BBio103 Botanisch Mikroskopische Uebungen 630021 Skript WS19 20 neu Kopie PDF

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B.Bio.103 Botanisch-Mikroskopische Übungen (630021)

Georg-August-Universität Göttingen Albrecht-von-Haller-Institut für Pflanzenwissenschaften Wintersemester 2019/2020

L. Hodac

28.10.2019

Zusammengehörige Lehrveranstaltungen, Orte und Zeiten Vorlesung: Pflanzensystematik und -anatomie (630033) Freitags 13:15 – 14:45 Uhr (Beginn: 25.10.2019, Ende: 24.01.2020) ZHG 009, Zentrales Hörsaalgebäude, Platz der Göttinger Sieben 5 Übung: Botanisch-mikroskopische Übungen (630021) Praktikumsgebäude, Wilhelm-Weber-Straße 2, Kursräume MN40-43 Montags 14:00 – 17:00 Uhr (Beginn: 04.11.2019, Ende: 27.01.2020) wöchentlich Gruppe A (Kursraum A = MN40, L. Hodac) Gruppe B (Kursraum B = MN41, N. Wagner/M. Appelhans) Gruppe C (Kursraum C = MN42, L. Köhler) Gruppe D (Kursraum D = MN43, M. Schwerdtfeger) Mittwochs 14:00 – 17:00 Uhr (Beginn: 06.11.2019, Ende: 29.01.2020) wöchentlich Gruppe I (Kursraum D = MN43, M. Schwerdtfeger) Donnerstags 14:00 – 17:00 Uhr (Beginn: 07.11.2019, Ende: 30.01.2020) wöchentlich Gruppe E (Kursraum A = MN40, S. Tomasello) Gruppe F (Kursraum B = MN41, L. Shumilovskikh) Gruppe G (Kursraum C = MN42, L. Köhler) Gruppe H (Kursraum D = MN43, M. Schwerdtfeger)

Termine und Programm in Übersicht Vorlesung (630033)

Thema / Dozent

freitags 13:15–14:45

montags

Übung (630021) mittwochs

donnerstags

14:00–17:00

14:00–17:00

14:00–17:00

Gruppen

Gruppe

Gruppen

A, B, C, D

I

E, F, G, H

25.10.2019

Keine Übung

Keine Übung

Keine Übung

01.11.2019

04.11.2019

06.11.2019

07.11.2019

System: Grünalgen, Kieselalgen, Braunalgen / T. Friedl

08.11.2019

11.11.2019

13.11.2019

14.11.2019

System: Pilze, Flechten / F. Hadaček

15.11.2019

18.11.2019

20.11.2019

21.11.2019

System: Lebermoose, Laubmoose / E. Hörandl

22.11.2019

25.11.2019

27.11.2019

28.11.2019

System: Farnpflanzen (Gefäßsporenpflanzen) / E. Hörandl

29.11.2019

02.12.2019

04.12.2019

05.12.2019

System: Samenpflanzen (Nacktsamer) / E. Hörandl

06.12.2019

09.12.2019

11.12.2019

12.12.2019

System: Samenpflanzen (Bedecktsamer) / E. Hörandl

13.12.2019

16.12.2019

18.12.2019

19.12.2019

Anatomie: Zellen, Gewebe, Blatt / M. Appelhans

20.12.2019

06.01.2020

08.01.2020

09.01.2020

Anatomie: Wurzel, primäre Sprossachse / M. Appelhans

10.01.2020

13.01.2020

15.01.2020

16.01.2020

Anatomie: sekundäre Sprossachse (Periderm, Borke) / M. Appelhans

17.01.2020

20.01.2020

22.01.2020

23.01.2020

Anatomie: sekundäre Sprossachse (Holz, Bast) / M. Appelhans

24.01.2020

27.01.2020

29.01.2020

30.01.2020

System: Cyanobakterien, Rotalgen, Grünalgen / T. Friedl

Prüfung Klausur: Freitag 07.02.2020 13:15–14:45 Uhr. Für alle Gruppen im ZHG009 und ZHG011. Nachklausur: Freitag 20.03.2020 09:15–10:45 Uhr. Für alle Gruppen im ZHG009. Bei Fragen: L. Hodac, Tel.: 0551/3922269 (Büro 2.115) Abteilung Systematik, Biodiversität und Evolution der Pflanzen (mit Herbarium), Untere Karspüle 2; Email: [email protected] Titelseite: Volvox @uv-klaerer.de; Pinnularia @Bernd Kaufmann; Xanthoria @Franz Hadaček; Agaricus @Jerzy Opioła; Pellia @Michael Plewka; Phyllitis @PlantaPro; Pseudotsuga @Fotolia/srekap; Magnolia @Gartenjournal; Spross-, Holz- und Wurzelquerschnitt @Georg Thieme Verlag - Wanner: Praktikum (2004)

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Inhalte Teil 1. Die Formenvielfalt der Pflanzen und ihre evolutionäre Entfaltung werden in diesem Praktikum in knapper Weise vorgestellt. Hierzu werden Vertreter aus den verschiedenen Hauptlinien der Algen, Moose, Farnpflanzen und Samenpflanzen untersucht. Zentrale Themen der Vorlesung Pflanzensystematik und der zugehörigen Übung sind die zunehmende strukturelle Komplexität der Pflanzen im Laufe ihrer Entwicklungs-geschichte und die allmähliche Veränderung ihrer Fortpflanzung und ihres Generationswechsels in Zusammenhang mit Anpassungen an das Landleben. Auch wenn Pilze verwandtschaftlich gesehen den Tieren näher gestellt sind, so werden sie doch traditionell in der Biologie von den Botanikern behandelt. Das liegt wahrscheinlich daran, dass sie genauso wie die Pflanzen zu den sessilen Lebewesen gehören und bei ihrer Verbreitung auch auf Wind und Tiere angewiesen sind. Teil 2. Die Übung zur Anatomie der Samenpflanzen und die dazugehörige Vorlesung geben eine Einführung in die Grundprinzipien des inneren Baus höherer Pflanzen. „Biodiversität“, die Vielfalt der Lebensformen und Lebensweisen, äußert sich auch in baulichen Unterschieden der einzelnen Verwandtschaftsgruppen. Entsprechend wird auch in diesem Praktikum großer Wert auf eine vergleichende Betrachtung der evolutiven Hauptlinien gelegt, etwa der Gymnospermen und Angiospermen. Theorie und Praktikumsobjekte werden in den Vorlesungen vorgestellt. Die Pflanzengruppen werden anschließend in der Übung studiert.

Anforderungen, Arbeitsmittel und Arbeitsweise Die Klausurzulassung erfordert eine regelmäßige Teilnahme und sorgfältig angefertigte Zeichnungen. Wer mehr als zwei Kurse versäumt, muss den versäumten Stoff nacharbeiten, um zur Klausur zugelassen zu werden. Die Zeichnungen werden eingesammelt und testiert. Sie müssen die Qualität wissenschaftlicher Zeichnung aufweisen (s. u.) und korrekt beschriftet sein. Benötigte Materialien (von jedem/r Teilnehmer/in mitzubringen; Präparierset wird vom Studienbüro Biologie in der O-Phase und der ersten Semesterwoche am Infopoint verkauft!): Für das Präparieren: Zwei feine Pinzetten, eine Packung Rasierklingen, Objektträger 76 x 26 mm, Deckgläser 18 x 18 mm, 2 Präpariernadeln, Papiertaschentücher oder Küchenkrepp, ein scharfes Taschen- oder Küchenmesser. (Skalpelle sind für die botanische Präparation ungeeignet: Verletzungsgefahr). Für das Zeichnen: Weißes (weder kariertes noch liniertes) Papier DIN A4, Bleistift, Radiergummi, Spitzer, Lineal. In den Kursräumen steht für jede/n Studierende/n ein Mikroskop zur Verfügung. Jede/r Studierende benutzt an jedem Kurstag dasselbe Mikroskop und schließt es hinterher wieder in seinen Schrank ein. Die Nummer des Mikroskops wird in eine Liste eingetragen. Während des Kurses trägt jede/r Studierende für sein Mikroskop die volle Verantwortung (Wiederbeschaffungswert ca. 2000 €!). Ferner stehen in den Kursräumen Wasserbecher und Färbereagenzien zur Verfügung. Entsorgung des Materials: Rasierklingen sind Verbrauchsmaterialien, die nach Gebrauch i.d.R. von einer auf die nächste Woche durch Korrosion stumpf und unbrauchbar werden. Objektträger und Deckgläschen können abgewaschen werden, vor allem die Deckgläschen werden aber i.d.R. weggeworfen. Rasierklingen und Glasabfall nur in die bereitstehenden Abfallbehälter geben! Deckgläschen nicht einfach ins Waschbecken spülen!

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Literatur (zur Anschaffung empfohlen, ggf. Ausleihe in der Bibliothek) Praktikumsbücher (auch ältere Auflagen sind brauchbar) Für Übungen Teil 1 Braune, W., Leman, A., Taubert, H. (2008): Pflanzenanatomisches Praktikum II. korrigierter Nachdruck der 4. Auflage von 1999, Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg, 37,99 € Für Übungen Teil 2 (ab Januar): Braune, W., Leman, A. Taubert, H. (2009): Pflanzenanatomisches Praktikum I. Nachdruck der 9. Auflage, Spektrum Akademischer Verlag, 34,99 €, als eBook 26.99 € Wanner, G. (2010): Mikroskopisch-Botanisches Praktikum. 2. Aufl., Verlag G. Thieme, TB oder eBook 34,99 € (einige Präsenzexemplare pro Kursraum vorhanden) Lehrbücher (hier eine Auswahl) Campbell, N.A., Reece, J.B. et al. (2015): Biologie. 10. Auflage, Pearson Verlag. 99,95 € Kadereit, J.W., Körner, C., Kost, B., Sonnewald, U. (2014): Strasburger – Lehrbuch der Pflanzenwissenschaften. 37. Aufl., Springer, 69,99 €, als eBook 54,99 € Lüttge, U., Kluge, M., Thiel, G. (2010): Botanik. 1. Aufl., Verlag Wiley-VCH, 79,90 €. Nultsch, W. (2012): Allgemeine Botanik, 12. Auflage, Verlag G. Thieme, 39,99 € Raven, P.H., Evert, R.F., Eichhorn, S.E. (2006): Biologie der Pflanzen. 4. Auflage, Verlag W. de Gruyter, Berlin. 84,95 € Wagenitz G. (2008): Wörterbuch der Botanik, 2. erw. Aufl., Nikol Verlag, 9,95 € (vergriffen aber evtl. gebraucht zu bekommen)

Arbeiten am Mikroskop Ziel der Mikroskopbenutzung ist eine starke Vergrößerung und die damit verbundene höhere Auflösung des Objektes. So sind mit dem Lichtmikroskop (Abb. 1) z.B. bei 40-bis 100-facher Vergrößerung Blattmerkmale von Moosen und bei 400-facher Vergrößerung Zellen und ihre Wandbildungen, Zellkerne, Plastiden und Chromosomen zu sehen. Die Vorteile der Lichtmikroskopie liegen in der einfachen Handhabbarkeit und den einfachen Präparationen. Oft reicht das Mikroskopieren in Wasser aus. Wichtige Stoffe wie Lignin, Cutin oder Stärke können mit einfachen Färbereagenzien selektiv gefärbt und sichtbar gemacht werden. Das Mikroskop Herzstück des Mikroskops ist das Duo von Objektiv und Okular (Abb. 1). Das Mikroskop enthält zwei 10-fach vergrößernde Okulare (dem Auge zugewandtes Linsensystem) sowie drei Objektive (dem Objekt zugewandte Linsensysteme) mit verschiedener Eigenvergrößerung, die mit Hilfe des Objektiv-Revolvers rasch gewechselt werden können. Die Gesamtvergrößerung errechnet sich durch Multiplikation der Okularvergrößerung mit der Maßstabzahl des Objektivs, also: Objektiv 4 x 10 = 40-fache Vergrößerung ("Lupenobjektiv") " 10 x 10 = 100-fache Vergrößerung " 40 x 10 = 400-fache Vergrößerung 3

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Tubus Feststellschraube

Stativ

Okulare 10x Objektivrevolver mit Objektiven: 4x, 10x, 40x

Triebschraube für Objekttisch

Objekthalter Objekttisch

Feintrieb

Kondensor und Aperturblende Stellknöpfe zur Positionierung des Objekthalters

Filter

Ein/Aus Schalter Einstellung Lichtintensität

Abb. 1: Aufbau des Mikroskops (Olympus) Das Scharfstellen (Fokussieren) des Bildes wird durch Herauf- und Hinunterfahren des Objekttisches mit Hilfe der Triebschrauben erreicht. Grobes Einstellen: Unter Beobachtung des Objekttisches von der Seite her (also nicht durch das Okular sehen!) wird der Objekttisch und somit das Objekt sehr nah unter das Objektiv gefahren. Danach erst schauen wir durch das Okular und fahren den Tisch so weit hinunter, bis das Objekt scharf erscheint. Dabei gilt: Immer mit dem Lupenobjektiv beginnen und das Objekt durch seitliches Bewegen des Objekttisches in die Mitte des Blickfeldes bewegen. Beim Eindrehen des stärker vergrößernden Objektivs auf ausreichenden Abstand zwischen Objektiv und Deckglas achten, sonst besteht die Gefahr der Beschädigung des Objektivs (teuer!). Wenn nötig also den Objekttisch ein Stück herunterfahren und dann erst das nächst größere Objektiv eindrehen. Feines Nachregulieren: Die Tiefenschärfe ist bei mikroskopischen Bildern gering. Um die optischen Möglichkeiten voll auszunutzen und das Objekt zu verstehen, muss daher während der Beobachtung des Objektes durch das Okular hindurch ständig am Feintrieb fokussiert werden. Beim Beobachten ist also eine Hand am Feintrieb und ständig in Bewegung. Belichtung: Für eine gute Belichtung des Objekts wird die Lampe im Mikroskopfuß auf starke Beleuchtung eingestellt. Mit der Aperturblende wird der Kontrast erhöht, indem die Blende leicht geschlossen wird. Viele Objekte sollten zuerst makroskopisch von außen betrachtet werden. Hierfür ist eine ca. 10fach vergrößernde Handlupe oder ein bis zu 40-fach vergrößerndes Binokular (Stereomikroskop, Abb. 2) hilfreich. Auf den Objekttisch des Binokulars kann eine Petrischale oder ein Objektträger mit dem Präparat platziert werden.

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Abb. 2: Aufbau des Binokulars (Stereomikroskop, Motic)

Wichtige Bedienungshinweise für die Stereomikroskope: Am Fuß des Mikroskops befinden sich 3 Schalter für die Beleuchtung: MAIN: Hauptschalter für die gesamte Einheit I:

Schalter für die Auflichtbeleuchtung (Beleuchtung von oben)

T:

Schalter für die Durchlichtbeleuchtung (Beleuchtung von unten)

Die Durchlichtbeleuchtung darf NUR bei dem Objekttisch aus mattiertem Glas eingeschaltet werden (dieser sollte mit der glatten Oberfläche nach oben eingesetzt sein). DIE WÄRMESTRAHLUNG DER DURCHLICHT-BELEUCHTUNG KANN DEN SCHWARZWEIßEN OBJEKTTISCH BESCHÄDIGEN ODER SOGAR SCHMELZEN. Vor dem An- und Ausschalten der Beleuchtung Lichtintensität immer herunterdrehen.

Präparieren In unserem Anfängerpraktikum verwenden wir Frischmaterial und Alkoholmaterial (70 % Alkohol). Bei Alkoholmaterial sind zwar die Farben meist bräunlich und der plasmareiche Inhalt der Zellen ist denaturiert, jedoch treten störende Luftblasen unter dem Deckgläschen bei Alkoholmaterial kaum auf. Die Objekte müssen sehr dünn sein (< 1mm), damit das Licht von unten durch das Objekt ins Objektiv fallen kann. Mikroskopiert wird grundsätzlich in wässrigem Medium: Meist legen wir als erstes auf dem Objektträger einen Tropfen Wasser vor und übertragen die Objekte oder Schnitte sofort in diesen und decken das Präparat mit einem Deckgläschen ab. In einigen Fällen geben wir den Schnitten einen kleinen Tropfen eines Färbereagens bei, um bestimmte Stoffe selektiv zu färben und sichtbar 5

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zu machen. Eine kurze Anleitung zur Präparation wird bei der Beschreibung der Objekte (ab S. 9) sowie durch die Kursleiter gegeben. Im ersten Kursteil werden viele Objekte erst einmal makroskopisch untersucht bzw. Teile der Pflanzen mit dem Binokular betrachtet.

Schneiden und Färben (Anatomie-Teil) Schneiden: Von wenigen Ausnahmen abgesehen, in denen Fertigpräparate zur Verfügung stehen, müssen alle Präparate durch die Anfertigung von Schnitten selbst hergestellt werden. Zuerst schneiden wir eine saubere Ausgangsoberfläche. Das Objekt wird nun zwischen Daumen und Zeigefinger genommen, die Klinge wird auf der Fläche aufgesetzt und vorsichtig durch das Objekt hindurch gezogen (also gegen den Daumen schneiden!). Wir erhalten auf diese Weise „Schnipsel“, die auf einer Seite dünn auslaufen. Diese dünn auslaufenden Stellen sind zum Mikroskopieren und Zeichnen meist am besten geeignet. Meist geraten am Anfang die Schnitte viel zu dick. Wir machen daher nicht einen Schnitt, sondern „hobeln“ gleich 5-10 oder mehr Späne auf unseren Objektträger. Nur für Übersichtszeichnungen ist es ggf. sinnvoll z. B. von runden Sprossachsen eine vollständige Scheibe von 360° zu schneiden. Jede Zeit, die auf das Anfertigen hervorragend dünner Schnitte verwendet wird, ist gut investierte Zeit. Zu dicke Schnitte lassen sich weder interpretieren noch zeichnerisch dokumentieren. Färben: In einigen Fällen geben wir den Schnitten einen kleinen Tropfen eines Färbereagens bei, um bestimmte Stoffe selektiv zu färben und sichtbar zu machen. Anilinsulfat färbt den Holzstoff (Lignin) gelb und macht so verholzte Strukturen (Sklerenchym, Xylem-Teil der Leitbündel) sichtbar. Sudan III färbt das Cutin der Cuticula rot, ebenso das Suberin verkorkter Abschlussgewebe. Iodkaliumiodid färbt Stärke violett (sparsam verwenden, bei stärkerer Konzentration schwarz). Anilinsulfat und Iodkaliumiodid sind wässrige Lösungen, die sich auch im Nachhinein applizieren lassen. Wenn wir einen Tropfen seitlich an den Deckglasrand setzen, kriecht dieser durch kapillare Kräfte von selbst hinunter. Sollte das nicht gelingen, da das Deckgläschen auf einer übergroßen Wassermenge „schwimmt“, müssen wir mit einem Stückchen Filterpapier oder Papiertaschentuch von der anderen Deckglasseite her etwas absaugen. Sudan III ist eine ölige, viskose Flüssigkeit, deren färbende Wirkung sich oft erst bei genügend großer Menge und nach einigen Minuten einstellt. Wollen wir Cutin oder Suberin sichtbar machen, sollten wir die Schnitte gleich in einen unverdünnten Tropfen Sudan III aufnehmen, das Deckgläschen auflegen und dann Wasser und Anilinsulfat beigeben. Sicherheitshinweis: Bitte gehen Sie mit den Färbereagenzien vorsichtig um. Die Flüssigkeiten sollten weder auf die Haut noch auf Tische und Mikroskope gelangen sondern nur auf die Objektträger. Ein Tropfen Lösung genügt meistens.

Zeichnen Gute, vollständig beschriftete Zeichnungen sind die beste Grundlage zum Lernen für die Klausur sowie für die Anerkennung des Kurses bei Studienortwechsel. Alle Zeichnungen werden vollständig im Kurs am realen Objekt angefertigt. Ein flüchtiges Skizzieren, um die Zeichnung zu Hause (ohne das Objekt) zu ergänzen oder gar ins Reine abzuzeichnen ist nicht möglich. Wir verwenden zwei Typen von Zeichnungen: Übersichtszeichnungen (Schemazeichnungen) bilden die Abgrenzungen verschie dener pflanzlicher Gewebe (Epidermis, Kollenchym, Parenchym etc.) gegeneinander ab. Sie berücksichtigen Proportionen und Lagebeziehungen, stellen aber keine einzelnen Zellen dar. Gewöhnlich wird eine Übersicht bei schwacher Vergrößerung (40-fach) gezeichnet. Zum 6

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Identifizieren der Gewebetypen jedoch stärkere Vergrößerung nutzen! In einer Übersichtszeichnung können Schraffuren oder Farben zur Kennzeichnung unterschiedlicher Gewebe verwendet werden. Detailzeichnungen sind authentische Zeichnungen einzelner Zellen im Zellverband, incl. ihrer Wandbildung, Einschlüsse, ggf. Organellen. Gewöhnlich wird bei starker Vergrößerung (400-fach) gezeichnet. Stupide Fleißarbeit ist hier nicht gefragt! Statt 50 gleiche Zellen ein- und desselben Gewebes zu zeichnen, können wir oft durch geschickte Auswahl eines geeigneten Ausschnittes mit 15 bis 20 authentisch gezeichneten Zellen (mit all ihren Ecken und Kanten) aussagekräftige Zeichnungen erzielen. Es ist hilfreich, bei jeder Zeichnung zunächst den Umriss des zu zeichnenden Objektes oder Objektteils grob zu skizzieren. In diese Rohskizze lassen sich dann die genauen Einzelheiten sehr viel leichter in den richtigen Proportionen einzeichnen. Wichtige Kriterien für die Qualität einer Zeichnung sind: 1)

Richtiger Maßstab, sowohl im Verhältnis zum mikroskopischen Bild als auch zum Papierformat.

2)

Richtige Wiedergabe der Proportionen.

3)

Betonung der wesentlichen, Abschwächen oder Weglassen unwesentlicher Strukturen.

4)

Ökonomisches Arbeiten - d.h. Verzicht auf extensive Wiederholung gleichartiger Strukturen, die stets zu unkorrekter Schematisierung führt (Mut zur Lücke am richtigen Platz!).

5)

Vollständige und exakte Beschriftung (ohne Beschriftung ist die schönste Zeichnung wertlos!).

Alle Zeichnungen werden auf dem Blatt so orientiert, dass die Oberseite (z.B. von Blättern) oder die Außenseite (z.B. von Querschnitten durch Sprossachsen oder Wurzeln) oben liegt.

Abb. 3. Die Abbildung zeigt Möglichkeiten der zeichnerischen Darstellung eines mikroskopischen Objekts. B: Übersicht (Schema). Die verschiedenen Gewebe können durch unterschiedliche Schraffierung angedeutet werden. C: Halbschema: Einzelheiten in verallgemeinerter Form. D: Ausschnitt von C. Zellgetreue Darstellung mit einfachen Konturen. E: Ausschnitt von D. Zellgetreue Darstellung. Zellwände im richtigen Größenverhältnis zueinander gezeichnet. Zellinhalt eingezeichnet. Ranunculus sp., Leitbündel aus der Sprossachse im Querschnitt. Verändert aus: Braune et al.: Pflanzenanatomisches Praktikum I., Spektrum Akademischer Verlag, 8. Aufl., 1999.

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