Photosynthese selbst messen mit Algenkugeln
Kurs für Schülergruppen

Experimente

• Herstellung von Algenkugeln aus einer Kultur der Grünalge Chlamyomonas reinhardtii
• Aufnehmen einer Licht- und einer Temperaturkurve der Photosynthese
• Untersuchen der Abhängigkeit der Photosynthese von der Lichtfarbe
• Fluoreszenzmikroskopie von C. reinhardtii und Wasserpest
• Vergleich von Grünalgen und Landpflanzen anhand bereitgestellter Pigmentextrakte durch Dünnschichtchromatographie
• Aufnahme eines Absorptionsspektrums

Einführend wird die globale Bedeutung der Photosynthese als Grundlage allen Lebens sowie aller Ökosystemleistungen für Biosphäre und Menschheit erarbeitet. Beispielhaft werden die regulatorischen Funktionen der Ökosysteme im Wasserkreislauf, im Energieaustausch zwischen Landoberfläche und Atmosphäre, im Kohlenstoffhaushalt und im Klimaschutz genannt. Auch der Pflanzenbau als einzig erkennbarer Weg zur nachhaltigen Ernährung der Menschheit und die Bereitstellung von Holz und vieler anderer Naturprodukte aus Landökosystemen und aus Ozeanen als Energieträger und Rohstoffe werden erwähnt. Danach befassen wir uns mit den Strukturen und Abläufen der Photosynthese sowie ihrer Abhängigkeit von abiotischen Faktoren. Mit Grünalgen aus einer Dauerkultur und dem aus Braunalgen gewonnenen, Agar-ähnlichen Geliermittel Alginat stellen wir Algenkugeln her, nehmen eine Licht- und eine Temperaturkurve ihrer Photosynthese auf und untersuchen die Wirkung verschiedener Wellenlängenbereiche bzw. Farben auf die Photosynthese. Die Photosynthese der Grünalgen wird durch Veränderungen des pH-Werts des Wassers angezeigt, die mit einem pH-Farbindikator photometrisch quantifiziert werden. Ein Ansteigen des pH-Werts wird durch die CO₂-Aufnahme der Algen aus dem Wasser bei der Photosynthese verursacht, ein Absinken des pH-Werts durch die CO₂-Abgabe ins Wasser bei der Zellatmung. Weil die Algen im Alginat homogen verteilt sind, ist sichergestellt, dass durch Einwiegen gleicher Massen in allen Stufen einer Licht- oder Temperaturkurve die gleichen Algenmengen bzw. Mengen photosynthetisch aktiven Gewebes eingesetzt werden. In Kugeln verpackt, stören die Algen zudem nicht bei der photometrischen oder visuellen Erfassung von Farbveränderungen des Indikators. Weil die Messmethode auf der CO₂-Aufnahme bei der Photosynthese beruht, wird die Gewinnung energiereicher organischer Kohlenstoffverbindungen als die wesentliche Funktion der Photosynthese für die Pflanze hervorgehoben.

Unterrichtsbezug

Planung, Durchführung und Auswertung eines Experiments zur Abhängigkeit der Photosynthese von einem ausgewählten abiotischen Faktor; Dünnschichtchromatographie, Absorption von Licht verschiedener Wellenlängen durch Blattpigmente .