Aufgabe · Abitur NRW Biologie LK · Wasserhaushalt -EN 2026

1 Aufgabe

Angepasstheiten von Landpflanzen an den Umweltfaktor Wasser

Landpflanzen sind in der Lage, ihren Wasserhaushalt so zu regulieren, dass er unabhängig vom Wasserangebot weitgehend konstant bleibt. Eine strukturelle Voraussetzung dafür ist die Abgrenzung der Pflanze gegenüber der Atmosphäre durch ein Abschlussgewebe. Dieses kann durch regelbare Spaltöffnungen (Stomata) durchbrochen sein. Dazu kommen stoffwechselphysiologische Angepasstheiten, die dazu beitragen, den Wasserhaushalt von Pflanzen zu regulieren.

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Fertigen Sie eine beschriftete Skizze vom Querschnitt des Laubblattes einer mesophytischen Landpflanze, wie z. B. der Buche ( Fagus sylvatica), an. [6 BE]

Material 1: Spaltöffnungen

Spaltöffnungen (Stomata) bestehen aus zwei sogenannten Schließzellen, die meist bohnenförmig um einen Spalt angeordnet und nur an ihren Enden fest miteinander verbunden sind. Der Spalt stellt die Verbindung zwischen der Außenluft und dem Interzellularraum her und ermöglicht der Pflanze die Wasserdampfabgabe und die Kohlenstoffdioxidaufnahme. Der Öffnungsgrad des Spaltes wird durch die Schließzellen reguliert. Dabei spielen die Wasserversorgung, die Konzentration von Kohlenstoffdioxid im Blatt, das Lichtangebot und die Temperatur eine bedeutende Rolle.

Bei vielen Pflanzenarten grenzen daran Nebenzellen an, die indirekt an der Funktion der Schließzellen beteiligt sind. Spalt, Schließzellenpaar und Nebenzellen bilden zusammen den Spaltöffnungsapparat.

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Erläutern Sie anhand der beiden Ausgangsstoffe der Fotosynthese die Bedeutung regulierbarer Spaltöffnungen (M 1). [6 BE]

Material 2: Kohlenstoffdioxidfixierung bei C 3 - und CAM-Pflanzen

Die Abkürzung CAM steht für die englische Bezeichnung „crassulacean acid metabolism“ (Crassulaceen-Säurestoffwechsel). Zu den CAM-Pflanzen gehören neben den Dickblattgewächsen (Crassulaceae) auch viele andere wasserspeichernde Pflanzen, so genannte Sukkulenten, wie zum Beispiel alle Arten aus der Gattung Gasteria.

Im Gegensatz zu C 3 -Pflanzen öffnen CAM-Pflanzen ihre Spaltöffnungen nicht tagsüber, sondern überwiegend in den Nachtstunden.

Abbildung 1 vergleicht schematisch die Kohlenstoffdioxidfixierung bei C 3 - und CAM-Pflanzen.

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Vergleichen Sie tabellarisch die Kohlenstoffdioxidfixierung bei C 3 - und CAM-Pflanzen anhand von drei Kriterien (M 2).

Kriterium

C 3 -Pflanzen

CAM-Pflanzen

Erläutern Sie die stoffwechselphysiologischen Angepasstheiten der CAM-Pflanzen an heiße und trockene Standorte (M 2). [insgesamt 9 BE]

Material 3: Ermittlung der Spaltöffnungsindizes des Alpenveilchens und der Gasteria

Der Spaltöffnungsindex (SI) ist ein Maß für den relativen Anteil der Spaltöffnungen in der Epidermis. Er errechnet sich aus der folgenden Formel und trägt keine Einheit.

$$\mathrm{SI} = \frac{100 \times S}{E + S}$$

$S = \text{Anzahl der Spaltöffnungen einer definierten Blattfläche}$

$E = \text{Anzahl der Epidermiszellen der gleichen Blattfläche}$

Hinweis: 100 ist ein Faktor und entspricht nicht der Vergrößerung.

Die Spaltöffnungsindizes vom Alpenveilchen und der Gasteria unterscheiden sich. So ergibt sich zum Beispiel für die obere Epidermis vom Laubblatt des Alpenveilchens ein Wert für den Spaltöffnungsindex von kleiner als Eins ($\mathrm{SI}_{\text{obere Epidermis}} < 1$).

Die folgenden Abbildungen zeigen lichtmikroskopische Aufnahmen der oberen (Abb. 2) und unteren (Abb. 3) Epidermis (definierte Blattflächen) vom Laubblatt der Gasteria.

Der Spaltöffnungsindex der unteren Epidermis des Alpenveilchens lässt sich lichtmikroskopisch ermitteln. Folgende Geräte und Materialien stehen Ihnen zur Verfügung:

Geräte: Lichtmikroskop, Objektträger, Deckgläschen, Präparierbesteck, Pasteurpipette

Material: Laubblatt des Alpenveilchens, Leitungswasser

Die Standortbedingungen und der Typ der Kohlenstoffdioxidfixierung sind in der folgenden Tabelle für das Alpenveilchen und die Gasteria angegeben.

Tabelle 1: Standortbeschreibung einer C 3 - und einer CAM-Pflanze

Pflanze

Standort

Typ der Kohlenstoffdioxidfixierung

Alpenveilchen

mäßig feucht und schattig in Laubmischwäldern in Mittel- und Südeuropa

C 3

Gasteria

trockene, heiße Gebiete im südlichen Afrika

CAM

4.1

Berechnen Sie auf Grundlage der Abbildungen 2 und 3 die Spaltöffnungsindizes der oberen und unteren Epidermis des Laubblattes der Gasteria (M 3). [4 BE]

4.2

Stellen Sie ein Abzugspräparat der unteren Epidermis des Laubblattes vom Alpenveilchen her (M 3).

Mikroskopieren Sie das Frischpräparat (M 3).

Berechnen Sie für das Präparat den Spaltöffnungsindex (M 3). [8 BE]

Hinweis: Das Präparat ist unter dem Mikroskop der Aufsicht führenden Lehrkraft vorzuzeigen. Sollte Ihnen die Durchführung nicht gelingen oder sollten Ihnen die Ergebnisse unbrauchbar erscheinen, können Sie Ersatzergebnisse anfordern (Ersatzbild Abb. Alpenveilchen untere Epidermis).

4.3

Deuten Sie die drei berechneten und den gegebenen Wert der Spaltöffnungsindizes in Material 3 in Bezug auf die jeweilige Art der Kohlenstoffdioxidfixierung als Angepasstheiten an die jeweiligen Standorte (M 1 – M 3). [7 BE]