Die räumliche Zellstruktur

In diesem Artikel (er ist in ähnlicher Form erschienen in: Praxis der Naturwissenschaften -Biologie in der Schule 51 (2002) 7. - S. 43-44) wird durch eine Kombination von mikroskopischen Untersuchungen und verschiedenen Modellen von Pflanzenzellen eine fundierte räumliche Vorstellung der Zellstruktur erarbeitet. Die Präparate sind so ausgewählt, dass alle Organellen der Pflanzenzelle beobachtet und zusätzlich wichtige Techniken geübt werden können.

Einführung

Für das Verständnis von Bau und Funktion ist es wichtig, dass die Schüler sich eine Vorstellung des räumlichen Zellaufbaues erarbeiten. Dieser Beitrag zeigt, wie dieses Ziel in zwei Stufen erreicht werden kann. Die Objekte und auch die Modelle sind die, die üblicherweise gewählt werden - dieser Teil des Unterrichtsablaufs wird deshalb nur knapp skizziert. Das Hauptgewicht der Darstellung liegt auf der zeitlichen Abfolge der Unterrichtsbausteine und dem richtigen Gebrauch eines Bastelbogens für ein Zellmodell.

Seifenblasen als Modell von Parenchymzellen

Eine Kartoffel wird in Partnerarbeit untersucht. Knollen werden geviertelt, jeder Schüler erhält ein Viertel. Ein Schüler fertigt mit der Rasierklinge einen Längsschnitt, sein Partner einen Querschnitt des Parenchyms an. Sie werden von jedem Schüler - vorerst in Einzelarbeit - mikroskopiert. Die Beleuchtung muss richtig eingestellt sein, damit man die zarten Zellwände erkennt, die die Stärkekörner umschließen. Dabei ist eine leichte Färbung der Stärkekörner mit Jodkaliumjodidlösung hilfreich. Nachdem jeder Schüler die Zellwände entdeckt hat, tauscht er mit seinem Partner den Platz und untersucht den jeweils anderen Schnitt. Die Schüler werden aufgefordert, ihre Beobachtungen zu vergleichen. Nachdem sie festgestellt haben, dass die Zellen im Quer- und Längsschnitt praktisch gleich aussehen, wird im Unterrichtsgespräch die Bedeutung dieses Beobachtungsergebnisses erörtert und auf die Zellform geschlossen.

Der Lehrer verdeutlicht mit Spülmittelschaum [1] die Zellform und die Gesamtheit des Parenchymgewebes. Seifenblasen in einem Glasgefäß, die sich gegenseitig und an den Wänden abplatten, ergeben eine gute Modellvorstellung der dreidimensionalen Anordnung. Nach der Demonstration sollten die Schüler nochmals die Schnitte ansehen; jetzt werden alle die Strukturen erkennen.

Man kann hier auf Skizzen verzichten; da sie die Entwicklung der plastischen Vorstellung unterbrechen und vom Hauptziel ablenken. Die Schüler haben gelernt, dass man aus der Kombination von Quer- und Längsschnitten auf den räumlichen Bau schließen kann und eine erste Vorstellung der räumlichen Gestalt einer Pflanzenzelle erarbeitet. Daneben haben sie geübt, Schnitte anzufertigen und haben einen Färbenachweis kennen gelernt.

Modelle von Blattzellen zum "Begreifen"

Vor der Erforschung der Blattzellen und der Plasmaströmung bei der Wasserpest sollten vorher noch die Zellen der Zwiebelhaut untersucht werden. Jetzt steht nicht das Gewebe im Mittelpunkt, sondern das Interesse wird auf eine Zelle gelenkt. Die Schüler stellen fest, dass die mit bloßem Auge einheitlich grün erscheinende Blattfarbe auf viele Organellen zurückgeht. Mit Eifer beobachten sie die Bewegung der Chloroplasten. Die Chloroplasten, die aus der scharf eingestellten Ebene wandern und "verschwinden", geben einen guten Ansatzpunkt, erneut auf den dreidimensionalen Aufbau einzugehen und die Bedeutung des ständigen Fokussierens zu betonen.

Das Bild einer Schachtel aus durchsichtigem Plexiglas (Pralinen, Kosmetikartikel), in die man einen "Kern" und "Chloroplasten" aus Plastilin legt oder mit Filzstift auf Boden und Deckel zeichnet, projiziert man mit dem Overhead-Projektor und verdeutlicht durch Drehen an der Scharfeinstellung, was beim Fokussieren passiert. An diesem Modell kann auch sehr gut besprochen werden, wie die Zelle als optischer Schnitt skizziert werden soll.

Für viele Schüler ist es günstig, wenn sie die gewonnen Vorstellungen nochmals an einem selbst gebauten Modell "begreifen" können. Dazu wird die Originalvorlage für ein Zellmodell [2] ausgeteilt. In Abbildung 1 ist der Bastelbogen in veränderter Form abgedruckt. Die Scherensymbole und die grau markierten Falzränder sind ergänzt. In einem Unterrichtsgespräch wird geklärt, wie das Modell zusammen geklebt werden soll. Die Schüler erkennen meist ohne größere Hilfe, dass das, was sie als optischen Schnitt skizziert haben, hier zum Deckel der Zelle würde - d.h., dass sie eine falsche Nachbildung erhielten. Es wird diskutiert, wie man die Vorlage verändern müßte, damit man ein richtiges Modell erhält. Die nötigen Veränderungen sind in der Abbildung 1 dargestellt. Überflüssige Falzränder müssen abgeschnitten werden (Scherensymbole) und neue müssen ergänzt werden (grau). Die Vacuole kann herausgeschnitten, die Zellorganellen können farbig angemalt werden. In halber Höhe des nach oben offenen Zelmodells klebt man den optischen Querschnitt ein und fügt einen kleinen Luftballon als Modell der Vacuole ein. Ein fertiges Modell, das Martin Eller aus der 7a gebastelt hat, zeigt Abbildung 2.

Abbildung 1: Verändertes Bastelmodell einer Zelle (nach [2])

Zum Schluß kann man die beiden kleineren Fehler, die das Modell noch hat, besprechen: Der Luftballon liegt auf dem Boden auf und die im Schnittbild dargestellte Wandstärke setzt sich nicht nach oben fort.

Wenn die Schüler die Zelle als Hausaufgabe gebastelt haben, haben sie den Aufbau begriffen. Außerdem haben sie jetzt alle Organellen einer Pflanzenzelle kennen gelernt und skizziert und einen kleinen Einblick in die Dynamik der Zelle erhalten.

Folgerungen

Die Erarbeitung der räumlichen Form ist anspruchsvoll. Das Mikroskopieren mit ständigem Fokussieren will geübt sein, die Skizze eines optischen Schnittes ist schwierig. Die Zusam-menschau der mikroskopischen Bildern der einzelnen Zelltypen mit den verschiedenen Mo-dellen zu einem Bild der Pflanzenzelle stellt Anforderungen an das Abstraktionsvermögen. Auch aus diesen Gründen empfiehlt sich eine Behandlung der Zelle erst in Klassenstufe 7.

[1] Boys, Charles Vernon: Seifenblasen und die Kräfte, die sie formen. Desch, München 1959

[2] Beyer, I. et al.: Natura - Lehrerband 5/6. Klett, Stuttgart (2000)