Leistungskurs: Prüfung 2005

Aufgabe A: Herbizide - Photosynthese

(Allgemeine Arbeitshinweise)

Bearbeiten Sie die nachstehende Aufgabe.

In den vergangenen Jahrzehnten nahm der Einsatz von Chemikalien in der Landwirtschaft zu. Um die Herbizidwirkung zu untersuchen, werden Modellorganismen wie das Cyanobakterium Anabeena variabilis verwendet.
Bei Anabaena treten drei verschiedene Zellvarianten auf. Neben den häufigen Fadenzellen und den für die Bindung von Luftstickstoff spezialisierten Zellen (Heterocysten) werden stark vergrößerte, dickwandige Überdauerungsstadien (Akineten) ausgebildet. Im trüben Wasser von Reisfeldern können durch Cyanobakterien bis zu 50 kg Luftstickstoff ja Hektar gebunden werden. In Symbiose mit dem Schwimmfarn Azolla binden einige Cyanobakterien sogar bis zu 95 kg/ha. Die Cyanobakterien leben in einer Höhlung an der Unterseite der schwimmenden Blätter des Farns.
Von photoautotrophen Eubakterien unterscheiden sich Cyanobakterien durch andere Photosynthesepigmente (Chlorophyll a statt Bakterienchlorophyll) und durch die Freisetzung von Sauerstoff bei der Photolyse von Wasser. Aufgrund dieser Besonderheiten lassen sich Auswirkungen von Herbiziden sowohl auf Bakterien als auch auf Gefäßpflanzen testen.
Viel Herbizide richten sich gegen Blattfarbstoffe, wo die lichtabhängigen Reaktionen einen möglichen Angriffspunkt bieten. Das Herbizid Paraquat hat sich gegenüber anderen Präparaten behauptet, d es effektive Wirkung zeigt und schnell im Boden abgebaut werden kann.

Abb. 1: Wachstum von Anabaena variabilis unter verschiedenen Bedingungen.

 

Abb. 2: Einfluss von Paraquat auf den Pigmentgehalt von Anabaena nach einer Einwirkungszeit von 24 Stunden.

 

1.	Stellen Sie in Form einer Tabelle je zwei Gemeinsamkeiten und Unterschiede zum Bau der Zellen von Anabaena und einer Gefäßpflanze gegenüber. Ziehen Sie eine Schlussfolgerung.	(4 BE)
2.	Erstellen Sie ein Fließbild zum Ablauf der lichtabhängigen Reaktionen der Photosynthese einer Gefäßpflanze. Kennzeichnen Sie darin zwei mögliche Angriffspunkte von Paraquat.	(7 BE)
3.	Werten Sie die Abbildungen 1 und 2 aus. Begründen Sie anhand von Abb. 2, weshalb sich Anabaena als Modellorganismus für die Herbizidwirkung auf Gefäßpflanzen eignet.	(6 BE)
4.	Begründen Sie aus ökologischer Sicht die Eignung von Paraquat als Herbizid.	(2 BE)
5.	Stellen Sie einen vereinfachten Stickstoffkreislauf schematisch dar. Ordnen Sie Anabaena in diesen Kreislauf ein.	(4 BE)
6.	Erläutern Sie die beschriebenen Symbiose.	(2 BE)