16.02.2012

Schule

Ideen für den Unterricht

Pilzresistente Kartoffel: Gentechnische Strategien gegen Phytophthora (Kraut- und Knollenfäule)

Ziele

  • Züchtungsziel pilzresistente Kartoffel kennen lernen

  • Zweistufigkeit der Entscheidungsfindung erkennen: Erstens die Entscheidung für Züchtungsziele als solche und zweitens die Wahl der Methode nach Sachkriterien

  • sachliche und differenzierte Auseinandersetzung mit einem Züchtungsziel und den Zuchtmethoden unter Abwägung der Chancen und Risiken

Kursstufe Fach Umfang Voraussetzungen
GK, LK Biologie ca. 2 U-stunden als Einstiegseinheit möglich

Vorbemerkung

Der ärgste Feind der Kartoffel ist ein Pilz mit dem klangvollen Namen Phytophthora infestans (Kraut- und Knollenfäule). Die Verbesserung der Resistenz insbesondere gegen diesen Pilz ist bei der Kartoffel daher von größter Bedeutung. Dieses Zuchtziel wird mit Hilfe der konventionellen Züchtung schon lange verfolgt. Auch arbeitet die Gentechnik an Lösungen gegen diesen Pilz: z.B. sollen zwei Resistenzgene aus mexikanischen Wildkartoffeln helfen, die Pflanze widerstandsfähig gegen Phytophthora infestans zu machen.

Unterrichtsgestaltung

Einstieg

Die Bedeutung der Kartoffel als Grundnahrungsmittel und ihre Bedrohung durch den Schadpilz sollte den Schülern verdeutlicht werden. Beispielsweise anhand der Theorie, dass Phytophthora infestans für die große Hungersnot in Irland verantwortlich war, mit Folgen für die Weltgeschichte.

Erarbeitung

Die Schüler bearbeiten folgende Texte anhand der Fragen auf dem Arbeitsblatt (s. Material für den Unterricht):

Weitere Arbeitsgrundlage:

Ergebnissicherung

Die Ergebnisse können von einer Gruppe vor der Klasse präsentiert und im Zuge eines Unterrichtsgesprächs mit den restlichen Schülern abgeglichen bzw. die persönlichen Stellungnahmen diskutiert werden.

Lösungshinweise:

1) Es wird angestrebt, eine Kartoffel zu züchten, die gegen den Schadpilz Phytophthora infestans resistent ist, indem die Pilzabwehr-Reaktion gesteigert wird.

Der Pilz Phytophthora infestans ist ein Schaderreger der Kartoffel. Die Blätter der Pflanze vertrocknen, die Knollen verfaulen und sind ungenießbar. Der Pilz kann in den Knollen überwintern, sich gut ausbreiten und Epidemien auslösen. Die natürliche Abwehrkraft der Pflanze - das Absterben der Zellen um den Infektionsherd herum, so dass dem Pilz die Nahrungsgrundlage entzogen wird- reicht als Abwehrmaßnahme gegen den Pilz nicht aus. Bisher gab es noch keinen züchterischen Erfolg in Bezug auf eine höhere Widerstandskraft der Kartoffel, was unter anderem daran liegt, dass der Pilz immer wieder neue genetische Varianten ausbildet.

2) Die Schüler sollten während des Unterrichtsgesprächs folgende Punkte diskutieren:

  • Situation ohne geeignete Resistenz: Der - evtl. enorme - wirtschaftliche Schaden durch den Pilz für den Landwirt. Höherer Arbeitsaufwand durch Ausbringung der Fungizide.
  • Situation mit Resistenz: mögliche ökologische Vorteile durch den Wegfall der Fungizidbehandlung, aber auch Einfluss auf Nichtzielorganismen, beispielsweise mögliche nachteilige Effekte auf bakterielle Gemeinschaften des Bodens.

3) Bisher wurden züchterische Resistenzstrategien entwickelt, denen sich der Erreger durch die Ausbildung neuer genetischer Varianten anpassen konnte. Die Gentechnik bietet die Möglichkeit, die natürliche Widerstandskraft der Kartoffel so zu steigern, dass die Abwehr des Pilzes durch eine Verbesserung der hypersensitiven Reaktion (Schutzwall aus abgestorbenen Zellen) erfolgen kann.

4) Eventuell könnten durch die Veränderungen im Stoffwechsel auch unerwünschte Effekte auftreten (z.B. weitere Änderungen im Stoffwechselgeschehen. Zusätzliche ökologische Folgen sind nur durch die Methode zunächst nicht zu erwarten (s. Aufgabe 2).

5) Hier müsste nun abgewogen werden, ob man weiterhin nach Alternativen suchen soll oder die Möglichkeit der Gentechnik nutzt und die unter Punkt vier genannten Folgen im Auge behält (Biosicherheitsforschung zunächst im Labor wegen eventueller neuer Inhaltsstoffe, danach Freilandstudien und eventuell begleitende Beobachtungen bei großflächigem Anbau).

Mögliche Ergänzungen:

Diskussion mit verschiedenen Rollen: Thema ist beispielsweise ein Antrag von Wissenschaftlern, die zu Forschungszwecken (im Zuge der Sicherheitsforschung) vor Ort pilzresistente Kartoffeln freisetzen möchten. Verschiedene Gruppen schlüpfen in folgende Rollen:

  • Landwirte, die an neuen Absatzmärkten interessiert sind
  • Umweltschutzgruppe, die Gentechnik ablehnt
  • Industrievertreter, beispielsweise aus der Nahrungsmittelindustrie
  • Lokalpolitiker, die ihrer Bevölkerung erklären müssen, warum in ihrer Nachbarschaft gentechnisch veränderte Pflanzen wachsen dürfen (oder nicht). Die Lokalpolitiker können zwei Gruppen bilden: Eine Gruppe soll für den Antrag argumentieren, die andere dagegen.
  • Bürgerinitiative, deren Mitglieder Angst vor gentechnisch veränderten Pflanzen in der Nachbarschaft haben.

Jede Gruppe wählt einen Vertreter und bereitet eine Stellungnahme mit Argumenten vor, die für die Diskussion nützlich sein könnten. Ein neutraler Sprecher moderiert die Diskussion. Das „Publikum“ darf Fragen stellen und votiert am Schluss nach eigener Überzeugung.