Gerhard Wanner

Mikroskopisch- botanisches Praktikum2. Auflage

800 Einzeldarstellungen

Georg Thieme VerlagStuttgart · New York

Prof. Dr. Gerhard WannerAG UltrastrukturforschungBiozentrum der LMUGroßhadernerstr. 2–4D–82152 Planegg-Martinsried

Bibliografische Information der Deutschen National bibliothek

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1. Auflage 2004

© 2004, 2010 Georg Thieme Verlag KGRüdigerstraße 1470469 StuttgartDeutschlandTelefon: +49/(0)711/8931-0Unsere Homepage: www.thieme.de

Printed in Germany

Umschlaggestaltung: Thieme VerlagsgruppeZeichnungen: Renate Reichinger-Bock Satz: medionet Ltd, Berlingesetzt aus Indesign CS3Druck: Stürtz GmbH, Würzburg

ISBN 978-3-13-149962-2 1 2 3 4 5 6

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V

Vorwort

VorwortWarum schreibt man ein Praktikumsbuch?

Seit vielen Jahren unterrichte ich in Mün-chen Studenten im „Mikroskopischen An-fängerpraktikum“. Anfängerpraktika mit ihren hohen Studentenzahlen sind sehr betreuungsintensiv. Die Studierenden sind in mehrfacher Weise unter Druck ge-setzt:

Erster wissenschaftlicher Umgang mit ▪dem Lichtmikroskop. Erlernen verschiedener Schnitttechni- ▪ken. Anwendung von Färbetechniken. ▪Interpretation von Gewebeschnitten. ▪Zeichnen von Geweben und Zellen. ▪

Erfahrenes Lehrpersonal steht für die gro-ßen Grundkurse leider meist nicht in der benötigten Zahl zur Verfügung. Ein An-fänger, der noch mit Theorie und Praxis kämpft, wird deshalb schnell frustriert, wenn er nicht „das sieht, was er sehen soll“ und dann etwas „zeichnen muss, was er nicht sieht“. Ein Praktikumsbuch hat deshalb für den Anfänger einen be-sonderen Stellenwert.

Ein Student erwartet aber von einem Buch, das er ja im Praktikum verwendet, etwas anderes als von einem typischen Lehrbuch. Ich habe die Dinge berücksich-tigt, die sich Studierende wünschen:

Freiraum für Ästhetik an jedem Kapi- ▪telanfang; der Studierende soll sich auf das Mikroskopieren freuen. Das Buch bleibt offen auf dem Tisch ▪liegen, und die Schrift ist so groß, dass

das Buch nicht ständig in die Hand ge-nommen werden muss. Ein botanischer Steckbrief vermittelt ▪einen dauerhaften Bezug zu den Pflan-zen und ihren wissenschaftlichen Na-men. Jede Präparation einschließlich Fär- ▪bung ist schematisch bei allen Objek-ten dargestellt. Der Text ist straff gehalten; alle für den ▪Anfänger neuen Begriffe sind markiert und im Glossar kurz erläutert. Auf jeder Doppelseite wird ein The- ▪menpunkt behandelt; deshalb kein un-nötiges Umblättern beim Mikroskopie-ren. Die Anzahl der Abbildungen ist unge- ▪wöhnlich hoch, da man histologische und cytologische Informationen am besten mit Bildern vermittelt. Die lichtmikroskopischen Aufnahmen ▪stammen alle von Handschnitten, die nur mit den Hilfsmitteln angefertigt wurden, die in der Anleitung angege-ben sind. Alle lichtmikroskopischen Aufnahmen ▪sind in Farbe. Ein Maßbalken mit Maßangabe ist in ▪jedem Bild angegeben.Wesentliche Zusatzinformationen zum ▪Text finden sich in den Legenden. Die Legenden sind direkt neben den je- ▪weiligen Abbildungen platziert. Zahlreiche schematische Darstellungen ▪erleichtern das Verständnis der cytolo-gischen Strukturen. Sie sind maßstabs-getreu und im richtigen Färbeverhalten wiedergegeben.

Steckbrief

Prof. Dr. Gerhard Wanner; Diplombiologe. Geboren in München.

Studium der Biologie an der Ludwig-Maximilians- Universität in München.

Promotion 1977 über „Physiologische und ultrastrukturelle Untersu-chungen zum Fettaufbau und -abbau in Pilzen und höheren Pflanzen“.

1992 Habilitation und Eta-blierung hochauflösender, analytischer Rasterelekt-ronenmikroskopie.

Forschungsschwerpunkt: Rasterelektronenmikro-skopische Untersuchun-gen an Chromosomen (Kondensation, Dekon-densation, Lokalisation von DNA, Proteinen und Genen).

Vorwort

VI

Zwei Bücher in einem

Auch bei bestem Bemühen stößt der Stu-dierende in einem mikroskopischen An-fängerpraktikum sehr schnell an Grenzen. Es ist schon schwer, einen guten Hand-schnitt anzufertigen und ihn optimal zu färben, aber feine histologische und cyto-logische Strukturen zu erkennen und zu interpretieren, ist mit einfachen Kursmi-kroskopen meist nur mit Erfahrung mög-lich. Und Dinge, die man nicht eindeutig sieht, glaubt man nicht ohne weiteres. Ich habe deshalb in den letzten Jahren elek-tronenmikroskopische Aufnahmen von allen Kursobjekten angefertigt. Sie sollen das Verständnis für die dreidimensiona-len Zusammenhänge erleichtern und die Informationen bieten, die im Lichtmi-kroskop nur schwer oder aufgrund des geringen Auflösungsvermögens gar nicht erhalten werden. Das Ergebnis: Der Stu-dierende erhält außer einer Praktikums-anleitung eine anschauliche Einführung in die Cytologie der Pflanzen.

Empfohlene Literatur

Ein Praktikumsbuch setzt natürlich ein allgemeines Lehrbuch bzw. eine Grund-vorlesung der Botanik voraus. Ich habe das „Mikroskopische Praktikum“ so kon-zipiert, dass es auf die Lehrinhalte des aktuellen Lehrbuches „Allgemeine und molekulare Botanik“ von E. Weiler und L. Nover (ebenfalls Thieme Verlag) und des Taschenbuches von Wilhelm Nultsch (2001) aufbaut. Deshalb konnte der Text straff gehalten werden, um den prakti-schen bzw. mikroskopischen Aspekten ei-nen höheren Stellenwert zu verschaffen.

VII

Dankeschön

DankeschönZahlreichen Mitarbeitern und Kollegen, insbesondere Herrn Prof. Dr. Hans-Ulrich Koop und Herrn Prof. Dr. Hans-Jürgen Til-lich, danke ich ganz herzlich für vielfältige Unterstützungen, Anregungen, konstruk-tive Kritiken und ständigen Ansporn.

Frau Silvia Dobler hat bei unzähligen elek-tronenmikroskopischen Präparationen stets das Unmögliche möglich gemacht.

Von Frau Sabine Steiner stammen alle Chromosomenpräparationen für die Licht- und Elektronenmikroskopie. Daneben hat sie mehrere tausend Bilder digitalisiert, skaliert und archiviert. Sie hat einen ganz wesentlichen Teil aller Kontrollen und Korrekturen übernommen.

Ganz besonderer Dank gebührt Frau Dr. Eva Facher, meiner langjährigen Mitarbei-terin, die mit beispiellosem Engagement mit mir zusammen alle Schnittpräparate angefertigt hat. Angefangen von den „Bo-tanischen Steckbriefen“ bis zu endlosen Änderungen und Korrekturen war sie un-ermüdlich, bei stets bester Laune und mit unnachahmlichem Humor im Dauerein-satz. Ohne die hervorragende Unterstüt-zung von Frau Dr. Facher wäre das Buch nicht in dieser Form möglich gewesen.

Aus der „Computerfeder“ von Frau Renate Reichinger-Bock stammen alle Illustratio-nen; sie hat sie maßstabsgetreu nach Mi-krofotografien, Modellen oder Original-schnitten angefertigt. Ich bin ihr für das so hervorragend gelungene Ergebnis ganz besonders verbunden.

Aus dem Kapitel 1 (Das Lichtmikroskop) stammen zahlreiche Abbildungen und längere Textpassagen aus der Broschüre „Mikroskopie von Anfang an“ (Carl Zeiss, Oberkochen). Ich danke der Firma Carl Zeiss ganz besonders für die Genehmi-gung entsprechende Textteile und die hochwertigen Abbildungen übernehmen zu dürfen sowie für sehr hilfreiche Ver-besserungsvorschläge. Herzlich danke ich meinem jahrelangen Münchner An-sprechpartner für alle Fragen zum Thema Lichtmikroskopie, Herrn Mario Schacht (Fa. Carl Zeiss).

Ich danke Frau Elizabeth Schröder-Reiter für das Portraitfoto, Frau Lilo Klingenberg für die Abbildung der Korkeiche, Herrn Franz Höck für die Fotografie der Wiesen-blumen.

Ganz besonders herzlich bedanke ich mich bei Frau Maria Spanfelner, für zahl-reiche Verbesserungsvorschläge, Diskus-sionen, unermüdliche Korrekturen, un-zählige kleine und große Hilfestellungen und stets liebevollste Betreuung.

Inhalt

VIII

8

9

Inhalt1 Das Lichtmikroskop 3

1.1 Auge – Lupe – Mikroskop 41.2 Optik und Auflösung 61.3 Kontrastverfahren 101.4 Einstellung des Licht-

mikroskopes 12

Präparation und mikroskopische Praxis 152.1 Reagenzien und

Zeichenmaterial 162.2 Schneiden: Grundlagen

und Probleme 182.3 Färben: Grundlagen

und Probleme 202.4 Mikroskopieren: Grund -

lagen und Probleme 222.5 Die Übersichts zeichnung 242.6 Die Detailzeichnung 26

Elektronenmikroskopie 293.1 Transmissions- und Raster-

elektronenmikroskop (TEM/REM) 30

3.2 EM-Präparation 323.3 Die Zelle im elektronen -

mikroskopischen Bild 343.4 Zellorganellen und Zell-

strukturen – Steckbriefe 36

Die lebende Pflanzenzelle 414.1 Allium cepa:

Epidermiszellen 424.2 Plagiomnium spec.:

Chloroplasten 48

2

3

5

6

7

4.3 Elodea canadensis: Plasmaströmung 52

4.4 Allium cepa: Plasmolyse 54

Das Hohlraum-System 615.1 Interzellularen 625.2 Nuphar pumila:

Aerenchym 64

Die Plastiden 676.1 Die verschiedenen

Plastidentypen 686.2 Chromoplasten

verschiedener Pflanzengewebe 74

Reservestoffe 777.1 Elatostema repens:

Plastidenstärke 787.2 Solanum tuberosum:

Kartoffelstärke 807.3 Triticum aestivum:

Weizenstärke 827.4 Avena sativa: Haferstärke 847.5 Helianthus annuus:

Aleuronkörner 867.6 Helianthus annuus:

Speicherlipide 887.7 Phoenix dactylifera:

Cellulosane 90

Kristalle 938.1 Agave americana:

Kristallidioblasten 948.2 Kristallformen 98

Exkretbehälter 1019.1 Callistemon lanceolatus:

Lysigene Ölbehälter 1029.2 Euphorbia milii:

Ungegliederte Milchröhren 104

Mikroskopisch-botanisches Praktikum

Aufbau und Funktionen des pflanzlichen Organismus

4

IX

Inhalt

Die Zellwand 10710.1 Clematis vitalba:

Bau der Zellwand 10810.2 Begonia rex:

Eckenkollenchym 11010.3 Lamium album:

Plattenkollenchym 11410.4 Asparagus officinalis:

Sklerenchym 11610.5 Pirus communis:

Steinzellen 118

Epidermis und Cuticula 12311.1 Clivia nobilis: Cuticula

und Cuticularschicht 12411.2 Viola x wittrockiana:

Papillen 12611.3 Pelargonium zonale:

Drüsenhaare 13011.4 Urtica dioica: Brennhaare 13211.5 Haarformen 134

Das Blatt 13912.1 Helleborus niger:

Bifaziales Laubblatt 14012.2 Helleborus niger:

Spaltöffnungs apparat 14612.3 Commelina coelestis:

Spaltöffnungs apparat 15012.4 Pinus silvestris: Nadelblatt 15212.5 Callistemon lanceolatus:

Äquifaziales Blatt 15412.6 Iris barbata:

Unifaziales Blatt 156

Die Sprossachse 15913.1 Zea mays: Geschlossen

kollate rales Leitbündel 16013.2 Ranunculus repens: Offen

kollaterales Leitbündel 16213.3 Cucurbita pepo: Offen

bikollaterales Leitbündel 168

10 13.4 Pteridium aquilinum: Konzentrisches Leitbündel mit Innenxylem 172

13.5 Convallaria majalis: Konzentrisches Leitbündel mit Außenxylem 176

Holz und Bast 18114.1 Aristolochia durior:

Sekundäres Dicken - wachstum 182

14.2 Pinus silvestris: Holz 18614.3 Betula pendula: Holz 19614.4 Tilia cordata:

Hart- und Weichbast 20614.5 Robinia pseudoacacia:

Thyllen 210

Das Periderm 21315.1 Sambucus nigra:

Peridermbildung 21415.2 Quercus suber:

Flaschenkork 218

Die Wurzel 22116.1 Lepidium sativum:

Wurzelhaare 22216.2 Clivia nobilis: Primäre

Endodermis 22416.3 Iris germanica: Tertiäre

Endodermis 22816.4 Vicia faba: Sekundäres

Dicken wachstum der Wurzel 232

Die Zellteilung 23717.1 Allium cepa:

Mitose 238

14

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Anhang

Glossar 240Sachverzeichnis 248

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2