Uni Bremen

Schriftliche Hausarbeit
Im Fach Biologie

Pilze: Ein experimentell durchgeführtes Unterrichtsmodell
für die gymnasiale Oberstufe, dargestellt am Beispiel von
Penicillium camemberti

vorgelegt und ausgearbeitet von

Robert Kirchner

2003

Inhaltsverzeichnis

Teil I. Sachanalyse ... 2

1. Stellung der Pilze im System der Lebewesen ... 2

2. Zytologie und Morphologie der Pilze ... 4
2.1 Morphologie des vegetativen Thallus ... 4
2.2 Zytologie ... 5
2.3 Morphologie der reproduktiven Strukturen ... 6
2.3.1 Anamorphe ... 7
2.3.2 Teleomorphe ... 8
2.3.2.1 Zygomycota ... 9
2.3.2.2 Ascomycota ... 10
2.3.2.3 Basidiomycota ... 12

3. Nomenklatur und Klassifizierung ... 14

4. Lebensweise der Pilze ... 19
4.1 Abiotische Faktoren ... 19
4.1.1 Temperaturansprüche ... 19
4.1.2 Wassergehalt ... 20
4.1.3 Ansprüche auf Acidität ... 20
4.1.4 Sauerstoff ... 21
4.1.5 Licht ... 21
4.1.6 Mineralstoffe ... 21
4.2 Verbreitung der Pilze ... 22
4.3 Unterschiedliche Lebensweisen ... 22
4.3.1 Saprophytische Pilze ... 22
4.3.1.1 Holzzersetzer ... 23
4.3.2 Symbiontische Pilze ... 24
4.3.2.1. Mykorrhizaformen ... 24
4.3.2.2 Ökologische Verbreitung der Mykorrhiza ... 27
4.3.2.3 Flechten ... 28
4.3.3 Parasitische Pilze ... 28
4.4 Wachstum der Pilze ... 29

5. Stoffwechsel der Pilze ... 31
5.1 Die Stoffklassen ... 32
5.2 Der Primärstoffwechsel ... 33
5.2.1 Erschließen von Kohlenstoffverbindungen ... 33
5.2.2 Der Kohlenhydratstoffwechsel ... 34
5.2.3 Abbau von Lipiden ... 38
5.2.4 Abbau von Proteinen ... 39
5.3 Der Sekundärstoffwechsel ... 40
5.3.1 Zeitpunkt der Sekundärmetabolitbildung ... 41
5.3.2 Stoffe und Stoffgruppen des Sekundärstoffwechsels ... 42
5.3.3 Verknüpfung zwischen Primär- und Sekundärstoffwechsel ... 45

6. Die Art Penicillium camemberti ... 46
6.1 Systematische Einordnung ... 46
6.2 Charakterisierung der Art ... 47
6.3 Herstellung von Camembertkäse und Rolle der Mikroorganismen ... 48
6.4 Mycotoxin Cyclopiazonsäure ... 52

Teil II: Didaktische Analyse ... 53

1 Begründung der Themenwahl und Zielsetzung ... 53
1.1 Die Situation der mykologischen Inhalte an Schulen ... 53
1.1.1 Das Wissen über Pilze in der Schülerschaft ... 53
1.1.2 Die Lehrpläne ... 55
1.1.2.1 Der Bremer Lehrplan ... 55
1.1.2.1 Der niedersächsische Lehrplan ... 55
1.1.3 Studienordnungen Biologie-Lehramt von ausgewählten Universitäten ... 56
1.1.4 Zusammenfassung ... 57
1.2 Wieso eine Unterrichtseinheit Ökologie mit Pilzen? ... 57
1.3 Wieso eine Unterrichtseinheit mit Penicillium camemberti? ... 59

2 Situative Bedingungen ... 60

3 Festlegung der Konzeption und Struktur der Unterrichtseinheit ... 61
3.1 Inhalte des Bremer Lehrplans für das Thema Ökologie ... 61
3.2 Grobziele der Unterrichtseinheit in Anlehnung an den Bremer Lehrplan ... 61

4 Methoden der Unterrichtseinheit ... 63

Anhang

Teil I: Sachanalyse/ Didaktische Analyse
Anhang 1: Zellkern ... 1
Anhang 2: Zellwand ... 2
Anhang 3: Konidiogenese ... 3
Umfrage zum Thema Pilze ... 5

Teil II: Unterrichtseinheit/ Unterrichtsmaterial Abschnitt 1: Einführung in die Mykologie ... 6
Stammbaum der Fungi ... 8
Folie 1: Typische Formen der Fruchtkörper von Ascomycota und Basidiomycetes ... 9
Versuchsanleitung zur Darstellung von Pilzsporen ... 10
Versuchsanleitung „Mikroskopieren von Pilzsporen“ ... 11
Informationsblatt 4: Zur Entwicklung und Vermehrung der höheren Pilze ... 12
Folie 2: Entstehung von Konidien durch Zellsprossung ... 13
Folie 3: Stellung und Funktion der Pilze im Naturhaushalt ... 14
Abschnitt 2: Einführung in das Arbeiten mit Mikroorganismen (Sicherheitseinweisung) ... 15
Merkblatt 1: Steriles Arbeiten ... 16
Merkblatt 2: Sicherheitsregeln für sicheres Arbeiten im mikrobiologischen Labor ... 17
Abschnitt 3: Lebensbedingungen von Penicillium camemberti ... 18
Text: Bakterienwolken und Tiefseeweiden ... 20
Arbeitsauftrag für das Thema: Welchen pH-Wert braucht Penicillium camemberti zum Wachstum? ... 21
Arbeitsauftrag für das Thema: Welche Temperatur braucht Penicillium camemberti zum Wachstum? ... 23
Arbeitsauftrag für das Thema: Welchen Zucker braucht mein Pilz zum Wachstum? ... 25
Arbeitsauftrag für das Thema: Abbau von Proteinen durch Penicillium camemberti ... 27
Abschnitt 4: Systematische Zusammenfassung ... 29
Text: Zusammenfassung der Camembertherstellung ... 30
Fließschema für die Herstellung von Camembertkäse (Musterlösung) ... 34

Teil III: Experimente
Versuch 1:Das Wachstum des Penicilliums camemberti in Abhängigkeit vom pH-Wert ... 35
Versuch 2: Das Wachstum des Penicilliums camemberti in Abhängigkeit von der Temperatur ... 41
Versuch 3: Das Wachstum des Penicilliums camemberti in Abhängigkeit von verschiedenen Zuckern als Substrat ... 45
Versuch 4: Die Fähigkeit von Penicillium camemberti das Milchprotein Casein extrazellulär abzubauen ... 49

Literaturliste ... 53

Einleitung/ Begründung zur Überlänge der schriftlichen Hausarbeit

Die folgende schriftliche Hausarbeit zum Thema:

Pilze: Ein experimentell durchgeführtes Unterrichtsmodell für die gymnasiale Oberstufe; dargestellt am Beispiel von Penicillium camemberti

soll eine Möglichkeit sein, mykologische Inhalte auf experimenteller Basis in die Schule zu bringen. In der didaktischen Analyse dieser Arbeit wird beschrieben, dass die Mykologie aus der Schule, dem Lehramtsstudium Biologie und z.T. auch aus dem Diplomstudium der Biologie ausgegrenzt wird. Die Gründe hierfür sind kaum nachzuvollziehen, da Pilze Organismen unserer Umwelt sind, die allgegenwärtig sind. Schimmelpilze auf verderbenden Lebensmitteln, oder Edelschimmelpilze auf Käse, Speisepilz, Mykosen beim Menschen um nur einige Erscheinungen zu nennen. Es wird dargestellt, dass Schüler und Lehrer ein lückenhaftes Wissen über die Pilze besitzen. Dieser Umstand schließt sich zu einem Kreislauf, der die systematische Ausgrenzung mykologischer Inhalte aus der Schule und damit dem Allgemeinwissen zur Folge hat. Im Rahmen dieser Arbeit wird versucht dieses Wissensdefizit zu kompensieren, indem eine sehr ausführliche Sachanalyse vorhanden ist, die den gegebenen Rahmen der Arbeit von 60 Seiten um 2/3 umfasst. Aus o. g. Gründen ist diese kaum zu kürzen, weil sonst das Problem entstehen könnte, dass Interessierte nicht die nötige Wissensgrundlage besitzen, die zur erfolgreichen Unterrichtung der im Anhang der Arbeit dargestellten Unterrichtseinheit nötig ist. Aufgrund des Fehlens geeigneter Unterrichtsmaterialen zu diesem Thema ist es nötig Material selbst zu erstellen, dass im Anhang zu finden ist. Dadurch geht diese schriftliche Hausarbeit weit über den Rahmen von 60 Seiten hinaus. Hinzukommen fünf selbst entwickelte Experimente für den Schulunterricht, die in Durchführung, Auswertung und Theorie ebenfalls dargestellt werden. Aufgrund dieser Tatsachen ist es meiner Meinung nach vertretbar, dieser Arbeit inklusive Anhang einen Rahmen von ca. 130 Seiten zu geben.

Teil I : Sachanalyse
1. Stellung der Pilze im System der Lebewesen
Whittaker schlug 1969 das fünf Reiche System vor, wonach das Reich der Pilze (Fungi) zusammen mit den Reichen Animalia, Plantea und Protista zu den Eukaryonten gehört. Demgegenüber steht das Reich der Monera (Prokaryonten).[ 1] Seit Linnaeus (1735) bis in die Gegenwart wurden die Fungi in die Ordnung der niederen Pflanzen (Cryptogamia), zusammen mit den Moosen und Farnen eingeordnet.[2] Während Moose und Farne heute als eigenständige Abteilungen im Reich Plantea eingeordnet werden, bilden die Fungi ein eigenes Reich. Von den Plantea lassen sich die Fungi aufgrund folgender Merkmale klar abgrenzen (nach [3]):

• Heterotrophe Lebensweise
• Bildung von Chitin
• Bildung spezieller Pigmente
• Bildung spezieller Sekundärmetaboliten
• Heterokaryose in einem Thallus oder einer Zelle
• Diploide Kernphase
• Eigenständige Befruchtungs- und Fortpflanzungsweisen
• Fehlen von Chloroplasten

Von Monera grenzen sich die Fungi durch den Besitz echter Zellkerne ab. Das entscheidende Taxon, dass die Fungi von Anemalia und Protista abgrenzt, ist der Besitz von Zellwänden.[4]

Neben den morphologischen Kriterien werden die Fungi auch wegen ihrer speziellen Lebensweise als eigenes Reich aufgefasst. Obwohl sich die Fungi durch ihre morphologischen und ökologischen Charakteristika abgrenzen, sind sie kein phylogenitisch homogenes Reich. Das Reich Fungi setzt sich wahrscheinlich phylogenitisch aus der Abteilung Eumycota, bestehend aus den Unterabteilungen Ascomycota (Schlauchpilze), Basidiomycota (Hutpilze) und Zygomycota (Jochpilze), zusammen. Nicht verwandt mit diesen, aber aufgrund ihrer Lebensweise trotzdem zum Reich Fungi zählend, ist die Abteilung Myxomycophyta, bestehend aus den Unterabteilungen: Myxomycota (amoboid), Plasmodiophoromycota (parasitische Schleimpilze), Labyrinthulomycota (Netzschleimpilze), Oomycota (begeißelte Sporen), Hyphochytriomycota (begeißelte Sporen) und Chytridiomycota (begeißelte Sporen). [4]

[...]

[1] Whittaker, R.H.: New Concepts of Kingdoms of Organisms. I: Science 163 (1969) S. 150- 160

[2] Linnaeus, C.: Systema Naturae. Leyden (1735)

[3] Weber, H. (Hrsg.): Allgemeine Mykologie: Gustav Fischer Verlag, Jena (1993) S. 21

[4] Müller, E.; Loeffler, W.: Mykologie: Thieme Verlag, Stuttgart, 5. Auflage (1992) S.1