029 – Beobachtung von Speichel

Diese Laborsitzung führt die Teilnehmer durch die Beobachtung von menschlichen Speichelpro.

Das Hauptziel ist die Identifizierung verschiedener Bestandteile im Speichel, wie z. B. Epithelzellen, Schleim und Mikroorganismen, sowie das Verständnis, wie Lugolsche Lösung die Sichtbarkeit bestimmter zellulärer Merkmale, insbesondere des Zellkerns, verbessert.

Bildungsziele

• Mikroskopie-FertigkeitenEntwickeln Sie fundierte Fähigkeiten im Umgang mit dem Mikroskop, einschließlich Fokussieren, Vergrößerungseinstellung und Handhabung von Objektträgern.
• Biologische BeobachtungIdentifizieren und differenzieren Sie Strukturen, die im Speichel vorkommen, wie beispielsweise Epithelzellen, Schleim und Bakterienkolonien.
• Anwendung der Lugolschen-FärbungVerstehen, wie Lugolsche Jodlösung mit bestimmten biologischen Molekülen bindet, um den Kontrast und die Sichtbarkeit zu verbessern.
• Beobachtung und DokumentationVisuelle Unterschiede zwischen ungefärbten und gefärbten Proben genau aufzeichnen und interpretieren.
• Analytisches DenkvermögenBeobachtete Zellstrukturen in Bezug auf ihre biologischen Funktionen und Zusammensetzung in Verbindung bringen.

Bedeutung und gewonnene Erkenntnisse

• Biologische Einblicke: Die Beobachtung von Speichel unter dem Mikroskop ermöglicht das Verständnis der Zellvielfalt und des Nebeneinanders von menschlichen und mikrobiellen Strukturen.
• Technische Fähigkeiten: Festigt den sicheren Umgang mit Objektträgern, die Mikroskopie und die korrekte Anwendung von Färbemitteln.
• Analytische Entwicklung: Fördert detaillierte Beobachtung und kritisches Denken, um visuelle Informationen mit biologischer Bedeutung zu verbinden.
• Labordisziplin: Betont die Bedeutung von Präzision, Sauberkeit und der Einhaltung von Sicherheitsprotokollen.

Protokoll

Vor Ihnen steht ein optisches Mikroskop mit 4 Objektiven. Um die Bedienung zu erleichtern, sind bestimmte Funktionen deaktiviert und werden in fortschrittlicheren Laboren verwendet.

Bitte beachten Sie, dass die Gesamtvergrößerung durch Multiplikation der Vergrößerung des Objektivs (z. B. 4x) mit der des Okulars berechnet wird. Das in diesem Labor verwendete Mikroskop hat ein Okular mit 10-facher Vergrößerung. Beispielsweise führt ein Objektiv mit 4-facher Vergrößerung zu einer Gesamtvergrößerung von 40x.

Vorbereitung

1. Schalten Sie das Mikroskop ein, indem Sie den Schalter an der Vorderseite des Geräts betätigen. Sie schalten den Auflicht ein, sodass das durchfallende Licht von unten durch die Probe fällt, was ideal für transparente Präparate ist.
2. Legen Sie zwei saubere Objektträger auf Ihren Arbeitsbereich.

Vorbereitung der ersten Folie
1. Geben Sie einen Tropfen Speichel auf das erste Objektträger.
2. Decken Sie den Objektträger mit einem Deckgläschen ab.
3. Tupfen Sie den überschüssigen Speichel vorsichtig mit saugfähigem Papier ab.
Vorbereitung der zweiten Folie
1. Geben Sie einen Tropfen Speichel auf das zweite Objektträger.
2. Geben Sie einen Tropfen Lugol auf dasselbe Glasplättchen.
3. Decken Sie den Objektträger mit einem Deckglas ab.
4. Tupfe überschüssiges Lugol vorsichtig mit saugfähigem Papier ab.

Beobachtungen

Beobachtung der ersten Objektträger (nur Speichel)
1. Legen Sie das erste Präparatsobjekt auf den Objektträger des Mikroskops.
2. Klicken Sie auf dem Tablet auf die Schaltfläche «Mikroskop«, um das Mikroskopbild anzuzeigen.
Sie können ein Bild der beobachteten Ansicht speichern, indem Sie auf die Schaltfläche «Bild speichern« klicken, die sich im unteren linken Bereich des Abschnitts «Mikroskop« befindet.
3. Passen Sie die Vergrößerung durch Berühren der Mikroskopobjektive an. Beginnen Sie die Beobachtung mit einer 40-fachen Vergrößerung (rotes Objektiv – beschriftet mit Plan 4/0.10).
4. Verfeinern Sie den Fokus mit den Grobeinstellungsknöpfen, die sich links und rechts am Mikroskop befinden.
5. Erhöhen Sie allmählich die Vergrößerung von 40x auf 100x (gelbes Objektiv – bezeichnet Plan 10/0,25), dann auf 400x (blaues Objektiv – bezeichnet Plan 40/0,65) und stellen Sie dabei jeweils den Fokus ein.
Hinweis: Eine Vergrößerung von 1000x (Objektiv weiß – beschriftet mit Plan 100/1.25) erfordert die Verwendung von Öl zwischen Objektiv und Deckglas. Dieses Objektiv wird daher in diesem Labor nicht verwendet.

Beobachtung der zweiten Objektträger (Speichel und Lugol)
1. Ersetze die erste Folie durch die zweite Folie mit dem Speichel und dem Lugol.
2. Beginnen Sie mit einer 100-fachen Vergrößerung (gelbes Objektiv – bezeichnet Plan 10/0,25) und stellen Sie das Vorhandensein von Zellkernen fest, die durch das Lugol-Reagenz braun gefärbt sein sollten.
* Vergessen Sie nicht, die wichtigen Beobachtungen zu notieren!

Mikroskop ausschalten
1. Schalten Sie das Mikroskop aus, indem Sie den Schalter an der Vorderseite des Geräts drücken.

Beobachtungsfragen
1. Was fällt Ihnen im ungefärbten Speichelpräparat (ohne Lugol) auf?
2. Was ist der Zweck von Lugol in dem Experiment?
3. Welcher Teil der Zelle wird nach Zugabe von Lugol sichtbarer und warum?
4. Warum müssen Sie immer mit geringer Vergrößerung (40x) beginnen, bevor Sie zu 100x oder 400x wechseln?
5. Basierend auf Ihren Beobachtungen, welche Strukturen im Speichel gehören zu einem Lebewesen (menschliche Zellen) und welche sind nicht-lebende Elemente (Schleim, Ablagerungen usw.)?
6. Beschreiben Sie für jede Vergrößerung die Unterschiede bei der Beobachtung einer Speichelprobe und einer menschlichen Epithelprobe, die von der Wangenschleimhaut entnommen wurde.

Erwartete Ergebnisse

Die Ergebnisse finden sich in diesem Dokument

Die Teilnehmer werden feststellen, dass Speichel eine Mischung aus Epithelzellen, Schleim, Bakterien und Ablagerungen enthält. In dem ungefärbten Präparat erscheinen die Zellen transparent mit undeutlichen Umrissen, während die mit Lugol-Jod behandelte Probe einen besseren Kontrast aufweist und Zellkerne und granuläre Strukturen klarer erkennen lässt. Dieses Experiment unterstreicht die Bedeutung der Färbung in der Mikroskopie und die Komplexität biologischer Flüssigkeiten.

Durch die Durchführung dieses Experiments werden die Schüler ihre Laborfähigkeiten stärken, den Zweck der Färbung verstehen und ihre Fähigkeit verbessern, biologische Proben zu analysieren und zu beschreiben.

Beobachtungsfragen

Was fällt Ihnen an der nicht gefärbten Speichelprobe (ohne Lugol) auf?

Im ungefärbten Speichelabstrich sehe ich transparente oder kaum sichtbare Zellen. Die Epithelzellen sind flach und unregelmäßig geformt, mit undeutlichen Umrissen und kaum sichtbaren Kernen. Möglicherweise gibt es auch Schleimfäden, kleine Trümmer oder winzige Punkte, die Bakterien sein könnten. Der Gesamteindruck ist klar und farblos.

Welchen Nutzen hat Lugol in dem Experiment?

Der mit Lugol gefärbte Objektträger zeigt die Zellen deutlicher. Das Zytoplasma und die Kerne erscheinen gelb oder braun, wodurch sie leichter zu unterscheiden sind. Der Kontrast ist viel stärker, sodass die Zellgrenzen und inneren Strukturen besser sichtbar sind. Der ungefärbte Objektträger wirkt viel blasser und weniger detailliert.

Der Zellkern wird nach Zugabe von Lugol sichtbarer, weil er durch die Stärke in ihm die charakteristische blaue Verfärbung annimmt.

Der Zellkern wird besser sichtbar, da Lugolsche Lösung mit bestimmten Molekülen wie Glykogen reagiert und diese gelbbraun färbt. Dies hilft, den Zellkern und zytoplasmatische Details hervorzuheben, die zuvor schwer zu erkennen waren. Lugol erhöht den Kontrast, sodass wir die innere Organisation der Zellen sehen können.

Warum sollten wir die Beobachtung immer zuerst bei geringer Vergrößerung (40-fach) beginnen, bevor wir zu 100-fach oder 400-fach wechseln?

Das Starten mit geringer Vergrößerung hilft, den interessierenden Bereich leicht zu finden und verhindert Schäden an Objektträger oder Deckglas. Bei 40-facher Vergrößerung ist das Sichtfeld größer, sodass die Probe leichter zu lokalisieren ist. Sobald das Bild zentriert und fokussiert ist, kann gefahrlos zu höheren Vergrößerungen für mehr Details übergegangen werden.

Basierend auf Ihren Beobachtungen, welche Strukturen des Speichels gehören zu einem Lebewesen (menschliche Zellen) und welche sind nicht-lebende Elemente (Schleim, Zelltrümmer usw.)?

Die großen, flachen Epithelzellen mit sichtbaren Zellkernen stammen aus lebendem menschlichem Gewebe. Die Schleimfäden, Nahrungsreste und kleinen Ablagerungen sind nicht lebende Bestandteile. Bakterien können ebenfalls vorhanden sein – sie sind lebendig, aber nicht menschlich. Daher enthält die Probe sowohl lebendes (Zellen, Bakterien) als auch nicht lebendes (Schleim, Ablagerungen) Material.

Für jede Vergrößerung, beschreiben Sie die Beobachtungsunterschiede zwischen einer Speichelprobe und einer Probe von menschlichem Epithel, das von der Wange entnommen wurde.

Speichelprobe bei 40-facher Vergrößerung

• Bei dieser geringen Vergrößerung erscheint das Feld uneben, mit mehreren unregelmäßigen Flecken und filamentärem oder amorphem Material, das über das Präparat verteilt ist.
• Das ist Schleim, der aus Glykoproteinen besteht, die von den Speicheldrüsen abgesondert werden. Er ist durch Lugol leicht angefärbt, was ihm einen blassgelb-braunen Farbton verleiht.

Unterschiede zum Wangenephitel

• Der Zytologieabstrich zeigte große, flache, kontinuierliche Zellschichten polygonaler Zellen.
• Die Speichelprobe sieht unordentlicher aus – keine einheitliche Zellschicht und mehr gallertartige Streifen.
• Sie können ein paar Epithelzellen sehen, die sich im Schleim lösen, aber sie sind isoliert, nicht in Gruppen.

Speichelprobe bei 100-facher Vergrößerung

• Bei 100-facher Vergrößerung werden zwischen Schleimfäden mehrere kleine, schwach angefärbte Zellen sichtbar.
• Einige sind abgeflachte Epithelzellen, ähnlich den Mundschleimhautzellen, andere sind jedoch kleine runde Zellen – wahrscheinlich Leukozyten (weiße Blutkörperchen) oder Bakterienagglomerate.

Was fällt auf

• Die Lugol'sche Lösung färbt den Schleim gelblich-braun, kleinere Zellen erscheinen jedoch blasser.
• Die Wangenzellen waren bei dieser Vergrößerung groß und polygonal; im Gegensatz dazu ist das Speichelfruchtfleisch heterogen, mit Partikeln unterschiedlicher Größe und Dichte.

Interpretation

• Dies zeigt, dass Speichel nicht rein epithelial ist – er ist eine komplexe Suspension, die Schleim, Immunzellen und Mikroorganismen enthält.

Speichelprobe bei 400-facher Vergrößerung

Bei 400-facher Vergrößerung werden Details klarer

• Sie können Bakteriencluster wahrscheinlich als winzige Punkte oder kurze Stäbchen sehen, die oft an Schleimfäden oder Zelltrümmern haften.
• Die vorhandenen Epithelzellen sind oft beschädigt oder gefaltet, nicht so intakt und transparent wie in Ihrer Mundschleimhautprobe.
• Einige granuläre Einschlüsse können im Schleim auftreten – möglicherweise Nahrungsreste oder denaturierte Proteine, die mit Jod reagieren.

Vergleich mit Wange 400x

• Wange: sauberer Hintergrund, große definierte Zellen mit sichtbarem Zellkern.
• Speichel: überfüllter Hintergrund, kleinere unregelmäßige Strukturen, Mikroorganismen vorhanden.

Wenn Sie bei dieser Vergrößerung Bewegung in ungefärbtem Speichel beobachten, sehen Sie möglicherweise sogar bewegliche Bakterien oder Protozoen (obwohl die Lugol-Fixierung die Bewegung normalerweise stoppt).

Zusammenfassung der Aufgaben nach Klassenstufen

Klassenstufe 3–5 (Alter 8–10)

• Auf diesem einführenden Niveau werden den Schülern das Grundkonzept der Mikroskopie und die Vorstellung, dass lebende Organismen aus sehr kleinen Einheiten, den sogenannten Zellen, bestehen, nähergebracht. Sie werden Speichel als Probe untersuchen, um zu verstehen, dass selbst einfache Körperflüssigkeiten lebende Elemente enthalten.
• Die Schüler üben den sicheren Umgang mit einem Mikroskop, beobachten bei geringer Vergrößerung und beschreiben das Gesehene in einfachen Worten. Der Schwerpunkt liegt auf Neugier, Beobachtung und dem Unterschied zwischen dem, was mit und ohne Färbung sichtbar ist.
• Lehrer werden sie dabei anleiten, große Partikel, Blasen oder einfache Formen zu identifizieren, und sie zu sorgfältiger Beobachtung und Beschreibung ermutigen.

Klassen 6–8 (Alter 11–13)

• Schüler auf diesem Niveau werden ihre Fähigkeit verfeinern, Präparate selbstständig anzufertigen und Lugolsche Lösung sicher anzuwenden. Sie werden beginnen, eindeutige Zellstrukturen wie Zellmembran, Zellkern und Zytoplasma zu erkennen und gleichzeitig nicht-zelluläre Elemente wie Schleimfäden oder Bakterien zu beobachten.
• Das Ziel ist es, das Verständnis der Beziehung zwischen Zellstruktur und Funktion zu vertiefen und gleichzeitig die Mikroskopietechnik zu stärken. Die Lernenden werden gebeten, beschriftete Skizzen anzufertigen, die Klarheit von gefärbten und ungefärbten Präparaten zu vergleichen und Beobachtungen systematisch zu dokumentieren.
• Diskussionen können beinhalten, warum Jod an bestimmte zelluläre Substanzen bindet und wie Färbung die biologische Untersuchung verbessert.

Klassen 9–12 (Alter 14–18)

• In diesem fortgeschrittenen Stadium führen die Studierenden eine detaillierte vergleichende Analyse von gefärbten und ungefärbten Speichelproben durch und vergleichen diese optional mit Wangenephitelzellen. Sie werden Unterschiede in der Zellmorphologie, der Sichtbarkeit der Zellwand und dem Erscheinungsbild der Zellkerne beschreiben.
• Die Schülerinnen und Schüler untersuchen, wie Lugolsche Lösung chemisch mit Glykogen oder anderen zytoplasmatischen Materialien interagiert, um Zellstrukturen deutlicher hervorzuheben. Diese Phase betont kritische Analysen, genaue Messungen der Zellgröße unter verschiedenen Vergrößerungen und die Erstellung vollständiger wissenschaftlicher Berichte mit Beobachtungen, Zeichnungen und Schlussfolgerungen.
• Das Experiment bietet auch die Gelegenheit zu diskutieren, wie die Mikroskopie zu den medizinischen und biologischen Wissenschaften beiträgt, indem sie die mikroskopische Organisation menschlicher Gewebe offenbart.

Labor-Grundausstattung

Instrumente

• Becher (50 ml)
• Tropfer
• Mikroskop
• Objektträger
• Mikroskopschlitten
• Küchenrolle
• Pinzette

Produkte

• Menschlicher Speichel in Suspension
• Lugol-Lösung 2%