Spaltöffnungsdichte im virtuellen Labor: Blattabdruck zählen

Dieser Versuch zur Spaltöffnungsdichte im virtuellen Labor folgt dem Nagellackabdruck, wie er in IB Biology und Cambridge IGCSE durchgeführt wird. Die Lernenden stellen einen Abdruck eines Bohnenblatts her, betrachten ihn bei bekanntem Sehfelddurchmesser, zählen die Spaltöffnungen (Stomata) in drei Sehfeldern auf jeder Blattseite und berechnen Dichte = Anzahl ÷ Sehfeldfläche. Sie üben eine Zählregel, πr² und den Mittelwert mehrerer Sehfelder, und das Ergebnis führt zu Gasaustausch und Wasserverlust. Alle Werte unten wurden in der Simulation abgelesen.

Lehrplanbezug

• IB Diploma Biology, B3.1 Gasaustausch: Angepasstheiten des Blatts an den Gasaustausch; Spaltöffnungsdichte aus Blattabdrücken oder Mikrofotografien.
• Cambridge IGCSE Biology (0610), 6.2 Blattaufbau: die Gewebe eines Blatts einer zweikeimblättrigen Pflanze und wie sie es für die Fotosynthese geeignet machen.
• AQA GCSE Biology 4.2.3.1 (Pflanzengewebe): Epidermis, Mesophyll und Schließzellen und ihre Funktionen.

Simulic ist weder mit dem International Baccalaureate noch mit Cambridge International oder AQA verbunden und wird von ihnen nicht unterstützt.

Vor dem Experiment (5 min)

Lassen Sie die Lernenden sich auf eine Vorhersage festlegen, auf Papier oder als Frage 1 des Klassenlinks:

„Sie zählen die Spaltöffnungen auf der Ober- und der Unterseite eines Bohnenblatts. Welche Seite hat mehr Spaltöffnungen pro mm²?“

Manche Lernende erwarten die Oberseite, „weil sie zur Sonne zeigt“, oder keinen Unterschied.

Durchführung in der Simulation

1. Die Seite öffnet im Reiter Blattquerschnitt. Klicken Sie auf den Reiter Spaltöffnungen zählen. Lassen Sie Art auf Gartenbohne, Blattseite auf Unterseite und Objektiv auf ×40 – Sehfelddurchmesser 0,45 mm.
2. Klicken Sie auf Nagellackabdruck herstellen: lackieren, trocknen lassen, mit Klebeband abziehen, aufkleben.
3. Setzen Sie das Häkchen bei Objektmikrometer einblenden, um den Sehfelddurchmesser zu sehen. Sehfeldfläche A = πr² mit r = 0,45 ÷ 2 = 0,225 mm.
4. Klicken Sie auf jede Spaltöffnung, um sie zu markieren. Zählregel: Zählen Sie eine Spaltöffnung nur, wenn ihre Mitte innerhalb des Sehfelds liegt; die Simulation lehnt die anderen ab. Klicken Sie dann auf Zählung speichern.
5. Klicken Sie auf Nächstes Sehfeld und wiederholen Sie das, bis Sie drei Sehfelder haben. Die Tabelle ergänzt eine Zeile mit dem Mittelwert.
6. Stellen Sie Blattseite auf Oberseite, stellen Sie einen neuen Abdruck her und zählen Sie drei Sehfelder.
7. Dichte = Anzahl ÷ Sehfeldfläche, in Spaltöffnungen pro mm².

Der Abdruck entsteht aus dem Startwert Zufallsstartwert (gleiche Zahl, gleicher Abdruck), der 1 ist, sofern die Lehrkraft ihn nicht ändert.

Blattseite	Sehfeld	Anzahl	Dichte (pro mm²)
Unterseite	1
Unterseite	2
Unterseite	3
Oberseite	1
Oberseite	2
Oberseite	3

Erwartete Ergebnisse

Sehfeldfläche bei ×40: π × 0,225² = 0,159 mm². Mit Startwert 1:

Blattseite	Sehfeld 1	Sehfeld 2	Sehfeld 3	Mittlere Dichte
Unterseite	45 (283/mm²)	48 (302/mm²)	47 (296/mm²)	293 pro mm²
Oberseite	3 (19/mm²)	3 (19/mm²)	6 (38/mm²)	25 pro mm²

• Die Unterseite hat etwa 12-mal so viele Spaltöffnungen pro mm² wie die Oberseite.
• Auf der Oberseite sind die Zahlen klein: Eine Spaltöffnung ändert die Dichte um 6 pro mm². Bei ×10 (Sehfeldfläche 2,545 mm²) enthält Sehfeld 1 der Oberseite 110 Spaltöffnungen: 43 pro mm².

Fragen für die Lernenden

1. (Vorhersage, nach dem Versuch erneut gestellt) Welche Seite eines Bohnenblatts hat mehr Spaltöffnungen pro mm²?
2. Welche Variable muss gleich bleiben, wenn Sie die beiden Blattseiten vergleichen?
3. Wie groß ist die Fläche des Sehfelds bei ×40?
4. Wie groß ist die mittlere Spaltöffnungsdichte der Unterseite über die Sehfelder 1–3?
5. Erklären Sie, warum das Bohnenblatt die meisten Spaltöffnungen auf der Unterseite hat und warum man mehrere Sehfelder zählt.

Antworten für Lehrkräfte: (1) Die Unterseite, mit großem Abstand. (2) Das Objektiv und damit die Sehfeldfläche (ebenso die Art). (3) 0,159 mm² (akzeptiert 0,157–0,161). (4) Etwa 293 pro mm² (akzeptiert 275–312). (5) Die Unterseite liegt im Schatten und ist kühler, daher verdunstet weniger Wasser durch ihre Spaltöffnungen, während CO₂ trotzdem eintritt. Spaltöffnungen sind ungleichmäßig verteilt, daher kann ein einzelnes Sehfeld täuschen; der Mittelwert mehrerer ist repräsentativer.

Häufige Fehlvorstellungen

• „Man zählt jede sichtbare Spaltöffnung.“ Spaltöffnungen, die vom Rand angeschnitten werden, zählen nur, wenn ihre Mitte innerhalb des Sehfelds liegt; so erhalten alle Lernenden dieselbe Anzahl.
• „Fläche = πd².“ Mit dem Durchmesser statt des Radius ergibt sich π × 0,45² = 0,636 mm², viermal zu groß, daher fällt die Dichte viermal zu klein aus.
• „Ein Sehfeld reicht.“ Auf der Oberseite ergab Sehfeld 3 die doppelte Dichte von Sehfeld 1 (38 gegenüber 19 pro mm²).
• „Jedes Blatt hat unten mehr Spaltöffnungen.“ Ein schwimmendes Seerosenblatt hat sie nur auf der Oberseite.

Erweiterung

• Arten vergleichen: Klicken Sie im Reiter Arten vergleichen auf Klassendaten hinzufügen (3 Sehfelder pro Blattseite für fünf Arten). Nach unseren sechs Sehfeldern der Bohne zeigte die Tabelle: Bohne 40 oben / 292 unten, Sonnenblume 86 / 172, Eiche 0 / 432, Mais 50 / 59, Seerose 469 / 0 pro mm². Erklären Sie jedes Muster aus dem Lebensraum der Pflanze.
• Größere Stichprobe: Stellen Sie die Oberseite auf ×10 und klicken Sie auf Automatisch zählen. Warum ist ein Sehfeld bei ×10 (110 Spaltöffnungen) eine bessere Schätzung als drei Sehfelder bei ×40 (insgesamt 12 Spaltöffnungen)?

Häufige Fragen

Warum erhalten alle meine Lernenden dieselben Zahlen?

Der Abdruck wird aus Zufallsstartwert (gleiche Zahl, gleicher Abdruck) erzeugt, der bei einem neuen Link 1 ist. Legen Sie in den Startwerten des Klassenlinks einen anderen Wert fest, um einer Gruppe neue Sehfelder zu geben. Dann muss der Antwortbereich für Frage 4 angepasst werden: Über alle 9.999 Startwerte blieb der Mittelwert aus drei Sehfeldern zwischen 214 und 335 pro mm².

Kann der Link direkt im Zählbildschirm öffnen?

Ja. Stellen Sie in den Startwerten des Klassenlinks Startansicht auf Spaltöffnungen zählen. Sie können auch Art, Blattseite und Objektiv (Okular ×10) festlegen.

Ersetzt das einen echten Blattabdruck?

Nein. Nutzen Sie es, um die Zählregel und die Rechnung vor echten Abdrücken zu unterrichten. Wie man zuerst ein Mikroskop kalibriert, zeigt Mikroskopie im virtuellen Labor.

Verwandte Simulationen und Leitfäden

Transpiration und Regulation der Spaltöffnungen Mikroskopier-Labor – Präparate, Kalibrierung, Zellgröße und Elektronenmikroskope

Was offene Spaltöffnungen bewirken, zeigen Transpiration im virtuellen Labor und Stofftransport in Pflanzen im virtuellen Labor.