Mendels Experimente: Teacher’s Manual

Hintergrund

In diesem Weblabor experimentieren die SchülerInnen mit Gartenerbsen (Pisum sativum), wie es der österreichische Mönch Gregor Mendel (1822-1884) tat. Mendel entschied sich für das Experimentieren mit Erbsen, weil sie vier wichtige Eigenschaften besaßen:

1. Erbsen sind nachweislich Reinzuchtpflanzen (alle Nachkommen haben von Generation zu Generation das gleiche Merkmal).
2. Erbsen weisen eine Vielzahl kontrastierender Merkmale auf (violette vs. weiße Blüten; runde vs. faltige Samen).
3. Die Form der Erbsenblüte schützt sie vor fremden Pollen. Erbsen vermehren sich in der Regel durch Selbstbestäubung, wobei der von einer Blüte produzierte Pollen die Eier derselben Blüte befruchtet.
4. Erbsenpflanzen wachsen schnell und brauchen nicht viel Platz.

Die Merkmale, die Mendel untersuchte, sind unten aufgeführt:

• Form des reifen Samens (R) glatt oder faltig
• Farbe des Sameneiweißes (Y) gelb oder grün
• Farbe der Blüte (P) violett oder weiß
• Form der reifen Schoten (I) aufgeblasen oder eingeengt
• Farbe der unreifen Schoten (G) grün oder gelb
• Position der Blüten (A) axial oder endständig
• Länge des Stängels (T) hoch oder zwergwüchsig

Einführung

Mendel ist der Führer der Schüler durch das Weblabor. Wenn er zum ersten Mal erscheint, sagt er: „Hallo. Mein Name ist Gregor Mendel. Ich lebte um 1800 in Österreich, lange bevor jemand etwas über Gene und Genetik wusste. Ich experimentierte mit Pflanzen, um zu untersuchen, wie Merkmale von den Eltern an die Nachkommen weitergegeben werden, und entdeckte die grundlegenden Regeln der Vererbung, die noch heute in euren Lehrbüchern stehen. Komm und probiere einige meiner Experimente aus, um zu sehen, was du über Vererbung herausfinden kannst. Klicke auf Weiter, um fortzufahren.“

Im nächsten Text heißt es: „Ich habe Erbsenpflanzen verwendet, weil sie schnell und leicht wachsen und es einfach ist, ihre verschiedenen Merkmale zu sehen und zu erkennen.“

Pflanze & Kreuzen

In diesem Abschnitt des Weblabors können die Schüler die Merkmale erforschen, mit denen Mendel experimentiert hat, und dann Erbsenpflanzen kreuzen, um zu sehen, welche Nachkommen sie hervorbringen.

Mendel fordert die Schüler auf: „Pflanzen Sie fünf Erbsenpflanzen und beobachten Sie, wie sie aussehen.“ Wenn die Schüler auf die Schaltfläche „Pflanzen“ klicken, pflanzt und gießt der animierte Mendel fünf Erbsenpflanzen. Jede der Erbsenpflanzen treibt schnell aus. Wenn die Schüler mit dem Cursor über die Pflanzen fahren, können sie die Farbe der Erbsenhülse, die Form der Hülse und die Farbe und Form des reifen Samens sehen.

Alle verschiedenen Variationen von Erbsenpflanzen sind in diesen wachsenden Erbsen zu sehen, obwohl die Pflanzen jedes Mal, wenn die Anwendung ausgeführt wird, zufällig ausgewählt werden. Nachdem sie fünf Pflanzen gepflanzt und aufgezogen haben, fragt Mendel die Schüler, wie viele Unterscheidungsmerkmale sie bei den Pflanzen sehen. Auf dem nächsten Bildschirm zeigt er, dass es sieben verschiedene Merkmale gibt:

1. Erbsenform (rund oder faltig)
2. Erbsenfarbe (grün oder gelb)
3. Schotenform (eingeschnürt oder aufgeblasen)
4. Schotenfarbe (grün oder gelb)
5. Blütenfarbe (violett oder weiß)
6. Pflanzengröße (hoch oder zwergig)
7. Position der Blüten (axial oder endständig)

Diese Merkmale sind alle bei den untenstehenden Pflanzen abgebildet:

Die Schüler werden dann gebeten, mit Pflanzenkreuzungen zu experimentieren. Mit den fünf Pflanzen, die sie angebaut haben, können sie jede Pflanze mit sich selbst oder mit einer anderen Pflanze kreuzen. Die Schüler erkennen vielleicht einige Muster in der Art und Weise, wie Merkmale vererbt werden. Sie können zum Beispiel erkennen, dass eine Pflanze mit weißen Blüten, die mit sich selbst oder einer anderen Pflanze mit weißen Blüten gekreuzt wird, nur weiß blühende Pflanzen hervorbringt, während eine violett blühende Pflanze, die mit sich selbst oder einer anderen violett blühenden Pflanze gekreuzt wird, manchmal weiß blühende Nachkommen hervorbringt. Wenn Sie die Schülerinnen und Schüler ermutigen, während ihrer Experimente auf einzelne Merkmale zu achten, werden sie diese Muster vielleicht von selbst erkennen.

Nachdem sie fünf Kreuzungen vorgenommen haben, wird die Schaltfläche Weiter aktiviert, und die Schülerinnen und Schüler können mit dem folgenden Abschnitt fortfahren.

Ergebnisse vorhersagen

In diesem Abschnitt des Weblabors erforschen die Schülerinnen und Schüler Pflanzenkreuzungen und sagen voraus, wie die Nachkommen dieser Kreuzungen aussehen werden.

Eine Pflanze mit runden Erbsen und einer zufälligen Auswahl anderer Merkmale erscheint auf dem Bildschirm. Mendel sagt: „Kreuze diese Pflanze mit sich selbst. Welche Erbsenformen haben die Nachkommen?“

Wenn der Schüler die Pflanze in eines der Elternfelder zieht, erscheint die Schaltfläche „Kreuzen“. Wenn der Schüler auf die Schaltfläche „Kreuzen“ klickt, wachsen fünf Nachkommen. Einige der Nachkommen der Pflanze mit den runden Erbsen haben faltige Erbsen. Mendel fragt dann: „Waren Sie überrascht, dass eine Pflanze mit runden Erbsen einige Nachkommen mit faltigen Erbsen hervorgebracht hat?“

Eine Pflanze mit faltigen Erbsen erscheint auf dem Bildschirm und die Schüler werden aufgefordert, diese Pflanze mit sich selbst zu kreuzen. Wie zuvor erscheint die Schaltfläche „Kreuzen“, wenn der Schüler die Pflanze in eines der Felder „Eltern“ zieht. Wenn der Schüler auf die Schaltfläche „Kreuzen“ klickt, entstehen fünf Nachkommen.

Mendel erscheint und fragt: „Was haben Sie über Ihre Erbsen gelernt?“ Die Schüler werden wahrscheinlich erkennen, dass eine Pflanze mit runden Erbsen einige Nachkommen mit faltigen Erbsen hervorbringt, während die Pflanze mit faltigen Erbsen nur Nachkommen mit faltigen Erbsen hervorbringt. Dies ist ein Schlüssel zu Mendels Experimenten – ein Merkmal, das in einer Elterngeneration nicht auftrat, erschien in der F1-Generation.

Wenn die Schüler auf Weiter klicken, erscheinen zwei Pflanzen auf dem Bildschirm, beide mit faltigen Erbsen. Der Student wird gebeten, die Erbsenformen der Nachkommen vorherzusagen (sowohl rund als auch faltig; alle rund; alle faltig; oder kann es nicht vorhersagen). Da das Allel, das faltige Erbsen produziert, rezessiv ist, werden die Nachkommen dieser Kreuzung alle faltige Erbsen haben.

Mendel erklärt dann das Konzept der dominanten und rezessiven Allele, indem er sagt: „Bei meinen Experimenten mit Erbsen habe ich viel über Genetik gelernt und darüber, wie Merkmale weitergegeben werden. Mir ist aufgefallen, dass die Nachkommen manchmal Merkmale zu haben scheinen, die ihre Eltern nicht hatten. Ich nannte die Merkmale, die andere Merkmale zu maskieren (oder zu verbergen) schienen, dominant. Merkmale, die versteckt zu sein schienen, nannte ich rezessiv.“

Stammbaum

In diesem Abschnitt des Weblabors experimentieren die Schüler mit Erbsenpflanzen, um herauszufinden, welche Allele dominant und welche rezessiv sind. Anhand von vier verschiedenen Erbsenpflanzen können die Schüler die Pflanzen mit sich selbst oder untereinander kreuzen, um die Dominanz zu bestimmen. Eine Strategie, die die Schüler anwenden können, besteht darin, Pflanzen mit sich selbst zu kreuzen. Die Nachkommen, die ein anderes Merkmal aufweisen als die Eltern einer solchen Kreuzung, besitzen das rezessive Allel (das in der Elterngeneration durch das dominante Allel verdeckt wurde).

Mendel sagt: „Finden Sie anhand dieser Pflanzen heraus, wie das Merkmal für die Blütenfarbe weitergegeben wird. Welche Farbe ist dominant, weiß oder violett? Dies ist ein Stammbaum. Du kannst Pflanzen mit sich selbst oder miteinander kreuzen.“

Wenn ein Schüler auf eines der Pflanzensymbole (ein weißes oder ein schwarzes Kästchen) klickt, erscheint die Kreuzungstaste. Wenn der Schüler zwei Pflanzen auswählt, werden die beiden Pflanzen gekreuzt und die Nachkommen erscheinen unten. Wenn ein Schüler nur eine Pflanze auswählt und auf die Schaltfläche „Kreuzen“ klickt, befruchtet sich die Pflanze selbst und die Nachkommen erscheinen unten. Die Schüler können Pflanzen so oft kreuzen, wie sie wollen, bevor sie entscheiden, welches Allel dominant ist.

Erforschen

Die Schüler können alle sieben Erbsenmerkmale erforschen, die Mendel in diesem Abschnitt untersucht hat. Vier Erbsenpflanzen erscheinen im Stammbaum, und die Schüler können mit dem Pulldown-Menü in der oberen linken Ecke des Bildschirms auswählen, welches Merkmal sie betrachten.

Wenn die Schüler festgestellt haben, welche Allele dominant sind, können sie ihre Auswahl in ihren Notizblöcken festhalten, indem sie auf die Schaltfläche Notizblock anzeigen klicken. Mit der Schaltfläche Überprüfen können die Schüler die Antworten, die sie in ihre Notizblöcke eingegeben haben, überprüfen. Die folgende Tabelle zeigt die einzelnen Merkmale und welche Merkmale dominant und welche rezessiv sind.

Glossar

Axial

Blüten in der Nähe der Mitte der Pflanze angeordnet.

Dominant

Merkmale, die andere Merkmale zu überdecken (oder zu verbergen) scheinen.

Pedigree

Ein Diagramm einer Familiengeschichte, das zur Verfolgung eines Merkmals über mehrere Generationen verwendet wird.

Rezessiv

Merkmale, die in einer Generation verborgen sein können und dann in der nächsten erscheinen.

Terminal

Blüten, die sich an den Enden der Stängel befinden.

Merkmal

Ein Unterscheidungsmerkmal.

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