Sächsisches Staatsministerium Geltungsbereich: für Kultus - allgemeinbildendes Gymnasium - Abendgymnasium und Kolleg - schulfremde Prüfungsteilnehmer

Schriftliche Abiturprüfung Grundkursfach Biologie

Abiturähnliche Musteraufgaben

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Materialien für die Vorbereitung der schriftlichen Abiturprüfung im Grundkursfach Biologie auf der Grundlage des neuen Lehrplans

1 Vorbemerkungen Die im Zuge der Reform der gymnasialen Oberstufe auf alle Lehrerinnen und Lehrer zukommenden Veränderungen betreffen auch die schriftliche Abiturprüfung im Grundkursfach Biologie. Intention des Autorenteams dieser Musteraufgaben war es, allen Kolleginnen und Kollegen ein praktikables Hilfsmittel zur Vorbereitung der Schülerinnen und Schüler auf das zukünftige schriftliche Biologie-Abitur ab dem Schuljahr 2009/10 in die Hand zu geben. Grundlage dieser abiturähnlichen Musterklausur bildeten folgende Dokumente:

- „Einheitliche Prüfungsanforderungen in der Abiturprüfung Biologie“ (Be-schluss der Kultusministerkonferenz vom 01.12.1989 i.d.F. vom 05.02.2004)

- Lehrplan Biologie für das allgemeinbildende Gymnasium in Sachsen (in der für die gymnasiale Oberstufe ab 01. 08. 2008 gültigen Fassung)

- „Hinweise zur Vorbereitung auf die Abiturprüfung und die Ergänzungsprü-fungen 2010 an allgemein bildenden Gymnasien, Abendgymnasien und Kollegs im Freistaat Sachsen“

Gegenüber den bisher gewohnten Aufgaben ergeben sich neben einer geänderten Aufgabenstruktur und Arbeitszeit für die Prüfung folgende Veränderungen bzw. Hin-weise:

Teil A: - eine Pflichtaufgabe aus mehreren Teilen zu grundlegenden biologischen

Sachverhalten ohne Nutzung von Hilfsmitteln - Teile sind auch als Multiple-Choice möglich Teil B: - zwei komplexe Aufgaben ohne eigene praktische Tätigkeit stehen zur Aus-

wahl, von denen eine zu bearbeiten ist - zugelassene Hilfsmittel: (Tabellen- und Formelsammlung,

Bestimmungsbuch, grafikfähiger Taschenrechner mit oder ohne CAS) - Aufgabenstruktur in Anlehnung an die aktuelle EPA durch Ausweisen von

Materialien - besonderer Schwerpunkt liegt dabei auf der Vernetzung unterschiedlicher

Teilgebiete, der Anwendung von Kenntnissen und Fähigkeiten sowie auf Praxisorientierung der Sachverhalte

- Fragestellung mit Antwortalternativen sind möglich Teil C: - zwei komplexe Aufgaben mit eigener praktischer Tätigkeit stehen zur Aus-

wahl, von denen eine zu bearbeiten ist - zugelassene Hilfsmittel wie im Teil B - bekannte Aufgabenstruktur bleibt erhalten

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- besonderer Schwerpunkt liegt dabei auf der Vernetzung unterschiedlicher Teilgebiete, der Anwendung von Kenntnissen und Fähigkeiten und auf Praxisorientierung der Sachverhalte

- Fragestellung mit Antwortalternativen sind möglich Grundlegendes Wissen aus der Sekundarstufe I sollte durch die Schülerinnen und Schüler zur Lösung aller Aufgabenteile angewendet werden können. 2 Maßnahmen zur materiellen Sicherstellung der Prüfung Für die Prüfungsteilnehmer sind neben kariertem Papier auch Papier mit Millimeter-raster und unliniertes Papier bereitzustellen. Im Teil C der schriftlichen Prüfung hat jeder Prüfungsteilnehmer die Wahl zwischen zwei Aufgaben (C 1 und C 2), die jeweils eigene praktische bzw. experimentelle Tä-tigkeit unter Einhaltung der geltenden Sicherheitsbestimmungen erfordern. Dafür sind hinreichend viele Arbeitsplätze einzurichten. Für die Beaufsichtigung der prakti-schen bzw. experimentellen Tätigkeit der Prüfungsteilnehmer ist ein Fachlehrer ein-zusetzen, der in der Lage ist, diese zu kontrollieren, einzuschätzen und zu protokol-lieren. Zu diesem Zweck ist für jeden Prüfungsteilnehmer ein Protokollformblatt vorzu-bereiten, das neben der Chiffre der Bildungseinrichtung und der Kennzahl des Prü-fungsteilnehmers insbesondere folgende Schwerpunkte enthält: 1. Beim Mikroskopieren - Einstellen des Mikroskops (z. B. Scharfeinstellung, Ausleuchtung, geeignete

Vergrößerung, geeigneter Ausschnitt) - Qualität des Präparates (z. B. Schnittstärke, Luftblasenfreiheit, Färbung) - Übereinstimmung von Präparat und Zeichnung 2. Beim Experimentieren - ggf. vollständiges Anfordern der notwendigen Geräte, Materialien und Chemika-

lien - planvolles, selbstständiges, ordnungsgemäßes Durchführen unter Einhaltung der

Sicherheitsbestimmungen - Beobachtungsergebnisse entsprechend der Aufgabenstellung Das vom beaufsichtigenden Fachlehrer durch Ausfüllen des Formblattes (Erfül-lungsgrad des jeweiligen Schwerpunktes, ggf. erteilte Hilfe) erstellte Protokoll ist nach der Prüfung den Korrektoren zugänglich zu machen. Beim Pflanzenbestimmen sind dem Protokoll die Literaturangaben für das Bestimmungsbuch und die Bestim-mungswege der zu bestimmenden Pflanzenarten für die Zweit- und ggf. Drittkorrekto-ren beizufügen.

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Für jeden Arbeitsplatz sind Geräte, Materialien und Chemikalien wie folgt zu planen: Grundkurs C1 - Mikroskop, Objektträger, Deckgläschen, Präparierbesteck, Rasierklinge, Gefäß

mit Wasser, Pipette - frische Sprossachse (ohne Blüten und Blätter) einer einkeimblättrigen (z. B.

Tulpe, Mais) oder zweikeimblättrigen (z. B. Hahnenfuß, Klee, Taubnessel) Pflanze

Hinweis: Der Aufsicht führende Fachlehrer muss im Aufsichtsprotokoll ein verbales Urteil über die Durchführung der Mikroskopie abgeben. Grundkurs C2 Geräte: - Reagenzgläser - Wasserbad (ca. 10 °C) - Reagenzglasständer - Wasserbad (ca. 25 °C) - Thermometer - Wasserbad (ca. 40 °C) - Pipetten - Stoppuhr Chemikalien: - 1%ige Stärkelösung - Iod-Kaliumjodid-Lösung

- α-Amylase (z. B. in Mezym F enthalten)

Hinweis: Der Aufsicht führende Fachlehrer muss im Aufsichtsprotokoll ein verbales Urteil über die Durchführung der Experimente unter Einhaltung des Arbeitsschutzes abgeben. Generell sind für das experimentelle Arbeiten Schutzbrillen und möglichst auch Schutzbekleidung zur Verfügung zu stellen. Vor Arbeitsbeginn sind die Prüfungsteil-nehmer auf mögliche Gefahren und auf die ordnungsgemäße Entsorgung der Che-mikalien hinzuweisen.

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3 Aufgabenmuster

Teil A Bearbeiten Sie die nachstehende Aufgabe. Die aus dem Indopazifik stammende Algenart Caulerpa taxifolia wurde ins Mittelmeer eingeschleppt und verbreitet sich dort vermutlich seit 1984 in flachen Meereszonen. Sie überwuchert mit ihrer enormen Wachstumsgeschwindigkeit die Seegraswiesen, die eine wichtige Lebensgrundlage für Tiere sind. Diese Alge ist giftig und hat im Mittelmeer keine natürlichen Feinde. Caulerpa taxifolia besteht aus einer einzigen, riesigen, bis zu mehreren Metern lan-gen, vielkernigen Pflanzenzelle. Diese Zelle ist in blatt-, stängel- und wurzelähnliche Abschnitte untergliedert, so dass sie wie eine mehrzellige Pflanze aussieht. Die blattähnlichen Bereiche dienen der Photosynthese und besitzen Chloroplasten. Die wurzelähnlichen Abschnitte sind chloroplastenfrei und dienen der Verankerung im Meeresboden. Ausläuferartig sind die stängelähnlichen Bereiche, mit denen Caulerpa auch weiter wächst. 1. Fertigen Sie eine beschriftete schematische Zeichnung zum elektronenmikrosko- pisch sichtbaren Bau des Zellorganells an, welches die Grünfärbung von Caulerpa bewirkt.

Erreichbare BE-Anzahl: 3 2. Stellen Sie in einem Fließschema die lichtunabhängigen Prozesse der Photosyn-these von Caulerpa bis zur Glucose dar.

Erreichbare BE-Anzahl: 4 3. Begründen Sie die starke Ausbreitung von Caulerpa im Mittelmeer.

Erreichbare BE-Anzahl: 2 4. Vergleichen Sie in einer Tabelle den Bau von Caulerpa mit dem einer Samenpflanze auf der Ebene des Organismus und der Zelle sowie ihre Stellung im Ökosystem.

Erreichbare BE-Anzahl: 4 5. Wählen Sie unter den nachstehenden Aussagen jeweils die richtige aus und notieren Sie den entsprechenden Buchstaben.

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5.1 Das Cytoplasma und die Vakuole von Caulerpa weisen eine wenig höhere Stoffkon-zentration auf, als das sie umgebende Meerwasser. Trotzdem schwillt Caulerpa nicht an und platzt, weil ... a - die Zellwände jeglichen Wassereinstrom unterbinden. b - die Zellwand mit ihrem Wanddruck, dem zunehmenden Zellinnendruck (Tur-

gordruck) durch einströmendes Wasser standhält. c - sie durch aktiven Transport Ionen durch die Membran in die Vakuole transportiert. d - sie durch aktiven Transport Ionen aus der Vakuole nach außen abgibt. 5.2 Welcher Teil des zellulären Glucosestoffwechsels von Caulerpa benötigt Sauerstoff? a - die Gärung b - die Glycolyse c - die Atmungskette d - der Citratzyklus e - Alle vier benötigen Sauerstoff.

Erreichbare BE-Anzahl: 2

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Teil B Wählen Sie eine der nachstehenden Aufgaben aus und bearbeiten Sie diese. Aufgabe B1: Lupinen (Lupinus spec.) sind auf Grund ihres hohen Eiweißgehaltes gut als Futter-pflanzen geeignet. Hauptprobleme beim Anbau von Lupinen waren aber lange der geringe Ertrag und der relativ hohe Gehalt an giftigen Bitterstoffen (Alkaloide). Die Alkaloide Lupinin und Spartein sind für Rinder bereits in geringen Konzentratio-nen giftig. Das Spartein bewirkt eine Hemmung des Enzyms Acetylcholinesterase und beeinflusst damit die Erregungsübertragung auf die Skelettmuskulatur. Symp-tome sind Zittern und schließlich Krämpfe; schwere Vergiftungen können sogar töd-lich enden. Es wurden inzwischen Kultur-Sorten gezüchtet, die dieses Alkaloid nicht bilden. Man bezeichnet sie als Süßlupinen. Darüber hinaus werden auf Feldern in der Zeit zwischen Ernte und Saat Lupinen als Zwischenfrucht angebaut. Diese werden dann vor der Neubestellung des Feldes untergepflügt und dienen so als Gründünger. 1. Erläutern Sie mit Hilfe von M1 die interspezifische Beziehung zwischen Lupine und Bakterien der Gattung Rhizobium.

Erreichbare BE-Anzahl: 3 2. Begründen Sie mit Hilfe von M2, weshalb die Gründüngung mit Schmetterlingsblü-tengewächsen eine gute Alternative zur mineralischen Nitrat-Düngung darstellt.

Erreichbare BE-Anzahl: 4 3. Stellen Sie den in M3 beschrieben Erbgang von der Elterngeneration bis zur zweiten Tochtergeneration anhand geeigneter Kreuzungsschemata dar. Erklären Sie dabei das Auftreten von Bitter- und Süßlupinen in den jeweiligen Gene-rationen unter Anwendung der Mendelschen Regeln.

Erreichbare BE-Anzahl: 10 4. Erstellen Sie ein Fließschema zur Realisierung der genetischen Information eines der in M3 aufgeführten Gene in Zellen von Lupinen. Geben Sie dabei auch die ent-sprechenden Reaktionsorte an.

Erreichbare BE-Anzahl: 5 5. Begründen Sie unter Einbeziehung von M4 die Symptome einer Vergiftung mit Spartein bei Rindern.

Erreichbare BE-Anzahl: 4

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6. Beschreiben Sie die Bedeutung der Bitterstoffe für die Lupinen aus ökologischer und evolutionsbiologischer Sicht.

Erreichbare BE-Anzahl: 4

M1: Lupinen gehören zu den Schmetterlingsblütengewächsen, die eine Vergesell-schaftung mit Wurzelknöllchenbakterien der Gattung Rhizobium eingehen. DieseRhizobien dringen in die Rindenzellen der Wurzel ein und führen dort zur Ausbil-dung der Wurzelknöllchen. Die nachstehende Abbildung verdeutlicht Zusammen-hänge der interspezifischen Beziehung:

organische Stickstoffverbindungen

wie z. B. Proteine

K

Luft-Stickstoff

Assimilate

Sauerstoff

-

Nitrogenase

Dissimilation

ATP

A

A

RhizobiumZelle

,

Wurzelzelleder Lupine

ohlenstoff-dioxid

ssimi- lation

mmonium-Ionen

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M2: natürlicher Stickstoffkreislauf (stark vereinfacht)

Luft-Stickstoff

Stickstoff bindende Rhizobien

Destruenten

Nitrat-Ionen

Pflanzen

abgestorbene Pflanzen

Ammonium-Ionen

M3: Süßlupinen bilden keine Alkaloide. Sie sind hinsichtlich dieses Merkmals reinerbig.Dem Merkmal können jedoch zwei unterschiedliche Genotypen zu Grunde liegen. Die Alkaloide werden in einer Reaktionskette aus Vorstufen gebildet. Vorausset-zung dafür ist, dass beide Enzyme vorhanden sind, die durch zwei verschiedeneGene auf unterschiedlichen Chromosomen codiert werden: In einem Kreuzungsexperiment erhielt man folgende Ergebnisse: Kreuzte man zwei unterschiedliche Süßlupinen-Sorten (Genotypen AAbb undaaBB), so entstanden in der F1-Generation ausschließlich Pflanzen, die das Al-kaloid bildeten. Die F2-Generation hingegen bestand jeweils aus alkaloidfreienund aus alkaloidhaltigen Individuen im statistischen Verhältnis 7: 9.

Enzym B Enzym A

Vorstufe 2 Vorstufe 1 Alkaloid (Bitterstoff)

Gen A Gen B

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M4: Informationsübertragung an Synapsen

Ca2+

ps

Na+

Ap e

A (

Spaltung von AcCh durch AcCh-Esterase und Rückdiffusion der Produkte

Wiederaufnahme von AcCh-Spalt-rodukten und Neu-ynthese von AcCh

AR

Na+-Kanal

cCh-ezeptor

cetylcholinAcCh)

ktions-otenzial

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Aufgabe B2: Die giftige Wirkung des Pestizids Rotenon beruht auf der Hemmung der Atmungs-kette in den Mitochondrien. Einigen Studien zufolge steht Rotenon im Verdacht, die Parkinson–Krankheit auslösen zu können. Der Einsatz in Deutschland ist verboten. Der Londoner Arzt PARKINSON beschrieb 1817 erstmalig diese Krankheit, die auf der Degeneration bestimmter Nervenzellen in einem Bereich des Hirnstamms, der so genannten Schwarzen Substanz, beruht. Der biochemische Hintergrund ist die Ab-nahme der Konzentration des Transmitters Dopamin im Gehirn. Bei der Prakinson-Krankheit ist das Gleichgewicht zwischen hemmendem Dopamin und aktivierendem Acetylcholin im Gehirn gestört. Der Einfluss von Acetylcholin überwiegt immer mehr. So kommt es zu den für diese Krankheit typischen Symptomen. Damit Bewegungen koordiniert ablaufen können, müssen Signale im Gehirn verar-beitet werden und über den Hirnstamm sowie das Rückenmark bis zu den jeweiligen Muskeln weitergeleitet werden. Das geschieht durch Verrechnung von erregenden und hemmenden Nervensignalen. 1. Beschreiben Sie die Prozesse der Atmungskette.

Erreichbare BE-Anzahl: 4 2. Stellen Sie jeweils Vor- und Nachteile von zwei Methoden der Schädlingsbekämp-fung in einer Tabelle gegenüber.

Erreichbare BE-Anzahl: 5 3. Werten Sie M5 aus und interpretieren Sie die Ergebnisse.

Erreichbare BE-Anzahl: 8 4. Fertigen Sie eine beschriftete schematische Zeichnung von zwei miteinander verbundenen markhaltigen Nervenzellen an.

Erreichbare BE-Anzahl: 5 5. Stellen Sie mit Hilfe von M6 mögliche kausale Zusammenhänge zwischen den bio-chemischen Veränderungen in der Schwarzen Substanz und den Krankheitssymp-tomen bei Parkinson-Patienten dar.

Erreichbare BE-Anzahl: 4 6. Erklären Sie unter Einbeziehung von M7 zwei mögliche Therapieansätze für die Par-kinson-Krankheit.

Erreichbare BE-Anzahl: 4

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0255075

100125150175200225

0 4 8 12 16Monate nach Pestizideinsatz

Anza

hl d

er T

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im B

oden

(%)

Springschwänze Raubmilben Pestizidmenge

0255075100

Men

ge d

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estiz

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(%)

M5

---

M6 Die auffälligsten Symptome der Parkinson-Krankheit sind eine veränderte Spannung der Skelettmuskulatur, das damit verbundene Zittern und eine damit ausgeprägte Minderung der Beweglichkeit (Muskelsteifheit). Die Gesichtszüge der Betroffenen werden starrer.

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M7 Die ersten Symptome der Krankheit treten auf, wenn ca. 60 % der Dopamin-Produktion in der Schwarzen Substanz verloren gegangen ist. Die Erzeugung elektrischer Signale in Dopamin produzierenden Zellen erfolgt kurz nach ihrer Bildung über Natrium-Ionen, später zunehmend mit Calcium-Ionen bis schließlich bei alternden Zellen hauptsächlich diese Ionen für die Erzeugung der elektrischen Impulse genutzt werden. Forscher sind der Ansicht, dass diese Veränderung der entscheidende Faktor ist, der die Zellen sehr viel anfälliger gegenüber Stress sowie giftigen Substan-zen macht und damit auch zum vorzeitigen Zelltod führt. In Tests blockierten sie mit Hilfe des Wirkstoffs Isradipin die Calcium-Ionen-Poren. Die Zellen schalteten mit kurzer Verzögerung wieder auf Natrium-Ionen um und verhiel-ten sich wie junge Zellen. Eine therapeutische Anwendung ist daher in Zukunft denkbar. Es gibt eine Gruppe von Substanzen (Dopaminagonisten), die am Dopamin-Rezeptor binden können und die gleiche Wirkung wie Dopamin zeigen. Die Genforschung konnte mehr als zehn gestörte Genorte beschreiben, die erbliche Formen der Krankheit verursachen. Eine neuartige Gentherapie be-findet sich in einer ersten klinischen Studie.

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Teil C Wählen Sie eine der nachstehenden Aufgaben aus und bearbeiten Sie diese. Aufgabe C1: Im Verlauf der stammesgeschichtlichen Entwicklung pflanzlicher Organismen ist eine zunehmende Progression bei vielen systematischen Gruppen zu beobachten. Diese spiegelt sich in der Gewebe- und Organdifferenzierung wider. 1. Fertigen Sie von der vorliegenden Sprossachse einen Querschnitt an. Mikroskopieren Sie das Objekt und erstellen Sie eine beschriftete schematische Übersichtszeichnung. Nach Fertigstellung der Zeichnung ist das Präparat unter dem Mikroskop dem Auf-sicht führenden Lehrer vorzuzeigen.

Erreichbare BE-Anzahl: 7 2. Ordnen Sie ausgehend von Ihrer Übersichtszeichnung die Pflanze in das System der Organismen ein. Begründen Sie Ihre Einordnung.

Erreichbare BE-Anzahl: 2 3. Vergleichen Sie den Bau des Sprossachsenquerschnittes mit dem in M8 darge-stellten Querschnitt des Laubmoosstämmchens in einer Tabelle. Leiten Sie zwei Merkmale der Progression ab.

Erreichbare BE-Anzahl: 6

M8 Querschnitt eines Laubmoosstämmchens

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Aufgabe C2: Enzyme spielen eine wesentliche Rolle im Stoffwechsel aller lebenden Organismen. Die Wirksamkeit von Enzymen ist von äußeren Faktoren abhängig. Die Bauchspeicheldrüse des Menschen produziert unter anderem das Enzym α-Amylase, welches das Polysaccharid Stärke in das Disaccharid Maltose spaltet. 1. Untersuchen Sie die Aktivität des Enzyms α-Amylase in Abhängigkeit von der Tem-peratur und fertigen Sie ein ausführliches Protokoll an. Die Qualität des experimentellen Arbeitens wird mit bewertet. Für die Experimente stehen Ihnen folgende Geräte, Chemikalien und Materialien zur Verfügung: - Reagenzgläser - 1%ige Stärkelösung - Wasserbad (ca. 10 °C) - Reagenzglasständer - α-Amylase - Wasserbad (ca. 25 °C) - Thermometer - Iod-Kaliumjodid-Lösung - Wasserbad (ca. 40 °C) - Pipetten - Stoppuhr

Erreichbare BE-Anzahl: 11

2. Werten Sie die in M9 dargestellten Messwerte aus. Ziehen Sie eine Schlussfolgerung.

Erreichbare BE-Anzahl: 4

M9 Relative Aktivität von Enzymen

pH-Wert 5,0 6,0 7,0 8,0 8,5 9,0 10,0 10,5Relative Enzymaktivi-tät von Enzym A in %

12 33 78 99 97 91 48 18

pH-Wert 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 Relative Enzymaktivi- 3 25 75 99 95 73 34 5

tät von Enzym B in %

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4 Erwartungsbild und Bewertungsmaßstab

Teil A (Caulerpa)

1. (Anforderungsniveau I) Schematisches Zeichnen eines Chloroplasten:

1 mit folgenden Begriffen: - Doppelmembran - Stroma (Matrix) - Grana (Granum-Thylakoide) - DNA und Ribosomen

2 2. (Anforderungsniveau I-II) Darstellen in einem Fließschema:

1 z. B.

3

CO2

C5-Körper (instabiler C6-Körper)

ADP

2 C3-Körper

ATP

Glucose

2 C3-Körperreduziert

NADP+ NADPH + H+

3. (Anforderungsniveau II) Begründen: z. B.

die Wachstumsgeschwindigkeit ist höher als beim Seegras, darum schnellere Ausbreitung

−

− keine natürlichen Feinde, darum keine Hemmung der Ausbreitung 2

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4. (Anforderungsniveau I-II) Vergleichen in einer Tabelle:

1 z. B.

Caulerpa Samenpflanze Gemeinsamkeit - Stellung im Ökosystem: Produzenten Unterschiede - einzelliger Organismus

- in einzelne Funktions-

abschnitte gegliedert

- mehrzelliger Organis-mus

- in die Organe Wurzel, Sprossachse und Blatt gegliedert

Das Verhältnis von Gemeinsamkeiten und Unterschieden kann variieren.

3 5. (Anforderungsniveau I) Auswählen und notieren: 5.1 Aussage b ist richtig. 5.2 Aussage c ist richtig.

2 15

B1 (Lupinen)

1. (Anforderungsniveau I-II) Erläutern: z. B.

Vorteil für Rhizobium: nutzt Assimilate der Lupine −

−

−

−

−

−

−

Vorteil für Lupine: nutzt durch Rhizobien gebildete Ammonium-Ionen zum Aufbau eigener energiereicher organischer Stickstoffverbindungen eine solche interspezifische Beziehung zum gegenseitigen Vorteil der Partner be-zeichnet man als Symbiose

3 2. (Anforderungsniveau I-II) Begründen: z. B.

durch Symbiose mit Rhizobien sind Schmetterlingsblütengewächse reich an organischen Stickstoffverbindungen nach dem Unterpflügen sterben die Pflanzen ab und das tote organische Material wird durch Destruenten zersetzt organische Stickstoffverbindungen werden dabei durch Bakterien zu Nitrat-Ionen abgebaut damit entstehen im Boden Nitrat-Ionen und die Gründüngung kann alternativ die mineralische Nitratdüngung ersetzen

4

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3. (Anforderungsniveau II-III) Darstellen in Kreuzungsschemata: z. B. P: Süßlupine1 Süßlupine2 Körperzellen: AAbb x aaBB Keimzellen: Ab aB

1 F1: Körperzellen: AaBb alles Bitterlupinen Keimzellen: AB Ab aB ab

1

F2: ♀/♂ AB Ab aB ab AB AABB AABb AaBB AaBb Ab AABb AAbb AaBb Aabb aB AaBB AaBb aaBB aaBb ab AaBb Aabb aBb aabb

F2

1 alkaloidfreie Süßlupinen (fett gedruckt) : alkaloidhaltige Bitterlupinen = 7 : 9

1 Erklären: z. B.

Gen A wird dominant/rezessiv vererbt, Genotypen AA bzw. Aa führen zu Enzym 1 −

−

−

−

−

−

Gen B wird ebenfalls dominant/rezessiv vererbt, Genotypen BB bzw. Bb führen zu Enzym 2 alle Individuen mit Bitterstoff besitzen beide dominanten Allele (A und B), wodurch beide Enzyme für die Reaktionskette entstehen können und somit das Alkaloid Süßlupinen sind in mindestens einen Allel homozygot rezessiv, wodurch die Reaktionskette unterbrochen wird und kein Alkaloid entsteht die dargestellten Ergebnisse der F1 lassen sich mit der ersten Mendelschen Re-gel erklären (Uniformitätsregel), da alle Individuen gleich sind die Ergebnisse der F2 lassen sich mit der dritten Mendelschen Regel erklären: (Unabhängigkeits- oder Neukombinationsregel), da beide unabhängig voneinan-der vererbt und neu kombiniert werden

6

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4. (Anforderungsniveau II) Darstellen in einem Fließschema:

1 z. B.

Cytoplasma

Translation

Enzym A

Aminosäure tRNA

Zellkern

Transkription

m-RNA

Ribosom

Gen A (Abschnitt der DNA)

4

5. (Anforderungsniveau II) Begründen: z. B.

die Übertragung von Acetylcholin führt zur Auslösung von Aktionspotenzialen in der Empfängerzelle

−

−

−

−

Voraussetzungen für die weitere störungsfreie Signalübertragung sind die Spaltung des Acetylcholins durch Acetylcholin-Esterase, die Rückführung der Spaltprodukte und die Neusynthese des Transmitters Spartein hemmt die Acetylcholin-Esterase an Synapsen und führt damit zur Dauererregung Dauererregung der Muskulatur bewirkt Zittern und Krämpfe; dadurch Ausfälle lebenswichtiger Organe möglich, die tödlich enden können

4

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6. (Anforderungsniveau II-III) Beschreiben: z. B. aus evolutionsbiologischer Sicht:

Alkaloide stellen einen Selektionsvorteil dar, da Bitterlupinen nicht gefressen wer-den und somit der Anteil entsprechender Pflanzen in der Population zunimmt

−

−

2 aus ökologischer Sicht:

Konkurrenzvorteil gegenüber alkaloidfreien Pflanzen mit gleichen oder ähnlichen Standortbedingungen, da diese durch Fressfeinde dezimiert werden und sich Bit-terlupinen im Areal ausbreiten können

2 30

Teil B2 (Rotenon / Parkinson-Krankheit)

1. (Anforderungsniveau I-II) Beschreiben: z. B.

Elektronentransport −

−

−

−

Protonentransport ATP-Bildung Wasserbildung

4 2. (Anforderungsniveau II) Gegenüberstellen in einer Tabelle:

1 z. B.

biologische Schädlingsbekämpfung

chemische Schädlingsbekämpfung

Vorteile umweltfreundlich, da nur spezielle Schädlinge vernichtet werden oder umweltfreundlich, da keine Ge-fährdung von Nützlingen

schnelle und effektive Wirkung oder kurzfristig kostengünstiger

Nachteile durch Konkurrenzverhalten kann biologisches Gleichgewicht beein-flusst werden oder kostenintensiv

vernichtet auch nützliche Arten oder Anreicherung in der Nahrungskette ist möglich

4

Es sind auch Angaben zur integrierten Schädlingsbekämpfung möglich.

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3. (Anforderungsniveau II–III) Auswerten: z. B.

dargestellt sind die Populationsentwicklungen von Raubmilben und Spring-schwänzen in Abhängigkeit von der Konzentrationsänderung eines Pestizids mit der Zeit

−

−

−

−

−

−

−

−

−

−

−

−

−

−

−

−

die Populationsgröße der Raubmilben sinkt nach dem Pestizideinsatz zunächst stark, um mehr als 50% der Ausgangsgröße, stagniert dann zwischen vier und acht Monaten und beginnt danach wieder auf ihren ursprünglichen Wert anzustei-gen die Population der Springschwänze bleibt nach den Pestizideinsatz zunächst kon-stant, steigt dann aber nach vier Monaten des Pestizideinsatzes rapide auf ca. 200 % der Ausgangsgröße an, mit Anstieg der Raubmilbenpopulation sinkt die Population der Springschwänze und regelt sich ca. 16 Monate nach dem Pesti-zideinsatz wieder auf den ursprünglichen Wert ein die Konzentration des Pestizids sinkt nach dessen Einsatz stetig und erreicht nach ca. acht Monaten eine Konzentration gegen Null

4 Interpretieren: z. B.

das Pestizid wirkt gegen Raubmilben, was sowohl deren Dezimierung nach dem Einsatz als auch deren Erholung mit dem Rückgang der Pestizidkonzentration er-klärt gegen Springschwänze wirkt das Pestizid nicht, weshalb deren Populationsgröße nach Pestizideinsatz zunächst konstant bleibt der starke Anstieg der Populationsgröße der Springschwänze nach ca. vier Monaten ist auf die Dezimierung der Raubmilben zurückzuführen, da beide Populationen in einer Räuber-Beute-Beziehung leben und sich die Springschwänze nach Wegfall des Räubers ungehindert vermehren können das Absinken der Pestizidkonzentration nach deren Einsatz könnte entweder durch einen Abbau der Verbindung im Boden oder auch mit einer allmählichen Auswaschung aus dem Boden erklärt werden

4 4. (Anforderungsniveau I-II) schematisches Zeichnen:

Anfertigen einer schematischen Zeichnung richtige Darstellung von zwei durch eine Synapse verbundenen Nervenzellen

2 Beschriften: z. B.

Soma Dendrit Neurit Markscheide mit Schnürringen Endknöpfchen synaptischer Spalt

3

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5. (Anforderungsniveau III) Darstellen kausaler Zusammenhänge: z. B.

koordinierte Bewegungsabläufe resultieren aus erregenden und hemmenden Ner-vensignalen des Gehirns auf die Muskulatur

−

−

−

−

−

−

−

Rückgang der Dopamin-Produktion in Zellen der Schwarzen Substanz führt zum zunehmenden Einfluss des Transmitters Acetylcholin bei der Regulation dieser Nervensignale dadurch Zunahme erregender Nervensignale diese führen zunehmend zu Symptomen, wie Zittern, veränderter Muskelspan-nung und Lähmungserscheinungen

4 6. (Anforderungsniveau II-III) Erklären: z. B.

Einsatz von Dopaminagonisten, dadurch wird Gleichgewicht zwischen hemmen-den und aktivierenden Nervensignalen wieder hergestellt und die Symptome wer-den unterdrückt Einsatz von Isradipin, dadurch Blockierung der Calcium-Ionen-Poren und ver-stärkte Wirkung von Natrium-Ionen, wodurch die Symptome unterdrückt werden

oder Gentherapie, Inaktivieren der Krankheitsgene, wodurch Symptome unterdrückt werden

4 30

Teil C1 (Progression)

1. (Anforderungsniveau II) Mikroskopieren: - Qualität des Präparates - Einstellung des Mikroskops (Vergabe der BE durch den prüfenden Fachlehrer entsprechend des verbalen Urteils des Aufsicht führenden Fachlehrers laut Protokoll)

2 Zeichnen: - Übereinstimmung von Präparat und Zeichnung (Vergabe der BE durch den prüfenden Fachlehrer entsprechend des verbalen Urteils des Aufsicht führenden Fachlehrers laut Protokoll)

1 - Zeichnung (Übersicht) mit richtiger Lage und Proportionen der Gewebe

2 - Beschriftung z. B. Epidermis, Rinde, Leitbündel, Mark

2

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2. (Anforderungsniveau II) Einordnen: z. B. - ein- oder zweikeimblättrige Samenpflanze

1 Begründen: z. B. - Vorhandensein von differenzierten Leitbündeln und deren Anordnung in der

Sprossachse 1

3. (Anforderungsniveau II-III) Vergleichen in einer Tabelle:

1 z. B.

Sprossachsenquerschnitt Samenpflanze

Querschnitt Laubmoos-stämmchen

Gemeinsamkeiten Vorhandensein Gewebe

Epidermis oder Leitgewebe

Unterschiede Lage der Leitgewebe Differenzierung der Leitgewebe

- viele Leitbündel - differenzierte Leitbün-

del

- ein zentraler Leit-

strang - undifferenziertes Leit-

gewebe (wasserlei-tende Zellen)

3 Das Verhältnis von Gemeinsamkeiten und Unterschieden kann variieren. Ableiten: z. B. - die Zunahme an Differenzierung der Gewebe (vor allem des Leitgewebes) führt

zu einer höheren Leistungsfähigkeit hinsichtlich des Stofftransports - daraus resultiert eine relativ höhere Umweltunabhängigkeit (Standort)

2 15

Teil C2 (Enzyme)

1. (Anforderungsniveau II-III) Experimentieren: - zielorientiertes Arbeiten unter Einhaltung des Arbeitsschutzes (Vergabe der BE durch den prüfenden Fachlehrer entsprechend des verbalen Urteils des Aufsicht führenden Fachlehrers laut Protokoll)

2

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Protokollieren: Aufgabenstellung

1 Vorbetrachtungen: z. B. - Iod-Kaliumjodid-Lösung zeigt Vorhandensein von Stärke durch Blaufärbung an - α-Amylase spaltet Stärke - die zunehmende Entfärbung zeigt die Spaltung von Stärke als Maß der

Reaktionsgeschwindigkeit an - die Enzymaktivität ist abhängig von der Temperatur (RGT-Regel), deshalb

müsste die Blaufärbung im 40°C warmen Wasserbad am schnellsten verschwin-den

4 Durchführung: z. B. - 3 Reagenzgläser mit Stärkelösung füllen und Iod-Kaliumjodid-Lösung hinzuge-

ben, Zugabe des Enzyms α-Amylase, Reagenzgläser in die verschiedenen Was-serbäder stellen, Zeit bis zu Entfärbung messen

1 Beobachtung: z. B. - Entfärbung mit Zeitangabe

1 Auswertung: z. B. - die Enzymaktivität ist abhängig von der Temperatur - steigende Temperaturen bewirken eine höhere Reaktionsgeschwindigkeit (RGT-

Regel) 2

2. (Anforderungsniveau II) Auswerten: z. B. - dargestellt ist die relative Enzymaktivität der Enzyme A und B in Abhängigkeit

vom pH-Wert - Wirkungsbereich Enzym A liegt bei pH-Wert 4 – 11, mit einem Optimum bei 8 –

8,5 - Wirkungsbereich Enzym B liegt bei pH-Wert 0,5 – 4, mit einem Optimum bei 2

3 Schlussfolgern: z. B. - die relative Aktivität von Enzymen ist vom pH-Wert abhängig

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