Biologie - Babelsberger Filmgymnasium

Ministerium für Bildung, Jugend und Sport
Zentrale schriftliche Abiturprüfung
2013
Biologie
Grundkurs
Teil A
für Prüflinge
Aufgabenstellung
Thema/Inhalt:
Kopfweiden und Pappeln
Hilfsmittel:
Nachschlagewerk zur Rechtschreibung der deutschen
Sprache, nicht programmierbarer und nicht grafikfähiger
Taschenrechner, an der Schule eingeführtes Tafelwerk/
Formelsammlung
Gesamtbearbeitungszeit:
210 Minuten inkl. Lese- und Auswahlzeit
Hinweis:
Es müssen zwei der drei Teile A, B und C gelöst werden.
Kopfweiden und Pappeln
Kopfweiden und Pappeln kommen häufig in
Flussauen vor und beeinflussen in vielfältiger
Weise die Landschaft.
Ob abgestorben als schauriger Drachenkopf,
als lieblicher Kopfweidenhain oder in idyllischer Dorfrandlage am Bach – Kopfweiden
bilden in der Landschaft unverwechselbare
Merkpunkte. Der Bestand an Kopfweiden geht
zu Gunsten von Pappeln zurück. Aufforstungen mit Pappelarten sind heute weit verbreitet
und nehmen große Flächen ein.
Aufgaben
BE
1.
Stellen Sie die Nahrungsbeziehungen in einer Kopfweide an ausgewählten Arten
in Form einer Nahrungskette, eines Nahrungsnetzes und einer
Nahrungspyramide dar.
Nennen Sie charakteristische Unterschiede zwischen den Darstellungsformen.
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2.
Begründen Sie die hohe Artenvielfalt in Kopfweiden im Vergleich zu Pappeln.
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3.
Diskutieren Sie den verstärkten Anbau von Pappeln in Flussauen in den letzten
Jahrzehnten. Ziehen Sie eine Schlussfolgerung aus Ihrer Diskussion.
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4.
Beschreiben Sie das Verfahren zur Herstellung einer gentechnisch veränderten
Pflanze mit Hilfe von Agrobacterium tumefaciens.
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5.
Erklären Sie das Ausbleiben der Ligninproduktion in gentechnisch veränderten
Pappeln mit Hilfe des Materials 3.
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Grundkurs
13_Bi_G_A_A1
Land Brandenburg
Materialien
Material 1: Lebensraum Kopfweide
Durch regelmäßigen Schnitt der Stämme und Äste entsteht der typische Habitus einer
Kopfweide. Weidenruten finden auch heute noch Verwendung in der Korbflechterei. Die
Schnittstellen verdicken sich und am äußeren Rand treiben neue Zweige aus. Zwischen den
neuen Trieben fault das Holz und so entstehen Höhlen und Spalten. Das faulende Holz wird
auch als Mulm bezeichnet. Mulm ist u.a. Nahrungsgrundlage von Insekten und deren Larven.
Außerdem kommt es nicht selten vor, dass sich auf dem Mulm die Samen anderer Pflanzen
entwickeln. Werden die Kopfweiden nicht regelmäßig geschnitten, brechen größere Äste ab
und es entstehen weitere, größere Hohlräume. Die Abbildung verdeutlicht die hohe
Biodiversität innerhalb einer Kopfweide.
Tiere in einer Kopfweide
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Grundkurs
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Material 2: Nutzholzpflanze Pappel
In unseren Breiten sind außer der Schwarzpappel (Populus nigra L.) auch die Silberpappel
(Populus alba L.), die Zitterpappel (Populus tremula L.) und die Graupappel (Populus
canescens ) heimisch.
Alle anderen, unzähligen Pappelarten sind nicht heimisch, sie wurden hier eingebürgert und
sind deshalb Neophyten. Ihre Anpflanzung erfolgte vor allem aus ökonomischen Gründen,
denn sie wachsen noch schneller als einheimische Arten und es kommt kaum zur
Mulmbildung, wie bei Kopfweiden. Auch deshalb sind Pappeln als Rohstoffe für die Papierherstellung und die Herstellung von Verpackungsmaterialien (Spanplatten, Schälfurniere)
bestens geeignet. Außerdem spielen sie zunehmend als „Energiepflanzen“ eine Rolle.
Die Pappel-Neophyten bieten weniger heimischen Insekten eine Lebensgrundlage als Kopfweiden. Individuendichte und Artenzahl typischer Vögel, die in und an Kopfweiden leben
(z. B. Weidenmeise, Trauerschnäpper, Steinkauz, Zaunkönig, Wiedehopf) gehen in einem
Bestand aus eingebürgerten Pappeln stark zurück.
Außerdem kann das „fremde” Laub nur schwer abgebaut werden und wird nicht von heimischen Tieren gefressen.
In Gewässern z. B. besteht ernsthafte Gefahr für die Gewässergüte und Wasserqualität: Das
derbe Pappellaub benötigt ca. 2 Jahre und mehr, um in Sauerstoff zehrenden Fäulnisprozessen zu verfaulen.
Material 3: Veränderungen im Pappelgenom – Gentransfer durch Agrobacterium
tumefaciens
Die Einführung der „neuen“ Erbinformationen bei Bäumen erfolgt häufig mit Hilfe des in der
Gentechnik vielfach eingesetzten Bodenbakteriums Agrobacterium tumefaciens.
Für die Papierproduktion werden Bäume mit möglichst geringem Gehalt an Lignin (Holzbestandteil) benötigt. Bei Pappeln wird versucht die Ligninproduktion gentechnisch zu beeinflussen. Zusätzlich zu dem Gen für ein Enzym des Ligninstoffwechsels wird ein DNAAbschnitt, der komplementär zu diesem Gen ist, eingefügt.
Beide Abschnitte werden während der Transkription gleichzeitig abgelesen.
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Grundkurs
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Zentrale schriftliche Abiturprüfung
2013
Biologie
Grundkurs
Teil B
für Prüflinge
Aufgabenstellung
Thema/Inhalt:
Das Gift der Spinner
Hilfsmittel:
Nachschlagewerk zur Rechtschreibung der deutschen
Sprache, nicht programmierbarer und nicht grafikfähiger
Taschenrechner, an der Schule eingeführtes Tafelwerk/
Formelsammlung
Gesamtbearbeitungszeit:
210 Minuten inkl. Lese- und Auswahlzeit
Hinweis:
Es müssen zwei der drei Teile A, B und C gelöst werden.
Das Gift der Spinner
Der Jakobskrautbär oder auch Blutbär oder Karminbär (Tyria jacobaeae) ist ein Schmetterling (Nachtfalter) aus der Unterfamilie der Bärenspinner (Arctiinae). Auch diese Insekten haben unglaubliche Fähigkeiten entwickelt. Sie können z.B. mit den Füßen schmecken und mit
den Beinen hören. Ihre Raupen sind in der Lage, Gift zu fressen und zu speichern.
Aufgaben
BE
1.
Stellen Sie die auf einen Genpool einwirkenden Evolutionsfaktoren schematisch
dar.
Definieren Sie zwei Evolutionsfaktoren.
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2.
Erklären Sie mit Hilfe der synthetischen Evolutionstheorie die Entstehung der
giftigen Raupen des Jakobskrautbärs, ausgehend von einer unspezialisierten Art.
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3.
Diskutieren Sie die Vor- und Nachteile der Giftigkeit für die jeweilige Art.
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4.
Erstellen Sie ein Fließschema für den Weg vom Gen zum Transportprotein.
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5.
Übersetzen Sie den Ausschnitt (Material 2) aus der Erbinformation mit Hilfe der
Code-Sonne in die dazugehörige Aminosäuresequenz.
Leiten Sie je eine veränderte Basensequenz ab, die
a. keine Folgen
b. eine Folge für die Funktionsfähigkeit des Transportproteins hat.
Begründen Sie die jeweilige Veränderung.
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13_Bi_G_A_B1
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Materialien
Material 1: Jakobskrautbär
Jakobskrautbär
Raupe auf Jakobs-Greiskraut
Der Jacobskrautbär erreicht eine Flügelspannweite von 32 bis 45 Millimetern. Man erkennt
ihn an den zwei roten Punkten und den langen roten Strichen am Flügelrand. Die Grundfarbe
der Vorderflügel ist schwarz, während die Hinterflügel leuchtend rot gefärbt sind.
Die Raupen werden ca. 30 Millimeter lang. Sie sind leuchtend gelb und schwarz geringelt. Ihr
Kopf ist schwarz und sie haben wenige, sehr lange, weiße Haare. Um sich zu schützen, und
auch um auf ihre Giftigkeit hinzuweisen, imitieren sie die typische schwarz-gelbe Warnfarbe
der Wespen. Auf den Blütenständen des Jakobs-Greiskrauts sind sie durch ihre Färbung nur
schwer zu erkennen.
Man findet diese Art im trockenen bis leicht feuchten Gelände mit steppenartigem Charakter,
auf Wiesen, in Steinbrüchen, auf Waldwiesen, Trockenrasen und an Rändern von fließenden
Gewässern in ganz Europa verstreut. Die Falter fliegen von Mai bis Juni.
Die nachtaktiven Tiere bilden normalerweise eine Generation pro Jahr, es kommen aber
auch unvollständige zweite Generationen vor. Die Raupen sind gesellig und sitzen oft in größeren Gruppen auf einer Pflanze.
Die Raupen ernähren sich von Greiskräutern (Senecio spec.), hauptsächlich vom giftigen
Jakobs-Greiskraut (Senecio jacobaea), dem sie auch ihren Namen verdanken. Das Gift, ein
zur Gruppe der Alkaloide gehörender Stoff, nehmen die Raupen während des Fressens auf,
wobei sie selbst für andere Tiere giftig werden, ohne selbst Schaden zu nehmen. Die Raupen besitzen z.B. ein spezifisches Transportprotein, das das Gift bindet und in die Hautzellen
transportiert. Dieses Alkaloid wird für eine Reihe von vor allem durch Greiskrautvorkommen
auf Viehweiden verursachten Vergiftungen bei Rindern und Pferden verantwortlich gemacht.
Toxisch wirken dabei nicht die Alkaloide selbst, sondern die Abbauprodukte der vor allem in
der Leber abgebauten Verbindungen.
Die Weibchen der Schmetterlinge legen ihre Eier in kleinen Gruppen an die Unterseite von
Blättern. Die Raupen findet man von Juli bis August. Zum Überwintern verpuppen sie sich
am Boden in einem Kokon. Die Falter schlüpfen dann im nächsten Mai bis Juni.
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Grundkurs
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Material 2: Ausschnitt aus dem codogenen Strang der Erbinformation des Transportproteins
von Bärenspinnerraupen
3´…..TAC AGT TAA GGG CAG…. 5´
Codesonne mit dazugehörigen Aminosäuren
Kurzbezeichnung der Aminosäuren
Gly
Val
Ile
Phe
Cys
Ser
Asn
Glu
Lys
His
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= Glycin
= Valin
= Isoleucin
= Phenylalanin
= Cystein
= Serin
= Asparagin
= Glutaminsäure
= Lysin
= Histidin
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Grundkurs
Ala
Leu
Pro
Met
Thr
Gln
Trp
Arg
Asp
Tyr
= Alanin
= Leucin
= Prolin
= Methionin
= Threonin
= Glutamin
= Tryptophan
= Arginin
= Asparaginsäure
= Tyrosin
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Zentrale schriftliche Abiturprüfung
2013
Biologie
Grundkurs
Teil C
für Prüflinge
Aufgabenstellung
Thema/Inhalt:
Stolperfüße
Hilfsmittel:
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Sprache, nicht programmierbarer und nicht grafikfähiger
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Hinweis:
Es müssen zwei der drei Teile A, B und C gelöst werden.
Stolperfüße
Morbus Charcot-Marie-Tooth (CMT) ist eine neuromuskuläre Erkrankung und wurde nach
ihren Entdeckern benannt. Sie wird auch Neurale Muskelatrophie genannt und gehört zu den
häufigsten neurogenetischen Erkrankungen. Die Symptome sind sehr variabel und reichen
bis zur Rollstuhl-Abhängigkeit. Eine wirksame Therapie ist gegenwärtig nicht verfügbar.
Aufgaben
BE
1.
Skizzieren Sie eine typische markhaltige Nervenzelle des Menschen und beschriften Sie 8 Bestandteile.
Kennzeichnen Sie in der Skizze veränderte Strukturen bei CMT-Patienten.
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2.
Beschreiben Sie die Entstehung und Weiterleitung eines Aktionspotenzials an
einer markhaltigen Nervenzelle.
Erläutern Sie die Folge für die Weiterleitung von Signalen bei CMT-Erkrankten.
8
3.
Erstellen Sie eine Übersicht über die Mutationsarten und nennen Sie deren wesentliche Merkmale.
Ordnen Sie die Krankheit CMT begründet zu.
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4.
Erstellen Sie einen Stammbaum mithilfe der Informationen im Material 1.
Begründen Sie unter Einbeziehung aller Materialien den Vererbungsmodus und
geben Sie die Genotypen an.
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5.
Stellen Sie je eine Möglichkeit zur Diagnose der Krankheit auf genetischer und
auf neurophysiologischer Basis begründet dar.
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Grundkurs
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Materialien
Material 1: Leben mit CMT- Auszüge aus dem Bericht eines männlichen Betroffenen
„Anfang des Jahres 1988, ich war gerade 48 Jahre alt geworden, wurde mir bewusst, dass
meine Zehen seit einem halben Jahr kontinuierlich taub gewesen waren, und nun bemerkte
ich, dass das Taubheitsgefühl sich auch auf den Fuß zu erstrecken begann – da wusste ich,
dass ich CMT hatte.
Denn Jahre vorher hatte meine Mutter genau dieselben Symptome gehabt. Ihr Arzt hatte das
zunächst auf Kreislaufstörungen zurückgeführt und sie über ein Jahr lang dementsprechend
behandelt. Erst als der Bruder meiner Mutter, der in den USA lebte, ihr beiläufig mitteilte,
dass seine ‚Stolperfüsse’ nun richtig diagnostiziert worden seien und dass es sich dabei um
eine erbliche Neuropathie namens ‚CMT’ handele, schlussfolgerte sie – und wurde später
durch eine gründliche Diagnose bestätigt – dass sie dieselbe Krankheit hatte, geerbt von ihrer Mutter, die auch schwache Füße hatte und zuletzt im Rollstuhl saß.
Nervenschmerzen kennt jeder, der schon einmal richtige Zahnschmerzen hatte: Schmerzen
zum Wahnsinnigwerden, nicht zu stillen, durchdringend und alles Denken und Fühlen überschattend... Aber bei Zahnschmerzen ist es nur ein einziger Nerv, der entzündet ist, bei CMT
dagegen können Tausende von Nerven gleichzeitig entzündet sein – können Sie sich diese
Schmerzen vorstellen? Ich nehme jetzt Morphium in hoher Dosierung; das nimmt mir nicht
die Schmerzen, aber es senkt sie auf ein ertragbares Maß herab...
Ich hatte ein erlebnisreiches, aktives, engagiertes ‚Leben vor CMT’ und darüber bin ich sehr
glücklich. Ein ‚Leben nach CMT’ werde ich nicht haben, denn diese Krankheit ist unheilbar
und wird weiter fortschreiten, so lange ich lebe. Also muss ich mein ‚Leben mit CMT’ meistern
– und ich bin entschlossen, das Beste draus zu machen.“
Material 2: Chromosomenpaar Nr. 17 des CMT-Patienten
Der Ausschnitt zeigt die Lage des Gens für die Bildung des Peripheral Myelin Protein (PMP)
auf dem Chromosompaar 17 des Betroffenen. Bei dem CMT-Patienten wird dadurch der lange Nervenzellfortsatz und die isolierende Myelinschicht geschädigt und in Folge die betroffene Muskulatur abgebaut.
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