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Klassifizierung von Nutzpflanzen
Typen von Nahrungspflanzen und ihr Beitrag zur menschlichen Ernährung Ernährung
Weltweiter Nahrungsmittelbedarf
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Klassifizierung von Nutzpflanzen
Es gibt Hunderte von verschiedenen Nutzpflanzen, die weltweit zur Ernährung angebaut werden. Die meisten gehören zur Pflanzendivision Angiospermae (auch Anthophyta genannt), die gemeinhin als „die Blütenpflanzen“ bekannt ist. Hier ist ein Link, der kurz einige der wichtigsten Merkmale beschreibt, anhand derer die Mitglieder dieser Gruppe unterschieden werden können:
Eine wichtige Unterscheidung innerhalb der Angiospermen sind die Klassen, die gemeinhin als Monokotyledonen und Dikotyledonen bezeichnet werden. Eine Zusammenfassung der Merkmale dieser beiden Klassen finden Sie hier:
Die nachstehende Tabelle zeigt die 33 Kulturpflanzen, die 2002 auf vier Millionen Hektar oder mehr angebaut wurden. Es wird deutlich, dass die Getreidepflanzen (Familie Poaceae) die weltweite Nahrungsmittelproduktion dominieren. Hülsenfrüchte (Fabaceae) werden ebenfalls in großem Umfang angebaut. Die zehn wichtigsten Pflanzen sind allesamt einjährig.
Die wissenschaftlichen Namen in der Tabelle sind mit einem Pflanzeninformationsverzeichnis des Purdue University Center for New Crops and Plant Products verbunden. Wir können nicht alle Nahrungspflanzen in einer Klasse wie dieser ausführlich behandeln, daher sollten Sie diese Links nutzen, um mehr über Pflanzen von Interesse zu erfahren. Die FAOSTAT-Datenbanken sind ebenfalls eine sehr nützliche Ressource für Produktions- und Nutzungsstatistiken zu den weltweiten Nahrungsmittelpflanzen.
Wichtige Welternährungspflanzen
| Pflanze |
Wissenschaftlicher Name
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Fläche Erntefläche (Mio. ha)
|
Produktion (Mio. t)
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Familie
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Einjährige oder mehrjährige
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| Weizen | Triticum aestivum |
211
|
568
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Poaceae†
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Jahres
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| Reis, Paddy | Oryza sativa |
146
|
579
|
Poaceae
|
Jährlich
|
| Mais | Zea mays |
139
|
602
|
Poaceae
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Jahreszeiten
|
| Sojabohnen | Glycine max |
79
|
180
|
Fabaceae
|
Einjährige
|
| Gerste | Hordeum vulgare |
54
|
132
|
Poaceae
|
Einjährige
|
| Sorghum | Sorghum bicolor |
42
|
55
|
Poaceae
|
Einjährige
|
| Millet | Setaria, Echinochloa, Eleusine, Panicum, Pennisetum spp. |
37
|
26
|
Poaceae
|
Jährlich
|
| Erdnüsse in der Schale (Erdnüsse) | Arachis hypogaea |
26
|
34
|
Fabaceae
|
Einjährig
|
| Bohnen, Trocken | Phaseolus spp. |
25
|
18
|
Fabaceae
|
Einjährig
|
| Rapssamen | Brassica napus |
23
|
33
|
Brassicaceae
|
Einjährig
|
| Zuckerrohr | Saccharum officinarum |
20
|
1288
|
Poaceae
|
Perennial
|
| Sonnenblumenkerne | Helianthus annuus |
20
|
23
|
Asteraceae
|
Einjährige
|
| Kartoffeln | Solanum tuberosum |
19
|
308
|
Solanaceae
|
Einjährige
|
| Cassava | Manihot esculenta |
17
|
180
|
Euphorbiaceae
|
Perennial
|
| Hafer | Avena sativa |
13
|
28
|
Poaceae
|
Jahreszeiten
|
| Kokosnüsse | Cocos nucifera |
11
|
49
|
Arecaceae
|
Perennial
|
| Ölpalmenfrüchte | Elaeis guineensis |
11
|
136
|
Arecaceae
|
Perennial
|
| Küken-Erbsen | Cicer arietinum |
11
|
8
|
Fabaceae
|
Einjährige
|
| Kaffee, Grün | Coffea spp. |
11
|
8
|
Rubiaceae
|
Perennial
|
| Roggen | Secale cereale |
10
|
21
|
Poaceae
|
Jährlich
|
| Süßkartoffeln | Ipomoea batatas |
9
|
141
|
Convolvulaceae
|
Einjährige
|
| Kuhbohnen, Trocken | Vigna unguiculata |
9
|
3
|
Fabaceae
|
Jährlich
|
| Lebensmittel | Olea europaea |
8
|
15
|
Oleaceae
|
Perennial
|
| Graphen | Vitis vinifera |
7
|
62
|
Vitaceae
|
Perennial
|
| Sesamsamen | Sesamum indicum |
7
|
3
|
Pedaliaceae
|
Jährlich
|
| Kakaobohnen | Theobroma cacao |
7
|
3
|
Sterculiaceae
|
Perennial
|
| Zuckerrübe | Beta vulgaris |
6
|
252
|
Chenopodiaceae
|
Einjährige
|
| Erbsen, Trocken | Pisum sativum |
6
|
10
|
Fabaceae
|
Einjährig
|
| Äpfel | Malus pumila |
6
|
58
|
Rosaceae
|
Einjährig
|
| Plantanen | Musa spp. |
5
|
29
|
Musaceae
|
Perennial
|
| Bananen | Musa spp. |
4
|
70
|
Musaceae
|
Perennial
|
| Yams | Dioscorea spp. |
4
|
40
|
Dioscoreaceae
|
Einjährige
|
| Tomaten | Lycopersicon esculentum |
4
|
108
|
Solanaceae
|
Jährlich
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Produktionszahlen aus FAOSTAT-Landwirtschaftsdatenbanken für 2002.
†Poaceae=Graminae; Fabaceae=Leguminosae; Brassicaceae=Cruciferae; Asteraceae=Compositae; Aracaceae=Palmae
Types of Food Crops and Their Contribution to Human Nutrition
Die Informationen für diesen Abschnitt stammen größtenteils aus dem Buch von M.C. Latham (1997) mit dem Titel „Human nutrition in the developing world“. Dies ist ein sehr umfassendes Nachschlagewerk zu einer Reihe von Themen im Zusammenhang mit der weltweiten Nahrungsmittelproduktion und Ernährung. Hier sind einige, die für Sie von Interesse sein könnten:
- Empfohlene Nährstoffzufuhr
- Nährstoffzusammensetzung von Lebensmitteln
- Internationale Ernährung und Welternährungsprobleme
- Soziale und kulturelle Faktoren bei Ernährung
- Grundlegende Ernährung (Funktionen von Lebensmitteln im Körper)
- Ernährungsstörungen
Eine weitere ausgezeichnete Quelle zum Thema Ernährung ist das Food and Nutrition Information Center des USDA.
Ernährungsbedürfnisse
Nahrungsmittel werden benötigt, um Energie zu liefern und als Rohstoff für Wachstum, Erhaltung und Schutz des Körpers. Zu unserem Grundbedarf gehören Wasser, Kohlenhydrate, Fette, Proteine, Mineralien, Vitamine und Ballaststoffe. Kohlenhydrate, Proteine und Fette werden in relativ großen Mengen benötigt und werden daher als Makronährstoffe bezeichnet. Mineralstoffe und Vitamine werden in kleinen Mengen benötigt und als Mikronährstoffe bezeichnet.
Wasser macht mehr als 60 % unseres Körpergewichts aus und kann als wichtigster Nahrungsbestandteil angesehen werden. Ein normaler Mann oder eine normale Frau kann 20 bis 40 Tage ohne Nahrung auskommen, aber der Mensch kann nur vier bis sieben Tage ohne Wasser überleben. Der Stoffwechsel der Mineralien Natrium und Kalium, die als Elektrolyte bekannt sind, ist mit dem Körperwasser verbunden.
Der Energiebedarf des Menschen variiert je nach Alter, Geschlecht und Aktivitätsniveau und kann zwischen 1.200 und 3.200 Kalorien pro Tag liegen (eine Kalorie entspricht in der Ernährung 1000 Kilokalorien Energie). Kohlenhydrate und Proteine liefern 4 Kalorien pro Gramm, während ein Gramm Fett 9 Kalorien liefert.
Proteine werden im Allgemeinen als Rohstoffe für das Wachstum und die Erhaltung des Gewebes und für die Synthese wichtiger Stoffwechselprodukte verwendet. Während der Verdauung werden die Proteine in ihre einzelnen Aminosäuren zerlegt, die dann über den Blutkreislauf zu den Körpergeweben transportiert werden, wo sie zum Aufbau neuer Proteine verwendet werden. Von den 20 natürlich vorkommenden Aminosäuren gelten neun als essenziell für die Ernährung, da sie vom Körper nicht synthetisiert werden können. Aminosäuren können im Körper nicht gespeichert werden, weshalb es wichtig ist, jeden Tag alle essenziellen Aminosäuren zu sich zu nehmen. Vollständige Proteine enthalten alle essenziellen Aminosäuren in den richtigen Mengenverhältnissen. Die meisten tierischen Proteine sind vollständig, während pflanzliche Proteine im Allgemeinen einen Mangel an einer oder mehreren essenziellen Aminosäuren aufweisen. Der Bedarf an Proteinen in der Ernährung ist nicht sehr hoch, sofern alle essenziellen Aminosäuren aufgenommen werden. Im Allgemeinen wird empfohlen, etwa 10 % der gesamten Kalorienzufuhr aus Eiweiß zu gewinnen.
Wir werden in späteren Vorlesungen ausführlicher über die Arten von Kohlenhydraten und Fetten sprechen.
Ballaststoffe sind ein weiterer wichtiger Bestandteil der Ernährung, der aus Pflanzen gewonnen wird. Ballaststoffe sind nicht verdaulich, aber wünschenswert, weil sie die Passage der Nahrung durch den Verdauungstrakt erleichtern. Einige Studien haben gezeigt, dass eine ballaststoffreiche Ernährung das Darmkrebsrisiko verringern kann, aber dieser Nutzen wird noch untersucht. Einige Arten von Ballaststoffen können auch den Cholesterinspiegel senken.
Vitamine spielen eine entscheidende Rolle als Coenzyme in vielen Stoffwechselwegen oder sind direkt an der Synthese essentieller Verbindungen beteiligt. Es gibt vier fettlösliche Enzyme (A, D, E und K) und neun wasserlösliche Vitamine (acht Vitamine des B-Komplexes und C). Die wasserlöslichen Vitamine werden im Körper nicht gespeichert, und jeder Überschuss, der verbraucht wird, wird mit dem Urin ausgeschieden. Die fettlöslichen Vitamine können im Fettgewebe des Körpers gespeichert werden, so dass eine übermäßige Zufuhr dieser Vitamine zu Vergiftungserscheinungen führen kann. Weitere Informationen über den Nährstoffbedarf finden Sie in den Verweisen am Anfang dieses Abschnitts.
Mineralien sind anorganische Verbindungen, die im Körper als geladene Ionen oder als Bestandteile komplexer Moleküle vorkommen. Es gibt 17 Mineralien, die bekanntermaßen in der Ernährung essentiell sind, und weitere Forschungen können diese Liste ergänzen. Die Hauptmineralien werden in Mengen von mehr als 100 mg pro Tag benötigt, während die Spurenelemente in geringeren Mengen benötigt werden.
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Hauptmineralien
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Spurenmineralien
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Kalzium
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Eisen
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Phosphor
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Zink
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Schwefel
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Jod
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Kalium
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Fluor
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Chlor
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Kupfer
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Natrium
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Selenium
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Magnesium
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Kobalt
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Chrom
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Mangan
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Molybdän
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Arten von Nahrungspflanzen
Getreide – Getreide sind essbare Samen aus der Familie der Gräser (Poaceae oder Graminae). Zu ihnen gehören u.a. Weizen, Reis, Mais, Gerste, Hafer, Sorghum und Hirse. Das Korn ist eine Karyopse, eine trockene, einsamige Frucht mit einem harten äußeren Perikarp, das mit der Samenschale verwachsen ist. Die Körner der verschiedenen Getreidearten können sich in Größe und Form unterscheiden, haben aber alle eine ähnliche Struktur und Zusammensetzung.
Das Endosperm besteht überwiegend aus Stärke. Die Aleuronschicht und der Embryo (Keim) sind reich an Eiweiß, Vitaminen und Mineralstoffen, werden aber bei der Verarbeitung oft entfernt. 100 µg Vollkorn liefern etwa 350 kcal, 8 bis 12 µg Eiweiß und nützliche Mengen an Kalzium, Eisen (obwohl Phytinsäure die Aufnahme behindern kann) und B-Vitaminen. Sie enthalten kein Vitamin C und mit Ausnahme von gelbem Mais auch kein Karotin (Provitamin A). Für eine gesunde Ernährung sollten sie zusammen mit anderen Lebensmitteln verzehrt werden, die reich an den Vitaminen A und C sowie an Mineralstoffen sind. Das Eiweiß einiger Getreidesorten weist einen Mangel an den essentiellen Aminosäuren Lysin und Tryptophan auf und sollte durch andere Eiweißquellen wie Hülsenfrüchte oder tierische Produkte ergänzt werden.
Hülsenfrüchte – Hülsenfrüchte sind die essbaren Samen von Mitgliedern der Familie der Schmetterlingsblütler (Leguminosae), zu der unter anderem Bohnen, Erbsen, Sojabohnen, Erdnüsse und Linsen gehören. Sie sind eine wichtige Quelle für Eiweiß, B-Vitamine und Kohlenhydrate in der Ernährung. Die Qualität der Proteine ist nicht ganz so gut wie bei Fleisch, da Hülsenfrüchte im Allgemeinen nicht genügend der essenziellen Aminosäure Methionin enthalten. Diese Einschränkung kann jedoch durch den gemeinsamen Verzehr von Hülsenfrüchten und Getreide ausgeglichen werden. Hülsenfrüchte spielen auch eine wichtige Rolle in der Landwirtschaft, da sie atmosphärischen Stickstoff binden können, was zur Erhaltung der Bodenfruchtbarkeit beiträgt.
Wurzeln und Knollen – essbare Knollen, Wurzeln und Kormi werden in der ganzen Welt verzehrt. In den Tropen sind Maniok, Süßkartoffeln, Taro (Cocoyam), Yamswurzeln (Dioscorea spp.) und Pfeilwurzeln Grundnahrungsmittel. Die Kartoffel wird in den gemäßigten und subtropischen Klimazonen weit verbreitet angebaut. Das Ertragspotenzial dieser Kulturpflanzen ist sehr hoch. Im Vergleich zu Getreide sind sie jedoch im Allgemeinen arm an Proteinen, Mineralien und Vitaminen. In dieser Hinsicht gibt es einige Unterschiede zwischen den Arten – Taro und Yamswurzeln haben bis zu 6 % hochwertiges Eiweiß, und Kartoffeln liefern einige Mineralien und Vitamin C. Es wird erwartet, dass Wurzeln und Knollen in den nächsten 20 Jahren eine immer wichtigere Rolle bei der Ernährungssicherung spielen werden.
Ölsaaten – wichtige Ölsaaten sind Sojabohnen, Raps, Sonnenblumenkerne, Erdnüsse, Ölpalmen, Sesam und Baumwollsamen. Einige Ölpflanzen sind lokal von Bedeutung, wie z. B. Sheabutter in Westafrika.
Gemüsepflanzen – Die als Gemüse bezeichneten Lebensmittel sind eine vielfältige Gruppe, zu der einige Früchte (z. B. Tomaten), Wurzeln (z. B. Karotten) und Blüten (z. B. Brokkoli) gehören. Nichtsdestotrotz ist „Gemüse“ ein nützlicher Begriff, der sich auf Pflanzen bezieht, die im Allgemeinen frisch verzehrt oder frisch aufbewahrt werden. Gemüse ist ein sehr wichtiger Bestandteil der Ernährung. Sie sind fast alle reich an Karotin und Vitamin C und enthalten große Mengen an Kalzium, Eisen und anderen Mineralien. Sie sind in der Regel keine guten Quellen für B-Vitamine, Energie und Eiweiß. Sie enthalten oft große Mengen an Ballaststoffen. Wenn man sich die Zahlen der weltweiten Nahrungsmittelproduktion ansieht, wird die Bedeutung von Gemüse in der Ernährung leicht unterschätzt, da viele Arten lokal angebaut und verzehrt werden und daher nicht auf der Liste der 30-40 am häufigsten angebauten Kulturpflanzen erscheinen. Dunkelgrüne Gemüsesorten wie Amaranth und Maniokblätter, die typischerweise in tropischen Ländern gegessen werden, sind ernährungsphysiologisch weitaus besser als Kohl und Salat. Ein erhöhter Verzehr dieser Pflanzen könnte dazu beitragen, das Problem des Vitamin-A-Mangels, das in den Entwicklungsländern weit verbreitet ist, zu verringern.
Obst – Eine Vielzahl von Früchten wächst wild oder wird weltweit angebaut. Früchte sind oft gute Vitamin-C-Quellen, und viele enthalten nützliche Mengen an Karotin. Früchte enthalten in der Regel sehr wenig Fett oder Eiweiß und wenig oder keine Stärke. Die Kohlenhydrate liegen in Form verschiedener Zucker vor. Obst ist reich an Zellulose, die zu den Ballaststoffen beiträgt. Zitrusfrüchte wie Orangen, Zitronen, Grapefruits, Mandarinen und Limetten enthalten viel Vitamin C, aber wenig Karotin. Papayas und Mangos enthalten sowohl Carotin als auch Vitamin C.
Nüsse – Zu den wichtigen Pflanzen in dieser Kategorie gehören unter anderem Kokosnuss, Cashewnuss, Mandel und Walnuss. Diese Pflanzen sind in der Regel sehr fetthaltig, können aber auch nützliche Vitamine, Mineralien und Proteine enthalten.
Gewürze – Abgesehen von unserem Bedarf an Salz haben nur wenige dieser Aromastoffe eine große ernährungsphysiologische Bedeutung, aber sie dienen alle dazu, das Essen geschmacklich angenehmer zu machen.
Getränkepflanzen – Diese Gruppe umfasst eine Vielzahl von Getränken aus pflanzlichen Quellen, darunter Fruchtsäfte, Tee, Kaffee, Bier, Wein und Spirituosen. Der Hauptbeitrag dieser Gruppe zur menschlichen Ernährung besteht in der Bereitstellung von Wasser, das für den Menschen lebenswichtig ist. Einige liefern auch Vitamine und Mineralstoffe. Andere liefern Stimulanzien (Koffein) oder Alkohol zur Entspannung.
Beitrag zur menschlichen Ernährung
Direkter Beitrag ausgewählter Nahrungspflanzen
zum Pro-Kopf-Verbrauch an Kalorien, Eiweiß und Fett im Jahr 2000
Quelle FAOSTAT Ernährungsdatenbanken, 2000.
Einige Beobachtungen aus den Daten in der Tabelle:
- Getreidepflanzen liefern bei weitem die meisten Kalorien in der Ernährung. Weizen ist in den Industrieländern die wichtigste Kulturpflanze für den direkten menschlichen Verzehr, während in den Entwicklungsländern Reis die wichtigste Kulturpflanze ist.
- Obwohl die Hülsenfrüchte einen höheren Proteingehalt haben als die Getreidepflanzen, ist Getreide die wichtigste Proteinquelle, da es in viel größeren Mengen verzehrt wird.
- Sojabohnen sind in den Industrieländern die wichtigste Ölpflanze, gefolgt von Raps und Sonnenblumenöl. In den Entwicklungsländern sind Soja- und Palmöl die wichtigsten Ölpflanzen.
- Kartoffel ist die wichtigste stärkehaltige Wurzel- und Knollenpflanze in den Industrieländern. In den Entwicklungsländern ist Maniok die führende Pflanze in dieser Kategorie, aber auch Kartoffeln und Süßkartoffeln sind wichtig.
- Die Menschen in den Entwicklungsländern beziehen mehr Kalorien aus Getreide als in den Industrieländern. Kalorien aus Ölpflanzen sind in den Industrieländern relativ hoch.
Welternährungsbedarf
Hier einige wichtige Fakten über Unterernährung von der Weltgesundheitsorganisation:
- Unterernährung betrifft jeden dritten Menschen weltweit und spielt eine wichtige Rolle bei der Hälfte der jährlichen Todesfälle bei Kindern in den Entwicklungsländern.
- Eisenmangel und Anämie sind die häufigsten Probleme.
- Eiweiß-Energie-Mangelernährung hat die tödlichsten Folgen, jedes vierte Kind weltweit ist betroffen.
- Marasmus – Menschen mit dieser Störung haben einen Mangel an Proteinen und Kalorien und wirken abgemagert und verschwenderisch
- Kwashiorkor – Menschen mit dieser Störung haben einen Mangel an Kalorien. Der Bauch und die Extremitäten sind geschwollen
- Jodmangelerkrankungen führen zu Kropf und Hirnschäden. Durch die Verwendung von Jodsalz wurden große Fortschritte bei der Bekämpfung dieser Krankheit gemacht, aber das Problem ist immer noch weit verbreitet.
- Vitamin-A-Mangel ist die Hauptursache für vermeidbare Blindheit. Das Problem kann durch Förderung des Stillens, Vitamin-A-Ergänzung und erhöhten Verzehr von Obst und Gemüse angegangen werden.
Die Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation der Vereinten Nationen veröffentlicht einen Jahresbericht, der den aktuellen Stand der Ernährungsunsicherheit und Unterernährung in der Welt beschreibt. Jedes Jahr werden andere Themen behandelt. Hier ist der jüngste Bericht:
FAO. 2005. The state of food insecurity in the world. http://www.fao.org/sof/sofi/index_en.htm
Aufgaben
Schriftliche Aufgabe
Abgabetermin 18. April
Erforschen Sie die verfügbaren Internetressourcen über weltweite Nahrungspflanzen und ihre Produktion und Nutzung.
- Wählen Sie eine Pflanze, die wir bisher noch nicht behandelt haben. Benutzen Sie den Purdue Crop Index, um herauszufinden, wie die Pflanze wissenschaftlich heißt, ob sie ein- oder mehrjährig ist und zu welcher botanischen Familie sie gehört.
- Gehen Sie zu den FAOSTAT-Kernproduktionsdaten und finden Sie heraus, wie viele Tonnen der Pflanze im Jahr 2004 in den Vereinigten Staaten geerntet wurden.
- Wählen Sie unter Verwendung derselben FAOSTAT-Datenbank ein Land aus und wählen Sie zwei Nahrungsmittel, die Ihrer Meinung nach für dieses Land wichtig sind. Ermitteln Sie die produzierten Tonnen für 2004.
- Überprüfen Sie nun, welche Bedeutung die beiden von Ihnen ausgewählten Lebensmittel für das von Ihnen gewählte Land im Jahr 2005 auf der FAO-Website für wichtige Lebensmittel und Agrarrohstoffe und Produzenten haben.
Übermitteln Sie Ihre Ergebnisse mit der Zuweisungsfunktion auf Blackboard.
Quiz
Nehmen Sie an dem Quiz zu dieser Einheit auf Blackboard teil.
FAOSTAT. FAO Statistical Databases. http://faostat.fao.org/