Süß- und Salzwasser gibt und dass sie als Nahrungsmittel verwendet werden. Auch die „Algenpest“ an Stränden kann besprochen werden.

Quelle:

Kids and science (Repky 2021)

Abhängigkeit der Photosynthese von der Lichtintensität Fragen:

Wie kann nachgewiesen werden, dass Sauerstoff nur bei Lichteinwirkung freigesetzt wird?

Beeinflusst die Stärke des Sonnenlichts die Photosynthese?

Materialien, Chemikalien, Geräte:

• Material siehe Versuch „Nachweis der Sauerstoffabgabe - Bläschenzählmethode mit Wasserpest“

• Regulierbare Lichtquelle: (Spezial)lampe, oder Diaprojektor (dessen Lichtintensität lässt sich nicht regulieren, man könnte aber verschieden starke Graufolien verwenden), oder Overhead Projektor (mit verschieden starke Graufolien zur Regulation der Lichtintensität)

• Gerät zur Messung der Lichtintensität: Photometer oder Digitalkamera Durchführung:

Einzelne Gruppen können den Versuch bei unterschiedlichen Lichtquellen und Lichtintensitäten durchführen, die Ergebnisse werden protokolliert und anschließend gemeinsam (z.B. mit Excel) ausgewertet. Der gebildete Sauerstoff kann mit der Glimmspanmethode nachgewiesen werden (siehe Experiment „Nachweis der Sauerstoffbildung - Glimmspanprobe“). Um auch noch das Thema Atmung anzusprechen, kann „Lichtkompensationspunkt und Lichtsättigungspunkt“ im Anschluss durchgeführt werden.

1. Vorbereitung siehe Versuch „Nachweis der Sauerstoffabgabe - Bläschenzählmethode mit Wasserpest“

2. Stelle eine helle, regulierbare Lichtquelle vor das Becherglas und stoppe ab jetzt die Zeit

3. Lichtintensität mit Photometer bestimmen: mit dem Messgerät wird die Intensität des Lichts gemessen, das auf das Becherglas fällt.

Messung der Lichtintensität mit Digitalkamera: Blende fest einstellen (z.B. 5,6), und auf die Belichtungszeit achten, die von der Automatik ermittelt wird. Vielleicht wird zunächst 1/1000 Sekunde angezeigt, und wenn man dann die Lichtintensität erhöht, wird eine kürzere Belichtungszeit angezeigt, vielleicht 1/2500 Sekunde. Dann weiß man, dass die Lichtintensität jetzt um den Faktor 2,5 größer ist als zuvor

4. Wenn der Versuch gut verläuft (das hängt von der Qualität der Wasserpest ab), kann man einfach die pro Minute gebildeten Bläschen zählen und gegen die Lichtintensität auftragen. Wenn zu viele Bläschen pro Minute aufsteigen, kann nach einer Zeit die

Höhe der Luftblase auf dem Reagenzglas markiert, das Reagenzglas ausgetauscht und durch Einfüllen und Abmessen von Wasser das Volumen bestimmt werden.

5. Durch Ändern des Abstandes zur Lampe oder unterschiedliche Graufolien wird die Lichtintensität variiert - wieder bei Punkt 3 starten

Beobachtung:

Nach einer Anlaufzeit beginnen Gasblasen aufzusteigen und sich im Reagenzglas zu sammeln.

Beim Auftragen der Lichtintensität gegen die Sauerstoffabgabe in einem Diagramm, kann eine Phase des Anstieges der Photosyntheseleistung und dann eine Abflachung der Leistung bei hoher Lichtintensität beobachtet werden (Sättigungskurve).

Lernziele:

Schüler_innen sollen erkennen, dass Pflanzen bei höherer Lichtintensität mehr Sauerstoff produzieren (die Photosynthese Leistung steigt). Die Photosyntheserate lässt sich allerdings nicht unbegrenzt durch mehr Strahlung steigern, es tritt eine Phase der Sättigung ein.

Im Dokument Photosynthese im naturwissenschaftlichen Unterricht (Seite 25-44)