Aufgabe Vorschlag C - Aufgabe 2 · Abitur Hessen Biologie GK 2022

Material 1

Hexenseide ( Cuscuta)

Pflanzen der Gattung Cuscuta, Hexenseide, sind Parasiten, die über keinerlei Organe verfügen, mit denen sie selbst Fotosynthese betreiben oder Mineralien aus dem Boden aufnehmen können. Sie haben keinen Kontakt zum Boden, sondern bilden stattdessen Saugorgane aus, sogenannte Haustorien, die in die Wirtspflanze eindringen, sich um deren Leitgefäße legen und ihnen Wasser, Fotosyntheseprodukte und Mineralien entziehen. Dies schwächt die Wirtspflanze erheblich und reduziert so deren Blüten- und Fruchtbildung. Die Parasiten sind vor allem in subtropischen und tropischen Regionen beheimatet, verbreiten sich aber auch mehr und mehr in wärmeren Tieflagen des nördlichen Mitteleuropas.

A Cuscuta campestris auf Geranienpflanzen

B Detailansicht der Infektionszone zwischen Parasit und Stängel der Wirtspflanze

C Querschnitt durch eine Infektionszone (1 = Haustorien des Parasiten, 2 = Leitgefäße des Wirts)

Material 2

„Outsourcing“ im Pflanzenreich

Während sich die Genomgröße autotropher Pflanzen im Verlaufe der evolutionären Entwicklung erhöht hat, ist bei parasitischen Pflanzen eher das Gegenteil zu beobachten. So werden aufgrund der parasitischen Lebensweise nicht nur bestimmte äußere Merkmale reduziert, sondern auch bestimmte physiologische Prozesse auf die Wirtspflanze übertragen und die entsprechenden Gene gehen im Parasit verloren. Dies betrifft z. B. auch das Gen für das Protein FT, ein mobiles Signalprotein, das unter bestimmten Lichtbedingungen in Blättern gebildet wird und sich dann zu den Stellen bewegt, an denen es die Blütenbildung einleitet.

Die Hexenseide hat ein breites Spektrum an Wirtspflanzen, die zu unterschiedlichen Jahreszeiten blühen. Nach der Blüte und Samenbildung einer Wirtspflanze reduziert sich in der Regel der Nährstoffgehalt in deren Gewebe oder die Pflanze stirbt sogar ganz ab. Der Parasit müsste daher den eigenen Prozess der Blüten- und Samenbildung mit dem der Wirtspflanze synchronisieren, um nicht in eine Versorgungskrise zu geraten und um sich selbst fortpflanzen zu können.

Ob diese Synchronisation tatsächlich geschieht und inwiefern der Parasit dabei auf das FT-Protein der Wirtspflanze angewiesen ist, haben Forschende der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie untersucht.

Blühbeginn von Hexenseide auf verschiedenen Wirtspflanzen

Folgende Wirtspflanzen wurden einige Tage nach der Keimung jeweils von 4 Tage alten Hexenseide-Keimlingen (H) parasitiert: Wilde Tomate (WT), Gurke (G), Tabak-Pflanzen (T) sowie Tabak-Pflanzen, bei denen das für das FT-Protein codierende Gen künstlich ausgeschaltet wurde (T -FT). Dann wurde der Zeitpunkt der Blütenbildung von Wirtspflanze und Parasit bestimmt.

Aufgabe 2 [15 BE]

Beschreiben Sie die Untersuchungsergebnisse in Material 2 und werten Sie sie aus. Erklären Sie, wie der Parasit trotz Reduktion seines genetischen Materials seine Fitness erhöht. (Material 1 und 2)