Mitoseindex im virtuellen Labor: Wurzelspitze, Chi-Quadrat

Dieser Versuch zum Mitoseindex im virtuellen Labor folgt dem Quetschpräparat der Wurzelspitze aus A-Level, AP und IB Biology. Die Lernenden hydrolysieren eine Zwiebelwurzelspitze in Salzsäure, färben und quetschen sie und ordnen die Zellen bei ×400 der Interphase, Prophase, Metaphase, Anaphase oder Telophase zu. Sie vergleichen den Mitoseindex verschiedener Wurzelzonen und lektinbehandelter Wurzeln mit einem Chi-Quadrat-Test und schätzen, wie lange jede Phase dauert. Heiße Säure oder giftige Farbstoffe sind nicht nötig.

Lehrplanbezug

• AQA A-level Biology 7402, Pflichtversuch 2 (Abschnitt 3.2.2): gefärbte Quetschpräparate von Wurzelspitzenzellen, Mitosephasen erkennen und einen Mitoseindex berechnen.
• AP Biology Unit 4 (Zellzyklus, Thema 4.6) und die AP-Untersuchung zur Zellteilung, die den Mitoseindex von Kontrollwurzeln und lektinbehandelten Wurzeln mit einem Chi-Quadrat-Test vergleicht und Asci von Sordaria zählt.
• IB Biology D2.1 (Zell- und Kernteilung): Mitosephasen in Mikrofotografien erkennen und einen Mitoseindex berechnen.

Simulic ist weder mit AQA noch mit dem College Board oder dem IB verbunden und wird von ihnen nicht unterstützt.

Vor dem Experiment (5 min)

Fragen Sie: „Welcher Teil einer Zwiebelwurzel hat den höheren Mitoseindex: die Zone 0–2 mm hinter der Spitze oder die Zone 5–10 mm hinter der Spitze?“ Auf einem Klassenlink ist das Frage 1; die Simulation wird freigegeben, sobald die Lernenden geantwortet haben.

Durchführung in der Simulation

1. Lassen Sie unter Präparat herstellen die HCl-Hydrolyse auf 5 min und den Farbstoff auf Toluidinblau und klicken Sie auf Schritte abspielen. Probieren Sie auch 0 und 20 min aus.
2. Wählen Sie unter Mikroskop eine Phase, tippen Sie jede ganze Zelle im Feld an und klicken Sie auf Prüfen. Zählen Sie ein Feld selbst, bevor Sie Für mich zählen nutzen.
3. Lassen Sie unter Proben vergleichen die Behandlung auf Kontrolle (Wasser) und die Zone auf 0–2 mm ab Spitze. Klicken Sie dreimal auf 300 Zellen zählen (Proben P1–P3).
4. Stellen Sie die Zone auf 5–10 mm ab Spitze und klicken Sie einmal auf 300 Zellen zählen (P4). Wählen Sie bei Probe A P1 und bei Probe B P4 und lesen Sie das Chi-Quadrat-Feld ab.
5. Stellen Sie die Zone wieder auf 0–2 mm und die Behandlung auf Lektin und zählen Sie drei weitere Proben automatisch (P5–P7). Vergleichen Sie P1 mit P5.

Probe	Behandlung	Zone (mm)	I	P	M	A	T	n	Mitoseindex (%)
P1–P3	Kontrolle	0–2						je 300
P4	Kontrolle	5–10						300
P5–P7	Lektin	0–2						je 300

Erwartete Ergebnisse

Die Felder werden zufällig erzeugt, daher erhalten die Gruppen unterschiedliche Zählungen. Im Modell liegt der Kontrollindex bei 14 % in 0–2 mm, bei 5 % in 2–5 mm und bei 0,8 % in 5–10 mm; Lektin erhöht ihn auf etwa 24 %. Die Bereiche stammen aus 100.000 Durchläufen des Modells und wurden im Browser geprüft.

• Eine Kontrollprobe mit 300 Zellen bei 0–2 mm: fast immer zwischen 8 % und 21 %. Der Mittelwert aus drei Proben liegt zwischen 10 % und 18 %.
• Ein Durchlauf im Browser: P1–P3 ergaben 14,0, 14,0 und 17,0 % (Mittelwert 15,0 %); P4 bei 5–10 mm ergab 1,3 %, mit χ² = 34,00, weit über 3,84.
• Lektin: P5–P7 ergaben 20,0, 24,3 und 22,0 %. Trotzdem ergab P1 gegen P5 χ² = 3,83: nicht signifikant. In etwa 1 von 8 Durchläufen verfehlt ein einzelnes Paar von Proben mit 300 Zellen die Signifikanz. Fasst man die drei Proben jeder Gruppe zusammen (135 von 900 gegen 198 von 900 Zellen in Mitose), ergibt sich χ² ≈ 14,6.
• Dauer der Phasen: Etwa die Hälfte der Zellen in Mitose befindet sich in der Prophase. Bei einem Zellzyklus von 24 h ergeben die zusammengefassten 900 Kontrollzellen eine Prophasedauer von 1,0–2,4 h (2,0 h im Browserdurchlauf).

Fragen für die Lernenden

1. (Vorhersage, nach dem Versuch erneut gestellt) Welche Zone hat den höheren Mitoseindex: 0–2 mm oder 5–10 mm hinter der Spitze?
2. Welche Variablen müssen gleich bleiben, wenn Sie Kontrollwurzeln und lektinbehandelte Wurzeln vergleichen?
3. Zählen Sie drei Kontrollproben mit je 300 Zellen bei 0–2 mm automatisch. Wie groß ist ihr mittlerer Mitoseindex?
4. Nutzen Sie die Prophase-Zählungen dieser drei Proben und einen Zellzyklus von 24 h. Wie lange dauert die Prophase?
5. Ein Lernender vergleicht eine Kontrollprobe mit einer Lektinprobe und erhält χ² = 3,83. Was sollte er folgern, und wie ließe sich die Untersuchung verbessern?

Antworten für Lehrkräfte: (1) 0–2 mm, das Meristem; 5–10 mm ist die Streckungszone. (2) Die beprobte Zone, die Hydrolysedauer und der Farbstoff. (3) 10–18 % akzeptieren. (4) Prophasezellen ÷ 900 × 24 h; 1,0–2,4 h akzeptieren. (5) χ² liegt unter 3,84, die Nullhypothese wird also nicht verworfen: Der Unterschied könnte Zufall sein. Mehr Zellen aus mehr Wurzeln zählen und die Proben zusammenfassen, bevor erneut getestet wird.

Häufige Fehlvorstellungen

• „Die Interphase ist eine Ruhephase.“ In der Interphase, der längsten Phase, wachsen die Zellen und kopieren ihre DNA.
• „Der Mitoseindex zählt nur Zellen in der Metaphase.“ Er zählt jede Zelle in Prophase, Metaphase, Anaphase oder Telophase.
• „Ein größerer prozentualer Unterschied beweist einen Effekt.“ P1 und P5 unterscheiden sich um 6 Prozentpunkte und bestehen den Test trotzdem nicht.
• „Colchicin beschleunigt die Mitose.“ Es verhindert die Bildung der Spindel, daher stauen sich die Zellen in der Metaphase.

Erweiterung

• Colchicin: Behandelte Wurzeln automatisch zählen und die vielen Zellen in der Metaphase erklären.
• Sordaria (AP): Ordnen Sie im Reiter Sordaria die Asci als 4:4 oder Crossing-over ein. Zehn Felder mit Für mich zählen ergaben 101 Asci mit Crossing-over von 199: 50,8 %, also 25,4 Karteneinheiten.

Häufige Fragen

Kann der Klassenlink direkt bei Proben vergleichen öffnen?

Ja. Legen Sie auf der Seite Teilen in den Startwerten des Links Ansicht auf „Proben vergleichen“ fest. Sie können auch Behandlung der Wurzel und Entnommene Wurzelzone festlegen. Andernfalls fordert Schritt 3 die Lernenden auf, den Reiter zu öffnen.

Warum weichen meine Zählungen von denen meines Nachbarn ab?

Jedes Feld wird zufällig erzeugt, wie auf einem echten Präparat. Deshalb akzeptieren die Fragen einen Bereich.

Sollen die Lernenden die automatische Zählung überhaupt nutzen?

Ja, nachdem sie ein Feld von Hand gezählt und Prüfen genutzt haben. Das Zählen von Hand lehrt die Phasen; die automatische Zählung liefert genug Zellen für die Statistik.

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Mikroskopierfertigkeiten für die Zeit vor diesem Versuch finden Sie unter Mikroskopie im virtuellen Labor. Weitere Ideen finden Sie unter Ideen für interaktiven Biologieunterricht.