Aus Klasse 5 und 6 kennst du den Grundgedanken: Grüne Pflanzen bauen mit Licht ihre Nährstoffe selbst auf. Das geschieht in den Chloroplasten der Blattzellen. Sie enthalten das Blattgrün (Chlorophyll), das Licht einfängt. Die Pflanze nimmt Kohlenstoffdioxid und Wasser auf, baut daraus Traubenzucker (Glucose) und gibt Sauerstoff ab. Die Lichtenergie steckt danach als chemische Energie im Traubenzucker. Aus ihm baut die Pflanze auch Stärke, ihren Speicherstoff.

Wortgleichung: Kohlenstoffdioxid + Wasser → Traubenzucker + Sauerstoff (mit Licht und Blattgrün).

Für die Summengleichung schreibt man jeden Stoff als Formel. Jeder Buchstabe steht für eine Sorte von Atomen (die kleinsten Bausteine der Stoffe): C für Kohlenstoff, H für Wasserstoff, O für Sauerstoff. Die tiefgestellte Zahl sagt, wie viele davon in einem Teilchen stecken: $\text{CO}_2$ hat 1 C und 2 O. Die Zahl vor der Formel gibt die Zahl der Teilchen an.

Wie schnell die Fotosynthese läuft, hängt von Einflussfaktoren ab:

Ein knapper Faktor bremst die Fotosynthese, auch wenn alles andere reichlich da ist. Bei Versuchen änderst du nur einen Faktor.

Glimmspan, Iod-Lösung und Kalkwasser (reizt die Augen) gehören mit Schutzbrille in die Hand der Lehrkraft.

Das Laubblatt ist ein Organ, das für die Fotosynthese gebaut ist. Im Querschnitt siehst du von oben nach unten:

Die Spaltöffnungen sind winzige Löcher, die zwei Schließzellen öffnen und schließen. Durch sie gelangen $\text{CO}_2$ hinein und Sauerstoff und Wasserdampf hinaus.

Als Adern ziehen sich Leitbündel durch das Blatt. Sie verbinden Blatt, Spross und Wurzel und enthalten zwei Arten von Röhren:

• Gefäße leiten Wasser mit gelösten Mineralsalzen von der Wurzel nach oben in die Blätter.
• Siebröhren leiten Zuckerlösung von den Blättern zu den Orten, wo sie gebraucht oder gespeichert wird, etwa in Wurzel, Früchte und Knollen.

Den Antrieb liefert die Verdunstung: Aus den Spaltöffnungen verdunstet ständig Wasser und zieht neues in den Gefäßen nach.

Nach dem Teilchenmodell sind Teilchen ständig in Bewegung. Darum verteilen sie sich von selbst: Tinte färbt ein Glas Wasser nach und nach ganz, auch ohne Umrühren. Das heißt Diffusion. Teilchen wandern von Orten mit vielen Teilchen dorthin, wo wenige sind, bis sie gleichmäßig verteilt sind. So kommt $\text{CO}_2$ ins Blatt: Innen wird es verbraucht, also ist dort weniger davon als draußen.

Die Zellmembran ist teildurchlässig: Sie lässt kleine Wasserteilchen durch, gelöste Teilchen wie Zucker und Salze aber kaum. Wandert Wasser durch eine solche Membran, heißt das Osmose. Es strömt dorthin, wo mehr Stoff im Wasser gelöst ist (höhere Konzentration), und verdünnt dort. Im Zellsaft der Wurzelhaarzellen ist viel gelöst, darum strömt Wasser aus dem Boden hinein und die Zelle wird prall. Fehlt Wasser, wird sie schlaff und die Pflanze welkt. Auch ein Kartoffelstück in starker Salzlösung verliert Wasser und wird weich, in Leitungswasser nimmt es Wasser auf und bleibt fest. Das Salz selbst kommt kaum durch die Membran.

Jede Zelle braucht Energie für Wachstum, Bewegung und Wärme. Die Zelle setzt sie frei, indem sie Traubenzucker mit Sauerstoff abbaut. Das ist die Zellatmung. Sie läuft vor allem in den Mitochondrien ab, den Kraftwerken der Zelle, und zwar in fast allen Zellen von Pflanzen, Tieren und Pilzen. Ein Teil der Energie wird als Wärme frei. Darum wirst du beim Sport warm.

Wortgleichung: Traubenzucker + Sauerstoff → Kohlenstoffdioxid + Wasser + Energie.

Die Endstoffe der einen Reaktion sind die Ausgangsstoffe der anderen:

Assimilation ist der Aufbau körpereigener Stoffe aus aufgenommenen Stoffen und braucht Energie. Dissimilation ist der Abbau von Stoffen, um Energie zu gewinnen. Dazu gehören Zellatmung und Gärung.

Bei viel Licht überwiegt im Blatt die Fotosynthese, und die Pflanze gibt Sauerstoff ab. Nachts läuft nur die Zellatmung, und die Pflanze nimmt Sauerstoff auf.

Fehlt Sauerstoff, kann Hefe (ein einzelliger Pilz) Traubenzucker auch ohne ihn abbauen. Das ist die alkoholische Gärung. Wortgleichung: Traubenzucker → Alkohol (Ethanol) + Kohlenstoffdioxid + Energie. Es wird viel weniger Energie frei als bei der Zellatmung, denn im Alkohol steckt noch viel Energie.

Das $\text{CO}_2$ lässt Brotteig aufgehen, der Alkohol verdampft beim Backen. Bei Wein und Bier nutzt man den Alkohol. Im Versuch bläht Hefe in handwarmem Zuckerwasser (nie heiß, es verbrüht dich) einen Luftballon auf.

Nutzpflanzen liefern Nahrung, Futter und Rohstoffe. Weizen speichert Stärke in den Körnern, die Zuckerrübe Zucker in der Wurzel, der Raps Öl in den Samen. Ihr Ertrag hängt von der Fotosynthese ab. Darum düngt und bewässert man und pflanzt mit Abstand, damit sich die Blätter nicht beschatten. In Gewächshäusern steuert man Licht und Wärme.