Transpiration im virtuellen Labor: Wind, Licht, Luftfeuchte

Aktualisiert am 2026-10-06

Dieses Material untersucht die Transpiration im virtuellen Labor und passt zur Transpirations-Untersuchung in AP Biology; außerdem deckt es die GCSE-Versuche zu den Faktoren ab, die die Transpirationsrate beeinflussen. Die Lernenden legen einen Kontrollansatz fest und ändern dann jeweils einen Umweltfaktor: Wind, Luftfeuchtigkeit, Licht und Bodenwasser. Sie notieren Transpirationsrate und Öffnung der Spaltöffnungen und erklären jedes Ergebnis mit den Spaltöffnungen und dem Wasserdampfgefälle. Eine Unterrichtsstunde ergibt vier Messreihen, eine Berechnung der prozentualen Änderung und eine klare Verbindung zwischen Wasserverlust und CO₂-Aufnahme.

Transpiration und Regulation der Spaltöffnungen

Lehrplanbezug

AP Biology Investigation 11, Transpiration. Sie unterstützt Unit 2 (Topic 2.8, Tonizität und Osmoregulation: Wasser bewegt sich entlang eines Wasserpotenzialgefälles) und die naturwissenschaftlichen Arbeitsweisen Versuchsplanung und Datenauswertung.
AQA GCSE Biology 4.2.3.2 (Organsystem der Pflanze): der Einfluss von Luftfeuchtigkeit, Luftbewegung und Lichtintensität auf die Transpirationsrate sowie die Rolle von Spaltöffnungen und Schließzellen.
NGSS HS-LS1-3 (US-Standard): Rückkopplungsmechanismen erhalten die Homöostase. Hier schließen sich die Spaltöffnungen, wenn der Boden austrocknet.

Simulic ist weder mit dem College Board noch mit AQA verbunden und wird von ihnen nicht unterstützt. In Deutschland passt der Versuch zum Wasserhaushalt der Pflanze und zur Regulation der Spaltöffnungen in der Sekundarstufe I und in der Oberstufe.

Vor dem Experiment (5 min)

Lassen Sie die Lernenden sich auf eine Vorhersage festlegen, auf Papier oder als Frage 1 des Klassenlinks:

„Eine Pflanze steht in hellem Licht in feuchter Erde. Ein Ventilator erhöht die Windgeschwindigkeit von 0 auf 4 m/s. Was passiert mit der Transpirationsrate?“

Viele Lernende erwarten keine Änderung („Wind öffnet keine Spaltöffnungen“) oder einen Rückgang („Wind kühlt das Blatt“). Korrigieren Sie sie noch nicht.

Durchführung in der Simulation

Die Anzeige unter der Pflanze zeigt die Öffnung der Spaltöffnungen, die Transpirationsrate in g/dm²/Stunde und die Wasserbilanz. Das Modell enthält keinen Zufall, daher erhalten alle Gruppen dieselben Zahlen.

Stellen Sie die Kontrollbedingungen ein: Lichtintensität 100 %, Luftfeuchtigkeit 40 %, Windgeschwindigkeit 0 m/s, Bodenfeuchte 70 %. Notieren Sie die Rate.
Wind: Ändern Sie nur die Windgeschwindigkeit auf 1, 2, 4, 6 und 8 m/s. Notieren Sie jedes Mal Rate und Wasserbilanz. Stellen Sie den Wind wieder auf 0.
Luftfeuchtigkeit: Ändern Sie nur die Luftfeuchtigkeit auf 20, 60, 80 und 100 %. Stellen Sie sie wieder auf 40 %.
Licht: Ändern Sie nur die Lichtintensität auf 0 und 50 %. Stellen Sie sie wieder auf 100 %.
Bodenwasser: Ändern Sie nur die Bodenfeuchte auf 45, 35, 25 und 5 %. Notieren Sie auch die Öffnung der Spaltöffnungen.
Tragen Sie jede Reihe als Rate gegen den Faktor auf, mit dem Kontrollpunkt in jedem Diagramm.

Geänderter Faktor	Einstellung	Öffnung der Spaltöffnungen (%)	Transpirationsrate (g/dm²/Stunde)
Keiner (Kontrolle)	L 100, F 40, W 0, B 70
Wind (m/s)	1 / 2 / 4 / 6 / 8
Luftfeuchtigkeit (%)	20 / 60 / 80 / 100
Licht (%)	0 / 50
Boden (%)	45 / 35 / 25 / 5

Erwartete Ergebnisse

Alle Messwerte stammen aus der Simulation mit den Einstellungen oben. Die Kontrollrate beträgt 1,44 g/dm²/Stunde bei zu 100 % geöffneten Spaltöffnungen.

Wind (m/s)	0	1	2	4	6	8
Rate	1,44	1,94	2,45	3,46	4,46	5,47

Luftfeuchtigkeit (%)	20	40	60	80	100
Rate	1,92	1,44	0,96	0,48	0,00

Boden (%)	70	45	35	25	5
Öffnung der Spaltöffnungen (%)	100	100	75	50	0
Rate	1,44	1,44	1,08	0,72	0,00

Wind erhöht die Rate linear: 4 m/s ergeben 140 % mehr als bei Windstille. Ab 2 m/s wird die Wasserbilanz negativ: Das Blatt verliert schneller Wasser, als die Wurzeln nachliefern.
Luftfeuchtigkeit senkt die Rate linear, bis auf null in gesättigter Luft: Es gibt kein Dampfgefälle mehr.
Licht öffnet die Spaltöffnungen: 0 % ergibt 0,00, 50 % ergibt 0,72, die Hälfte der Kontrolle.
Bodenwasser hat keine Wirkung, bis es unter 45 % fällt. Dann schließen sich die Spaltöffnungen, selbst bei vollem Licht.

Fragen für die Lernenden

(Vorhersage, nach dem Experiment erneut gestellt) Was passiert mit der Transpirationsrate, wenn der Wind von 0 auf 4 m/s zunimmt?
Welche Bedingungen müssen gleich bleiben, wenn Sie die Windgeschwindigkeit untersuchen?
Wie groß ist die Transpirationsrate unter den Kontrollbedingungen?
Um wie viel Prozent steigt die Rate, wenn der Wind von 0 auf 4 m/s zunimmt?
Warum halbiert eine Absenkung der Bodenfeuchte auf 25 % die Rate bei vollem Licht, und was kostet das die Pflanze?

Antworten für Lehrkräfte: (1) Sie steigt, von 1,44 auf 3,46 g/dm²/Stunde. (2) Licht, Luftfeuchtigkeit und Bodenfeuchte. (3) 1,44 g/dm²/Stunde. (4) Etwa 140 % (akzeptiert 137–143 %). (5) Trockener Boden löst die Bildung von Abscisinsäure (ABA) aus, die Schließzellen verlieren Wasser, und die Spaltöffnungen schließen sich halb, sodass weniger Wasserdampf entweicht. Es gelangt aber auch weniger CO₂ hinein, daher verlangsamt sich die Fotosynthese.

Häufige Fehlvorstellungen

„Transpiration ist das Schwitzen der Pflanze zum Abkühlen.“ Die Kühlung ist ein Nebeneffekt. Wasser verdunstet im Blattinneren und diffundiert entlang eines Dampfgefälles durch offene Spaltöffnungen nach außen.
„Wind trocknet den Boden aus und senkt deshalb die Transpiration.“ Wind trägt die feuchte Luftschicht am Blatt ab. Das macht das Gefälle steiler und erhöht die Rate.
„Spaltöffnungen reagieren nur auf Licht.“ Wassermangel hat Vorrang vor Licht: Bei 5 % Bodenfeuchte sind die Spaltöffnungen bei vollem Licht geschlossen.

Erweiterung

Klicken Sie auf Mittagshitze (Licht 100 %, Luftfeuchtigkeit 30 %, Wind 2,5 m/s, Boden 30 %). Die Spaltöffnungen sind nur zu 63 % offen, trotzdem beträgt die Rate 1,97 und die Wasserbilanz −1,07. Fragen Sie, warum Pflanzen mittags welken, obwohl sie ihre Spaltöffnungen teilweise schließen.
Das AP-Labor gibt den Wasserverlust pro Blattfläche an. Die Simulation liefert bereits g pro dm² pro Stunde. Lassen Sie die Lernenden die Kontrollrate in g/m²/Stunde umrechnen (144) und erklären, warum Raten pro Einheit Blattfläche verglichen werden.

Häufige Fragen

Sind die Transpirationsraten realistisch?

Es sind Unterrichtswerte, die so gewählt sind, dass die Trends gut sichtbar werden. Richtung und Form jedes Effekts entsprechen echten Pflanzen. Vergleichen Sie sie nicht mit Potometer-Messwerten.

Können die Lernenden die Temperatur ändern?

Nein. Die Simulation hat nur Regler für Licht, Luftfeuchtigkeit, Wind und Bodenfeuchte. Besprechen Sie die Temperatur als Faktor, der Verdunstung und Diffusion steigert, oder untersuchen Sie sie im echten Labor.

Können die Lernenden die Dichte der Spaltöffnungen messen?

Nicht in dieser Simulation. Sie zeigt eine einzelne Spaltöffnung in Nahansicht, kein Epidermispräparat. Kombinieren Sie sie mit einer Mikroskopieraktivität, wenn Ihr Kurs Spaltöffnungen zählen soll.