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Flache Illustration einer Erbsenpflanze, die an zwei Holzstäben rankt, mit violetten und weißen Blüten und einer offenen Hülse mit grünen Erbsen und einer gelben Erbse.

Biologie · Niedersachsen · Sek I

Vererbung: Chromosomen, Meiose und Mendelsche Regeln

Eine Unterrichtsreihe für Klasse 9/10 zur klassischen Genetik. Die Schülerinnen und Schüler beschreiben Gene als Chromosomenabschnitte mit Bauanleitungen für Genprodukte, vergleichen Mitose und Meiose, erklären Rekombination und leiten die drei Mendelschen Regeln aus Mendels Originalzahlen ab. Mit Kreuzungsschemata und Stammbäumen bestimmen sie Erbgänge beim Menschen. Ein Selbsttest am Ende räumt mit verbreiteten Irrtümern auf, etwa dass dominant häufig bedeutet.

Klassen
9–10
Schulformen
Gymnasium, Oberschule
Umfang
8 Unterrichtsstunden
Fach
Biologie
Bundesland
Niedersachsen
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Lernziele

  • Die Schülerinnen und Schüler beschreiben Gene als Chromosomenabschnitte, die Bauanleitungen für Genprodukte enthalten, und erklären den Zusammenhang von Gen, Genprodukt und Merkmal.
  • Die Schülerinnen und Schüler beschreiben, dass Gene und Umweltbedingungen bei der Ausprägung des Phänotyps zusammenwirken.
  • Die Schülerinnen und Schüler begründen die Erbgleichheit der Körperzellen mit der Mitose und erläutern auf der Grundlage der Meiose die Prinzipien der Rekombination.
  • Die Schülerinnen und Schüler erklären die Uniformitäts-, Spaltungs- und Unabhängigkeitsregel mit Allelen und Kreuzungsschemata und berechnen erwartete Anzahlen.
  • Die Schülerinnen und Schüler analysieren Familienstammbäume und unterscheiden autosomal-rezessive, autosomal-dominante und X-chromosomal-rezessive Erbgänge.
  • Die Schülerinnen und Schüler deuten Abweichungen von erwarteten Verhältnissen als Zufallsschwankungen und diskutieren die Aussagekraft kleiner Stichproben.

Bezug zum Kerncurriculum

Kerncurriculum für das Gymnasium Schuljahrgänge 5–10 Naturwissenschaften (Niedersachsen, 2015), Teil Biologie

  • Kompetenzbereich: Fachwissen
  • Kompetenzbereich: Erkenntnisgewinnung
  • Inhaltlicher Schwerpunkt: Variabilität und Angepasstheit
  • Kompetenzerwartung: vergleichen komplexe Vorgänge auf zellulärer Ebene
  • Kompetenzerwartung: wenden einfache Modellvorstellungen auf dynamische Prozesse an
  • Kompetenzerwartung: deuten komplexe Sachverhalte
  • Kompetenzerwartung: diskutieren die Aussagekraft der Ergebnisse
  • Kompetenzerwartung: beschreiben komplexe Zusammenhänge strukturiert und sachgerecht

Ablauf

  1. Abschnitt 1

    Chromosomen, Gene und Allele

    Vom Zellkern zum Gen, Karyogramm des Menschen, homologe Chromosomen, diploid und haploid, Genotyp und Phänotyp, Gene und Umwelt.

  2. Abschnitt 2

    Mitose und Meiose im Vergleich

    Erbgleiche Teilung, Reifeteilungen, zufällige Verteilung der Chromosomen, Crossing-over, Befruchtung.

    • Lektion

      Mitose und Meiose: Unterschied und Rekombination

      Dein Körper ist aus einer einzigen befruchteten Eizelle entstanden. Heute bestehst du aus Billionen Zellen, und fast jede davon trägt genau dieselbe…

    • Aufgabe

      Meiose-Modell legen

      Lege mit Wollfäden, Pfeifenreinigern oder Papierstreifen in zwei Farben ein Modell einer Zelle mit zwei Chromosomenpaaren (rot = von der Mutter, blau = vom Vater).

      1. Stelle die erste und die zweite Reifeteilung in mindestens vier Schritten dar und fotografiere jeden Schritt.
      2. Zeige alle möglichen Keimzellen, die ohne Crossing-over entstehen können.
      3. Erweitere dein Modell um ein Crossing-over und beschreibe, was sich ändert.
      4. Nenne zwei Grenzen deines Modells.

      Lade die Fotos mit kurzen Beschriftungen hoch.

  3. Abschnitt 3

    Mendels Erbsenversuche: Uniformitäts- und Spaltungsregel

    Mendels Vorgehen, dominant und rezessiv, Kreuzungsschema, 3 : 1 und 1 : 2 : 1, intermediärer Erbgang bei der Wunderblume, Rückkreuzung.

  4. Abschnitt 4

    Unabhängigkeitsregel und dihybrider Erbgang

    Kreuzung mit zwei Merkmalen, 9 : 3 : 3 : 1, Neukombination, Züchtung, gekoppelte Gene.

  5. Abschnitt 5

    Stammbaumanalyse: Erbgänge beim Menschen

    Stammbaumsymbole, autosomal-rezessiv, autosomal-dominant, X-chromosomal-rezessiv, Wahrscheinlichkeiten für Kinder.

    • Lektion

      Stammbaumanalyse: Erbgänge beim Menschen bestimmen

      Lena und Jonas sind beide gesund. Bei ihrem ersten Kind ist der Test auf Mukoviszidose im Neugeborenen-Screening auffällig, ein Schweißtest…

    • Aufgabe

      Einen Stammbaum auswerten

      Zeichne den Stammbaum einer erfundenen Familie über drei Generationen mit mindestens zehn Personen nach folgender Beschreibung: Großvater väterlicherseits und eine Enkelin zeigen ein Merkmal, alle anderen nicht. Der Vater der Enkelin und ihre Mutter zeigen das Merkmal nicht.

      1. Bestimme begründet, ob der Erbgang dominant oder rezessiv ist.
      2. Gib die Genotypen aller Personen an, soweit sie sicher bestimmbar sind.
      3. Berechne die Wahrscheinlichkeit, dass ein weiteres Kind der Eltern der Enkelin das Merkmal zeigt.

      Lade ein Foto deines Stammbaums mit der Auswertung hoch.

  6. Abschnitt 6

    Genetik im Überblick: Fehlvorstellungen und Selbsttest

    Begriffsübersicht, typische Irrtümer zu Dominanz, Mischvererbung und Augenfarbe, gemischter Selbsttest mit vollständigen Lösungen.

Hinweise für Lehrkräfte

Einordnung in das Kerncurriculum

Das Kerncurriculum Naturwissenschaften für das Gymnasium (2015) fordert im Basiskonzept Reproduktion bis Ende Jahrgang 10: die Erbgleichheit von Körperzellen mit der Mitose begründen, Unterschiede zwischen geschlechtlicher und ungeschlechtlicher Fortpflanzung auf genetischer Ebene erläutern, auf der Grundlage der Meiose die Prinzipien der Rekombination erläutern, die Folgen von Diploidie und Rekombination im Rahmen von Familienstammbaumanalysen erläutern, Gene als Chromosomenabschnitte mit Bauanleitungen für Genprodukte (häufig Enzyme) beschreiben, den Zusammenhang von Genen, Genprodukten und Merkmalen ohne molekulargenetische Aspekte beschreiben und das Zusammenwirken von Genen und Umwelt beschreiben. Die Beispiel-Themenfolge im Anhang heißt „Vom Kern über das Chromosom zum Gen“ (Jahrgang 10). Die Mendelschen Regeln nennt das KC nicht ausdrücklich. Sie sind aber der übliche Weg, Diploidie, Dominanz und Rekombination quantitativ zu erschließen, und die Voraussetzung für Stammbaumanalysen. Das Oberschul-Kerncurriculum (2013) fordert Mitose, Neukombination bei Meiose und Befruchtung, Gene als DNA-Abschnitte und Gene und Umwelt bis Ende Jahrgang 10. Nicht enthalten sind Kerntransfer und technisches Klonen (Gymnasium) sowie Gentechnik, Mutation und eine vertiefte Behandlung der identischen DNA-Verdopplung (Oberschule). Ergänzen Sie diese.

Zeitplan (8 Stunden)

StundeAbschnitt
1Chromosomen, Gene, Allele, Gene und Umwelt
2–3Mitose und Meiose mit Chromosomenmodell (Wollfäden, Pfeifenreiniger)
4Mendel: Uniformität und Spaltung, Münzmodell
5Unabhängigkeitsregel, Rückkreuzung
6–7Stammbaumanalyse
8Fehlvorstellungen, Selbsttest

Hinweise zur Durchführung

  • Modellarbeit: Lassen Sie die Meiose mit zweifarbigen Chromosomenmodellen legen. Die Lernenden sehen so die zufällige Verteilung und können 2n2^n selbst herleiten.
  • Münzmodell: Sammeln Sie die Ergebnisse aller Gruppen. Die Annäherung an 3 : 1 bei großer Zahl ist der beste Zugang zur Wahrscheinlichkeitsdeutung.
  • Sensible Themen: Erbkrankheiten können Lernende persönlich betreffen. Formulieren Sie neutral („Merkmalsträger“, „Anlageträger“). Aufgaben zur Augenfarbe oder Blutgruppe können Fragen zur Abstammung auslösen. Lektion 6 greift das bewusst auf und betont, dass ein einzelnes Merkmal keine Aussage über Verwandtschaft zulässt.
  • Die Meiose wird vereinfacht dargestellt. Lektion 2 erwähnt, dass bei der Frau nur eine reife Eizelle entsteht.

Typische Fehlvorstellungen

  • „Dominant heißt häufig oder stärker.“ Gegenbeispiel: Kurzfingrigkeit ist dominant und selten.
  • „Merkmale werden vererbt.“ Konsequent von Allelen sprechen.
  • Mischvererbung: Kinder als Mittelwert der Eltern. Das Wiederauftauchen rezessiver Merkmale in der F2 widerlegt das.
  • Chromosom, Chromatid und Gen werden verwechselt. Die Begriffshierarchie aus Lektion 1 und 2 regelmäßig abfragen.
  • Mitose und Meiose werden verwechselt, besonders bei der Zahl der Chromosomen in den Tochterzellen.
  • „Das Verhältnis 3 : 1 gilt in jeder Familie.“ Wahrscheinlichkeit statt Gewissheit (Spielerfehlschluss bei Lena und Jonas).
  • Augenfarbe als einfacher Erbgang. Polygene Merkmale ausdrücklich abgrenzen, keine Augenfarbe-Aufgaben nach einfachem Schema stellen.
  • „Das Y-Chromosom macht krank“ bei X-chromosomalen Erbgängen. Das Allel liegt auf dem X, Männer haben kein zweites X zum Ausgleich.

Differenzierung

  • Grundlegend: monohybride Kreuzungen mit vorgegebenem Schema, Stammbäume mit Leitfragen (Überspringt das Merkmal eine Generation? Sind beide Geschlechter betroffen?).
  • Erweitert: dihybride Kreuzungen, Rückkreuzung, gekoppelte Gene, X-chromosomale Erbgänge über drei Generationen, Wahrscheinlichkeiten für Anlageträgerschaft (23\frac{2}{3}).

Prozessbezogene Kompetenzen

Erkenntnisgewinnung: Modelle auf dynamische Prozesse anwenden (Meiose), komplexe Vorgänge auf zellulärer Ebene vergleichen, Mendels Daten deuten, Aussagekraft kleiner Stichproben diskutieren. Kommunikation: Kreuzungsschemata und Stammbaumsymbole als fachtypische Darstellung. Bewertung: respektvoller Umgang mit genetischen Informationen.

Häufige Fragen

In welcher Klasse wird Genetik in Niedersachsen unterrichtet?

Am Gymnasium und an der Oberschule im Doppeljahrgang 9/10. Das Beispiel im Kerncurriculum des Gymnasiums legt die Einheit „Vom Kern über das Chromosom zum Gen“ in Jahrgang 10.

Stehen die Mendelschen Regeln im Kerncurriculum?

Nicht ausdrücklich. Das Kerncurriculum fordert, Diploidie, Rekombination und Familienstammbaumanalysen zu erläutern. Die Mendelschen Regeln sind dafür die übliche und anschauliche Grundlage.

Passt die Reihe für die Oberschule?

Zum großen Teil. Lektion 1 bis 3 und 5 decken Mitose, Neukombination bei Meiose und Befruchtung, Gene als DNA-Abschnitte sowie Gene und Umwelt ab. Mutation und Methoden der Gentechnik fordert das Oberschul-Kerncurriculum ebenfalls bis Jahrgang 10, die identische Verdopplung der DNA wird hier nur kurz behandelt. Diese Inhalte müssen Sie ergänzen. Den dihybriden Erbgang in Lektion 4 können Sie für den grundlegenden Kurs weglassen.

Wie gehe ich mit Erbkrankheiten in der Klasse um?

Formulieren Sie neutral und ohne Bewertung von Menschen. Die Beispiele (Mukoviszidose, Albinismus, Rot-Grün-Sehschwäche) sind so gewählt, dass sie sachlich behandelt werden können. Verzichten Sie auf Aufgaben, bei denen Lernende eigene Familienmerkmale offenlegen müssen.

Wie viele Stunden brauche ich?

Acht Unterrichtsstunden. Mit Modellarbeit zur Meiose und ausführlicher Stammbaumanalyse eher zehn.

Quellen

Bildnachweise

  • Titelbild: KI-generiert
  • Erbgang der Samenfarbe bei Erbsen in drei Reihen. P: gelbe Erbse GG gekreuzt mit grüner Erbse gg. F1: vier gelbe Erbsen, alle Gg. Nach Selbstbestäubung F2: drei gelbe Erbsen GG, Gg, Gg und eine grüne Erbse gg, also 3 gelb zu 1 grün.: Eigene Darstellung

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