Abitur Rheinland-Pfalz Biologie 2026 · LK · Tomaten-EN

Material 1: Reifung von Tomatenfrüchten

Eine unreife Tomatenfrucht ist zunächst grün. In diesem Stadium kann sie Fotosynthese betreiben. Im Laufe des Reifungsprozesses wird sie rot, da die enthaltenen Chlorophylle abgebaut werden und u. a. der rote Farbstoff Lycopin synthetisiert und angereichert wird. Eines der in Abbildung 1 angegebenen Absorptionsspektren zeigt das Spektrum von Farbstoffen unreifer Tomaten, das andere das Spektrum reifer Tomaten. Tabelle 1 stellt den Zusammenhang zwischen Lichtfarbe und Wellenlänge dar.

Tabelle 1: Zusammenhang zwischen Lichtfarbe und Wellenlänge

Lichtfarbe

violett

blau

grün

gelb

orange

rot

ungefähre Wellenlänge in nm

380 – 435

435 – 480

480 – 570

570 – 590

590 – 610

610 – 700

Forschende hatten sich zum Ziel gesetzt, die Reifung geernteter Tomatenfrüchte zu verlangsamen, um dadurch ihre Lagerfähigkeit zu erhöhen. Für die Reifung sind zahlreiche Enzyme verantwortlich, die durch die Wirkung des Reifehormons Ethen produziert werden, wofür die Zelle Energie bereitstellen muss. Die Forschenden verhinderten durch ein gentechnisches Verfahren die Ethen-Produktion. Die Reifung der veränderten Tomatenfrüchte wurde mit der Reifung unveränderter Tomatenfrüchte (Wildtyp) verglichen (Abb. 2). Alle Tomatenfrüchte befanden sich bei Beginn der Untersuchung in grünem Zustand.

1 Begründen Sie, welches der in Abbildung 1 dargestellten Absorptionsspektren einer reifen bzw. unreifen Tomatenfrucht zugeordnet werden kann (M 1). [5 BE]

A

B

Material 1: Reifung von Tomatenfrüchten

Eine unreife Tomatenfrucht ist zunächst grün. In diesem Stadium kann sie Fotosynthese betreiben. Im Laufe des Reifungsprozesses wird sie rot, da die enthaltenen Chlorophylle abgebaut werden und u. a. der rote Farbstoff Lycopin synthetisiert und angereichert wird. Eines der in Abbildung 1 angegebenen Absorptionsspektren zeigt das Spektrum von Farbstoffen unreifer Tomaten, das andere das Spektrum reifer Tomaten. Tabelle 1 stellt den Zusammenhang zwischen Lichtfarbe und Wellenlänge dar.

Tabelle 1: Zusammenhang zwischen Lichtfarbe und Wellenlänge

Lichtfarbe

violett

blau

grün

gelb

orange

rot

ungefähre Wellenlänge in nm

380 – 435

435 – 480

480 – 570

570 – 590

590 – 610

610 – 700

Forschende hatten sich zum Ziel gesetzt, die Reifung geernteter Tomatenfrüchte zu verlangsamen, um dadurch ihre Lagerfähigkeit zu erhöhen. Für die Reifung sind zahlreiche Enzyme verantwortlich, die durch die Wirkung des Reifehormons Ethen produziert werden, wofür die Zelle Energie bereitstellen muss. Die Forschenden verhinderten durch ein gentechnisches Verfahren die Ethen-Produktion. Die Reifung der veränderten Tomatenfrüchte wurde mit der Reifung unveränderter Tomatenfrüchte (Wildtyp) verglichen (Abb. 2). Alle Tomatenfrüchte befanden sich bei Beginn der Untersuchung in grünem Zustand.

2 Geben Sie die Reaktionsgleichung der Zellatmung an und nennen Sie die einzelnen Teilschritte unter Angabe ihrer jeweiligen Energiebilanz. Fassen Sie die Untersuchungsergebnisse in Abbildung 2 zusammen und erklären Sie diese (M 1). [13 BE]

a)

b)

c)

d)

Material 2: Tomatenanbau in Europa

Tomatenfrüchte reifen besonders gut in den südlichen europäischen Ländern, aber auch in Deutschland, Österreich und der Schweiz. Etwa zwei Drittel der europäischen Tomaten werden in Spanien und Italien produziert.

Um Tomaten ganzjährig anbauen zu können, müssen die Gewächshäuser zum Teil beheizt werden, wofür Energie benötigt wird. In verschiedenen Untersuchungen der Technischen Hochschule Zürich wurden Daten für den Energiebedarf der inländischen Tomatenproduktion mit Daten für den Energiebedarf der Produktion von importierten Tomaten aus spanischen Gewächshäusern verglichen. Tabelle 2 zeigt ausgewählte Daten für den Monat Mai.

Tabelle 2: Energiebedarf für das Tomatenangebot im Monat Mai in der Schweiz aus zwei unterschiedlichen Anbaugebieten Anbaugebiet · Energiebedarf für Gewächshausbeheizung

in kg CO₂-Äquivalenten pro kg Produkt · Energiebedarf für Transport

in kg CO₂-Äquivalenten pro kg Produkt

Almería (Spanien) · 0,0 · 0,2

Bern (Schweiz) · 5,0 · 0,1

(Quelle: In Anlehnung an Zhiyenbek et al., 2016, S. 24, Abb. 20 und S. 25, Abb. 24)

Die Vergütung von Arbeitern in der Landwirtschaft ist in Ländern unterschiedlich hoch. Tabelle 3 zeigt den Lohn eines Feldarbeiters im Vergleich zum durchschnittlichen Einkommen in verschiedenen europäischen Ländern.

Tabelle 3: Lohn eines Feldarbeiters und Durchschnittseinkommen in verschiedenen Ländern Land · durchschnittlicher Brutto-Monatslohn eines Feldarbeiters · monatliches Durchschnitts-Bruttoeinkommen

Schweiz · 4600 € · 7700 €

Niederlande · 1900 € · 4300 €

Italien · 1300 € · 2600 €

Spanien · 630 € · 2400 €

(Quellen: In Anlehnung an RTL.de, 2020, Durchschnittliches Einkommen weltweit, o. D., rbb24, 2023, Landwirtschaftliches Einkommen, o. D., Landwirtschaft, Lebensmittelindustrie, Niederlande salaries, o. D.)

Es wird kontrovers diskutiert, in der Schweiz Tomaten aus z. B. spanischen Gewächshäusern zu kaufen. Um hier zu einer Urteilsfindung zu gelangen, ist es notwendig, fachliche Aussagen mit Werten in Beziehung zu setzen. Folgende Werte werden häufig genannt: Umweltschutz, Gesundheit, Freiheit, Leidverringerung, Wohlstand, Würde des Menschen, Bildung und Fortschritt.

3

Bewerten Sie anhand einer Pro- und Contra-Argumentation mit je einem Argument, das sich auf je einen selbstgewählten Wert bezieht, ob im Monat Mai in der Schweiz regional produzierte oder aus Spanien importierte Gewächshaustomaten gekauft werden sollten (M 2). [8 BE]

Material 3: Tuta absoluta - ein bedeutender Tomatenschädling und seine Bekämpfung

Die Tomatenminiermotte ( Tuta absoluta) ist eine ursprünglich aus Lateinamerika stammende Schmetterlingsart, die Anfang der 2000er Jahre nach Europa eingeschleppt wurde. Sie gilt als invasive Art. Ausgewachsene Individuen sind 6 bis 7 mm groß und besitzen eine braun-silbrige Färbung sowie schwarz gefleckte Flügel. Während ihrer Lebensspanne kann eine weibliche Tomatenminiermotte bis zu 250 Eier legen. Diese werden auf der Unterseite der Blätter von Tomatenpflanzen abgelegt. Die Tomatenminiermotte durchläuft in ihrer Entwicklung eine vollständige Verwandlung mit vier Larvenstadien und einem Puppenstadium. Unter günstigen Bedingungen, knapp unter 30 °C, dauert ein vollständiger Entwicklungszyklus weniger als einen Monat. Im Gegensatz zu vielen anderen Insektenarten können so mehrere Generationen pro Jahr entstehen. Die Lebensspanne der ausgewachsenen Tiere beträgt dann zwischen 10 und 20 Tage und ist stark von Futterangebot und Umgebungstemperatur abhängig. Fraßschäden werden vor allem durch die Larven verursacht und können an Blättern, Sprossachse und Früchten der Tomatenpflanzen entstehen. Sie können ohne Bekämpfung Ernteausfälle von bis zu 100 % hervorrufen.

Neben der chemischen Bekämpfung der Tomatenminiermotte durch Pflanzenschutzmittel wird auch der Einsatz natürlicher Fressfeinde wie der räuberisch lebenden Wanzenart Macrolophus pygmaeus zur Beseitigung eines Schädlingsbefalls diskutiert. Diese erbeutet sowohl Eier als auch alle vier Larvenstadien der Tomatenminiermotte. Um die Effektivität eines solchen Einsatzes abschätzen zu können, untersuchten Forschende in Frankreich im Jahr 2013 das Beutefangverhalten von Macrolophus pygmaeus. Als Beute wurden ihr die invasive Tomatenminiermotte im Vergleich zu einer anderen, heimischen Beuteart, der Tabakmottenschildlaus ( Bemisia tabaci), angeboten, die ebenfalls ein Tomatenschädling ist. Im Rahmen der Studie wurde die folgende Fragestellung untersucht: Welche Nahrungspräferenzen zeigt die Raubwanze Macrolophus pygmaeus, wenn beide Beutearten in unterschiedlichen Populationsdichten an Tomatenpflanzen verfügbar sind?

4 Begründen Sie, ob die Fortpflanzung der Tomatenminiermotte eher der r-Strategie oder der K-Strategie zugeordnet werden kann (M 3). [4 BE]

Material 3: Tuta absoluta - ein bedeutender Tomatenschädling und seine Bekämpfung

Die Tomatenminiermotte ( Tuta absoluta) ist eine ursprünglich aus Lateinamerika stammende Schmetterlingsart, die Anfang der 2000er Jahre nach Europa eingeschleppt wurde. Sie gilt als invasive Art. Ausgewachsene Individuen sind 6 bis 7 mm groß und besitzen eine braun-silbrige Färbung sowie schwarz gefleckte Flügel. Während ihrer Lebensspanne kann eine weibliche Tomatenminiermotte bis zu 250 Eier legen. Diese werden auf der Unterseite der Blätter von Tomatenpflanzen abgelegt. Die Tomatenminiermotte durchläuft in ihrer Entwicklung eine vollständige Verwandlung mit vier Larvenstadien und einem Puppenstadium. Unter günstigen Bedingungen, knapp unter 30 °C, dauert ein vollständiger Entwicklungszyklus weniger als einen Monat. Im Gegensatz zu vielen anderen Insektenarten können so mehrere Generationen pro Jahr entstehen. Die Lebensspanne der ausgewachsenen Tiere beträgt dann zwischen 10 und 20 Tage und ist stark von Futterangebot und Umgebungstemperatur abhängig. Fraßschäden werden vor allem durch die Larven verursacht und können an Blättern, Sprossachse und Früchten der Tomatenpflanzen entstehen. Sie können ohne Bekämpfung Ernteausfälle von bis zu 100 % hervorrufen.

Neben der chemischen Bekämpfung der Tomatenminiermotte durch Pflanzenschutzmittel wird auch der Einsatz natürlicher Fressfeinde wie der räuberisch lebenden Wanzenart Macrolophus pygmaeus zur Beseitigung eines Schädlingsbefalls diskutiert. Diese erbeutet sowohl Eier als auch alle vier Larvenstadien der Tomatenminiermotte. Um die Effektivität eines solchen Einsatzes abschätzen zu können, untersuchten Forschende in Frankreich im Jahr 2013 das Beutefangverhalten von Macrolophus pygmaeus. Als Beute wurden ihr die invasive Tomatenminiermotte im Vergleich zu einer anderen, heimischen Beuteart, der Tabakmottenschildlaus ( Bemisia tabaci), angeboten, die ebenfalls ein Tomatenschädling ist. Im Rahmen der Studie wurde die folgende Fragestellung untersucht: Welche Nahrungspräferenzen zeigt die Raubwanze Macrolophus pygmaeus, wenn beide Beutearten in unterschiedlichen Populationsdichten an Tomatenpflanzen verfügbar sind?

5 Planen Sie ein Laborexperiment, mit dem die formulierte Fragestellung unter kontrollierten Bedingungen untersucht werden kann (M 3). [10 BE]