V1: Fruchtreife bei Tomaten
Tomaten sind ein beliebtes Gemüse. Weltweit werden jährlich über 100 Millionen Tonnen Tomaten produziert. Ursprünglich stammen Tomatenpflanzen aus Mexiko und gehören zur Familie der Nachtschattengewächse (Solanaceae). Man zählt heute über 3000 Sorten, von denen viele im reifen Zustand süß schmecken.
In den unreifen Beerenfrüchten befindet sich das giftige Solanin. Sonnengereifte Tomatenfrüchte enthalten jedoch eine Vielzahl wertvoller Mineralstoffe wie Kalium, Calcium und Magnesium. Zudem sind sie reich an den Vitaminen A, C, B1 und B2 sowie einer Reihe wertvoller sekundärer Pflanzenstoffe. Dazu zählt z. B. das in den Chromoplasten gespeicherte Carotinoid Lykopin, welches den roten Tomaten die Farbe gibt.
In den unreifen Beerenfrüchten befindet sich das giftige Solanin. Sonnengereifte Tomatenfrüchte enthalten jedoch eine Vielzahl wertvoller Mineralstoffe wie Kalium, Calcium und Magnesium. Zudem sind sie reich an den Vitaminen A, C, B1 und B2 sowie einer Reihe wertvoller sekundärer Pflanzenstoffe. Dazu zählt z. B. das in den Chromoplasten gespeicherte Carotinoid Lykopin, welches den roten Tomaten die Farbe gibt.
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Der Prozess der Tomatenreife ist sehr komplex. Unter anderem spielt das Reifungshormon Ethen dabei eine wesentliche Rolle.
Erkläre mithilfe der Materialien 1 und 2 die Reifung von Tomaten aus proximater Sicht und beurteile die biologische Bedeutung des Reifungsprozesses.
Erkläre mithilfe der Materialien 1 und 2 die Reifung von Tomaten aus proximater Sicht und beurteile die biologische Bedeutung des Reifungsprozesses.
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Filtriere 5 mL der bereitgestellten Tomaten-Suspension und prüfe experimentell das Filtrat auf das Vorhandensein von Einfachzuckern wie z. B. Glucose. Fordere die dazu benötigten Geräte sowie Chemikalien schriftlich an und erstelle ein Protokoll. Ziehe Schlussfolgerungen zum allgemeinen Reifegrad der verwendeten Tomaten in deiner Suspension.
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monatlich kündbarSchulLV-PLUS-Vorteile im ÜberblickDu hast bereits einen Account?Material 1 zur Aufgabe 1: Reifephasen von Tomaten
Nach: https://www.researchgate.net/publication/
5336851_Genetic_Regulation_of_Fruit_Development_
and_Ripening/citation/download (24.05.2023)
5336851_Genetic_Regulation_of_Fruit_Development_
and_Ripening/citation/download (24.05.2023)
Material 2 zur Aufgabe 1: Zelluläre Prozesse während der Tomatenreife
Nach: https://www.researchgate.net/publication/
43146307_Caracterisation_moleculaire_et_physiologique
_des_facteurs_de_reponse_a_l'ethylene_ERF
_chez_la_tomate_Solanum_lycopersicon (24.05.2023)
43146307_Caracterisation_moleculaire_et_physiologique
_des_facteurs_de_reponse_a_l'ethylene_ERF
_chez_la_tomate_Solanum_lycopersicon (24.05.2023)
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Reifung von Tomaten und die Rolle von Ethen:
Phasen der Tomatenreifung:
Die Tomatenreifung lässt sich in verschiedene Phasen unterteilen, wie in Material 1 dargestellt:
- Grün und unreif: In dieser Phase, kurz nach der Blüte, wächst die Frucht vor allem durch Zellteilung und Zellvergrößerung. Es werden große Mengen Chlorophyll synthetisiert, was der Tomate ihre grüne Farbe verleiht. Der Anteil an Carotinoiden wie Lycopin ist sehr gering.
- Erste Rötung: Etwa ab Tag 42 nach der Blüte beginnt die Tomate, ihre Farbe zu verändern. Die Carotinoide (vor allem Lycopin) reichern sich an und sorgen für die rötliche Färbung. Gleichzeitig wird die Ethensynthese stark hochreguliert, was die Reifung der Tomate beschleunigt.
- Rot und reif: In dieser letzten Phase (etwa ab Tag 56) ist die Frucht vollständig ausgereift. Das Chlorophyll wird abgebaut, während Lycopin weiterhin eingelagert wird. Die Frucht wird weicher und entwickelt ihren charakteristischen süßen Geschmack.
- Ethensynthese: Sobald die Reifung beginnt, synthetisieren die Zellen vermehrt Ethen. Dieses Gas wirkt autokatalytisch, das heißt, es regt die Zellen an, noch mehr Ethen zu produzieren, was die Reifung beschleunigt.
- Abbau von Zellstrukturen: Ethen fördert den Abbau von Chloroplasten zu Chromoplasten, was mit dem Farbwechsel der Tomaten einhergeht. Gleichzeitig wird die Zellwand abgebaut, was die Frucht weicher macht.
- Produktion von Zucker und Aromastoffen: Während der Reifung werden komplexe Kohlenhydrate in Zucker wie Glucose und Fructose umgewandelt. Diese Zucker sind für den süßen Geschmack der reifen Tomate verantwortlich. Darüber hinaus regt Ethen die Produktion flüchtiger Aromastoffe an, die das charakteristische Aroma reifer Tomaten bilden.
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Filtration der Tomaten-Suspension und Nachweis von Einfachzuckern:
Experimentelle Vorgehensweise:
Das Ziel dieses Experiments ist es, den Reifegrad von Tomaten anhand des Vorhandenseins von Einfachzuckern wie Glucose zu bestimmen. Das Vorgehen basiert auf der Filtration einer Tomatensuspension und der chemischen Analyse des Filtrats.
Geräte und Chemikalien:
- Trichter und Filterpapier
- Becherglas (100 mL)
- Pipette
- Wasserbad (auf 60–80°C)
- Teststreifen für Glucose
- Fehling’sche Lösung (Fehling I und Fehling II)
- Bunsenbrenner oder Heizplatte
- Reagenzgläser und Ständer
- Schritt 1: 5 mL Tomatensuspension durch ein Filterpapier in ein Becherglas filtern, um Feststoffe zu entfernen.
- Schritt 2: Eine kleine Menge des Filtrats (etwa 1 mL) in ein Reagenzglas geben.
- Schritt 3: Glucosetest: Teststreifen in das Filtrat tauchen und den Farbwechsel beobachten. Der Streifen zeigt an, ob Glucose vorhanden ist.
- Schritt 4: Fehling-Reaktion: Zum Rest des Filtrats in einem Reagenzglas 2 mL Fehling’sche Lösung (1 mL Fehling I und 1 mL Fehling II) geben. Das Reagenzglas in ein heißes Wasserbad stellen und den Farbumschlag beobachten. Ein positiver Nachweis für Glucose wird durch eine ziegelrote Färbung angezeigt.
- Wenn der Glucosetest positiv ist (Farbänderung), und die Fehling-Reaktion ebenfalls einen positiven Befund (ziegelrot) zeigt, lässt sich daraus schließen, dass die Tomaten in der Suspension einen hohen Gehalt an Einfachzuckern enthalten. Dies ist ein Zeichen dafür, dass die Tomaten bereits weit gereift sind, da unreife Tomaten vor allem komplexe Kohlenhydrate und wenig Einfachzucker enthalten.
- Tomaten mit einem niedrigen Gehalt an Glucose sind dagegen wahrscheinlich noch unreif, was auch durch das Fehlen der Carotinoid-Einlagerung und die Härte der Frucht bestätigt werden kann.