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Musterlösung: Stoffwechsel der Pflanzen (2)


Aufgabe 1

Ergänze folgenden Lückentext mit den richtigen Wörtern aus der am Ende gegebenen Liste. Die Wörter können auch gar nicht oder mehrfach verwendet werden.

Um Fotosynthese betreiben zu können, nehmen Pflanzen _____________ und _____________ auf. Mithilfe von _____________ erzeugt die Pflanze aus vielen dieser Moleküle ein Molekül _____________. Dabei entsteht auch _____________ und ein wenig neues Wasser. Die Fotosynthese wird in eine _____________ und in eine _____________ unterteilt. Die Intensität der Fotosynthese wird durch verschiedene _____________ beeinflusst. Das sind vor allem das Lichtangebot, die Temperatur, der Kohlenstoffdioxidgehalt der Luft und der Wassergehalt des Bodens. Die Organellen, in denen die Pflanzen Fotosynthese betreiben, heißen _____________. Ihr Inneres enthält viele miteinander verbundene und gestapelte Membransäckchen, die _____________. In ihren Membranen befindet sich der Farbstoff _____________. Er _____________ für die Fotosynthese rotes und blaues Licht.

Auswahlmöglichkeiten: Traubenzucker / Wasser / Sauerstoff / Lichtreaktion / Dunkelreaktion / NADPH2 / ATP / Lichtenergie / Chloroplasten / Chlorophyll / Thylakoide / Verdunstung / Spaltöffnung / Kohlenstoffdioxid / Umweltfaktoren / absorbiert / reflektiert

Lösung

Um Fotosynthese betreiben zu können, nehmen Pflanzen Kohlenstoffdioxid und Wasser auf. Mithilfe von Lichtenergie erzeugt die Pflanze aus vielen dieser Moleküle ein Molekül Traubenzucker. Dabei entsteht auch Sauerstoff und ein wenig neues Wasser. Die Fotosynthese wird in eine Lichtreaktion und in eine Dunkelreaktion unterteilt. Die Intensität der Fotosynthese wird durch verschiedene Umweltfaktoren beeinflusst. Das sind vor allem das Lichtangebot, die Temperatur, der Kohlenstoffdioxidgehalt der Luft und der Wassergehalt des Bodens. Die Organellen, in denen die Pflanzen Fotosynthese betreiben, heißen Chloroplasten. Ihr Inneres enthält viele miteinander verbundene und gestapelte Membransäckchen, die Thylakoide. In ihren Membranen befindet sich der Farbstoff Chlorophyll. Er absorbiert für die Fotosynthese rotes und blaues Licht.

  • Schwierigkeitsgrad:  1
  • Zeit:  5 Minuten
  • Punkte:  12

Aufgabe 2

Im Folgenden sind die beiden Teilreaktionen der Fotosynthese beschrieben. Ergänze jeweils die richtigen Fachwörter und formuliere anschließend die dazugehörigen chemischen Gleichungen.

a. Die für die Lichtreaktion wichtigen Enzyme sitzen in der Membran der _____________. Die Lichtenergie wird zuerst dazu verwendet, Wassermoleküle in _____________, _____________ und _____________ zu spalten. Dabei sammeln sich die Wasserstoffprotonen an der _____________ der Thylakoidmembran an. Ein weiteres Enzym in der Membran lässt die Wasserstoffprotonen wieder nach außen. Die Energie des H+-Stroms dient der Herstellung von _____________, das Energie speichert und transportiert. An der Außenseite der Thylakoidmembran werden die bei der Spaltung des Wassers entstandenen Elektronen paarweise zusammen mit zwei Wasserstoffprotonen auf ein Molekül _____________ übertragen. An der Außenseite der Membran entsteht so _____________. 

Gleichung für die Lichtreaktion:
_____________ → _____________

b. Die Dunkelreaktion läuft auch ohne Beleuchtung ab, wenn die Pflanze zuvor genug Licht ausgesetzt war. Hier wird in mehreren Schritten _____________ mithilfe von _____________ und _____________ zu _____________ zusammengesetzt.

Gleichung für die Dunkelreaktion:
_____________ → _____________

Lösung

a. Die für die Lichtreaktion wichtigen Enzyme sitzen in der Membran der Thylakoide. Die Lichtenergie wird zuerst dazu verwendet, Wassermoleküle in Wasserstoffprotonen, Elektronen und Sauerstoff zu spalten. Dabei sammeln sich die Wasserstoffprotonen an der Innenseite der Thylakoidmembran an. Ein weiteres Enzym in der Membran lässt die Wasserstoffprotonen wieder nach außen. Die Energie des H+-Stroms dient der Herstellung von ATP, das Energie speichert und transportiert. An der Außenseite der Thylakoidmembran werden die bei der Spaltung des Wassers entstandenen Elektronen paarweise zusammen mit zwei Wasserstoffprotonen auf ein Molekül NADP übertragen. An der Außenseite der Membran entsteht so NADPH2.

Gleichung für die Lichtreaktion:
2 H2O + 2 NADP O2 + 2 NADPH2

b. Die Dunkelreaktion läuft auch ohne Beleuchtung ab, wenn die Pflanze zuvor genug Licht ausgesetzt war. Hier wird in mehreren Schritten Kohlenstoffdioxid mithilfe von NADPH2 und ATP zu Traubenzucker zusammengesetzt.

Gleichung für die Dunkelreaktion:
6 CO2 + 12 NADPH2 → C6H12O6 + 6 H2O + 12 NADP

  • Schwierigkeitsgrad:  2
  • Zeit:  5 Minuten
  • Punkte:  21

Aufgabe 3

Die Abbildung zeigt eine Kartoffelpflanze.

Musterlösung: Stoffwechsel der Pflanzen (2) - Abbildung 1Quelle: iStock.com/mariaflaya

 

a. Beschreibe den Nährstofftransport sowie den Transport von Wasser und Mineralstoffen, indem du die Abbildung mit entsprechenden Richtungspfeilen ergänzt.

b. Markiere die Orte rot, an denen die Pflanze Nährstoffe speichert.

c. Nenne ein Beispiel für eine mögliche Speicherform des von der Pflanze aufgebauten Traubenzuckers.

d. An sehr heißen Sommertagen bilden Pflanzen kaum Traubenzucker, obwohl Wärme eigentlich die Fotosyntheseintensität steigert. Erkläre diese Tatsache.

Lösung

a. und b. 

Musterlösung: Stoffwechsel der Pflanzen (2) - Abbildung 2Quelle: iStock.com/mariaflaya

 

c. Pflanzen speichern den Traubenzucker beispielsweise in Form von Stärke.

Hinweis: Das Grundgewebe von Spross und Wurzeln einer Pflanze kann zur Speicherung von Nährstoffen (Stärke, Proteine, Glucose, Fette) genutzt werden. Besonders viele Nährstoffe werden in Samen und Früchten gespeichert.

d. Pflanzen geben an den Blättern über ihre Spaltöffnungen Wasser ab und nehmen zudem auf diesem Weg Kohlenstoffdioxid auf. Je wärmer es ist, desto mehr Wasser verlieren sie. Um den Wasserverlust bei hohen Temperaturen möglichst gering zu halten, schließen die Pflanzen ihre Spaltöffnungen. Damit können sie auch kein Kohlenstoffdioxid mehr aufnehmen. Da eine ausreichende Menge von Kohlenstoffdioxid Voraussetzung für die Herstellung von Traubenzucker ist, nimmt dessen Produktion bei hohen Temperaturen ab.

  • Schwierigkeitsgrad:  3
  • Zeit:  10 Minuten
  • Punkte:  14

Aufgabe 4

Pflanzen können die Nährstoffe in verschiedenen Organen speichern.

a. Nenne drei verschiedene Pflanzenarten und deren Speicherorgane.

b. Viele Frühblüher bilden ihre Nachkommen aus Zwiebeln. Erkläre den Nutzen, der sich aus dieser Art der Nährstoffspeicherung ergibt.

Lösung

a. Kartoffel (Knolle), Tulpe (Zwiebel), Krokus (Zwiebel), Buschwindröschen (Erdspross), Scharbockskraut (Wurzelknollen)

b. Frühblüher legen in bestimmten Pflanzenteilen Nährstoffspeicher an, beispielsweise in Zwiebeln. Die gespeicherte Energie können sie dann im zeitigen Frühjahr zum Austreiben der Blüten und Blätter nutzen. Das Licht der Sonne reicht zu dieser Jahreszeit noch nicht aus, um ausreichend Fotosynthese zu betreiben und genügend Nährstoffe herzustellen.

  • Schwierigkeitsgrad:  2
  • Zeit:  5 Minuten
  • Punkte:  10

Aufgabe 5

a. Erkläre in eigenen Worten den Begriff Symbiose.

b. Die Mykorrhiza ist die Symbiose zwischen Pilzen und Pflanzen. Dabei übernehmen die Hyphen der Pilze die Aufgabe der Wurzelhaare. Erläutere die Vorteile, die die Pflanze und der Pilz jeweils von dieser Symbiose haben.

Lösung

a. Unter dem Fachbegriff Symbiose versteht man das Zusammenleben zweier Organismen unterschiedlicher Artzugehörigkeit, das beiden Partnern Vorteile bietet.

b. Der Pilz versorgt bei dieser Symbiose die Pflanze mit Mineralstoffen und Wasser. Der Pilz erhält dafür von der Pflanze Fotosyntheseprodukte.

  • Schwierigkeitsgrad:  2
  • Zeit:  5 Minuten
  • Punkte:  5

Aufgabe 6

a. Beschreibe kurz, was man unter der Gruppe der Flechten versteht.

b. Erläutere die Vorteile, die die in einer Flechte verbundenen Partner durch diese Lebensform haben.

Lösung

a. Flechten sind enge Lebensgemeinschaften (Symbiosen) aus einem Pilz und einem Partner, der Fotosynthese betreibt. Bei Letzterem handelt es sich oft um Grünalgen. Die Eigenschaften einer Flechte unterscheiden sich ganz deutlich von den Eigenschaften der Organismen, aus denen sie sich zusammensetzt.

b. Der chlorophyllfreie Pilz ist nicht in der Lage, Fotosynthese zu betreiben. Er kann somit keine energiereichen Nährstoffe aufbauen. Er wird durch seinen Symbiosepartner mit diesen Stoffen versorgt. Der Pilz befestigt mit seinen Pilzfäden die Alge und gibt der ganzen Flechte Halt auf ihrem Untergrund. Er nimmt Wasser und Mineralstoffe aus der Umgebung auf und versorgt damit die Alge.

  • Schwierigkeitsgrad:  2
  • Zeit:  5 Minuten
  • Punkte:  7
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