Einstieg: Perlen an einer Wasserpflanze
Schneidest du einen Spross der Wasserpest schräg an und stellst ihn kopfüber in ein Glas mit Wasser unter eine helle Lampe, steigen aus der Schnittstelle kleine Gasbläschen auf. Rückst du die Lampe weiter weg, kommen sie langsamer. Was ist in den Bläschen, und was verrät ihre Anzahl über die Fotosynthese?
Erklärung: Die Bläschenzählmethode
Bei der Fotosynthese entsteht Sauerstoff. Eine Wasserpflanze gibt ihn ins Wasser ab, an einer Schnittstelle als sichtbare Bläschen. Zählst du die Bläschen pro Minute, hast du ein einfaches Maß dafür, wie schnell die Fotosynthese gerade abläuft. Die Bläschen bestehen zum großen Teil, aber nicht nur aus Sauerstoff.
Nachweis des Sauerstoffs: Fängst du das Gas über längere Zeit in einem Reagenzglas auf und hältst einen glimmenden Holzspan hinein, flammt der Span auf. Das ist die Glimmspanprobe. Sie zeigt einen hohen Sauerstoffanteil an. Weil die Bläschen auch andere Gase enthalten und man nur wenig Gas sammelt, gelingt die Probe nicht immer.
Einen fairen Versuch planen
Du möchtest wissen: Wie hängt die Fotosynthese von der Lichtstärke ab? Dafür veränderst du genau eine Größe und hältst alles andere gleich.
| Größe | in diesem Versuch |
|---|---|
| veränderte Größe (unabhängige Variable) | Abstand der Lampe, also die Lichtstärke |
| gemessene Größe (abhängige Variable) | Bläschen pro Minute |
| konstant gehaltene Größen | dieselbe Pflanze, dieselbe Schnittstelle, Wassertemperatur, Wassermenge, Kohlenstoffdioxidgehalt (etwas Natron im Wasser), Messdauer |
| Kontrollansatz | Pflanze im Dunkeln: keine oder fast keine Bläschen |
Nimm am besten eine LED-Lampe, weil sie das Wasser kaum erwärmt. Eine warme Glühlampe würde die Temperatur verändern. Dann wüsstest du nicht, ob Licht oder Wärme die Bläschenzahl verändert hat. Warte nach jedem Verschieben der Lampe zwei Minuten, bevor du zählst, und zähle dreimal je eine Minute.
Beispiel: Messwerte auswerten
Eine Klasse hat die folgenden Mittelwerte gemessen. Die Zahlen sind Beispielwerte, wie sie bei diesem Versuch typisch sind. Deine eigenen Werte werden davon abweichen.
| Abstand der Lampe | 10 cm | 20 cm | 30 cm | 40 cm | 50 cm | dunkel |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Bläschen pro Minute | 38 | 26 | 15 | 9 | 6 | 0 |
Auswertung in Je-desto-Form: Je näher die Lampe steht, desto stärker ist das Licht an der Pflanze und desto mehr Bläschen steigen pro Minute auf. Je mehr Licht, desto schneller die Fotosynthese.
Achtung beim Deuten: Die Werte fallen nicht gleichmäßig. Die Lichtstärke nimmt mit wachsendem Abstand stark ab, weil sich das Licht auf eine immer größere Fläche verteilt. Bei sehr hellem Licht steigt die Bläschenzahl dagegen irgendwann nicht weiter. Dann bremst ein anderer Faktor, zum Beispiel zu wenig Kohlenstoffdioxid oder eine zu niedrige Temperatur.
Beispiel 2: Wärme als Störgröße
Mia nutzt eine heiße Halogenlampe. Bei 10 cm Abstand misst sie 50 Bläschen, nach zehn Minuten 60. Die Lampe stand die ganze Zeit an derselben Stelle. Deutung: Das Wasser hat sich erwärmt, und die höhere Temperatur hat die Fotosynthese beschleunigt. Ihr Versuch misst nicht mehr allein die Wirkung des Lichts. Verbesserung: LED-Lampe oder ein Wassergefäß als Wärmefilter zwischen Lampe und Pflanze, Temperatur mit dem Thermometer kontrollieren.
Merksatz
Die Anzahl der Sauerstoffbläschen einer Wasserpflanze zeigt, wie schnell die Fotosynthese abläuft. Je stärker das Licht, desto schneller die Fotosynthese, bis ein anderer Faktor sie begrenzt. In einem fairen Versuch veränderst du nur eine Größe und hältst alle anderen konstant.
Übungen
Grundlagen
- Wie weist du nach, dass das Gas in den Bläschen viel Sauerstoff enthält?
- Nenne im Versuch die veränderte Größe, die gemessene Größe und drei konstant gehaltene Größen.
- Formuliere das Ergebnis der Beispielmessung in einem Je-desto-Satz.
Weiter
- Warum zählt man dreimal je eine Minute und bildet den Mittelwert?
- Erkläre, wozu der Ansatz im Dunkeln dient.
- Zeichne aus diesen Messwerten ein Liniendiagramm: 10 cm: 30 Bläschen, 20 cm: 20, 30 cm: 12, 40 cm: 7. Beschrifte beide Achsen.
Knobeln
- Tim stellt die Lampe auf 5 cm und misst 41 Bläschen, bei 10 cm 40 Bläschen. Er meint, sein Versuch sei misslungen. Erkläre, warum die Werte fachlich sinnvoll sein können.
- Plane einen Versuch zur Frage: „Hängt die Fotosynthese der Wasserpest von der Temperatur ab?“ Nenne veränderte, gemessene und konstante Größen und beschreibe kurz die Durchführung.
Lösungen
- Mit der Glimmspanprobe: Das gesammelte Gas lässt einen glimmenden Holzspan aufflammen.
- Verändert: Abstand der Lampe (Lichtstärke). Gemessen: Bläschen pro Minute. Konstant zum Beispiel: Pflanze und Schnittstelle, Wassertemperatur, Kohlenstoffdioxidgehalt, Wassermenge, Messdauer.
- Je näher die Lampe an der Pflanze steht, desto mehr Bläschen steigen pro Minute auf.
- Die Bläschen steigen unregelmäßig auf. Einzelne Messungen schwanken. Der Mittelwert aus mehreren Messungen ist zuverlässiger.
- Der Dunkelansatz zeigt, dass ohne Licht keine Bläschen entstehen. Damit ist gesichert, dass die Bläschen eine Folge der Fotosynthese sind und nicht zum Beispiel aus Luft stammen, die im Spross eingeschlossen war.
- x-Achse: Abstand der Lampe in cm (10, 20, 30, 40). y-Achse: Bläschen pro Minute (0 bis 30). Punkte bei (10 | 30), (20 | 20), (30 | 12), (40 | 7), verbunden zu einer fallenden Kurve.
- Bei sehr hellem Licht steigt die Fotosynthese nicht weiter, weil ein anderer Faktor sie begrenzt, etwa der Kohlenstoffdioxidgehalt des Wassers oder die Temperatur. Die Werte zeigen also eine Grenze und keinen Messfehler.
- Verändert: Wassertemperatur (zum Beispiel 10 °C, 15 °C, 20 °C, 25 °C, 30 °C). Gemessen: Bläschen pro Minute. Konstant: Lampe und Abstand, Pflanze, Natronmenge, Wassermenge, Messdauer. Durchführung: Das Glas mit der Wasserpest steht in einem Wasserbad, dessen Temperatur schrittweise eingestellt wird. Nach jeder Änderung einige Minuten warten, dann dreimal je eine Minute zählen. Temperaturen über etwa 35 °C vermeiden, weil die Pflanze geschädigt werden kann.