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Laborbericht
Biowissenschaften

Universität, Schule

Karl-Franzens-Universität Graz - KFU

Note, Lehrer, Jahr

1, Stabentheiner, 2013

Autor / Copyright
Annika H. ©
Metadaten
Preis 4.80
Format: pdf
Größe: 0.48 Mb
Ohne Kopierschutz
Bewertung
sternsternsternsternstern_0.75
ID# 36841







Versuchsprotokoll

Einführung in die Mikroskopietechniken/ Funktionelle Pflanzenanatomie


Einheit 1: Zelle, Zellorganellen_______

Mikroskopie von:

1.      Abzugspräparat der Epidermiszellen der oberen Epidermis von Allium cepa (Küchenzwiebel, gelbe Sorte, Alliaceae)

2.      Flächenschnitt der Epidermiszellen der unteren Epidermis von Allium cepa (Küchenzwiebel, rote Sorte, Alliaceae)

3.      Blattspreite von Elodea canadensis (Kanadische Wasserpest, Hydrocharitaceae)

4.      Kratzpräparat der Sprossknolle von Solanum tuberosum (Kartoffel, Solanaceae)

5.      Flächenschnitt des Blütenblatts von Viola tricolor (Stiefmütterchen, Violaceae) im Bereich des Saftmals


Einheit 2: Pflanzliches Gewebe_______


Mikroskopie von:


1.      Flächenschnitt der oberen Epidermis von Helleborus niger (Christrose, Ranunculaceae)

2.      Flächenschnitt der unteren Epidermis von Helleborus niger (Christrose, Ranunculaceae)

3.      Flächenschnitt der unteren Epidermis von Zea mays (Mais, Poaceae)

4.      Querschnitt der Epidermis von Clivia nobilis (Clivie, Amaryllidaceae)

5.      Querschnitt des Blattstiels von Pelargonium sp. (Pelargonie, Geraniaceae)

6.      Querschnitt des Blattstiels von Begonia sp. (Begonie, Begoniaceae)

7.      Quetschpräparat des Fruchtfleisches von Pyrus communis (Birne, Rosaceae)


Einheit 3: Pflanze und Wasserhaushalt______

Mikroskopie von:

1.      Querschnitt des Sprosses von Zea mays (Mais, Poaceae)

2.      Querschnitt des Sprosses von Ranuculus repens (Kriechender Hahnenfuß, Ranunculaceae)


Versuche zum Wasserhaushalt der Pflanze


Einleitung

Eine Biomembran ist eine Trennschicht zwischen einer lebenden Zelle und dem Zellaußenraum bzw. den Bereichen innerhalb der Zelle. Hauptbestandteile sind Phospholipide und Proteine. Eine Biomembran reguliert als Lipiddoppelschicht den Transport von Molekülen zwischen zellulären Grenzflächen. Wasser, niedermolekulare Verbindungen und kleine Ionen können ungehindert diffundieren, andere Substanzen werden vom Transport ausgeschlossen – Biomembranen sind semipermeabel, bedingt durch die Eigenschaften der Lipiddoppelschicht.

Sofern keine anderen Kräfte einwirken, diffundiert ein Stoff durch eine Membran immer entlang seines Konzentrationsgefälles (vom Ort höherer Konzentration zum Ort niedrigerer Konzentration), bis die Konzentrationen ausgeglichen sind. Diesen Vorgang nennt man Osmose. Die starre Zellwand der Pflanzenzellen wirkt der Osmose entgegen. Ein Protoplast kann sich nicht unbegrenzt ausdehnen, die Zellwand übt ihrerseits einen Druck auf den Protoplasten aus und erzeugt damit den Turgordruck. Das Wasserpotenzial beschreibt die Gesamtheit von Solutkonzentration (osmotisches Potenzial) und Turgordruck und bestimmt somit die Richtung des Wasserflusses.


1. Plasmolyse qualitativ (Plasmolyseformen)

Gibt man eine Pflanzenzelle in eine hypertone Lösung, so strömt Wasser aus ihrer Vakuole und sie erschlafft. Infolge dessen löst sich die Plasmalemma von der weitgehend starren Zellwand. Dieser Vorgang wird als Plasmolyse bezeichnet. Setzt man die Zelle dann einem hypotonen Medium aus, nimmt sie Wasser auf und wird wieder turgeszent – Deplasmolyse.

Dieses Experiment soll die plasmolytische Wirkung bestimmter Lösungen auf die Pflanzenzelle zeigen und damit Aufschluss über die Viskositä.....[Volltext lesen]

Download Protokoll Mikro­sko­pie­tech­niken / Funk­tio­nelle Pflan­zen­ana­to­mie: Versuche zum Wasser­haus­halt der Pflanze und zur Atmung und Gärung
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Der Flüssigkeitsspiegel im Steigrohr würde so lange ansteigen, bis der Druck der Flüssigkeit im Rohr das osmotische Potenzial des reinen Leitungswassers kompensiert und somit die Diffusion der Wassermoleküle von beiden Richtungen im Gleichgewicht stünde.

Anmerkung: In der ersten halben Stunde konnten wir keinen Anstieg des Flüssigkeitsspiegels feststellen. Oben genannte Beobachtung trat erst ein, als wir die Glocke tiefer ins Leitungswasser senkten.



3. Bestimmung des aktuellen Wasserpotenzials (Kompensationsmethode)

Dieses Experiment soll der Bestimmung des aktuellen Wasserpotenzials von Kartoffelzellen durch qualitative Analyse durch Vergleich mit verschieden konzentrierten Saccharose-Lösungen dienen.


Material: Sprossknolle von Solanum tuberosum (Kartoffel, Solanaceae); Saccharose-Lösungen folgender Konzentrationen: 0,7 M; 0,6 M; 0,5 M; 0,4 M; 0,3 M; 0,2 M; reines Wasser.


Methode: Die Kartoffel wurde in sieben gleich große Stäbchen geschnitten und abgetrocknet. Danach wurden die Stücke genau gemessen, abgewogen und Ausgangslänge sowie –gewicht notiert. Dann wurden die Kartoffelstücke in Eprouvetten mit den verschieden konzentrierten Saccharose-Lösungen bzw. reinem Wasser überführt und für drei Stunden stehen gelassen.

Zum Schluss wurden die Stäbchen aus den Lösungen herausgenommen und deren Maße und Gewicht erneut gemessen.


Ergebnisse und Diskussion:


Lösung

Ausgangsgewicht [g]

Gewicht nach 3 Stunden [g]

0,7 M

5,62

5,18

0,6 M

5,53

5,18

0,5 M

5,1

4,88

0,4 M

5,01

5,03

0,3 M

5,76

6

0,2 M

5,57

5,95

reines Wasser

5,59

6,39

Das aktuelle Wasserpotenzial der Kartoffelstücke entspricht ungefähr dem der 0,4 M Saccharose-Lösung. Es kann keine Größen- bzw. Gewichtsdifferenz der Stückchen in der 0,4 M Saccharoselösung gemessen werden, d. h. es findet weder Wassereinstrom noch –ausstrom statt, diese Lösung ist isoton. In den niedriger konzentrierten Lösungen wird eine Gewichtszunahme der Kartoffelstücke beobachtet, Wasser strömt ein.

Umgekehrt verlieren die Stücke in den höher konzentrierten Lösungen deutlich an Gewicht.


4. Zerstörung der Semipermeabilität von Zellmembranen

Dieser Versuch soll die Wirkung einiger Reagenzien auf die Semipermeabilität von Zellmembranen zeigen.


Material:Beta vulgaris (Rote Rübe, Chenopodiaceae); je 10 ml folgender Lösungen: Leitungswasser, Ethanol (70%), verdünnte Spülmittellösung, konzentrierte Kochsalzlösung, Formalin (4%), kochend heißes Wasser.


Methode: Die Rote Rübe wurde in Stückchen von etwa 5 mm Kantenlänge zerschnitten und so lange unter fließendem Wasser abgspült, bis kein Farbstoff mehr ausgetreten ist, um das Ergebnis durch die an den Schnittstellen verletzten Zellsaftvakuolen nicht zu verfälschen. Je zwei bis drei Stücke wurden in Reagenzgläser mit den unterschiedlichen Lösungen gegeben und für einige Zeit beobachtet.


E.....

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Im Ansatz 3 befand sich die Wurzelhaarzone in dem überschichtenen Paraffinöl, nur die Wurzelspitze lag im Wasser. Nach einer Stunde wurde das Aussehen bzw. der Welkegrad der Keimlinge protokolliert.


Ergebnisse und Diskussion: Die Keimlinge im Ansatz 3 waren im Gegensatz zu den Keimlingen im Ansatz 2 verwelkt. Demnach geschieht die Wasseraufnahme hauptsächlich über die Wurzelhaarzone. Die durch die hydrophobe Wirkung des Paraffinöls induzierte Verhinderung der Wasseraufnahme führt zu einer negativen Wasserbilanz der Keimlinge im Ansatz 3.


2. Transpiration von Zweigen

Unter Transpiration versteht man die Abgabe von Wasserdampf über die Blattoberfläche. Man unterscheidet zwischen der stomatären und der cuticulären Transpiration, wobei letztere nur von geringer Bedeutung und im Gegensatz zur stomatären Transpiration nicht regelbar ist. Die stomatäre Transpiration geschieht über speziell regulierbare Poren in der Epidermis, den Spaltöffnungen (Stomata).

Der Mechanismus der Öffnung/Schließung der Stomata wird durch die spezielle Zellstruktur der Schließzellen ermöglicht und vom Turgordruck reguliert. Das Ausmaß der Wasserabgabe ist abhängig vom jeweiligen Standort und der verfügbaren Wassermenge im Boden und wird von einer Reihe von Umweltfaktoren beeinflusst, wie z.B. von der Luftfeuchtigkeit, Windgeschwindigkeit, Lichintensität und Temperatur.

In diesem Versuch möchten wir  einige Umwelteinflüsse auf die Transpiration von Zweigen untersuchen.


Material: Einige etwa gleich große Zweige von Taxus baccata (Eibe, Taxaceae).


Methode: Die Taxuszweige wurden, um eine Aufnahme von Luft zu vermeiden, unter Wasser abgeschnitten, in einen Gummischlauch eingeführt und die Verbindungsstelle mit Fett und Kabelbinder abgedichtet. Am Schlauch wurde ein Steigrohr aus Glas befestigt und anschließend luftblasenfrei mit Wasser befüllt. Danach wurde dieser Aufbau mithilfe eines Stativs in einen mit Wasser befüllten Messzylinder getaucht und dabei wieder besonders auf den Ausschluss von Luftblasen geachtet.

Zum Schluss wurde die Wasseroberfläche im Messzylinder mit Paraffinöl abgedichtet, um eine Vedunstung des Wassers zu verhindern. Die Transpiration bei Zimmertemperatur wurde durch Ablesen am Messzylinder festgestellt und die Werte viertelstündlich notiert. Nach ca. einer Stunde wurden die Zweige mit nassem Laborpapier umhüllt um eine hohe Luftfeuchtigkeit bereitzustellen und die Transpir.....

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Die Leitbündel sind für den Ferntransport von Wasser und den darin gelösten Mineralstoffen sowie für den Transport von Nährstoffen und Assimilaten innerhalb der Pflanzenorgane zuständig. Leitbündel bestehen aus dem Phloem (Bastteil) für den Transport der Assimilate und dem Xylem (Holzteil), welches für den Wassertransport verantwortlich ist.

Die Zellen des Xylems sind abgestorben und bilden durch Durchbruch ihrer Endplatten lange Mikroröhren. Der Transport selbst wird einerseits vom Transpirationssog, andererseits vom Wurzeldruck angetrieben. Dabei ist die Kapillarwirkung die primäre Kraft, welche das Wasser durch Adhäsion zwischen dem Wasser und der Oberfläche der Xylemgefäße nach oben in die Pflanze bewegt.

Mithilfe dieses Versuchs kann die Wasserwanderung durch die leitenden Gefäße der Pflanze beobachtet werden.


Material: Keimlinge von Phaeseolus spec. (Bohne, Fabaceae); Lamium album (Weiße Taubnessel, Lamiaceae); Farblösungen: Pyranin (1%) und Eosin (0,2%).


Methode: Die Pflanzen wurden jeweils kurz oberhalb der Wurzel unter Wasser abgschnitten, die Bohnenkeimlinge in ein Reagenzglas mit der Pyranin-Lösung und die Weiße Taubnessel in ein solches mit Eosin-Lösung gestellt.


Ergebnisse und Diskussion: Der Transport der Pyranin-Lösung durch die Leitbündel der Bohnenkeimlinge kann unter UV-Licht verfolgt werden. Die Wanderung der roten Eosin-Lösung ist in den weißen Blütenblättern der Weißen Taubnessel als rosarote Melierung der Blätter mit bloßem Auge deutlich sichtbar.


4. Messung der Wasserbilanz

Pflanzen geben durch Transpiration große Mengen an Wasser an die Atmosphäre ab und müssen eine entsprechend große Wassermenge über den Boden wieder aufnehmen, um nicht zu verwelken. Am Tag überwiegt durch Sonneneinstrahlung und Hitzeeinwirkung meist die Wasserabgabe, in der Nacht die Wasseraufnahme. Die Wasserbilanz beschreibt das Verhältnis zwischen Wasseraufnahme und Wasserabgabe.

In diesem Experiment soll die Wasserbilanz einiger Pflanzenarten, innerhalb eines Zeitraums von zwei bis drei Stunden b.....

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Pflanzen sind autotrophe Organismen, sie stellen ihre Nährstoffe in Form von energiereichen organischen Verbindungen selbst her. Mithilfe der Photosynthese, welche in den Chloroplasten stattfindet, wird Lichenergie in chemische Energie umgewandelt. Diese wird zum Aufbau energiereicher Kohlenhydrate (C6H12O6) aus den energieärmeren Verbindungen Kohlendioxid (CO2) und Wasser (H2O) genutzt,  dabei entsteht Sauerstoff (O2).

Es  handelt sich um einen Redoxprozess, Wasser wird oxidiert und Kohlendioxid reduziert. Die Photosynthese ist in zwei Stadien unterteilt, in die Licht-Reaktion und die Dunkel-Reaktion (Calvin-Zyklus). Die Lichtreaktion läuft in den Thylakoiden der Chloroplasten ab und wandelt Sonnenenergie in chemische Energie in Form von Adenosintriphosphat (ATP) und Nicotinamidadenindinucleotidphosphat (NADPH) um.

Dabei wird Wasser oxidiert und Sauerstoff freigesetzt. Der Calvin-Zyklus findet im Stroma der Chloroplasten statt und verbraucht ATP als Energielieferant und NADPH als Reduktionsmittel, um Kohlendioxid in Kohlenhydrate umzuwandeln.


1. Herstellung einer Rohchlorophyll-Lösung

Chlorophyll ist der photosynthetisch wichtigste Farbstoff und ist für die grüne Farbe der Pflanze verantwortlich. Photosynthesepigmente dienen der Lichtabsorption und der Weiterleitung der absorbierten Energie innerhalb der Lichtreaktion. Die herzustellende Rohchlorophyll-Lösung wird für die Durchführung nachfolgender Experimente benötigt.


Material:Pelargonium sp. (Pelargonie, Geraniaceae).


Methode: Einige Blätter der Pelargonie wurden in einer Porzellanschale zusammen mit Quarzsand und etwas Aceton zerrieben. Zur Neutralisation pflanzlicher Säuren wurde eine Spitze CaCO3 zugefügt. Danach wurde der Extrakt dekantiert und feste Bestandteile mit Filterpapier abfiltriert. Die Lösung wurde so lange mit Aceton verdünnt, bis sie durchscheinend grün erschien.

Die so gewonnene Rohchlorophyll-Lösung wurde bis zur Durchführung nachfolgender Experimente kühl und dunkel aufbewahrt.


2. Chlorophyllfluoreszenz

Wenn ein Farbstoffmolekül ein Photon absorbiert, geht es in einen angeregten Zustand über, d. h. eines der Elektronen wird in ein Orbital höherer Energie überführt. Dieser angeregte Zustand ist jedoch instabil und das Elektron fällt rasch in seinen Grundzustand zurück. Die Energiedifferenz wird als Fluoreszenzlicht und Wärme abgegeben. Dabei ist das emittierte Licht energieärmer als das zuvor absorbierte.


Material: Rohchlorophyll-Lösung aus Blättern von Pelar.....

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Material: Rohchlorophyll-Lösung aus Blättern von Pelargonium sp.; 9 Teile Toluol und 1 Teil Ethanol (96%) als Laufmittel; Kieselgel-60-Chromatographiefolien.


Methode:  Die Chromatographiekammer wurde 0,5 cm hoch mit dem Laufmittel befüllt. Auf die Chromatographiefolie wurde mit Bleistift die Start- und Endlinie eingezeichnet. Danach wurde die Rohchlorophyll-Lösung an drei Punkten jeweils mehrmals punktförmig mit einer Mikropipette aufgetragen. Der Chromatographiestreifen wurde senkrecht in der Kammer platziert und ruhig stehen gelassen.

Der Streifen wurde aus der Kammer genommen, sobald die Laufmittelfront die Endlinie erreicht hatte. Die Substanzflecken der einzelnen Pigmente der Chlorophyll-Lösung wurden mit Bleistift markiert und deren Rf-Werte berechnet.


Ergebnisse und Diskussion:


Blattpigment

Laufstrecke [cm]

Rf-Wert

Farbe

Carotin

7,2

0,87

Orange

Chlorophyll a

4,8

0,58

Blaugrün

Chlorophyll b

3,3

0,4

Gelbgrün

Xanthophyll 1

1,7

0,21

Gelb

Xanthophyll 2

1,1

0,13

Gelb

Xanthophyll 3

0,7

0,08

Gelb

Die Blattpigmente werden aufgrund ihrer unterschiedlichen Polaritäten und der dadurch unterschiedlichen Affinität zum polaren Trägermaterial (Kieselgel) aufgetrennt. Die Xanthophylle (Lutein, Violaxanthin und Neoxanthin) besitzen durch ihre vielen Hydroxygruppen eine hohe Polarität und werden dadurch von den SiOH-Gruppen des Kieselgels stärker absorbiert bzw. festgehalten.

Carotin ist unpolar und besitzt gar keine Hydroxygruppen und wandert daher mit fast gleicher Geschwindigkeit wie das Laufmittel selbst.


4. Modellversuch: Umwandlung von Lichtenergie in chemische Energie

Die Photosynthese ist ein Redoxprozess, bei dem Lichtenergie in chemische Energie umgewandelt wird. Ein Modellbeispiel hierfür ist die Redoxreaktion von Thionin-Leuko-Thionon. Thionin ist ein organischer Farbstoff, welcher in der reduzierten Form farblos und in der oxidierten Form farbig ist. Eisen-II-Ionen wirken als Reduktionsmittel und reduzieren das Thionin zum Leuko-Thionin. Es stellt sich folgendes Gleichgewicht ein:


Im Licht:         Thionin (oxid.) + Fe2+  ßè  Leuko-Thionin (red.) + Fe3+              blau

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