Aufgabe 5 – Stoffkreisläufe und Einfluss des Mens… · Abitur NRW Biologie LK · C3/C4-Pflanzen 2026

C 3 -Pflanzen und Diversität bei C 4 -Pflanzen

Der Gruppe der C 3 -Pflanzen wird häufig die Gruppe der C 4 -Pflanzen gegenübergestellt. Ein wesentlicher Unterschied zwischen C 3 - und C 4 -Pflanzen zeigt sich in der Wirkung von Herbiziden. Darüber hinaus können auch innerhalb der Gruppe der C 4 -Pflanzen verschiedene C 4 -Typen unterschieden werden.

Material 1: C 3 - und C 4 -Pflanzen im Vergleich

C 4 -Pflanzen sind im Vergleich zu C 3 -Pflanzen in ihrem anatomischen Bau des Pflanzenkörpers und ihren stoffwechselphysiologischen Besonderheiten an Standorte mit hohen Temperaturen und Trockenheit angepasst. Abbildung 1 zeigt schematische lichtmikroskopische Querschnitte durch je ein Laubblatt einer C 3 - und einer C 4 -Pflanze. Abbildung 2 stellt vergrößerte Ausschnitte der Blattquerschnitte mit der Lokalisierung ausgewählter Prozesse der Fotosynthese bei C 3 - und C 4 -Pflanzen in den beteiligten Zelltypen dar.

Material 2: Zwei Typen der C 4 -Fotosynthese

Bei der Fotosynthese nutzen C 4 -Pflanzen unterschiedliche Stoffwechselwege, um das zuvor fixierte Kohlenstoffdioxid wieder freizusetzen und in den Calvin-Zyklus einzuspeisen. In diesem Zusammenhang werden verschiedene Typen der C 4 -Fotosynthese unterschieden, von denen zwei in Abbildung 3 dargestellt sind.

Material 3: Die Wirkung von DCDP als Herbizid

Vor allem Beikräuter, die C 4 -Fotosynthese betreiben, vermindern den Ertrag von C 3 -Pflanzen, wie beispielsweise Weizen, Reis und Gerste. Herbizide sind Substanzen, die Beikräuter abtöten sollen. In einer Versuchsreihe wurde die Wirkung der Substanz DCDP auf die Aktivität der Phosphoenolpyruvat-Carboxylase (PEPC) einer Pflanze, die C 4 -Fotosynthese betreibt, untersucht (Abb. 4). Das Enzym PEPC kommt auch in zahlreichen anderen Lebewesen wie Bakterien vor und ist an Stoffwechselvorgängen wie z. B. der Stickstofffixierung durch Knöllchenbakterien, die in Symbiose mit C 3 -Pflanzen leben, beteiligt. Die genaue Wirkungsweise von DCDP auf C 3 -Pflanzen wurde bisher noch nicht untersucht.

In einer weiteren Versuchsreihe wurde die Wirkung von DCDP auf C 3 - und C 4 -Modellpflanzen untersucht. Dabei wurde eine DCDP-Lösung mit der Konzentration 1 mmol/L nach 8 Minuten sowohl zu Weizen als auch zu Rispenhirse hinzugefügt und die Fotosyntheserate der jeweiligen Pflanzen gemessen (Abb. 5).

In weiterführenden Versuchen wurde nach dem Entfernen von DCDP durch Wasser eine vollständige Regeneration der Fotosyntheserate bei C 4 -Pflanzen beobachtet. Bei C 3 -Pflanzen liegen dazu keine Untersuchungsergebnisse vor.

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Beurteilen Sie aus ökologischer Sicht den Einsatz von DCDP zur Bekämpfung von C 4 -Beikräutern auf einem Feld mit C 3 -Pflanzen (M 3). [8 BE]