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Agrarbiologie

Vorbemerkungen

 

Bildungsplanübersicht

Schuljahr Bildungsplaneinheiten Zeitricht-wert Gesamt-stunden
Eingangsklasse Vertiefung – Individualisiertes Lernen – Projektunterricht (VIP) 60
1 Aufbau und Funktion der Zelle
40
2 Lebensraum Boden
25
3 Stofftransport in Pflanzen und Pflanzenernährung
25
4 Grundlagen der landwirtschaftlichen Erzeugung
20
5 Laborübungen
40 (40) 210 (40)
Zeit für Leistungsfeststellung 30
240 (40)
Jahrgangsstufe 1 Vertiefung – Individualisiertes Lernen – Projektunterricht (VIP) 60
6 Fotosynthese
40 (10)
7 Stickstoffdynamik und -stoffwechsel
30 (10)
8 Stoffabbau und Fütterung
40 (10)
9 Molekulargenetik
40 (10) 210 (40)
Zeit für Leistungsfeststellung 30
240 (40)
Jahrgangsstufe 2 Vertiefung – Individualisiertes Lernen – Projektunterricht (VIP) 48
10 Klassische Genetik
20 (5)
11 Reproduktionsbiologie
20 (5)
12 Züchtung
40 (15)
13 Ökologischer Landbau
25 (7)
14* Wahlgebiete
15 168 (32)
Zeit für Leistungsfeststellung 24
192 (32)
Die Zeitrichtwerte in Klammern geben den Anteil der Stunden in Gruppenteilung an.
* Aus der BPE 14 ist eins der Wahlgebiete zu unterrichten.

Eingangsklasse

Vertiefung – Individualisiertes Lernen – Projektunterricht (VIP)

60

Vertiefung

Individualisiertes Lernen

Projektunterricht

z. B.
Übungen
Anwenden
Wiederholen
z. B.
Selbstorganisiertes Lernen
Lernvereinbarungen
Binnendifferenzierung
z. B.
Herbarium
Betriebserkundung
Standortkartierung
Die Themenauswahl des Projektunterrichts hat aus den nachfolgenden Bildungsplaneinheiten unter Beachtung Fächer verbindender Aspekte zu erfolgen.

BPE 1

Aufbau und Funktion der Zelle

40

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben die Zelle als Grundbaustein des Lebendigen. Sie analysieren zelluläre Strukturen anhand mikroskopischer Untersuchungen und benennen ihre Funktionen. Sie beschreiben und vergleichen den Bau pro- und eukaryontischer Zelltypen.
Sie stellen Funktionsprinzipien der Enzyme und ihre Wirkung als Biokatalysatoren dar. Hieraus leiten sie deren physiologische Beeinflussbarkeit durch Veränderung von Umweltfaktoren ab und stellen Bezüge zu Alltagsanwendungen her.
Die phänotypische Ausprägung von Merkmalen der Organismen wird anhand der molekularen Struktur der Erbsubstanz und molekularbiologischen Schlüsselprozesse einer Genexpression auf zellulärer Ebene gedeutet.

BPE 1.1

Die Schülerinnen und Schüler nennen Zellorganellen und erläutern ihre Funktionen in tierischen und pflanzlichen Zellen. Sie beschreiben Prinzipien des Zusammenwirkens verschiedener Organellen bei zentralen Wegen des Zellstoffwechsels.
Sie beschreiben den Bau von Bakterienzellen und vergleichen Funktionsprinzipien von Organellen der Eucyte mit denen in der Protocyte anhand der biologischen Prinzipien einer Zelle.

Kennzeichen des Lebendigen

Zelle als Grundeinheit des Lebendigen

  • biologische Prinzipien der Zelle (Kompartimentierung, Oberflächenvergrößerung)

Bau und Funktionen der Organellen der Tier- und Pflanzenzelle als Vertreter der Eucyte
Interpretation licht- und elektronenmikroskopische Darstellungen, vgl. BPE 5
  • Zellkern, mit Kernporen

  • raues und glattes endoplasmatisches Reticulum (ER)
ohne Differenzierung der Ribosomen-Untereinheiten
  • Dictyosomen, Golgi-Vesikel
Endo- und Exocytose an einem Beispiel
  • Mitochondrium
Reaktion der Zellatmung als Wortgleichung, exergonischer Reaktionsweg
  • Plastiden, Chloroplasten
Reaktion der Fotosynthese als Wortgleichung,
endergonischer Reaktionsweg
  • Vacuolen

  • Mikrotubuli und Centriolen

  • Zellwand

  • Bakterienzelle als Procyte
Interpretation elektronenmikroskopischer Darstellungen, Prinzip möglicher Ansatzstellen für Antibiotika
  • Bakterienchromosom und Plasmide als extrachromosomale DNA

  • Zelldifferenzierung

  • Eigenschaften embryonaler und meristematischer Stammzellen
Protoplastenkultur
  • Zelldifferenzierung
exemplarisch, Beeinflussung durch pflanzliche oder tierische Wachstumsfaktoren, vgl. BPE 11

BPE 1.2

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben anhand chemischer Grundlagen den Aufbau ausgewählter organischer Moleküle und leiten daraus Stoffeigenschaften ab.

Grundzüge organischer Stoffklassen

  • Alkane und funktionelle Gruppen der Alkanole, Alkanale, Alkanone, Alkansäuren und Amine mit Strukturformeln
  • Eigenschaften funktioneller Gruppen und ihre Eigenschaften
einfache Experimente zur Abfolge des Löslichkeitsverhalten
  • Polarität
  • Elektronegativität
  • Van-der-Waals-Kräfte
  • Dipol-Dipol-Wechselwirkungen
  • Wasserstoffbrücken
  • Ionenbindung
  • kovalente Bindung

  • Oxidierbarkeit organischer Verbindungen
exemplarisch anhand ausgewählter Vertreter des Zellstoffwechsels, Oxidation als exothermer Vorgang, Reduktion einer Verbindung als energiebindende Teilreaktion
  • Säure-Base-Reaktion
nach Brønstedt, z. B. Reaktion von Ammoniak mit Wasser
  • Nährstoffgruppen
  • Kohlenhydrate
  • Lipide
essentielle Amino- und Fettsäuren

BPE 1.3

Die Schülerinnen und Schüler stellen den molekularen Aufbau von Aminosäuren dar und begründen die Struktur der Proteine.

Aminosäuren (essentielle und nichtessentielle)
Darstellung der Grundstruktur
Zuordnung basische, saure, polare und unpolare Restgruppen am Beispiel einfacher Vertreter

Reaktion in Wasser mit Darstellung als Zwitterion
Pufferfunktion einer Aminosäure
Strukturebenen der Proteine
Primärstruktur (Peptidbindung, Kondensation, Hydrolyse)
Sekundärstrukturen ‑Helix und ‑Faltblatt
Tertiär- und Quartärstruktur mit Abstufung der intra- und intermolekularen Kräfte

Denaturierung der Proteinstruktur
Modellexperiment unter Einfluss relevanter physikalischer und chemischer Faktoren, Alltagsbedeutung, z. B. Herstellung von Milchprodukten

BPE 1.4

Die Schülerinnen und Schüler erläutern die Wirkungsweise einer enzymgesteuerten Reaktion als eine Biokatalyse. Sie beschreiben den Ablauf enzymatisch katalysierter Reaktionen mithilfe geeigneter Modelldarstellungen. Auf Grundlage molekularer Eigenschaften der Aminosäuren interpretieren sie Grafiken und Tabellen zur Beeinflussung von Enzymaktivitäten und diskutieren deren Bedeutung bei Veränderung von Umweltfaktoren.

Beschreibung enzymatisch katalysierter Reaktionen
vgl. BPE 5
  • Wirkungsprinzip der Enzym-Substrat-Bindung (Schlüssel-Schloss-Prinzip)

  • Energieverlauf
mit Energiediagramm
  • Substratspezifität

  • Wirkungsspezifität (nur exemplarisch)
ohne Darstellung aller Wirkungsklassen
  • Beeinflussung der Enzymaktivität

  • Temperatur

  • pH-Wert
Bezug Verdauungsenzyme
  • Enzym- und Substratkonzentration

  • spezifische und unspezifische Hemmungsmechanismen
z. B. Bezug zu Umweltaspekt: Schwermetall-Ionen in Gülle, Klärschlämmen oder Komposten
  • Cofaktoren: Metall-Ionen und Coenzyme (ATP, NAD)

BPE 1.5

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben die molekularen Strukturen des Erbguts. Sie erläutern die zellulären Abläufe des Zellzyklus. Sie beschreiben Chromosomen als dichteste Packungsform der DNA. Teilvorgänge im Ablauf der Replikation, Transkription und Translation werden im Zusammenhang mit der Struktur der Nucleinsäuren-Moleküle erläutert.

Bau der Nucleinsäuren

  • Identifizierung der DNA als Träger des Erbguts
  • Experimente von Avery und Griffith

  • Grundbausteine des DNA- und RNA-Moleküls (modellhaft)
Bedeutung der Struktur des Desoxyribose-Moleküls und Beschreibung der Verknüpfungsstellen mit anderen Molekül-Grundbausteinen
  • räumliche Struktur der DNA mit antiparalleler Anordnung (3‘ und 5‘-Enden)
Watson-Crick-Modell
  • Vermehrungszyklus einer Zelle

  • Verpackung der DNA zu Chromosomen

  • Chromosomensatz und Karyogramm

  • Replikation der DNA
    mit experimenteller Deutung (Meselson und Stahl) und mit Teilschritten des Vorgangs

  • Mitose (vier Teilphasen) mit Zellteilung
ohne Prometaphase
Genexpression

  • Transkription , mRNA
Zuordnung zu Zellkompartimenten
  • Merkmale des genetischen Codes, Übertragung der Basensequenz zur Aminosäuresequenz

  • Translation
Bau der tRNA mit Deutung der Anticodon-Region

BPE 2

Lebensraum Boden

25

Die Schülerinnen und Schüler erläutern die Bedeutung und die ökologischen Funktionen von Böden, dabei diskutieren sie ihre Bedeutung als Lebensraum und für die landwirtschaftliche Erzeugung. Die Fruchtbarkeit der Böden wird anhand der Eigenschaften mineralischer und organischer Komponenten als Nährstofflieferant und ‑speicher und des Bodenwasser- und ‑lufthaushalts erklärt. In diesem Zusammenhang werden auch Folgen einer Übernutzung landwirtschaftlicher Böden verdeutlicht.

BPE 2.1

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben Böden als Produkt der Gesteinsverwitterung. Sie erläutern Zusammenhänge zwischen Mineralbestand des Bodenausgangsgesteins, der Bodenentwicklung und des Nährstoffvorrats. Sie beschreiben Böden als Lebensraum für Bodenorganismen, die als Zersetzergemeinschaften ein wichtiges Bindeglied für Stoffkreisläufe darstellen.

Gesteine und Minerale
Magmatite, Metamorphite und Sedimentite
Verwitterung
Humifizierung, Mineralisierung
  • Physikalische Verwitterung
  • Chemische Verwitterung

Bodenentwicklung
Beispiele für Bodentypen, Bodenprofil
vgl. BPE 5
  • Bodenleben
Bioakkumulation und Persistenz
  • Humusbildung und Mineralisation

BPE 2.2

Die Schülerinnen und Schüler leiten die pflanzenbaulichen Eigenschaften von Böden als Funktion von Bodenart, Gefüge, Nährstoffgehalt, Humusgehalt und pH-Wert ab. Sie erläutern die Ursachen von Bodenschädigungen und diskutieren Maßnahmen des Bodenschutzes.

Bodenart
Fingerprobe, Bodendreieck
vgl. BPE 5
Wasser- und Lufthaushalt
Luftkapazität, nutzbare Feldkapazität, Totwasser, pF-Wert
Bodengefüge

  • Krümelgefüge
  • Ton-Humus-Komplex

Bodenschädigungen

  • Erosion
  • Verdichtung
Wind, Wasser
vgl. BPE 5
Nährstoffhaushalt
Ionenaustauschkapazität
pH-Wert und Pufferung
Kalkung

BPE 3

Stofftransport in Pflanzen und Pflanzenernährung

25

Die Schülerinnen und Schüler erläutern Transportvorgänge auf zellulärer Ebene und erklären den Stofftransport in Pflanzen. Sie diskutieren die ökologische und ökonomische Bedeutung der Pflanzenernährung.

BPE 3.1

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben den Aufbau von Biomembranen anhand von Modellen und begründen deren Eigenschaften.

Fettaufbau

  • Esterbindung (Strukturformel)
  • Glycerin

  • gesättigte und ungesättigte Fettsäuren
Schmelzpunkt
Bau der Biomembran anhand Flüssig-Mosaik-Modell
Phospholipide, Lecithin
Transportvorgänge

  • Diffusion

  • Osmose (Plasmolyse)
Modellexperiment
  • Carrier-Transport (aktiv, passiv)
ATP

BPE 3.2

Die Schülerinnen und Schüler leiten auf der Basis ihrer funktionellen Anatomie die Aufnahme und den Transport von Stoffen in Pflanzen ab.

Funktionelle Anatomie bei mono- und dikotylen Pflanzen

  • Wurzelaufbau
  • Sprossaufbau (Xylem, Phloem)
  • Blattaufbau (mit Stomata)

Wasser- und Nährsalzaufnahme

  • Hydratisierung gelöster Ionen
  • Ionenaustauschvorgänge
  • Transport durch das Leitsystem

  • Transpiration mit Schließzellenmechanismus
Stomataanpassung an verschiedene Standorte

BPE 3.3

Die Schülerinnen und Schüler analysieren die Bedeutung von Wachstumsfaktoren und Pflanzennährstoffen und bewerten ihren Einfluss auf das Pflanzenwachstum.

Biotische und abiotische Wachstumsfaktoren

Pflanzennährstoffe
N, P, K, Nährstoffdynamik
  • organische Dünger
  • mineralische Dünger

Ertragsgesetze
pflanzenbauliche und ökonomische Faktoren

BPE 4

Grundlagen der landwirtschaftlichen Erzeugung

20

Die Schülerinnen und Schüler analysieren Wechselwirkungen in einem Agrarökosystem und diskutieren ökologische und ökonomische Auswirkungen einer nachhaltigen landwirtschaftlichen Erzeugung.

BPE 4.1

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben verschiedene landwirtschaftliche Betriebe innerhalb einer Produktionsrichtung und vergleichen deren betriebliche Strukturen.

Entweder Ackerbau oder Grünland
nach regionalen Schwerpunkten
  • Kulturpflanzen (bei Ackerbau), bedeutende landwirtschaftliche Nutzpflanzen, Entwicklungsstadien

  • Grundprinzipien der Fruchtfolge (bei Ackerbau)
Bodenschutz
  • Grünlandpflanzen (bei Grünland), Nutzungsintensität, Biodiversität

  • Auswirkungen der Produktionsintensität
  • Nachhaltigkeit, Verbraucherverhalten

BPE 4.2

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben Zusammenhänge zwischen betrieblichen Gegebenheiten und den sich daraus ergebenden Formen der Nutztierhaltung. Dabei diskutieren sie Wechselwirkungen in einem Agrarökosystem.

Nutztiere (Lebensläufe, Nutztierrassen)

Schwein und Rind

Nutzungsrichtungen
Artgerechte Tierhaltung

Auswirkungen der Produktionsintensität, Nachhaltigkeit
Medikamenteneinsatz, Verbraucherverhalten

BPE 5

Laborübungen

40 (40)

Die Schülerinnen und Schüler wenden Grundlagen naturwissenschaftlicher Arbeitstechniken an und führen Experimente zu den entsprechenden Bildungsplaninhalten durch.

BPE 5.1

Die Schülerinnen und Schüler entwickeln Hypothesen und planen Experimente zu entsprechenden Bildungsplaninhalten. Sie führen sie unter Anwendung wissenschaftlicher Methoden durch, werten diese aus und protokollieren sie.

Mikroskopieren
z. B. Zellen, Gewebe, Pflanzenorgane, Mitosestadien, vgl. BPE 1
Enzymversuche
Beeinflussung der Enzymaktivität, vgl. BPE 1
Bodenuntersuchungen
z. B. Bodenartenbestimmung, Perkolationsversuche, Wassergehalt, Humusformen, Filter- oder Puffervermögen, Erosionsversuche, Bodenprofil, vgl. BPE 2
Versuche zur Stoffaufnahme und zum Stoff-transport in Pflanzen
Plasmolyse
z. B. Stoffgehalte in Pflanzenorganen (Stärke etc.), vgl. BPE 3
Bestimmungsübungen am Standort
z. B. Artenbestimmung, Zeigerwerte nach Ellenberg, Standortbewertung, Herbarium, vgl. BPE 4
Betriebsbesichtigungen, Lerngänge
vgl. BPE 4

Jahrgangsstufe 1

Vertiefung – Individualisiertes Lernen – Projektunterricht (VIP)

60

Vertiefung

Individualisiertes Lernen

Projektunterricht

z. B.
Übungen
Anwenden
Wiederholen
z. B.
Selbstorganisiertes Lernen
Lernvereinbarungen
Binnendifferenzierung
z. B.
Lerngang
Experimente
Betriebserkundung
Die Themenauswahl des Projektunterrichts hat aus den nachfolgenden Bildungsplaneinheiten unter Beachtung Fächer verbindender Aspekte zu erfolgen.

BPE 6

Fotosynthese

40 (10)

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben und analysieren Aspekte der Fotosynthese. Sie leiten Anpassungen an unterschiedliche Standorte ab und interpretieren mögliche Störungen. Sie bewerten mögliche Auswirkungen auf den landwirtschaftlichen Ertrag.

BPE 6.1

Die Schülerinnen und Schüler stellen den Einfluss äußerer Faktoren auf die Fotosyntheseleistung dar und beurteilen damit Auswirkungen auf den Ertrag landwirtschaftlicher Nutzpflanzen.

Blattanatomie
Sonnenblatt
Schattenblatt

Einflussfaktoren auf die Fotosyntheseaktivität
experimentelle Bestimmung der Fotosyntheseleistung
  • Lichtintensität und ‑qualität
  • CO2-Konzentration
  • Temperatur
  • Kompensationspunkte

BPE 6.2

Die Schülerinnen und Schüler protokollieren und erläutern die Auftrennung von Blattpigmenten.

Chromatografische Auftrennung von Blattpigmenten im Schülerexperiment

Erläuterung des Trennprinzips der Chromatografie
Rf-Wert

BPE 6.3

Die Schülerinnen und Schüler erklären fotochemische und biochemische Grundlagen der Fotosynthese. Sie erläutern die Teilreaktionen und deren Beeinflussung durch Herbizide.

Foto- und biochemische Grundlagen

  • Absorptions- und Wirkungsspektrum
Untersuchungen an Rohchlorophyll-Lösungen
  • Fluoreszenz

  • Feinbau des Chloroplasten

Lichtreaktionen

  • Energieübertragung durch Redox-Reaktion
  • zyklische Fotophosphorylierung
  • nichtzyklische Fotophosphorylierung
  • Z-Schema, Mitchell-Schema

Calvin-Zyklus mit Strukturen relevanter C-Verbindungen

  • Störungen durch Herbizide

BPE 6.4

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben das C4-Syndrom als ökologische Anpassung und begründen es anhand stoffwechselphysiologischer Vorgänge.

Blattanatomie bei C4-Pflanzen
Mikroskopieren von Blattquerschnitten
CO2-Fixierung bei C4-Pflanzen mit Strukturen relevanter C-Verbindungen

Anatomischer und physiologischer Vergleich von C3- und C4-Pflanzen

BPE 7

Stickstoffdynamik und -stoffwechsel

30 (10)

Die Schülerinnen und Schüler erkennen verfügbaren Stickstoff als wichtige Voraussetzung für das Pflanzenwachstum und beschreiben die Stickstoffdynamik. Sie stellen die Stickstoffeinbindung in den Pflanzenstoffwechsel dar und bewerten die Stickstoffdüngung des Getreides.

BPE 7.1

Die Schülerinnen und Schüler erläutern die natürlichen Stickstoffumsetzungen im Boden hinsichtlich der vorherrschenden Mikroorganismen und deren Einflussfaktoren.

Stickstoffkreislauf

  • Stickstoffmineralisation, Abbau von Aminosäuren durch Decarboxylierung und Desaminierung
  • Harnstoffabbau
  • Nitrifikation mit Reaktionsgleichung (Summenformel) und Nitrifikationshemmer
  • Denitrifikation
  • N-Bindung durch Rhizobien mit Reaktionsgleichung (Summenformel)

BPE 7.2

Die Schülerinnen und Schüler stellen die Stickstoffaufnahme aus dem Boden und den Einbau des Stickstoffs in organische Verbindungen mithilfe von Reaktionsgleichungen dar.

Stickstoffaufnahme

Beeinflussung der Nitratgehalte der Pflanzen

Assimilatorische Nitratreduktion

Einbau in organische Verbindungen

  • reduktive Aminierung
  • Transaminierung

BPE 7.3

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben die Entwicklung einer Getreidepflanze und bewerten deren Stickstoffdüngung nach ökologischen und ökonomischen Gesichtspunkten.

Aufbau der Getreidekaryopse
Entwicklungsstadien des Getreides
Präparation von Getreidepflanzen
Stickstoffbedarfsschwerpunkte am Beispiel Winterweizen
Untersuchungen mit Rohchlorophyll-Lösungen
  • Beeinflussung des Kornertrags und des Rohproteingehalts

  • Beispiel zur Bemessung der Stickstoffdüngung
rechtliche Regelungen, N-Bedarfsermittlung
Nitratauswaschung
Nmin-Untersuchung
  • Wirtschaftlichkeit der Stickstoffdüngung

BPE 8

Stoffabbau und Fütterung

40 (10)

Die Schülerinnen und Schüler erkennen die Verdauung als enzymatischen Abbau von Nährstoffen in ihre Grundbausteine bei Mono- und Polygastriern und vergleichen verschiedene Abbauwege energetisch. Sie beurteilen die Fütterung eines Wiederkäuers als Grundlage einer nachhaltigen Nutztierhaltung.

BPE 8.1

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben die Verdauung beim Schwein.

Verdauungsorgane
Verdauungsenzyme

  • Kohlenhydratverdauung
  • Proteinverdauung
  • Fettverdauung
Verdauungsversuche
Resorption der Nährstoffe

BPE 8.2

Die Schülerinnen und Schüler erläutern die biologische Oxidation von Glukose, Glycerin und Fettsäuren und bewerten Gärungsprozesse. Sie stellen die Teilschritte anhand von Reaktionsgleichungen (Strukturformeln) dar. Sie berechnen Energiebilanzen sowie Energieumsätze und beurteilen die kalorimetrischen Parameter.

Dissimilation

  • Glycolyse
  • Oxidative Decarboxylierung
  • Citratzyklus
  • Endoxidation

  • Gärung

  • alkoholische Gärung
  • Milchsäuregärung

  • Energetische Nutzung von Fetten

  • Fettabbau
  • Prinzip der β-Oxidation der Fettsäuren

  • Energiebilanz und Wirkungsgrad

Kalorimetrie

  • Respiratorischer Quotient (RQ)
  • kalorisches Äquivalent
Respirationsversuch
Energieumsatz von Lebewesen

BPE 8.3

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben die Verdauung beim Rind. Sie stellen die Schritte anhand von Reaktionsgleichungen (Strukturformeln) dar.

Mikrobieller Abbau der Kohlenhydrate und der stickstoffhaltigen Futtermittel beim Rind
Verdauungsversuche
  • Bildung von Essig‑, Propion‑, Buttersäure und Methan
  • Gluconeogenese
  • Stickstoff-Umsetzungen mit ruminohepatischem Kreislauf

BPE 8.4

Die Schülerinnen und Schüler stellen die Zusammensetzung von Futtermitteln dar und beurteilen vorgegebene Futterrationen für Milchkühe im Hinblick auf Leistungs- und Tiergerechtheit.

Erweiterte Weender Analyse (van Soest)
TS-Gehalt-Bestimmung
Veraschung
Futtermittelanalyse
Trocknungsversuche
Energie- und Eiweißbewertung

Energiestufen
Ruminale Stickstoff-Bilanz (RNB)

Harnstoffwerte
Fett-Eiweiß-Quotient
MLP-Bericht
Rationsbeurteilung
Wiederkäuer- und leistungsgerechte Fütterung
Betriebsbesichtigung
Leistungs- und fütterungsbedingte Stoffwechselstörungen

  • Pansenacidose

  • Ketose

BPE 9

Molekulargenetik

40 (10)

Die Schülerinnen und Schüler stellen molekulare Prozesse bei der Realisierung und Weitergabe der genetischen Information dar. Sie beschreiben Werkzeuge und Methoden der Molekularbiologie und erläutern die Herstellung transgener Pflanzen.

BPE 9.1

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben die Genexpression bei Prokaryonten und Eukaryonten. Sie wenden den genetischen Code zur Identifizierung von Genmutationen an und beschreiben mögliche Auswirkungen dieser Mutationen auf molekularer, biochemischer und phänotypischer Ebene.

Genexpression bei Prokaryonten

mRNA-Code

Zeitliche und räumliche Verschaltung von Transkription und Translation
Polysomen
Genregulation am Operon-Modell: Lactose- und Tryptophan-Operons anhand geeigneter Modelle und Grafiken
Bedeutung der Genregulation für den Zellstoffwechsel
Substratinduktion und Endproduktrepression

Genexpression bei Eukaryonten

Introns, Exons
RNA-Prozessierung
Bedeutung eines alternativen splicing für die Variabilität der Genprodukte
Genmutationen

Physikalische Mutagene: energiereiche Strahlung (Auswirkungen nur in Grundzügen)

Chemische Mutagene: Basenanaloga
z. B. Ethidiumbromid, Benzo(a)pyren, u. a. zelluläre Wirkungen von Nitrit
Formen von Punktmutationen (Stumme Mutation, Missense-Mutation, Nonsense-Mutation, Rastermutation durch Insertion oder Deletion)
Anhand praxisbezogener Beispiele

BPE 9.2

Die Schülerinnen und Schüler erläutern grundlegende labortechnische Arbeitsmethoden und wenden diese an.

Polymerase-Kettenreaktion
vgl. BPE 1
  • Prinzip des Verfahrens
  • Verfahrensschritte
  • Bedeutung der taq-Polymerase
  • forward primer, reverse primer

Restriktionsenzyme

  • Erkennungs- und Schnittsequenzen
  • Bedeutung von sticky ends und blunt ends

Gelelektrophorese
geeignete Experimente
Methoden der Gendiagnostik

Sequenzierungsverfahren nach SANGER

  • Verfahrensschritte
  • Interpretation des Elektropherogramms
  • Bedeutung der Abbruchnucletotide

RFLP-Analyse
Genomanalyse (Sortentypisierung, Erbkrankheiten bei Nutztieren)

  • Gensonden-Technik

Bau einer Gensonde
Fluoreszenzmarker
Radioaktive Marker

  • Genchip

Verfahrensschritte
Funktion der cDNA

  • Single-Nucleotid-Polymorphismus
  • PCR-Längen-Polymorphismus

BPE 9.3

Die Schülerinnen und Schüler stellen gentechnische Verfahren zur Erzeugung transgener Organismen unter Berücksichtigung von Fallbeispielen dar und diskutieren Chancen und Risiken der Gentechnik.

Ziele des Einsatzes von Gentechnik in der Pflanzenzüchtung
z. B. Ertragssteigerung, Herbizidresistenz, veränderte Zusammensetzung von Inhaltsstoffen als Industriestoffe oder zur Verbesserung der Nahrungsqualität, Resistenzeigenschaften als Anpassung an veränderte Umweltbedingungen
Plasmidtechnik als Grundverfahren eines Gentransfers

  • Bedeutung natürlicher Plasmide
  • Aufbau eines optimierten Plasmids, Selektionsmarker
  • Isolation von Plasmiden und der Ziel-DNA
  • Rekombination

  • Transformation
Plasmide als Vektor
  • Selektion

CRISPR/Cas-Prinzip

  • natürliches System
  • Prinzip des Genome editing mittels CRISPR
  • Diskussion

Transgene Pflanzen

Gentransfer in eukaryotische Zellen durch Agrobakterium tumefaciens

Weitere Transformationsverfahren

  • Genkanone

  • Elektroporation

  • ethische Diskussion und Sicherheitsaspekte
Pro-Contra-Diskussion unter Einbeziehung aktueller Beispiele zum Einsatz von GVO-Pflanzen
  • rechtliche Aspekte

  • Einstufung von GVO im Freilandanbau
Bewertung von GVO nach bisherigem Recht in der EU, Vergleich EU – USA
  • Kennzeichnung von GVO in Lebensmitteln

Jahrgangsstufe 2

Vertiefung – Individualisiertes Lernen – Projektunterricht (VIP)

48

Vertiefung

Individualisiertes Lernen

Projektunterricht

z. B.
Übungen
Anwenden
Wiederholen
z. B.
Selbstorganisiertes Lernen
Lernvereinbarungen
Binnendifferenzierung
z. B.
Lerngang
Betriebserkundung
Die Themenauswahl des Projektunterrichts hat aus den nachfolgenden Bildungsplaneinheiten unter Beachtung Fächer verbindender Aspekte zu erfolgen.

BPE 10

Klassische Genetik

20 (5)

Die Schülerinnen und Schüler erläutern zytologische Grundlagen und die Mendelschen Regeln und begründen deren begrenzte Anwendbarkeit in der Tier- und Pflanzenzüchtung.

BPE 10.1

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben den Ablauf der Meiose und leiten auf der Grundlage von Genommutationen Entwicklungen im Pflanzenbau ab.

Zytologische Grundlagen

Meiose
crossing-over

Genommutationen

  • Polyploidisierung
  • Stammbaum des Weizens
Obstarten

BPE 10.2

Die Schülerinnen und Schüler erklären die Mendelschen Regeln und interpretieren deren Anwendbarkeit auf die Züchtungsarbeit in der Landwirtschaft bei Tieren und Pflanzen.

Klassische Vererbung
vgl. Polygenie (BPE 12.1)
Dominant-rezessive und intermediäre Vererbung
Dihybrider Erbgang
Letalfaktoren
Heterosomale Vererbung

  • Säuger und Vögel

  • Genkopplung

BPE 11

Reproduktionsbiologie

20 (5)

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben die hormonelle Regulation des Brunstzyklus beim Rind und biotechnische Verfahren zur Beeinflussung der Fortpflanzung.

BPE 11.1

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben Grundlagen der hormonellen Regulation anhand des Brunstzyklus des Rindes. Sie stellen Brunstverlauf, Zyklusstörungen und deren Nachweismethoden dar.

Hierarchisches System der Zyklussteuerung

  • Releasing Hormone
  • Gonadotropine
  • Prostaglandin

Brunstverlauf

  • Stadien
  • Brunsterkennung

Zyklusstörungen

  • Zysten
  • stille Brunst
  • Nachweismethoden
  • Progesterontest

BPE 11.2

Die Schülerinnen und Schüler analysieren biotechnische Verfahren zur Beeinflussung der Fortpflanzung in der modernen Landwirtschaft.

Künstliche Besamung

  • optimaler Besamungszeitpunkt

Brunstsynchronisation
verschiedene Verfahren, z. B. PRID-Spirale
Embryotransfer
Klonen

  • aus Körperzellen
  • aus embryonalen Zellen

BPE 12

Züchtung

40 (15)

Die Schülerinnen und Schüler erläutern den methodischen Ansatz der Züchtung. Sie stellen mithilfe biometrischer Grundlagen verschiedene Züchtungsmaßnahmen dar und beschreiben neue Entwicklungen in der Tierzucht und dem Pflanzenbau.

BPE 12.1

Die Schülerinnen und Schüler erläutern unterschiedliche Leistungsmerkmale und Zuchtziele in der Rinderzüchtung.

Leistungsmerkmale in Rinderpopulationen Zuchtziele
Rinderrassen

Additive Polygenie
z. B. Milchleistung
  • Pascalsches Dreieck

BPE 12.2

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben Leistungsmerkmale als biometrische Variablen; sie analysieren, berechnen und interpretieren Versuchs- und Untersuchungsergebnisse. Sie erläutern und berechnen die Faktoren des Zuchtfortschritts.

Biometrische Grundlagen biologischer Parameter erfassen, auswerten und darstellen

  • Normalverteilung
  • Mittelwert und Streuungsmaße
  • Korrelationskoeffizient
  • Regressionskoeffizient
  • Regressionsgerade (lineare Regression)
  • Heritabilität
  • Selektionserfolg
  • Selektionsdifferenz

BPE 12.3

Die Schülerinnen und Schüler erklären züchterische Maßnahmen am Beispiel der Milchviehzüchtung und beurteilen das Zusammenwirken verschiedener Faktoren für einen optimalen Zuchtfortschritt. Sie beschreiben neue Entwicklungen in der Tierzucht.

Züchtungsmaßnahmen

  • Laufbahn eines Besamungsbullen (Geburt bis geprüfter Bulle)

  • klassische und genomische Zuchtwertschätzung (Genchip, GZW, ÖZW)
vgl. BPE 9
  • Faktoren des Selektionserfolges, Zuchtfortschritt

  • Selektion auf mehrere Merkmale (abhängige und unabhängige Selektionsgrenzen)

BPE 12.4

Die Schülerinnen und Schüler erläutern und diskutieren am Beispiel der Maiszüchtung die Bedeutung von Hybridzüchtungen.

Kreuzungszucht

  • Heterosis und Inzuchtdepression
  • Hybridzüchtung beim Mais (Einfach- und Doppelhybride)

BPE 13

Ökologischer Landbau

25 (7)

Die Schülerinnen und Schüler stellen Methoden des ökologischen Landbaus konventionellen Verfahren gegenüber und diskutieren unterschiedliche Ansatzpunkte landwirtschaftlicher Konzepte.

BPE 13.1

Die Schülerinnen und Schüler analysieren die Fruchtfolgegestaltung und wesentliche Aspekte zum Thema Nährstoffhaushalt im ökologischen Landbau. Sie erläutern an Beispielen vorbeugende bzw. kurative Maßnahmen im Pflanzenschutz.

Kreislaufwirtschaft
Fruchtfolgegestaltung

  • Humushaushalt
  • Schädlinge
  • Unkräuter

Pflanzenschutz
Nährstoffhaushalt

BPE 13.2

Die Schülerinnen und Schüler vergleichen unterschiedliche ökologische Konzepte der nachhaltigen landwirtschaftlichen Produktion und nehmen dazu Stellung.

Biosiegel im Vergleich
Fallbeispiel anhand eines Agrarproduktes
EG-Öko-VO

Organisch-biologischer Landbau

Biologisch-dynamischer Landbau

BPE 14*

Wahlgebiete

15

Von den nachfolgenden Wahlgebieten ist eins zu unterrichten. In diesem Rahmen setzen sich die Schülerinnen und Schüler mit zentralen Fragen biologischer und agrarwissenschaftlicher Themen auseinander. Dabei erkennen sie komplexe Zusammenhänge der Problemfelder und diskutieren Lösungsansätze.

BPE 14.1*

Evolution:
Die Schülerinnen und Schüler nennen die wichtigsten Aussagen der Evolutionstheorien von Lamarck und Darwin und vergleichen diese. Sie wenden die beiden Theorien auf ein konkretes Beispiel an. Sie beschreiben die synthetische Evolutionstheorie als Erweiterung der klassischen Evolutionstheorie von Darwin um Erkenntnisse der Genetik und Populationsgenetik. Sie erläutern den Einfluss der Evolutionsfaktoren auf den Genpool und diskutieren die Bedeutung im Zusammenhang mit Fragen der Züchtung.

Evolutionstheorien von Lamarck und Darwin
z. B. Theorie zur Evolution der Giraffe
Verweis auf/Einbezug der Epigenetik
Synthetische Evolutionstheorie

  • Evolutionsfaktoren: Mutation, Rekombination, Isolation, Selektion

  • Evolution als Veränderung der Genotyp- und Allelhäufigkeit im Genpool einer Population

  • genetische Variabilität durch Mutation und Rekombination
vgl. BPE 4
  • abiotische und biotische Selektionsfaktoren

  • Artbegriffe, Artbildung und Isolationsmechanismen
Grenzen der Artbegriffe
  • Anwendung und Diskussion in Bezug auf Züchtung

BPE 14.2*

Ökologie und Biodiversität:
Die Schülerinnen und Schüler stellen die Biosphäre als System unterschiedlicher Ökosysteme dar und vergleichen ein Beispiel von Biotop und Biozönose. Sie vergleichen Nahrungskette und Nahrungsnetz und begründen die Rolle der Spieler im Ökosystem für eine nachhaltige Nahrungsbeziehung. Sie werten eine Biomassepyramide aus und erklären diese mit dem Energiefluss. Die Schülerinnen und Schüler stellen den Kohlenstoffkreislauf unter Einbeziehung menschlicher Einflüsse dar und nennen Aspekte von Nachhaltigkeit und bewerten diese.

Biologische Vielfalt und Artenschutz
z. B. Neozoen, Insektensterben, Wolf, Flächenversiegelung
  • ökologische Grundprinzipien
  • Zeigerorganismen

Spieler im Ökosystem: Produzenten, Konsumenten, Destruenten

Nahrungskette und Nahrungsnetz

Biomassepyramide, Trophie-Ebenen, Energiefluss

Bedeutung der Biodiversität für die Stabilität der Ökosysteme
z. B. große Hungersnot in Irland durch Kartoffelfäule, Insektensterben
Bedrohung der Biodiversität durch menschliches Handeln
z. B. Bevölkerungswachstum, industrialisierte Landwirtschaft
Auswirkungen des Diversitätsverlusts

Lösungsansätze zum Erhalt der Diversität
z. B. Artenschutzabkommen, Biosphärengebiete, Genbanken, z. B. Svalbard Global Seed Vault

BPE 14.3*

Landwirtschaftliche Sonderkulturen:
Die Schülerinnen und Schüler beschreiben und analysieren die Besonderheiten landwirtschaftlicher Sonderkulturen im Zusammenhang mit den jeweiligen regionalen Gegebenheiten. Sie vergleichen diese mit klassischen Kulturen und bewerten die besonderen Herausforderungen der Sonderkulturen.

Landwirtschaftliche Sonderkulturen

  • Standortfaktoren
  • Anbausysteme
  • Vermarktung
  • Wirtschaftlichkeit
Auswahl nach personellen und regionalen Gegebenheiten:
z. B. Hopfenanbau, Weinbau, Obstbau, Spargelanbau, Biogas

Operatorenliste

In den Zielformulierungen der Bildungsplaneinheiten werden Operatoren (= handlungsleitende Verben) verwendet. Diese Zielformulierungen (Standards) legen fest, welche Anforderungen die Schülerinnen und Schüler in der Regel erfüllen. Zusammen mit der Zuordnung zu einem der drei Anforderungsbereiche (AFB) dienen Operatoren einer Präzisierung. Dies sichert das Erreichen des vorgesehenen Niveaus und die angemessene Interpretation der Standards.

Anforderungsbereiche
Anforderungsbereich I umfasst die Wiedergabe von Sachverhalten, wie z. B. Daten, Fakten, Regeln, Formeln, Aussagen aus einem begrenzten Gebiet und in einem wiederholenden Zusammenhang, sowie die Beschreibung und Verwendung gelernter und geübter Arbeitstechniken und Verfahrensweisen in einem begrenzten Gebiet und in einem wiederholenden Zusammenhang.
Anforderungsbereich II umfasst selbstständiges Auswählen, Anordnen, Verarbeiten und Darstellen bekannter Sachverhalte unter vorgegebenen Kriterien in einem durch Übung bekannten Zusammenhang sowie selbstständiges Übertragen des Erlernten auf vergleichbare neuartige Fragestellungen, veränderte Sachzusammenhänge und/oder abgewandelte Verfahrensweisen.
Anforderungsbereich III umfasst planmäßiges und kreatives Bearbeiten vielschichtiger Problemstellungen mit dem Ziel, selbstständig zu Lösungen, Deutungen, Wertungen und Folgerungen zu gelangen sowie bewusstes und selbstständiges Auswählen und Anpassen geeigneter erlernter Methoden und Verfahren auf neue Situationen.
Operator Definition Zuordnung
AFB
ableiten
auf der Grundlage wesentlicher Merkmale sachgerechte Schlüsse ziehen
II
analysieren
naturwissenschaftliche Sachverhalte aus Materialien kriterien- bzw. aspektorientiert beschreiben und erklären
II
angeben, nennen, wiedergeben
Kenntnisse (Fachbegriffe, Daten, Fakten, Modelle) und Aussagen in komprimierter Form unkommentiert darstellen
I
anwenden, übertragen
einen bekannten Sachverhalt oder eine bekannte Methode auf etwas Neues beziehen
II
auswerten
Daten, Einzelergebnisse oder andere Elemente in einen Zusammenhang stellen und gegebenenfalls zu einer Gesamtaussage zusammenführen
II
begründen
Sachverhalte auf Regeln und Gesetzmäßigkeiten bzw. kausale Beziehungen von Ursache und Wirkung zurückführen
III
berechnen
Aufgaben anhand vorgegebener Daten und Sachverhalte mit bekannten Operationen lösen
I
beschreiben
wesentliche Aspekte eines Sachverhalts in logischem Zusammenhang unter Verwendung der Fachsprache wiedergeben
I
beurteilen
den Stellenwert von Sachverhalten und Prozessen in einem Zusammenhang bestimmen, um theorie- und kriterienorientiert zu einem begründeten Urteil zu gelangen
III
bewerten
einen Sachverhalt an erkennbaren Wertkategorien oder an bekannten Beurteilungskriterien messen
III
darstellen
Sachverhalte, Zusammenhänge, Methoden etc. strukturiert und gegebenenfalls fachsprachlich wiedergeben
II
diskutieren
Argumente und Beispiele zu einer Aussage oder These einander gegenüberstellen und abwägen
II
erklären, erläutern
Sachverhalte durch Wissen und Einsichten in einen Zusammenhang (Theorie, Modell, Regel, Gesetz, Funktionszusammenhang) einordnen und deuten; gegebenenfalls durch zusätzliche Informationen und Beispiele verdeutlichen
II
Hypothesen entwickeln
begründete Vermutungen auf der Grundlage von Beobachtungen, Untersuchungen, Experimenten oder Aussagen formulieren
III
interpretieren, deuten
fachspezifische Zusammenhänge im Hinblick auf eine gegebene Fragestellung begründet darstellen
III
protokollieren
Beobachtungen oder die Durchführung von Experimenten detailgenau zeichnerisch einwandfrei bzw. fachsprachlich richtig wiedergeben
I
Stellung nehmen
zu einem Gegenstand, der an sich nicht eindeutig ist, nach kritischer Prüfung und sorgfältiger Abwägung ein begründetes Urteil abgeben
III
vergleichen
Sachverhalte gegenüberstellen, um Gemeinsamkeiten, Ähnlichkeiten und Unterschiede herauszuarbeiten
II
zusammenfassen
das Wesentliche in konzentrierter Form herausstellen
II
vgl. Einheitliche Prüfungsanforderungen in der Abiturprüfung Agrartechnik mit Biologie der KMK i. d. F. vom 16.11.2006

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