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Inhaltsverzeichnis

Probeabitur Biologie Nordrhein-Westfalen

Probeabitur Biologie Hamburg

 

 

Probeabitur Nordrhein-Westfalen

 

Aufgabenstellung 1

Themengebiet: Genetik / Evolution

Evolutionäre Verteidigungsmechanismen wirkungslos durch miRNAs

Die nordamerikanische Seide (Cuscuta campestris) ist eine parasitäre Pflanze, die darauf angewiesen ist, von einer entsprechenden Wirtspflanze mit Nährstoffen versorgt zu werden. Hierzu bohrt sie Saugorgane in die Wirtspflanze. Forscher haben nun beobachtet, dass Cuscuta campestris mikro RNAs (miRNAs) in das Erbgut der Wirtspflanze schleust. Bei Menschen, Tieren und eben auch bei Pflanzen sind miRNAs weit verbreitet. Sie besitzen in der Regel eine Länge von 21 bis 24 Nukleotiden und lagern sich spezifisch an passende Bereiche der messenger RNAs (mRNAS) in der Zelle an.

Um herauszufinden welche Rolle die miRNAs bei der Interaktion der Cuscuta campestris mit ihren Wirtspflanzen (hier Arabidopsis thaliana) spielen, isolierten und sequentierten die Wissenschaftler kleine RNA-Moleküle des Parasiten und der Wirtspflanze. Für die Experimente legten die Wissenschaftler drei Proben an:

Probe 1:         Gewebe von Cuscuta campestris (Parasit)
Probe 2:         Gewebe von Arabidopsis thaliana (Wirtspflanze) und
Probe 3:         Gewebe von Parasit- und Wirtspflanze aus enger Lebensgemeinschaft

Die miRNAs der Wirtspflanze sind sehr gut bekannt. Wächst der Parasit auf der Wirtspflanze Arabidopsis thaliana heran, werden im Parasiten bestimmte miRNAs induziert. Diese sind 22 Nukleotide lang und in der Lage, mRNAs in kleine Stücke zu schneiden. Diese kleinen RNA-Stücke wirken wie miRNAs und können weitere mRNAs deaktivieren. Gefunden wurden diese miRNAs nur in infizierten, doch nicht in nicht infizierten Arabidopsis-Pflanzen. Die miRNAs wurden also von der parasitären Pflanze auf die Wirtspflanze übertragen. In den Wirtspflanzen sind mRNAs vorhanden, auf die miRNAs passen. Bei Arabidopsis-Pflanzen die mit den parasitären Pflanzen Kontakt hatten, lagen die mRNAs reduziert vor. Diese mRNAs codieren für Proteine, die Teil des Verteidigungssystems von Arabidopsis sind. Bei der Infektion der Wirtspflanze mit dem Parasiten wurden darunter Proteine gebildet, welche den Glukosetransport aus Blättern beeinflussen.

 Fragen:

  1. Erklären Sie die spaltende Wirkung der miRNAs, indem Sie die im Text beschriebenen Vorgänge und die Abbildung entsprechend berücksichtigen. Beschreiben Sie darüber hinaus die Auswirkung auf die Genexpression der codierten Proteine.
  2. Bei den Pflanzen der Probe drei kam es zu einer Übertragung der miRNAs auf die Wirtspflanze Arabidopsis thaliana. Erläutern Sie die Bedeutung für das „Verteidigungssystem“ von Arabidopsis und stellen Sie die evolutionäre (strategische) Bedeutung für den Parasiten dar.
  3. Bilden Sie eine begründete Hypothese, wie man die Ergebnisse der obigen Beobachtungen auf andere Wirtspflanzen (z.B. Tabak) nutzen kann. Erläutern Sie darüber hinaus, wie realistisch Ihre Hypothese in Bezug auf gentechnische Verfahren ist und welche Bedeutung dies beispielsweise für die Landwirtschaft hätte.

 

Quellenangaben:
[1]              T. Köster; Biologie in unserer Zeit, 2018, 2, 87-88.
[2]              S. Shahid, G. Kim, N.R. Johnson et al., Nature,2018, 553, 82.
[3]              M.J. Axtell, Annual Review of Plant Biology, 2013, 64, 137-159.
[4]              D. Staiger, C. Korneli, M. Lummer, L. Navarro, New Phytologist, 2013, 197, 394-404
[5]              H. Puchta, F. Fauser, Int J Dev Biol, 2013, 57, 629-637

 

 

Probeabitur Biologie Hamburg


Aufgabenstellung 1

Themengebiet: Genetik und Ökologie

Fragen:

  1. Skizzieren Sie den molekularen Aufbau von DNA.
  2. Welche Zellen eigenen sich zur DNA Isolation?
  3. Erklären Sie die Methode der DNA-Sequenzierung.
  4. Gehen Sie genauer auf die Anwendung und Methode zur Feststellung von Verwandtschaft beim Menschen ein.
  5. Stellen Sie in einer Tabelle die Merkmale von K-Strategen und r-Strategen dar.
  6. Lesen Sie den Text 1 und schätzen Sie die weitere Bestandsentwicklung des Wolfes in Baden-Württemberg, ohne menschliches Eingreifen. Benutzen Sie dafür die Regeln von Lotka und Volterra.
  7. Bewerten Sie die derzeitige Diskussion, um die Ausbreitung des Wolfes und den damit verbundenen wirtschaftlichen Schaden.

Text 1

Genanalyse bestätigt
Wolf hat Schafe in Baden-Württemberg getötet

"Es war ein Bild des Grauens" – so hatte eine Augenzeugin die Szene beschrieben: Ein Wolf soll für den Tod von 40 Schafen im Schwarzwald verantwortlich sein, so die Vermutung. Jetzt zeigt sich, dass das tatsächlich stimmt.

Der Tod von mehr als 40 Schafen in Bad Wildbad (Baden-Württemberg) vor eineinhalb Wochen geht tatsächlich auf das Konto eines Wolfs. Wie das Landesumweltministerium mitteilte, hat das eine Genanalyse ergeben.

Demnach handelt es sich um das gleiche Raubtier, das schon im November erstmals drei Schafe bei Bad Wildbad getötet hatte. Der Wolf dürfte sich damit dauerhaft im Nordschwarzwald niedergelassen haben. Lebt ein Wolf sechs Monate in der gleichen Gegend, gilt er nicht mehr als durchziehender Gast. Bad Wildbad wird damit zum "Wolfsgebiet".

Der betroffene Schäfer sollte nun mit einer raschen Entschädigung rechnen können. Seine Herde war erst wenige Tage vor dem Vorfall Ende April vom Stall auf die abgezäunte Weide gekommen. "Es war ein Bild des Grauens", hatte Anette Wohlfarth, Geschäftsführerin des Landesschafzuchtverbands, die Situation nach dem Angriff beschrieben. Einen Großteil der betroffenen Tiere hatte der Wolf gerissen, weitere mussten wegen ihrer schweren Verletzungen getötet werden.

Die Tiere sind nach deutschem und europäischem Naturschutzrecht streng geschützt. Um Wölfe zur Jagd freizugeben, müsste die EU den Schutzstatus der Tiere ändern.

Nach dem Vorfall im Schwarzwald hatte Bundesagrarministerin Julia Klöckner Handlungsbedarf ausgemacht. "Wir müssen die Entwicklung der Wolfspopulation in Deutschland genauer beobachten", hatte die CDU-Politikerin den Zeitungen der "Funke Mediengruppe" gesagt. Dazu sei ein effektives Wolfsmanagement nötig, das zeige, wie sich die Wolfsbestände in den Regionen entwickeln. Auch der Abschuss von Wölfen soll laut Klöckner möglich sein. "Wo der gewünschte Erhaltungszustand des Wolfes erreicht ist, kann entsprechend reagiert werden", sagte die Ministerin.

Seit der Jahrtausendwende vermehren sich die Wölfe wieder in Deutschland, nachdem sie rund 150 Jahre hierzulande als ausgestorben galten. Die größten Populationen gibt es in Ostdeutschland und Niedersachsen.

Maßnahmen gegen die ungehinderte Ausbreitung hatten CDU, CSU und SPD auch in ihrem Koalitionsvertrag festgeschrieben. "Im Umgang mit dem Wolf hat die Sicherheit der Menschen oberste Priorität", heißt es dort. Die EU-Kommission soll aufgefordert werden, "den Schutzstatus des Wolfs abhängig von seinem Erhaltungszustand zu überprüfen, um die notwendige Bestandsreduktion herbeiführen zu können". Zudem will der Bund mit Ländern und Wissenschaft Kriterien für einen möglichen Abschuss entwickeln.

Quelle: www.spiegel.de/wissenschaft/natur/genanalyse-wolf-hat-schafe-in-baden-wuerttemberg-getoetet-a-1207094.html (09.05.2018)

 

 

Aufgabenstellung 2

Themengebiet: Evolution und Ökologie

  1. Definieren Sie die Begriffe Population und Ökosystem.
  2. Stellen Sie die Merkmale von r-Strategen und K-Strategen gegenüber.
  3. Ordnen Sie die im Text 2 genannten Tiergruppen jeweils einer Verbreitungsstrategie zu.
  4. Geben Sie jeweils zwei Beispiele für dichteabhängige und dichteunabhängige Regulation einer Population.
  5. Wie ist das Abwandern der Spitzschwanzente auf kleinere Nachbarinseln ökologisch einzuordnen.
  6. Beschreiben Sie die Ereignisse, die dazu führen, dass sich aus verschiedenen Populationen von Spitzschwanzenten neue Arten entwickeln. Gehen Sie genauer auf den biologischen Artbegriff ein und grenzen Sie dabei die allopatrische Artbildung von der adaptiven Radiation ab.
  7. Bewerten Sie den Einsatz von Giftködern auf Südgeorgien.
  8. Wie schätzen Sie den tatsächlichen Erfolg im Hinblick auf das Ausrotten der Ratten ein?

Text 2

Atlantik-Insel Südgeorgien Forscher rotten Ratten aus
Auf der Südatlantik-Insel Südgeorgien wurden Ratten zu einer Gefahr für Vogelkolonien. Forscher setzten tonnenweise Gift ein - und vermelden jetzt einen Erfolg.

Königspinguine, Wanderalbatrosse, Kapsturmvögel: Die Insel Südgeorgien war einst ein Paradies für seltene Vögel. Bis zu 100 Millionen Tiere könnten dort gelebt haben, schätzen Wissenschaftler. Damit zählte das Eiland im Südatlantik, das etwa 1400 Kilometer östlich der Argentinischen Küste liegt, zu den wichtigsten Lebens- und Bruträumen auf hoher See überhaupt. Doch dann kam Entdecker James Cook - und mit seinem Schiff die Ratten.

Die Folgen für die Insel waren verheerend. Mehr als 90 Prozent der dort lebenden Vögel wurden ausgerottet, schätzen Forscher, weil Ratten ihre Küken, Eier und sogar erwachsene Vögel fraßen, die teils so groß waren wie sie selbst. Forscher beschlossen deshalb, die Zeit in dem Naturparadies zurückzudrehen und die Insel wieder rattenfrei zu machen. Das Projekt hatte offenbar Erfolg.

Das Gift kam vom Himmel

Laut dem zuständigen South Georgia Heritage Trust lebt auf Südgeorgien keine einzige Ratte mehr. Die Wohltätigkeitsorganisation hatte mehr als elf Millionen Euro für das Projekt eingesammelt. Per Hubschrauber hatten Artenschützer zwischen 2011 und 2015 großflächig Giftköder auf der rund 3800 Quadratkilometer großen Insel verteilt.

Der Aufwand war groß. Helikopter und Treibstoff mussten eigens durch die raue See nach Südgeorgien gebracht werden. Und die Wissenschaftler mussten gründlich sein, schließlich sollte jede einzelne Ratte einen Köder schlucken.

Nicht nur Ratten starben durch das Gift

Erst zwei Jahre nach Ende des Projekts können Wissenschaftler nun sagen: Es gibt keine Ratten mehr auf Südgeorgien. Spezielle Spürhunde hatten die Insel durchsucht, und auch die aufgestellten Fallen blieben leer.

 
"Wir waren so aufgeregt", sagt Mike Richardson, der das Projekt verantwortet hat. "Doch ich freue mich, sagen zu können: In den vergangenen sechs Monaten haben wir nicht einen einzigen Hinweis auf eine Ratte entdeckt. Nach unserem Wissen, ist die Insel also rattenfrei."

Das verteilte Gift ist auch für Vögel tödlich. Laut den zuständigen Behörden würden sich die Vogelpopulationen jedoch rasch erholen. Der langfristige Nutzen durch die Nagerentfernung überwiege. So hätten sich bereits einige Vögel wieder angesiedelt wie die Spitzschwanzente (Anas georgica georgica), die nur dort vorkommt. Die seltene Art konnte offenbar nur überleben, weil sich die Tiere auf kleinere Nebeninseln zurückzogen.

Quelle: www.spiegel.de/wissenschaft/natur/suedgeorgien-in-der-antarktis-forscher-rotten-ratten-aus-a-1206984.html (09.05.2018)

Karte von South Georgia Island


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