Aufgabe 2 - Enzyme, Stofftransport und Zellatmung · Abitur NRW Biologie GK · Salztoleranz-GN 2025

Thema: Enzyme, Stofftransport und Zellatmung · Aus der Prüfung GK · Salztoleranz-GN (2025)

Aufgabenstellung

Weizen – eine salzsensible Kulturpflanze

Weizen ( Triticum aestivum) ist eine wirtschaftlich bedeutsame Kulturpflanze. Der Verlust geeigneter Anbauflächen ist ein aktuelles Problem, das die gesicherte Ernährung der Menschheit in Zukunft weiter gefährden wird. Dieses Problem wird durch die zunehmende Bodenversalzung zusätzlich verschärft.

Material 1: Umweltfaktoren des Weizens

Weizen ( Triticum aestivum) ist eine wirtschaftlich bedeutsame Kulturpflanze, deren Ertrag von einer Vielzahl von Umweltfaktoren abhängig ist (vgl. Abb. 1).

Abb. 1: Ausgewählte Umweltfaktoren des Weizens

Material 2: Modellversuch zu den Auswirkungen der Bodenversalzung

Durch intensive Bewässerung werden vermehrt im Wasser gelöste Salze wie Natriumchlorid (NaCl) auf Felder gebracht und konzentrieren sich nach der Verdunstung des Wassers im Boden. Durch den Einsatz von Streusalz im Winter wird das Problem verstärkt, da Natriumchlorid von Straßen und Wegen auf Felder gelangt. Besonders in trockenen Gebieten wird diese zusätzliche Salzbelastung nicht vollständig ausgewaschen. Stattdessen führen geringe Niederschlagsmengen, die auf salzbelastete Böden fallen, zu hochkonzentrierten Salzlösungen im Wurzelbereich. Weizen reagiert empfindlich auf einen erhöhten Salzgehalt und ist daher als salzsensible Art zu charakterisieren.

Im Rahmen eines Forschungsprojekts wurde die Hypothese aufgestellt, dass eine Schädigung der Wurzelhaarzellen des Weizens bei Kontakt mit hochkonzentrierter Natriumchlorid-Lösung eintreten wird. Die Ursache dafür wird in der osmotischen Wirksamkeit hochkonzentrierter Salzlösungen auf pflanzliche Zellen vermutet.

Die rote Farbvariation der Küchenzwiebel ( Allium cepa) ist als Modellorganismus für die mikroskopische Untersuchung pflanzlicher Zellen besonders geeignet, da die Epidermis der Zwiebelschuppen relativ große Zellen besitzt, deren Zellsaftvakuolen Farbstoffe speichern.

Ihnen stehen für einen Modellversuch folgende Geräte und Materialien zur Verfügung:

Geräte: Lichtmikroskop, Objektträger, Deckgläschen, Bechergläser, Pasteurpipetten, Präparierbesteck, Küchenmesser, schnittfeste Unterlage, Filterpapier, weißes Papier DIN A4

Materialien: Rote Küchenzwiebel, Leitungswasser, gesättigte Natriumchlorid-Lösung

2.1

Planen Sie einen Modellversuch zur Überprüfung der Hypothese aus Material 2. Begründen Sie Ihre Planungsschritte (M 2).

Führen Sie den Modellversuch durch (M 2).

[13 BE]

Hinweis: Sollten Ihnen die Planung und/oder die Durchführung nicht gelingen oder sollten Ihnen die Ergebnisse unbrauchbar erscheinen, können Sie Ersatzergebnisse von der Aufsicht führenden Lehrkraft anfordern. Für die Planung und Durchführung werden in diesem Fall bis zu 13 Bewertungseinheiten nicht erteilt.

2.2

Skizzieren und beschriften Sie die mikroskopisch beobachtbaren Veränderungen (M 2).

[6 BE]

Hinweis: Nach Fertigstellung der Skizze ist das Präparat unter dem Mikroskop der Aufsicht führenden Lehrkraft vorzuzeigen.

Aufgabenstellung: Aufgabe 2 - Enzyme, Stofftransport und Zellatmung · Abitur NRW Biologie GK · Salztoleranz-GN 2025

Lösung

Nach den offiziellen Korrekturhinweisen

2.1 Planen Sie einen Modellversuch zur Überprüfung der Hypothese aus Material 2. Begründen Sie Ihre Planungsschritte (M 2).

Lösung: Planen und begründen: - Anfertigen und mikroskopieren eines Präparats der Epidermis der roten Küchenzwiebel in Leitungswasser. - Epidermiszellen der roten Küchenzwiebel dienen als Modell für Pflanzenzellen in unterschiedlich konzentrierten Lösungen. - Leitungswasser modelliert ein nicht von übermäßiger Bodenversalzung betroffenes Milieu und dient als Kontrollversuch. - Gesättigte NaCl-Lösung modelliert eine starke Salzbelastung der Bodenlösung. - Leitungswasser muss dann gegen die gesättigte NaCl-Lösung ausgetauscht werden oder es wird ein zweites Präparat aus demselben Gewebe mit gesättigter NaCl-Lösung statt Leitungswasser angefertigt. - Nach kurzer Wartezeit wird erneut mikroskopiert. Alle anderen Parameter bleiben unverändert, um ausschließlich die Auswirkungen der höheren Salzkonzentration auf Pflanzenzellen zu überprüfen. Durchführung (fachpraktischer Anteil nach Beobachtungsbogen, 5 BE): - Herstellung der Präparate - Einstellung Mikroskop - Qualität des Präparats in NaCl-Lösung - sachgerechte Arbeitsweise

2.2 Skizzieren und beschriften Sie die mikroskopisch beobachtbaren Veränderungen (M 2).

Lösung: Skizze und Beschriftung der Veränderungen: - Epidermiszelle in Leitungswasser (Ausgangszustand / Turgeszenz): Die Zellsaftvakuole füllt nahezu das gesamte Zellinnere aus; der Protoplast (Zellmembran und Zellplasma) liegt der starren Zellwand eng an. Zellkern sichtbar. - Epidermiszelle in gesättigter NaCl-Lösung (Plasmolyse): Wasser strömt osmotisch aus der Vakuole aus; das Vakuolenvolumen verringert sich deutlich und die Vakuole erscheint durch Konzentrierung der Anthocyane intensiver violett/rot gefärbt. Der Protoplast (Zellmembran) löst sich von der Zellwand ab; der Raum zwischen Zellwand und Zellmembran füllt sich mit der umgebenden NaCl-Lösung. Zellwand bleibt formstabil erhalten.

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