Botanik: Schülerprojekt zur Erstellung von Dauerpräparaten botanischer Schnitte

[Fahrenheit]

Edit 10.05.2011:

Liebes Forum,

leider sind in diesem Beitrag wohl aufgrund von Datenverlusten des Bilderhosters die Bilder verschwunden.
Wegen der vielen Aufnahmen ist die Rekonstruktion des Beitrags sehr aufwändig, von daher bitte ich alle Interessenten,
sich den inhaltsgleichen Artikel auf der Webseite des MKB anzusehen:
Mikroskopieprojekt am Gymnasium Nonnenwerth

Herzlichen Dank!
Jörg

Liebes Forum,

in der letzten Woche hatte ich Gelegenheit, mit 13 Schülern aus einem Bio Leistungskurs der Jahrgangsstufe 11 und zwei Lehrerinnen ein viertägiges Projekt zur Erstellung von Dauerpräparaten botanischer Schnitte durchzuführen.

Das Ganze war eingebettet in die Afrika-Projektwoche des Privaten Gymnasiums der Franziskanerinnen von Nonnenwerth im Rhein. Daher sollte auch dieses Projekt einen Bezug zu Afrika haben.

Die Wahl viel somit auf die Kapland-Pelargonie (Pelargonium sidoides) - liebe Mila, danke für den Tipp!

Bild 1: Pelargonium sidoides, die ganze zweijährige Pflanze von Erde befreit. Man sieht deutlich die verdickten Speicherwurzeln.


Bild 2: Makroaufnahme der kleinen, aber sehr schönen Blüten


Wie könnte es anders sein: die Kapland-Pelargonie ist eine Heilpflanze, aus deren Wurzeln ein alkoholischer Auszug gewonnen wird, der gegen Erkrankungen der Atemwege eingesetzt wird (Handelsnamen Umckaloabo® der Firma Spitzner, sowie als Kaloba® von der Firma Schwabe).
Nebenthemen des Projektes waren die Erstellung eben dieses Wurzelauszuges sowie einige Betrachtungen zu dem Patentstreit zwischen der Südafrikanischen Alice Community und Schwabe, der im Januar diesen Jahres mit dem vollständigen Widerruf des Schwabe-Patents durch das europäische Patentamt endete.
Zu dem apothekenpflichtigen Arzneimittel, seiner Herstellung und dem Patentstreit gibt es bei Wikipedia eine gute Zusammenfassung. Für die Unterstützung bei der Anpassung des Rezeptes auch hier noch einmal vielen Dank an Mila!

Hauptthema war jedoch die Präparateerstellung vom Freihandschnitt vorfixierten Materials über die Färbungen (Wacker W3A und Etzold Grün nach Brügmann) bis zum Einschluss in Eukitt sowie die anschließende Dokumentation über Zeichnung und Photografie. Natürlich durfte auch eine Darstellung der Anatomie der Versuchspflanze nicht fehlen.

Die Schule als Gastgeberin stellte viele der zur Präparation notwendigen Materialien und Reagenzien zur Verfügung. Einiges, was nicht vorhanden war, sowie die Farblösungen und einseitige Rasierklingen habe ich selbst mitgebracht und auch die Schüler haben sich mit einem kleinen Beitrag an den Kosten des Projektes beteiligt.
Über die Lehrerin Frau Dr. Ritzerfeld-Verhaert hatten wir unkomplizierten Zugriff auf die sehr gute Ausstattung des Bioübungsraumes (Oympus Mikroskope, darunter fünf neue CX21, in bestem Zustand sowie einen fest installierten Beamer für die Präsentation des theoretischen Teils des Projektes).

Ein Wort zur Nutzung von Eukitt zum Eindecken der Schnitte: der Vorteil ist hier die sehr kurze Aushärtungszeit dieses Harzes, die es ermöglichte, die Präparate bei der Dokumentation und den anatomischen Betrachtungen am Folgetag sowie am Präsentationstag darauf  problemlos zu nutzen. Dies wäre bei der Verwendung z.B. von Euparal trotz eines vorhandenen Trockenofens nicht möglich gewesen.
Erkauft wurde der Vorteil durch den Einsatz von Xylol als Intermedium, der trotz der Xn-Kennzeichnung möglich war. Die Belastung im gut belüfteten Übungssaal hielt sich allerdings trotz der hohen Temperaturen in Grenzen.  

Am ersten Tag ging es nach der Vorstellung der Kapland-Pelargonie (es standen uns 5 Exemplare zur Verfügung, die Pflanze kann bei Versandhändlern bestellt werden) und einer kurzen theoretischen Einführung zur Probenentnahme und Fixierung an die Freihandschnitte.

Als Umschließungsmittel kamen Holundermark und Möhren zum Einsatz, geschnitten wurde mit den einseitig geschützten Industrieklingen von GEM Scientific.
Obwohl sich die Ergebnisse der Schülerinnen und Schüler nach einigen Trockenübungen an Möhre und Mark wirklich sehen lassen konnten,
haben wir zur Absicherung der Ergebnisse noch Schnitte mit dem Zylindermikrotom erstellt. Einige der Handschnitte standen diesen 50µm-Schnitten jedoch in nichts nach.
Geschnitten haben wir Wurzel, Spross, Blattstiel und Blatt (mit leider nur mäßigem Erfolg) sowie den Blütenstängel.

Bild 3: Ein Freihandschnitt entsteht


Am zweiten Tag dann, wieder nach einer kurzen theoretischen Einleitung, die Färbungen! Gefärbt wurde W3A und Etzold Grün im Uhrglas.
Die Schnitte blieben bei dieser von Eckard entwickelten Methode im Glas, während die Reagenzien mit der Pipette gewechselt wurden.
Wichtig ist hier, beim späteren Entwässern eigene Pipetten für Isopropanol und Xylol zu verwenden, sowie einen eigenen trockenen Pinsel zur Übertragung der Schnitte auf die Objektträger.  

Bild 4: Färben, die erste Stufe der W3A-Färbung mit Acridinrot dauert am längsten.


Bild 5: Qualitätskontrolle unter dem Mikroskop vor der letzten Stufe mit Astrablau (und dem berühmten Tropfen Acriflavin)


Bild 6: Die Färbezeiten müssen eingehalten werden!


Bild 7: Zu einer guten Etzold-Färbung gehört ein einmaliges Erhitzen bis kurz vor den Siedepunkt


Beim Färben und Eindecken leisteten Arbeitsblätter mit dem schrittweise dargestellten Färbeablauf sowie einer Objektträgerschablone gute Dienste, da der nächste Arbeitsgang immer direkt vor Augen war. Hier geht mein Dank an Rolf-Dieter, der diese Darstellungsform für seine Bonner Färbe-Workshops entwickelt hat.

Bild 8: Ein Teil der Ausbeute am Anfang des dritten Tages:


Auch am dritten Tag gab es zunächst wieder ein wenig Theorie zu den einzelnen Pflanzengeweben. Bei der Gelegenheit hat es mich ebenfalls erwischt:

Bild 9: Beim Erklären ...
 

Nun aber zu den Schnitten:

Bild 10: Wurzel in WackerW3A Färbung, ein eigener Schnitt, Vergrößerung 50x, Stapel aus 8 Bildern


Bild 11: Wieder die Wurzel, ein Schülerpräparat in Etzold Grün, Vergrößerung 100x, Stapel aus 10 Bildern

Links oben eine besonders große verholzte Zelle.

Bild 12: Der Zentralzylinder im polarisierten Licht, Vergrößerung 200x, Stapel aus 6 Bildern

Hier sind gut die vielen Amyloplasten in den Speicherzellen zu erkennen.

Bild 13: Nun zum Spross, ein Freihandschnitt der Schüler, Vergrößerung 100x, Stapel aus 10 Bildern


Hier wie auch bei den Bildern der Wurzel fallen die vielen Zellen auf, deren Inneres noch dunkelrot bis schwarz gefärbtes Plasma enthält.
Die Kapland-Pelargonie ist sehr gerbstoffhaltig und vermutlich sind diese Tannine für die Anfärbung verantwortlich.

Daher hatte ich neben dem Projekt auch einmal Schnitte mit Klorix gebleicht. Ein Wettlauf zwischen Bleichung und Zerfall.

Bild 14: Spross mit Klorix für ca. 10 Minuten gebleicht, Vergrößerung 100x, Stapel aus 7 Bildern


Bild 15: Ein besonders schöner Ausschnitt des Spross-Xylems, ebenfalls gebleicht, Vergrößerung 200x, Stapel aus 4 Bildern


Bild 16: Schülerpräparate vom Blattstiel, Wacker W3A, Vergrößerung 100x, Stapel aus 15 Bildern

Der Weißabgleich des zunächst hier geposteten Bildes war mir mißraten - dank Bernhards Hilfe hier nun die korrigierte Version..

Bild 17: Ein ähnlicher Ausschnitt gebleicht, Vergrößerung 100x, Stapel aus 5 Bildern


Bild 18: Ein Schülerpräparat (Freihandschnitt!) vom zentralen Leitbündel eines Blattstiels, Etzold Grün, Vergrößerung 200x, Stapel aus 8 Bildern

Auffällig ist die ungewöhnliche Anordnung der drei Xylem-Stränge. Im Blattstiel scheint alles möglich zu sein.  

Insgesamt wurden von den Schülerinnen und Schülern sowie ihren Lehrern gut 50 sehr gute Präparate der unterschiedlichen Gewebe in den beiden Färbungen erstellt, die nun auch im regulären Unterricht eingesetzt werden sollen.
Die Begeisterung aller beim ersten Blick durch das Mikroskop auf das selbst gefertigte Präparat war auf jeden Fall sehr deutlich zu hören.

Da einige Präparate beim Trocknen wegen des relativ hohen Schwunds des Eukitts Blasen gezogen hatten, konnten auch gleich die Techniken  zur Rettung bei solchen Unfällen erprobt werden. Nach Lösen des Deckglases mit Xylol wurde einfach mit etwas mehr Harz neu eingedeckt.  

Neben den Präparaten wurde aber auch am Wurzelextrakt gearbeitet. Dazu wurden die Wurzel gereinigt, in kleine Stücke geschnitten und für 2 Tage auf Ethanol 70% stehen gelassen. Anschließend wurde abgegossen und die Wurzelstücke mit einer Behelfspresse aus einer Schraube und zwei Unterlegscheiben ausgepresst.
Der Auszug und die ausgepresste Flüssigkeit wurden vermischt und konnten weitere 24 Stunden ziehen. Zum Schluss wurde gefiltert, mit destilliertem Wasser auf ca. 12% Ethanolgehalt verdünnt und abgefüllt.

Leider war eine allgemeine 'Verkostung' nicht möglich, da Glasgeräte sowie Ethanol aus der Bio-Sammlung der Schule genutzt wurden, bei denen eine wie auch immer geartete Kontamination nicht ausgeschlossen werden konnte. Die gesetzlichen Regelungen sind da sehr streng. Beim nächsten Mal also mit neuen eigenen Gläsern und einer frischen Flasche Ethanol aus der Apotheke.
Probiert habe ich natürlich: der Geschmack war nicht ganz so metallisch-astringierend wie beim Original - aber doch sehr ähnlich.

Hier noch ein paar Bilder von der Zubereitung unseres Auszugs:

Bild 19: Erst mal waschen ...


Bild 20: Die Wurzelstücke werden gut ausgepresst ...


Der Vormittag des letzten Tages wurde zur Vorbereitung der Präsentation an 4 Stationen genutzt:
- Von der Probe zum Präparat (Darstellung der Arbeitsschritte von der Pflanze zum fertigen Dauerpräparat)
- Anatomie (Was sehen wir da?)
- Das selbst erstellte Medikament (Aufbereitung der Wurzeln, das Ergebnis leider nur zum Anschauen und vergleichenden Riechen)
- Der Patentkrimi rund um das Kaloba
Hier haben sich alle noch einmal mächtig ins Zeug gelegt, um am Nachmittag auf dem Schulfest die eigene Arbeit gut präsentieren zu können.

Von den Vorbereitungen und unserer kleinen Ausstellung hier auch noch ein paar Bilder:

Bild 21: Ein Stationsschild entsteht


Bild 22: Der Arbeitsablauf wird dokumentiert - kommt der Titel nach unten oder nach oben?


Bild 23: Eines der zwei Anatomie-Plakate


Bild 24: Die Wand zu den Themen Patente und Pharmazie


Bild 25: Auch unsere jüngsten Gäste waren sehr interessiert.


Für mich war dieses Projekt eine sehr schöne Erfahrung, die mir viel Freude gemacht hat. Dafür danke ich der Schule, den beiden Lehrerinnen und last, but not least den Schülerinnen und Schülern des Bio LK MSS11 am Gymnasium Nonnenwerth ganz herzlich.

Bild 26: Das Projektteam


Herzliche Grüße
Jörg

[Bernhard Lebeda]

Hallo Jörg

sehr lobenswerte Aktion, meinen Respekt vor so viel Initiative!!!


Einziger Kritikpunkt:  das letzte Bild könntest Du etwas genauer beschriften 



Viele beeindruckte Grüsse

Bernhard

[Klaus Herrmann]

Lieber Jörg,

gratuliere zu diesem tollen Projekt! Man spürt die Begeisterung der Schüler und das ist wohl das wichtigste Ergebnis: Begeisterung bei jungen Menschen zu wecken für die intensive Beschäftigung mit einem naturwissemschaftlichen Thema.
Beobachtungsgabe, Sorgfalt, Ausdauer (heute eher selten), bis hin zum Teamgeist sind gefordert und wurden wohl auch gebracht.
Schön, dass Du 4 Tage hattest, da kann man natürlich auch was auf die Beine stellen.

Das Bild 10 sieht fast aus wie eine moderne Kirchenfenster-Rosette. Man sieht auch, dass die Klorix-Säuberung deutlich "aufgeräumtere" Präparate erzielt.

Und wie ist es Dir ergangen? Keiner zählt die Stunden der Vorbereitung? Aber der Erfolg und die Begeisterung der Teilnehmer lassen alles vergessen!


Und wie immer bei Dir eine sehr schöne DOK!

Mögest Du viele Nachahmer aktivieren!

Herzlich Klaus

[Peter V.]

Lieber Jörg,

eine schöne Aktion!!!
Erstaulich: Eine für die heutige Zeit fast schon ungewöhnlich hochwertige Mikroskopausstattung! Immerhin Olympus ( wenn auch Einstiegsklasse ) und sogar binokular! Gibt es dort etwa mikroskopiebegeisterte Lehrer?

Herzliche Grüße
Peter

[Mila]

Lieber Jörg,

auch an dieser Stelle noch einmal Glückwunsch zu diesem außergewöhnlichen und überaus erfolgreichen Projekt.

Und was Klaus da anspricht: die vielen Stunden der Vorbereitung..., ein bisschen habe ich ja davon mitbekommen, mit wieviel Engagement und wie sorgfältig Du das Ganze ausgearbeitet hast.
Deine schöne und ausführliche Dokumentation zeigt Deinen Erfolg, die Begeisterung der Schüler, eben einfach ein tolles feed-back, so wie es sich jeder Dozent wünscht

Vielleicht werden einige Schüler nun die Mikroskopie als Hobby entdecken und, wer weiß, vielleicht ist auch die Neugier auf die Pharmazie enstanden...

Herzliche Grüße
Mila

[Werner Jülich]

Das Gymnasium Nonnenwerth hat schon immer ordentliche Mikroskope von Olympus gehabt und die von Jörg beschriebenen wurden 2008 nachgekauft. Dann verteilen sich die Anschaffungskosten über mehrere Jahre.
Werner Jülich

[Rawfoto]

Lieber Jörg

Finde ich echt spitze :-)

Ist es möglich die Färbeanleitungen für die Schüler auch im Forum zu zeigen ...

:-)

Gerhard

[Fahrenheit]

Liebe Freunde,

vielen Dank für Euer Lob und die Glückwünsche!  

Lieber Bernhard,
die fehlende Beschriftung habe ich ergänzt und auch das von Dir nachträglich "geweißte" Bild 16 eingebunden.
Auch hier noch mal Danke für Deine Hinweise zum nachträglichen Weißabgleich.

Lieber Klaus,
für den sakralen Eindruck einiger der Präparate zeichnen die enthaltenen Gerbstoffe verantwortlich, die besonders im Wurzelgewebe zu den kräftig rot gefüllten Zellen geführt haben. Diese Schnitte haben auch den Kursteilnehmern besonders gut gefallen.

Und nein, die Stunden der Vorbereitung habe ich nicht gezählt - dazu haben sie mir zu viel Vergnügen bereitet.  

Nachahmer: nun, zunächst bin ich ja mal der Nachahmer Eurer umfangreichen Aktivitäten im Tübinger Kreis. Deine Dokumentationen waren mir da schon ein Ansporn.

Lieber Peter, lieber Herr Jülich,
ja, die Nonnenwerther haben wohl schon immer Wert auf eine ordentliche Ausrüstung gelegt und es wird auch im regulären Unterricht ausgiebig mikroskopiert. So wird z.B. regelmäßig Frischmaterial geschnitten (Freihand mit der halben Rasierklinge) und analysiert.
Bei der Anschaffung ist man meines Erachtens den richtigen Weg gegangen: wenige, aber hochwertige Geräte. Das führt natürlich zu einer uneinheitlichen Ausstattung, aber auch die alten monokularen Olympus-Mikroskope (Plan-Optik!) sind sehr gut in Schuss, Optik und Mechanik sind einwandfrei, die sind wohl aus den Achtzigern und halten sicher noch mal 30 Jahre. Wenn man sich seinerzeit für einen der "Top Seller" aus dem Lehrmittelhandel entschieden hätte, hätte der Kreis der Freunde und Förderer sicher schon das eine oder andere Mal nachlegen müssen.  
Die Ausstattung war auch schon früher sehr gut. In einem Schrank, in dem wir unseren Wurzelaufguss dunkel gelagert hatten, befanden sich etliche Holzkisten - in eine habe ich reingeschaut: ein sehr schönes altes Leitz Hufeisenstativ mit Messingtubus, an dem Dr. Mappes sicher seine Freude hätte.

Liebe Mila,
ja, ich habe jede Menge Künstlerbrot erhalten - der schönste Lohn.
Aber nicht nur das, am letzten Projekttag haben mich die Teilnehmer auch mit leckeren Präsenten überrascht.

Da ich ein wenig Werbung für den Bonner Kreis und das Forum gemacht habe: falls jemand mitliest auch hier nochmal meinen herzlichen Dank!

Es würde mich natürlich sehr freuen, wenn der eine oder andere durch das Projekt das Hobby Mikroskopie für sich entdeckt hätte und uns im Juli beim Tümpeln Gesellschaft leisten würde.

Lieber Gerhard,
ich habe noch keine Möglichkeit gefunden, pdf-Files hier einzustellen, ausser den Admin zu bitten, die Files zu hosten. Und selbst habe ich keinen Webspace, auf den ich verlinken könnte. Wenn Du mir per pn Deine E-Mail schickst, sende ich Dir die Anleitungen aber gerne zu.

Vielleicht auch noch interessant: die Schule plant nun die Anschaffung einer kleinen Anzahl Handzylindermikrotome mit den zugehörigen Klingenhaltern. Die Präparate sollen mit Etzold Grün nach Brügmann gefärbt werden, da hier eine sehr schön differenzierte Färbung in einem Färbegang möglich ist, was sich im Rahmen einer Unterichts-Doppelstunde bewerkstelligen lässt.

Allen herzliche Grüße
Jörg

Edit: Nachtrag des letzten Absatzes.

[Ronald Schulte]

Jörg,

Ein sehr schönen Beitrag.

Grüße Ronald

[Michael W.]

Lieber Jörg,


eine wirklich tolle Leistung von dir! Wer wäre da nicht gerne dein Schüler gewesen? 
Die intensive Vorbereitung auf dieses Schülerprojekt hat sich wirklich gelohnt, die Schüler hatten sichtlich Freude daran und haben auch noch was gelernt. So soll es sein!

Toll finde ich auch, dass an dieser Schule das Thema Mikroskopie nicht stiefmütterlich behandelt wird und man gute Optik angeschafft hat.

Viele Grüße
Michael

[Frank Fox]

Hallo lieber Jörg,

das ist eine sehr schöne Dokumentation und ein tolles Projekt.
Gratulation  

Herzliche Grüße
Frank

[Werner Jülich]

Hallo Jörg,
die Mikroskope waren 2008 noch zum Service, es ist die klassische Situation, wenn die Schule den Schülern gepflegtes Material hinstellt, hat man weniger Vandalismus und mehr Interesse.
Nonnenwerth ist aber auch etwas Besonderes, eine Schule auf einer Rheininsel, nur mit der hauseigenen Fähre zu erreichen.
Bei der Gelegenheit möchte ich auf die Reiherkolonie im Südteil der Insel hinweisen, mehr als 40 Nester in denen Jungvögel aufgezogen wurden. Der Rhein muß für ausreichend Nahrung sorgen.
Werner Jülich

[Fahrenheit]

Liebe Freunde,

abermals herzlichen Dank für Euer Lob! Wobei dies eigentlich zu einem großen Teil den Schülerinnen und Schülern des Projektteams gebührt, die durch ihre konzentrierte Arbeit trotz Temperaturen um die 30 Grad die guten Ergebnisse erst möglich gemacht haben.

Lieber Michael,
ja, wie schon oben geschrieben, sind die Nonnenwerther ziemlich aktiv und ich bin froh, unsere Tochter auf der Schule zu haben (sie übrigens auch ...  ).  Meine alte Schule war in den Naturwissenschaften auch nicht schlecht aufgestellt, aber die Mikroskopie war das Stiefkind - an einen entsprechenden Unterricht kann ich mich zumindest nicht erinnern.
Ich denke, da ist auch immer das Lehrerkollegium ausschlaggebend. Wenn es Lehrer gibt, die das Thema fördern, ist vieles möglich.

Lieber Herr Jülich,
danke für den Hinweis! Dass es sich um Reiher handelt, habe ich nicht gewusst. Die Spuren der Vögel in den Bäumen habe ich auf dem Weg nach Koblenz schon gesehen und vermutet, dass es sich um Kormorane handelt.
Sie haben Recht, Nonnenwerth hat eine ganz besondere Atmosphäre, was nicht nur durch die traumhaften Lage bedingt ist, sondern nach meinem Empfinden auch durch die Menschen, die dort leben, lehren und lernen. Die Tage dort habe ich sehr genossen und ich freue mich jedes mal, wenn ich zu Schulveranstaltungen auf die Insel kommen kann, die sonst nicht frei zugänglich ist.

Herzliche Grüße
Jörg

[Peter V.]

Lieber Jörg,

Da hat  Deine Tochter aber auch Glück. Das scheint ja im wahrsten Sinne eine Insel der pädagogischen Glückseligkeit zu sein, die sich deutlich von der Realität der heutigen deutschen staatlichen Bildungslandschaft abhebt. Ich kann mir gut vorstellen, dass dort das Lernen und Lehren - auch für Gastlehrer wie Dich - besonders Freude bereitet.

Herzliche Grüße
Peter

[Fahrenheit]

Lieber Peter,

ja, das hat sie. Wir wussten garnicht, dass die Insel auch von 'unserer' Rheinseite erreichbar ist, darauf haben uns erst Nachbarn hingewiesen, die auch zwei Töchter auf der Schule haben. Da musste unsere als Sextanerin nicht alleine die doch recht weite Strecke fahren. Mittlerweile ist das Routine. 

Nun, ob es eine Insel der pädagogischen Glückseligkeit ist, wage ich nicht zu beurteilen. Wir persönlich haben zumindest bisher nur die besten Erfahrungen gemacht. 

Herzliche Grüße
Jörg