Mikroskopische Übungen zum zellulären Aufbau · (Vorgänge der hydrolytischen Verdauung) hier von...

Illustrierende Aufgaben zum LehrplanPLUS

Fachoberschule/Berufsoberschule, Biologie, Jahrgangsstufe 12

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Mikroskopische Übungen zum zellulären Aufbau

Stand: 09.06.2018

Jahrgangsstufen 12

Fach/Fächer Biologie (Ausbildungsrichtung Sozialwesen)

Übergreifende Bildungs-

und Erziehungsziele

Zeitrahmen 120 bis 140 Minuten

Benötigtes Material Lichtmikroskope, Mikroskopier-Ausrüstung (Objektträger, Deckgläser,

Pinzette, Rasierklingen), Becherglas, Tropfpipette, Küchenrolle,

Methylenblau, Mundspatel/Teelöffel, rote Küchenzwiebeln, Wasserpest,

Digitalkamera/Smartphone

Kompetenzerwartungen

Diese Aufgabe unterstützt den Erwerb folgender Kompetenzen:

Die Schülerinnen und Schüler…

erläutern biologische Zusammenhänge unter Verwendung der Fachsprache, geben diese in fachspezifischer Darstellungsform wieder und begründen die Eignung der gewählten Darstellungsform. (B12 1)

nutzen geeignete Quellen zur Recherche von biologischen Sachverhalten und präsentieren ihre Ergebnisse unter Verwendung der biologischen Fachsprache und moderner Medien sach-, adressaten- und situationsgerecht. (B12 1)

vergleichen mithilfe von licht- und elektronenmikroskopischen Abbildungen verschiedene Zelltypen hinsichtlich ihres Aufbaus, um sie dem prokaryotischen oder eukaryontischen Grundtyp zuzuordnen. (B12 2)

erläutern biologische Grundprinzipien, u. a. die Kompartimentierung der eukaryotischen Zelle, anhand der Strukturen und der Funktionen der Zellorganellen. (B12 2)



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Aufgaben

I) Praxisteil

Herstellen eigener Präparate

1. Stellen Sie in verschiedenen Gruppen die folgenden mikroskopischen Frischpräparate her

(Präparationsanleitungen: siehe Hinweise zum Unterricht):

A Zwiebelhäutchen

B Wasserpestblättchen

C Mundschleimhautzellen

Mikroskopieren der hergestellten Präparate

2.1 Betrachten Sie die angefertigten Präparate mit verschiedenen Vergrößerungen unter einem

Lichtmikroskop. Halten Sie Ihre Beobachtungen wie folgt fest:

zu A: Beschreiben Sie in Worten die Form und sichtbare Bestandteile einer Zelle.

Fotografieren Sie das mikroskopische Bild.

zu B: Fertigen Sie eine Übersichtsskizze eines Blattausschnittes an.

zu C: Fotografieren Sie das mikroskopische Bild.

2.2 Legen Sie in die drei verschiedenen Frischpräparate jeweils ein Haar unter das Deckglas.

Vergleichen Sie unter dem Mikroskop die Größenverhältnisse der Zellen mit dem

Haardurchmesser und halten Sie Ihre Schätzungen schriftlich fest.



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II) Theorieteil

Zelltypen im Vergleich

3.1 Erarbeiten Sie aus den mikroskopischen Untersuchungen und Ihren Beobachtungen die

Unterschiede der einzelnen Zellen und leiten Sie daraus die systematische Zuordnung zu Tieren

und Pflanzen ab. Beziehen Sie bei Ihren Überlegungen auch die jeweilige Lebensweise des

gesamten Organismus mit ein.

3.2 Im Folgenden sehen Sie Schemazeichnungen verschiedener Zellen. Entscheiden Sie für jede

Zeichnung, ob eine tierische Zelle, pflanzliche Zelle oder Bakterienzelle vorliegt. Begründen Sie

Ihre Zuordnungen! (Die Größenverhältnisse der Zeichnungen stimmen nicht überein.)

a)

b)

c)

d)

e)

f)

Elektronenmikroskopische Betrachtung

Die lichtmikroskopische Auflösung zeigt zahlreiche Details der Zellen nicht. Diese werden erst im

Elektronenmikroskop sichtbar.

4.1 Recherchieren Sie den Feinbau von Pflanzen-, Tier- und Bakterienzellen. Unterscheiden Sie dabei

Zellbestandteile ohne, mit einfacher und mit doppelter Membran.

Stellen Sie diese vergleichende Betrachtung in einer geeigneten Tabelle dar.

4.2 Ordnen Sie mithilfe Ihrer Rechercheergebnisse den gemeinsamen Bestandteilen von Pflanzen-

und Tierzelle stichpunktartig spezifische Funktionen zu.

4.3 Begründen Sie das Fehlen einiger Bestandteile in bestimmten Zellen.



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4.4 Ein allen Zelltypen gemeinsames biologisches Grundprinzip ist die Kompartimentierung. Erläutern

Sie diesen Fachbegriff mithilfe Ihrer Rechercheergebnisse und geben Sie zwei weitere biologische

Grundprinzipien an.

Größenvergleich von Zellen

5.1 Begründen Sie, unter Verwendung der folgenden Grafik, mit welchem Mikroskop Sie die

angegebenen Zellen bzw. Zellbestandteile untersuchen würden.

5.2 Zeichnen Sie in die Tabelle einen Stern für die Dicke eines durchschnittlichen Haares ein.

Rechnen Sie die angegebene Größendimension Nanometer (nm) in Mikrometer (µm) und

Millimeter (mm) um und tragen Sie dies in die entsprechenden Kästchen in die Tabelle ein.

Auflösungsvermögen:

Auge

Lichtmikroskop

Elektronenmikroskop

Zellen bzw.

Zellbestandteile:

Menschliche Eizelle

Mundschleimhautzelle

Erythrozyt

Mitochondrium

Ribosom

Haar ?

0,1 1 10 100 1000 10000 100000 nm

µm ?

mm ?



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Hinweise zum Unterricht

Die Aufgabenteile können auch unabhängig voneinander bearbeitet werden.

Vor der Bearbeitung der Teilaufgabe 3 empfiehlt es sich, die Unterschiede von Tier-, Pflanzen- und

Bakterienzellen im Unterricht zu behandeln.

Binnendifferenzierung ist bei Teilaufgabe 4 durch Recherchematerial und Aufgabenstellung möglich.

Bei Teilaufgabe 5 bietet es sich an, die SI-Präfixe zu wiederholen, um den Schülerinnen und Schülern

eine Vorstellung der Größenverhältnisse zu erleichtern.

Präparationsanleitungen zur Herstellung von Frischpräparaten

zu A) Untersuchung von Zwiebelhautzellen (Allium cepa)

Material: - Frischmaterial der roten Küchenzwiebel

- Mikroskopier-Ausrüstung

- Lichtmikroskop

Durchführung:

1. Entfernen Sie von einer Zwiebel die roten, abgestorbenen Außenhäute

und vierteln Sie die Zwiebel.

2. Schneiden Sie die Innenseite einer Zwiebelschuppe mit einer Rasierklinge ein.

3. Fassen Sie mit der Pinzette flach unter den Schnitt und ziehen Sie vorsichtig

ein Stück Haut (ca.5 mm breit und lang) ab.

4. Bringen Sie einen Tropfen Wasser in die Mitte des Objektträgers

und schieben Sie das Zwiebelhäutchen faltenfrei in den Wassertropfen.

5. Legen Sie das Deckglas auf.

6. Beobachten Sie das Objekt unter dem Mikroskop bei ca.100facher und ca. 200facher

Vergrößerung.



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zu B) Untersuchung von Zellen der Wasserpest (Elodea canadensis)

Material: - Frischmaterial der Wasserpest


- Lichtmikroskop

Durchführung:

1. Zupfen Sie mit der Pinzette ein Blättchen der Wasserpest ab. Geben Sie dieses auf den

Objektträger in einen Wassertropfen und decken Sie es mit einem Deckglas vorsichtig ab.

2. Stellen Sie mit dem Mikroskop zunächst die schwächste Vergrößerung scharf ein.

3. Vergrößern Sie anschließend, so dass Sie einige Zellen deutlich sehen können (ca.100fach).

zu C) Untersuchung von Zellen der Mundschleimhaut

Material: - Mundspatel oder sauberer Teelöffel


- Methylenblaulösung zum Einfärben

- Lichtmikroskop

Durchführung:

1. Bringen Sie einen Tropfen Wasser in die Mitte des Objektträgers.

2. Schaben Sie mit einem sauberen Löffel oder Mundspatel an der Innenseite der Wange etwas

Mundschleimhaut ab und geben Sie diese zu dem Wassertropfen.

3. Färben Sie das Präparat mit Methylenblau ein, indem Sie einen Tropfen Farbstofflösung an den

Rand des Deckglases geben und auf der anderen Seite mit etwas Küchenpapier die Flüssigkeit

durch das Präparat ziehen.

4. Legen Sie das Deckglas auf.

5. Beobachten Sie das Objekt unter dem Mikroskop bei ca.100facher Vergrößerung.



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Beispiele für Produkte und Lösungen der Schülerinnen und Schüler

1. Herstellen eigener Präparate

Hinweis: Alternativ wäre hier auch die Verwendung von Fertigpräparaten oder Abbildungen denkbar.

2. Mikroskopieren der hergestellten Präparate

2.1 zu A: Erkennbar sind zahlreiche, mehreckige Gebilde die netzartig verbunden sind. Innerhalb der

einzelnen Abgrenzungen sind kleine Körner und der Zellkern nahe am Rand sichtbar. Bei der roten

Zwiebel ist der zentrale Raum rot gefärbt. Foto - mikroskopisches Bild:

Foto: Zwiebelhaut einer roten Küchenzwiebel

Foto: Zwiebelhaut einer Küchenzwiebel



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zu B: Übersichtsskizze eines Blattausschnittes

zu C: mikroskopische Bild

zu 2.2 Schätzungen:

Die Breite von drei Zwiebelzellen entspricht etwa dem Durchmesser des Haares.

Die Breite von zwei Wasserpestzellen entspricht etwa dem Durchmesser des Haares.

Ein bis zwei Mundschleimhautzellen entsprechen etwa dem Durchmesser des Haares.

Zelltypen im Vergleich

3.1 Unterschiede:

Form und Gestalt: Zellen A und B sind vieleckig und formstabil, Zellen C rundlich

Größe: Zellen A und B etwa gleich groß, Zellen C etwas kleiner

Farbe: Zellen A und C haben keine grünen Zellbestandteile, Zellen B schon

Sonstiges: Zellen A und B erscheinen vielschichtig begrenzt

Zuordnung:

Zellen A und B sind pflanzliche Zellen, die Zwiebel als Speicherorgan besitzt keine Chloroplasten, da sie

nicht fotosynthetisch aktiv ist. Zellen C sind tierische Zellen, welche keine Chloroplasten besitzen, da sie

keine Fotosynthese betreiben.

Foto: Mundschleimhautzellen



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3.2

a) Bakterium (E. Coli)

b) Pflanze (Euglena)

c) Tier (Mundschleimhaut)

d) Pflanze (Wasserpest)

e) Pflanze (Zwiebel)

f) Tier (Neuron)

Begründungen:

a) Kein Zellkern, prokaryotische Zelle

b) Zellkern und Chloroplasten

c) Zellkern, keine Vakuole, keine Chloroplasten

d) Zellkern, Chloroplasten, Vakuole und Zellwand

e) Zellkern, Vakuole und Zellwand

f) Zellkern, keine Vakuole, keine Chloroplasten

Elektronenmikroskopische Betrachtung

4.1

Pflanzenzelle Tierzelle Bakterienzelle

keine Membran Ribosomen

Cytoskelett

Ribosomen

Cytoskelett

(Centrosom)

Ribosomen

Cytoskelett

einfache Membran Vakuole

Endoplasmatisches Reticulum (ER)

Dictyosomen (Golgi-Apparat)

Peroxisomen

Endoplasmatisches Reticulum (ER)

Dictyosomen (Golgi-Apparat)

Peroxisomen



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Lysosomen

doppelte Membran Zellkern

Mitochondrien

Chloroplasten

Zellkern

Mitochondrien

4.2

Gemeinsame Bestandteile: Funktionen (Stichwörter):

Ribosomen Bioproteinsynthese

Cytoskelett mechanische Festigkeit, Stabilität, Transportvorgänge,

Bewegungsvorgänge

Endoplasmatisches Reticulum Interzellulärer Stofftransport, Synthese und Verarbeitung von

Stoffen

Dictyosomen Umwandlung, Speicherung und Transport von Produkten des

ER

Peroxisomen Katalytischer Abbau von Zellgiften

Zellkern Steuerzentrale, Speicherung und Weitergabe der

Erbinformation

Mitochondrien Orte der Zellatmung, Energielieferanten

4.3

Bei den Tierzellen fehlt die Vakuole, weil die Aufgabe der Zerlegung von Biomolekülen (Vorgänge der hydrolytischen Verdauung) hier von den Lysosomen übernommen wird.

Bei den Pflanzenzellen fehlen die Lysosomen, weil die Aufgabe der Zerlegung von Biomolekülen (Vorgänge der hydrolytischen Verdauung) hier von der Vakuole übernommen wird.

Bei den Tierzellen fehlen die Chloroplasten, weil Tiere nicht fotosynthetisch aktiv sind.

Bei Bakterien fehlen membranumgrenzte Zellbestandteile. Das Fehlen eines Zellkerns ist ein wichtiger Hinweis darauf, dass sie evolutiv älter sind und daraus resultiert die einfachere Struktur.

4.4

Erklärung Kompartimentierung: Damit ist die funktionelle Aufteilung des Raumes in Teilbereiche gemeint. Lebende Systeme, wie vor allem eukaryotische Zellen, besitzen durch Membranen abgegrenzte Reaktionsräume. Die Abgrenzung ermöglicht das gleichzeitige Ablaufen unterschiedlicher stoffwechselbiologischer Prozesse. Daraus ergeben sich weitere biologische Grundprinzipien, wie z.B.:

- Arbeitsteilung - Differenzierung - Oberflächenvergrößerung



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Größenvergleich von Zellen

Auflösungsvermögen:

Auge

Lichtmikroskop

Elektronenmikroskop

Zellen bzw.

Zellbestandteile:

Menschliche Eizelle

Mundschleimhautzelle

Erythrozyt

Mitochondrium

Ribosom

Haar ?

0,1 1 10 100 1000 10000 100000 nm

1 10 100 µm

0,1 mm

zu 5. Begründungen:

Eizelle (durchschnittliche Größe 110000 bis 140000 nm): Mit dem Auge nur als Punkt sichtbar, deshalb muss die Untersuchung mit dem Lichtmikroskop erfolgen. Mundschleimhautzelle (durchschnittliche Größe 50000 bis 100000 nm): Mit dem Auge nicht mehr auflösbar, deshalb nur unter dem Lichtmikroskop sichtbar und untersuchbar. Erythrozyt (durchschnittliche Größe 6000 bis 8000 nm): Mit dem Lichtmikroskop nur als Punkt sichtbar, deshalb muss die Untersuchung mit dem Elektronenmikroskop erfolgen. Mitochondrium (durchschnittliche Größe 1000 bis 5000 nm): Mit dem Lichtmikroskop nur schwer sichtbar, deshalb nur unter dem Elektronenmikroskop gut sichtbar und untersuchbar. Ribosom (durchschnittliche Größe 25 nm): Mit dem Lichtmikroskop nicht sichtbar, deshalb nur unter dem Elektronenmikroskop sichtbar und untersuchbar.



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Quellen- und Literaturangaben

alle Fotos und Zeichnungen:

ISB München

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