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Fotosynthese

Erkläre, wie Pflanzen Lichtenergie nutzen, und prüfe im Modell, wann ein Blatt Sauerstoff abgibt.

Unsicher beim Einstieg?3 Aufgaben im freiwilligen Kurzcheck

Was kannst du schon?

Drei kurze Aufgaben helfen dir, deinen Startpunkt zu finden. Wenn du unsicher bist, wähle „Weiß ich noch nicht“.

Entscheide ohne Nachschlagen. Pro Aufgabe passt genau eine Antwort.

Aufgabe 1Ist Licht in der Fotosynthesegleichung ein zusätzlicher Stoff?

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Aufgabe 2Betreibt ein grünes Blatt bei Licht auch Zellatmung?

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Aufgabe 3In welchem Raum des Chloroplasten wird CO₂ in organische Verbindungen eingebaut?

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Lösungen mit Erklärungen
  1. Nein, Licht liefert Energie – Bei der Fotosynthese werden Stoffe umgebaut und Lichtenergie umgewandelt. Stoff- und Energiezufuhr sind zu unterscheiden.
  2. Ja, Fotosynthese und Zellatmung können gleichzeitig ablaufen – Auch grüne Pflanzenzellen betreiben Zellatmung. Die gemessene Sauerstoffbilanz ergibt sich aus beiden Prozessen.
  3. Im Stroma – Der Calvin-Zyklus findet im Stroma statt und nutzt Produkte der Lichtreaktionen.

Direkt mit der Erklärung beginnen →

Aus Licht, Wasser und CO₂ entstehen energiereiche Stoffe

Fotosyntheseim ChloroplastenCO₂WasserSauerstoffZuckeraufbauLichtenergieStoffe werden umgebaut · Lichtenergie wird umgewandelt

Bei der Fotosynthese bauen Pflanzen aus Kohlenstoffdioxid (CO₂) und Wasser organische Stoffe auf. Die dafür nötige Energie liefert Licht. Dabei wird Sauerstoff frei. Der grüne Farbstoff Chlorophyll nimmt Licht auf; in Pflanzen läuft die Fotosynthese in den Chloroplasten ab.

Kohlenstoffdioxid + Wasser → Glucose + Sauerstoff
6 CO₂ + 6 H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂

Vereinfachte Nettogleichung unter Lichteinwirkung. Sie fasst viele Reaktionsschritte zusammen. Glucose steht hier für den Aufbau von Kohlenhydraten; sie ist nicht das erste unmittelbare Produkt.

Wo die Umwandlungen stattfinden

Chloroplast · vereinfachter SchnittDoppelhülleThylakoidstapelStroma: Raum um die ThylakoideChlorophyll sitzt in den Thylakoidmembranen.

Thylakoidmembranen · Licht aufnehmen

Die Membranen enthalten Chlorophyll. Die Lichtreaktionen nutzen Lichtenergie, spalten Wasser und setzen Sauerstoff frei.

Stroma · Kohlenstoff einbauen

Im umgebenden Raum wird CO₂ in organische Verbindungen eingebaut. Dafür werden Produkte der Lichtreaktionen benötigt.

Der freigesetzte Sauerstoff stammt aus Wasser. Der Kohlenstoff im aufgebauten Zucker stammt aus CO₂.

Eine Gleichung lesen, ohne Stoffe und Energie zu verwechseln

1 · Ausgangsstoffe finden

Links stehen 6 CO₂ und 6 H₂O. Licht ist eine Energiezufuhr, kein zusätzlicher Stoff.

2 · Produkte lesen

Rechts stehen 1 Glucosemolekül und 6 O₂. Die Formel C₆H₁₂O₆ enthält sechs C-, zwölf H- und sechs O-Atome.

3 · Atome kontrollieren

Auf beiden Seiten: 6 C, 12 H und 18 O. Es werden Atome neu angeordnet, keine neuen Atome aus Licht erzeugt.

Pflanzen gewinnen den Kohlenstoff ihrer Biomasse hauptsächlich aus dem CO₂ der Luft. Wasser und Mineralstoffe werden meist über die Wurzeln aufgenommen; Mineralstoffe ersetzen CO₂ nicht.

Fotosynthese-Labor: Licht, CO₂ und Sauerstoffbilanz

Verändere eine Bedingung und sage zuerst voraus: Wird das Blatt insgesamt Sauerstoff aufnehmen oder abgeben?

CO₂-Angebot

Deine Vorhersage

Wähle eine Antwort und prüfe anschließend die Bilanz.

Modellbilanz und Erklärung anzeigen
Fotosynthese · O₂-Bildung
Zellatmung · O₂-Verbrauch
Netto · Bildung minus Verbrauch

Qualitatives Lehrmodell mit willkürlichen Einheiten (ME), keine Messdaten. Wasser und Temperatur bleiben günstig; der Verbrauch durch Zellatmung bleibt vereinfacht konstant. Hohe Lichtstärken können in der Natur zusätzlich schädigen.

Warum mehr Licht nicht unbegrenzt hilft

Licht

Bei wenig Licht begrenzt die Energiezufuhr die Fotosynthese. Mehr Licht kann ihre Rate zunächst steigern.

Kohlenstoffdioxid

Ist zu wenig CO₂ verfügbar, kann zusätzliches Licht den fehlenden Ausgangsstoff nicht ersetzen.

Wasser und Temperatur

Wassermangel kann Spaltöffnungen schließen und dadurch die CO₂-Aufnahme verringern. Die enzymatischen Reaktionen hängen außerdem von der Temperatur ab.

Der jeweils knappste wirksame Faktor begrenzt die Leistung. Das nennt man einen limitierenden Faktor.

Auch ein grünes Blatt betreibt Zellatmung

Im Licht laufen Fotosynthese und Zellatmung gleichzeitig ab. Erst wenn mehr Sauerstoff gebildet als verbraucht wird, gibt das Blatt insgesamt Sauerstoff ab. Im Dunkeln fällt die Fotosynthese weg, während die Zellatmung weitergeht.

Netto-O₂-Abgabe = O₂-Bildung durch Fotosynthese − O₂-Verbrauch durch Zellatmung

Am Lichtkompensationspunkt gleichen sich beide Beiträge aus. Keine messbare Nettoabgabe bedeutet dann nicht, dass beide Prozesse stillstehen.

Vertiefung: Zwei gekoppelte Teilprozesse

Lichtreaktionen und Calvin-Zyklus einordnen

Die Lichtreaktionen an den Thylakoidmembranen liefern ATP als kurzfristigen Energieträger und NADPH als Reduktionsmittel. Der Calvin-Zyklus im Stroma nutzt beides, um CO₂ in organische Verbindungen einzubauen. Aus entstehenden Drei-Kohlenstoff-Verbindungen können unter anderem Zucker aufgebaut werden.

„Lichtunabhängig“ heißt nur, dass der Calvin-Zyklus keine Lichtteilchen direkt benötigt. Er ist von den Lichtreaktionen abhängig und kein Vorgang, der ausschließlich nachts stattfindet.

Schrittweise vertiefen: Lichtreaktion · Calvin-Zyklus.

Vertiefung: Welche Lichtfarben werden genutzt?

Chlorophyll nimmt blaues und rotes Licht besonders gut auf, grünes schwächer. Ein Blatt reflektiert oder durchlässt einen Teil des grünen Lichts. Grünes Licht ist deshalb nicht grundsätzlich unbrauchbar. Weitere Pigmente, etwa Carotinoide, erweitern die Lichtnutzung.

Spektrum Was wird untersucht?
Absorptionsspektrum Wie stark nimmt eine Pigmentprobe Licht verschiedener Wellenlängen auf?
Wirkungsspektrum Wie stark treibt Licht verschiedener Wellenlängen die Fotosynthese an?

Die Kurven hängen zusammen, sind aber nicht identisch: Ein Blatt enthält mehrere Pigmente. Zur vergleichbaren Messung eines Wirkungsspektrums müssen unter anderem Photonenangebot, Temperatur und CO₂-Angebot kontrolliert werden.

Wie lassen sich mehrere Blattpigmente nachweisen?

Bei der Chromatografie wandern Pigmente mit einem Laufmittel unterschiedlich weit auf einem Trägermaterial. Getrennte Farbzonen zeigen verschiedene Pigmentbestandteile. Diese Trennung misst noch kein Wirkungsspektrum. Das Trennprinzip verstehen.

Selbst ausprobieren

Üben & prüfen

Mit Erklärungen üben oder dein Wissen testen – du entscheidest.

Übe in deinem Tempo

Wähle eine Stufe. Du bekommst zu jeder Antwort eine Rückmeldung und kannst nach einem Tipp erneut antworten. Wähle die passende Antwort. Begründe deine Entscheidung zunächst selbst und vergleiche sie anschließend mit der Erklärung.

Alle 18 Aufgaben mit Lösungen zum Nachlesen

1 · Erkennen und zuordnen

1. Welche Stoffe stehen als Ausgangsstoffe in der vereinfachten Fotosynthesegleichung?

  • Licht und Chlorophyll
  • Kohlenstoffdioxid und Wasser
  • Glucose und Sauerstoff
Lösung und Erklärung

Kohlenstoffdioxid und Wasser

CO₂ und Wasser werden zu organischen Stoffen und Sauerstoff umgesetzt. Licht liefert die dafür nötige Energie.

2. In welchen Organellen läuft die Fotosynthese der Pflanzen ab?

  • In Chloroplasten
  • In Lysosomen
  • Ausschließlich im Zellkern
Lösung und Erklärung

In Chloroplasten

Chloroplasten enthalten unter anderem die Thylakoidmembranen und das Stroma für die Teilprozesse.

3. Welche Rolle hat Chlorophyll?

  • Es ersetzt Wasser als alleinigen Ausgangsstoff
  • Es baut die feste Zellwand aus Sauerstoff auf
  • Es nimmt Licht auf
Lösung und Erklärung

Es nimmt Licht auf

Chlorophyll ist ein lichtaufnehmender Farbstoff in den Thylakoidmembranen.

4. Woher stammt der Kohlenstoff des aufgebauten Zuckers?

  • Hauptsächlich aus den Mineralstoffen des Bodens
  • Aus CO₂
  • Aus Lichtteilchen
Lösung und Erklärung

Aus CO₂

Der Kohlenstoff des CO₂ wird in organische Verbindungen eingebaut. Licht ist eine Energiequelle, keine Kohlenstoffquelle.

5. Woher stammt der bei der Fotosynthese freigesetzte Sauerstoff?

  • Aus Wasser
  • Aus der Energie des Lichts
  • Aus der Cellulose der Zellwand
Lösung und Erklärung

Aus Wasser

In den Lichtreaktionen wird Wasser gespalten und dabei Sauerstoff freigesetzt.

6. Was ist ein limitierender Faktor?

  • Ein Faktor, der nie eine Wirkung auf die Rate hat
  • Immer ausschließlich die Blattfarbe
  • Der jeweils knappste wirksame Faktor, der die Leistung begrenzt
Lösung und Erklärung

Der jeweils knappste wirksame Faktor, der die Leistung begrenzt

Unter anderem Licht, CO₂, Wasser und Temperatur beeinflussen die Fotosynthese. Der begrenzende Faktor hängt von den Bedingungen ab.

2 · Anwenden und erklären

1. Ein Blatt bekommt bereits viel Licht, aber sehr wenig CO₂. Warum hilft noch mehr Licht kaum?

  • Die Pflanze braucht bei starkem Licht grundsätzlich kein Wasser
  • Fehlendes CO₂ als Ausgangsstoff wird dadurch nicht ersetzt
  • Licht wird automatisch zu zusätzlichen Kohlenstoffatomen
Lösung und Erklärung

Fehlendes CO₂ als Ausgangsstoff wird dadurch nicht ersetzt

Wenn CO₂ begrenzt, beseitigt zusätzliche Lichtenergie diesen Mangel nicht.

2. Ein Blatt bildet 10 Mengeneinheiten O₂ und verbraucht gleichzeitig 4. Wie groß ist die Nettoabgabe?

  • 6 Mengeneinheiten
  • 14 Mengeneinheiten
  • 4 Mengeneinheiten
Lösung und Erklärung

6 Mengeneinheiten

Nettoabgabe ist Bildung minus Verbrauch: 10 minus 4 ergibt 6.

3. Was passiert im Dunkeln mit der hier beschriebenen Sauerstoffbilanz eines Blatts?

  • Die Zellatmung stoppt grundsätzlich ebenfalls
  • Die Fotosynthese bildet ohne Licht unverändert Sauerstoff
  • Fotosynthese fällt weg, Zellatmung verbraucht weiterhin Sauerstoff
Lösung und Erklärung

Fotosynthese fällt weg, Zellatmung verbraucht weiterhin Sauerstoff

Zellatmung geht im Dunkeln weiter. Ohne fotosynthetische O₂-Bildung nimmt das Blatt insgesamt Sauerstoff auf.

4. Welche Zuordnung der Teilprozesse ist richtig?

  • Beide Prozesse ausschließlich in Mitochondrien
  • Lichtreaktionen an Thylakoidmembranen, Calvin-Zyklus im Stroma
  • Lichtreaktionen im Zellkern, Calvin-Zyklus in der Zellwand
Lösung und Erklärung

Lichtreaktionen an Thylakoidmembranen, Calvin-Zyklus im Stroma

Die Thylakoidmembranen tragen die Lichtreaktionen; im Stroma erfolgt die CO₂-Fixierung im Calvin-Zyklus.

5. Warum kann Wassermangel die CO₂-Aufnahme verringern?

  • Spaltöffnungen können sich schließen
  • Wasser wird dabei zu Kohlenstoffdioxid umgewandelt
  • Das Blatt verliert zwangsläufig alle Membranen
Lösung und Erklärung

Spaltöffnungen können sich schließen

Geschlossene Spaltöffnungen begrenzen den Gasaustausch und damit auch den Eintritt von CO₂.

6. Welche Produkte der Lichtreaktionen benötigt der Calvin-Zyklus?

  • Ausschließlich freien Sauerstoff
  • Cellulose und Chlorophyll
  • ATP und NADPH
Lösung und Erklärung

ATP und NADPH

ATP liefert kurzfristig nutzbare Energie, NADPH dient als Reduktionsmittel für den Aufbau organischer Verbindungen.

3 · Prüfen und übertragen

1. Ein Blatt gibt netto keinen Sauerstoff ab. Beweist das den Stillstand beider Prozesse?

  • Ja, Zellatmung und Fotosynthese können niemals gleichzeitig ablaufen
  • Nein, Fotosynthese und Zellatmung können gleich große Beiträge liefern
  • Ja, jede Sauerstoffbildung muss sofort als Nettoabgabe messbar sein
Lösung und Erklärung

Nein, Fotosynthese und Zellatmung können gleich große Beiträge liefern

Am Lichtkompensationspunkt gleichen sich O₂-Bildung und O₂-Verbrauch aus, obwohl beide Prozesse ablaufen.

2. Warum ist die Aussage „Der Calvin-Zyklus findet nur nachts statt“ falsch?

  • Er benötigt zwar Licht nicht direkt, ist aber von Produkten der Lichtreaktionen abhängig
  • Er ist dasselbe wie die Sauerstoffspaltung an den Thylakoiden
  • Er findet ausschließlich außerhalb lebender Zellen statt
Lösung und Erklärung

Er benötigt zwar Licht nicht direkt, ist aber von Produkten der Lichtreaktionen abhängig

Lichtunabhängig meint keinen unmittelbaren Bedarf an Lichtteilchen. ATP und NADPH aus den Lichtreaktionen werden dennoch benötigt.

3. Was lässt sich aus der vereinfachten Nettogleichung allein nicht sicher ablesen?

  • Dass auf beiden Seiten Kohlenstoffatome vorkommen
  • Dass Wasser als Ausgangsstoff aufgeführt ist
  • Aus welchem Ausgangsstoff die freigesetzten O₂-Moleküle stammen
Lösung und Erklärung

Aus welchem Ausgangsstoff die freigesetzten O₂-Moleküle stammen

Die Herkunft des freigesetzten Sauerstoffs aus Wasser benötigt weitergehendes Wissen beziehungsweise einen Herkunftsnachweis, nicht bloß die Nettobilanz.

4. Welche Aussage über grünes Licht ist angemessen?

  • Nur grünes Licht wird von Chlorophyll besonders stark aufgenommen
  • Chlorophyll nimmt es schwächer auf; es ist aber nicht grundsätzlich unbrauchbar
  • Grünes Licht kann unter keinen Umständen Fotosynthese antreiben
Lösung und Erklärung

Chlorophyll nimmt es schwächer auf; es ist aber nicht grundsätzlich unbrauchbar

Ein Teil grünen Lichts wird reflektiert oder durchgelassen. Die Lichtnutzung des Blatts umfasst außerdem weitere Pigmente.

5. Eine Chromatografie trennt Blattpigmente in mehrere Farbzonen. Was zeigt das unmittelbar?

  • Verschiedene Pigmentbestandteile
  • Ein vollständiges Wirkungsspektrum der Fotosynthese
  • Die exakte tägliche Sauerstoffproduktion des Blatts
Lösung und Erklärung

Verschiedene Pigmentbestandteile

Die Trennung weist verschiedene Bestandteile nach. Ein Wirkungsspektrum untersucht dagegen die Fotosynthesewirkung verschiedener Lichtwellenlängen.

6. Wie untersucht man den Einfluss verschiedener Lichtfarben auf die Fotosynthese möglichst fair?

  • Jede Farbe mit beliebiger Intensität und anderer Temperatur testen
  • Gleichzeitig alle Umweltbedingungen verändern
  • Photonenangebot, Temperatur und CO₂-Angebot kontrollieren
Lösung und Erklärung

Photonenangebot, Temperatur und CO₂-Angebot kontrollieren

Ein Vergleich der Lichtfarben benötigt kontrollierte weitere Einflussgrößen, damit die Wirkung sinnvoll zugeordnet werden kann.

Wie sicher bist du jetzt?

Bearbeite drei weitere Aufgaben ohne Nachschlagen. Nutze die Rückmeldung, um gezielt weiterzulernen.

Entscheide ohne Nachschlagen. Pro Aufgabe passt genau eine Antwort.

Aufgabe 1Welche Kombination aus Stoffherkunft und Energiequelle ist richtig?

Wähle genau eine Antwort.

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Aufgabe 2Bei mehr Licht steigt die Fotosyntheserate nicht weiter, während CO₂ knapp ist. Welche Erklärung passt?

Wähle genau eine Antwort.

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Aufgabe 3Fotosynthese bildet 7 Mengeneinheiten O₂, Zellatmung verbraucht 7. Was folgt?

Wähle genau eine Antwort.

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Lösungen mit Erklärungen
  1. Zuckerkohlenstoff aus CO₂, freigesetzter O₂ aus Wasser, Energie aus Licht – Die Pflanze baut Stoffe um und nutzt Lichtenergie. Die Herkunft des Kohlenstoffs und des abgegebenen Sauerstoffs ist verschieden.
  2. CO₂ begrenzt nun die Leistung – Ein limitierender Ausgangsstoff setzt der Rate Grenzen, selbst wenn mehr Lichtenergie verfügbar wird.
  3. Nettoabgabe null, obwohl beide Prozesse laufen – Die Nettoabgabe ist 7 minus 7 gleich null. Eine ausgeglichene Bilanz bedeutet keinen Stillstand.

Die Aufgaben sind unterschiedlich. Die Ergebnisse geben dir eine kurze Orientierung zu deinem Lernstand.

Weitere Aufgaben zum Selbstcheck

Selbstcheck: Fotosynthese und Sauerstoffbilanz

1 · Nenne die beiden Ausgangsstoffe der Fotosynthese.

Tipp anzeigen
Licht liefert Energie und ist kein Stoff.
Lösung anzeigen
Kohlenstoffdioxid und Wasser. Lichtenergie ermöglicht den Aufbau energiereicher organischer Stoffe.

2 · Ergänze: 6 CO₂ + 6 H₂O → …

Tipp anzeigen
Ein Glucosemolekül enthält 6 C-Atome.
Lösung anzeigen
C₆H₁₂O₆ + 6 O₂. Das ist die vereinfachte Nettogleichung unter Lichteinwirkung.

3 · Woher stammt der Kohlenstoff im Zucker?

Tipp anzeigen
Suche das C auf der linken Seite der Gleichung.
Lösung anzeigen
Aus dem Kohlenstoffdioxid. Die Pflanze baut diesen Kohlenstoff in organische Stoffe ein.

4 · Woher stammt der freigesetzte Sauerstoff?

Tipp anzeigen
Die Lichtreaktionen spalten einen Ausgangsstoff.
Lösung anzeigen
Aus Wasser, das bei den Lichtreaktionen gespalten wird. Diesen Herkunftsnachweis kann man nicht allein aus der vereinfachten Nettogleichung ablesen.

5 · Ein Blatt bildet 8 ME O₂ und verbraucht 3 ME. Bestimme die Nettobilanz.

Tipp anzeigen
Bildung minus Verbrauch.
Lösung anzeigen
8 − 3 = 5 ME: Das Blatt gibt netto 5 ME Sauerstoff ab.

6 · Warum kann mehr Licht bei knappem CO₂ wenig helfen?

Tipp anzeigen
Welcher Ausgangsstoff fehlt?
Lösung anzeigen
CO₂ begrenzt den Aufbau organischer Stoffe. Mehr Lichtenergie ersetzt fehlendes CO₂ nicht; es ist der limitierende Faktor.

7 · Was geschieht mit der Sauerstoffbilanz im Dunkeln?

Tipp anzeigen
Denke an beide Prozesse.
Lösung anzeigen
Fotosynthese bildet dann keinen Sauerstoff. Zellatmung verbraucht weiterhin Sauerstoff; das Blatt nimmt insgesamt Sauerstoff auf.

8 · Warum bedeutet Netto-O₂-Abgabe null nicht zwingend Stillstand?

Tipp anzeigen
Vergleiche Bildung und Verbrauch.
Lösung anzeigen
Fotosynthese und Zellatmung können gleich große Beiträge liefern. Am Lichtkompensationspunkt ist die Bilanz null, obwohl beide Prozesse laufen.
Zusätzlicher Begriffscheck

Kurzer Begriffscheck

Welche Aussage zu grünen Pflanzen stimmt?

Wähle eine Antwort.

Zum fachlichen Vertiefen: OpenStax · Fotosynthese.

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