Protokolle zu Mikroskopie-Experimenten in der Biologie

Thema 1: Zellaufbau und Plasmolyse

Material: Lichtmikroskop, Objektträger, Deckgläschen, Kaliumnitrat KNO3, Calciumnitrat Ca(NO3)2, Rundfilter, Rasierklinge, Pinzette, Pipetten, Petrischale

Objekte: Zwiebel - Allium cepa (rot und weiß)

Wasser (Leitungswasser und destilliertes Wasser)

1.1 Zellaufbau Zwiebel (weiß) - Allium cepa (Frischpräparat)

Durchführung:

Zur Erstellung einer mikroskopischen Zeichnung von Epidermiszellen im Zellverband von sechs bis sieben Zellen und deren Aufbau im Detail entfernen wir die trockene äußere Schicht der gevierteilten Zwiebel und trennen die einzelnen Zwiebelschuppen voneinander. Dann legen wir zunächst ein gereinigtes Deckgläschen und einen Objektträger bereit, auf den wir mit einer Pipette einen Tropfen Wasser geben. Die innere konkave Seite einer Schuppe ritzen wir nun mit einer Rasierklinge rautenförmig ein und ziehen das entstandene kleine Rechteck mit der Pinzette vorsichtig ab. Im Folgenden geben wir das präparierte Zwiebelhäutchen in den Wassertropfen auf dem Objektträger und lassen das Deckgläschen seitlich drüber kippen, um die Entstehung von Luftbläschen weitestgehend zu vermeiden. Überschüssiges Wasser kann mithilfe des Filterpapiers seitlich abgesaugt werden.

Beobachtung:

Das fertige Frischpräparat betrachten wir unter dem Mikroskop bei 40facher Vergrößerung und verschaffen uns so einen Überblick über die Anordnung der Zellen im Epidermisgewebe. Diese liegen länglich und verzahnt in einem geschlossenen Zellverband ohne Interzellularen vor. Der Zellkern ist mit einem Durchmesser von 15−25μm noch gut sichtbar und liegt im Zytoplasma zwischen dem Tonoplasten und dem Plasmalemma dicht an der Zellwand. Bei dieser geringen Vergrößerung nimmt die Zellsaftvakuole den gesamten Zellinnenraum ein und der Zellkern scheint teilweise in deren Innerem zu liegen oder ist gar nicht zu sehen. Die Ursache dieses Phänomens liegt in der zweidimensionalen Darstellung der Zelle, der Nukleus befindet sich in diesem Fall entweder oberhalb oder unterhalb der Vakuole. Auch die Zellwand, Zellmembran und Vakuolenmembran sind optisch nicht voneinander getrennt dar zu stellen.

Die Betrachtung einer Epidermiszelle im Detail bei 400facher Vergrößerung erlaubt dagegen eine Trennung der, durch den Tonoplasten begrenzten Vakuole, einer Art Plasmaschlauch und des Plasmalemmas, welches sich direkt an die Zellwand mit Mittellamelle anschmiegt. Der Zellkern ist in der Kerntasche ebenfalls von Zytoplasma umgeben und wird von der Vakuole gegen die Zellwand gepresst.

1.2 Plasmolyse Zwiebel (rot) - Allium cepa (Frischpräparat)

Durchführung:

Ziel dieses Versuches ist die Beobachtung der Plasmolyse in den Zellen der roten Zwiebel unter Zugabe zweier verschiedener Nitratlösungen. Die ersten Schritte zur Erstellung dieses Präparates entsprechen denen des ersten Versuches, allerdings nutzten wir hier einen Ausschnitt der rot-violetten äußeren Seite des Speicherblattes.

Nachfolgend geben wir mit einer frischen Pipette einen Tropfen konzentriertes Kaliumnitrat unmittelbar neben dem Deckgläschen auf den Objektträger und saugen diesen mithilfe des Rundfilters von der entgegengesetzten Seite unter dem Präparat hindurch. Nach einer Beobachtungszeit und eventuell weitern Zugaben der Salzlösung können wir die Veränderungen zeichnen.

Um die Zelle im Anschluss in ihren neutralen Ausgangszustand zurück zu bringen, führen wir dieselben Schritte mit destilliertem Wasser durch und können infolge einer vollständigen Deplasmolyse, eine Plasmolyse mit Calciumnitrat induzieren und die Veränderungen beobachten und zeichnen.

Beobachtung:

Der Zellaufbau bei 400facher Vergrößerung ähnelt dem der weißen Küchenzwiebel. Die, durch den im Zellsaft enthaltenen Farbstoff Anthocyan rot gefärbte Vakuole nimmt auch hier beinahe den gesamten Zellinnenraum ein und presst den Nukleus und das ungebende Zytoplasma an die Zellwand.

Bei der Plasmolyse löst sich das Plasmalemma stellenweise von der starren Zellwand ab und die vom Tonoplasten begrenzte Vakuole schrumpft sichtbar zusammen. Gut zu erkennen sind die abgelöste Zellmembran und das Zytoplasma als heller Saum, während sich als Konsequenz der gestiegenen Konzentration des Farbstoffes die rote Färbung der Vakuole intensiviert.

Ursächlich für die Verkleinerung des Protoplasten ist der osmotische Ausgleich des Wassergehaltes der Zelle gegenüber der hypertonischen Salzlösung in der Umgebung. Dabei rundet sich der Protoplast unter dem Einfluss von Kaliumnitrat im Laufe der Plasmolyse ab und macht die typische Form der Konvexplasmolyse erkennbar.

Bei Zugabe von destilliertem Wasser ist dagegen der osmotische Wert des Zellplasmas höher, Wasser diffundiert ins Zellinnere und die Vakuole sowie das umgebende Plasma dehnen sich wieder aus, bis die relative Starrheit der Zellwand beziehungsweise das Erreichen eines isotonischen Verhältnisses eine weitere Erweiterung verhindert.

Durchsetzen wir unser Präparat im Anschluss an die Deplasmolyse nun mit Calciumnitrat, so zieht sich der Protoplast wie schon beim ersten Versuch zusammen. Allerdings erfolgt die Ablösung hier nicht glatt und die Abrundung bleibt aufgrund der starken Wandhaftung besonders im Bereich der Plasmodesmen aus. Der plasmatische Inhalt der Zelle nimmt daher eine verzerrte Form mit mehr oder weniger großen Einbuchtungen an, die wir als Konkav-plasmolyse bezeichnen.

Thema 2: Plasmaströmung und Plastiden (Cloroplasten)

Material: Lichtmikroskop, Wasser, Objektträger, Deckgläschen, Rundfilter, Rasierklinge, Pinzette, Pipette, Petrischale, Styroporquader

Objekte: Kürbispflanze, Schönschnabelmoos, Winterweizen

2.1 Plasmaströmung Kürbis – Cucurbita spec. (Frischpräparat)

Durchführung:

Zur Herstellung eines Frischpräparates von Kürbishaaren schaben wir mit einer Rasierklinge die Härchen einschließlich der Basis vom Stängel eines Laubblattes ab und geben diese in die vorbereiteten Wassertropfen auf dem Objektträger. Dann lassen wir über jedes Präparat ein Deckgläschen von der Seite her darüber kippen, um die Entstehung von Luftbläschen weitestgehend zu vermeiden. Überschüssiges Wasser kann mithilfe des Filterpapiers seitlich abgesaugt oder zusätzliches mit der Pipette über den Rand des Deckgläschens hinzugefügt werden.

Um nun zwei mikroskopische Detailzeichnungen der gleichen Kürbishaar-Zelle mit unterschiedlicher Lage der Chloroplasten anfertigen zu können, betrachten wir die Kürbishaare zunächst bei 40 und später bei 100facher Vergrößerung und suchen uns ein geeignetes Haar und eine Zelle aus. Diese betrachten wir im Folgenden bei 400facher Vergrößerung und zeichnen insbesondere die Lageveränderung der Chloroplasten in einer zeitlichen Differenz von ca. 5 Minuten auf. Diese Bewegung wird in der ersten Zeichnung durch Pfeile gekennzeichnet.

Beobachtung:

Bei unserem Kürbishaarpräparat erkennen wir unter dem Mikroskop die typischen Bestandteile einer Pflanzenzelle. So schließt sich an die Zellwand das das Zytoplasma umgebende Plasmalemma an. Der Zellkern liegt im Zytoplasma nahe an der Zellwand, ebenso wie auch die Mehrzahl der aufgrund des Chlorophylls grün erscheinenden Plastiden. Die anderen Chloroplasten bewegen sich mit der Plasmaströmung durch die Plasmastränge, welche die Vakuole durchziehen.

In meinem Präparat scheinen diese photosythetisch aktiven Zellorganellen allerdings in der Vakuole zu liegen, die den Großteil der Zelle einnimmt. Die Plasmastränge liegen hier unterhalb der Vakuole und sind aufgrund der zweidimensionalen Darstellung nicht oder nur teilweise sichtbar, können aber durch die Lage und das Strömungsverhalten der Plastiden erahnt werden. Durch die Lageveränderung der Chloroplasten wird in der mir vorliegenden Zelle eine zirkulierende Plasmaströmung erkennbar.

2.2 Chloroplasten Schönschnabelmoos – Euryhnchium spec. (Frischpräparat)

Durchführung:

Auch für die Erstellung eines Frischpräparates vom Schönschnabelmoos legen wir als erstes einen Objektträger mit einem Wassertropfen und ein Deckgläschen bereit. Mit der Pinzette zupfen wir nun einige Moosblättchen möglichst nahe des Sprosses ab und geben diese in den Wassertropfen. Das Deckgläschen wird wie beim ersten Versuch über das Präparat gekippt. Bei 100facher Vergrößerung suchen wir uns ein geeignetes Blatt aus und zeichnen den Umriss des gesamten Blattes sowie etwa ein Viertel der Zellen und die gesamte Mittelrippe. Eine Detailzeichnung des Zellverbandes von 5-6 Zellen mit Chloroplasten zeichnen wir bei 400facher Vergrößerung.

Beobachtung:

Der Blattgrund des Moosblättchens erscheint schon bei geringer Vergrößerung ungleichmäßig gerissen als Ergebnis der Trennung von der Sprossachse. Mittelrippe und Lamina werden durch einen geschlossenen Zellverband aus länglichen, verzahnten Zellen gebildet, die im Bereich der Mittelrippe deutlich enger und gehäufter auftreten, was wiederum die dunklere Färbung bewirkt. Die bei 400facher Vergrößerung erstellte Detailzeichnung eines Zellverbandes von etwa 5-6 Zellen offenbart den groben Zellaufbau in dem Gefüge. Die Zellen werden untereinander durch dick und hell erscheinende Zellwände getrennt und sind gefüllt mit Zytoplasma. Auch bei diesen Zellen erscheinen die Chloroplasten in unmittelbarer Nähe zur Zellwand, da die Vakuole den größten Anteil des Zellinnenraums einnimmt. Ein Zellkern ist in dem mir vorliegenden Präparat jedoch nicht sichtbar.

2.3 Plastiden (Cloroplasten) – Triticum aestivum (Frischpräparat)

Durchführung:

In Folge der Vorbereitung des Objektträgers mit Wassertropfen, schnitzen wir mit der Rasierklinge für diesen Versuch den länglichen Styroporquader an einer der beiden kleineren Flächen zu einer Satteldachform zu, von der wir der Länge nach die Spitze entfernen. Einen ca. 2 cm tiefen Schnitt von der Mitte der entstandenen 2mm breiten Fläche senkrecht nach unten können wir durch seitlichen Druck einen Schlitz weit öffnen. Ein Blatt des Winterweizens kann auf diese Weise in das Schaumpolystyrol eingespannt und mit der Rasierklinge in hauchdünnen Schichten abgetragen werden. (Bei zu dickem Schnitt entsteht eine Aufsicht.) Die Blattquerschnitte geben wir in die Wassertropfen und legen das Deckgläschen darüber. Wasser kann auch hier zur Verbesserung der Präparatqualität nach Bedarf hinzugefügt oder entnommen werden.

Ziel des Versuches ist auch hier eine Übersichtszeichung des Blattquerschnitts bei 100facher und eine Detailzeichnung von 5-6 Zellen aus der Epidermis mit 5-6 daran anschließenden Mesophyllzellen und den darin enthaltenen Chloroplasten bei 400facher Vergrößerung.

Beobachtung:

Das Laubblatt des Winterweizens gliedert sich im Querschnitt in die obere Epidermis, das Mesophyll und die untere Epidermis. Auch wird in der Übersicht ein Leitbündel mit Xylem und Phloem sichtbar. Die Epidermiszellen bilden ein Abschlussgewebe aus einer Schicht lückenlos aneinander gelagerter Zellen (auch Haarzellen) und produzieren als zusätzlichen Schutzfaktor die Wasser abstoßende Cutikula, die bei größtmöglicher Vergrößerung wie eine Verdickung der äußern Zellwände erkennbar ist. Da in diesem Gewebe die Schutz- und Ausgleichsfunktion Vorrang hat, besitzen diese Zellen keine Chloroplasten und sind dadurch durchlässig für Licht. Der Prozess der Photosynthese läuft daher im Mesophyll des Blattes ab. Die Zellen im Palisaden- und Schwammparenchym sind stark chlorophyllhaltig und ermöglichen durch Interzellularräume außerdem einen großflächigen Gasaustausch. Das Palisadengewebe wird bei der Detailzeichnung durch die beiden aufrecht und dichter stehenden Zellen deutlich sichtbar, während die Zellen des Durchlüftungsgewebes runder erscheinen und von größeren Zellzwischenräumen umgeben sind. Die große Anzahl Chloroplasten scheint in zweidimensionaler Betrachtung den gesamten Zellinnenraum im Mesophyll ein zu nehmen, wird aber in Wirklichkeit durch die Vakuole an die Zellwand gedrückt. Aus dem gleichen Grund sind auch die Zellkerne der betrachteten Zellen nicht sichtbar.

Thema 3: Plastiden – Chromoplasten und Reservestoffe

Material: Lichtmikroskop, Wasser, Objektträger, Deckgläschen, Rundfilter, Rasierklinge, Pinzette, Pipette, Petrischale

Objekte: Hagebutte, Möhre, Gartenbohne, Kartoffel

3.1 Chromoplasten Hagebutte - Rosa canina (Ölpräparat)

Durchführung:

Zur Herstellung des Präparates einer in Öl eingelegten Hagebutte halbieren wir diese zunächst, fertigen dann mit der Rasierklinge einen Dünnschnitt des Fruchtfleisches an und geben diesen in einen Wassertropfen auf dem Objektträger. Das Deckgläschen kippen wir so über das fertige Präparat, dass möglichst wenige Luftbläschen mit eingeschlossen werden. Überschüssiges Wasser kann mithilfe des Filterpapiers seitlich abgesaugt oder zusätzliches mit der Pipette über den Rand des Deckgläschens hinzugefügt werden. Das Ergebnis betrachten wir im Lichtmikroskop bei 400facher Vergrößerung und fertigen Zeichnungen von einem Zellverband und Chromoplasten verschiedener Ausformungen an.

Beobachtung:

Bei unserem Hagebuttenpräparat erkennen wir die typischen Bestandteile einer Pflanzenzelle. So schließt sich an die Zellwand das das Zytoplasma umgebende Plasmalemma an. Der Zellkern liegt im Zytoplasma nahe an der Zellwand, ist aber in meinem Präparat durch die Dreidimensionalität der Zelle meist nicht zu sehen. Auch die orangefarbenen Chromoplasten erscheinen spindelförmig an den Rand gelegt. Einige Plastiden befinden sich in der zweidimensionalen Darstellung scheinbar in der Vakuole, liegen in Wirklichkeit aber darüber. Die Vakuole nimmt den Großteil der Zelle ein, hier allerdings nicht gesondert erkennbar.

Die Chromoplasten treten zumeist in Stapeln länglicher Organellen auf, was darauf hinweist, dass die Frucht bereits älter ist. Daneben finden wir auch einige nahezu kugelige und eckige so genannte Carotenkristalle.

3.2 Chromoplasten Möhre - Daucus carota (Frischpräparat)

Durchführung:

Auch für die Erstellung eines Frischpräparates der Möhre legen wir als erstes einen Objektträger mit Wassertropfen und ein Deckgläschen bereit. Mit der Rasierklinge fertigen wir nun einige Dünnschnitte vom äußeren Teil der Wurzel an und geben den dünnsten in den Wassertropfen. Wie beim ersten Versuch kippen wir das Deckgläschen über das Objekt und beobachten und zeichnen nach obiger Anleitung.

Beobachtung:

Die bei 400facher Vergrößerung erstellte Übersichtszeichnung eines Zellverbandes von etwa 4-5 Zellen offenbart den recht eckigen und lückenlosen Zellaufbau in dem Gefüge. Die Zellen werden durch Zellwände getrennt, sind gefüllt mit Zytoplasma und beinhalten eine große Anzahl vielfältig ausgeformter Chromoplasten. Diese Plastiden treten hier ebenfalls länglich und kugelig, aber auch rechteckig tubulär, kristallin, gebändert und schraubig auf.

Die Zellkerne und Vakuolen sind in meinem Präparat wie schon in 3.1 nicht sichtbar.

3.3 Plastiden / Reservestoffe Gartenbohne - Phaseolus vulgaris (Frischpräparat)

Durchführung:

In Folge der Vorbereitung des Objektträgers mit Wassertropfen, entfernen wir die aufgeweichte Samenschale und fertigen von einem Keimblatt einen Dünnschnitt an, den wir den Wassertropfen geben. Das Deckgläschen legen wir darüber und passen auch hier zur Verbesserung der Präparatqualität die Wassermenge an.

Ziel der Betrachtung bei 400facher Vergrößerung ist auch hier die Anfertigung einer Übersichtszeichnung des Zellverbandes und eine Detailzeichnung der Plastiden.

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