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Bakterien – gefährliche oder nützliche Organismen?
Reihe 2
Verlauf
Material
S1
LEK
Glossar
Mediothek
Materialübersicht
I/B1
M 1 (Ab)
Wichtige Arbeitsmaterialien für den Umgang mit Mikroorganismen
M 2 (Ab)
Verhalten am Arbeitsplatz: sicheres Arbeiten mit Bakterien
M 3 (Ab)
Ansetzen von Nährbodenplatten
M 4 (Ab, Fo)
Wir weisen Bakterien nach
M 5 (Ab)
Bakterien haben einen gemeinsamen Grundbauplan
M 6 (Ab)
Wachstum von Bakterien – ständige Verdoppelung
M 7 (Ab)
Bakterien im Zahnbelag
M 8 (Ab, Fo)
Wir untersuchen die Wirkung von Desinfektionsmitteln
M 9 (Ab)
Der Salzsee – ein Extremlebensraum
M 10 (Ab)
Sauerkraut selbst gemacht
M 11 (Ab)
Das tödlichste Gift der Welt: Botulinum-Toxin
M 12 (Ab)
Bakterien im Stoffkreislauf
M 13 (Ab)
Bakterien als Bodenverbesserer
M 14 (Ab)
Nachweis von Bakterien in Wurzelknöllchen
M 15 (Ab)
Biotechnologie mit Bakterien
M 16 (Ab)
Kniffliges rund um Bakterien
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Die Lösungen finden Sie ab Seite 22.
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39 RAAbits Biologie Januar 2004
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Bakterien – gefährliche oder nützliche Organismen?
Reihe 2
Verlauf
Material
S3
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Glossar
Mediothek
Unser Arbeitsmaterial
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Dampfdrucktopf
Heizplatte
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Kühlschrank
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... brauchen wir zum ...
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Zur fachgerechten Sterilisation des Materials müssen wir
Petrischalen (geschlossen), Pipetten (in Alufolie verpackt), Kolben, Reagenzgläser etc.
(mit Alufolie verschlossen)
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(Hier Abbildungen aufkleben)
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mindestens 30 Minuten bei 180 °C im
Wärmeschrank oder
... ausglühen und in den Holzblock stellen.
mindestens 20 Minuten bei 121 °C im
Dampfdrucktopf bei 2 bar sterilisieren.
Aufgaben
1. Ordne auf einem Extrablatt den abgebildeten Geräten eine Bezeichnung zu; solltest du
nicht weiterkommen, kann dir deine Lehrerin oder dein Lehrer eine Liste aller dargestellten Arbeitsmaterialien geben.
2. Ergänze die Leerstellen in den Kästchen!
3. Schneide die Abbildungen unten aus. Ordne sie richtig zu und klebe sie auf dein Arbeitsblatt.
4. Warum werden Öffnungen von Gläsern während des Sterilisierens verschlossen?
39 RAAbits Biologie Januar 2004
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Bakterien – gefährliche oder nützliche Organismen?
Reihe 2
M3
Verlauf
Material
S5
LEK
Glossar
Mediothek
Ansetzen von Nährbodenplatten
Material
I/B1
Becherglas (ca. 400 ml), Trichter, Reagenzgläser, Reagenzglasständer, Petrischalen, Rührstab,
Waage, Bunsenbrenner (ggf. Heizplatte), Stativ, Wärmeschrank (ggf. Dampfdrucktopf),
Alufolie, Papier, Schutzhandschuhe, Schutzbrille
Chemikalien Standard-Nähragar, destilliertes Wasser
5 g der Nährmischung, mit 200 ml dest. Wasser angesetzt, reichen für ca. 15 Petrischalen.
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Durchführung
1. Lege zum Abwiegen ein über Kreuz geknicktes Papier auf die Waage und stelle sie auf null Gramm
ein. Wiege anschließend genau 5 g Standard-Nähragar ab.
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2. Fülle 200 ml destilliertes Wasser in das Becherglas
und rühre die abgewogene Menge Nähragar hinein.
Im Anschluss braucht die Mischung 15 Minuten Zeit
zum Quellen.
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Benutze:
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3. Stelle das Becherglas auf die Heizquelle und erhitze
unter ständigem Rühren mit dem Glasstab bis zum
Sieden.
Vorsicht: Spritzgefahr! Es steigen heftig Blasen auf.
4. Lass den flüssigen Nährboden etwas abkühlen und
fülle ihn in ca. 10-ml-Portionen in Reagenzgläser
um. Verschließe diese zum Sterilisieren mit Kappen
aus Alufolie.
5. Im Wärmeschrank werden die befüllten Reagenzgläser bei 120 °C eine Stunde lang sterilisiert und anschließend im Kühlschrank gelagert.
6. Bei Bedarf wird der etwas abgekühlte, aber noch
flüssige Nährboden direkt in sterile Petrischalen gegossen. Alternativ kann der Nährboden gut über einige Zeit in Reagenzgläsern lagern. Dann muss der
fest gewordene Nährboden zunächst im warmen
Wasserbad wieder verflüssigt werden und kann anschließend in sterile Petrischalen gegossen werden.
Mit Nährboden versehene Petrischalen werden bis zum Beimpfen im Kühlschrank gelagert.
Achte darauf, sie umgedreht einzustellen: Der Nährboden zeigt nach oben.
39 RAAbits Biologie Januar 2004
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Bakterien – gefährliche oder nützliche Organismen?
Reihe 2
M5
I/B1
Verlauf
Material
S7
LEK
Glossar
Mediothek
Bakterien haben einen gemeinsamen Grundbauplan
Um sich eine Vorstellung vom Bau der Bakterien zu machen, muss man sie unter einem
Lichtmikroskop bei mindestens 1000facher Vergrößerung betrachten. Selbst dort sieht man
nur winzige Stäbchen oder Kugeln. Das wird verständlich, wenn man bedenkt, dass der
Durchmesser eines Bakteriums selten größer ist als ein Mikrometer (1/1000 Millimeter).
Allerdings kann man in der mikroskopischen Vergrößerung feststellen, dass sich Bakterien
in ihrer Form unterscheiden. Dabei lassen sich alle Bakterienkulturen auf vier Grundformen
zurückführen: die kugelförmigen Bakterien heißen Kokken, die stäbchenförmigen Stäbchenbakterien und die bohnenförmigen Vibrionen. Die Schraubenbakterien, auch Spirillen
genannt, haben – wie ihr Name schon sagt – eine schraubig gewundene Form.
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Vibrionen
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Spirillen
Kokken
Stäbchenbakterien
Erst mithilfe des Elektronenmikroskops ist es gelungen, Gemeinsamkeiten im Feinbau der
Bakterien zu erkennen. Das Zellplasma der Bakterien ist von einer Membran umgeben. Sie
liegt an der derben mehrschichtigen Zellwand an. Diese Zellwand gibt den Bakterien ihre
charakteristische Gestalt.
Eine große Anzahl von Bakterien hat außerhalb der Zellwand zusätzlich eine Schleimhülle
oder eine Kapsel, die die Zelle einschließt. Deshalb haben viele Bakterienkulturen ein schleimiges Aussehen.
Da dem Zellkern der Bakterien eine Kernmembran fehlt, wird dieser membranlose Bakterien„kern“ auch als Kernäquivalent oder Nukleoid bezeichnet. Er besteht aus einem einzigen
fadenförmigen Chromosom, das stark aufgewunden ist. Entwunden wäre es etwa 1000-mal
so lang wie die Bakterienzelle (entspricht ca. einem Millimeter).
Einige Bakterien besitzen lange, haarähnliche Geißeln, mit denen sie sich fortbewegen können.
Aufgaben
1. Beschrifte das Bakterienschema auf der Rückseite nach den Angaben im Text.
2. Erstelle in der vorgegebenen Tabelle auf der Rückseite schematische Zeichnungen der
vier Grundformen von Bakterien.
Fotos: Bild 1: © NAS/Chri Bjornberg/OKAPIA; Bild 2: CMSP/OKAPIA; Bild 3: © Manfred P. Kage/OKAPIA; Bild 4: © Dr.
Gary Gaugler/OKAPIA
39 RAAbits Biologie Januar 2004
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Bakterien – gefährliche oder nützliche Organismen?
Reihe 2
M 11
Verlauf
Material
S 15
LEK
Glossar
Mediothek
Das tödlichste Gift der Welt: Botulinum-Toxin
Botulinum-Toxin ist die giftigste aller bekannten Substanzen. Schon ein einziges Gramm kristallisiertes Toxin würde ausreichen, um mehr als eine Million Menschen zu töten.
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Das Gift wird durch Bakterienstämme der Art Clostridium
botulinum produziert. Es ist geruchs- und geschmacklos und
wird durch Temperaturen von über 85 °C inaktiviert. Seine
Wirkung beruht auf einer kompletten Blockade des neuronalen Überträgerstoffs Acetylcholin, der eine Lähmung der
Muskulatur folgt. Botulinum-Toxin kann über Schleimhäute
oder offene Wunden in den Körper gelangen. Dort wird es
über den Blutkreislauf verteilt. Typische Symptome sind Rasterelektronenmikroskopische
Lähmungen der Kopf- und Halsmuskulatur. Unbehandelt Aufnahme von Clostridium botulinum Foto: DR GARY GAUGLER /
führt eine Lähmung der Atemmuskulatur zum Tod.
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SCIENCE PHOTO LIBRARY
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Botulismus: Das ist eine Lebensmittelvergiftung, die
durch den Verzehr von infizierten Lebensmitteln (v.a.
Fleisch, Gemüse), die sich in schlecht hergestellten Konserven befinden, hervorgerufen wird. Sie ist meldepflichtig, da bereits die Aufnahme geringster Mengen zu Atemlähmungen und somit zum Tod führen kann.
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Biowaffe: Wegen seiner extremen Giftigkeit, der leichten Herstellbarkeit, des unproblematischen Transports und der guten
Lagerbarkeit wird das Gift im Rahmen staatlicher BiowaffenProgramme erforscht. Von einem Einsatz wurde aber bisher abgesehen. Im Rahmen von Terrorakten ist es allerdings zwischen 1990 und 1995 schon eingesetzt worden.
Medizin: Therapeutisch wird das Botulinum-Toxin seit 1989 zur Behandlung von Gesichtsmuskelerkrankungen, Nackenstarre und Augenschielen verwendet. Die Substanz enthält etwa 0,005 bis 0,3 %
der tödlichen Dosis. Dennoch können Unverträglichkeiten, Kopfschmerzen und andere Beschwerden, die durch Behandlungsfehler
verursacht werden, auftreten.
Kosmetik: Seit wenigen Jahren wird das Toxin auch bei kosmetisch-ästhetischen Korrekturen, und zwar bei Faltenunterspritzungen, eingesetzt. Dabei werden kleine Muskelgruppen stillgelegt (z.B. Zornesfalte, Krähenfüße),
sodass die Behandelten bestimmte mimische Bewegungen nicht mehr ausführen können. Die Behandlung hält etwa 3–6 Monate an und kostet
ca. 350 r. Nebenwirkungen sind nicht selten.
Aufgabe
Informiere dich in geeigneten Quellen genauer über den Einsatz des Botulinum-Toxins. Diskutiere mit deinen Mitschülerinnen und Mitschülern über Gefahr und Nutzen.
39 RAAbits Biologie Januar 2004
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Bakterien – gefährliche oder nützliche Organismen?
Reihe 2
M 13
Verlauf
Material
S 17
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Glossar
Mediothek
Bakterien als Bodenverbesserer
Viele Gärtner, die einen großen Garten haben und auch Nutzpflanzen anbauen möchten, säen oft vor der eigentlichen Aussaat
Schmetterlingsblütengewächse aus, wie z.B. Klee. Ist der Klee
herangewachsen, wird er untergepflügt. Diese Vorgehensweise
wird als „Gründüngung“ bezeichnet; durch sie wird der Boden
mit Stickstoff angereichert. Das wussten sogar schon die alten
Römer. Sie wussten aber nicht, woran das lag.
I/B1
Gräbt man Klee vorsichtig aus und betrachtet die Wurzeln, so
sind an ihnen knöllchenförmige Gebilde zu entdecken. In diesen
Knöllchen entdeckte der niederländische Botaniker und Mikrobiologe B EUERINCK 1888 stäbchenförmige Bakterien der Gruppe
Rhizobium. Und im gleichen Jahr konnte der deutsche Chemiker
H ELLRIEGEL nachweisen, dass diese Bakterien freien Luftstickstoff
Rotklee
binden und in Stickstoffverbindungen umwandeln können, die
für die Pflanzen verwertbar sind. Sie benötigen nämlich Stickstoff, um
Eiweiße aufbauen zu können, d.h. Stickstoffverbindungen sind eine lebenswichtige Grundlage für das
Pflanzenwachstum.
Stickstoffverbindungen,
die
Pflanzen verwerten können, sind aber im Boden oft
nur in recht geringen Mengen vorhanden, sodass sie
für das Pflanzenwachstum einen begrenzenden Faktor darstellen. Der Lebensort der Rhizobien sind die
Feinwurzeln der Schmetterlingsblütengewächse.
Dort bilden sie die Knöllchen aus und binden den Knöllchenbakterien an Kleewurzeln
Luftstickstoff.
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Aufgaben
1. Erläutere, wieso Pflanzen mit Knöllchenbakterien gegenüber anderen Pflanzen im Vorteil
sind.
2. Wie gelangen die Bakterien in die Wurzeln und wie entstehen die Knöllchen? Lies die
Kästchen durch und bringe sie in die richtige Reihenfolge (Zahlen eintragen).
Die Bakterien wandern zur Wurzelrinde, wo sich dann die Knöllchenstruktur bildet.
Die Wurzelhaare sondern bestimmte Stoffe ab, die in den Bakterien die Bildung von
Knöllchen-Genen hervorrufen.
Die Wurzeln scheiden Zucker und Aminosäuren aus, was die Bakterien anlockt.
Die Bakterien beginnen mit der Bindung von Luftstickstoff.
Die Bakterien nehmen Kontakt mit den Wurzelhaarzellen auf, verdauen die Zellwand und infizieren die Zellen.
3. Die Pflanzen ziehen einen Nutzen aus dieser Verbindung. Aber auch die Bakterien bekommen etwas von den Pflanzen, und zwar Fotosyntheseprodukte, die sie zur Energiegewinnung brauchen. Um welche Produkte handelt es sich?
4. Finde heraus, wie eine solche Lebensgemeinschaft zu gegenseitigem Nutzen genannt
wird.
Fotos: R. Spohn, Botanik-Fotoarchiv, Uhingen
39 RAAbits Biologie Januar 2004
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