Arbeitsblatt: Pflanzenbau und Fotosynthese Script

Pflanzenaufbau und Fotosynthese Script von Cyrill Zumbrunn 2010 Dieses Script gehört Pflanzenbau Fotosynthese Seite 2 Autor: Cyrill Zumbrunn Inhaltsverzeichnis 1 Einführung . 3 1.1 2 3 Artikel über Priestley: 3 Aufbau der Pflanze. 5 2.1 Nachtkerze – wir beschriften ihre Pflanzenteile 5 2.2 Die Blüte 6 2.3 Die Wurzeln 7 2.3.1 Anatomie (Aufbau) der Wurzel . 7 2.3.2 Die drei Funktionen der Wurzel 7 2.3.3 Spezielle Wurzeln . 7 2.3.4 Mykorrhiza . 8 Die Vermehrung der Pflanzen 8 3.1 Bestäubung 8 3.1.1 Einführung . 8 3.1.2 Arten der Bestäubung . 9 3.1.3 Insektenbestäubung . 9 3.2 Die Befruchtung 10 3.3 Der Keimling. 11 4 Tiere und Pflanzen reagieren auf Reize. 11 5 Ernährung Stofftransport . 12 5.1 6 Versuche zum Sauerstoff und Kohlendioxid . 12 Das Leitungssystem einer Pflanze . 13 6.1 Tracheen 14 6.2 Siebröhren . 14 6.2.1 7 Die Fotosynthese . 17 7.1 Blattoberseite . 18 7.1.2 Blattunterseite 18 Die Chloroplasten 19 7.2.1 Mikroskopieren von Chloroplasten (Wasserpest) 19 7.2.2 Versuch zur Fotosynthese (Wasserpest-Experiment) 20 Die Pflanze als Nahrungsspeicher . 22 8.1 9 Die Spaltöffnungen als Ort des Gasaustausches . 18 7.1.1 7.2 8 Versuche zum Wassertransport 14 Was ist „Stärke im chemischen Sinn? 22 8.1.1 Nachweis von Stärke mit Lugolscher Lösung . 22 8.1.2 Welche Lebensmittel enthalten Stärke? 22 Die Pflanze – eine Chemiefabrik 23 9.1 Pflanzenprodukte in der Übersicht 23 9.2 Beispiele von Nutzpflanzen 23 NMM Unterricht, C. Zumbrunn Pflanzenbau Fotosynthese Seite 3 Autor: Cyrill Zumbrunn 1 Einführung In dem Briefumschlag auf deinem Pult findest du einen Gegenstand. Notiere alle Stichworte, die dir dazu einfallen: 1.1 Artikel über Priestley: Lies den folgenden Artikel genau und versuche zu verstehen, welche Erkenntnis Priestley aus seinen Versuchen gewonnen hat. NMM Unterricht, C. Zumbrunn Pflanzenbau Fotosynthese Seite 4 Autor: Cyrill Zumbrunn Auftrag: Nachdem du den Artikel genau gelesen hast, schreibe zu jedem Bild auf, was du siehst und versuche es zu erklären. Zusammenfassend: Was hat Priestley herausgefunden? NMM Unterricht, C. Zumbrunn Pflanzenbau Fotosynthese Seite 5 Autor: Cyrill Zumbrunn 2 Aufbau der Pflanze Die Pflanze besteht aus und 2.1 Nachtkerze – wir beschriften ihre Pflanzenteile Auftrag: Mit Hilfe des Biobuchs „Biologie S. 9 kannst du die folgende Zeichnung beschriften. NMM Unterricht, C. Zumbrunn Pflanzenbau Fotosynthese Seite 6 Autor: Cyrill Zumbrunn 2.2 Die Blüte Die Blüte besteht im Wesentlichen aus dem welche umgeben sind und von den den und den Kelchblättern. Skizze einer Blüte Der Stempel setzt sich zusammen aus dem in welchem sich die Samenanlagen befinden, Hierbei dem handelt es sich um und das der weibliche Fortpflanzungsorgan. Die Staubblätter setzen sich aus den und den zusammen, die den Pollen beherbergen. Mit diesem wird die Pflanze bestäubt, es handelt sich um das männliche Fortpflanzungsorgan. Die umschliessen die Blüte. Durch ihre Form und bedingt auch durch ihre Farbe wird die Pflanze charakterisiert. Sie dienen häufig dem Anlocken bestimmter Insekten, welche die Bestäubung übernehmen sollen. Die letztlich umschliessen die gesamte Blüte. Sie befinden sich am Übergang vom Spross zur Blüte. NMM Unterricht, C. Zumbrunn Pflanzenbau Fotosynthese Seite 7 Autor: Cyrill Zumbrunn 2.3 Die Wurzeln 2.3.1 Anatomie (Aufbau) der Wurzel Skizze: 1. Zone des Dickenwachstums 2. Wurzelhaarzone 3. Wachstumszone 4. Vegetationszone 5. Wurzelhaube Zonierung der Wurzelspitze Auftrag: Recherchiere im Internet und verfasse selber Texte zu den folgenden Punkten 2.3.2 bis 2.3.4 2.3.2 Die drei Funktionen der Wurzel • • • 2.3.3 Spezielle Wurzeln Luftwurzeln: Speicherwurzeln: NMM Unterricht, C. Zumbrunn Pflanzenbau Fotosynthese Seite 8 Autor: Cyrill Zumbrunn 2.3.4 Mykorrhiza Eine spezielle Art der Nährstoffversorgung bietet die Mykorrhiza. Anmerkung: Das Wurzelsystem ist je nach Pflanzenart und Bodenbeschaffenheit verschieden, in den meisten Fällen aber zur Erlangung einer grossen Oberfläche vielfach verzweigt. Umso buschiger ein Wurzelwerk ist, desto mehr Oberfläche hat es. Viele kleine Härchen ergeben mehr Oberfläche, als ein glatter Wurzelstamm. Grössere Oberfläche mehr Wasseraufnahme So durchwächst das Wurzelsystem einer frei stehenden Getreidepflanze einen Bodenraum von 4 5 m3 und erreicht eine Gesamtlänge von etwa 80 km (!). Viele Pflanzen haben in der Verlängerung ihres Sprosses eine Hauptwurzel, die sich in Seiten- oder Nebenwurzeln verzweigt. 3 Die Vermehrung der Pflanzen Was weisst du schon über die Vermehrung der Pflanzen? Notiere kurz deine Gedanken. Wie geht das? 3.1 Bestäubung 3.1.1 Einführung Unter Bestäubung versteht man das Überführen von Pollen aus dem Staubbeutel auf die Narbe einer Pflanze der gleichen Art. Die Bestäubung, die innerhalb derselben Blüte erfolgt, wird genannt, während jene zwischen Blüten der gleichen Art, die sich aber auf verschiedenen Pflanzen befinden, genannt wird. Der Pollen kann, wie im Folgenden ausgeführt wird, auf verschiedene Weise zum Ziel gelangen. NMM Unterricht, C. Zumbrunn Pflanzenbau Fotosynthese Seite 9 Autor: Cyrill Zumbrunn 3.1.2 Arten der Bestäubung Die Bestäubung kann auf verschiedene Arten erfolgen: Der Pollen der Nadelhölzer, der Gräser und von Bäumen wie den Pappeln, Birken, Eichen und Erlen wird vom Wind zum Ziel getragen (anemophile Bestäubung). Der grösste Teil der Pflanzen benützt jedoch Insekten (entomophile Bestäubung) oder andere Tiere, während nur in seltenen Fällen Wasser benützt wird (hydrophile Bestäubung). Pflanzen mit Insektenbestäubung produzieren, um die Insekten anzuziehen, den Nektar, eine Substanz, die den Insekten als Nahrung dient und verwenden lebhafte Farben und Gerüche als Signale der Präsenz der dickflüssigen, süssen Flüssigkeit. Die Insekten, die von diesen Signalen angezogen werden, saugen den Nektar der Blüte auf und werden dabei mit Pollenkörnern bedeckt. Wenn sie sich danach auf eine andere Blüte begeben, lassen sie dort unabsichtlich einen Teil der Pollenkörner zurück. Die Pflanzen hingegen, die für die Verbreitung des Pollens den Wind benützen, brauchen keine besonderen Locksignale. Die Blumen dieser Pflanzen sind in der Tat oft klein und geruchlos. Von ihren männlichen Organen wird jedoch eine enorme Zahl von Pollen produziert, weil nur auf diese Weise genügend Pollen zum Ziel gereichen, um die reifen Samenanlagen der Pflanzen der Umgebung zu befruchten. Der grösste Teil des Pollens wird in der Tat die Samenanlagen der gleichen Pflanzenart nie erreichen. Während der Periode der Bestäubung kann man den Pollen dieser Pflanzen sehr gut sehen, da er buchstäblich Gehwege, Teiche und Brunnen bedeckt. In dieser Zeitspanne zeigen sich am häufigsten allergische Reaktionen (Heuschnupfen) auf die Pflanzen mit anemophiler Bestäubung, wie Pappeln, Gräser usw. Nun kennst du die drei Arten der Bestäubung. Nenne sie. • • • Weshalb haben die Pflanzen, die den Pollen mit dem Wind verbreiten, meistens nur kleine, geruchlose Blüten? 3.1.3 Insektenbestäubung Oft sind Blüten auf genau ein Insekt angewiesen. Die Blüte der Salbei z.B. ist genau auf die Grösse des Hummels abgestimmt und mechanisch genial „konstruiert. Blüte im Querschnitt leer Blüte im Querschnitt – mit Hummel Was passiert, wenn sich eine Hummel in der Blüte Nektar holt? NMM Unterricht, C. Zumbrunn Pflanzenbau Fotosynthese Seite 10 Autor: Cyrill Zumbrunn 3.2 Die Befruchtung Skizze des Befruchtungsvorgangs: Stempel im Querschnitt NMM Unterricht, C. Zumbrunn Pflanzenbau Fotosynthese Seite 11 Autor: Cyrill Zumbrunn 3.3 Der Keimling Ein Getreidekorn besteht aus dem Keimling, ), dem ( ). Der Keimling ist oder und der reich an und Der Mehlkörper enthält Die Schale ist ein und wertvoller Lieferant von Vitaminen, und Eiweiss und auch besonders reich an Skizze Ballaststoffen. Damit ein Samen keimen kann, braucht er drei Voraussetzungen. Nämlich: und 4 Tiere und Pflanzen reagieren auf Reize Auftrag: Lies den Text im Biobuch „Biologie, S. 36/37 und vervollständige den folgenden Text. Sobald ein Keimling zu keimen beginnt, reagiert er auf Reize. Wir kennen das vor allem von tierischen Lebewesen. Die Schnecke beispielsweise reagiert sofort, wenn wir deren Fühler berühren, indem sie diesen einzieht. Die Sinne und Nerven arbeiten zusammen, so dass ein Überleben gesichert werden kann. Reizt man den Fühler so läuft eine Reaktionskette ab: Reiz der Fühlerspitze Sinneszellen werden erregt Signal ans Gehirn die Befehlssignal wird zu den geleitet Fühlermuskeln sich Pflanzen haben zwar kein Gehirn. Sie registrieren aber trotzdem bestimmte Reize. Die Signale werden dann durch (Hormone) zu den Reaktionsstellen geleitet. Es gibt zwei typische Reize, auf die jede Pflanze reagiert. Licht: Erdanziehung: NMM Unterricht, C. Zumbrunn Pflanzenbau Fotosynthese Seite 12 Autor: Cyrill Zumbrunn 5 Ernährung Stofftransport Die Pflanze kann die zu ihrem Wachstum erforderlichen selbst bilden. Sie gedeiht am in einer . Die wichtigsten Elemente zum Gedeihen der Pflanze sind: • • und • (als Wasser H2O) Merke: CHON Diese Elemente nimmt die Pflanze durch ein kompliziertes mit den auf. Die Ausnahme bildet Kohlenstoff, den die Pflanze aus der Luft aufnimmt. Das Leitsystem besteht aus (leitet Umgewandelte Nährstoffe) und den (transportieren Wasser). 5.1 Versuche zum Sauerstoff und Kohlendioxid Versuch: Sauerstoff und die Verbrennung Fülle einen Standzylinder mit Sauerstoff und schliesse ihn sofort mit einem Deckel. Halte nun ein glimmendes Stück Holz hinein. Feststellung: Erklärung: Versuch: Was ist Luft? Stelle eine brennende Rechaudkerze in einen Standzylinder und verschliesse diesen mit einem Deckel. Feststellung: NMM Unterricht, C. Zumbrunn Pflanzenbau Fotosynthese Seite 13 Autor: Cyrill Zumbrunn Erklärung: Versuch: Die magische, unsichtbare „Flüssigkeit Was passiert, wenn man das Gas aus dem Versuch 2 in einen anderen Standzylinder mit einer brennenden Rechaudkerze leert? Feststellung: Erklärung: 6 Das Leitungssystem einer Pflanze Wir wissen, dass eine Pflanze grosse Mengen von Wasser aufnehmen muss, um daraus Nahrung gewinnen zu können. Doch wie wird das Wasser in der Pflanze transportiert? Wie sehen diese Leitungen aus? Betrachte mit dem Binokular einen Stängelquerschnitt, und skizziere die Beobachtungen (nimm allenfalls weitere Unterlagen, z.B. Biobuch, zur Hilfe). Skizze: NMM Unterricht, C. Zumbrunn Pflanzenbau Fotosynthese Seite 14 Autor: Cyrill Zumbrunn Wozu ist das Leitsystem getrennt? 6.1 Tracheen 6.2 Siebröhren 6.2.1 Versuche zum Wassertransport Um aus dem aufgenommenen Wasser genügend Nährstoffe bilden zu können, muss die Pflanze grosse Mengen von Wasser aufnehmen. Eine mannsgrosse Sonnenblume verdunstet pro Tag bis zu Liter Wasser während ein grosser Laubbaum an einem heissen Sommertag bis zu Liter/Tag aufnehmen kann. Doch wie gelangt das Wasser von den Wurzeln in die Baumkrone? Ein Baum hat ja keine Pumpe. Versuch 1: Selber Wasser in die Höhe saugen Stell dich auf dein Pult. Auf dem Boden befindet sich ein Trinkbecher mit Sirup. Mit einem Schlauch mit einer Länge von 2.5 Metern versuchst du nun den Sirup auszutrinken. Feststellung: Erklärung: NMM Unterricht, C. Zumbrunn Pflanzenbau Fotosynthese Seite 15 Autor: Cyrill Zumbrunn Versuch: Wasser – ein spannender Stoff Fülle ein Wasserglas so, dass es gerade noch nicht überläuft und beobachte die Wasseroberfläche am Glasrand. Feststellung: Erklärung: Versuch: Wasser – ein starker Stoff Nimm eine Nähnadel (sie ist aus Stahl, d.h. Eisen) und lege sie mit einer Pinzette sanft auf die Wasseroberfläche. Was beobachtest du? Wie kann das sein? Eisen ist schwerer als Wasser. Gib mit deinem Finger einen kleinen Tropfen Seife auf die Wasseroberfläche. Feststellung: Erklärung: Versuch: Wasser kann klettern Baue die folgende Versuchsanordnung auf. Das Material findest du auf dem Lehrerpult. Vorgehen: Halte die beiden Glasplättchen mit dem eingeklemmten Stück Papier leicht zwischen Daumen und Zeigfinger. Tauche nun das Ganze wie in der Skizze gezeigt in das gefärbte Wasser. NMM Unterricht, C. Zumbrunn Pflanzenbau Fotosynthese Seite 16 Autor: Cyrill Zumbrunn Feststellung: Erklärung: Zwei Phänomene sind für den Wassertransport verantwortlich: 1. 2. 1. 2. Eine Pflanze hat im Allgemeinen viele Laubblätter und dadurch eine grosse , was zu einer grossen führt. Durch diese Verdunstung kommt es zu einer Art Sogwirkung. Merke: NMM Unterricht, C. Zumbrunn Pflanzenbau Fotosynthese Seite 17 Autor: Cyrill Zumbrunn 7 Die Fotosynthese Die chemische Gleichung der Photosynthese heisst: in deutscher Sprache ausgeschrieben heisst das nichts Anderes, als: Die Pflanze verbraucht: Die Pflanze produziert: • • • • Merke: Die grüne Pflanze besitzt die Fähigkeit, aus Kohlenstoffdioxid und Wasser unter Belichtung auszuscheiden. Weil für diesen Vorgang aufzubauen und notwendig ist, bezeichnet man ihn als Photosynthese. Der Haupanteil dieses Prozesses findet in den statt. Aufbau eines Laubblattes: NMM Unterricht, C. Zumbrunn Pflanzenbau Fotosynthese Seite 18 Autor: Cyrill Zumbrunn An der Unterseite des Blattes befinden sich die welche die Pflanze öffnen und schliessen kann. Somit kann sie die Photosyntheserate steuern: sind die Spalten geöffnet, kann viel eintreten und somit viel Zucker aufgebaut werden. Während der Nacht kann die Pflanze die Öffnungen schliessen, da sie ja kein für die Photosynthese hat. Das Öffnen und Schliessen der Spaltöffnungen erfolgt durch . Sind die schlauchartigen Seitenwände mit Wasser gefüllt, so sich der Spalt, andernfalls sind sie geschlossen. 7.1 Die Spaltöffnungen als Ort des Gasaustausches Einführung Wir haben gelernt, dass die Pflanzen zur Produktion von Sauerstoff auch Kohlendioxid benötigen. Wo findet nun dieser Austausch statt? So wie wir durch die Nase atmen, muss auch die Pflanze Öffnungen haben, wo dieser Gasaustausch stattfinden kann. Beim Betrachten eines Laubblattes unter dem Mikroskop stellen wir fest, dass Oberund Unterseite des Blattes nicht gleich aufgebaut sind. Beobachten wir es unter dem Mikroskop. 7.1.1 Blattoberseite Lege das Blattpräparat so unter das Mikroskop, dass du die Oberseite des Blattes beobachten kannst. Was siehst du? Ist die Oberfläche glatt, porös, sieht man etwas Besonderes? Skizze der Blattoberseite 7.1.2 Blattunterseite Lege das Blattpräparat nun so unter das Mikroskop, dass du die Unterseite des Blattes mikroskopieren kannst. Vergleiche nun mit der Oberseite. Fällt dir etwas auf? Vergleiche das was du siehst evtl. mit einem Bild im Biobuch und skizziere eine Spaltöffnung, wie du sie unter dem Mikroskop siehst: NMM Unterricht, C. Zumbrunn Pflanzenbau Fotosynthese Seite 19 Skizze der Blattunterseite mit Spaltöffnung Autor: Cyrill Zumbrunn Blattunterseite im Querschnitt (Mikroskop-Fotografie) 7.2 Die Chloroplasten Auftrag: Recherchiere im Internet, oder im Lexikon und schreiben einen Text über die Chloroplasten. 7.2.1 Mikroskopieren von Chloroplasten (Wasserpest) Die Pflanze „Wasserpest ist eine Wasserpflanze und hat daher eine sehr dünne Blatthaut, was sich für Beobachtungen unter dem Mikroskop gut eignet. Weshalb haben Landpflanzen eine dickere Blatthaut, als Wasserpflanzen? Aufgabe: Lege ein einzelnes Blatt der Wasserpest unter das Mikroskop und beobachte genau, was du siehst. Beobachtung: Skizze: NMM Unterricht, C. Zumbrunn Pflanzenbau Fotosynthese Seite 20 Autor: Cyrill Zumbrunn 7.2.2 Versuch zur Fotosynthese (Wasserpest-Experiment) Mit einem einfachen Versuch können wir zeigen, unter welchen Umständen die Pflanze verschieden stark Fotosynthese betreibt. Wir benutzen dazu wieder die Wasserpest. Da sie eine Wasserpflanze ist, nimmt sie das Kohlenstoffdioxid aus dem Wasser auf.Wir wissen, dass Pflanzen aus Wasser und CO2 unter Anderem auch Sauerstoff produzieren. Mit diesem Versuch beobachten wir die Sauerstoffproduktion. Die Wasserpest ist eine Wasserpflanze, d.h. sie bezieht das Kohlendioxid nicht aus der Luft wie die gewöhnlichen Pflanzen, sondern aus dem Wasser. Vorgehen: • Schneide die Spitze der Wasserpest mit einer Rasierklinge ab (ca. 10 cm) • Fülle dein Reagenzglas mit jeweils einer Wassersorte (Wasser ohne CO2, Wasser mit viel CO2) • Nun stecke die Spitze der Wasserpest kopfüber in das Reagenzglas und beobachte die Reaktion unter verschiedenen Bedingungen (viel Licht, kein Licht). • An der abgeschnittenen Stelle des Stängels bilden sich jetzt durch die Sauerstoffproduktion kleine Bläschen • Zähle die Bläschen pro 30 Sekunden, bei verschiedenen Versuchen und trage dein Resultat in die Tabelle ein. NMM Unterricht, C. Zumbrunn Pflanzenbau Fotosynthese Seite 21 Autor: Cyrill Zumbrunn Tabelle zur Auswertung des Versuchs von Seite 20 Versuchsbeschreibung (z.B. „viel Licht, wenig CO2 im Wasser) Beobachtung, wie viel Sauerstoffbläschen pro 30 Sekunden produziert werden. 1. 2. 3. 4. 5. Unter welchen Bedingungen produziert die Pflanze am meisten Sauerstoff? NMM Unterricht, C. Zumbrunn Pflanzenbau Fotosynthese Seite 22 Autor: Cyrill Zumbrunn 8 Die Pflanze als Nahrungsspeicher Nun weisst du, was die Pflanze bei der Fotosynthese produziert: 8.1 Was ist „Stärke im chemischen Sinn? 8.1.1 Nachweis von Stärke mit Lugolscher Lösung Die Lugolsche Lösung ist eine chemische Substanz, die chemisch mit Stärke reagiert und diese dunkel färbt. Vorgehen: schneide ein Stück Kartoffel ab und beobachte es unter dem Binokular. Beträufle dieses Kartoffelstück nun mit Lugol und schaue es noch mal an. Beobachtung: Skizze: 8.1.2 Welche Lebensmittel enthalten Stärke? In der nachfolgenden Tabelle kannst du eintragen, in welchen Nahrungsmitteln der Zucker als Stärke eingelagert ist. Nahrungsmittel Ist Stärke vorhanden? Viel oder wenig? Brot Apfel NMM Unterricht, C. Zumbrunn Pflanzenbau Fotosynthese Seite 23 Autor: Cyrill Zumbrunn 9 Die Pflanze – eine Chemiefabrik Die Laubpflanzen ernähren sich von Wasser, Kohlendioxid und Mineralsalzen. Mit Hilfe des Lichts stellen sie eine Vielfalt von Stoffen her. Sie sind ein wahres Chemielabor. 9.1 Pflanzenprodukte in der Übersicht Auftrag: Studiere im Biobuch „Biologie die Seite 43 und vervollständige die folgende Tabelle. Vorsicht: die Reihenfolge ist etwas anders. Pflanzenprodukt Bedeutung für die Pflanze Ermöglicht die Fotosynthese -- Heilmittel, Genussmittel Bedeutung für den Menschen Werk- und Brennstoff Anlockung von Tieren zur Bestäubung, sowie zur Verbreitung der Samen; Reservestoffe für die Pflanze Blütenfarbstoffe und Duftstoffe Nahrung 9.2 Beispiele von Nutzpflanzen Auftrag: Schaue dir aufmerksam den Film „Chemiefabrik Pflanze – Eiweiss, Fette, Fasern und vervollständige die nachfolgende Zusammenfassung. Aus Soja wird das so genannte Tofu hergestellt, welches wegen des Eiweissgehalts vor allem bei Vegetariern sehr beliebt ist. Alle Hülsenfrüchte wie , und Linsen enthalten viel Eiweiss. Zur Herstellung von Öl dienen in der Schweiz vor allem und (Samen enthält Öl). Für die Textilindustrie wurde vor allem früher aus Leinen hergestellt. Dieser findet doch fast nur noch in der Anfertigung von Trachten Verwendung. Weitere Nutzpflanzen für Fasern sind , und die Sisalagave. NMM Unterricht, C. Zumbrunn