Klassenstufe Thema Niveau Vorbereitungszeit. Inhalt

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1 Klassenstufe Thema Niveau Vorbereitungszeit Sek I + II Osmose Behandelt man einen Zwiebelschnitt mit einer hochkonzentrierten Salzlösung, kann man unter dem Lichtmikroskop beobachten, dass sich der Protoplast zusammenzieht und die Plasmamembran sich von der festen Zellwand ablöst. Wie kommt es dazu? Inhalt Einleitung - Zwiebelzellen und Osmose... Seite 2 Zielsetzung Herstellung eines Präparats... Seite 3 Versuchsablauf... Seite 6 Literatur... Seite 6

2 Zwiebelzellen und Osmose Jedes Lebewesen besteht aus winzigen Bestandteilen, die den Ziegelsteinen einer Ziegelmauer entsprechen: das sind die Zellen, sozusagen voneinander getrennten Bausteinen. Sieht man von sehr einfachen Zellen ab, die eine Sonderstellung einnehmen (z.b. Bakterien und Cyanobakterien, die man früher Blaualgen nannte), so haben sie alle einen Zellkern, der sozusagen das Steuerzentrum der Zelle darstellt und die Erbsubstanz DNA enthält. Während man viele wichtige Einzelheiten im Inneren der Zelle nur mit Spezialmethoden sichtbar machen kann ist der große Zellkern selbst im Allgemeinen mit dem normalen Mikroskop gut zu erkennen. Ein leicht zu gewinnendes Beispiel ist der Zellverbund in der Schale einer Zwiebel, das Standardobjekt in der Botanik. Hier zuerst ein Überblick für die Materialien, die wir zur Präparation und Betrachtung benötigen: Küchenzwiebel, Wasser, Methylenblaulösung, spitze Pinzette, Küchenmesser, Tropfpipette, Skalpell, Objektträger, Deckglas, 2 Präpariernadeln, Filterpapier, Mikroskop mit min. 400-facher Vergrößerung. Tipp: Wir beginnen immer mit der kleinsten Vergrößerung zu Mikroskopieren in dem wir das Präparat auf den Lichtaustritt des Mikroskoptisches legen, mit den Präparateklemmen oder dem Kreuztisch( Objektführer ) fixieren, nun stellt man mit dem Grobtrieb die Schärfe ein, falls vorhanden mit dem Feintrieb noch nachstellen. Dann wählen wir die nächste Vergrößerung und stellen das Bild wieder scharf ein!

3 Herstellung des Präparats: Wir entfernen zunächst die äußersten, braunen Teile (Schalen). Wenn das helle Zwiebelfleisch erreicht ist, schneiden wir die Zwiebel mit dem Küchenmesser in vier Teile und wir sehen, dass die Zwiebel aus vielen Schuppen aufgebaut ist. Wir benötigen eine Schuppe für unsere mikroskopische Untersuchung. Wir lösen das Häutchen der Schuppe möglichst an der flachen Stelle - damit es sich nicht einrollt - vorsichtig ab. Bei dem Häutchen handelt sich um eine Lage gleicher Zellen. Wir nehmen einen Objektträger der handelsüblichen Größe (76x26 mm) und geben mit einer Pipette ein kleinen Tropfen Wasser auf den Objektträger, dieser sollte etwa gleich groß sein wie das Zwiebelhäutchen, welches wir mit der Pinzette in des Wassertropfen geben. Danach legen wir das Deckglas vorsichtig auf den Wassertropfen. Wenn wir es Anfärben wollen, setzen wir einen Tropfen Methylenblaulösung an den Deckglasrand des Präparats und saugen mit Hilfe von einem kleinen Stück Saugpapier oder Filterpapier die Färbelösung auf der gegenüberliegenden Seite des Deckglasrandes hindurch.

4 Durch die Kapillarwirkung bekommen wir so gefärbtes Präparat. Jetzt sehen wir unter dem Mikroskop die einzelnen Zellen, die in einem regelmäßigen Muster angeordnet sind und sehen die Zellwand, den Zellkern und das Zellplasma. Die Vakuole (der große, leere Bereich) ist mit Flüssigkeit gefüllt. Falls in der Biologiesammlung ein Videomikroskop oder eine USB-Kamera existiert, kann man Präparate allen Schülern gleichzeitig über Laptop oder Beamer zeigen! Will man solche Präparate länger aufheben, so kann man es in Glycerin einlegen, das langsamer verdunstet als Wasser. Aber auch so etwas hält nicht sehr lange. Für ein Dauerpräparat muss alles fixiert werden. Dabei werden die Eiweißbausteine denaturiert. Es kommt zwischen Objektträger und Deckglas etwas Haltbares, z.b. Glyceringelantine. Diese wird vorsichtig erwärmt bis sie flüssig ist, denn Luftblasen im Dauerpräparat sehen unschön aus. Extrem lange Haltbarkeit erzielt man bei entwässerten Präparaten die Einbettung mit einem Harz statt des Wassers oder Glycerins, z. B. Kanadabalsam. Hinweis: Wenn man rote Küchenzwiebeln zum Mikroskopieren nimmt, kann man die Vakuolen ohne Anfärben sichtbar machen, denn der rote Farbstoff färbt den Zellsaft rot. In der Vakuole speichert die Pflanzenzelle Flüssigkeit und Nährstoffe. Sie erhöht den Druck auf die Zellmembran, man spricht vom sogenannten Tugordruck. Die Funktion der semipermeablen (halbdurchlässigen) Membran wird nicht von der Zellwand sondern von Plasmodesmen (Plasmaschläuchen) übernommen. Die Vakuole erhöht den Druck auf diese Membran und ermöglicht so der Zelle von außen Wasser aufzunehmen. Die Zuckerkonzentration wird dabei in der Vakuole erhöht, sodass von außen Wasser in die Zelle fließt. Es herrscht also ein Gefälle von Wasser von außen

5 und der Zellsaftkonzentration von innen. Die Osmose schafft nun einen Konzentrationsausgleich von innen nach außen, es dringt so lange Wasser ein, bis der Ausgleich auf beiden Membranseiten geschaffen ist. Am Rande bemerkt: Baden Sie gern? Aber warum ist beim Baden die Haut schrumpelig und aufgequollen? Ganz einfach: Osmose! Die Salzkonzentration in den Hautzellen ist größer als im Wasser. Das Badewasser dringt in die Hauzellen ein, diese verändern sich! Ein weiteres schönes Beispiel kann man anhand von Kirschen darstellen. Die Haut der Kirsche hat eine semipermeable Membran. Wenn die Kirschen reif sind, haben sie eine hohe Zuckerkonzentration im Inneren der Zelle. Bei einsetzendem Regen platzen die Kirschen. Das Regenwasser gelangt in das Innere der Zelle, denn die Zuckerkonzentration ist im inneren viel höher als außen, die inneren Zuckermoleküle sind relativ groß, die Kirsche saugt sich von außen voll, bis es zur Osmose ( Konzentrationsausgleich ) kommt, die Zellen können sich aber nicht beliebig ausdehnen, die Kirschen fangen an aufzureißen und platzen schließlich. Osmose stellt als die einseitige Diffusion durch eine semipermeable Membran dar. Ein Versuch zur Darstellung des osmotischen Verhaltens von Zellen kann man gut mit dem Osmometer nach Dr. Stoye zur Demonstration osmotischer Vorgänge, wie sie auch im Wasserhaushalt sowie bei der Stoffaufnahme der Pflanzen eine wesentliche Rolle spielen. Wenn Wasser und Zuckerlösung durch eine semi-permeable Membran getrennt werden, können die Wassermoleküle die Membrane passieren, die Zuckermoleküle jedoch nicht. Es kann demonstriert werden, dass der osmotische Druck einer Zuckerlösung direkt von ihrer Konzentration abhängig ist. Bei Verwendung feinster Membranfilter lässt sich mit diesem Gerät zuverlässig zeigen, dass

6 Elektrolyselösungen gemäß ihrem Verfall in zwei bzw. drei Ionen pro Formelmolekül einen zwei- bzw. dreimal so hohen osmotischen Druck aufweisen wie molekulare Lösungen. Das Gerät besteht aus zwei gekrümmten Glaskammern, die über eine Schellenverbindung mit Dichtung zusammengehalten werden. Dazwischen wird die Membran gespannt. Zum Lieferumfang gehören ferner eine Eintauch- sowie Steigkapillare und eine semipermeable Membranfolie die schon im Gerät vormontiert ist: Best. Nr. Schuchardt Lehrmittel Weiterhin werden benötigt: Stativplatte, Stativstab mit Gewinde, Muffe, Universalklemme, konzentrierte Zuckerlösung, Tropfpipette, Spritzflasche mit destilliertem Wasser, Becherglas, Markierungsstift ) Zum Versuch: Das Osmometer wird mit Hilfe des Stativmaterials aufgebaut, das untere Ausgangsrohr zeigt in untergestelltes Becherglas. In die obere Zelle wird konzentrierte Zuckerlösung eingefüllt. Auf das Ende der Zelle wird nun Kapillarrohr aufgesetzt, der Stand im Kapillarrohr mit markiert. Die Glaszellen sind in der Mitte durch die semipermeable Membran getrennt. Im ca min. Zeitabstand misst man den Anstieg der Lösung am Kapillarrohr ab. Die Lösung im Rohr steigt in ca. 45 min um ca. 8 Zentimeter. Die semipermeable Membran ist so aufgebaut, dass Wassermoleküle hindurch kommen, nicht aber die größeren Zuckermoleküle. Die mit Wasser gefüllte Zelle enthält bei gleichem Volumen mehr Wassermoleküle als die andere Zelle, die außer Wassermolekülen noch Zuckermoleküle enthält, also jetzt eine Saugkraft ausübt. Dadurch strömt das Wasser in die Zelle ein, diese Volumenzunahme kann man dann am Kapillarrohr ablesen. Im Osmometer strömt so lange Wasser in die Zelle bis der hydrostatische Druck im Kapillarrohr ein weiteres Ansammeln von Wassermolekülen verhindert. Ist dieser Zustand erreicht, entspricht der hydrostatische Druck dem osmotischen Wert der Lösung.

7 Literatur H. Dietle, Das Mikroskop in der Schule, Kosmos Verlag