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Fotosynthesekurse

Bedeutung der Fotosynthese

Sämtliche Organismen, egal ob Pflanze oder Tier, sind aus Kohlenstoffverbindungen aufgebaut. Es ist die Leistung grüner Pflanzen, dieses Kohlenstoffdioxid im Rahmen der Fotosynthese aufzunehmen, ihn unter Verwendung von Sonnenenergien und Wasser in Zuckerverbindungen zu überführen, die Grundlage für sämtliches Leben auf der Erde sind. Fotosynthese kann daher als einer der ältesten und wichtigsten biologische Prozesse auf dem Planeten Erde bezeichnet werden.

Fotosynthese im Biologieunterricht

Aufgrund seiner fundamentalen Bedeutung für das Leben auf der Erde ist die Fotosynthese ein wichtiges Thema im Biologieunterricht der Sekundarstufe I und II. Zur Zeit ist sie in der Oberstufe im Kerncurriculum Q2 Ökologie (ab 2026 in Q3 Ökologie) verortet.

Fotosynthesekurse im Schüler:innenlabor

Das Thema Fotosynthese eignet sich hervorragend zur Einführung und Vertiefung wichtiger biologischer Labormethoden oder aber ins selbstständige Experimentieren, wie es der Kompetenzbereich "Erkenntnisgewinnung" des Kerncurriculums vorsieht. Oft sind aufgrund der schulorganisatorischen Rahmenbedingungen und der Arbeitsbelastungen der Lehrkräfte derartige Versuche und Experimente kaum noch oder nur unter erheblichem Aufwand durchführbar. An dieser Stelle möchte der Botanische Garten mit seinem Schüler:innenlabor den naturwissenschaftlichen Unterricht der Schulen durch moderne Inhalte in einer authentischen Umgebung ergänzen und Schulklassen einen ortsnahen, preisgünstigen und lernförderlichen außerschulischen Lernort bieten - und dies bereits seit über 10 Jahren.

Gleichzeitig ist das Schüler:innenlabor wichtiges Element der Lehramtsausbildung im Botanischen Garten und ermöglicht vielen Studierenden den direkten Kontakt mit OberstufenschülerInnen. Teile des Kurses (v.a. die praktischen Arbeiten im Labor) werden maßgeblich von den Studierenden mitbetreut. Dies ermöglicht authentische Begegnungen und schult die Studierenden sowohl im Umgang mit den Schüler:innen, als auch mit den anspruchsvollen fachlichen Themen des Oberstufenbiologieunterrichts. Gleichzeitig ist der Austausch zwischen Schüler:innen und Studierenden - über sämtliche Fragen des studentischen Lebens in Marburg - bereits für viele TeilnehmerInnen der Laborkurse Anlass und Anregung für ein Studium an der Philipps-Universität gewesen.

Erfahrungsberichte

Laborkurs 1: Fotosyntheseforschung früher und heute

"Fotosynthese im Reagenzglas" lautet der Untertitel dieses Laborkurses. Bei der Aufklärung biochemischer Reaktionswege der Fotosynthese wird sehr oft mit isolierten Chloroplasten „in vitro“ experimentiert. Ausgehend von einer theoretischen Besprechung der molekularen Grundlagen isolieren die Schüler:innen aus frisch im Garten geernteten Spinat die Chloroplasten. Hiermit untersuchen sie in verschiedenen Ansätzen den Elektronentransports an der Thylakoidmembran - so wie es bereits der Naturforscher Robert Hill in den 1930er Jahren getan hat. Der Schwerpunkt dieses Kurstages liegt auf dem eigenständigen hypothesengeleiteten Experimentieren. Im Anschluss an die Experimentierphase werfen wir über eine Videoeinspielung einen Blick in die aktuelle Fotosyntheseforschung, die am benachbarten Max-Planck-Institut stattfindet.
Siehe auch: MPI MArburg (2025): Künstliche Kohlenstoff-Fixierung überholt die Natur

Vor dem Laborteil erfolgt eine Erkundung in ausgewählten Gewächshäusern des Botanischen Gartens (ca. 75 Minuten). Dies ist der Einstieg in den Kurstag und legt nochmal einen phänomenologischen Fokus auf die Fotosynthese der Pflanzen sowie die Pflanzenanpassungen von Wüsten- und Tropenpflanzen im Vergleich.

Der Kurstag dauert von ca. 8:30/9:00 bis ca. 15/15:30 Uhr. Sollten Sie gerne früher oder später starten, ist dies auf Nachfrage teilweise möglich. Es gibt zwei Pausen von etwa 25 Minuten, in denen die Teilnehmer:innen Selbstmitgebrachtes verzehren können.

Grober Überblick über einen Kurstag (die Zeiten variieren je nach Kurs)

Ein typischer Kursablauf mit Beginn z.B. um 9:00 Uhr ist folgender:
9:00 Uhr: Beginn im Seminarraum des Schüler:innenlabors
9:15 Uhr - 10:45 Uhr: Erkundung in den Gewächshäusern (s.o.)
Pause
11:00 Uhr - 11:15 Uhr: Wiederholende und vorbereitende Theorie
11:15 Uhr - 13:30 Uhr: Laborphase
Pause
13:50 Uhr - 15:15 Uhr: Auswertung der Laborphase und Einblick in die aktuelle Fotosyntheseforschung

Anschließend: Zeit zur weiteren, freien Erkundung des Botanischen Gartens
Laborkurs 2: Blattpigmentanalyse

Vor der Etablierung des Laborkurses "Fotosyntheseforschung früher und heute" war dieser Laborkurs für lange Jahre das Herzstück unserer Schüler:innenlaborarbeit und ist aufgrund des hohen Anteils an Laborarbeit und Schüler:inneneigenaktivität noch immer sehr beliebt. Der Fokus liegt bei diesem Kurs etwas weniger auf dem eigenständigen Experimentieren, als mehr auf einem Höchstmaß an Laborarbeit und der Einführung in die Arbeit mit Dünnschichtchromatographie und Spektralphotometern.
Nach einer kurzen (wiederholenden) Besprechung des Aufbaus, der Funktion und Bedeutung der Blattpigmente erhalten die Schüler:innen den Auftrag, die Blattpigmente aus ihren gesammelten Pflanzenproben zu extrahieren, zu isolieren und zu identifizieren. Hierzu nutzen sie moderne Trenn- und Analyseverfahren. Eine Einführung in die beiden Methoden erfolgt in der Zwischenbesprechung. Während die Chromatographie läuft, gibt es eine etwa 75-90 minütige Mittagspause. Während dieser können Sie und Ihr Kurs ins nahegelegene Mensabistro gehen, Selbstmitgebrachtes verzehren, Pizza bestellen oder auf eigene Faust die weiteren Gewächshäuser und das Außengelände erkunden.

Der Kurs dauert von ca. 8:30/9:00 Uhr bis 15:00 Uhr. Sollten Sie gerne früher oder später starten, ist dies auf Nachfrage teilweise möglich.

Grober Überblick über einen Kurstag (die Zeiten variieren je nach Kurs)

Ein typischer Kursablauf mit Beginn z.B. um 9:00 Uhr ist folgender:
9:00 Uhr: Beginn im Seminarraum des Schüler:innenlabor
9:15 Uhr - 10:30 Uhr: Erkundung in den Gewächshäusern (s.o.)
Pause
10:45 Uhr - 11:30 Uhr: Wiederholende und vorbereitende Theorie
11:30 Uhr - 12:30 Uhr: Laborphase I
Pause (aufgrund der Chromatographie mindestens 75 min.)
13:45 Uhr - 14:45 Uhr: Laborphase II
14:45 Uhr - 15:00 Uhr: Auswertung der Laborphase

Anschließend: Zeit zur weiteren, freien Erkundung des Botanischen Gartens
Ergänzungsmodul "Meet a Scientist"

In Kooperation mit dem Max-Planck-Institut Marburg und dem Projekt Green Science Lab bieten wir das Ergänzungsmodul "Meet a Scientist" an. Es dient zur Vertiefung vor allem des Laborkurses Fotosynthese im Reagenzglas und zur Berufsorientierung der Schüler:innen.

Im Anschluss an den von Ihnen gebuchten Laborkurs kommen zwei Wissenschaftler:innen des MPI zu Besuch in den Botanischen Garten und stehen den Schüler:innen Rede und Antwort rund um das Thema Fotosyntheseforschung in Marburg, Arbeitsalltag im Labor, Studium, Ausbildungsweg und alles was es sonst noch so erfahrenswertes aus dem Leben eines Wissenschaftlers/einer Wissenschaftlerin gibt.

Das Modul verlängert den gebuchten Kurstag um ca. 30-40 Minuten und ist kostenlos!
Kerncurriculumbezug

Laborkurs 1: Fotosyntheseforschung früher und heute

Dieser Kurstag bezieht sich auf folgende Inhaltsfelder des KCGO Biologie Q3:
- abiotische und biotische Faktoren (Gewächshauserkundung)
- Lichtabsorption: Chlorophyll-Absorptionsspektrum, Wirkungsspektrum
- Abhängigkeit der Fotosyntheserate von abiotischen Faktoren
- Primärreaktion / lichtabhängige Reaktionen
- Calvin-Zyklus [am Beispiel Fotosyntheseforschung]
- fachpraktisches Arbeiten

Dabei können folgende Kompetenzen weiter angebahnt werden:

S1 – Sachkompetenz
Die Schülerinnen und Schüler beschreiben biologische Sachverhalte sowie Anwendungen der Biologie sachgerecht, indem sie die Lichtreaktion der Fotosynthese, die Hill-Reaktion und deren Zusammenhang mit der Fotosyntheseleistung fachgerecht beschreiben und die Ergebnisse ihrer Untersuchungen sachgerecht einordnen.

E3 – Erkenntnisgewinnung
Die Schülerinnen und Schüler stellen theoriegeleitet Hypothesen zur Bearbeitung von Fragestellungen auf, indem sie in Gruppen exemplarisch einen der möglichen Einflussfaktoren auf die Fotosynthese auswählen und dazu auf Grundlage ihres Vorwissens eine Hypothese formulieren.

E4 – Erkenntnisgewinnung
Die Schülerinnen und Schüler planen und führen hypothesengeleitete Beobachtungen, Vergleiche, Experimente und Modellierungen durch und protokollieren sie, indem sie ausgehend von ihrer Hypothese einen eigenen Versuchsansatz zur Untersuchung des ausgewählten Einflussfaktors planen, durchführen und die Durchführung sowie die Ergebnisse systematisch protokollieren.

E5 – Erkenntnisgewinnung
Die Schülerinnen und Schüler berücksichtigen bei der Planung von Beobachtungen, Vergleichen, Experimenten sowie Modellierungen das jeweilige Variablengefüge, indem sie bei der Planung ihres Versuchs die zu untersuchende Einflussgröße festlegen und weitere relevante Einflussgrößen berücksichtigen.

E6 – Erkenntnisgewinnung
Die Schülerinnen und Schüler berücksichtigen die Variablenkontrolle beim Experimentieren, indem sie bei der Untersuchung eines ausgewählten Einflussfaktors die übrigen Versuchsbedingungen möglichst konstant halten und den Einfluss nicht kontrollierter Variablen auf die Ergebnisse berücksichtigen.

E7 – Erkenntnisgewinnung
Die Schülerinnen und Schüler nehmen qualitative und quantitative Daten auch mithilfe digitaler Werkzeuge auf und werten sie aus, indem sie bei der Erkundung der Gewächshäuser mit digitalen Messgeräten Beleuchtungsstärke (Lux), Temperatur und Luftfeuchtigkeit erfassen und die erhobenen Messwerte sowie die bei der Hill-Reaktion gewonnenen Daten systematisch auswerten.

E9 – Erkenntnisgewinnung
Die Schülerinnen und Schüler finden in erhobenen oder recherchierten Daten Strukturen, Beziehungen und Trends, erklären diese theoriebezogen und ziehen Schlussfolgerungen, indem sie die in den Gewächshäusern erhobenen Werte zu Beleuchtungsstärke, Temperatur und Luftfeuchtigkeit vergleichen, Beziehungen zwischen den Standortbedingungen und den untersuchten Pflanzen herausarbeiten und die Ergebnisse der Hill-Reaktion hinsichtlich des untersuchten Einflussfaktors auswerten.

E10 – Erkenntnisgewinnung
Die Schülerinnen und Schüler beurteilen die Gültigkeit von Daten und ermitteln mögliche Fehlerquellen, indem sie die Aussagekraft ihrer Ergebnisse aus der Hill-Reaktion kritisch prüfen, mögliche Fehlerquellen und nicht ausreichend kontrollierte Einflussgrößen identifizieren und deren Auswirkungen auf die Ergebnisse beurteilen.

E11 – Erkenntnisgewinnung
Die Schülerinnen und Schüler widerlegen oder stützen die Hypothese (Hypothesenrückbezug), indem sie ihre experimentell gewonnenen Ergebnisse mit den zuvor formulierten Hypothesen vergleichen und begründet beurteilen, ob diese gestützt oder widerlegt werden.

E13 – Erkenntnisgewinnung
Die Schülerinnen und Schüler reflektieren die eigenen Ergebnisse und den eigenen Prozess der Erkenntnisgewinnung, indem sie die Planung, Durchführung und Auswertung ihrer Untersuchung kritisch reflektieren und Möglichkeiten zur Verbesserung ihres experimentellen Vorgehens entwickeln.

K13 – Kommunikation
Die Schülerinnen und Schüler tauschen sich mit anderen konstruktiv über biologische Sachverhalte aus, vertreten, reflektieren und korrigieren gegebenenfalls den eigenen Standpunkt, indem sie ihre Versuchsplanungen und Untersuchungsergebnisse in der Gruppe und im Plenum vorstellen, mit anderen vergleichen und auf Grundlage der Diskussion sowie fachlicher Argumente gegebenenfalls überarbeiten.

Einordnung des Kompetenzerwerbs:
Die Vielzahl der ausgewiesenen Kompetenzen mag für einen einzelnen Kurstag zunächst umfangreich erscheinen. Sie entspricht jedoch unmittelbar den tatsächlichen Arbeits- und Lernprozessen des Kurstages – von der Formulierung eigener Hypothesen über die Planung und Durchführung der Hill-Reaktion bis zur Datenauswertung, Fehleranalyse und Reflexion des Erkenntnisprozesses sowie der Gewächshauserkundung. Die Kompetenzen werden dabei miteinander verknüpft im Rahmen des konkreten Forschungsprozesses angebahnt und können insbesondere aufgrund der unterschiedlichen gewählten Einflussfaktoren und individuellen Arbeitsprozesse unterschiedlich stark zum Tragen kommen.

Laborkurs 2: Blattpigmentanalyse

Dieser Kurstag bezieht sich auf folgende Inhaltsfelder des KCGO Biologie Q3:
- abiotische und biotische Faktoren (Gewächshauserkundung)
- Lichtabsorption: Chlorophyll-Absorptionsspektrum, Wirkungsspektrum
- Chromatografie
- Primärreaktion / lichtabhängige Reaktionen
- fachpraktisches Arbeiten (zum Beispiel Chromatografie

Dabei können folgende Kompetenzen weiter angebahnt werden:

S1 – Sachkompetenz
Die Schülerinnen und Schüler beschreiben biologische Sachverhalte sowie Anwendungen der Biologie sachgerecht, indem sie die Zusammensetzung von Blattpigmenten sowie die Ergebnisse der chromatographischen Trennung und der spektralphotometrischen Untersuchung sachgerecht beschreiben.

E7 – Erkenntnisgewinnung
Die Schülerinnen und Schüler nehmen qualitative und quantitative Daten auch mithilfe digitaler Werkzeuge auf und werten sie aus, indem sie bei der Erkundung der Gewächshäuser mit digitalen Messgeräten Beleuchtungsstärke (Lux), Temperatur und Luftfeuchtigkeit erfassen und die erhobenen Daten sowie die Ergebnisse der Chromatographie und Spektralphotometrie auswerten.

E8 – Erkenntnisgewinnung
Die Schülerinnen und Schüler wenden Labor- und freilandbiologische Geräte und Techniken sachgerecht und unter Berücksichtigung der Sicherheitsbestimmungen an, indem sie bei der Gewächshauserkundung digitale Messgeräte zur Erfassung von Beleuchtungsstärke, Temperatur und Luftfeuchtigkeit einsetzen sowie Blattpigmente mithilfe geeigneter Laborgeräte und -techniken extrahieren, chromatographisch auftrennen und spektralphotometrisch untersuchen.

E9 – Erkenntnisgewinnung
Die Schülerinnen und Schüler finden in erhobenen oder recherchierten Daten Strukturen, Beziehungen und Trends, erklären diese theoriebezogen und ziehen Schlussfolgerungen, indem sie jeweils die in den Gewächshäusern erhobenen Werte zu Beleuchtungsstärke, Temperatur und Luftfeuchtigkeit vergleichen und Zusammenhänge zwischen den Standortbedingungen und den untersuchten Pflanzen bzw. Blattpigmenten herausarbeiten sowie Bandenmuster der Chromatographie und Absorptionsspektren auswerten.

K5 – Kommunikation
Die Schülerinnen und Schüler strukturieren und interpretieren ausgewählte Informationen und leiten Schlussfolgerungen ab, indem sie jeweils die bei der Gewächshauserkundung und der Blattpigmentanalyse gewonnenen Daten strukturieren, interpretieren und mit fachlichen Informationen abgleichen, um daraus Schlussfolgerungen abzuleiten.

K13 – Kommunikation
Die Schülerinnen und Schüler tauschen sich mit anderen konstruktiv über biologische Sachverhalte aus, vertreten, reflektieren und korrigieren gegebenenfalls den eigenen Standpunkt, indem sie jeweils ihre Ergebnisse der Gewächshauserkundung und der Blattpigmentanalyse vergleichen und ihre Deutungen der erhobenen Messdaten sowie der chromatographischen und spektralphotometrischen Ergebnisse diskutieren und gegebenenfalls auf Grundlage fachlicher Erkenntnisse korrigieren.

Einordnung des Kompetenzerwerbs:
Die Vielzahl der ausgewiesenen Kompetenzen mag für einen einzelnen Kurstag zunächst umfangreich erscheinen. Sie entspricht jedoch unmittelbar den tatsächlichen Arbeits- und Lernprozessen des Kurstages – von der Gewächshauserkundung und Datenerhebung über die chromatographische und spektralphotometrische Untersuchung der Blattpigmente bis zur Auswertung und Interpretation der Ergebnisse. Die Kompetenzen werden dabei miteinander verknüpft im Rahmen der konkreten Untersuchungen angebahnt und können je nach individuellem Arbeitsprozess und Untersuchungsschwerpunkt unterschiedlich stark zum Tragen kommen.
Maximale Kursgröße und Vorwissen

Unser Labor verfügt über maximal 22 Arbeitsplätze (sechs Dreiergruppen und eine Zweiergruppe). Zur Not können an den Arbeitsplätzen der Zweiergruppen auch drei Schüler*innen arbeiten, so dass die maximale Kursgröße bei 23 Teilnehmer*innen liegt. Wir empfehlen jedoch mit maximal 22 Teilnehmer*innen anzureisen.

Eine detaillierte Übersicht über die wünschenswerten (aber nicht zwangsläufig notwendigen) Voraussetzungen zum Besuch des Fotosynthesekurses bekommen Sie bei Kursbuchung per E-Mail bzw. spätestens 2-3 Monate vor dem Kurs zugeschickt.

Für den Laborkurs 1 sollten Sie bereits in die Fotosynthese eingestiegen sein und die Lichtreaktion behandelt haben. Für den Laborkurs 2 sind Sie im besten Fall bereits in die Fotosynthese eingestiegen und haben die Aufgabe der Blattpigmente besprochen.
Freie Termine 2026 (alle belegt) / 2027

Terminübersicht 2026 (voll) + 2027:

Liebe Kolleginnen und Kollegen, liebe Besucherinnen und Besucher des Fotosynthesekurses,
wir freuen uns sehr über das große Interesse an unserem Kurs. Aufgrund der anhaltend hohen Nachfrage können wir jedoch leider nicht alle Kurswünsche erfüllen. Die Vergabe der noch verfügbaren Termine erfolgt in der Reihenfolge des Eingangs der Anmeldungen.

Termine 2026 (alle belegt)

KW 33: belegt
KW 34: belegt
KW 35: belegt
KW 36: belegt
KW 37: belegt
KW 38: belegt
KW 39: belegt
KW 40: belegt
Osterferien
KW 43: belegt (nur Blattpigmentanalyse als Kurs möglich)
KW 44: belegt (nur Blattpigmentanalyse als Kurs möglich)
KW 45: belegt (nur Blattpigmentanalyse als Kurs möglich)
KW 46: belegt + Start Genetikurse 2026/27

Termine 2027 (werden aufgrund interner Planungen erst Anfang 2027 freigegeben)
Kosten

Die Kosten für den eintägigen Laborkurs inklusive Eintritt und Labormaterial liegen bei einer Materialpauschale von 130€ pro Kurstag sowie 5€ pro Teilnehmendem Personalkostenpreis. Ein Kurs mit 15 Teilnehmer:innen zahlt dementsprechend 130€ + 75€ = 13,60 € pro Person. Ein Kurs mit 20 Teilnehmer:innen zahlt 130€ + 100€ = 11,50 € pro Teilnehmer:in. Sehr kleine LK-Kurse <10 SuS könnten z.B. noch besonders engagierte GK-SuS mitbringen.
Schulen, deren Besuch durch die Marburger lokale Bildungsplanung unterstützt werden, zahlen einen geringeren Personalkostenpreis.
Weitere Wünsche und Fragen?

Schreiben Sie Ihre Frage in eine Mail an deurer(at)staff.uni-marburg.de und Sie bekommen schnellstmöglich eine Antwort. Da ich nur selten direkt im Schüler:innenlaborbüro telefonisch erreichbar bin, rufe ich Sie gerne telefonisch zurück, wenn Sie mir Ihre Telefonnummer zukommen lassen.

Wir freuen uns, Sie bei uns im Schüler:innenlabor begrüßen zu dürfen!