Auszug aus dem Lehrerband 7/8 (049313) (PDF Datei 3 MB)
Werbung
1 Die Zelle 1. 1 Ein Blick in die Welt der Zellen Unser Körper besteht aus Zellen [SB S. 16/17] So können Sie mit dem Thema arbeiten Einstieg/Motivation Leitfragen • Was ist eine Zelle? • Wie sind Zellen aufgebaut? Methodenauswahl • Die Schülerinnen und Schüler betrachten die eigene Haut unter einem Vergrößerungsglas und beschreiben, was sie sehen (Mögliche Antworten: Linien, Rillen, „Fingerabdruck“). Die Schülerinnen und Schüler sollen Vermutungen äußern, was sie sehen könnten, wenn man ein noch viel stärkeres Vergrößerungsglas oder ein Mikroskop nähme. • Die Schülerinnen und Schüler nennen ihr Vorwissen zum Aufbau der Haut. (Mögliche Schüler‑ antworten: Linien und Fingerabdrücke werden größer, schließlich könnte man Zellen sehen.) • Alternativ oder ergänzend wird eine Folie mit Abbildung 1 aus dem Schülerbuch S. 16 behan‑ delt oder die Abbildung der Korkzellen von Robert Hooke (s. Praktische Tipps, Lehrerband, S. 10). Erarbeitung • Die Schülerinnen und Schüler mikroskopieren Mundschleimhautzellen. • Anhand eines Modells einer Zelle (käuflich oder gebastelt, alternativ Abb. 3 auf S. 17 im Schü‑ lerbuch „Bau einer tierischen Zelle“) beschreiben die Schülerinnen und Schüler zunächst mit eigenen Worten den Aufbau einer Zelle und erarbeiten die Funktionen der Zellbestandteile mithilfe des Textes im Schülerbuch S. 16/17. Sicherung • Mikroskopisches Bild einer tierischen Zelle (s. Schülerbuch S. 16): Die Schülerinnen und Schü‑ ler vergleichen das Bild mit der Schemazeichnung (Abb. 3) im Schülerbuch S. 20. • Die Schülerinnen und Schüler erstellen (eventuell als Hausaufgabe) aus selbst gewählten Materialien ein Modell einer Zelle (s. Praktische Tipps, Lehrerband S. 20). • Filmeinsatz: „Die wunderbare Welt der Zellen“ (s. Literatur- und Medienhinweise, Lehrerband S. 10). Vertiefung • Die Schülerinnen und Schüler mikroskopieren Fertigpräparate verschiedener tierischer Zellen oder betrachten Bilder verschiedener Zellen und vergleichen den Aufbau und die Funktion. • Thematisierung der verschiedenen Ebenen: Zelle — Gewebe — Organe mithilfe des Textes im Schülerbuch S. 17 und anhand des Arbeitsblatts „Von der Zelle zum Organismus“, Lehrerband S. 11 (Hinweis: Sie können diese Gliederung auch bereits im Einstieg thematisieren). • Verdeutlichung der Größenverhältnisse auf zellulärer Ebene (s. Zusatzinformation, Lehrer‑ band S. 12). • Bearbeitung der Aufgaben 1 und 2 im Schülerbuch S. 17. Kompetenzerwerb Kompetenzbereich: Der Schwerpunkt liegt auf dem Fachwissen. Die Schülerinnen und Schüler lernen den Aufbau von Organismen (Geweben) aus Zellen sowie Bestandteile einer Zelle und die jeweilige Funktion kennen. Basiskonzept: Struktur und Funktion Lösungen [zu SB S. 16 /17] $ 1 Ermittle mithilfe der Maßstäbe in den Ab‑ bildungen 1 und 2 und mit einem Lineal den Vergrößerungsfaktor der Zellen. Um den Vergrößerungsfaktor zu berechnen, muss man die Länge des Maßstab-Balkens messen und mit der angegebenen Größe ins Verhältnis setzen. Dabei müssen die Schülerinnen und Schüler wissen: 1 mm = 1000 µm. Abb. 1 (Hautzelle): Vergrößerung 1200-fach Abb. 2a (Nervenzelle): Vergrößerung 400-fach Abb. 2b (Muskelzelle): Vergrößerung 60-fach Abb. 2c (Knorpelzelle): Vergrößerung 450-fach NATURA_LB 7/8_049313 . 2 Vergleiche die Zellen in den Abbildungen 1 und 2. Stelle einen Bezug von Struktur und Funktion her. Gemeinsamkeiten: Bei Haut-, Nerven-, Muskelund Knorpelzellen ist jeweils ein Zellkern erkennbar sowie eine Umrandung, die man als Zellmembran bezeichnet. Innerhalb der Zellmembran liegt bei allen das Zellplasma. Unterschiede: Die Hautzellen sind kompakt gebaut, ohne Ausläufer und liegen lückenlos aneinander. Diese Struktur ist wichtig, um die Funktion als Abschlussgewebe zu erfüllen: 1 Die Zelle 9 Abgrenzung des Körpers gegenüber der Umwelt. Die Nervenzelle hat einige Ausläufer in verschiedener Richtung. Diese Struktur ist wichtig, um mit vielen anderen Nervenzellen in Kontakt zu sein und in einem Nervennetz Informationen zu verarbeiten. Ergänzender Hinweis: Die vielen schwarzen Punkte sind Zellkerne von Gliazellen, die die Nervenzelle umgeben. Die Muskelzellen der Arterien sind lang gestreckt und spindelförmig. Auch die im mikros- Praktische Tipps Historischer Einstieg in das Thema Zellen Als Alternative zu dem auf der vorhergehenden Seite vorgestellten Unterrichtseinstieg bietet sich auch eine historisch orientierte Einführung ins Thema an. Nach einer kurzen Information zu der Person Robert Hookes und seinen Forschun‑ gen zeigen Sie Ihren Schülerinnen und Schülern das mikroskopische Bild eines Korkscheibchens, wie es Robert Hooke sehen und zeichnen konn‑ te. Die Schülerinnen und Schüler sollen zunächst beschreiben, was sie erkennen und anschließend Hypothesen aufstellen, worum es sich bei den Strukturen handeln könnte (s. auch Zusatzinfor‑ mation und Schülerbuch S. 29). kopischen Bild rund erscheinenden Zellen sind länglich, nur eben im Querschnitt fotografiert. Durch ihre Form passen sie im Muskelgewebe gut ineinander. Da sie länglich sind, können sie sich gut zusammenziehen. Die Knorpelzellen liegen meist zu zweit nebeneinander, ansonsten sind sie in eine Grundsubstanz eingebettet und berühren sich nicht. Diese Grundsubstanz ermöglicht die dämpfende Funktion des Knorpels. 1 „Korkzellen aus Hookes Werk Micrographia“ Zusatzinformation Die Entdeckung der Zellen • Die Entwicklung des Lichtmikroskops im 17. Jahrhundert ermöglichte die genauere Untersuchung von biologischen Objekten und führte so schließlich zur Erkenntnis, dass organische Gewebe aus vielen Zellen zusam‑ mengesetzt sind. Der Begriff „Zelle” geht auf den englischen Gelehrten Robert Hooke (1635 — 1703) zurück, welcher bei der mikro‑ skopischen Betrachtung von Korkscheiben feststellte, dass diese aus unzähligen kleinen Einheiten bestehen. Da ihn der gekammerte Bau des untersuchten Gewebes an Klosterzel‑ len erinnerte, bezeichnete Hooke die kleinen Einheiten als „Zellen“. Obwohl es sich bei den von Hooke beschriebenen Zellen lediglich um die Wände der schon abgestorbenen verkork‑ ten Zellen (Korkzellen) handelte, setzte sich der Begriff „Zelle“ durch und wurde wenig später auf lebende Zellen übertragen. • Im 19. Jahrhundert konnten der Zoologe Theodor Schwann sowie der Botaniker Matthias Schleiden zeigen, dass alle lebenden Gewebe aus Zellen aufgebaut sind. Es setzte sich die Erkenntnis durch, dass alle Zellen durch Tei‑ lung bereits vorhandener Zellen entstehen. Literatur- und Medienhinweise Film: Nielson, L.: Die wunderbare Welt der Zellen (Planet Schule: Wunderwelt Zellen) dazu: www.planet-schule.de/wissenspool/der-kern-des-lebens/inhalt/unterricht.html Daten auf DVD & 10 Zellen können nicht unbegrenzt klein oder groß sein • Mycoplasmen, eine Gruppe von Bakterien, sind mit einer Größe von 0,1 bis 1 μm im Durch‑ messer die bisher kleinsten erforschten Zellen. Zellen können nicht unbegrenzt klein sein, da genug Platz für ausreichend DNA, Enzyme und Zellorganellen sein muss. Andererseits können Zellen auch nicht unbegrenzt groß werden, da sonst das Verhältnis zwischen Oberfläche und Volumen zu ungünstig wird, um noch eine ausreichende Versorgung des Zellinneren durch die Plasmamembran zu ermöglichen: Es müssen Nährstoffe, Abfallstoffe sowie Stoff‑ wechselgase durch die Membran hinein- und hinausgelangen. Die Menge, der die Membran passierenden Stoffe, ist aber pro Quadratmik‑ rometer und Sekunde begrenzt. • Die meisten Bakterien weisen einen Durch‑ messer von 1 bis 10 μm auf, Eukaryotenzellen einen zwischen 10 und 100 μm. Die menschli‑ che Eizelle ist etwa 110 bis 140 μm groß und kann gerade noch mit dem menschlichen Auge erkannt werden (s. auch Lehrerband S. 12). Zusätzliches ARBEITSBLATT „Tabu — von Zelle und Organismus“ Kapitel 1: Die Zelle, 1. 1 Ein Blick in die Welt der Zellen NATURA_LB 7/8_049313 Von der Zelle zum Organismus Menschen, Tiere und Pflanzen sind aus vielen verschiedenen Zelltypen aufgebaut, die jeweils eine ganz bestimmte Aufgabe erfüllen. Zellen mit gleicher Funktion sind in vielzelligen Orga‑ nismen zu einem Gewebe verbunden. Verschiedene Gewebe bilden zusammen eine Funktionseinheit, ein Organ. Mehrere Organe arbeiten im Organismus zusammen. 1 0 1 Unterstreiche die verschiedenen Organisationsebenen eines vielzelligen Organismus im Text und schreibe ihre Bezeichnungen nach Größe geordnet auf die Beschrif‑ tungslinien (1 — 4). 2 $ 2 Notiere jeweils eine kurze Definition der verschiedenen Organisationsebenen auf den Beschriftungslinien unter 1 — 4. 0 3 Schneide die Bilder unten aus und klebe sie entsprechend ihrer Organisationsebene rechts an die passende Stelle (1 — 4). 0 4 Finde für jedes Bild eine Bezeichnung. Notiere diese jeweils über die aufgeklebten Bilder. 3 049114 Natura, Abb. S162049124_G011_06 4 © Als Kopiervorlage für den eigenen Unterrichtsgebrauch freigegeben. Ernst Klett Verlag GmbH, Stuttgart 2016 NATURA_LB 7/8_049313 11 1. 1 Ein Blick in die Welt der Zellen ARBEITSBLATT Lösungen Von der Zelle zum Organismus 1 und 3 Zelle, Gewebe, Organ, Organismus 2 Zelle: kleinste lebende Einheit vielzelliger Organismen Gewebe: besteht aus gleichartigen Zellen Organ: besteht aus verschiedenen Geweben Organismus: gesamtes Lebewesen 4 Nervenzelle, Nervengewebe, Gehirn, Mensch Praktische Tipps Veranschaulichung der Größenverhältnisse Die Größenverhältnisse auf zellulärer Ebene sind für Schülerinnen und Schüler oft nur schwer vorstellbar. Zur Verdeutlichung können Sie auf dem Boden des Klassenzimmers mit Klebeband ein Quadrat mit einer Seitenlänge von einem Meter mal einem Meter aufkleben. Entsprechend der Abbildung im Schülerbuch auf Seite 16 entspräche dies dann dem Finger. Die Zelle entspräche dann einem Quadratmillimeter, ausgeschnitten aus Millimeterpapier, der neben das Klebebandquadrat gelegt wird. Zeigen Sie alternativ den Kurzfilm „Hoch Zehn˝ (engl. Powers of 10) von Charles und Ray Eames aus dem Jahr 1977 über die Größenordnungen, mit denen unser Universum beschrie‑ ben werden kann. Zusatzinformation Größenvergleich verschiedener Strukturen Hühnerei 10-3 (1 mm) Auge Froschei menschliche Eizelle 10-4 Euglena 10-5 Paramecium Lichtmikroskop Pflanzenzelle Grünalgen 10-6 (1 µm) Hefezelle menschliche Nervenzelle Coli-Bakterium Durchmesser in m Mitochondrium 10-7 Viren 10-8 STED-Mikroskop Ribosomen Proteine 10-9 (1 nm) Elektronenmikroskop Lipide kleinere Moleküle submikroskopischer Bereich Kompetenzerwerb 12 Atome Kompetenzbereich „Schwerpunkt Fachwissen“: Die Schülerinnen und Schüler lernen die biologischen Organisationsebenen eines Lebewesens kennen. Basiskonzepte: „Struktur und Funktion“ sowie „Kompartimentierung“: Die unterschiedlichen biologischen Organisationsebenen erfüllen jeweils bestimmte Funktionen. Die Schülerinnen und Schüler teilen den Organismus in verschiedene Organisationsebenen (Kompartimente) ein und erkennen, dass er erst durch die funktionierende Zusammenarbeit der verschiede‑ nen Ebenen lebensfähig wird. NATURA_LB 7/8_049313 1. 1 Ein Blick in die Welt der Zellen Pflanzliche Zellen [SB S. 18/19] So können Sie mit dem Thema arbeiten Einstieg/Motivation Leitfragen • Wie ist eine Pflanzenzelle aufgebaut? • Wie unterscheiden sich Tier- und Pflanzenzelle voneinander? Methodenauswahl Fotos einer Pflanze im Regen, im Sturm, daneben die Abbildung des Blattabschlussgewebes. Die Schülerinnen und Schüler sollen erklären, inwiefern durch die Struktur des Abschlussge‑ webes gewährleistet wird, dass die Blätter zum Beispiel starke wetterbedingte Belastungen aushalten. (Mögliche Schülerantwort: Die Zellen greifen wie ein Puzzle ineinander, ergeben so eine dichte Schicht und halten gut zusammen.) Danach sollen die Schülerinnen und Schüler Hypothesen aufstellen, welche strukturellen Eigenschaften die Zellen eines Abschlussgewebes noch aufweisen können, um mechanischen Belastungen standzuhalten. (Mögliche Schülerant‑ wort: Sie brauchen eine stabile Hülle.) Erarbeitung • Die Schülerinnen und Schüler mikroskopieren Pflanzengewebe, fertigen biologische Zeich‑ nungen an und beschreiben die Unterschiede zu tierischen Zellen (s. Zusatzinformation, Lehrerband S. 14). • Die Schülerinnen und Schüler beschreiben mithilfe eines käuflichen Modells eine Pflanzen‑ zelle, benennen die wichtigsten Zellbestandteile und beschreiben Unterschiede im Aufbau von Tier- und Pflanzenzellen. Alternativ zum Modell: Abbildungen von Tier- und Pflanzenzelle (s. Schülerbuch S. 17 und 19). Bei Verwendung eines dreidimensionalen Modells kann dieses von den Schülerinnen und Schülern als Skizze ins Heft übertragen und anschließend mit Beschriftungen der Zellbestandteile versehen werden. • Bestandteile, die die tierische Zelle nicht hat, können die Schülerinnen und Schüler mithilfe des Schülerbuches S. 18/19 ergänzen, einschließlich der Funktionen der Zellbestandteile (s. auch Aufgabe 1 des Schülerbuchs S. 19). • Weitere Möglichkeit: Die Schülerinnen und Schüler können Steckbriefe zu den verschiede‑ nen Zellbestandteilen erstellen. • Bearbeitung des Arbeitsblatts „Welcher Zellbestandteil fehlt?“ (s. Lehrerband S. 15). Sicherung Präsentation der Steckbriefe und Besprechung der Schülerlösungen zum Arbeitsblatt „Welcher Zellbestandteil fehlt?“ (s. Lehrerband S. 15). Vertiefung • Die Schülerinnen und Schüler bearbeiten die Aufgaben 2 und 3 im Schülerbuch S. 19. • Recherche-Auftrag: Die Schülerinnen und Schüler informieren sich über den Aufbau einer Pilzzelle („echte“ Pilze = Eumycota) und vergleichen diese mit einer Tier- und einer Pflanzen‑ zelle (s. Zusatzinformation „Aufbau einer Pilzzelle”, Lehrerband S. 14). Kompetenzerwerb Kompetenzbereiche: Der Schwerpunkt liegt auf dem Fachwissen und der Erkenntnisgewinnung. Die Schülerinnen und Schüler wenden ihr Vorwissen über Zellen an und stellen Hypo‑ thesen bezüglich der Struktur einer Zelle (des Abschlussgewebes) auf. Die Schülerinnen und Schüler vergleichen den Aufbau von Tier- und Pflanzenzelle. Basiskonzept: Struktur und Funktion Lösungen [zu SB S. 18 /19] 0 1 Vergleiche pflanzliche und tierische Zellen. Erstelle dazu eine tabellarische Übersicht über die Zellorganellen. siehe Tabelle Zellorganell Tierzellen Pflanzenzellen Zellkern ja ja Zellmembran ja ja Zellplasma ja ja Mitochondrien ja ja Chloroplasten nein ja (in grünen Zellen) Vakuole nein ja Zellwand nein ja NATURA_LB 7/8_049313 $ 2 Ermittle die Länge der pflanzlichen und tierischen Zellen auf den Seiten 16 und 18 mithilfe der abgebildeten Maßstäbe und eines Lineals. Vergleiche. Berechnung: Gemessene Länge in Mikrometer wird geteilt durch den Vergrößerungsfaktor. Je nach der vom Schüler bzw. der Schülerin ausgewählten Zelle können die Ergebnisse abweichen: S. 16 Abb. 1 (Hautzelle) ca. 18 µm; Abb. 2a (Nervenzelle) ca. 45 µm; Abb. 2b (Muskelzelle) bis zu 633 µm; Abb. 2c (Knorpelzelle) ca. 40 µm. S. 18 Abb. 1 (Blattzelle) ca. 240 µm; Abb. 3a (Zwiebelhäutchen) ca. 267 µm; 1 Die Zelle 13 Abb. 3b (Blattabschlussgewebe) ca. 160 µm. . 3 Beschreibe die Besonderheiten der Zellen in Vergleich: Die Größe menschlicher Zellen Abbildung 1 und 3 und beziehe sie auf deren liegt in einem ähnlichen Größenbereich mit Funktion. Ausnahme der Muskelzelle, deren Länge Abb. 1: Viele grüne, runde Chloroplasten zeigen, (aufgrund ihrer Funktion sich zusammenzuziedass diese Zellen Fotosynthese betreiben. hen) außergewöhnlich groß ist. Zusatzinfo: Die Abb. 3a und 3b: Die Zellen besitzen keine winzigen, im Bild nicht sichtbaren Ausläufer Chloroplasten. Sie sind lückenlos miteinander einer Nervenzelle können viele Zentimeter lang verbunden und bilden jeweils als Abgrenzung sein. Pflanzenzellen sind meist deutlich größer der Zwiebelschuppe bzw. des Blattes das als tierische und menschliche Zellen. Abschlussgewebe (Epidermis). Insbesondere beim Blattabschlussgewebe sieht man, dass die Zellen fest ineinander verzahnt sind. Als wellenartige Struktur kann man die aufgelagerte Kutikula erahnen. Beides verringert die Durchlässigkeit, insbesondere die Verdunstung. Praktische Tipps Spielerische Wiederholung Für eine eher spielerische Wiederholung können Sie Namen verschiedener Zellbestandteile (Zell‑ plasma, Chloroplast, Zellkern, Vakuole, Zellmem‑ bran) jeweils auf einen Karton schreiben, diese Kartons laminieren und in einen Schuhkarton („Zelle“) mit Griffloch legen. (Diese „Blackbox-Zellen“ sollten mehrfach vor‑ handen sein, damit in angemessenen Gruppen‑ größen gearbeitet werden kann.) Die Schülerinnen und Schüler ziehen ohne hinzu‑ sehen eine Karte aus der Box und erklären ihren Gruppenmitgliedern die jeweilige Funktion ihres Zellbestandteils. Zusatzinformation Verschiedene Gewebe und Pflanzenzelltypen Dauergewebe: Die Zellen sind ausdifferenziert, oftmals sind die Zellen tot und enthalten Luft oder Wasser. • Grundgewebe (Parenchym): erfüllt vielfältige Funktionen, da die Zellen wenig spezialisiert sind. Parenchymzellen sind groß und dünn‑ wandig; zwischen den Zellen gibt es viele Interzellularräume. Beispiele: Speicherparenchyme speichern organische Reservestoffe; Hydrenchyme spei‑ chern Wasser in Pflanzen, die an trockenen Standorten wachsen; Aerenchyme ermögli‑ chen bei Pflanzen in sumpfigen Gebieten und Wasserpflanzen den Gasaustausch unterge‑ tauchter Pflanzenteile; Chlorenchyme sind chloroplastenreich und auf Fotosynthese spezialisiert. • Abschlussgewebe: grenzt die Pflanze zur Um‑ welt hin ab. Beispiele: primäres Abschlussgewebe (Epi‑ dermis) bei krautigen Pflanzen sowie bei krautigen Teilen der Holzpflanzen; sekundäres Abschlussgewebe (Kork) infolge sekundären Dickenwachstums von Wurzeln oder Sprossen; tertiäres Abschlussgewebe (Borke) bildet sich z. B. an Baumstämmen. • Festigungsgewebe: enthält abgestorbene Zellen mit verdickten Wänden. Beispiele: Sklerenchym in Teilen von Pflanzen, die ausgewachsen sind, als Fasern in stark beanspruchten Pflanzenteilen, als sogenannte Steinzellen beispielsweise in harten Schalen von Früchten. • Leitgewebe: dient dem Transport von Flüssig‑ keiten und gelösten Stoffen. Beispiele: Phloem mit Siebzellen oder Siebröhrengliedern, Zellen enthalten keinen Zellkern, sind meist kurzlebig. Sie dienen dem Transport von Stoffwechselprodukten; Xylem mit abgestorbenen Zellen, von denen nur die verholzten Zellwände übrig sind, dienen dem Flüssigkeitstransport, Transpirationssog. 14 NATURA_LB 7/8_049313 Bildungsgewebe (Meristeme): bestehen aus teilungsaktiven Zellen, welche permanent den gesamten Zellzyklus durchlaufen. Die Zellen sind eher klein und besitzen dünne Zellwände. Aufbau einer Pilzzelle Pilze („echte“ Pilze = Eumycota) sind heterotrophe Organismen, in ihren Zellen finden sich keine Chloroplasten, ansonsten entspricht der Grund‑ bauplan den Tier- und Pflanzenzellen. Vakuolen sind vorhanden. Die Zellwände der „echten“ Pilze bestehen aus Chitin, nicht wie bei Pflanzenzellen aus Cellulose. In dieser Hinsicht weisen Pilze einen Baustoff auf, der im Tierreich als Struktur‑ polysaccharid weit verbreitet ist, z. B. in Panzern von Insekten oder Krebstieren. Es gibt allerdings einige parasitisch lebende Pilzarten, bei denen die Zellwand zurückgebildet wurde. Welcher Zellbestandteil fehlt? Nicht nur in tierischen Zellen, auch in Pflanzenzellen arbeiten verschiedene Zellbestandteile zusammen. So sorgt beispielsweise die Zellwand für die Stabi‑ lität der Zelle, in der Vakuole werden Wasser und darin gelöste Stoffe gespeichert, und in den Chloro‑ plasten wird Stärke hergestellt. Bei einigen der abgebildeten Pflanzenzellen hat sich ein Fehler eingeschlichen — es fehlt jeweils ein Zellbestandteil. Findest du heraus, welcher? Spiel-Vorbereitung Klebe das Arbeitsblatt auf Pappe. Die Pflanzenzellen schneidest du aus, ebenso die kleinen Zell-Chips. Spielbeschreibung Ihr spielt in Gruppen von 2 Personen. Die ausge‑ schnittenen Pflanzenzellen werden gemischt und verdeckt auf einen Stapel gelegt. Anschließend wird reihum eine Pflanzenzelle gezogen, die offen in die Mitte gelegt wird. Wer am schnellsten den feh‑ lenden Zellbestandteil erkennt und nennt, bekommt einen Zell-Chip. Variation: Um einen Zell-Chip zu bekommen, musst du nicht nur den Zellbestandteil, sondern auch seine Funktion richtig benennen. Sieger ist, wer die meis‑ ten Zell-Chips erspielt hat. © Als Kopiervorlage für den eigenen Unterrichtsgebrauch freigegeben. Ernst Klett Verlag GmbH, Stuttgart 2016 NATURA_LB 7/8_049313 15 1. 1 Ein Blick in die Welt der Zellen H ARBEITSBLATT Welcher Zellbestandteil fehlt? Lösungen Obere Reihe von links nach rechts: vollständige Zelle — ohne Zellkern — ohne Zellplasma untere Reihe: ohne Membran — ohne Vakuole — ohne Zellwand — ohne Chloroplasten Praktische Tipps Spiel im Plenum Sie können die auf dem Arbeitsblatt abgebildeten Pflanzenzellen auch vergrößern oder als Folie präsentieren, sodass sie an der Tafel oder an der Projektionsfläche gut erkennbar sind und das Spiel im Plenum spielen. Zusatzinformation Chloroplasten verschiedener Pflanzenarten (einige Beispiele) 030106 Arbeitsblätter Zellbiologie, Abb. S162030106_G024_05 030106 Arbeitsblätter Zellbiologie, Abb. S162030106_G024_04 Moosblättchen Chlorella Arbeitsblätter Zellbiologie, Abb.Arbeitsblätter S162030106_G024_02 030106 Zellbiologie, Abb. S162030106_G024_03 030106 Arbeitsblätter Zellbiologie, Abb. S162030106_G024_01 Grünalge Rotalge030106 Schraubenalge Protoplasmabewegung Mithilfe des Protoplasmas hält die Zelle ihren Stoffwechsel aufrecht. Dazu müssen die im Protoplasma enthaltenen Stoffwechselprodukte transportiert werden. Dies geschieht durch Fibrillen, die sich ähnlich wie Muskelfibrillen verkürzen können. Die dadurch hervorgerufene Plasmabewegung kann in einer Minute einen halben Millimeter betragen. So legt ein Chloro‑ plast zusammen mit dem Protoplasma in einer Stunde das 6000-fache seiner Länge zurück. Chloroplast 030106 Arbeitsblätter Zellbiologie, Abb. S162030106_G028_01 030106 Arbeitsblätter Zellbiologie, Abb. S162030106_G028_03 030106 ArbeitsblätterZirkulation Zellbiologie, Abb. S162030106_G028_02 Amöboide Bewegung Rotation Kompetenzerwerb 16 Kompetenzbereich „Schwerpunkt Fachwissen”: Die Schülerinnen und Schüler festigen spiele‑ risch ihr Wissen über den Bau und die Bestandteile pflanzlicher Zellen. Basiskonzept „Struktur und Funktion”: Die Schülerinnen und Schüler erklären, dass die unter‑ schiedlichen Zellbestandteile entsprechend ihrer unterschiedlichen Aufgaben verschieden gebaut sind. NATURA_LB 7/8_049313 1. 1 Ein Blick in die Welt der Zellen Praktikum: Mikroskopieren von Zellen [SB S. 20/21] So können Sie mit dem Thema arbeiten Einstieg/Motivation Leitfragen • Wie gehe ich beim Mikroskopieren von pflanzlichen und tierischen Zellen vor? • Wie sehen Zellen unter dem Mikroskop aus? Methodenauswahl • Besprechen Sie mit Ihren Schülerinnen und Schülern den Umgang mit dem Lichtmikroskop. • Zeigen Sie Ihren Schülerinnen und Schülern Anschauungsobjekte wie Moospflänzchen oder Wasserpest (s. auch Zusatzinformation „Mikroskopische Dimensionen“, Lehrerband S. 18) Erarbeitung • Die Schülerinnen und Schüler erarbeiten den Bau und die Funktion des Mikroskops (s. Schü‑ lerbuch S. 8 und Arbeitsblatt „Bestandteile des Lichtmikroskops und ihre Funktion“, s. Lehrer‑ band S. 19). • Durchführung eines Mikroskop-Führerscheins: s. Zusätzliches Arbeitsblatt „Der MikroskopFührerschein“ (s. Daten auf DVD, Lehrerband S. 18). • Die Schülerinnen und Schüler erarbeiten die Regeln für eine mikroskopische Zeichnung (s. Schülerbuch S. 9). • Die Schülerinnen und Schüler mikroskopieren arbeitsteilig zunächst grüne pflanzliche Zellen und nicht-grüne pflanzliche Zellen (s. Schülerbuch S. 20). • Mikroskopie von Mundschleimhautzellen oder Leberzellen (s. Schülerbuch S. 21 oder Prakti‑ sche Tipps „Weitere Präparate“, Lehrerband S. 18). • Anfertigen und Beschriften von biologischen Zeichnungen der Präparate (s. auch Aufgaben 2 bis 5 im Schülerbuch S. 9). Sicherung Vergleich der Beschriftung der mikroskopischen Zeichnung. Vertiefung • Bau eines Zellmodells (s. Schülerbuch S. 21 bzw. Praktische Tipps „Modell einer Zelle”, Lehrer‑ band S. 20). • Bearbeitung der Aufgabe 7 im Schülerbuch S. 21. Kompetenzerwerb Kompetenzbereich: Der Schwerpunkt liegt auf der Erkenntnisgewinnung. Die Schülerinnen und Schüler lernen den Bau des Lichtmikroskops kennen und üben das korrekte Mikroskopie‑ ren am Beispiel verschiedener pflanzlicher sowie tierischer Zellen. Beim Mikroskopieren von Mundschleimhautzellen lernen sie das Anfärben mikroskopischer Präparate als biologische Arbeitstechnik kennen. Die Unterschiede und Gemeinsamkeiten verschiedener Zellen können herausgearbeitet werden. Basiskonzepte: Struktur und Funktion sowie Kompartimentierung Lösungen [zu SB S. 20 /21] 1 Mikroskopiere das Präparat bei stärkster Vergrößerung. Fertige eine handtellergroße Zeichnung von drei nebeneinanderliegenden Zellen an und beschrifte sie. Beim Moos sind die Zellen je nach Art unterschiedlich geformt. Wasserpestgewebe entspricht etwa der Abbildung 18.1 im Schülerbuch (Zellen etwas mehr langgestreckt). In beiden Fällen sieht man deutlich die Zellgrenzen, Chloroplasten und den Zellkern. 2 Bevor du eine Zelle zeichnest, notiere um welches Präparat es sich handelt und wie stark es vergrößert wird. Gesamtvergrößerung: Vergrößerung Okular x Vergrößerung Objektiv individuelle Lösung 3 Mikroskopiere das Zwiebelhäutchen. Zeichne drei Zellen (handtellergroß) und beschrifte sie. siehe Abbildung 18.3a im Schülerbuch NATURA_LB 7/8_049313 4 Vergleiche deine Zeichnung mit Abb. 3 auf Seite 18. Beschrifte deine Zeichnung und erkläre Abweichungen von der Abbildung. Die auf dem Foto erkennbaren scheinbaren Überschneidungen der Zellwände können beim Mikroskopieren als Täuschung erkannt werden. 5 Mikroskopiere das Präparat und zeichne eine Zelle. Beschrifte die Bestandteile der gezeich‑ neten Zelle. Die Abbildung 1 auf Seite 29 im Schülerbuch zeigt ein solches Präparat. 6 Vergleiche deine Zeichnung mit dem Bau einer tierischen Zelle (s. Seite 17). Fallen dir Abweichungen auf, so finde Erklärungen dafür. Die Zellen sind unregelmäßig geformt, selten kugelig. Zellkern und äußere Begrenzung sind gut erkennbar, jedoch nicht die sehr dünne Zellmembran. Mitochondrien können nicht erkannt werden; sie sind zu klein. 1 Die Zelle 17 7 Durch das Mikroskop kann immer nur eine hauchdünne Ebene scharf gestellt werden. Man spricht auch von einem optischen Schnitt. Der Rest der Zelle bleibt unscharf. Lege mehrere optische Schnitte gedanklich durch das Zellmodell und skizziere das Er‑ gebnis. Schätze die Anzahl solcher einzelnen Schnitte ab, die notwendig sind, um ein zu‑ treffendes Bild von der räumlichen Beschaf‑ fenheit des Modells zu bekommen. Praktische Tipps Weitere Präparate • Leberzellen: Als Alternative zu Mundschleimhautzellen kön‑ nen Sie auch Leberzellen mikroskopieren lassen. Sie benötigen dazu eine frische Schweineleber vom Metzger, allerdings werden nur winzige Stücke benötigt. Zur Herstellung des Präparats wird ein stecknadelkopfgroßes Stück Leber zwischen zwei Deckgläschen zerquetscht. Ein Anfärben mit Methylenblau ermöglicht kon‑ trastreichere Bilder, ist aber nicht unbedingt nötig. Die Vorgehensweise zum Anfärben wird am Beispiel der Mundschleimhautzellen im Schülerbuch S. 21 beschrieben. • Blut: Auf der Web-Seite des Deutschen Roten Kreu‑ zes (s. Literatur- und Medienhinweise) finden Sie Anregungen und Materialien zu Schüler‑ Zusatzinformation Moosblättchenzellen Daten auf DVD & 18 versuchen rund um das Thema „Blut”, darunter auch eine Anleitung zur Mikroskopie von Blut. Die Mikroskopie von Eigenblut (bzw. Schüler‑ blut) im Unterricht ist nicht zulässig, da nicht ausgeschlossen werden kann, dass Schülerin‑ nen und Schüler mit dem Blut ihrer Klassen‑ kameraden in Berührung kommen. Es besteht unter anderem die Gefahr einer Übertragung von Hepatitis B, C oder HIV. Informationen zu den Sicherheitsbestimmungen finden Sie beispielsweise in der „Richtlinie zur Sicherheit im Unterricht“ der Kultusministerkonferenz (s. Literatur- und Medienhinweise). Tierisches Blut darf im Unterricht verwen‑ det werden, sofern es von gesunden Tieren stammt. Sie können dies vom Metzger oder Schlachthof beziehen. Ansonsten bietet es sich an, entsprechende Fertigpräparate zu verwenden. Mikroskopische Dimensionen Wasserpest Literatur- und Medienhinweise Meist genügen vier bis fünf Schnitte, um z. B. zu erkennen, dass sich der Zellkern und die Chloroplasten in einer Pflanzenzelle im randständigen Zellplasma befinden. Bei Tierzellen reichen evtl. drei Schnittebenen aus, um die Verteilung und Anordnung der erkennbaren Organellen richtig zu erkennen. Mundschleimhautzellen Leberzellen www.drk-blutspende.de/spenderservices/schuelerversuche.php www.kmk.org/fileadmin/veroeffentlichungen beschluesse/1994/1994 09 09-Sicherheit-im-unterricht.pdf • Zusätzliches ARBEITSBLATT „Der Aufbau des Lichtmikroskops“ Kapitel 1: Die Zelle, 1. 1 Ein Blick in die Welt der Zellen • Zusätzliches ARBEITSBLATT „Der Mikroskop-Führerschein“ Kapitel 1: Die Zelle, 1. 1 Ein Blick in die Welt der Zellen NATURA_LB 7/8_049313 Bestandteile des Lichtmikroskops und ihre Funktion Der Bau eines Lichtmikroskops ist sehr komplex. Bevor man das Mikroskop zum ersten Mal bedient, sollte man sich intensiv mit den Bestandteilen des Lichtmikroskops und deren Funktion vertraut machen. Am Kondensor befindet sich _______________________ . Damit kann man die optimale Belichtung zur Betrachtung des Objekts einzustellen. Durch Öffnen und Schließen wird die Lichtmenge verändert. Als Folge wird die Betrachtung des Objekts optimiert. Am oberen Ende des Mikroskops sitzt _______________________ . Dieser Bestandteil ist ein leeres Rohr (lat. tubus = Röhre), das das Okular aufnimmt. Unter dem Kondensor sitzt _____________________ , deren Helligkeit sich über einen Beleuch‑ tungsregler einstellen lässt. Am Einstellrad befindet sich neben dem Grobtrieb auch ____________________ . Dieser Bestandteil dient dazu, den Objekttisch etwas nach oben oder unten zu bewegen. Dabei bewegt sich der Objekttisch nur um wenige Millime‑ ter. Durch das Einstellen des optimalen Abstands zwischen Objekt und Objektiv erhält man ein scharfes Bild. Am Einstellrad befindet sich neben dem Feintrieb auch ____________________ . Dieser Bestandteil dient dazu, den Objekttisch mehrere Zentimeter nach oben oder unten zu bewegen. Durch das Einstellen des optimalen Abstands zwi‑ schen Objekt und Objektiv erhält man ein scharfes Bild. Der ________________________ befindet sich unterhalb des Objektivs und oberhalb der Lampe. Auf diesem Bestandteil des Lichtmikroskops wird der Objektträger, eine kleine Glasplatte, mit Stahlfedern festgeklemmt. 0 Die __________________________ befindet sich oben im Tubus. Dieser Bestandteil ist beim Mikrosko‑ pieren dem Auge am nächsten (lat. oculus = Auge). Er enthält Linsen, mit denen man das Bild vom Objektiv vergrößert ansehen kann. Er kann ausgetauscht werden, denn es gibt ihn — genau wie die Objektive — mit verschiedenen Vergrößerungsfaktoren. Das ____________________ ist eine sehr starke Lupe mit winzigen Linsen. Im Licht‑ mikroskop befinden sich mehrere davon mit verschiedenen Vergrößerungsfaktoren. Der ________________________ dient dazu, die verschiedenen Objektive auszuwählen. Man kann das gewünschte Objektiv durch Drehen und Einrasten wählen. 1 Ordne den jeweiligen Funktionen den Namen der zugehörigen Bestandteile eines Lichtmikroskops zu, indem du die Lücken im Text ausfüllst. Verwende die folgenden Begriffe: die Blende, der Feintrieb, der Fuß, der Grobtrieb, der Kondensor, die Lichtquelle, das Objektiv, der Objektivrevolver, der Objekttisch, das Okular, das Stativ, der Tubus. 0 Der _______________________ des Lichtmikroskops dient sei‑ nem sicheren Stand. Unter dem Objekttisch befindet sich _______________________ . Durch diese Lupe wird das Licht der Lampe zu einem Lichtkegel gebündelt. Dadurch gelangt mehr Licht der Lampe auf das Objekt. Der ___________________________ dient als Halterung für Tubus, Objekt‑ tisch und Objektivrevolver. Zum Tragen fasst man das Mikroskop hier an. 2 Schneide die Kärtchen mit den Bestandteilen des Lichtmikro‑ skops und ihrer Funktion aus und klebe sie mit einem Klebe‑ streifen an die entsprechende Stelle eines Lichtmikroskops, ohne es dabei zu beschädigen. © Als Kopiervorlage für den eigenen Unterrichtsgebrauch freigegeben. Ernst Klett Verlag GmbH, Stuttgart 2016 NATURA_LB 7/8_049313 19 1. 1 Ein Blick in die Welt der Zellen ARBEITSBLATT Lösungen Bestandteile des Lichtmikroskops und ihre Funktion 1 Die korrekte Reihenfolge lautet: die Blende, der Tubus, die Lichtquelle, der Fuß, der Feintrieb, das Okular, der Grobtrieb, das Objektiv, der Objekttisch, der Objektivrevolver, der Kondensor, das Stativ. Okular Tubus Stativ Grobtrieb Objektrevolver Feintrieb Objektiv Objektträger Objekttisch 2 siehe Abbildung Kondensor mit Blende Lichtquelle Fuß Praktische Tipps Beleuchtungsregler Der Mikroskop-Führerschein • Lassen Sie Ihre Schülerinnen und Schüler einen sogenannten „Mikroskop-Führerschein” erwerben. Dies kann in Partnerarbeit geschehen. Der eine Partner ist der Prüfling, der andere der Prüfer. Die Prüfung kann in einen theoretischen und einen praktischen Teil ge‑ gliedert werden. Beim theoretischen Teil können die Schülerinnen und Schüler beispiels‑ weise an einem Lichtmikroskop die Bestandteile und je nach Gestaltung der Prüfung auch ihre Funktion benennen. Auch zusätzliche Fragen sind denkbar (s. Zusätzliches Arbeitsblatt „Der Mikroskop-Führerschein“, s. Daten auf DVD, Lehrerband S. 18). • Der praktische Teil kann so gestaltet sein, dass die Schülerinnen und Schüler die Arbeits‑ schritte beim Mikroskopieren demonstrieren (s. Schülerbuch S. 8). Modell einer Zelle Sie finden im Schülerbuch auf Seite 21 Anregungen und mögliche Materialien zum Bau eines Zellmodells („Räumliches Zellmodell”). Hier kann anstelle einer durchsichtigen Plastikschale als „Zellhülle“ beispielsweise auch ein mit Pappmaché beklebter Luftballon verwendet wer‑ den, der nach dem Trocknen teilweise aufgeschnitten wird. Die Zellmodelle können von den Schülerinnen und Schülern in Form einer kleinen Ausstellung präsentiert werden. Dies spart gegenüber Einzelpräsentationen Zeit und ermöglicht Diskussionen in Kleingruppen beim „Durchwandern“ der Ausstellung. Im Anschluss daran bietet sich eine Modellkritik an. Zusatzinformation Vergrößerungen Objektive und Okulare gibt es mit verschiedenen Vergrößerungsfaktoren. Durch Multiplikation der beiden Vergrößerungsfaktoren von Okular und Objektiv ergibt sich die Gesamtvergröße‑ rung der mikroskopischen Abbildung. Objektive und Okulare mit ihrer jeweiligen Vergrößerung: x Objektiv Kompetenzerwerb 20 = Gesamtvergrößerung Okular 10-fach x 15-fach = 150-fach 10-fach x 10-fach = 100-fach 20-fach x 10-fach = 200-fach 40-fach x 15-fach = 600-fach Kompetenzbereich „Schwerpunkt Fachwissen”: Die Schülerinnen und Schüler lernen den Bau des Lichtmikroskops und die Funktion der einzelnen Teile des Lichtmikroskops kennen. Basiskonzept „Kompartimentierung”: Die Schülerinnen und Schüler lernen mithilfe der Licht‑ mikroskopie Zellen als Grundbausteine kennen. Zur praktischen Vorgehensweise müssen sie sich den Bau und die Funktion des Lichtmikroskops aneignen. NATURA_LB 7/8_049313 1. 1 Ein Blick in die Welt der Zellen Zellen — Gewebe — Organe — Lebewesen [SB S. 22/23] So können Sie mit dem Thema arbeiten Einstieg/Motivation Leitfragen • Sind alle tierischen und alle pflanzlichen Zellen gleich aufgebaut? • Welchen Zusammenhang gibt es zwischen dem Zelltyp und seiner Funktion? Methodenauswahl Präsentieren Sie Abbildungen: Querschnitt durch ein Laubblatt sowie Blattober- bzw. unter‑ seite mit verschiedenen Zelltypen: Epidermiszellen und Spaltöffnungen; alternativ können auch Blattquerschnitte mikroskopiert werden (s. Abb. 2, Schülerbuch S. 96 und Abb. 3, Schüler‑ buch S. 97). Die Schülerinnen und Schüler sollen den Blattquerschnitt bzw. die Zellen der Ober- und Unterseite beschreiben und dabei erkennen, dass Pflanzenzellen einen gemeinsamen Grund‑ bauplan besitzen, aber je nach Funktion unterschiedlich gestaltet sind. Beispielsweise besitzen Palisadenzellen eine große Anzahl an Chloroplasten, Epidermiszellen ähneln Puzzlestücken, Schließzellen bilden Spaltöffnungen und sind entsprechend geformt. Erarbeitung • Die Schülerinnen und Schüler lesen den Text im Schülerbuch S. 23 und bearbeiten die Auf‑ gabe 1, Schülerbuch S. 23. • Die Schülerinnen und Schüler führen eine Computerrecherche zu den verschiedenen Zell‑ typen und deren Aufgaben in den unterschiedlichen Organsystemen des Menschen bzw. in Tieren und in verschiedenen Pflanzen durch (s. Praktische Tipps „Hinweis zur Recherche” und Zusatzinformation, Lehrerband S. 22). Sicherung • Besprechung der Schülerlösungen zu Aufgabe 1 im Schülerbuch S. 23. • Vorstellung der Plakate, der Präsentationen, eventuelle Ergänzungen aus dem Plenum aufnehmen. Vertiefung • Die Schülerinnen und Schüler bearbeiten die Aufgabe 2 im Schülerbuch S. 23. • Bearbeitung des Arbeitsblatts „Möhren-Klon“, Lehrerband S. 23. • Thematisierung von Stammzelltherapien beispielsweise bei Leukämie, s. Zusatzinformation „Wissenswertes über Stammzellen”, Lehrerband S. 22. Kompetenzerwerb Kompetenzbereich: Der Schwerpunkt liegt auf dem Fachwissen. Die Schülerinnen und Schüler beschreiben an verschiedenen pflanzlichen Zellen die Abänderung gegenüber dem Grundbau‑ plan einer Pflanzenzelle und erkennen den Zusammenhang zwischen Struktur und Funktion. Basiskonzepte: Struktur und Funktion sowie Kompartimentierung Lösungen [zu SB S. 22 /23] . 2 Erläutere am Beispiel eines Restaurants das $ 1 Beschreibe die pflanzlichen Zellen der Leitungsbahn sowie eine Steinzelle (Abb. 2). Basiskonzept Kompartimentierung. Nenne Vorteile, die der jeweilige Bau der Ein Restaurant ist in mehrere unterschiedZelle für die Funktion hat. liche Räume unterteilt: Küche, Vorratsraum, Die Steinzelle hat eine stark verdickte ZellGästebereich. In jedem dieser Bereiche finden wand. Sie ist daher gut gegen äußere Einflüsse unterschiedliche Vorgänge statt: Vorbereiten geschützt. Viele Zellen können so die dicke der Gerichte, Bevorratung von Speisen, Verzehr Schale der Walnuss bilden, die nach außen der Speisen. eine feste bruchsichere Hülle bildet. Sollten all diese Vorgänge in einem Raum Die Zelle der Leitungsbahn ist röhrenförmig, stattfinden, bräche ein Chaos aus. Durch die zwischen zwei benachbarten Zellen sind Aufteilung in verschiedene Räume entsteht porenförmige Zwischenwände. So wird somit eine Arbeitsteilung. Die gemeinsame gewährleistet, dass Flüssigkeiten (Wasser) Leistung aller Bereiche ermöglicht insgesamt durch diese Leitungsbahn transportiert werden komplexere Vorgänge, als jeder Bereich für sich können. alleine ermöglicht hätte. NATURA_LB 7/8_049313 1 Die Zelle 21 Praktische Tipps Hinweis zur Recherche Bei der Internetrecherche zu den verschiede‑ nen Zellbestandteilen und deren Aufgaben in den unterschiedlichen Organen sollte sich jede Gruppe auf ein Organsystem beschränken. Die Ergebnisse können von den Gruppen im Plenum vorgestellt werden. Für die Recherche bei Pflanzen geben Sie kon‑ kret Pflanzenarten vor, die Angepasstheiten an bestimmte Lebensbedingungen aufweisen, z. B. Seerose, Oleander oder Kaktus. Wurzelnder Weidenzweig Sie können in der Vertiefungsphase die Diffe‑ renzierungsfähigkeit pflanzlicher Zellen nicht nur mithilfe des Arbeitsblatts „Möhren-Klon“ (s. Lehrerband S. 23) erarbeiten, sondern auch am Realobjekt betrachten. Sie können dazu den Schülerinnen und Schülern als Langzeithausauf‑ gabe den Auftrag geben, frische Weidenzweige ins Wasser zu stellen. Die Weidenzweige bilden bei ausreichend Feuchtigkeit, also „in feuchten Böden", recht schnell Wurzeln. Bei dieser Aufgabe erkennen die Schülerinnen und Schüler, dass differenzierte Pflanzenzellen im Unterschied zu den meisten tierischen Zellen wieder zu teilungsfähigen Zellen werden, die sich auch zu anderen Zelltypen (Wurzelzellen) differenzieren können. Zusatzinformation Wissenswertes über Stammzellen • Einsatzmöglichkeiten: Behandlung von Krebserkrankungen, insbe‑ sondere Leukämien • Verwendung von embryonalen Stammzellen oder adulten Stammzellen: – Embryonale Stammzellen haben eine hohe Teilungsrate. Daher ist bei einem medizinischen Einsatz die Gefahr der Tumorbildung erhöht. – Stammzellen, die nach der Geburt im Körper vorhanden sind, bezeichnet man als adulte Stammzellen. Sie finden sich beispielsweise im Knochenmark, in Nabelschnur und Nabel‑ schnurblut, in der Haut und im Gehirn. – Embryonale Stammzellen weisen eine hohe Differenzierungsfähigkeit auf, sie sind pluripo‑ tent, allerdings nicht mehr totipotent, denn sie können keinen kompletten Organismus mehr bilden. – Eine befruchtete Eizelle ist totipotent, genau‑ so wie die Zellen der ersten Teilungsstadien. – Adulte Stammzellen haben eine begrenzte Differenzierungsfähigkeit. – In Deutschland dürfen menschliche Embry‑ onen nicht zur Gewinnung embryonaler Stammzellen zerstört werden. Es ist aller‑ dings eingeschränkt möglich, an importierten Stammzellen zu forschen. Literatur- und Medienhinweise www.schule-bw.de/unterricht/faecher/biologie/medik/exp/klonen/karotte/start.html 22 NATURA_LB 7/8_049313 Möhren-Klon Im Jahr 1950 konnten der Botaniker F. C. Stewart und seine wissenschaftlichen Mitarbeiter zeigen, dass aus sogenannten somatischen Zellen („Körperzellen“) einer Möhre, also Zellen, die eigentlich nicht der Fortpflan‑ zung dienen, neue Pflanzen entstehen können. Im Folgenden ist das Experiment von Stewart dargestellt. Möhrenwurzel kleine Gewebestückchen Zellhaufen Reagenzglas mit Nährmedium Pflanze wird in die Erde gepflanzt 1 Das Experiment von F. C. Stewart $ 1 Beschreibe die Durchführung des in der Abbildung dargestellten Experiments und formuliere einen Ergebnissatz. $ 2 Erkläre, was dieses Experiment über die Differenzierungsfähigkeit der Möhrenwurzelzellen und von Pflanzenzellen im Allgemeinen aussagt. . 3 Inwiefern könnte sich der Mensch die Erkenntnisse über die Differenzierungsfähigkeit von Pflan‑ zenzellen zunutze machen? Nenne ein mögliches Beispiel. © Als Kopiervorlage für den eigenen Unterrichtsgebrauch freigegeben. Ernst Klett Verlag GmbH, Stuttgart 2016 NATURA_LB 7/8_049313 23 1. 1 Ein Blick in die Welt der Zellen ARBEITSBLATT Lösungen Möhren-Klon 1 Aus einer Möhrenwurzel werden kleine Gewebestücke geschnitten und in ein Reagenz‑ glas mit einem Nährmedium gegeben. Die Zellen beginnen sich zu teilen und bilden einen zunächst undifferenzierten Zellhaufen (Embryoid). Aus diesem bildet sich ein kleines Pflänzchen, das nach Umpflanzen in Erde zu einer erwachsenen Möhrenpflanze wird. (Anmerkung: Man spricht hier von einem Embryoid und nicht von einem Embryo, da es sich um somatische Zellen handelt.) Ergebnis: Aus somatischen Zellen der Möhre kann sich eine neue Pflanze entwickeln. 2 Möhrenwurzelzellen sind in der Lage, sich zu teilen. Die dabei gebildeten Zellen können sich zu verschiedenen Zelltypen entwickeln und so schließlich eine komplette Möhren‑ pflanze bilden. Allgemein: Pflanzenzellen haben also ihre Differenzierungsfähigkeit nicht verloren. 3 Herstellung von Klonen aus Zellen einer Pflanze, die besondere Eigenschaften besitzt. Einsatz z. B. bei Hybriden. Praktische Tipps Das Möhrenexperiment im praktischen Unterricht Das auf dem Arbeitsblatt vorgestellte Experiment lässt sich prinzipiell auch als Praktikum im Unterricht durchführen, allerdings ist der Aufwand nicht unerheblich und eher für Schüle‑ rinnen und Schüler der Kursstufe geeignet. Sie benötigen dazu ein Gewebekultur-Kit (z. B. Schlüter-Biologie) und müssen unter sterilen Bedingungen arbeiten. Die Nährmedien für eine solche Gewebekultur enthalten Phytohormone, die die Bildung eines Gewebekallus induzieren. Dieser Aspekt wird aus Gründen der didaktischen Reduktion auf dem Arbeitsblatt vernachlässigt und kann bei Bedarf im Unterricht kurz besprochen werden. Weitere Informationen und Unterrichtsmaterialien zum Thema „Gewebekultur” finden Sie beispielsweise unter http://www.schule-bw.de/unterricht/faecher/biologie/medik/exp/ klonen/karotte/start.html Zusatzinformation Klonen von Wirbeltieren Da bei ausgewachsenen Wirbeltieren keine natürliche Klonbildung stattfindet, versucht der Mensch eine Klonierung durch experimentellen Eingriff. Transplantation in eine scheinträchtige Wirtsmutter Acht-ZellStadium Spenderweibchen Kompetenzerwerb 24 Isolation von vier Blastomerenpaaren Transfer in leere Hüllen Geburt eineiiger Vierlinge Kompetenzbereich „Schwerpunkt Erkenntnisgewinnung”: Die Schülerinnen und Schüler wer‑ ten ein Experiment zur Differenzierungsfähigkeit von Pflanzenzellen (in diesem Fall Möhren‑ wurzelzellen) aus und erweitern ihr Wissen über die Differenzierung von Zellen. Basiskonzepte „Variabilität und Angepasstheit” sowie „Reproduktion”: Die Schülerinnen und Schüler erklären, dass Zellen in ihrem Wachstum und ihrer Entwicklung an verschiedene Umweltfaktoren angepasst sind und auf veränderte Bedingungen entsprechend reagieren können. NATURA_LB 7/8_049313
