Klimawandel PSC Discovery Workshop - Research Collection
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ETH Library Klimawandel PSC Discovery Workshop Educational Material Author(s): Faller, Patrick; Schläpfer-Miller, Juanita ; Schumacher, Ralph; Dahinden, Manuela; Buchmann, Nina Publication date: 2019 Permanent link: https://doi.org/10.3929/ethz-b-000378906 Rights / license: Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International Originally published in: Lerneinheit 1 This page was generated automatically upon download from the ETH Zurich Research Collection. For more information, please consult the Terms of use.
Lerneinheit #1
Klimawandel
MINT-Lernzentrum der ETH Zürich
Zurich-Basel Plant Science Center
1 Klimawandel
2 3D-Mikroskopie
3 Molekulare Pflanzenzucht
4 Stärkemetabolismus
5 Biokommunikation
6 Adaptive Evolution
PLANT SCIENCE
DISCOVERY
7 Symbiose
WORKSHOPS 8 Genome Editing
Lerneinheit 1: Klimawandel PSC Discovery Workshops
Inhalt
Aufbau der Lerneinheit 3
Teil 1: Photosynthese und Aufbau des Laubblattes 4
Thema, Lernziele und Vorwissen 4
Verlaufsplanung Lektion 1 4
Einstiegsaufgabe mit kontrastierenden Fällen zu Photosynthese und Zellatmung 5
1.1 Photosynthese 6
1.2 Aufbau des Laubblattes 8
1.3 Modellvergleich zur Photosynthese 10
Teil 2: PSC Discovery Workshop 12
Teil 3: Auswirkungen des Klimawandels auf Pflanzen 13
Thema, Lernziele und Vorwissen 13
Verlaufsplanung Lektion 2 13
Einstiegsaufgabe mit kontrastierenden Fällen zu «Klimagewinner oder Klimaverlierer» 14
Einstiegsaufgabe mit kognitiv aktivierender Frage 15
3.1 Der Klimawandel wird spürbar 16
3.2 Anpassung der Pflanzen an Trockenheit 17
Metakognitionsaufgaben 20
Informationen für die Lehrperson bezüglich Experiment «Zaubertrick Photosynthese» 21
Informationen für die Lehrperson bezüglich Einstiegs «Klimagewinner oder
Klimaverlierer?» in Lektion 2 21
Abbildungsverzeichnis 22
Literaturverzeichnis 22
Weiterführende Links für Lehrpersonen 23
Vor- und Nachtest zum Thema 24
Lösungen 27
2 Zurich-Basel Plant Science Center
Lerneinheit 1: Klimawandel PSC Discovery Workshops
Aufbau der Lerneinheit
«Klimawandel»
Die Lerneinheit «Klimawandel – Hilfe, ich bin eine ge-
stresste Pflanze!» besteht aus drei Teilen. Der erste und
Teil 3: Auswirkung des
dritte Teil sind theoretische Lektionen, welche den zwei- Klimawandels auf
ten praktischen Teil sinnvoll einbetten und die Relevanz
des Themas verdeutlichen.
Pflanzen
Die Lektion 2 greift Aspekte des Workshops wieder auf
und vertieft diese mit aktuellen Forschungsergebnissen.
Teil 1: Photosynthese und Dabei geht es primär darum, wie der Klimawandel sich
auf die Zusammensetzung von Pflanzengemeinschaften
Aufbau des Laubblattes auswirken wird und welche Strategien einzelne Pflanzen
besitzen, um auf den Klimawandel, im speziellen auf Tro-
In Lektion 1 wird die Photosynthese repetiert und der ckenheit, zu reagieren.
Aufbau eines Laubblattes besprochen. Zum Abschluss
werden die Schülerinnen und Schüler mit zwei verschie- Eine begleitende Powerpoint Präsentation und ein Film
denen Modellen zur Photosynthese konfrontiert. stehen den Lehrpersonen unter folgendem Link zur Ver-
fügung:
www.plantsciences.uzh.ch/de/outreach/discovery.html
Teil 2: Discovery Workshop
Der halbtägige Workshop wird vom Zurich-Basel Plant
Science Center angeboten. Die Schülerinnen und Schü-
ler erhalten Gelegenheit, die Auswirkungen von Klimaver-
änderungen an einer Pflanze zu untersuchen. Sie mes-
sen den Gasaustausch von Nutzpflanzen mithilfe eines
Kohlendioxidmessgerätes und eines Blatt-Porometers.
Sie messen die Kohlendioxidkonzentration und die sto-
matäre Leitfähigkeit von Pflanzen, die unterschiedlichen
Bedingungen ausgesetzt waren. Sie lernen, wie man
Veränderungen im Kohlenstoffkreislauf in Ökosystemen
messen kann. Die Schülerinnen und Schüler haben die
Möglichkeit, mit Forschenden über die Auswirkungen
des Klimawandels auf die landwirtschaftliche Produktion
zu diskutieren. Zudem werden Wissenschaftlerinnen und
Wissenschaftler von ihren aktuellen Forschungsprojek-
ten im Bereich Klimawandel berichten.
3 Zurich-Basel Plant Science Center
Lerneinheit 1: Klimawandel PSC Discovery Workshops
Teil 1:
Photosynthese und Aufbau
des Laubblattes
Thema
• Der Aufbau eines Laubblattes wird vermittelt.
• Die Photosynthese wird auf Niveau der Reaktionsgleichung repetiert.
Ziele
• Die Schülerinnen und Schüler können die Reaktionsgleichung der Photosynthese notieren.
• Die Schülerinnen und Schüler können einen Schnitt durch ein Laubblatt skizzieren und mit den Begriffen
Kutikula, Epidermis, Palisadengewebe, Schwammgewebe, Spaltöffnung (= Stomata), Schliesszelle und
Atemhöhle beschriften.
Vorwissen
• Aufbau einer Pflanzenzelle
• Grundlegende Kenntnisse über Diagramme
• Eventuell Photosynthese und Zellatmung (einfaches Niveau)
Verlaufsplanung Lektion 1
Arbeitsform, Zeit Themen Material
Aufgabe mit kontrastierenden Fällen Seite 5
5 Minuten
Lektüre Kapitel 1.1 und Lösen der 1.1 Photosynthese Seiten 6–7
Aufgaben 2 bis 5
13 Minuten
Besprechung der Aufgaben 2 bis 3 1.1 Photosynthese Seiten 6–7
5 Minuten
Lektüre Kapitel 1.2 und Lösen der 1.2 Aufbau des Laubblattes Seiten 8–9
Aufgaben 6 bis 7
13 Minuten
Besprechung der Aufgabe 4 1.2 Aufbau des Laubblattes Seiten 8–9
5 Minuten
Abschluss: Experiment «Zaubertrick Seite 21
Photosynthese» Film «Zaubertrick Photosynthese»
4 Minuten
Hausaufgaben 1.3 Modellvergleich zur Photosynthese Seiten 10–11
4 Zurich-Basel Plant Science Center
Lerneinheit 1: Klimawandel PSC Discovery Workshops
Aufgabe 1
Lies bitte die folgenden sechs Texte durch und teile sie in zwei Gruppen ein. Erläutere, nach welchen
Gesichtspunkten du die Einteilung vorgenommen hast.
1 2
Auch Pflanzen benötigen Energie, um Pflanzen sind nicht einfach so grün, sondern
ihre Stoffwechselvorgänge am Laufen zu scheinen für unser Auge grün, da sie vom
halten. Dabei wird die Energie aus dem weissen Sonnenlicht vor allem die roten und
selbst produzierten Traubenzucker mit Hilfe blauen Anteile nutzen, um damit Traubenzucker
von Sauerstoff wieder frei und für andere und Sauerstoff zu produzieren. Das grüne
Stoffwechselvorgänge gebraucht. Licht wird von der Pflanze weniger aufgenom-
men (oder absorbiert) und daher reflektiert.
Das reflektierte grüne Licht fällt in unsere
Augen, und wir sehen grüne Pflanzen.
3 4
Nicht nur Pflanzen können aus anorganischen Hält man unter einer Käseglocke (luftdichter
Stoffen organische Stoffe wie Zucker Behälter) eine Maus gefangen, kommt diese
herstellen. Auch einige Bakterien wie zum mit der Zeit in Atemnot.
Beispiel die Cyanobakterien können dies.
5 6
Gibt man zur Maus mit Atemnot unter der Wir Menschen sind auf Pflanzen in zweierlei
Käseglocke eine Pflanze dazu, dann kann die Hinsicht angewiesen. Einerseits hätten wir
Maus wieder atmen. Die Pflanze muss also ohne Pflanzen nichts zu essen und anderer-
einen bestimmten Stoff produzieren. seits würde uns bald einmal der Sauerstoff
ausgehen.
5 Zurich-Basel Plant Science Center
Lerneinheit 1: Klimawandel PSC Discovery Workshops
1.1 Photosynthese
Die Photosynthese ist die wichtigste Stoffwechselreakti- anderem die Aufgabe, das Licht zu absorbieren. Die Licht-
on auf der Erde. Sie wird von Pflanzen, Algen und einigen energie ist für die Photosynthese unbedingt notwendig.
Bakterien betrieben. Die Photosynthese bildet aus anor- Mit Hilfe dieser Lichtenergie werden Kohlendioxid (CO2 )
ganischen Stoffen organische Stoffe (sehr oft Kohlenhy- und Wasser (H 2O) in Traubenzucker (C6H12O6 ) und Sau-
drate wie zum Beispiel Traubenzucker). Die Energie des erstoff (O2 ) umgewandelt.
Sonnenlichtes wird also in Form von chemischer Energie Die Photosynthese kann folgendermassen zusammenge-
im Traubenzucker gespeichert. Damit sichert die Photo- fasst werden:
synthese die Energieversorgung für ihre Betreiber. Da
Pflanzen anderen Lebewesen, wie auch uns Menschen,
Lichtenergie
als Nahrung dienen, sind wir indirekt von der Photosyn-
these abhängig. Zudem wird Sauerstoff abgegeben,
welchen wir Menschen und viele andere Lebewesen für
die Atmung benötigen. Mit Hilfe dieses Sauerstoffes
und dem von den Pflanzen produzierten Traubenzucker,
Kohlendioxid (CO2 ) + Wasser (H 2O)
den wir über die Nahrung aufnehmen, können wir mittels
Zellatmung unsere Muskeln (und vieles andere mehr) mit
Energie versorgen. Ohne Photosynthese könnten wir Traubenzucker (C6H12O6 ) + Sauerstoff (O2 )
Menschen also auf Dauer nicht existieren.
Die Photosynthese findet in den Chloroplasten der Pflan-
zenzellen statt (Abb. 1). Wie der Name bereits suggeriert
(chloro-, griechisch = grün), sind die Chloroplasten grün.
Die grüne Farbe der Chloroplasten stammt vom Farb- Chlorophyll
stoff Chlorophyll, was übersetzt Blattgrün (chlor-, griech
= grün, phyllon, griech. = Blatt) bedeutet. Das Chlorophyll
ist für das grüne Erscheinungsbild der meisten Pflanzen Die Ausgangsstoffe für die Photosynthese sind Wasser
verantwortlich, da es grünes Licht reflektiert. Vor allem (H 2O) und das Gas Kohlendioxid (CO2 ). Das Wasser ge-
die Laubblätter der Pflanzen sind für die Photosynthese langt über die Wurzeln durch den Stängel in die Blätter
zuständig. Chlorophyll hat bei der Photosynthese unter der Pflanze. Das Kohlendioxid, das ein Bestandteil der
Luft ist, gelangt über winzige Öffnungen auf der Blatt-
unterseite zu den Chloroplasten der Blattzellen (siehe
nächstes Kapitel).
Abb. 1: Chloroplasten in Pflanzenzellen.
6 Zurich-Basel Plant Science Center
Lerneinheit 1: Klimawandel PSC Discovery Workshops
Aufgabe 2
Korrigiere bitte den folgenden falschen Satz: «Pflanzen gewinnen Energie aus dem Sonnenlicht und
wandeln sie in der Photosynthese in Traubenzucker um.»
Aufgabe 3
Wird der ganze Sauerstoff, den eine Pflanze produziert, abgegeben?
Aufgabe 4
Wie gelangt wohl der Sauerstoff aus der Pflanze in die Luft?
Aufgabe 5
Anfang des 17. Jahrhunderts wussten die Menschen nichts über die Photosynthese oder wovon Pflan-
zen sich ernähren. Um dieser Frage nachzugehen, führte im Jahr 1640 der holländische Arzt Van
Helmont folgenden Versuch durch:
Er pflanzte ein Weidenbäumchen mit einer Masse von 2.5 kg in einen Kübel, in dem sich eine genau
abgewogene Menge Erde befand. Fünf Jahre lang hat er die Pflanze nur mit Regenwasser gegossen
und darauf geachtet, dass keine Erde hinzukam oder weggespült wurde. Die Weide hatte danach
eine Masse von 84.5 kg. Das Nachwiegen der Erde ergab, dass sie nur um 57 g leichter geworden
ist. Welche Schlüsse über die Ernährung von Pflanzen hat Van Helmont aus seinem Versuch ziehen
können? Bitte begründen.
7 Zurich-Basel Plant Science Center
Lerneinheit 1: Klimawandel PSC Discovery Workshops
1.2 Aufbau des Laubblattes
Der Aufbau des Laubblattes ist eng mit dessen Aufgabe
abgestimmt. Neben der schon beschriebenen Photosyn-
these hat das Laubblatt die Aufgabe, die Abgabe des
Wasserdampfes zu regulieren. Die Abgabe von Wasser-
dampf durch Verdunstung über die Blätter der Pflanzen Kutikula
Epidermis
wird als Transpiration bezeichnet.
Die Laubblätter werden von einer einlagigen Zellschicht, Palisaden-
gewebe
der Epidermis, nach aussen abgegrenzt (Abb. 2). Die Epi-
dermis enthält keine Chloroplasten. Aufgelagert auf die
Epidermis ist die wachsartige Kutikula, eine Substanz, Schwamm-
gewebe
welche für Wasser und Gase schlecht passierbar ist.
Unter der oberen Epidermis folgt das Palisadengewebe, Epidermis
Kutikula
dessen Zellen zylinderförmig und reich an Chloroplasten
sind. Darunter folgt das Schwammgewebe, dessen Zel-
len weniger Chloroplasten enthalten. Im Schwammge-
Atemhöhle
webe befinden sich viele Hohlräume, die für den Gasaus-
tausch wichtig sind. Die innere Oberfläche eines Blattes Schliesszelle Spaltöffnung Chloroplasten
ist dadurch 100-mal so gross wie die Blattoberfläche,
so dass ein intensiver Gasaustausch möglich ist. Die
Abb. 2: Schnitt durch ein Laubblatt.
untere Epidermis hat im Gegensatz zur oberen Epider-
mis zusätzlich chlorophyllhaltige Schliesszellen. Diese
sind bohnenförmig und umschliessen zu zweit jeweils
eine Spaltöffnung. Die Spaltöffnungen (oder Stomata,
griech. = Mund, Öffnung) sind winzige Öffnungen, durch
die Gase (Kohlendioxid, Sauerstoff und Wasserdampf)
aus dem Blatt hinein oder hinausdiffundieren können.
Die beiden Schliesszellen können die Grösse der Spalt-
öffnung regulieren (Abb. 3). So schliessen sich bei einer
trockenen Wetterperiode die Schliesszellen, damit nicht
zu viel Wasser in Form von Wasserdampf verloren geht.
Dadurch ist auch die Aufnahme von Kohlendioxid ver-
mindert, was einen Rückgang der Photosyntheseleistung
zur Folge hat.
Abb. 3: Offene (links) und geschlossene (rechts) Spalt-
öffnungen.
8 Zurich-Basel Plant Science Center
Lerneinheit 1: Klimawandel PSC Discovery Workshops
Aufgabe 6
Bei einer Pflanze wurde gemessen, wie viel CO2 sie im Tagesverlauf in der Photosynthese nutzt. Die
Resultate siehst du in der linken Abbildung.
a.
Ebenfalls wurde bei derselben Pflanze gemessen, wie viel Wasserdampf sie über die Blätter im
Tagesverlauf abgibt. Versuche nun unter Zuhilfenahme der linken Abbildung diese Kurve
einzuzeichnen. Gib eine kurze Begründung an.
b.
Versuche anhand der Kurve anzugeben, ob die Wasserversorgung der Pflanze an diesem Tag gut,
mittel oder schlecht war. Gib ebenfalls eine kurze Begründung an.
Aufgabe 7
Warum besitzen Seerosenblätter keine Kutikula und warum sind die Spaltöffnungen auf der Blatt-
oberseite?
9 Zurich-Basel Plant Science CenterLerneinheit 1: Klimawandel PSC Discovery Workshops
1.3 Modellvergleich zur Photosynthese
Studiere das Laienmodell (Abb. 4) und das Expertenmodell (Abb. 5) der Photosynthese. Versuche die Aufgaben 8 und 9
zu lösen.
Laienmodell
1 Sonnenlicht fällt auf die Pflanze.
2 Mit Hilfe der Photosynthese in den Chloroplasten gewinnt die Pflanze Energie, damit sie wachsen kann.
3 Der Sauerstoff, der bei der Photosynthese anfällt, wird vollständig abgegeben und dient Tieren und anderen Lebe-
wesen zur Atmung.
4 Der Traubenzucker, der bei der Photosynthese anfällt, wird in der Pflanze gelagert.
5 Der in der Pflanze gelagerte Traubenzucker dient Tieren als Nahrung.
6 Die Pflanze nimmt die Stoffe, welche für die Photosynthese notwendig sind, aus dem Boden über die Wurzeln auf.
Die Gülle ist daher die «Hauptnahrung» der Pflanze.
7 Die Pflanze nimmt Wasser aus dem Boden über die Wurzeln auf.
Abb. 4: Laienmodell der Photosynthese.
10 Zurich-Basel Plant Science CenterLerneinheit 1: Klimawandel PSC Discovery Workshops
Expertenmodell
1 Sonnenlicht fällt auf die Pflanze.
2 Mit Hilfe der Photosynthese produziert die Pflanze Traubenzucker. In der Zellatmung, welche in den Mitochondrien
stattfindet, wird die im Traubenzucker gespeicherte chemische Energie weiter verwendet. Ein Teil des Traubenzu-
ckers wird dem Stoffwechsel zugeführt (z. B. für Zellbaumaterial) oder als Reservestoff (in Form von Stärke) einge-
lagert.
3 Die Pflanze benötigt einen grossen Teil des in der Photosynthese produzierten Sauerstoffs für die eigene Zellatmung.
Der Rest wird abgegeben.
4 Die Pflanze benötigt den grössten Teil des produzierten Traubenzuckers für die eigene Zellatmung.
5 Ein Teil des Traubenzuckers, der in verschiedener Form im pflanzlichen Material vorhanden ist, kann durch Tiere
gefressen werden.
6 Die Pflanze benötigt Kohlenstoffdioxid aus der Luft für die Photosynthese.
7 Die Pflanze nimmt Wasser und Nährstoffe aus dem Boden über die Wurzeln auf.
Abb. 5: Expertenmodell der Photosynthese.
Aufgabe 8
Welche Gemeinsamkeiten, welche Unterschiede kannst du zwischen der Abb. 4 und 5 feststellen?
Aufgabe 9
Ein ausgewachsener Baum kann mehrere Tonnen wiegen und ist doch aus einem wenigen Gramm
schweren Samen entstanden. Erkläre mit Hilfe des Expertenmodells diese immense Massenzunahme.
11 Zurich-Basel Plant Science CenterLerneinheit 1: Klimawandel PSC Discovery Workshops
Teil 2:
PSC Discovery Workshop
Der Workshop wird vom Zurich-Basel Plant Science Cen- Ziele
ter im Rahmen des http://www.klimagarten.ch Schulpro- • Schülerinnen und Schüler untersuchen, wie Pflan-
jektes angeboten. Als Begleitmaterial wurde ein For- zen auf Stress (verursacht durch Überschwemmun-
schungsheft entwickelt, welches die Schülerinnen und gen oder Dürre) reagieren und wie sich dies auf die
Schüler durch den Workshop begleitet. Kohlenstoffaufnahme auswirkt.
• Sie verstehen, welche Faktoren den Austausch von
Das Forschungsheft ist als PDF unter folgendem Link CO2 zwischen Nutzpflanzen und der Atmosphäre in
erhältlich: einem sich wandelnden Klima beeinflussen.
www.plantsciences.uzh.ch/de/outreach/discovery.html
Vorwissen
• Klimawandel
Workshopinhalt • Blattanatomie
In dem halbtägigen Workshop untersuchen die Schüle- • Photosynthese
rinnen und Schüler die Auswirkungen von Klimaverände-
rungen an Pflanzen. Sie untersuchen den Gasaustausch
von Nutzpflanzen mithilfe eines Kohlendioxidmessge-
rätes und eines Blatt-Porometers. Sie messen die Koh-
lendioxidkonzentration und die stomatäre Leitfähigkeit
von Pflanzen, die unterschiedlichen Bedingungen aus-
gesetzt waren. Sie lernen, wie man Veränderungen im
Kohlenstoffkreislauf in Ökosystemen messen kann. Die
Schülerinnen und Schüler haben die Möglichkeit, mit For-
schenden über die Auswirkungen des Klimawandels auf
die landwirtschaftliche Produktion zu diskutieren.
12 Zurich-Basel Plant Science CenterLerneinheit 1: Klimawandel PSC Discovery Workshops
Teil 3: Auswirkungen des
Klimawandels auf Pflanzen
Thema Ziele
An verschiedenen Beispielen wird erläutert, welche Aus- • Die Schülerinnen und Schüler können begründen,
wirkungen der Klimawandel auf die Zusammensetzung der warum der Klimawandel Auswirkungen auf die Zu-
Pflanzengemeinschaft in der Schweiz hat und wie sich sammensetzung der Pflanzengemeinschaft hat.
Pflanzen an die sich ändernden Umweltbedingungen an- • Die Schülerinnen und Schüler können Beispiele nen-
passen. nen, wie Pflanzen sich an Trockenheit anpassen kön-
nen.
Vorwissen
• Inhalte des 1. Teils
• Aufbau einer Pflanzenzelle
• Photosynthese
Verlaufsplanung Lektion 2
Arbeitsform, Zeit Themen Material
Folie zur Anbaueignung von Seite 14
Baumarten unter zukünftigen Klima-
bedingungen
5 Minuten
oder
Aufgabe mit kontrastierenden Fällen Seite 15
5 Minuten
Lektüre Kapitel 3.1 und Lösen der 3.1 Der Klimawandel wird spürbar Seite 16
Aufgabe 11
5 Minuten
Besprechung der Aufgabe 11 3.1 Der Klimawandel wird spürbar Seite 16
5 Minuten
Lektüre Kapitel 3.2 und Lösen der 3.2 Anpassung der Pflanze an Trocken- Seiten 17–19
Aufgaben 12 bis 15 heit
15 Minuten
Besprechung der Aufgaben 12 bis 15 3.2 Anpassung der Pflanze an Trocken- Seiten 17–19
150 Minuten heit
Abschluss: «Gewinner und Verlierer Powerpoint Präsentation zum
des Klimawandels» Thema Klimawandel
5–10 Minuten
13 Zurich-Basel Plant Science CenterLerneinheit 1: Klimawandel PSC Discovery Workshops
Klimagewinner oder Klimaverlierer?
Zusammenfassung der modellierten Änderungen für das Jahr 2080
Temperatur heute Niederschlag heute Temperaturänderung Niederschlagsände-
in °C in mm/Monat in °C rung in mm/Monat
Jahresmittel 5 127 3.4 3
Sommer 10 150 3.8 -12
Winter 0 104 2.9 17
Juni-August 12 166 4.3 -22
Heutiges Klima Szenario für 2080
Baumart DD Min T, Max T DD Min T, MaxT
Weisstanne (+) (+) ++ –
Lärche ++ ++ ++ (+)
Arve ++ – ++ –
Bergkiefer ++ (+) ++ –
Waldkiefer (+) ++ ++ ++
Eibe – ++ ++ ++
Bergahorn – ++ ++ ++
DD = Tagesgrad-Summe (= Sommer-Wärme)
Min T, Max T = Minimal- oder Maximaltemperatur (Kälte, Frost, Hitze)
++ = keine Limitierung, Anbaueignung gegeben
(+) = Baumart im Grenzbereich der Ansprüche
– = Anbaueignung nicht gegeben
Abb. 6: Modellierung der Klimaänderung für einen Ort (1440 m ü. M.) im Berner Oberland für das Jahr 2080 und der
daraus resultierende Einfluss auf die Anbaueignung ausgewählter Baumarten (nach Bugmann, 2009).
14 Zurich-Basel Plant Science CenterLerneinheit 1: Klimawandel PSC Discovery Workshops
Aufgabe 10
Lies bitte die folgenden sechs Texte durch und teile die Texte in zwei Gruppen ein. Erläutere, nach
welchen Gesichtspunkten du die Einteilung vorgenommen hast.
1 2
Orchideen stammen häufig aus den Falls die Durchschnittstemperatur auf der Erde
Wärmegebieten des mediterranen Raumes. sich bis 2100 um zwei Grad erhöht, wird sie in
Heute wächst die Vegetation schneller der Schweiz um mindestens vier Grad Celsius
und dichter, weil die Böden über den ansteigen – zu viel für die kälteliebende
Nährstoffeintrag gut gedüngt sind. Wenn Alpenrose. Auch wenn sie derzeit noch
es nun wärmer und trockener wird, dann prächtig gedeiht, wird sie voraussichtlich
gewinnen die Orchideen. im Jahr 2085 aus den Schweizer Westalpen
verschwunden sein.
3 4
Die Kiefer wird im Flachland an Bedeutung Ein Teil der Schutzwälder ist bereits heute
gewinnen, da sie dürreresistent ist und mit instabil und hat teils von Natur aus, teils
trockenen Verhältnissen gut zu Recht kommt. anthropogen bedingt hohe Anteile an
störungsanfälligen und wenig trockenresisten-
ten Fichten. Stürme und Borkenkäfer sowie
Waldbrände dürften in Zukunft immer wieder
Lücken in die Schutzwälder reissen. Borken-
käfer können in warmen Sommern auch in
Hochlagen zwei Generationen ausbilden.
5 6
Bei einer Erwärmung könnten Buchen in Störungsereignisse könnten innert einiger
heutigen Fichten-Tannenwäldern einwachsen. Jahrzehnte den Wald anders aussehen lassen:
Bei bestimmten Bodenarten kann dies sogar Gebietsfremde Pflanzen, welche einheimi-
eine Auswirkung auf den Hochwasserschutz sche Arten verdrängen können, könnten Fuss
haben. Oft ist es so, dass das Regenwasser in fassen. Diese Entwicklung zeigt sich bereits
einem Buchenwald besser in den Boden ein- heute nach den Orkanen Vivian (1990) und
dringen kann als in einem Fichten-Tannenwald. Lothar (1999), aber auch nach Waldbränden
Dadurch kann der Boden im Buchenwald mehr im Tessin, wo sich teils flächendeckend der
Wasser speichern und weniger Wasser fliesst Götterbaum verjüngt.
in den Bächen und Flüssen ab. Dadurch sinkt
die Hochwassergefahr.
15 Zurich-Basel Plant Science CenterLerneinheit 1: Klimawandel PSC Discovery Workshops
3.1 Der Klimawandel wird spürbar
Messungen (Abb. 7) zeigen, dass es in der Schweiz in den
letzten 30 Jahren kein einziges Jahr mehr gegeben hat,
bei dem die Sommertemperatur unterhalb des Durch-
schnittes der Jahre 1961 bis 1990 lag. Neben den höhe-
ren Sommertemperaturen werden die Sommer wohl auch
trockener und extreme Wetterereignisse wie Starkregen-
fälle, Hitzewellen oder Dürreperioden werden zunehmen.
Die Frage ist, wie sich diese Änderungen auf die Pflanzen
auswirken. Wie weit können sich die Pflanzen anpassen?
2003
Abb. 7: Abweichung der Sommertemperatur in der Schweiz vom langjährigen Durchschnitt. Die Jahre über dem lang-
jährigen Durchschnitt sind rot, die Jahre unter dem langjährigen Durchschnitt sind blau angegeben. Die schwarze
Kurve zeigt den Temperaturverlauf gemittelt über 20 Jahre.
Aufgabe 11
In Deutschland ist es im Jahre 2003 im Vergleich zu den Vorjahren zu Ernterückgängen von 9% bei der
Zuckerrübe, 12% beim Winterweizen und 20% beim Raps gekommen (Quelle: Schaller und Weigel,
2008). Stelle mit Hilfe der Abb. 7 eine Hypothese für diese Ernterückgänge auf.
16 Zurich-Basel Plant Science CenterLerneinheit 1: Klimawandel PSC Discovery Workshops
3.2 Anpassung der Pflanzen an Trockenheit
Eine Pflanze kann nur optimal Photosynthese betreiben, ist die zweithäufigste Eichenart in Mitteleuropa, wobei
wenn sie genügend Wasser zur Verfügung hat. Bei Tro- es in der Schweiz doppelt so viele Traubeneichen wie
ckenheit nimmt die Transpirationsrate ab, da sich die Stieleichen gibt. Die Stieleiche ist ein Baum der Auen-
Spaltöffnungen schliessen, damit die Pflanze nicht zu viel gebiete. Die Hauptverbreitung der Traubeneiche liegt im
Wasser verliert. Durch die geschlossenen Spaltöffnun- tieferen Bergland. Beide Eichenarten unterscheiden sich
gen ist aber der Gasaustausch behindert und die Pflanze vor allem hinsichtlich ihrer Ansprüche an die Wasserver-
kann das für die Photosynthese nötige CO2 nicht auf- sorgung. Generell benötigt die Stieleiche mehr Feuchtig-
nehmen. Die Photosyntheserate korreliert mit der Tran- keit und mehr Nährstoffe. Die Traubeneiche bevorzugt
spirationsrate. wärmere Lagen.
Ist die Photosyntheserate über längere Zeit reduziert, z. Experimente haben gezeigt, dass es den Eichen nach
B. wegen einer länger anhaltenden Trockenperiode, dann einer trockenen Periode gelingt, sehr schnell die her-
wirkt sich dies auf das Wachstum aus. Für den Landwirt abgesetzte Photosynthese wieder in Gang zu bringen.
bedeutet dies eine Ertragseinbusse, sofern er die Tro- Das dichte Feinwurzelnetz im Oberboden kann das
ckenperiode nicht mit einer künstlichen Bewässerung Niederschlagswasser schnell aufnehmen und den Blät-
überbrücken kann. Die prognostizierten Hitzesommer tern für die Photosynthese zur Verfügung stellen. Nach
werden also das Wachstum der betroffenen Pflanzen einer zweiten künstlichen Trockenperiode zeigte sich im
verändern. Experiment, dass es Unterschiede zwischen der Stielei-
che und der Traubeneiche gibt. Die Stieleiche konnte
3.2.1 Beispiel Stiel- und Traubeneichen ihren Stoffwechsel nicht mehr so umstellen, dass sie die
Pflanzen haben durch Selektion im Verlauf der Evolution Photosyntheseleistung der Kontrollbehandlung erreich-
Strategien entwickelt, um mit Trockenheit umzugehen. Je te. Die Messungen im Experiment zeigten, dass die Blät-
nach Pflanzenart sind die physiologischen Anpassungen ter der Stieleiche bei Trockenheit weniger Chlorophyll
unterschiedlich gross. Ein gut untersuchtes Beispiel ist (Blattgrün) enthielten als diejenigen der Traubeneiche.
die Reaktion der Traubeneiche und der Stieleiche auf Dies kann eine Erklärung für die festgestellte geringere
hohe Lufttemperaturen und Trockenheit. Die Stieleiche Photosyntheseleistung dieser Eichenart nach mehreren
(Quercus robur) ist die in Mitteleuropa am weitesten ver- Trockenperioden sein.
breitete Eichenart. Die Traubeneiche (Quercus petraea)
Aufgabe 12
Lies bitte die folgenden drei Aussagen durch. Erläutere, ob du einer Aussage mehr zustimmst als
den anderen.
1 2 3
In Zukunft werden die In Zukunft werden die In Zukunft werden die
Sommer in der Schweiz Sommer in der Schweiz Sommer in der Schweiz
trockener sein, dadurch trockener sein. Dadurch trockener sein, dadurch
werden die Trauben- und wird sich in der Schweiz wird es weniger Trauben-
Stieleichen in der Schweiz das Verhältnis von Trau- eichen geben, da sich der
immer seltener werden, da beneichen zu Stieleichen zu tiefe Bergwald mit dem
sie sich sehr schlecht an Gunsten der Traubeneiche Temperaturanstieg stark
Trockenperioden anpassen verschieben. verändern wird.
können.
17 Zurich-Basel Plant Science CenterLerneinheit 1: Klimawandel PSC Discovery Workshops
3.2.2 Beispiel Zuckerrübe
Die Zuckerrübe (Abb. 8) ist eine in der Schweiz häufig
angebaute Kulturpflanze. Aus der Wurzel (weisser Rüben-
körper) wird Zucker gewonnen, wobei die Menge des
gewonnenen Zuckers auf den 18’500 Hektaren Anbau-
fläche ausreichen, um etwa 80% des Zuckerbedarfes in
der Schweiz abzudecken (inklusive verarbeiteter Produk-
te sind es 35%).
Der Zuckertransport verläuft in Pflanzen immer von den
Blättern, dem Syntheseort (Source = Quelle, da Blätter
mehr Kohlenhydrate bilden als sie verbrauchen), in Rich-
tung der Bedarfsorgane wie Blüten, Früchte oder eben
Speicherorgane wie Rüben. Diese Bedarfsorgane werden
auch als Sink-Organe bezeichnet (engl. für Senke oder
Abb. 8: Zuckerrübe: links Rübenkörper, rechts ober-
Abfluss). Es ist jedoch nicht so, dass der Traubenzucker
irdische Pflanzenteile.
aus der Photosynthese als solcher zu den Bedarfsorganen
transportiert wird, sondern eine vielfältige Umwandlung
in verschiedene Zuckerarten geschieht vor und während
des Transports. Diese sogenannte Source-Sink Interak-
tion ist ein aktuelles Forschungsgebiet. Durch ein bes-
seres Verständnis dieser Transportvorgänge zwischen
Source und Sink, erhoffen sich die Wissenschaftlerinnen
und Wissenschaftler, eine Optimierungsmöglichkeit für
die Ertragsmenge und die Ertragsrate zu erhalten.
Aufgabe 13
Studiere die Abb. 9. Erläutere die beiden Grafiken und formuliere einen möglichen Zusammenhang
zwischen der linken und der rechten Grafik.
Abb. 9: Blatt- und Rübenertrag (in Gramm Trockenmasse pro Pflanze) von Zuckerrüben bei Trockenstress.
100% FK bedeutet normale Wasserversorgung, 50% FK bedeutet moderater Trockenstress und 30% FK
bedeutet starker Trockenstress (nach Hoffmann, 2008).
18 Zurich-Basel Plant Science CenterLerneinheit 1: Klimawandel PSC Discovery Workshops
Trockenstress hat einen Einfluss auf die Qualität des Zu- halt der Stoffwechsel der Aminosäuren beeinträchtigt
ckers. Substanzen wie Kalium, Natrium und Aminosäuren ist. Diese Änderungen in der Qualität sind zum Teil nicht
haben für die Verarbeitung der Zuckerrüben eine hohe Be- reversibel, so dass zur Ernte immer noch erhöhte Gehal-
deutung. Bei Trockenheit kommt es bei der Zuckerrübe zu te dieser Aminosäuren festzustellen sind. Daher wird die
einer deutlichen Anreicherung bestimmter Aminosäuren, technische Qualität (die Kristallisation des Zuckers) von
da aufgrund der Änderungen im Pflanzenhormonhaus- Zuckerrüben durch Trockenstress verschlechtert.
Aufgabe 14
a.
Erläutere die Abb. 10.
b.
Welche Stoffe könnten zu
den löslichen Nichtzucker-
stoffen gehören?
Abb. 10: Beziehungen
zwischen dem Gehalt an
löslichen Nichtzuckerstoffen
und dem Saccharosegehalt
(Saccharose = Haushalts-
zucker) von Zuckerrüben
unter Trockenstress (nach
Hoffmann, 2008).
Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass bei Trockenstress folgende Anpassungsprozesse bei Pflanzen zu
beobachten sind:
1. Durch den Wassermangel sinkt der Druck in den Zellen (Zellturgor), dadurch beginnt die Pflanze zu welken.
2. Der Pflanzenhormonhaushalt wird angepasst.
3. Stoffwechselprozesse wie Photosynthese und Wachstum werden beeinträchtigt.
Zusatzaufgabe 15
Die Resultate aus Abb. 10 legen nahe, dass die Zuckerspeicherung bei Zuckerrüben durch einen
hohen Gehalt an löslichen Nichtzuckerstoffen beeinträchtigt wird.
Bei anderen Experimenten kamen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zum Schluss, dass die
Zuckereinlagerung durch den Turgor kontrolliert wird.
Überlege dir einen möglichen Zusammenhang zwischen den beiden vorhergehenden Aussagen, der
physiologisch sinnvoll ist.
19 Zurich-Basel Plant Science CenterLerneinheit 1: Klimawandel PSC Discovery Workshops
Metakognitionsaufgaben
1 Hast du verstanden, warum Pflanzen neben der Photosynthese auch Zellatmung betreiben?
Begründe dies bitte in wenigen Sätzen.
2 Hast du verstanden, wie und warum die Gewichte im folgenden Experiment sich in welche Rich-
tung ändern? Gib in wenigen Sätzen eine Erklärung dafür ab. Nimm Stellung dazu, welcher der
wichtigste Faktor für die Biomassenproduktion einer Pflanze ist.
Experiment:
In drei Schalen wird auf Papier genau 1.00 g Kressesamen ausgestreut. Die erste Schale wird
ins Licht gestellt, aber nicht mit Wasser begossen. Die zweite Schale bekommt kein Licht, aber
genügend Wasser. Die dritte Schale bekommt sowohl Licht wie auch Wasser.
Nach einer Woche zeigt sich folgendes Bild. Die Samen der ersten Schalen sehen aus wie zu
Beginn des Experimentes. In der zweiten Schale haben sich Keimlinge gebildet, die jedoch
schwächlich und weiss sind. In der dritten Schale haben sich kräftige grüne Keimlinge ent-
wickelt.
Die Samen bzw. Keimlinge werden erneut gewogen. Die Samen der ersten Schale wiegen 0.99
g, die Keimlinge der zweiten Schale wiegen 0.79 g und die Keimlinge der dritten Schale wiegen
2.11 g.
3 Hast du verstanden, warum der Klimawandel die Konkurrenz zwischen den Pflanzenarten in der
Schweiz grundlegend ändern wird? Notiere bitte zwei Beispiele, welche dies aufzeigen.
4 Gibt es einen Punkt, der dir noch nicht klar ist? Welche Möglichkeiten gibt es, die dir helfen könn-
ten, diesen Punkt besser zu verstehen? Wie könntest du die nötigen Informationen beschaffen?
20 Zurich-Basel Plant Science CenterLerneinheit 1: Klimawandel PSC Discovery Workshops
Informationen für die Lehr- Informationen für die Lehr-
person bezüglich Experiment person bezüglich Einstiegs
«Zaubertrick Photosynthese» «Klimagewinner oder Klima-
verlierer?» in Lektion 2
Der nicht ganz ernst gemeinte Versuch, die Photosyn- Die Abb.6 wird den Schülerinnen und Schüler als Folie
these künstlich nachzuahmen, benötigt folgende Mate- präsentiert.
rialien:
Es ist zu beachten, dass sich alle Daten auf einen Ort
• Zwei identische kugelförmige oder ellipsoide Be- 1440 m ü.M. beziehen. Darauf sollte nochmals mündlich
hälter (als Modell für die Chloroplasten), am bes- aufmerksam gemacht werden.
ten in grüner Farbe, welche beim Aufprall auf den
Boden nicht zerstört werden. Es geht bei diesem Einstieg nicht darum, dass die Schü-
• Zwei grüne Tücher, die als Modelle für Chlorophyll lerinnen und Schüler alle Daten der Tabelle verstehen.
dienen. Die Schülerinnen und Schüler sollten aber herauslesen
• Zwei Ballone in unterschiedlicher Farbe, mit Luft können, dass die Modellierung sowohl eine Temperatur-
leicht aufgeblasen und mit Kohlendioxid bzw. CO2 als auch eine Niederschlagsänderung vorhersagt, die
und Sauerstoff bzw. O2 beschriftet. jedoch saisonal sehr unterschiedlich ausfallen werden.
• Eine Plastiktüte (Inhalt 2 Liter) mit Traubenzucker Dies hat Auswirkungen auf die Anbaueignung ausge-
bzw. C6H12O6 beschriftet. wählter Baumarten. Mit der Tabelle sollte es also für die
• Traubenzucker (ausreichend für die Anzahl der Schülerinnen und Schüler möglich sein, einen Klimage-
Schülerinnen und Schüler) aus dem Supermarkt winner (z. B. Eibe oder Bergahorn) und einen Klimaverlie-
• Eine Lampe. rer (Bergkiefer, Lärche) zu nennen.
• Wasser ab Wasserhahn oder Becherglas.
• Ein Lehrerpult, der von Seiten der Schülerinnen und Am Schluss muss nochmals betont werden, dass dies nur
Schüler blickdicht ist. für die angegebene Meereshöhe gilt und im Flachland,
national oder global gesehen, ganz anders aussehen
Wer bessere Fähigkeiten als Zauberer als der Autor hat, wird.
kann das «Experiment» nach Belieben professionalisie-
ren.
Natürlich kann auch die Brücke zur künstlichen Photo-
synthese geschlagen werden, ein derzeit sehr aktuelles
Forschungsgebiet.
Der Zaubertrick wurde zu Anschauungszwecken von Pa-
trick Faller (ohne Klasse) auf Video aufgenommen. Da
hier die Lehrperson wieder einmal die Rolle des «Ernäh-
rers» spielt, kommt das Experiment bei den Schülerinnen
und Schüler sehr gut an, auch wenn natürlich die aller-
meisten den «Trick» schnell durchschauen.
Der Film ist erhältlich auf:
www.plantsciences.uzh.ch/de/outreach/discovery.html
21 Zurich-Basel Plant Science CenterLerneinheit 1: Klimawandel PSC Discovery Workshops Abbildungsverzeichnis Abb. 1: Chloroplasten Peters, K. (2006). Getüpfelte Laminazellen mit Chloroplasten des Laubmoos Plagiomnium affine. https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/49/Plagiomnium_affine_laminazellen.jpeg (3.7.2019) Abb. 2: Schnitt durch ein Laubblatt Zephyris (2011). Blatt im Schnitt, schematisch (abgeändert durch P. Faller). https://de.wikipedia.org/wiki/Cuticula_(Pflanzen)#/media/File:Leaf_Tissue_Structure_de.svg (3.7.2019) Abb. 3: Offene und geschlossene Spaltöffnungen KuriPop (2008). Stomata von Arabidopsis, oben: Stomata offen, unten: Stomata geschlossen. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Stomata_open_close.jpg (3.7.2019) Abb. 4 und 5: Patrick Faller Abb. 6: «Klimagewinner oder Klimaverlierer?» Bugmann, H. et al. (2009). Anthropogene Klimaveränderung im Berner Oberland. http://www.gwg-gsm.ch/tl_files/gwg/ publi/GWG-09%20-%2001%20Bugmann%20e%20al-GWG%2009-Dossier_Klima+Wald.pdf (3.7.2019) Abb.7: Temperaturdiagramm MeteoSchweiz (2016). Klimabulletin Sommer 2016. Zürich. https://www.meteoschweiz.admin.ch/content/dam/meteoswiss/de/Ungebundene-Seiten/Publikationen/Klimabulletin/ doc/klimabulletin_sommer_2016_d.pdf (12.3.2020) Abb.8: Pflanze und Rübe der Zuckerrübe https://de.wikipedia.org/wiki/Zuckerr%C3%BCbe#/media/File:Zuckerr%C3%BCbe.jpg (3.7.2019) https://de.wikipedia.org/wiki/Zuckerr%C3%BCbe#/media/File:SugarBeet.jpg (3.7.2019) Abb. 9 und 10: Hofmann, C. (2008). Regulation der Zuckerspeicherung von Zuckerrüben bei Trockenstress in Mitteilungen der Gesellschaft für Pflanzenbauwissenschaften. https://www.pflanzenbau.uni-kiel.de/de/publikationen/tagungsbeitraege/tagungsbeitraege-als-pdf/102-103 (12.3.2020) Abb. 13 und 14: Trockenstress auf Zuckerrüben C. Hoffmann, C. (2008). Zuckerspeicherung bei Trockenstress. Institute für Zuckerrübenforschung in Göttingen, Deutschland. http://www.ifz-goettingen.de/index.php/de/navigation/forschung/itemlist/category/85- (3.7.2019) 22 Zurich-Basel Plant Science Center
Lerneinheit 1: Klimawandel PSC Discovery Workshops Literaturverzeichnis Bugmann, H., Didion, M. und Zimmermann, N. (2009). Anthropogene Klimaveränderung im Berner Oberland. Dossier für die Sommertagung 2009 der Schweiz. Gebirgswaldpflegegruppe. http://www.gwg-gsm.ch/tl_files/gwg/publi/GWG-09%20-%2001%20Bugmann%20e%20al-GWG%2009-Dossier_ Klima+Wald.pdf (3.7.2019) Gehri, P. (2015). Gewinner und Verlierer 2015: Zecken statt Eisbären, Mücken statt Alpenrosen. Medienstelle WWF Schweiz. https://www.presseportal.ch/de/pm/100017820/100782284 (15.9.2019) Bloch, D. und Hoffmann, C. (2016). Institut für Zuckerrübenforschung in Göttingen, Deutschland. Stichwort: Trocken- stress. https://www.ifz-goettingen.de/index.php/de/navigation/forschung/itemlist/category/85-trockenstress.html (12.3.2020) MeteoSchweiz (2016). Klimabulletin Sommer 2016. Zürich. https://www.meteoschweiz.admin.ch/content/dam/meteoswiss/de/Ungebundene-Seiten/Publikationen/Klimabulletin/ doc/klimabulletin_sommer_2016_d.pdf (12.3.2020) Projekt QUERCO-Praxis. Zwischen Labor und Wald: Eichen im Umweltwandel, WSL, 2006–2012. https://www.waldwissen.net/wald/klima/wandel_co2/wsl_eiche_klimawandel_wachstum/index_DE (15.9.2019) Schaller, M. und Weigel, H.-J. (2008). Analyse des Sachstands zu Auswirkungen von Klimaveränderungen auf die deutsche Landwirtschaft und Massnahmen zur Anpassung. Landbauforschung Völkenrode, Sonderheft 316, Bundesforschungsanstalt f. Landwirtschaft, Braunschweig. https://literatur.thuenen.de/digbib_extern/bitv/dk039488.pdf (12.3.2020) Topagrar (2012). Serie Getreidebau – Kornfüllung: Schrauben am Spitzenertrag, Ackerbau. Ausgabe 04/2012, Landwirtschaftsverlag GmbH, Hülsebrockstr. 2–8, D-48165 Münster. http://www.topagrar.com/archiv/Serie-Getreidebau-Kornfuellung-Schrauben-am-Spitzenertrag-804030.html (3.7.2019) Weiterführende Links für Lehrpersonen Sehr gut passend zu dieser Lerneinheit ist das Thema «Äussere Einflussfaktoren auf die Photosynthese», bei dem die Auswirkungen des Lichtes, der Temperatur und des Kohlendioxidgehaltes auf die Photosynthese thematisiert werden. Da dieses Thema bereits in vielen gängigen Schulbüchern für die Oberstufe umgesetzt wurde, geht diese Lerneinheit nicht darauf ein. Für die interessierten Leserinnen und Leser wird auf folgende Literatur verwiesen: Becker A. u.a., Natura Oberstufe, 2012, ISBN 978-3-12-045328-4, Klett Verlag, Seite 108–109. PSC Discovery Workshops: www.plantsciences.uzh.ch/de/outreach/discovery.html Faller, P., Stettler, M., Schumacher, R., Dahinden, M. (2020). PSC Discovery Workshops: Lerneinheit #4 Stärkemetabolismus. Zurich-Basel Plant Science Center. Die Lerneinheit «Stärkemetabolismus – Ist pflanzliche Biomasse ein nachhaltiger Treibstoff der Zukunft?» thematisiert die Funktion der Photosynthese als regulatives Element im Stärkemetabolismus. 23 Zurich-Basel Plant Science Center
Lerneinheit 1: Klimawandel PSC Discovery Workshops Vor- und Nachtest zum Thema «Klimawandel» Name: Datum: Klasse / Schule: weiblich männlich Wichtige Hinweise Lies die folgenden Aufgaben sorgfältig durch, ohne dich zu lange bei einer einzelnen Aufgabe aufzuhalten. Bei den folgenden Fragen können jeweils mehrere Antworten richtig sein. Kreuze die richtigen Antworten an. Versuche, alle Aufgaben zu lösen. © MINT-Lernzentrum der ETH Zürich 24 Zurich-Basel Plant Science Center
Lerneinheit 1: Klimawandel PSC Discovery Workshops
1. Photosynthese … 7. Die Photosyntheseleistung einer Pflanze ist
machen nur Pflanzen. sicher hoch, wenn …
machen nur Tiere. genug Wasser zur Verfügung steht.
machen Pflanzen und Tiere. wenn es warm genug ist.
machen Pflanzen und Bakterien. wenn viel Kohlendioxid in der Luft ist.
machen Pflanzen und Cyanobakterien. wenn die Luft frisch ist und viel Sauerstoff enthält.
wenn die Sonne stark scheint.
2. Zellatmung … wenn alle obigen Punkte zusammen eintreffen.
machen nur Pflanzen.
machen nur Tiere. 8. An einem heissen Sommertag nach einem
machen Pflanzen und Tiere. kräftigen nächtlichem Gewitter …
machen Pflanzen und Bakterien. ist die Photosyntheseleistung der Pflanze am
machen Pflanzen und Cyanobakterien. Mittag am höchsten.
ist die Photosyntheseleistung der Pflanze am
3. Welche der folgenden Sätze sind korrekt? Morgen und Abend am höchsten.
Durch die Photosynthese wird Energie gewonnen. sind die Spaltöffnungen am Morgen und Abend
Die Produkte der Photosynthese sind energierei- geöffnet.
cher als die Ausgangsstoffe. sind die Spaltöffnungen am Mittag geöffnet.
Die Photosynthese liefert Energie in Form von sind die Spaltöffnungen in der Nacht geöffnet.
Licht.
Die Photosynthese verbraucht grosse Mengen 9. Die Transpiration einer Pflanze ist grundsätz-
von Wärmeenergie. lich umso grösser, …
Alle Teile einer Pflanze benötigen Sonnenlicht für je grösser die Blattmasse ist.
die Photosynthese. je grösser die Lichtintensität ist.
je grösser die Wurzelmasse ist.
4. Bei der Photosynthese… je grösser die Blattoberfläche ist.
wird Kohlendioxid aufgenommen und Wasser je offener die Spaltöffnungen sind.
abgegeben. je höher die Assimilation von CO2 ist.
wird Sauerstoff und Wasserstoff abgegeben.
wird Traubenzucker und Sauerstoff gebildet. 10. Durch die vorausgesagte Erwärmung durch
wird Sauerstoff als Ausgangsstoff benötigt. den Klimawandel können Pflanzenarten im Ge-
wird Wasser als Ausgangsstoff benötigt. birge aussterben, weil…
Pflanzenarten aus tieferen Lagen die ursprünglich
5. Chlorophyll … ansässigen Pflanzen verdrängen werden.
ist für die grüne Farbe der meisten Pflanzen ver- Krankheiten und Schädlinge sich in höhere Lagen
antwortlich. ausbreiten können.
absorbiert das Sonnenlicht. die Baumgrenze so hoch steigen wird, dass kaum
ist ein anderes Wort für Chloroplast. mehr unbewaldete Gebiete vorhanden sind.
heisst übersetzt Blattgrün. viele Pflanzenarten Enzyme besitzen, die bei den
wird auch bei der Zellatmung benötigt. höheren Temperaturen funktionsunfähig werden.
Tiere viel häufiger und länger im Gebirge bleiben,
6. Bau und Funktion des Laubblattes: Kreuze die was den Frassdruck stark erhöht.
korrekten Aussagen an.
Alle Schichten ausser der Kutikula besitzen Chlo- 11. Pflanzen können auf Trockenstress verschie-
roplasten. den reagieren, so zum Beispiel …
Für den Gasaustausch sind die Hohlräume des ... indem sie die Spaltöffnungen schliessen.
Palisadengewebes wichtig. … indem sie mehr in das Wurzelwachstum inves-
Das Palisadengewebe betreibt mehr Photosyn- tieren als in das Sprosswachstum.
these als das Schwammgewebe. … indem sie alle Blätter abwerfen und damit die
Schwammgewebe, Palisadengewebe und Epider- Transpirationsverluste minimieren.
mis, nicht aber die Kutikula, bestehen aus … indem sie Wasser mit Hilfe des Sonnenlichtes
Pflanzenzellen. und speziellen Enzymen herstellen.
Durch die Spaltöffnungen gehen verschiedene … indem die Zellatmung und damit die Wasserge-
Gase hinein oder hinaus. winnung stark erhöht wird.
25 Zurich-Basel Plant Science CenterLerneinheit 1: Klimawandel PSC Discovery Workshops
12. Die unterschiedlichen Ertragseinbussen durch
Trockenheit bei den verschiedenen Kultur-
pflanzen können unter anderem daran liegen,
dass …
sogenannte sensible Phasen (z. B. Einlagerung
der Assimilate) bei den unterschiedlichen Arten
unterschiedlich lang sind.
grössere Pflanzen auch mehr Wasser benötigen
als kleinere Pflanzen.
die Unterschiede im Stoffwechsel zweier Pflan-
zenarten dazu führen, dass diese unterschiedlich
gut mit der Trockenheit umgehen können.
die Blätter der beiden Kulturpflanzen eine unter-
schiedliche Blattanatomie besitzen.
das Wurzelwerk der beiden Arten unterschiedlich
tief ist.
26 Zurich-Basel Plant Science CenterLerneinheit 1: Klimawandel PSC Discovery Workshops
Lösungen
Aufgabe 1 Aufgabe 7
Bei den Kästchen 2., 3., 5. und 6. wird die Fotosynthese Bei Wasserpflanzen ist eine Kutikula bzw. ein Verduns-
angesprochen, bei der aus anorganischen Stoffen orga- tungsschutz nicht nötig, weil Wasser kein limitierender
nische Stoffe mit Hilfe von Sonnenlicht gebildet werden. Faktor darstellt.
Bei den Kästchen 1. und 4. wird die Zellatmung ange- Da das Seerosenblatt auf der Wasseroberfläche liegt,
sprochen, bei der aus organischen Stoffen wieder anor- kann durch das Medium Wasser auf der Unterseite we-
ganische Stoffe werden. Die dabei frei werdende Energie niger gut ein Gasaustausch erfolgen.
wird weiter verwertet.
Aufgabe 8
Aufgabe 2 Gemeinsamkeiten: Sonnenlicht und Wasser wird für die
Energie kann weder gewonnen noch verloren werden, Fotosynthese benötigt, Traubenzucker und Sauerstoff
sie wird nur umgewandelt. Energie kann nicht in einen wird durch die Fotosynthese gebildet. Der Kohlenstoff
Stoff (hier Traubenzucker) umgewandelt werden, daher: für das Wachstum kommt aus der Fotosynthese.
«Pflanzen können mit Hilfe der Energie des Sonnenlichtes Unterschiede: Beim Laienmodell wird die «Nahrung» aus
Kohlendioxid und Wasser in Traubenzucker und Sauer- dem Boden über die Wurzeln aufgenommen. Beim Exper-
stoff umwandeln.» tenmodell wird aus dem aufgenommen Kohlendioxid in
der Fotosynthese der Traubenzucker selber produziert.
Aufgabe 3 Die energiereichen Stoffe werden von der Pflanze selber
Nein. Einen beträchtlichen Teil des Sauerstoffes benötigt hergestellt (assimiliert).
die Pflanze selber, um den selber produzierten Trauben- Beim Laienmodell ist die Fotosynthese für das Wachstum
zucker wieder zu «verbrennen». Durch die dadurch frei der Pflanze verantwortlich. Beim Expertenmodell stammt
werdende Energie kann die Pflanze Stoffe transportieren, zwar die Energie letztendlich auch von der Fotosynthese,
eine Blüte bilden und vieles mehr. jedoch ist Wachstum immer mit Zellatmung verbunden,
bei der die im Traubenzucker chemisch gespeicherte
Aufgabe 4 Energie für die Wachstumsvorgänge verwendet wird.
Verantwortlich sind hier die Spaltöffnungen, auch Sto- Der Kohlenstoff stammt jedoch tatsächlich aus der Fo-
mata genannt, (winzigen Öffnungen, meist auf der Blatt- tosynthese.
unterseite), die schon dem Gas Kohlendioxid (CO2) als Beim Laienmodell wird der ganze Traubenzucker und der
Eintrittspforte gedient haben. ganze Sauerstoff, der in der Fotosynthese produziert
wird, von der Pflanze abgegeben. Beim Expertenmodell
Aufgabe 5 wird ein Grossteil davon von der Pflanze selber für die
Da die Erde um nur 57 g leichter wurde, der Baum aber Zellatmung verwendet.
um 82 kg schwerer geworden ist, ernährt sich der Baum
nur zu einem winzigen Teil aus Bestandteilen der Erde. Aufgabe 9
Van Helmont schloss daraus, dass die Hauptnahrung des Im Gegensatz zum Laienmodell ist beim Expertenmodell
Baumes Wasser sein muss. das Kohlendioxid aus der Luft für den Grossteil der Mas-
Hinweis: Mit diesem Versuch kann nichts über den Ein- senzunahme verantwortlich, in dem es in der Fotosynthe-
fluss von Kohlendioxid ausgesagt werden! se zuerst in Traubenzucker und später in andere typische
Pflanzenbestandteile wie Zellulose umgewandelt wird.
Aufgabe 6 Eventuell kann an dieser Stelle von den Schülerinnen
Kurve sieht qualitativ gleich aus, da sowohl die Foto- und Schüler auch Wasser als zusätzlicher Stoff genannt
synthese als auch die Transpiration durch die Spaltöff- werden.
nungen geschehen und diese entweder für Wasserdampf Zusatzinformation: Je nach Vorwissen ist den Schülerin-
und CO2 geöffnet oder geschlossen sind. nen und Schüler bereits bekannt, dass nur der Wasser-
stoff der Glukose aus dem Wasser stammt. Der Sauer-
stoff stammt vollständig aus dem Kohlendioxid. Daher
trägt das Kohlendioxid viel mehr zur Gewichtszunahme
bei als das Wasser.
27 Zurich-Basel Plant Science CenterLerneinheit 1: Klimawandel PSC Discovery Workshops Aufgabe 10 Bei den Kästchen 1., 3., 5. und 6. sind Pflanzenarten be- schrieben, welche in der Schweiz zu den Klimagewinnern zählen werden. Bei den Kästchen 2. und 4. sind Pflanzen- arten beschrieben, welche in der Schweiz zu den Klima- verlierern zählen werden. Aufgabe 11 Das Jahr 2003 war ein überdurchschnittlich warmes (und trockenes, nicht in Abb.7 erkennbar) Jahr (Abweichung über 4°C), was bei vielen Kulturpflanzen zu Ernteein- bussen führte. Aufgabe 12 Beide Eichen können sich gut an Trockenperioden anpas- sen, wobei die Experimente gezeigt haben, dass dies der Traubeneiche noch ein bisschen besser gelingt. Dadurch wird die Traubeneiche wahrscheinlich in Zukunft den Be- stand vergrössern können (auch im tiefen Bergland). Daher trifft die Aussage 2 am ehesten zu. Unklar bleibt, wie schnell dieser Prozess geht und ob es eventuell konkurrenzstärkere Arten gibt, welche noch besser an etwaige Trockenperioden angepasst sind. Aufgabe 13 Die Grafiken zeigen, dass bei Trockenstress sowohl das Blatt- als auch das Rübenwachstum von Zuckerrüben er- heblich beeinträchtigt ist. Das Rübenwachstum ist stär- ker als das Blattwachstum vom Trockenstress betroffen. Dies könnte auf eine Sourcelimitierung hindeuten, so dass Assimilate nicht in ausreichender Menge für die Zuckerspeicherung bereitgestellt werden können. Aufgabe 14 a. Die Grafik zeigt eine negative Beziehung zwischen dem Gehalt an lösliche Nichtzuckerstoffen und dem Saccha- rosegehalt in der Rübe. b. Kalium, Natrium oder Aminosäuren (zusätzlich Gluco- se, Fructose, Betain,… ). Zusatzaufgabe 15 Wenn die Zuckereinlagerung durch den Turgor kontrol- liert wird, dann sind dafür lösliche Stoffe verantwortlich, welche osmotisch aktiv sind. Dies trifft auf die löslichen Nichtzuckerstoffe wie Natrium, Kalium, Aminosäuren, … zu. Es sind weitere Mechanismen denkbar und sicher auch in der Pflanze wirksam. So hat Saccharose auch eine Signalfunktion auf die Photosynthesetätigkeit in den Blättern. 28 Zurich-Basel Plant Science Center
Lerneinheit 1: Klimawandel PSC Discovery Workshops
1. Photosynthese … 7. Die Photosyntheseleistung einer Pflanze ist
machen nur Pflanzen. sicher hoch, wenn …
machen nur Tiere. genug Wasser zur Verfügung steht.
machen Pflanzen und Tiere. wenn es warm genug ist.
machen Pflanzen und Bakterien. wenn viel Kohlendioxid in der Luft ist.
machen Pflanzen und Cyanobakterien. wenn die Luft frisch ist und viel Sauerstoff enthält.
wenn die Sonne stark scheint.
2. Zellatmung … wenn alle obigen Punkte zusammen eintreffen.
machen nur Pflanzen.
machen nur Tiere. 8. An einem heissen Sommertag nach einem
machen Pflanzen und Tiere. kräftigen nächtlichem Gewitter …
machen Pflanzen und Bakterien. ist die Photosyntheseleistung der Pflanze am
machen Pflanzen und Cyanobakterien. Mittag am höchsten.
ist die Photosyntheseleistung der Pflanze am
3. Welche der folgenden Sätze sind korrekt? Morgen und Abend am höchsten.
Durch die Photosynthese wird Energie gewonnen. sind die Spaltöffnungen am Morgen und Abend
Die Produkte der Photosynthese sind energierei- geöffnet.
cher als die Ausgangsstoffe. sind die Spaltöffnungen am Mittag geöffnet.
Die Photosynthese liefert Energie in Form von sind die Spaltöffnungen in der Nacht geöffnet.
Licht.
Die Photosynthese verbraucht grosse Mengen 9. Die Transpiration einer Pflanze ist grundsätz-
von Wärmeenergie. lich umso grösser, …
Alle Teile einer Pflanze benötigen Sonnenlicht für je grösser die Blattmasse ist.
die Photosynthese. je grösser die Lichtintensität ist.
je grösser die Wurzelmasse ist.
4. Bei der Photosynthese… je grösser die Blattoberfläche ist.
wird Kohlendioxid aufgenommen und Wasser je offener die Spaltöffnungen sind.
abgegeben. je höher die Assimilation von CO2 ist.
wird Sauerstoff und Wasserstoff abgegeben.
wird Traubenzucker und Sauerstoff gebildet. 10. Durch die vorausgesagte Erwärmung durch
wird Sauerstoff als Ausgangsstoff benötigt. den Klimawandel können Pflanzenarten im
wird Wasser als Ausgangsstoff benötigt. Gebirge aussterben, weil…
Pflanzenarten aus tieferen Lagen die ursprünglich
5. Chlorophyll … ansässigen Pflanzen verdrängen werden.
ist für die grüne Farbe der meisten Pflanzen ver- Krankheiten und Schädlinge sich in höhere Lagen
antwortlich. ausbreiten können.
absorbiert das Sonnenlicht. die Baumgrenze so hoch steigen wird, dass kaum
ist ein anderes Wort für Chloroplast. mehr unbewaldete Gebiete vorhanden sind.
heisst übersetzt Blattgrün. viele Pflanzenarten Enzyme besitzen, die bei den
wird auch bei der Zellatmung benötigt. höheren Temperaturen funktionsunfähig werden.
Tiere viel häufiger und länger im Gebirge bleiben,
6. Bau und Funktion des Laubblattes: Kreuze die was den Frassdruck stark erhöht.
korrekten Aussagen an.
Alle Schichten ausser der Kutikula besitzen Chlo- 11. Pflanzen können auf Trockenstress verschie-
roplasten. den reagieren, so zum Beispiel …
Für den Gasaustausch sind die Hohlräume des ... indem sie die Spaltöffnungen schliessen.
Palisadengewebes wichtig. … indem sie mehr in das Wurzelwachstum inves-
Das Palisadengewebe betreibt mehr Photosyn- tieren als in das Sprosswachstum.
these als das Schwammgewebe. … indem sie alle Blätter abwerfen und damit die
Schwammgewebe, Palisadengewebe und Epider- Transpirationsverluste minimieren.
mis, nicht aber die Kutikula, bestehen aus … indem sie Wasser mit Hilfe des Sonnenlichtes
Pflanzenzellen. und speziellen Enzymen herstellen.
Durch die Spaltöffnungen gehen verschiedene … indem die Zellatmung und damit die Wasserge-
Gase hinein oder hinaus. winnung stark erhöht wird.
29 Zurich-Basel Plant Science CenterSie können auch lesen
