Discovery Workshops für Schulklassen

Pflanzenforschung zum selber machen

Die Discovery Workshops richten sich an Schulklassen mit Schülerinnen und Schüler der Sekundarstufe (12–16 Jahre).

► Die Kurse werden auf Anfrage hin durchgeführt.

Kontakt und Anmeldung: Juanita Schläpfer oder Carole Rapo

Hintergrund

Das Zurich-Basel Plant Science Center bietet zusammen mit Lehrpersonen des ETH MINT Lernzentrum verschiedene Workshops für die Sekundarstufe an.

Die Discovery Workshops bieten viele spannende Experimente und Diskussionsformate rund um das Thema Innovation in der Pflanzenforschung. Dazu gehören z. B. der Einsatz von hochentwickelten Technologien wie die 3D-Mikroskopie und die Analyse von Genomen, Proteomen und Metabolomen, sowie neue Verfahren in der Pflanzenzüchtung und Modelle für Zukunftsvorhersagen für Klimawandel und evolutionäre Anpassung.

Für jedes Experiment werden Lernziele festgelegt, die sich nach den im Lehrplan 21 formulierten Kompetenzen und Aufträgen orientieren. Die Experimente können als forschendes Lernen (inquiry-based learning) angeleitet werden.

Das Programm wird vom SNSF Agora finanziert.

Angebot an Workshops

Auswirkungen des Klimawandels auf die Landwirtschaft – Workshop 1

Probiere: Eine Methode wie den du Klimawandel messen kannst

Verstehe: Warum brauchen wir Klimamodelle? Wie genau sind unsere Prognosen?

Kursbeschrieb: Die Sommer werden in Zukunft wärmer und trockener. Extreme Wetterereignisse wie heftige Regenfälle und Dürreperioden treten häufiger auf. Das wird die Bauern vor grosse Herausforderungen stellen. Man geht davon aus, dass sich nicht nur die landwirtschaftlichen Erträge sondern auch die Fähigkeit des Bodens zur Kohlenstoffspeicherung verändern werden. Darum ist es wichtig, die Auswirkungen solcher Veränderungen zu verstehen.

In diesem halbtägigen Workshop lernen die Jugendlichen die treibende Kräfte des CO2-Austausches zwischen Nutzpflanzen und der Atmosphäre in einem sich wandelnden Klima kennen. Die Jugendlichen untersuchen, wie sich Stress bei Pflanzen nach Überschwemmungen oder Dürre auf die Kohlenstoffaufnahme auswirkt.

Download Forschungsheft 1: Klimawandel (PDF, 2898 KB)

«3D Mikroskopie» – Workshop 2

Probiere: Eine Software mit der du den Transport von Molekülen in der Zelle sichtbar machen kannst

Verstehe: Wann und wie entscheidet eine Pflanzenzelle sich weiter zu entwickeln?

Kursbeschrieb: In diesem Workshop zur 3D-Mikroskopie erstellen Schüler Präparate von Keimlingen der Acker-Schmalwand (Arabidopsis thaliana) und betrachten sie unter dem Konfokalmikroskop, einem speziellen Lichtmikroskop. Einige Zellkompartimente der Keimlinge werden mit fluoreszierenden Proteinen markiert (z.B. die Membran, der Zellkern, die Mitochondrien, die Chloroplasten, der Golgi-Apparat und das endoplasmatische Retikulum), um die Sichtbarkeit der Zellstrukturen stark zu erhöhen. Mit Hilfe einer Bildanalyse-Software wandeln wir im Kurs die Konfokalbilder in eine dreidimensionale (3D) Darstellung um. Dr. Célia Baroux von der Universität Zürich verwendet diese Software in ihrer Forschung. Mit ihr zusammen entdecken die Schüler, wo in der Pflanzenforschung die 3D-Mikroskopie wichtig ist.

Download Forschungsheft 2: 3D Mikroskopie (PDF, 807 KB)

SMART Breeding: Einblick in den Werkzeugkasten der modernen Pflanzenzüchtung – Workshop 3

Probiere: Eine Methode mit der du Pflanzen schneller züchten kannst

Verstehe: Was sind die Vorteile von molekularen Methoden in der Pflanzenzucht?

Kursbeschrieb: Um die Bedürfnisse einer schnell wachsenden Weltbevölkerung zu decken (prognostizierte 9.6 Milliarden Menschen im Jahr 2050) müssen Produktionssteigerungen auf den bisher bewirtschafteten Flächen erfolgen. Die produzierende Landwirtschaft soll aber gleichzeitig den Ansprüchen der Nachhaltigkeit genügen. Zudem können, als Folge des Klimawandels, extreme Wetterereignisse häufiger auftreten und die landwirtschaftliche Produktion stark beeinträchtigen.

Pflanzenzüchter entwickeln innovative und elegante Methoden und Technologien um 1) den Züchtungsprozess von neuen produktiveren Pflanzensorten zu beschleunigen, 2) die Selektion von einem (oder mehreren) Merkmalen zur optimalen Anpassung an sich verändernde Umweltbedingungen zu intensivieren.

In diesem ganztägigen Workshop vergleichen die Jugendlichen das Erbgut verschiedener Gräser. Daraus lässt sich ein molekularer Marker erkennen, der Gräser widerstandsfähiger gegenüber schädlichen Pilzen macht. Am Ende des Workshops diskutieren wir über die Bedeutung der modernen Pflanzenzüchtung im Klimawandel.

Download Forschungsheft 3: Pflanzenzucht (PDF, 3404 KB)

Adaptive Evolution: Hohe phänotypische Plastizität bei polyploiden Kreuzblütlern – Workshop 4

Probiere: Eine Software mit der du die genetische Vielfalt von Pflanzen sichtbar machen kannst

Verstehe: Wie passen sich Pflanzen an neue Umgebungen an?

Kursbeschrieb: Auf dem Gebiet der Ökologie und Evolution liegt heute ein Fokus auf den Auswirkungen menschlichen Handels auf die Umwelt. Wie können wir diese Auswirkungen auf die Umwelt und die Landwirtschaft verstehen? Welches Wissen benötigen wir dafür? Heutzutage kann die Molekularbiologie uns helfen Fragestellungen zu globalen Veränderungen, Biodiversität oder Evolution zu beantworten. Die Entstehung neuer Arten verläuft normalerweise zu langsam, als dass sie direkt beobachtet werden kann. Bei Pflanzen können neue Arten durch Kreuzung und die darauf folgende Genomverdoppelung (die sogenannte polyploide Artbildung) schnell entstehen.

Ein aktuelles Beispiel der polyploiden Artenbildung im Genus Cardamine ist die Entstehung einer neuen Art (C. insueta) in den letzten 150 Jahren im Kanton Uri in der Schweiz. Durch das Fällen von Bäumen veränderten die Bauern die Landschaft. Als Folge davon kreuzten sich das bittere Schaumkraut (C. amara) und das Gebirgs-Wiesen- Schaumkraut (C. rivularis) welche beide diploid sind zu einer neuen polyploiden Art (C. insueta). Diese verbreitete sich auf den vom Menschen angelegten Wiesen. Die Anpassung des Erscheinungsbildes einer Pflanze (Phänotyp) auf eine bestimmte Umwelt bezeichnet man als phänotypische Plastizität.

Flyer Kursbeschrieb (PDF, 96 KB)

Pflanzenmetabolismus: Ist pflanzliche Biomasse (Bioenergie) ein nachhaltiger Treibstoff der Zukunft? – Workshop 5

Probiere: Eine Methode mit der du den Stärkestoffwechsel in Pflanzen sichtbar machen kannst

Verstehe: Wie hilft uns das Wissen über Stoffwechselprozesse bei der Pflanzenzüchtung?

Kursbeschrieb:  Um den derzeitigen Energiebedarf und die Transportsysteme aufrechtzuerhalten, müssen wir heute Alternativen zur Nutzung fossiler Brennstoffe finden, die keine schädlichen Auswirkungen haben, wie zum Beispiel die Verschmutzung der Umwelt und den Klimawandel. Die Bioenergie, gewonnen aus Biomasse, kann eine Alternative sein. Die heutige Biotechnologieforschung mit pflanzlichen Rohstoffen konzentriert sich auf die Entwicklung von Biotreibstoffen aus ertragreichen Nutzpflanzen wie Mais und Weizen.

Die Modellpflanze Arabidopsis thaliana akkumuliert Stärke durch Photosynthese während des Tages und macht diese in der Nacht wieder verfügbar. Das grundlegende Wissen über die Prozesse, wie Stärke in der Pflanze hergestellt und genutzt wird, kann dann auf andere Pflanzenarten wie Kulturpflanzen übertragen werden. Durch Züchtung können diese dann verbessert und auch vielfältiger (diversifiziert) werden.

Flyer Kursbeschrieb (PDF, 67 KB)

Big Data – Workshop 6

Probiere: Eine Software mit der du grosse Mengen an Daten visualisieren kannst

Verstehe: Was für Daten produzieren Pflanzenforscher und was kann man aus ihnen lernen?

Kursbeschrieb (Abstrakt)

Download Forschungsheft

Download Wie arbeitet ein Pflanzenforscher in der Zukunft?

Mykorrhiza – Ein Pilz gegen den Welthunger?! – Workshop 7

Probiere: Eine Methode mit der du Pflanzen-Pilz Interaktionen sichtbar machen kannst

Verstehe: Wie können wir Bakterien und Pilze als Biodünger verwenden?

Kursbeschrieb: Der weltweite Bedarf an Nahrungsmitteln steigt kontinuierlich. Im Gegenzug sind natürliche Ressourcen wie Phosphat für Düngemittel begrenzt. Zudem bilden Düngemittel vor allem in Entwicklungsländern einen beträchtlichen Kostenfaktor. Die Erforschung von Pflanzensymbiosen mit Mykorrhizapilzen verspricht eine effiziente und kostengünstige Lösung, um die Erträge in der Landwirtschaft mit weniger Dünge­mitteln zu er­höhen.

In diesem halbtägigen Workshop haben die Jugendlichen Gelegenheit, Mykorrhizapilze selbst zu isolieren, anzufärben und unter dem Mikroskop zu untersuchen. Sie lernen einige Einsatzmöglichkeiten der Pilze als Düngemittel kennen.

Download Forscherheft 7: Symbiose (PDF, 3610 KB)