Auswirkungen Radioaktivität

Welche Auswirkungen hat die Radioaktivität?

Einführung
Der Begriff Radioaktivität hat bei vielen Menschen eine negative Bedeutung. Man denke oft zuerst an die Zerstörungskraft von Atomwaffen, Castor-Transporten, den großen Kernkraftwerksunfall von Tschernobyl und die radioaktive Belastung der Umwelt mit ihren negativen Folgen. Andererseits gibt es wissenschaftliche Erfolge bei der wirtschaftlichen Nutzung radioaktiver Stoffe für den Menschen – ich denke hier zum Beispiel an den Bereich der Medizin. Welche Auswirkungen hat also die Radioaktivität auf Mensch und Pflanze, was ist schädlich an ihrer Strahlung oder wie kann sie positiv genutzt werden? Das sind Fragen, die sich Menschen im Zusammenhang mit der Radioaktivität stellen. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit den Auswirkungen der radioaktiven Strahlung auf Pflanzen unter dem Thema “Die Auswirkungen der radioaktiven Strahlung – Untersuchung von radioaktiv bestrahlten Gerstensamen”. Die Aufgabe bestand darin, das Wachstum von Gerstenkörnern zu messen und zu beobachten, die mit unbekannten Strahlendosen in verschiedenen Höhen bestrahlt wurden, und den Gerstenkörnern aufgrund unterschiedlicher Keimung, unterschiedlichen Wachstums und eventuell auftretender Anomalien eine angenommene Strahlendosis zuzuordnen. 1.1 Was ist Radioaktivität? “Unter Radioaktivität versteht man die Fähigkeit einer Reihe von Atomkernen,

sich selbst, d.h. ohne äußere Einwirkung, in andere Kerne zu verwandeln (radioaktiver Zerfall) und dabei charakteristische Strahlung abzugeben. Es basiert auf einer Instabilität der Atomkerne d (Der Atomkern ist die kleine, dichte Region, die aus Protonen und Neutronen im Zentrum eines Atoms besteht und 1911 von Ernest Rutherford auf der Grundlage des Goldfolienversuchs Geiger-Marsden von 1909 entdeckt wurde) ue zu einem Überschuss an Protonen oder Neutronen. Dieser Überschuss wird durch die verschiedenen Arten des Zerfalls reduziert und ein energetisch günstigerer Zustand erreicht.” Die Energie der emittierten Strahlung ist so hoch, dass sie Menschen und Pflanzen gefährden kann. Da die von radioaktiven Stoffen emittierte Strahlung die Eigenschaft hat, die Materie in einen elektrisch geladenen Zustand zu bringen (sie zu ionisieren), spricht man von ionisierender Strahlung. Diese Strahlung kann sowohl Teil der Natur als auch das Ergebnis menschlicher Aktivitäten sein. Sie tritt jedoch nur in Verbindung mit Alpha- oder Beta-Strahlung auf. (Ein Beta-Partikel, manchmal auch Beta-Strahl genannt, bezeichnet durch den griechischen Kleinbuchstaben beta, ist ein Hochenergie-, Hochgeschwindigkeitselektron oder Positron, das beim radioaktiven Zerfall eines Atomkerns, wie beispielsweise eines Kalium-40-Kerns, während des Beta-Zerfalls emittiert wird.

Diese Strahlung hat die gleichen Eigenschaften wie Röntgenstrahlen. Die Umwelt ist täglich radioaktiver Strahlung ausgesetzt. Neben der Strahlung radioaktiver Elemente sind biologische Organismen auch anderen ionisierenden Strahlen wie Röntgenstrahlen oder kosmischen Strahlen ausgesetzt. Man unterscheidet zwischen künstlicher und natürlicher Radioaktivität. (Hintergrundstrahlung ist die in der Umwelt vorhandene ionisierende Strahlung) Natürliche Strahlenexposition ist die Strahlenexposition, die von natürlichen Quellen wie der kosmischen Strahlung f (Kosmische Strahlung ist energiereiche Strahlung, die hauptsächlich außerhalb des Sonnensystems entsteht) aus dem Weltraum ausgeht. (Der Weltraum oder nur der Weltraum ist die Lücke, die zwischen Himmelskörpern, einschließlich der Erde , besteht) Röntgenstrahlen, Kernkraftwerk a (Ein Kernkraftwerk oder Kernkraftwerk ist ein Wärmekraftwerk, in dem die Wärmequelle ein Kernreaktor ist) Unfälle oder Atomwaffentests, zum Beispiel, werden als künstliche Strahlungsbelastung angesehen. Die beiden Strahlungsarten unterscheiden sich nur in ihrer Herkunft, nicht aber in ihren radioaktiven Stoffen[3] Da die radioaktive Strahlung sowohl geruchlos als auch unsichtbar ist, kann ihre Dosis nur mit Hilfe von Strahlenmessgeräten bestimmt werden. Diese radioaktiven Strahlungen können jedoch nur dann gemessen werden, wenn es zu Wechselwirkungen mit der Materie kommt und nachweisliche Veränderungen auftreten. Eine der wichtigsten Messmethoden zum Nachweis ionisierender Strahlung ist die Ionisationskammer. Die Ionendosis ergibt sich aus der Menge der erzeugten Ladung (Elektronen und positive Ionen). “Die Ionendosis gibt die Ladung an, die pro Masse der durchstrahlten Luft erzeugt wird.”

Weiterhin kann man die Strahlung durch die Energiedosis und die Organdosis bestimmen. Anstatt die Ladung wie bei der Ionisationskammer anzuzeigen, (Die Ionisationskammer ist der einfachste aller gasgefüllten Strahlungsdetektoren und wird häufig für die Erkennung und Messung bestimmter Arten von ionisierender Strahlung; Röntgenstrahlen, Gammastrahlen und Beta-Partikeln verwendet), wird die Energie gemessen, die durch Ionisation auf Luftmoleküle übertragen wird. “Die Energiedosis einer ionisierenden Strahlung i (ionisierende Strahlung ist Strahlung, die genügend Energie trägt, um Elektronen aus Atomen oder Molekülen freizusetzen und sie dadurch zu ionisieren) gibt die pro Masse einer bestrahlten Substanz absorbierte Energie an.” Die allgemeine absorbierte Strahlendosis wurde bisher in rem (Röntgenäquivalent Mensch) angegeben. Heute wird die Einheit Sievert (Sv) eingesetzt. Zusätzlich zur Äquivalentdosis S (Äquivalentdosis ist eine Dosismenge H, die die stochastischen gesundheitlichen Auswirkungen geringer Mengen ionisierender Strahlung auf den menschlichen Körper darstellt) ievert, (Der Sievert, benannt nach Rolf Maximilian Sievert, ist eine abgeleitete Einheit der ionisierenden Strahlendosis im Internationalen Einheitensystem) die Einheit Gray (Gy) (Der Graue ist eine abgeleitete Einheit der ionisierenden Strahlendosis im Internationalen Einheitensystem) wird verwendet, um die absorbierte Dosis auszudrücken. Die Werte der bestrahlten Pflanzen werden immer in der Einheit Grau gemessen[5] Die biologische Wirkung der Strahlung auf die Organe kann jedoch nicht mit der Energiedosis a (Die Energiedosis ist eine physikalische Dosisgröße D, die die mittlere Energie darstellt, die der Materie pro Masseneinheit durch ionisierende Strahlung zugeführt wird) einzeln analysiert werden, da bei verschiedenen Arten von Strahlung auf die Materie gegenläufige Effekte auftreten können. So treten beispielsweise bei der Bestrahlung mit Alpha- oder Beta-Partikeln unterschiedliche Arten von Schäden auf. 6] Um dies zu berücksichtigen, wurden in Deutschland verschiedene Grenzwerte festgelegt. So beträgt beispielsweise die Obergrenze für “beruflich gefährdete Personen”[7] 20 mSv pro Jahr. Für die Bevölkerung wird eine “interne und externe Exposition”[8] von 2,4 mSv pro Jahr definiert. Für kerntechnische Anlagen beträgt der Grenzwert für Einleitungen max. 0,3 mSv pro Jahr. Ich konnte keine Grenzwerte für den Anlagenbereich finden. 1.2 Was sind die Auswirkungen der Radioaktivität? Der Begriff Radioaktivität wird sehr oft zunächst negativ verwendet, obwohl die radioaktive Strahlung im medizinischen Bereich von großer Bedeutung ist. Hier wird es z.B. in der Krebsnachsorge und Chirurgie zur Untersuchung von Knochenbrüchen oder beim Zahnarzt zur Erfassung der Zahnstellung eingesetzt. Man unterscheidet zwischen Röntgenstrahlen und Röntgenf (Röntgenstrahlung ist eine Form der elektromagnetischen Strahlung) Lluoroskopie. Während die zu untersuchende Person während der Röntgenaufnahme für sehr kurze Zeit von Röntgenstrahlung getroffen wird, wird sie während der Röntgendurchleuchtung kontinuierlich der Strahlung der Röntgenröhre d (Eine Röntgenröhre ist eine Vakuumröhre, die elektrische Eingangsleistung in Röntgenstrahlung umwandelt) ausgesetzt. (Die Durchleuchtung ist eine Bildgebungstechnik, die mit Hilfe von Röntgenstrahlen bewegte Echtzeit-Bilder des Inneren eines Objekts erhält.) Diese Strahlung ist jedoch viel weniger dosiert als bei normalen Röntgenaufnahmen.

Durch die dosierte oder geringe Strahlung wird der menschliche Körper entweder nur in einem definierten Bereich von der Strahlung beeinflusst oder einer nicht schädlichen Strahlung ausgesetzt. Nicht betroffene oder zu schützende Körperteile können mit einer Bleischürze abgedeckt werden (Eine Bleischürze oder eine Bleischürze ist eine Art Schutzkleidung, die als Strahlenschutz dient) Wenn der menschliche Körper jedoch einer längeren starken Strahlung ausgesetzt ist, kann dies zu Schäden am Körper und in schweren Fällen sogar zum Tod führen. Die Ursache des Schadens ist die ionisierende Wirkung der radioaktiven Strahlung. In der menschlichen Zelle produzieren die Ionen Cytotoxine, die bei hoher Strahlenbelastung zum Zelltod führen[10] Es wird zwischen somatischen (Körperschäden) und genetischen (erblich bedingten) Schäden je nach Art der Schäden unterschieden. Somatische Schäden c (Bis zu 10% der invasiven Krebsarten stehen im Zusammenhang mit der Strahlenbelastung, einschließlich ionisierender Strahlung und nichtionisierender Strahlung) und werden in frühe Schäden und späte Schäden unterteilt, wobei zwischen bösartigen (bösartigen) und nichtbösartigen (nicht bösartigen) Schäden unterschieden wird. Der Schaden für das Individuum hängt von der Dosis der Strahlung ab, die das Individuum trifft. Ausgehend von einer Strahlendosis zwischen 200 und 300 mSv können leichte Veränderungen des Blutbildes beobachtet werden. Weitere frühe Schäden beim Menschen sind z.B. Erbrechen, Fieber, Unwohlsein oder Entzündungen der Schleimhäute. Eine einzige Ganzkörperbestrahlung o (Ganzkörperbestrahlung ist eine Form der Strahlentherapie, die hauptsächlich als Teil der präparativen Behandlung der hämatopoetischen Stammzelltransplantation eingesetzt wird) f 7000 mSv ist für den Menschen tödlich, wenn keine therapeutischen Maßnahmen ergriffen werden. Im Gegensatz zu Frühschäden treten Spätfolgen erst Jahre oder Jahrzehnte später auf, obwohl die Schädigung der Zellen kurz nach der Bestrahlung erfolgt. Häufig treten nicht bösartige Schäden in Form von Sterilität oder leichter Opazität des Auges auf. Bösartige Schäden manifestieren sich oft in Form von Krebs oder Leukämie. (Leukämie, auch Leukämie genannt, ist eine Gruppe von Krebsarten, die in der Regel im Knochenmark beginnen und zu einer hohen Anzahl von abnormalen weißen Blutkörperchen führen) Diese schlimmsten Auswirkungen der radioaktiven Strahlung können bereits die Wirkung kleiner Strahlungsmengen sein; es ist nicht möglich, die Schwelle zu bestimmen, ab welcher Dosis welches Symptom auftritt. So können beispielsweise wiederholte Einzelbestrahlungen mit kleinen Dosen zu Spätfolgen führen.

“Bei genetischen Schäden treten Veränderungen in den Keimzellen der Chromosomen auf – sie werden aber erst in den folgenden Generationen sichtbar. Die durch natürliche Strahlung verursachten Mutationen sind bei Mensch, Tier und Pflanze recht klein, so dass sie von den natürlichen Mutationen kaum zu unterscheiden sind. Radioaktive Strahlung wird auch speziell in der Pflanzenzüchtung eingesetzt (Pflanzenzüchtung ist die Kunst und Wissenschaft, die Eigenschaften von Pflanzen zu verändern, um die gewünschten Eigenschaften zu erzeugen) oder neue Pflanzensorten zu züchten oder einzelne Pflanzen gegen bestimmte Schädlinge immun zu machen und so die Ernte produktiver zu machen. Die Botanik unterscheidet zwischen Züchtung (Genetik) und Gentechnik . Obwohl beide Formen das Ziel verfolgen, Pflanzen mit bestimmten Eigenschaften zu produzieren, ist die Gentechnik präzise und die gewünschten Eigenschaften können genauer erreicht werden. Auf diese Weise können Gene zwischen Pflanzen verschiedener Arten ausgetauscht und so Merkmale von einer Pflanze auf eine andere übertragen werden, ein Prozess, der in der Zucht außerordentlich lange dauern würde. Ziel der Gentechnik ist es aber nicht nur, resistente Pflanzen zu züchten, sondern auch umweltfreundlichere Lebensmittel herzustellen. Das bedeutet, dass versucht wird, den Verbrauch von Rohstoffen, Energie und Wasser zu reduzieren, um die Auswirkungen auf die Umwelt zu reduzieren. Ebenso versucht man, den Nährstoffgehalt einiger Lebensmittel zu erhöhen oder deren Haltbarkeit und Lagerzeit zu verlängern. “Dies kann am besten erreicht werden, indem man den mikrobiellen Verderb hemmt und die Verluste nach der Ernte reduziert”[ (Körner können in der Vorernte-, Ernte- und Nacherntephase verloren gehen) 13]. Darüber hinaus wird die Gentechnik eingesetzt, um Lebensmittel für bestimmte Personengruppen, wie z.B. Allergiker, zu entwickeln oder um verträglichere oder wirksamere Medikamente herzustellen. Die Gentechnik wird auch für die Entwicklung kompatibler Lebensmittel eingesetzt[14] Eine Untereinheit der Genetik ist die Strahlengenetik. (In der Biologie ist eine Mutation die dauerhafte Veränderung der Nukleotidsequenz des Genoms eines Organismus, Virus oder extrachromosomaler DNA oder anderer genetischer Elemente). Es geht zurück auf den texanischen Zoologen a (Zoologie oder Tierbiologie ist der Zweig der Biologie, der das Tierreich untersucht, einschließlich der Struktur, Embryologie, Evolution , Klassifizierung, Gewohnheiten und Verteilung aller lebenden und ausgestorbenen Tiere und wie sie mit ihren Ökosystemen interagieren) und den Genetiker J (Genetik ist die Erforschung von Genen, genetischer Variation und Vererbung in lebenden Organismen).

Muller, der 1926 Fruchtfliegen mit Röntgenstrahlen bestrahlte. Er fand heraus, dass diese Veränderungen der Eigenschaften an zukünftige Generationen weitergegeben wurden und beobachtete eine Zunahme der Veränderungen und Mutationen der Eigenschaften mit zunehmender Strahlung. Jahre später führte W. Timoféeff-Ressovsky den Begriff “Gentechnik” ein und beschrieb damit “künstliche Veränderungen des Erbmaterials durch ionisierende Strahlung und Radioaktivität”[15] Die Entdeckungen beider Forscher schufen neue Wege in der Pflanzenzüchtung und die genetische Information der Pflanzen konnte durch ionisierte Strahlung verändert werden. Pflanzen, die wie andere Organismen mutagenen Faktoren (natürliche UV-Strahlung oder chemische Substanzen aus dem Boden) ausgesetzt sind, haben Systeme entwickelt, die Mutationen “reparieren” können. Die Formen von Mutationen, die sowohl bei Pflanzen als auch beim Menschen auftreten können, sind Punkt-, Gen- und Rastermutationen. Ist ein Gen von einer Mutation betroffen, spricht man von einer Genmutation. Man spricht von einer Punktmutation w (Eine Punktmutation oder Einzelbasismodifikation ist eine Mutationsform, die eine Einzel-Nukleotidbasen-Substitution, -Insertion oder -Deletion des genetischen Materials, der DNA oder der RNA bewirkt), bei der nur eine einzelne Basis der DNA betroffen ist. Infolgedessen wird ein einzelnes Codon i (Der genetische Code ist das Regelwerk, nach dem Informationen, die in genetischem Material kodiert sind, von lebenden Zellen in Proteine übersetzt werden) s in eine falsche Aminosäure d (Aminosäuren sind organische Verbindungen, die Amin- und Carboxylfunktionelle Gruppen zusammen mit einer für jede Aminosäure spezifischen Seitenkette enthalten) übersetzt. Wenn jedoch eine neue Basis eingefügt wird, spricht man von einer Gittermutation. Der DNA-Doppelstrang (Desoxiribonukleinsäure-Doppelstrang) ist insgesamt falsch übersetzt, d.h. die m-RNA (Messenger-Ribonukleinsäure) hat eine falsche Aminosäuresequenz (z.B.: die Basensequenz ist nicht mehr G, C, T, sondern G, C, T, T, T, und so die Basensequenz anstelle von . Die Systeme in den Zellen, die in der Lage sind, die Fehler in der DNA zu “reparieren”, bestehen hauptsächlich aus dem Enzym c (Enzyme sind makromolekulare biologische Katalysatoren) Omplexen, die entlang der DNA wandern, sie kontrollieren und Unregelmäßigkeiten erkennen. Der natürliche Reparaturmechanismus kann durch mutagene Substanzen blockiert werden. Als sich herausstellte, dass andere Strahlen als Röntgenstrahlen und sogar Chemikalien mutagen waren, setzte ein wahrer “Mutationsboom” ein[20]. Wissenschaftliche Institutionen bestrahlten Kulturpflanzen, schufen Felder für die chronische Bestrahlung und führten verschiedene Experimente zur Bestrahlungsart und “Ernährung ”[21] der Pflanzen durch. Die verwendeten Strahlungen führten zu Veränderungen im Erbgut, die zu neuen charakteristischen Ausprägungen oder zum Verlust von Eigenschaften der einzelnen Pflanzen führten.

Allerdings sind die ersten Hoffnungen auf eine große Zucht und die daraus resultierenden positiven Auswirkungen auf die Hungersnöte nicht eingetreten und die Mutationszucht t (Mutationszucht, manchmal auch als “Variationszucht” bezeichnet, ist der Prozess der Exposition von Samen gegenüber Chemikalien oder Strahlung, um Mutanten mit wünschenswerten Eigenschaften zu erzeugen, die mit anderen Sorten gezüchtet werden sollen) akes eine sekundäre Position. Es war bekannt, dass die Gene von Pflanzen durch Strahlung verändert werden können. Die genauen Abhängigkeiten zwischen der Strahlendosis und Veränderungen in den Gestensamen konnten jedoch nicht aus der vorliegenden Literatur ermittelt werden. Da die Strahlendosen der verfügbaren Gerstensamen nicht bekannt waren, war zu berücksichtigen, wie das Wachstum der Pflanzen erfolgen würde (z.B. gleichmäßig oder unregelmäßig oder verzögert), ob Unterschiede (z.B. Blattgröße oder Blattfarbe oder Blattanzahl) in einer frühen Wachstumsphase festgestellt würden oder ob dies erst nach längerer Zeit sichtbar wäre. Führt eine erhöhte Strahlendosis zu einem erhöhten Wachstum oder wachsen die Pflanzen weniger mit einer erhöhten Dosis? Der Feldversuch eines Hochleistungskurses der Klasse 11/12 an einem Oerlinghausener Gymnasium zeigte Tendenzen hinsichtlich der Effizienz der jeweiligen Strahlendosen. Es ist davon auszugehen, dass die dort identifizierten Abhängigkeiten zwischen Bestrahlung und Wachstum Antworten auf diese Fragen liefern. Die Hypothese ist, dass nur Gerstensamen mit moderater Bestrahlung ein besseres Wachstum aufweisen als Gerstensamen ohne Bestrahlung. Gerstensamen, die mit einer hohen Strahlendosis bestrahlt wurden, zeigen tendenziell ein geringeres oder deutlich geringeres Wachstum. Darüber hinaus gaben zahlreiche Literaturdokumente zur Radioaktivität und Gentechnik Aufschluss über mögliche Veränderungen der Pflanzen durch radioaktive Strahlung, um Aussagen zur Gentechnik treffen zu können. (Gentechnik, auch Gentechnik genannt, ist die direkte Manipulation des Genoms eines Organismus mit Hilfe der Biotechnologie) × Aufgabe ist es, eine festgelegte Anzahl von Samen in verschiedene und codierte Töpfe zu pflanzen und deren Wachstum in den nächsten Wochen zu beobachten und Unterschiede im Wachstum der einzelnen Setzlinge zu ermitteln. Um am Ende der technischen Arbeit genaue Aussagen über die einzelnen Wachstumsunterschiede – und damit auch über die angenommene Strahlendosis – machen zu können, werden zunächst 20 Gerstenkörner in gleicher Weise aus jedem Code ausgesät. Eine Woche später wird dies wiederholt; parallel dazu werden 20 Samen jedes Codes zusätzlich auf ein nasses Küchentuch gesät, um sicherzustellen, dass die nicht durchgelassenen Samen nicht keimen.

Die Gerstenkerne werden in verschiedenen Blumenkästen ausgesät. Die Samen werden ca. 0,5 cm tief in die Blumenerde gelegt und regelmäßig gewässert. Die Blumenkästen werden bis zum Keimen mit Säcken bedeckt, um die Feuchtigkeit in den Kästen zu erhöhen. Nach dem Keimen werden diese Beutel entfernt und das Wachstum der Samen beobachtet. Um die beobachteten Unterschiede im Wachstum der Pflanzen später zu bestimmen, werden die Setzlinge gegen Ende der technischen Arbeit unter dem Mikroskop untersucht. Ziel ist es, mögliche anatomische Veränderungen zu bestimmen und die Setzlinge auf morphologische Unterschiede zu untersuchen. Mit den Computerprogrammen Microsoft Office EXEL 2000 und Microsoft Office WORD 2000 werden die einzelnen Beobachtungen erfasst und in Form von Diagrammen ausgewertet. 2.1 Morphologie der unbestrahlten Gerste Die meisten Menschen verbinden vermutlich den Begriff Gerste mit dem Begriff Lebensmittel; jeder von uns hat sicherlich ein Gerstenfeld gesehen und Gerste gegessen. Gerste ist neben Weizen, Mais und Reis eines der wichtigsten Getreidearten. Nicht jeder weiß genau, wie es aussieht, was es von den anderen Getreidesorten unterscheidet und wie es erkannt werden kann: Gerste gehört zur Unterordnung der Gräser und hat “drei Ährchen, die abwechselnd auf der Achse des Ährchens liegen”. Sie wird in den Kulturformen in drei verschiedene Arten unterteilt, deren Namen sich auf die Ährchenreihen des Blütenstands beziehen. Dabei wird zwischen zwei-, mehrzeiliger und unregelmäßiger Gerste unterschieden. Neben diesen Unterschieden aufgrund der Form des Blütenstands, (Ein Blütenstand ist eine Gruppe oder Gruppe von Blüten, die auf einem Stamm angeordnet ist, der aus einem Hauptzweig oder einer komplizierten Anordnung von Zweigen besteht), werden die verschiedenen Gerstensorten auch durch ihre Entwicklungsdauer von der Aussaat bis zur Ernte identifiziert. Sommergerste benötigt nur 100 Tage und eignet sich daher gut für den Anbau in kalten Klimazonen oder hohen Bergen. Aufgrund seines geringen Boden- und Niederschlagsbedarfs kann er auch in trockenen Regionen gesät werden, im Gegensatz zu Wintergerste, die höhere Erträge liefert, aber höhere Temperaturen zur Entwicklung benötigt. Im Allgemeinen ist Gerste ein sehr robustes Getreide w (A-Getreide ist jedes Gras, das für die essbaren Bestandteile seines Getreides angebaut wird, das aus Endosperm, Keim und Kleie besteht), das im Gegensatz zu Weizen auch auf minderwertigen Böden angebaut werden kann; es ist sehr vielseitig in seinen “Einsatzmöglichkeiten”[25] So wird es in Lebensmitteln, beim Brotbacken oder als Gerste in Speisen verwendet. Protein-r (Proteine sind essentielle Nährstoffe für den menschlichen Körper) Ich-Sorten, wie z.B. Stroh, werden auch als Tierfutter verwendet. Gerste wird nicht nur in diesen beiden Bereichen eingesetzt, sondern auch als Rohstoff für die Alkoholproduktion. Weltweit werden allein zehn Prozent der Gerste zur Herstellung von Malz angebaut, das zur Herstellung von Bier und anderen alkoholischen Getränken sowie von Malzkaffee benötigt wird. Um die implantierten Gerstenkeimlinge auf morphologische Unterschiede vergleichen zu können, werden sie bereits während ihrer Wachstumsperiode berücksichtigt, wobei auf Unterschiede in der Wachstumszeit des Durchbruchs durch den Boden, im Aussehen, in der Anzahl und Länge der Blätter und in der Gesamtlänge der Keimlinge geachtet wird.

Auch die Farbe der Blätter muss beobachtet werden, um festzustellen, ob unterschiedliche Strahlendosen auch hier Veränderungen bewirken. So werden die Setzlinge täglich beobachtet und ihr Wachstum und ihre Unterschiede festgestellt, um am Ende genaue Aussagen über Unterschiede in Bezug auf die angenommene Strahlendosis treffen zu können. 2.3 Anatomische Untersuchungsmethoden Im Gegensatz zu morphologischen Unterschieden bei Pflanzen können anatomische Unterschiede oder Veränderungen nur unter dem Mikroskop festgestellt werden. Aus diesem Grund wird eine anatomische Untersuchung erst nach Abschluss des Experiments durchgeführt, da die Pflanzen zu diesem Zweck aus dem Boden entfernt werden müssen. Um die einzelnen Pflanzenteile, Sprossachse und Blätter unter dem Mikroskop beobachten zu können, werden gut erhaltene und unbeschädigte Blattabschnitte sowie Teile der Sprossachse ausgewählt. Sowohl die Stammachse als auch die Blätter werden mit hauchdünnen Qür- und Längsschnitten unterteilt, um sie unter dem Mikroskop zu untersuchen. Die Schnitte erfolgen mit einer scharfen Rasierklinge, die vorsichtig durch das zu schneidende Teil gezogen wird. Um die geschnittene Probe mikroskopieren zu können, legen Sie vorsichtig einen Wassertropfen auf einen Objektträger w (Ein Objektträger ist ein dünnes flaches Glasstück, typischerweise 75 x 26 mm und etwa 1 mm dick, das zur Aufnahme von Objekten für die Untersuchung unter einem Mikroskop verwendet wird) mit einer Pipette a (Eine Pipette ist ein in der Chemie , Biologie und Medizin übliches Laborwerkzeug zum Transport eines gemessenen Flüssigkeitsvolumens, oft als Medienspender) und legen die Probe vorsichtig darauf ab. Dann wird ein Deckglas darauf gelegt und Sie können es nun unter dem Mikroskop betrachten. Die Schnitte werden mittels Mikrofotos dokumentiert, um Vergleiche anstellen zu können. Ergebnisse Es wurde angenommen, dass die gleich bestrahlten Samen identische Wachstumsphasen aufweisen, aber die Experimente zeigten, dass dies nicht immer der Fall war. So kam das zweite Saatgut, das eine Woche später als das erste gepflanzt wurde, viel früher aus dem Boden und hatte auch eine viel höhere Keimrate als das erste Saatgut. Die ersten Setzlinge mit dem Codenamen STASI kamen bereits nach zwei Tagen aus dem Boden der ersten Aussaat. Am Anfang waren keine Sprossäxte zu sehen und die einzelnen Setzlinge bestanden aus Blattspitzen. Zuerst wurde die Stammachse verlängert, und nach fünf Tagen wuchs ein weiteres Blatt darauf. Es blieb nach der ersten Woche mit einer Reihe von neun gekeimten Gerstenkörnern, die zu Beginn des Beobachtungszeitraums sehr stark wuchsen und am Ende des Experiments in ihrem Wachstum etwas nachgaben. Die beiden Blätter, die die Stammachse der Gerstenpflanze bildeten, unterschieden sich in ihrer Größe erheblich. Das erste Blatt war wesentlich größer und etwas breiter als das folgende Blatt der Gerste p (Gerste, ein Mitglied der Grasfamilie, ist ein wichtiges Getreidekorn, das in gemäßigten Klimazonen weltweit angebaut wird). Die mit dem Code 50N08E markierten Gerstenkerne zeigten eine noch geringere Keimrate von 5% (siehe Keimrate in Diagramm 3), und nur eines der 20 ausgesäten Samen kam durch den Boden. Der Keimling bestand aus einem einzigen Blatt, das ziemlich breit war. Zu Beginn des Experiments zeigte dieser Setzling ein recht starkes Wachstum, das sich am Ende der Beobachtungsphase verringerte. Am vierten Tag wurde ein weiteres Blatt hinzugefügt und es gab bereits erste Ansätze eines dritten Blattes zu erkennen, das nach dem sechsten Tag vollständig zu erkennen war. Ende der dritten Woche hatten diese Pflanzen bereits vier Blätter unterschiedlicher Länge; nur die ersten und zweiten Blätter hatten fast identische Längen. Sie waren größer als die zuletzt gewachsenen Blätter.

Wie bei diesen beiden Saatgutgruppen zeigten auch die Samen mit dem Code 50N14E eine sehr geringe prozentuale Keimrate (10%). So konnten nur zwei Samen durchgelassen werden, die ein geringeres Wachstum aufwiesen als die Samen mit den Codes STASI und 50N08E (Abb. 3). Am Ende der zweiten Woche wuchs ein weiteres Blatt, aber es war und blieb viel schmaler und kleiner als das erste Blatt. Das Saatgut mit den Code-Bezeichnungen 50N20E und 50N30E durchlief die Erde nicht und so betrug die Keimrate 0 %. Die Ergebnisse der zweiten Aussaat, die unter identischen Bedingungen gepflanzt und gezüchtet wurden, waren nahezu identisch im Aussehen, aber die prozentuale Keimrate der einzelnen Samen war viel höher und das Wachstum unterschied sich auch von dem der ersten Aussaat. Bei der zweiten Aussaat keimten auch die Gerstensamen mit dem Code STASI als erste und zeigten – wie auch bei der ersten Aussaat beobachtet – von Beginn der Keimung an einen recht starken Wachstumsanstieg, der gegen Ende leicht zurückging. Nach der ersten Woche waren 10 Samen gekeimt, sie hatten jeweils ein Blatt. Die Anzahl der Keimungen stieg bis zum Ende der zweiten Woche auf 14 Samen; diese Gerstenkerne hatten die höchste Keimrate (70%). Nach fünf Tagen wurde ein weiteres Blatt hinzugefügt, das während des gesamten Wachstums kleiner war und etwas zarter blieb als das erste Blatt. (Polyphosphoinositid-Phosphatase, auch bekannt als Phosphatidylinositol 3,5-Bisphosphat-5-Phosphatase oder SAC-Domäne enthaltendes Protein 3 ist ein Enzym, das beim Menschen durch das FIG4-Gen kodiert wird) Die Keimrate von Samen mit dem Code 50N14E, der bei der ersten Aussaat sehr niedrig war, war auch bei dieser Aussaat nicht sehr hoch (10%), da zu Beginn der Keimung nur zwei Pflanzen mit linearem g (Linearität ist die Eigenschaft einer mathematischen Beziehung oder Funktion, d.h. sie kann grafisch als Gerade dargestellt werden) rowth sichtbar waren. Mitte der zweiten Woche wurde eine weitere Pflanze hinzugefügt, die, genau wie die bereits durchbohrten Pflanzen, nur ein Blatt hatte, aber ziemlich verkrüppelt und dunkelgrün aussah. So zeigte beispielsweise nur eine der drei durchquerten Pflanzen ein “normales” Wachstum und hatte drei Blätter, die in der zweiten bzw. dritten Woche zu wachsen begannen (Abb. 5). Im Gegensatz zur ersten Aussaat von Saatgut mit der Bezeichnung 50N30E führte die zweite Aussaat zu einer Keimung und anschließendem, wenn auch sehr geringem Wachstum. Zu Beginn seiner Keimung bestand der Gerstenkern nur aus einem grünen Blatt, das während seines Wachstums leicht zunahm, aber dennoch keine Stammachse zeigte. Obwohl die Pflanze ein verzögertes Wachstum zeigte, war der Keimling normalerweise entwickelt und die Farbe unterschied sich kaum von der der anderen Keimlinge (Abb. 6). Auch bei den Samen mit der Bezeichnung 50N08E keimte nur ein einziger Samen, der jedoch nach anfänglich langsamem Wachstum recht stark wuchs. Nach der ersten Woche wurden dem ersten Blatt zwei weitere Blätter hinzugefügt, die mit unterschiedlicher Geschwindigkeit wuchsen und sich in ihrer Größe leicht unterschieden. Gegen Ende des Experiments wuchs nur noch ein weiteres Blatt in der Stammachse recht schwach (Abb.7, das vierte Blatt ist auf dem Bild nicht sichtbar, weil es zu klein ist). 3.1 Morphologische Besonderheiten Die morphologischen Besonderheiten waren erst Mitte der zweiten Woche etwas genauer erkennbar. Die mit verschiedenen Codes versehenen Saatgutgruppen unterschieden sich nicht nur durch ihr Wachstum, sondern auch durch die Art der Setzlinge, die gerade durch die Erde geschoben worden waren. So kamen die STASI-Samen als leicht gewellte Sämlinge aus dem Boden und hatten bereits nach einem Tag ein erkennbares Blatt und eine “Sprossachse” (Abb.8). Das nächste Blatt, das nach etwa einer Woche hinzugefügt wurde, unterschied sich nur geringfügig von dem ersten Blatt am Ende des Wachstums, obwohl es in Breite und Länge bis kurz vor dem Ende des Wachstums viel kleiner war.

Die Samen, die mit dem Code 50N14E versehen waren, kamen ebenfalls aus der Farbe der Erde , hatten aber ein etwas größeres Blatt, das aufgerollt wurde (Abb.9). Im Laufe des Wachstums wurde ein weiteres Blatt hinzugefügt, das zusammen mit dem ersten Blatt die Sprossachse bildete (wenn man es auseinander nimmt, ist eine deutliche “Verwicklung” der beiden Blätter zur Sprossachse zu sehen.). Gegen Ende wuchs ein drittes Blatt aus der Mitte der beiden Blätter (die “Sprossachse”), aber sein Wachstum war viel feiner und kleiner als das des zweiten Blattes (Abb. 5). Die Samen, die mit dem Code 50N30E versehen waren und erst in der zweiten Aussaat keimten, waren von Anfang an etwas “verkrüppelt” und hatten ein eher spitzes Blatt, das sich auch farblich etwas von den anderen Setzlingen unterschied. So war das Wachstum auch sehr gering und man konnte nur einen Blattaufsatz erkennen (Abb.10). Im Gegensatz zu den anderen Aussaaten hatte die Aussaat mit dem Code 50N08E vier Blätter, unterschied sich aber ansonsten nicht in der Farbe von den anderen. Die Setzlinge hatten gleich zu Beginn ihres Wachstums ein ziemlich großes “offenes” Blatt (Abb.11) (Nur als Bild der auf Haushaltspapier ausgesäten Samen erhältlich). Da das Saatgut mit dem Code 50N20E weder bei der ersten Aussaat noch bei der zweiten Aussaat gekeimt hat, kann hier keine Keimrate bestimmt werden. Das auf nassem Küchenpapier ausgesäte Saatgut zur Beurteilung der Keimrate zeigte eine signifikant höhere Keimung als das in den Boden gepflanzte Saatgut. Jede der ausgesäten Pflanzen hatte eine Keimung von mindestens 70 Prozent (50N30E und 50N14E) bzw. 100% für STASI und 50N08E. 3.2 Anatomische Besonderheiten Die anatomischen Besonderheiten, die nur unter dem Mikroskop zu erkennen sind, konnten erst nach Ablauf des Beobachtungszeitraums festgestellt werden. Die von den einzelnen Abschnitten aufgenommenen Mikroaufnahmen ermöglichen den Vergleich der einzelnen Abschnitte der Blatt- und Schaftachse. Auf den ersten Blick fällt auf, dass einzelne Längsschnitte der Blätter “schwarze Zellstrukturen” aufweisen, die sich aus der Dicke des Querschnitts ergeben und somit keine Veränderungen darstellen. Die erkennbaren Zellstrukturen zeigen keine sichtbaren Veränderungen des Gewebes. Da jedoch morphologische Veränderungen in den Pflanzen zu sehen sind, sollten Veränderungen auch innerhalb der Zelle sichtbar sein. Da dies jedoch nicht der Fall ist, kann davon ausgegangen werden, dass die Veränderungen nicht auf Gewebe- oder Zellenebene vorliegen. Es ist daher davon auszugehen, dass sich die eingetretenen Veränderungen im Zellkern befinden und dass die DNA  (Desoxyribonukleinsäure ist ein Molekül, das die genetischen Anweisungen für das Wachstum, die Entwicklung, die Funktion und die Vermehrung aller bekannten Lebewesen und vieler Viren trägt) s daher falsch übersetzt wurde. Wenn dies der Fall wäre, müsste die m-RNA w (Ribonukleinsäure ist ein polymeres Molekül, das in verschiedenen biologischen Rollen bei der Kodierung, Dekodierung, Regulierung und Expression von Genen essentiell ist) eine falsche Aminosäuresequenz aufweisen, was zur Translation von falschen oder defekten Proteinen führt, die wiederum falsche oder defekte Enzyme bilden. Genmutationen, die durch radioaktive Strahlung ausgelöst werden können, verändern auch die genetische Information und es können sichtbare Veränderungen auftreten. Eine solche Genmutation wäre denkbar, da das Lichtmikroskop keine sichtbare Schädigung der Zellstruktur zeigte, aber das Aussehen der einzelnen Gerstenpflanzen auf eine Veränderung hinweist.

Da sowohl der Zellkern als auch die Chromosomen , auf denen die Gene liegen, nur unter dem Elektronenmikroskop zu sehen sind, können Veränderungen an ihnen nur angenommen werden und es ist nicht möglich festzustellen, wo und wie Schäden in der Zelle vorliegen. 4 Diskussion Die morphologischen Besonderheiten zeigen deutlich, dass die unterschiedlichen Strahlendosen zu Veränderungen in den Gerstenpflanzen führten. Die bestrahlten Samen hatten in ihren Setzlingen und späteren Pflanzen unterschiedliche morphologische Merkmale, die sie nach längerer Beobachtungszeit von der nicht bestrahlten Gerste, hier STASI, unterschieden. Obwohl das Aussehen der Setzlinge noch teilweise identisch mit dem der Gerstenpflanze war, waren beim ersten Wachstum der Blätter leichte Veränderungen zu erkennen, die sich am Ende des Experiments bemerkbar machten und somit größere Unterschiede zeigten. Um die jeweilige Strahlendosis abschätzen zu können, werden die Ergebnisse des Experiments nach verschiedenen Kriterien bewertet. Als Vergleich dienen die unbestrahlten Samen mit der Bezeichnung STASI….. Von den bestrahlten Samen waren die Samen mit dem Code 50N08E die ersten, die keimten und zeigten ein geringeres Wachstum im Vergleich zu den unbestrahlten Samen. Bezieht man sich nun auf die im Schülerexperiment angegebenen Strahlendosen, so hätte diese Saatgutgruppe mit einer Bestrahlung von 10-100 Gy bestrahlt werden müssen, da sie bis zum Ende des Beobachtungszeitraums kleiner als die sogenannte unbestrahlte Kontrollanlage war. Da sich das Wachstum der bestrahlten Pflanze in der zweiten Aussaat jedoch leicht von dem der Kontrollpflanze unterschied, kann davon ausgegangen werden, dass die Bestrahlungsdosis etwas niedriger war (vgl. Diagramm 2, S. 16). Die Pflanzen, die aus den Samen mit der Bezeichnung 50N14E stammten, zeigten ein viel geringeres Wachstum als die Samen mit dem Code 50N08E und unterschieden sich stark vom Wachstum der Kontrollpflanze. In der zweiten Aussaat keimten sie früher als die Samen der Bezeichnung 50N08E, aber ihr Wachstum war sehr langsam. Dies deutet auf eine vermutete Strahlendosis von 300 Gy oder mehr hin, da ihr Wachstum stark eingeschränkt war und ihre Größe stark von der der Kontrollpflanze abweicht. Die beiden anderen Saatgutgruppen, die mit den Codes 50N30E und 50N20E gekennzeichnet sind, unterschieden sich am stärksten von der Kontrollpflanze und auch von den anderen bestrahlten Pflanzen, weil sie entweder nicht (50N20E) oder sehr langsam (50N30E) gewachsen sind. Die Samen mit dem Code 50N30E können daher einer angenommenen Strahlendosis von ca. 500 Gy zugeordnet werden, da sie ein extrem geringes Wachstum aufwiesen, nur die Größe des Keimlings der Kontrollpflanze in der Endphase des Experiments hatten oder in der ersten Aussaat nicht einmal Keimung zeigten (vgl. Diagramme 1 und 2 (S. 16) und 3 (S. 18).

Nach dem Beobachtungszeitraum der einzelnen Pflanzen, in dem die Keimrate, das Wachstum sowie die morphologischen und anatomischen Besonderheiten berücksichtigt wurden, ist besonders auffällig, dass es einen großen Unterschied zwischen der ersten und zweiten Aussaat der Samen mit dem Code 50N30E gibt. Beide Aussaaten wuchsen unter den gleichen Bedingungen. Der einzige Unterschied zwischen den Aussaaten besteht in der Art der verwendeten Blumenkästen. Der erste Samen wurde in Kunststoff-Blumenkästen gesät, der zweite Samen in Ton-Blumenkästen und zeigte ein viel höheres Wachstum. Dies kann auf die höhere Wasser - und Luftdurchlässigkeit eines Tontopfes zurückzuführen sein. Gerade weil die Natur der Blumenkästen der einzige Unterschied zwischen den beiden Ansätzen war, kann man nur vermuten, dass dies der Grund für das unterschiedliche Wachstum war. Obwohl die Keimrate der Stasi und 50N14E Gruppen diese Annahme bestätigen würde, ist dies reine Spekulation und keine nachprüfbare Tatsache, die den Unterschied im Wachstum erklären könnte. Ein Vergleich der Mikrofotos zeigt keinen Zusammenhang zwischen der angenommenen Strahlendosis und den Bildern, da die Zellstrukturen der einzelnen Pflanzen keine Unterschiede aufweisen. Mit Ausnahme der Abweichungen durch nicht optimal dünne Längsschnitte sind keine Veränderungen zu beobachten (vgl. Fig. 12 und Fig. 13 – ein Vergleich von zwei Längsschnitten identischer Pflanzen aus den jeweiligen Aussaaten). Da beide aus der gleichen Bestrahlungsgruppe stammen, sollten die gleichen Veränderungen sichtbar sein. Dies erklärt, warum die schwarzen Strukturen wahrscheinlich nur aus dem nicht optimalen Schnitt stammen können). Unter dem Punkt “Anatomische Untersuchungsmethoden” wurde festgestellt, dass sowohl Qür- als auch Längsschnitte hergestellt werden sollten, wobei Qür-Profile jedoch nur in einem Fall möglich waren. Da die Stammachse aus den Blättern der Gerstenpflanze besteht und diese Struktur durch den Schnitt immer “abgewickelt” hat, konnten nur Längsschnitte der Stammachse und des Blattes vorgenommen werden. Eine Pflanze aus der zweiten Aussaat mit dem Codenamen STASI konnte jedoch einen Querschnitt der Stammachse erzeugen; daher zeigt Abb. 14 leichte Zellstrukturen. Auch wenn die Literatur keine Informationen über andere morphologische Besonderheiten als das Wachstum, die sich aus der Bestrahlung der Samen ergeben, lieferte, ermöglichen das Aussehen der Pflanzen und die in der Einführungsliteratur zugeordneten Bestrahlungsdosen einen vagen Zusammenhang zwischen Strahlendosis und morphologischen Besonderheiten. So hatten die beiden Samengruppen (50N08E und 50N14E), deren Strahlendosis vermutlich im Strahlungsbereich von etwa 10 Gy bis 300 Gy liegt, eine größere Anzahl von Blättern als die Kontrollpflanze, die nur zwei Blätter hatte. Auch ihre Setzlinge unterschieden sich leicht bis leicht von denen der Kontrollpflanze, da sie ein breites, ausgerolltes Blatt hatten. Lediglich in Bezug auf die Farbe zeigten sie keine erkennbaren Unterschiede. Die Pflanzen, die vermutlich 300 Gy-Strahlung (50N30E und 50N20E) ausgesetzt waren, hatten nur ein Blatt und ihre Setzlinge unterschieden sich von denen der Kontrollpflanze. Sie waren also wie die Kontrollpflanze leicht aufgerollt, hatten aber ein eher spitzes Blatt und sahen leicht “verkrüppelt” aus. Ebenso waren sie nicht deutlich grün, sondern hatten ein eher dunkles Grün. Obwohl die bestrahlten Gerstensamen morphologische Besonderheiten aufwiesen, waren bei der Berücksichtigung der anatomischen Unterschiede zwischen den bestrahlten und den unbestrahlten Pflanzen keine Unterschiede erkennbar.

Da die morphologischen Veränderungen jedoch auf Schäden durch radioaktive Bestrahlung innerhalb der Zelle hinweisen und unter dem Lichtmikroskop keine Unterschiede erkennbar sind (Das Lichtmikroskop, oft auch Lichtmikroskop genannt, ist eine Art Mikroskop, das sichtbares Licht und ein Linsensystem zur Vergrößerung von Bildern kleiner Proben verwendet), kann es zu Schäden am Zellkern o (In der Zellbiologie der Kern (pl) r der Gene) kommen. Diese Schäden wären nur mit einem Elektronenmikroskop nachweisbar und können daher nicht beurteilt werden. Aus diesem Grund kann davon ausgegangen werden, dass Veränderungen zwar vorhanden sind, aber mit den verfügbaren Materialien nicht erkennbar waren. 5 Zusammenfassung Die Auswirkungen der radioaktiven Strahlung o (In der Physik ist Strahlung die Emission oder Übertragung von Energie in Form von Wellen oder Teilchen durch den Raum oder durch ein materielles Medium) n Pflanzen und in der vorliegenden Arbeit insbesondere die Untersuchung von radioaktiv bestrahlten Gerstensamen wurde auf der Grundlage eines Vergleichs der morphologischen und anatomischen Eigenschaften von bestrahlten und nicht bestrahlten Gerstensamen durchgeführt. Die morphologischen Merkmale wie Wachstum und Keimung sowie Aussehen, Größe und Auffälligkeiten der Blätter im Vergleich zur unbestrahlten Gerste zeigen deutlich, dass die unterschiedlichen Strahlendosen Veränderungen in den Gerstenpflanzen verursacht haben. Die aus einem Feldversuch bekannten Tendenzen hinsichtlich der Effizienz der jeweiligen Strahlendosen ermöglichten es, Abhängigkeiten zwischen den einzelnen Gerstensamenarten und den verwendeten Strahlendosen aufzuzeigen. Die anatomischen Besonderheiten führten dagegen zu keinen konkreten Aussagen. Die unter dem Lichtmikroskop erkennbaren Veränderungen konnten keine Zusammenhänge im Sinne des Themas aufzeigen. Hier hat die Untersuchung unter dem Elektronenmikroskop m (Ein Elektronenmikroskop ist ein Mikroskop, das einen Strahl beschleunigter Elektronen als Lichtquelle verwendet) ight weitere Erkenntnisse geliefert. Die Hypothese, dass nur Gerstensamen mit moderater Bestrahlung ein besseres Wachstum zeigen als nicht bestrahltes Gerstensamen und dass Gerstensamen, die mit einer hohen Strahlendosis bestrahlt werden, tendenziell ein geringeres oder deutlich niedrigeres Wachstum aufweisen, konnte aufgrund der morphologischen Besonderheiten auf der Grundlage der im Feldversuch vorhandenen Tendenzen bestätigt werden.