Pedigrree Tasting Assignment

profilegarinh
biol1009labmanual.pdf

   

Biol 1009 Lab Manual  NOTE: You must complete at least 7 out of 8 labs to pass this course.  The labs are not optional.  

  

   Contents        Lab Exercise  Page    

1  Use of the Microscope    3 

   2  Enzyme Activity and Digestion of Carbohydrates and Proteins  13 

   3  Fermentation, Photosynthesis, and Respiration  19 

   4  The Structure of a Flower  28 

   5  Growth and Trophic Responses  31 

   6  Pedigree Tasting  39 

   7  Morphogenesis in Insects  44 

   8  The Ecological Community Structure  51 

            

  2 

   

Lab Exercise 1: Use of the Microscope  As part of the assignment for this lesson, complete the following lab exercise.  Read through all of the lab exercise before you begin so that you’ll know what  you’re expected to do, what equipment to gather, and the questions you’ll need to  answer. 

   Write down your answers to the questions as you do the work. These are the  questions you will answer in your lab report. Go to the ​Assignments ​tool on the  course Web site to download the worksheet on which to enter your answers. 

   Timing note: ​A few hours, but you will need to arrange an appointment in advance.  NOTE: Most students use the microscope that is set up on the U of M campus (see  below). ​To avoid scheduling problems using this microscope, you do not have to  complete this lab until the end of week 3. However, sometimes a lot of students wait  until the end of week 3 to do this lab, so it’s best to schedule your microscope  appointment early (see below).    

   Arranging to Use a Microscope   If you live near the University of Minnesota, you may come to the St. Paul campus  and use a microscope in the College of Biological Sciences instructional  laboratories. To be sure a microscope is available for your use, please make an  appointment by contacting Sandy Mand at ​[email protected]​ or call 612­626­2821.  The preferred day and time for appointments is Friday, 9 a.m.–5 p.m., but other  days and times can usually be arranged. Also be sure to call this number if you  need to cancel your appointment.    If you do not live near campus, contact a local grade school, high school, college, or  laboratory to see if you may use one of their microscopes. Try to find some time that is  convenient to both you and the lending institution. Many institutions will be gracious  about letting you use their equipment on their premises.    It will take you approximately three hours to complete this lab exercise. 

         

Objectives  In this exercise you will learn about the use and care of the compound light  microscope. You will use it to examine plant and animal materials, prepare your own  temporary slides, and make approximate measurements of viewed materials. 

     

Supplies  If possible, borrow the following equipment: 

   ● ​compound light microscope with scanning, low­, and high­power objectives  ● ​slide with three different colors of thread*  ● ​slide of plant tissue*  ● ​slide of animal tissue*  ● ​lens paper  ● ​paper towels 

   *Note: ​If these slides are not available, be creative and make your own slides (e.g.,  human hair, aquarium water, etc.) 

   From the lab kit you will need: 

   ● ​eye dropper  ● ​clean slides and cover slips  ● ​calibration film  ● ​printed strip labeled “Biology” 

   You will need to supply: 

   ● a sample from any natural body of water—pond, stream, etc.—or a sample 

of water taken from an aquarium or fish bowl  ● ​transparent tape 

     

Notebook  For this exercise and the other exercises in this course, you should have a                            notebook (any kind of notebook) in which to jot down data and observations. Of                            course, you may also write in this lab manual. 

  

Write your initial answers to the questions in the exercises in the notebook. You will  enter them later in a word­processing document for submission. 

  

     

Procedure     Locate the parts of the microscope using the figure on the next page. Although the  microscope you use may differ from this illustration, the parts of most compound  microscopes are located in approximately the same positions. You might ask the  person who lends you the microscope for a quick lesson in its use. 

   Always carry the microscope using both hands, one hand grasping the arm and the  other firmly supporting the base. Never tip a microscope, or the ocular may fall out  and shatter. When using the microscope, rest it on the tabletop directly in front of  you with the arm facing you. Do not place it too close to the edge of the table or  you may knock it over.    If the ocular is dusty or dirty, clean it with ​lens paper only​—never with tissue or a  handkerchief. Do not touch the lenses with your fingers or you will leave greasy  smudges on them.    When focusing the microscope, first watch from the side and raise the stage by  turning the coarse adjustment knob. Continue focusing by looking through the ocular  while lowering the stage. Always begin focusing a new slide by using the low­power  objective, usually designated with a “10X” on the tube supporting the lens. 

   If your microscope has a built­in illuminator, make sure the electric cord is plugged  into an outlet and the illuminator button is switched on. When you place a slide on the  stage, light from the illuminator passes successively through the substage  condenser, iris diaphragm, slide, objective lens, and ocular lens to your eye. Prisms  in the barrel focus the light passing through the objective lens, and the ocular lens  magnifies the resultant image. The iris diaphragm controls the amount of light  passing through the lenses. If the slide is darkly stained, you must use the maximum  amount of light; if it is transparent, reduce the amount of light. The substage  condenser concentrates the light on the specimen. The image is brought into focus  with the two knobs that raise and lower the stage: the coarse adjustment (the larger  outer knob) and the fine adjustment (the smaller inner knob). 

  

The nosepiece contains three objectives: the scanning objective is usually labeled  “4X” and magnifies the object four times; the low­power objective is labeled “10X” and  magnifies ten times; the high­power objective is usually labeled “40X” and magnifies  the object forty times. The ocular has a 10X lens and magnifies the image ten times.  To determine the total magnification of the set of lenses you are using, simply multiply  the magnification of the ocular by the magnification of the objective. Thus, the  combination of the 10X ocular and the 10X objective results in a magnification of 10 X  10 or 100 times the size of the object on the slide. Similarly, the 10X ocular and the  40X objective produce a compound magnification of 400 times. 

    

         Focusing on a Practice Slide 

   Turn the nosepiece so the low­power objective, 10X, snaps into place. Prepare a  practice slide by attaching the printed strip labeled “Biology” to a clean microscope  slide. Use a small piece of transparent tape at each end to secure the strip. Insert the  slide so that the paper label is on top. 

  

Center one of the letters on the slide so that the beam of light passes through it.  While watching from the side, raise the stage with the coarse adjustment knob until  the bottom of the objective is about half an inch from the stage. Note which way you  turned the knob; the opposite direction will lower it. 

   Since the label is relatively dense, open the iris diaphragm completely. A clear,  circular field of light should be visible through the ocular. Look through the  microscope and slowly lower the stage with the coarse adjustment until the lettering  is resolved. Continue focusing with the fine adjustment until the letter is in perfect  focus. Now swing the high­power objective into place and refocus with the fine  adjustment knob ​only. 

   Return the microscope to low power and refocus. Slowly move the slide ​away  from you while looking through the microscope. Jot down your answers to the  following questions in your notebook. Later you will enter your answers on the  worksheet for this lab and submit the document as your lab report for this lab  exercise. 

   1.   Which way does the image move?  

 

Now move the slide toward you. 

2.   Which way does the image move?  

 

Move the slide to the left. 

3.   In which direction does the image move?       4.   If a protozoan were moving from left to right on a slide, which way  would you move the slide to keep the protozoan in focus? 

      Understanding Depth of Focus 

  

Place a slide of colored threads on the stage. After focusing on low power, switch to  high power and determine which thread is on top, which is in the middle, and which  is on the bottom. Microscopy allows you to observe different levels of material on a  slide. 

      Observing Plant and Animal Cells (Prepared Slides) 

   Observe slides of plant and animal tissue under low and high power. 

   5.   With the aid of chapter 4 of your text, determine which cell  organelles can be observed with a light microscope. Why can’t the other  structures be seen? 

   6.   List the visible structures that plant and animal cells have in common.         7.​   ​Draw a plant or animal cell you have observed and label the cell type  and the organelles. Include the drawing(s) in your report. ​Note: A major  part of your lab grade will be based on the enthusiasm of your  drawings. Detail, rather than artistic ability, will be stressed. 

  

      Making Wet Mount Slides 

   If you live near a natural body of water (e.g., a lake, a stream, or a temporary pond),  you might find it interesting to collect a sample of water for observation under a  microscope. If it is difficult for you to get a sample from a natural body of water, use  water from an aquarium or a fish bowl. Possible sources might be a friend or a pet  store. Collect your sample on the same day you will  be using the microscope. Merely dip out a small quantity of water using any  clean container. Keep the sample ​loosely ​covered so the organisms have  access to oxygen. 

   To make your own slide of this material, take a clean glass slide and cover slip.  Using an eye dropper, take a sample from the ​bottom ​of your container; most  organisms are denser than water and tend to settle to the bottom. Place one drop of  water in the center of the slide. Then place an edge of the cover slip on the slide 

next to the drop so that the cover slip is at a 45­degree angle to the boundary of the  drop, as shown in the following diagram. 

       Allow the water to flow out along the edge of the cover slip, and then drop the  cover slip onto the slide. The force exerted by the falling cover slip should drive  out most of the air bubbles. 

   Make sure the bottom of the slide is dry, and then place the slide on the microscope  stage and observe it under low power. When you think you see an organism, focus  it clearly and switch to high power for further observation. Since this is a  transparent slide, you will have the best resolution if you manipulate the iris  diaphragm to allow in the least possible amount of light. When you have finished,  clean the slide and cover slip with soap and water and dry them on paper towels.  Make additional slides of your material. It often takes several attempts to become  adept at making wet mount slides, so be patient. 

   8.   What organisms did you observe? Make sketches of them on a  separate sheet of paper. Include the drawings in your report. 

        Calibrating a Microscope 

   While it is interesting to be able to view cells under a microscope, it is also important  to have some idea of the relative sizes of these structures. When you calibrate a  microscope, you determine the ​diameter ​of the microscope field at each  magnification. You can then estimate the size of microscopic structures by  determining how many of them could be stretched across your field of view. For  example, if the diameter of your low­power objective is 1,500 micrometers and a  protozoan takes up approximately one­third of the field, then it is approximately 500  micrometers in length. Remember that these will only be approximations, but they will  be close enough to give you information about relative size. 

  

10 

As you learned above, by serially increasing the magnification, you can see smaller  and smaller structures. But as you probably noticed from the first part of this lab  exercise, as you increase the magnification, the diameter of the field ​decreases. 

   Place your calibration film on the microscope stage. Focus on the circle labeled #1.  These circles will be referred to hereafter as ​standards. ​The distance between two  adjacent parallel lines on standard #1 is 1.000 mm. This distance constitutes one  division. ​We will consider one division to be equal to the distance between the left  edges of two adjacent parallel lines. Figure 2 shows a field with three divisions. 

  

    

Figure 2     The distance between the left edges of two adjacent lines on standards #2 and #3  are 0.635 mm and 0.453 mm, respectively. 

   Now measure the diameter of the field at 50X. Your microscope may have a  scanning objective with a different magnification. Determine its total magnification  and change the appropriate boxes in the table below. Align the left edge of a black  line so that it is tangent to (just touching) 

 

11 

the outer edge of the microscope field. You should see an image similar to the one  in Figure 2. Count the number of divisions across the field and record this number in  the table. Next, without moving the slide, swing the 10X objective into alignment.  Position a line tangent to the left edge and count the divisions across the field.  Notice that as you increase the magnification, you see ​fewer ​divisions. Enter this  value in the table. Repeat this procedure with the higher­power objective ​and with  each standard. ​When you are finished, you will have three values for each standard. 

   Measurement of Field Diameters 

Standard  Mag.  div./field  mm/field  µm/field 

#1  1.000  mm/div 

           

#2  0.635  mm/div 

           

#3  0.453  mm/div 

           

   Convert the number of divisions to a numerical value, i.e., mm per field, by                            multiplying the number of divisions by the number of millimeters per division                        using the following formula: 

   mm per field = no. divisions per field X mm per division 

   Since one millimeter equals 1,000 micrometers, multiply the mm per field value                        by 1,000 to determine the number of micrometers per field. 

   9.   Do the different estimates of a specific magnification agree with each  other? If not, to what would you attribute the accuracy (or lack thereof) of  the various estimates? 

   Greater accuracy can be achieved by using more finely divided rulers that have  more points of reference. 

  

12 

10. Which ​standard ​had the most points of reference?    

This is the standard you should use for all measurements.     Use the most accurate measurement to estimate the height and width of the                          letter “B” on the “Biology” slide. Measure it at 50X (or a different scanning                            magnification) and express your results in both mm and µm. 

  11. height ​                             ​mm ​                             ​µm 

  

width   ​                             ​mm ​                             ​µm    

12. Using a slide of either plant or animal tissue, measure the  length and width (in micrometers) of a typical cell at low power  (100X). 

  

     tissue (plant or animal?)  Length ​                             ​µm  Width  ​                              ​µm 

     

What to Include in Your Lab Report     Using the document you downloaded from the Assignments tool, please  write complete sentences (where appropriate) to the following requests for  information. 

   1. Report the brand of microscope you used, the lending source, and list the 

types of slides you observed.   

2. Write your answers to questions 1 through 12, which are given throughout this  lab exercise. 

          

13 

Lab Exercise 2: Enzyme Activity and  Digestion of Carbohydrates and Proteins     Remember to read through this lab exercise before you begin it. It should take you  about three hours to complete after you germinate six corn seeds (see  Preparation Note below). 

   Write down your answers to the questions as you do the work. These are the  questions you will answer in your lab report. Go to the ​Assignments ​tool on the  course Web site to download the worksheet on which to enter your answers. 

   Timing note: ​Your preparation begins four days before you start the lab. You may  also need to buy or borrow some supplies ahead of time. 

  

Objectives     In this exercise you will observe some of the properties of enzymes. As you should  recall from this lesson, enzymes catalyze chemical reactions. They may accelerate  the reactions, in which simple molecules bond together to form more complex  molecules (anabolism); they may catalyze the breakdown of larger molecules into  their simpler components (catabolism); or they may accelerate reactions involving  the conversion of one molecule into another molecule. 

   Digestion is primarily the result of the catabolic action of enzymes. Most people  know that the stomach is acidic, but its acidity plays only a minor role in digestion.  Most digestion is carried out by the digestive enzymes of the small intestine. (See  pages 735­743 of your text.) As you can see, each specific food substrate is  digested by its own enzymes. For example, proteolytic  enzymes always have proteins as their substrates. Metabolic reactions in plants are  also catalyzed by proteins. 

   In this lab exercise you will test the activity of two different enzymes. Salivary  amylase is an enzyme that catalyzes the breakdown of starch into reducing sugars  such as glucose and maltose. Bromelin, an enzyme found in plants, breaks proteins  down into peptides. 

     

Part A: Carbohydrate Digestion in Plants  14 

  

Supplies     You will need the following items from the lab kit: 

   six corn seeds  three 16 x 150 ml test tubes  vermiculite  30 ml bottle containing Benedict’s* solution  eye dropper  petri dish 

        *This chemical is hazardous. Keep out of the reach of children. 

   You will need to supply these items: 

   small plastic or glass container (e.g., for cottage cheese, whipped cream, etc.)  small saucepan for boiling test tubes  mortar and pestle or sturdy knife 

     

Preparation Note     Four days prior to beginning this lab exercise, place six corn seeds in a container  of ​moistened ​vermiculite so they can germinate. Cover the container and check it  each day to see that the vermiculite remains moist. 

     

Procedure    

A.  About four days after you place the seeds in vermiculite, the coleoptiles  should appear. See page 643 (Figure 30.16d) in your textbook for an  illustration. 

  

15 

B.  Separate the coleoptiles from the seeds and dispose of the seeds. Grind the  coleoptiles with a mortar and pestle, if available, or smash them with the blade of  a large knife. 

   C.  Place half of the macerated coleoptiles in a test tube with ten drops of water.  Add twenty drops of Benedict’s solution to the test tube. Shake the tube to mix  the contents, and allow it to stand at room temperature for five minutes. 

   Benedict’s solution consists of either sodium or potassium citrate, sodium carbonate,  and cupric (copper) sulfate in a solution of water. When the solution is heated with a  reducing sugar, such as glucose, a characteristic color (reddish brown) and  precipitate appear. This indicates that the cupric ion, Cu​++​, has been reduced to the  cuprous ion, Cu​+​. As in any redox reaction, if one substance is oxidized, another  substance is reduced. In this reaction, the reducing sugar, glucose,  is oxidized. 

   Note: ​This is a positive test that indicates the presence of a reducing sugar.  Benedict’s solution and the substance in question must be heated together for two  minutes in a boiling water bath. 

   Place the test tube in a small pan of boiling water and boil gently for two  minutes. The pan should be small enough so that the test tube will not spill its  contents. 

   1.   Is there a color change in the solution? Is this a positive or  negative Benedict’s test? 

   2.   Which substance was 

oxidized?    

3.   Which substance was reduced?          Next, grind or macerate several dry, ungerminated corn seeds. Test them  with Benedict’s solution, using the same procedure that you used for the  coleptiles. 

   4.   Do ungerminated corn seeds store sugar or starch? 

16 

   5.   What is responsible for the conversion of starch to sugar in a  seedling? 

   6.   Of what advantage to the plant is the presence of two forms of  carbohydrates? 

  

  

Part B: Protein Digestion    

Supplies     You will need to provide the following items: 

   one fresh pineapple (or two small cans of frozen pineapple juice concentrate)  one egg  saucepan  small bowl and wooden spoon 

   Pineapple juice (either fresh or frozen) contains bromelin, which is a proteolytic  enzyme. An egg is an animal product that is rich in protein. 

     

Procedure    

A.  Cut two thin slices off the fresh pineapple. Mash them in a bowl with a  wooden spoon until the juice is extracted. If fresh pineapple is unavailable, you  may use frozen pineapple juice that has been thawed and warmed to room  temperature. ​Do not use cold pineapple juice. 

   B.  Boil an egg until hard boiled (about ten minutes). Peel the egg and discard  the shell. Remove and chop the cooked egg white (discarding the yolk). Then  add equal amounts (about half a teaspoon) of the egg white to two clean test  tubes labeled A and B. 

   C.  Place twenty drops of pineapple juice in a third test tube, and place it in a  pan of boiling water for ten minutes. 

  

17 

D.  Add twenty drops of fresh or thawed ​unboiled ​juice to tube A and twenty drops of  boiled 

juice to tube B.     E.  Shake the tubes for twenty seconds, and then allow them to rest for five minutes. 

   7.   What happens to the egg white in the two tubes? Hint: you must  carefully look at the edges of the cooked egg white. 

   8.   What effect does boiling have on the enzyme bromelin? 

       

9.   Would you expect all enzymes to act similarly if they were boiled?  Why? 

     

Part C: Starch Digestion in Animals    

Supplies  You will need the following items from the lab kit: 

   six test tubes 

   You will need to supply the following items: 

   three soda crackers (saltines)  small saucepan 

     

Preparation Note  Do not ​chew gum or eat anything for two hours prior to performing this exercise. 

     

Procedure    

18 

A. Pulverize one soda cracker (one square) and place half of the crumbs in a                              clean test tube. Add twenty drops of water and twenty drops of Benedict’s                          solution. Shake the tube vigorously for twenty seconds, and then allow it to stand                            at room temperature for five minutes. Heat the  tube in a boiling water bath for two 

minutes.    

10. Does a color change occur?    

11. Is this a positive or negative test for a reducing sugar?    

B. Now collect about a quarter inch of saliva in each of two clean test tubes.                                Test the saliva for reducing sugars and starch using the Benedict’s test. Repeat                          the same procedures as before. 

   12  Does your saliva contain reducing sugar? 

   13. Does it contain starch? 

   C. Collect more saliva in two clean test tubes labeled A and B. Slowly chew a                                portion of soda cracker (at least half of the cracker), and divide this mass                            between the two tubes. Shake the tubes to mix and allow them to rest at room                                temperature for five minutes. 

   D.  Add Benedict’s solution to tube A. Carry out the same procedure as before. 

   14. Does the partially digested cracker contain reducing sugar? 

       

15. Does it contain starch?    

16. What was responsible for the conversion of carbohydrate  from one form to another? 

   17. Where in the body does the final digestion of carbohydrates occur? 

  

19 

18. Would you expect to find the digestion of protein and fats  occurring in the mouth? Explain. 

     

What to Include in Your Lab Report     Go to the ​Assignments ​tool on the course Web site to download the worksheet on  which to enter your answers. Write complete sentences in response to questions 1  through 18 listed throughout this lab exercise. 

Lab Exercise 3: Fermentation,  Photosynthesis, and Respiration    

Objectives     The purpose of this exercise is to give you a chance to study three different modes of  metabolism (fermentation, respiration, and photosynthesis) by preparing food  products for your own consumption. The exercise is divided into two parts, which  may be done simultaneously or separately. Your report should be written after you  complete both parts. 

   Write down your answers to the questions in the exercise as you do the work.  These are the questions you will answer in your lab report attached to the  Assignments ​tool). 

   Timing note: ​This exercise will run for about six days, requiring short, daily  observations or activities after the first day. You will need to gather some  supplies ahead of time. 

     

Part A: Fermentation     In today’s modern society, we have many mechanisms of food preservation:  refrigeration, freezing, canning, vacuum packaging, and gamma irradiation, for  example, as well as the more traditional drying, salt or sugar “curing,” and  fermentation. All of these food preservation methods have the same goal: to 

20 

prevent the growth of microorganisms that would destroy the food (i.e., make it  unacceptable because of bad smell, bad taste, or potential for causing illness). 

   While the growth of unwanted microorganisms can be a problem, many food  products are the result of microbial action on plant or animal material. Usually, this  microbial action results in the formation of acid or alcohol that act as inhibitors of  further microbial growth. Examples of food products resulting from microbial action  (with “raw” food in parentheses) are bread and beer (grains), sauerkraut and kimchee  (cabbage), cheese and yogurt (milk), and sausage (meat). In this exercise, you will  study the biochemical process of fermentation by preparing yogurt and kimchee.  Yogurt is prepared from milk, kimchee from cabbage. In both cases, the  microorganisms ferment the available sugar (lactose in milk, glucose and fructose in  cabbage), producing acid end products. 

   In people, when your muscles are working hard, oxygen may be used up very  quickly so that oxidative phosphorylation cannot take place. Under these  conditions, pyruvate cannot be broken down in the mitochondria. Instead,  pyruvate is converted to lactic acid, which is excreted from the cell. This prevents  the buildup of pyruvate, and allows glycolysis to keep running and supply your  muscles with ATP.   (Remember that pyruvate is produced from glucose during glycolysis.) 

     

Supplies     You will need the following item from the lab kit: 

   pH paper 

   You must provide the following supplies for yogurt: 

   2 tablespoons of dry milk  3 cups of milk (whole or 2 percent)  2–3 tablespoons of plain yogurt (look on the label for the words “live  culture”). Vanilla yogurt will also work, but do not use yogurt with fruit (the  cultures are not as healthy).  a way to heat the milk  two jars to hold the mixture 

21 

one cooler  hot tap water 

   You must provide the following supplies for kimchee: 

   one­half head of cabbage  2 tablespoons of pickling salt (This is noniodized salt that will not inhibit the 

growth of the  fermenting microorganisms. It is available in either the spice or the canning  section of your grocery store. Or ask a neighbor who makes pickles for the  small amount you need.)  spices of your choice (e.g., cayenne pepper, garlic)  two wide­mouth glass jars (canning jars are good, as are the short pickle jars that 

have wide  mouths)  two leak­proof plastic bags (or four bags, double­bagged) for weights 

     

Procedure    

For Yogurt    

1. Measure 3 cups of milk into a saucepan. Add 2 tablespoons of dry milk. Mix                                well. Scald the milk mixture (scalding milk means bringing it to just about boiling,                            but not letting it actually boil). This can be done on a stovetop or in a                                microwave, or even over a campfire. 

   2.   Allow the milk to cool. Divide it between the two jars. Add 2–3 tablespoons of  unpasteurized yogurt to one jar (label it “starter culture added” because you have  added a culture of live, yogurt­producing bacteria to it to start the fermentation).  Label the other jar “no starter culture.” Mix each jar well. Remove a teaspoon of  material from each jar and measure the pH of the solution. Record it in the data  chart. Cover the jars with lids or foil. 

   3.   Place both jars in a cooler and add very warm tap water (temperature should feel  hot but 

not scalding; if you have a thermometer, it should be at about 40–45​0 ​C) to the  cooler, up to the level of milk in the jars. Cover the cooler and let the jars  incubate for three to five hours 

22 

       

(if your cooler is not very good, you may need to change the water once during  the incubation period to keep the jars warm), until the jar marked “starter  culture added” has solidified. Remove a teaspoon of material from each jar  and measure the pH of the milk product. Record the pH in the data chart on  the following page. Make other observations. The “starter culture added”  yogurt should smell sweet (not bitter or putrid), have a low pH, and be solid (tip  jar), although there may be a small amount of extruded whey on the surface of  the solidified milk (that’s okay). What is the appearance, smell, and pH of the  milk that did not receive any starter culture? Place the jar of yogurt in the  refrigerator until tomorrow. Discard the “no starter culture” milk down the drain  (just as you would discard any spoiled milk). 

   4.   When your yogurt is cold, add some fruit or granola and have a taste! ​Do not  taste ​the milk from the “no starter culture” jar! (It is unlikely to cause any major  problem, but it will taste bad and may cause a gagging reaction. Some people’s  stomachs also get upset from sour milk.) 

   For Kimchee 

   1.   Chop the one­half head of cabbage into bite size pieces (do not grate—you  want larger pieces). Mix in 2 tablespoons of pickling salt and the spices of your  choice. Kimchee, a traditional Korean dish, is often made very hot and spicy  with cayenne pepper. Add about 1 cup of water and mix well. Remove 1  teaspoon of the liquid and measure the pH. Record it on the data chart on the  next page. 

   2.   Divide the mixture into the two wide­mouth jars. Put water into the plastic  bags and place one bag (or one double­bag) into each jar. These bags serve  two functions: they act as weights to help pull/push liquid out of the cabbage  leaves, and they act as seals to prevent oxygen from getting into the  fermenting cabbage. It is important that the bags fit firmly and completely over  the surface of the cabbage. It is also important that they do not leak more  water into the fermentation. 

   3.   Label one jar “for pH measurements.” You will use this daily to monitor the  pH of the fermentation. The measurement of pH requires that the fermentation  be opened, which can introduce oxygen and microorganisms that may spoil 

23 

the fermentation. You will keep the other jar for consumption, so label it “for  consumption.” 

   4.   Daily, remove one teaspoon of the liquid in the “for pH measurements” jar  and measure the pH. Record it on the data chart below. When the pH of that  jar has fallen to about 4.5 (usually within three to five days), check the pH of  the other jar. If it is also about 4.5 (or lower), the kimchee is ready to taste.  (Many prefer kimchee cold. If so, place the jar in the refrigerator overnight  before tasting.) 

       

Observations    

Yogurt    

Observations  “starter culture added”  “no starter culture” 

pH at start       

pH at end       

Appearance and smell  at end 

     

   Kimchee 

  

Observations  “for pH measurements”  “for consumption” 

measured pH on       

measured pH on       

measured pH on       

measured pH on       

measured pH on       

24 

measured pH on       

appearance and smell  at end 

     

     

What to Include in Your Lab Report     For Lab Report 3, Part A, answer the following questions: 

   1.   What happened in both the yogurt and the kimchee? Explain using  observations and your knowledge of the process of fermentation (see your  text). 

   2.   Does the acid end product alone cause coagulation (solidification) of the milk  proteins? How could you test this? 

   3.   What was the purpose of the “starter culture” in the yogurt production? 

   4.   What are other fermented milk products? Do you think they all use the same  starter culture? 

        5.   Why wasn’t a starter culture needed for the kimchee (or was there one there)? 

   6.   What do you imagine would happen if the yogurt or kimchee were aerated  (oxygen added) during their production? (You may want to review Chapter 7 in  your text for some help on this. Look at the alternative way pyruvate can be  metabolized in the presence or the absence of oxygen.) 

  

      Additional Work if You Are Interested 

   1.   If there is a cheese factory nearby, call for a tour. Other factories that produce  fermented food products and may be close by are those producing sausage,  pickles, beer, wine, or bread. 

  

25 

2.   Look up other fermented food products online or in your local library. You  may be surprised at what you find (e.g., coffee, black teas, chocolate, Tabasco  sauce, vinegar). 

     

Part B: Respiration and Photosynthesis     To study respiration, you will be preparing bean sprouts. Bean seeds germinate and  form sprouts in the presence of water and air (oxygen). The water rehydrates the  dried tissue of the seed. Water is imbibed (absorbed by the seed) very quickly. This  imbibition then triggers a series of  events which, macroscopically, result in the formation of roots and shoots. Since the  plant cannot photosynthesize until the leaves have been formed, the seedling relies  on respiration of stored sugars for these early development events. This exercise will  require you to rinse the seedlings twice a day for four to six days. 

     

Supplies     You will need the following item from the lab kit: 

   cheesecloth to cover the jars 

   You must provide the following supplies: 

   bean seeds (mung beans work very well for this experiment, although any bean 

will be fine.  Try navy or kidney or lima beans, all available dry, in bags, in the bean and  rice section of the grocery store.)  three glass jars, one with a cover  (Old mayonnaise or peanut butter jars are fine. 

Canning  jars work well too.)  three rubber bands or some string to attach the cheesecloth to the jars 

       

Procedure    

26 

1.   Put equal amounts of beans into each of the three jars, being sure not to fill  any jar more than one­fourth full of beans. Cover the beans with water until the  water is about one to two  inches above the top of the beans. Put a cheesecloth cover (two to three layers  thick for strength) on each jar. Swirl the jar to sink any floating beans. Let the  jars sit for two to three hours at room temperature (or overnight in the  refrigerator). (What is the purpose of this soaking? Review the imbibition  process in the introductory paragraph of Part B of this lab exercise.) 

   2.   Pour off the soaking water (no need to remove the cheesecloth;  the  water will pour right through it). 

   3.   Remove the cheesecloth cover from one jar, cover the jar with the jar cover,  and label the jar “anaerobic.” Place this jar on its side out of sunlight (but on a  table in a room that gets light is fine). 

   4.   Label one of the other two jars “aerobic” and place it on its side next to the  anaerobic jar. 

   5.   Label the third jar “photosynthetic” and place it on its side on a windowsill (to get  sunlight) 

or under a lamp that you can leave on frequently.    

6.   Twice daily, rinse the seeds/seedlings in the “aerobic” and the  “photosynthetic” jar. This can be done by pouring water right through the  cheesecloth, swirling the jar, and pouring the water back out. Replace the jars on  their sides in the appropriate incubation places. 

     

Observations    

1.   Daily, record what is happening in each jar. Look for swelling of the beans,  germination (appearance of roots and shoots), greening of the plant tissue,  and presence of “unwanted guests” (i.e., molds that will look like cotton, or  bacterial growth that will look more like mayonnaise or peanut butter). 

   2.   After four to six days, your “aerobic” jar will contain “bean sprouts,” ready to  add to a salad or stir­fried for dinner. (They can be stored in the refrigerator for a 

27 

week or so.) What about the other two jars? What has happened in them? Can  you eat the beans in the “photosynthetic” jar? Yes. Can you eat the beans in the  “anaerobic” jar? (No, and you won’t want to once you smell them!) 

   3.   Discard all unwanted beans into the garbage. Wash the jars with soapy water  before reusing. 

     

What to Include in Your Lab Report     For Lab Report 3, Part B, answer the following questions: 

        1.   What did you observe in each jar? 

   2.   What metabolic processes were taking place in each jar? 

   3.   Wasn’t oxygen in the “anaerobic” jar when you sealed it? What happened to the  oxygen? 

  

Summary Report     Provide this summary report ​in addition to ​answering the questions for parts A and B. 

   •  For the summary report for this exercise, compare and contrast  the three modes of metabolism. What environmental conditions does  each require? 

       

     

28 

Lab Exercise 4: The Structure   of a Flower    

Objectives     The objectives of this exercise are to show you how much can be learned by  “disassembling” a plant or animal, give you an opportunity to learn about the  structure of the flower, and show you the value of the hand lens to the field biologist.  This exercise is inserted here because the flower is the site of gamete formation in a  plant. 

   Write down your answers to the questions in the exercise as you do the work.  These are the questions you will answer in your lab report (attached to the  Assignments ​tool). 

   Timing note: ​This exercise will take a few hours and can be completed in one  day. You will need to acquire some flowers of specific types. 

     

Introduction     Over the centuries, biologists have learned a great deal by tearing things up. They  have dissected plants and animals to look at their inner workings. By doing this,  biologists found different organs and tissues that are essential to the organism. By  doing additional experiments, they learned about the function of these organs and  tissues. On a more microscopic level, they have “torn apart” cells and studied cell  parts (like mitochondria or enzymes) and have even opened viral coats to see what  is inside. While this “ripping apart” of organisms may seem like studying the  functioning of a house by ripping off all its walls and scattering the furniture,  biologists have had, until recently, very few other ways to see inside a living  organism or cell. 

   Biologists still rely on this disassembling (called dissection) to give them  information, to help them in identification, and to lead them to new questions about  how life works and how it came to be what it is. 

   In this exercise, you will be dissecting flowers. You will start with flowers that have  easily distinguishable parts, but you will then be asked to work with flowers in which 

29 

the parts are a bit more difficult to identify. Refer to page 827 in your text for an  illustration of a flower and the terminology of its parts. 

     

Supplies     You will need the following items from the lab kit: 

   hand lens  forceps  razor blade 

        You must provide the following supplies: 

   at least three flowers of these types: 

a.   a lily, tulip, buttercup, or impatiens;  b.   a bell flower, snapdragon or morning glory;  c.   a sunflower or daisy 

     

Procedure    

1.   You will need to collect or purchase a few flowers for this exercise. Your  local greenhouse may give you free flowers since you can use slightly bruised  flowers for this exercise. Your first dissection will be of a flower that has easily  identifiable parts, such as a lily, tulip, buttercup, or impatiens. You will then  progress to more difficult flowers. 

   a.   Examine the flower. How many petals does it have? Can you distinguish  between petals and sepals? Both lily and tulip are monocotyledonous plants.  These plants (monocots) typically have petals in multiples of three. Dicots  (dicotyledonous plants) like buttercup and impatiens typically have petals in  multiples of four or five. 

   b.   Carefully remove each set of floral organs (petals, sepals, stamen, and  pistil), arranging each on a piece of paper in the order you have removed 

30 

them from the flower. If a flower has all of these parts, it is called a complete  flower. 

   c.   Using the hand lens, look for the parts that make up the stamen (the stalk  or filament and the anthers or pollen sacs). Is there any pollen on the  anthers? (What is pollen?) What is the purpose of the filament? 

   d.   Using the hand lens, look for the parts that make up the pistil (the ovary,  the style, and the stigma). Touch the top of the stigma. Is it ready to receive  pollen (is it sticky)? Are there any pollen grains on the stigma? If not, and if it  is sticky, shake some of the pollen grains from the anthers onto the stigma.  Do they stick? 

   e.   Cut through the ovary lengthwise and then crosswise. Using the hand  lens, what do you see? An ovary may be subdivided into sections, each  containing ovules. How many sections does this flower have? (This  information is very useful when identifying plants. You may want to buy or  borrow a field guide for identification of plants for your next hike in the  woods.) 

   f. Draw a diagram of the flower you have dissected in the space below. 

         

         2.   Now progress to a more difficult flower, such as a bell flower, snapdragon, or  morning glory. 

These flowers have fused petals. Repeat steps a through e.      

        

3.   Now, go on to a composite flower. The flowers you dissected earlier are  called simple flowers. Composite flowers are those that have an aggregation of  smaller flowers that form a “head.” Sunflowers and daisies are examples of  composite flowers. Cut the head lengthwise. You will be able to see two types of  flowers: those on the edges (in a circle around the edge) are called “ray florets,”  and those in the middle are called “disc florets.” The disk florets are often in 

31 

various stages of blooming, with those near the edge blooming first. If the florets  are large enough (such as those on sunflowers), dissect each and look for the  flower parts you found on the earlier flowers. 

   4.   Finally, go outside and pick any flower. Dissect it and describe what you see. 

     

What to Include in Your Lab Report     Go to the ​Assignments ​tool on the course Web site to download the worksheet on  which to enter your answers. 

   1.   Draw a diagram of a perfect flower. Label the parts and indicate the function of  each part 

(use your text for help with this).     2.   What are the gametes of the flower and where are they found in the flower? 

   3.   Draw a diagram of the flower you found outside. Is the flower simple or  composite? Do you think it is the flower of a monocot or a dicot? 

 

  Lab Exercise 5: Growth and  Trophic Responses    

Objectives and Introduction     The purpose of this exercise is for you to study growth in plants, including both  the rate and direction of growth. 

   Organisms grow in two distinct ways: the cells may increase in number through  mitosis, as you learned in the last lesson, or the cells may increase in size or mass.  In plants, growth is restricted to certain areas called ​meristems​. In this exercise,  you will be determining the location of the meristematic region of the root and how  this region responds to environmental stimuli such as gravity. You will also be able  to observe the response of the shoot to gravity. Growth responses of plants to 

32 

environmental stimuli are called ​trophic ​responses, with response to gravity called  gravitropism ​(previously called geotropism). 

   Write down your answers to the questions in the exercise as you do the work.  These are the questions you will answer in your lab report (attached to the  Assignments ​tool). 

   Timing note: ​This exercise will take several days to complete. It is divided into  two sections, which should be done simultaneously. 

     

Supplies     You will need the following items from the lab kit: 

   fifteen pea seeds  ruler with metric calibrations  Sharpie extra fine point pen  strip of filter paper  short drinking straw  two large petri dishes with lids  one test tube  one cork  three pieces of large filter paper 

   You will need to provide these items: 

   paper towels and newspapers  aluminum foil  tall drinking glass  cup  tape 

       

Preparation    

33 

1.   Soak fifteen pea seeds in a cup of water for twenty­four hours. (If it has been  a long time since you began this class, the seeds from the lab kit may not be  viable. If they are not, you will need to buy replacement seeds to do this exercise.  If you cannot find pea seeds, you may substitute bean seeds from the dry beans  and rice section of the grocery store.) 

   2.   Cut a piece of paper towel to fit the bottom of one of the petri dishes. Wet it  and place it in the petri dish. Then place the soaked pea seeds on the paper.  Cover the petri dish with its lid. Allow the seeds to germinate for two to three  days. During this time, the epicotyls and roots will emerge. (See the illustration  below.) 

 

      

Part A: Growing Region of the Root    

Procedure     1.   Choose a seedling that has a straight root between 1.5 and 3.5 cm in length. 

  

34 

2.   Working on a piece of newspaper or paper towel, place the metric ruler under  the seedling to prepare to record the root length. Before marking the pea seedling  with the Sharpie pen, blot the root to remove excess moisture. Apply gentle  pressure with the pen so you do not damage the soft root tissues. (You may want  to practice on several other pea seedlings to see how much pressure to apply.)  Starting at the tip, use the Sharpie pen to mark the root in 1 mm intervals for a  length of 8–10 mm (see the figure below). 

       

a. ​Note: ​The first mark will be at the very tip of the seedling. Be careful that                                  you don’t stain anything but the seedling. Do not let the seedling dry out while                              you continue to set up this experiment. 

   b.   On a piece of paper, draw the root to full scale and label the positions of the ink  marks. 

You will turn this drawing in as part of your report.    

     3.   Insert a thin strip of filter paper into the drinking straw. 

   4.   Gently insert the root into the straw until the seedling rests on the edge of the  straw. 

   5.   Keeping the seedling and straw together, insert the straw into a clean test tube  containing about one inch of water (see the figure on the next page). The filter 

35 

paper acts as a wick, supplying water to the seedling (so make sure the base of  the filter paper is in the bottom of the test tube, while the straw supports the  seedling). 

     

   6.   Cork the test tube or cover it with a small piece of aluminum foil. Place the  test tube in a tall drinking glass and allow the root to grow for two or three days. 

   7.   After the seedling has grown for two or three days, remove it and measure the  length of the root. Again draw the seedling to full scale, and label the positions of  the root markings. Return the root to its “growth chamber.” 

   8.   Continue to observe the seedling for the next few days, observing  secondary root formation (side roots that emerge from the side of the original 

36 

root) and any growth of the shoot (stem and leaves of the plant). When do  secondary (side) roots first appear? Are there any root hairs on these  secondary roots? What advantages to the plant do these lateral roots provide? 

       

Part B: Trophic Responses of the Root    

Procedure    

1.   While you are determining the growing region of the root, also determine the  growth response of the root to gravity. To perform this part of the experiment,  you must again choose seedlings that have a straight root between 1.5 and 3.5  cm in length (the shorter length is preferred). Take four of these seedlings and  mark the root with ink as with the root growth experiment. 

   2.   Arrange the marked seedlings in a circle on a large piece of dry filter paper  so that the roots all point toward the center. Imagining the filter paper as the face  of a clock, the seeds should be at 12:00, 3:00, 6:00, and 9:00. Carefully tape  each seed (not the root, just the seed) to the filter paper. 

    

3. Put two pieces of filter paper into the large petri dish, add the piece of filter                                  paper with the taped seeds, and wet the filter papers with tap water. The paper                             

37 

should be uniformly moist with no excess water in the dish. Put the lid on the                                petri dish. 

   4.   Slowly tip the petri dish on its edge so that the “12:00 seed” is at the top. The  filter paper and seeds should stay in place on the bottom half of the dish (what is  holding the filter paper there?). Cover the dish with foil and brace it to make it  stay in the upright position. 

   5.   Observe the growth of the roots over the next few days. In which direction are  the roots growing? Was this growth in the same region as the growth you  observed in the lone seedling you are measuring? Why did we exclude light?  Does bending of the root in order to change direction require growth? Is there  some elastic quality of the root that allows the bending? Or can the cells shrink on  the inside of the curve, causing bending? What observations support your  choice? What additional observations would you need to make or experiments  would  you need to do to determine if your choice is the right one? 

       

What to Include in Your Lab Report     Go to the ​Assignments ​tool on the course Web site to download the worksheet on  which to enter your answers. 

   Part A: Growing Region of the Root 

   1.   Include the two full­scale drawings of the root, one prepared just as you  marked the root and one prepared after two to three days. 

   2.   How much did the root grow? What was the total growth rate (i.e., how many  millimeters per day)? 

   3.   What portion of the root grew the most? 

   4.   What other changes occurred in the seedling? What might be the role of  gene expression in these changes? 

  

38 

5.   Using your data and the information in your text, write a paragraph that  summarizes the visual and cellular events in root growth. 

   Part B: Trophic Responses of the Root 

   1.   Describe the results of the gravitropism experiment. What do you think is the  mechanism of bending? (Hint: Think about cell elongation and cell division.)  What additional observations would you need to make or experiments would you  need to do to determine if this is the correct mechanism? 

   2.   How would you test the seedling’s response to light? Design an experiment.  (You do not need to perform this experiment unless you would like to.) You  should include a hypothesis, experimental design, materials and methods,  observations to be taken, and expected results if your hypothesis is correct. 

     

Additional Work if You Are Interested     1.   Perform the experiment you designed for Part B of your lab report. 

   2.   Measure the growth rate of the roots of other seedlings and/or at other  temperatures. For example, do pea seed roots grow faster at low temperatures  (refrigerator or cool basement) than the roots of some plants that you don’t see  emerge until later in the spring (e.g., morning glories)? 

       

 

   

39 

Lab Exercise 6: Pedigree Tasting 

Objective     The purpose of this exercise is to gather data and analyze the genetic  transmission of a simple inherited characteristic (trait). 

   To do this study, you will need to find three generations of a family to participate in  your study. We realize that you may not be able to gather information for your own  family (because of separations of distance or emotion), so you are encouraged to  enlist the help of a friend or co­ worker and his or her family in developing this  pedigree. 

   The best of all possible situations is to have two sets of grandparents, a set of  parents and their siblings (brothers and sisters), and the children of this parent pair.  Attempt to get as close as you can to this best situation, but even professionals  studying genetic inheritance in humans may find it impossible to obtain all data from  one family because of death or the inability to locate a  family member. 

   Write down your answers to the questions in the exercise as you do the work.  These are the questions you will answer in your lab report (attached to the  Assignments ​tool). 

   Timing note: ​This exercise will take a few hours to complete once you have obtained  the “taste”  data from your test family, though contacting relatives may take some time in advance. 

  

Introduction     While population studies of genetic transmission of traits in plants or animals often  involve carefully selected matings, this is not possible in the human population.  Instead, observations of traits within a family are made, a pedigree developed, and  the results analyzed. These results can be used in genetic counseling (for example, 

40 

to help partners decide the risk of genetic abnormality in a current or future  pregnancy). 

   Inherited characteristics that can be analyzed easily are those that are expressed  regardless of environment (e.g., eye color or hair color); other characteristics such  as height or weight may have a genetic influence, but are often influenced heavily by  environment and are therefore hard to analyze. There are many traits that you could  study, such as the presence of a “widow’s peak” (hairline forms a point in the center  of the forehead) or attached earlobe, but for your pedigree, you will study the ability  to taste certain chemicals. The chemicals have been added to strips of paper that  are used in taste tests. The taste of some of these strips may be unpleasant, but the  chemical itself is harmless. For simplicity, you can make the assumption that the  ability to taste each of these chemicals is controlled by a single gene. In your  analysis, you will be able to challenge this assumption. 

       

Supplies     You will need the following supplies from the lab kit: 

   taste strips (there are three different taste strips, plus one control [no 

taste added] strip) These taste strips are color coded: 

control paper is white 

paper containing PTC (phenylthiocarbamide) is blue  paper containing sodium benzoate is pink  paper containing thiourea is yellow 

   You have been supplied with twenty strips of each. These can be easily mailed to  relatives, as the chemicals are stable at normal temperatures. 

     

Procedure    

41 

1.   You will need to keep track of each person’s ability to taste or not taste  each chemical. Use the data chart given below for this purpose. Use ​T ​for taste  and ​N ​for no taste. 

  

Name  Relationship  PTC  thiourea  Na benzoate 

              

              

              

              

              

              

              

              

              

              

              

              

              

   2.   Start with yourself. Then you can instruct others how to taste the papers.  Rinse your mouth with water. Place the control strip on your tongue and move it  around so that any chemical on the paper can mix with your saliva. Since this is  the control strip, this gives you the taste of the paper itself. Any other strips that  taste like this should be marked as no taste. 

        3.   Rinse your mouth again (and between each taste strip), and try the PTC strip (blue  strip). 

Record as ​T ​for taste something or ​N ​for no taste. Continue the taste test of  the other strips, being sure to rinse between each strip. 

  

42 

4.   Test your selected family, keeping careful notes on the chart.  Remember, you are scoring taste versus nontaste. 

   5.   Draw a familial pedigree for each chemical (three pedigrees total). A  pedigree indicates the relationship between individuals tested, the sex of each  individual, and the phenotype (in this case, taster or nontaster) of each  individual. See page 253 in your text for an example of how a pedigree is set up.  The figure below also indicates the format of a pedigree. 

   6.   Analyze the data you have obtained. To begin with, analyze each  pedigree separately and assume that the ability to taste each chemical is  controlled by a single gene. 

   a.   Using the pedigree developed for each chemical, determine whether  tasting is controlled by a dominant or recessive gene. (How? Refer to your  text on pages 336–337. Note that dominant genes usually show up as traits  found in higher frequency in the population because both the homozygous  and the heterozygous genotype give rise to the same phenotype. While  higher frequency is not always true, it is a guideline that will help in your  analysis.) 

   b.   Based on your hypothesis of the dominance or recessiveness of tasting or  nontasting, assign the gene a symbol (e.g., ​P ​for tasting PTC; ​p ​for nontasting,  if tasting is assumed to be dominant). Then assign a genotype to one taster  and one nontaster in your test family. 

   c.   Analyze the pedigree to see if there is any linkage of this trait to either  sex (which would indicate a sex­linked or sex­limited trait). Do you see any? 

   7.   Now look at the pedigrees together. Analyze these for linkage between the  three different traits tested. Linkage is indicated by nonindependent assortment.  The genotypic and phenotypic ratios of linked genes differ from those of  nonlinked genes. Refer to your text on page 352–356 for a further discussion of  linkage and how to analyze your data. 

         

43 

         

What to Include in Your Lab Report     Go to the ​Assignments ​tool on the course Web site to download the worksheet on  which to enter your answers. 

   1. Send in the three pedigree charts you have developed. On each chart,                          indicate the genotype of one taster and one nontaster. Be specific about                        whether the trait is dominant or recessive. Did you see any sex­linkage of these                            traits? 

   2.   In your analysis of the three charts together, did you decide the  genes were linked or unlinked? What observations support your  decision? 

     

Additional Work if You Are Interested     You may find that some individuals taste a chemical, but describe its taste differently  than  others. It is true that there may be more than one gene that is involved in the taste  versus nontaste of these chemicals. Alternatively, there may be different alleles of  the same gene that control the way the chemical is perceived (e.g., sweet, bitter,  salty). If you wish, you could look at this question in more detail in your pedigree 

44 

(sodium benzoate tasting is the trait that shows this variety of perception). How might  you determine whether the variation in perceptions is due to different genes or to  different alleles of the same gene? 

 

Lab Exercise 7: Morphogenesis in  Insects    

   Order the milkweed bugs and food kit from Carolina Biological Supply Company. ​Wait  until  2–3 weeks before you start this lab to place your order. ​The timing is important: if  you order the bugs too soon, they will die before you are ready to begin. The lab  itself will take several weeks to a month to complete. 

   Write down your answers to the questions in the exercise as you do the work.  These are the questions you will answer in your lab report (attached to the  Assignments ​tool). 

   Order the following items. Carolina Biological Supply Company will ship based on  the date you select. They cannot guarantee the exact date of arrival; please plan to  receive shipment on Wednesday, Thursday, or Friday of the week you select. Allow  ten days before the expected delivery date. 

  

Item 143816  Milkweed Bug (Oncopeltus fasciatus), Living, Eggs  I​tem 143830  Milkweed Bug Food, 250 g 

   To order on the Web: ​ ​http://www.carolina.com/home.do  Phone:  800.334.5551 Fax:  800.222.7112  E­mail:  ​[email protected] 

     

Objectives     The purpose of this experiment is to observe the morphological changes that occur  during the development of an animal. Without a microscope, it is impossible to  observe the developments at the cellular and subcellular level; however,  observations at the macro­level (postembryonic), 

45 

such as changes in body size and shape, are quite easy to make without a  microscope. In this exercise, you will watch and record the development  (morphogenesis) of an insect from egg to adult. This process takes about a month  (more or less, depending on temperature), so be sure to start it when you have a  month in which you can make frequent observations of the insect culture. 

     

Introduction     The milkweed bug (​Oncopeltus fasciatus​) is a member of the family Lygaeidae and  the order Hemiptera in the class Insecta. This insect is common in many regions  where the milkweed plant (​Asclepias ​species) grows. The bugs you have been  supplied with have been adapted, over generations, to use sunflower seeds as a  complete food source. This means that if the bugs  escape, they are unlikely to survive in the wild (or in your house!). 

  

The illustration below shows one of the stages of milkweed bug  development so that you have the proper terminology to describe  what you are seeing. 

       

     For your observation, we have chosen an insect that goes through a gradual  (“paurometabolous”) development, in which the insect form that hatches from the  egg is quite similar to the adult and is called a ​nymph. ​There are several stages of  development (you find out how many by observation) from the first nymph, called the  first ​instar​, to the final, winged adult stage. During the development, the insect is 

46 

growing in size and therefore reproductive capacity—an important consideration for  a species during the race for food and survival. Since insects have external  skeletons, growth requires molting of the exoskeleton. You will be able to find these  molted skeletons in your insect culture during the course of this experiment. If you  observe the culture carefully, you may be able to catch an insect in the process of a  molting. Molting takes about fifteen minutes. Each molting releases a new instar  stage, until the final molt, which releases the adult. The molted exoskeletons are  called ​exuvia. 

   Other insects go through development stages in which the hatchling and  intermediate stages do not resemble the adult (consider the dobson fly and its  immature stage; the hellgrammite, available at any bait store; and the house fly or  butterfly, in which the stages progress from egg to larval stages to pupa to adult). If  you are interested, you can easily set up cultures of these other insects after you  have gained experience with the milkweed bug. The most important things to  consider are their food source and water supply. 

     

Supplies     You will need the following items: 

   milkweed bug eggs, ordered with your postcard from Carolina Biological Supply 

        You will need the following items from the lab kit: 

   cheesecloth  dish towel cloth  water cup with lid  a hand lens 

   You must provide the following supplies: 

   a glass vessel to keep the bugs in (a quart canning jar works very well, or any 

well­washed, rinsed, and dried glass food jar)  a rubber band to fasten cheesecloth or the dish towel cloth around the neck of 

the vessel to 

47 

keep the bugs inside  scissors  sunflower seeds 

     

Procedure     Setup and Maintenance of the Insect Culture 

   1.   Be sure the glass vessel is clean, dry, and free of soap residue. 

   2.   Sprinkle about 2 teaspoons of sunflower seeds into the bottom of the vessel. 

   3.   Punch a hole in the water cup’s lid. To make a wick for water, tear or cut off  a piece of cheesecloth measuring about 1.5 inches by 12 inches. Roll this  cheesecloth up lengthwise (i.e., from one end of the 12­inch end to the other),  and push this roll into the hole in the water cup’s lid. Fill the water cup with  water and cover with the lid. Place in the bottom of the vessel. 

   4.   Cut another piece of cheesecloth measuring about 2 inches by 18 inches.  Fold this cheesecloth to give a 2­inch­wide piece. Place this piece as an insect  ramp between the sunflower seeds and the wick on the water cup. Be sure this  piece does not touch the wick. 

   5.   Place the cotton containing milkweed bug eggs onto the bottom of the vessel. 

   6.   Cut a piece of dish towel or cheesecloth to fit the top of the vessel, place it  on the top, and secure it with a rubber band. 

   7.   Place the culture in a warm, well­ventilated room. Keep the culture out of the sun. 

   8. You will need to add sunflower seeds (and remove any that look moldy or                              otherwise rotten) and change the water and water wick weekly. During the                        winter or dry season, keep a close watch on the water since evaporation will                            occur quickly. 

 

48 

       Observations 

   Observe the insect culture daily, if possible (yes, you may go away for a weekend,                              but you may miss something exciting!). These insects do not bite, so you can                            remove individuals from the jar and observe them closely with the hand lens.                          Observations you are expected to make include: 

   1. Record the number of eggs that have hatched each day. Did any                          fail to hatch? 

   2.   Observe at least two insects each day for morphology. Use the hand lens  supplied to observe detail that is hard to see without some magnification. Keep a  daily log of your observations. This log will be used at the end of the exercise to  summarize the development of the insect. In particular, look for changes in size,  changes in morphology (these may be subtle; for example, watch the antennae  and the wing size), duration of each instar stage, and time of emergence of  adult. Drawings are very helpful. 

   3.   While this exercise is designed to study the morphological changes  occurring during the development of the insect, you may wish to watch for any  behavioral changes that occur as well. 

  

49 

4.   Optional: If you want to continue studying the milkweed bug after the  adults emerge, you will need to add some cotton balls to provide a substrate  for egg­laying by the adults. 

        Ending the Exercise 

   At the end of the exercise, you should not release the adults into the wild. While it  is unlikely they will be able to survive, and while some variety of the milkweed bug  may be common in your area, the release of possible “exotic” species into an area  is considered to be ecologically unsound. Many exotic species that have  flourished in Minnesota include the Eurasian water milfoil, purple loosestrife, and  zebra mussels. These species threaten the survival of native varieties that inhabit  the same habitat. Two ways you can end this exercise are: 

   1.   Give the milkweed culture to a school in your area. Be sure, however, to  remind the teacher not to release the insects into the wild. 

   2.   Kill the insects by freezing (thirty minutes in the freezer should be sufficient  as these insects have not been preparing for an upcoming winter as they might  be in the autumn in the wild) or by placing them in alcohol (rubbing alcohol or  distilled alcohol such as vodka will both work) for thirty minutes, then discarding  them in the (compostable) trash. 

     

What to Include in Your Lab Report     Go to the ​Assignments ​tool on the course Web site to download the worksheet on  which to enter your answers. 

   1.   In one or two pages, summarize the development of this insect. Include  the number and duration of each instar stage and the time of emergence of  the adult. 

   2.   Answer the following questions relating to this exercise. 

  

50 

a.   Which stage in the milkweed life cycle is depicted in the first figure in this  exercise? 

   b.   What other animals besides insects have external skeletons?  Which have internal skeletons? 

   c.   Based on your experience, describe the development of the human from infant  to adult. 

Are there stages similar to “instars,” or is the development much too gradual  to identify specific stages? 

  

     

Additional Work if You Are Interested    

You may wish to look for “wild” milkweed bugs on milkweed if the season is  right (summer and early fall are the best times to look for milkweed bugs). 

   As mentioned previously, you may wish to culture other insects. Insects may 

be caught quite easily in a trap made from a plastic soda bottle.         

1.   First, remove the lid, wash the bottle, and then cut off the top of the bottle  just below the shoulder. 

   2.   Dry the inside of the bottle. 

   3.   Put bait into the bottle and invert the bottle top into the 

bottle bottom. a.   For flying insects, leave the bottle upright. 

b.   For crawling insects, lay the bottle on its side. Insects will enter  through the narrow top, but find it difficult to find their way out. 

   4.   To culture these insects, be sure to provide food they prefer and water  using a wicking system. Aquatic insects are easy to catch using just such a  jar. 

       

51 

Lab Exercise 8: The Ecological  Community Structure 

   Timing note: ​You must carry out this lab exercise during the growing season in  your area. For Minnesotans, this means any time between April and early  November. Plan ahead so that you can collect data at the appropriate time for your  locale. 

   Write down your answers to the questions in the exercise as you do the work.  These are the questions you will answer in your lab report (attached to the  Assignments ​tool). 

     

Objectives     In this lab exercise, you will familiarize yourself with the concept of community  structure by making sample plots in a community of your choice. You will be  collecting both qualitative and quantitative data, reporting your observations, and  answering questions. It may take you a few days to gather all the data necessary to  complete this exercise. 

     

Supplies     From the lab kit you will need: 

   two sheets of graph paper 

   You need to provide the following items: 

   meter stick  right triangle (optional)  eight sticks or long nails  hammer or rock  heavy string 

  

52 

  

Procedure    

1. Choose a natural terrestrial community within your locale. It can be of any                            type. Within the community, select two 1 x 2­meter ​quadrants ​(rectangular                      areas) at random. Stake and rope off the quadrants, making sure that both                          quadrants are the same size. In order to distinguish between the plots, label                          them Plot 1 and Plot 2. Describe and record the physical characteristics of the                            plots (e.g., moisture, soil texture, degree of shade, etc.). 

       

3. Make a chart for each plot containing a list of the various plant species that                                grow in it. Label each plant with a letter. Plant species that grow in both plots                                should be given the same letter. Otherwise, the plant species in Plot 1 should be                              labeled with different letters than those used to label the plant species in Plot 2.                              (You don’t have to identify the plants by name.) 

   4.   Assign some height categories to the vegetation (e.g., 1–3 in., 4–5 in., 6–8  in., etc.), and record a height category for each plant species in each plot on a  chart. Use the same height categories for both plots. 

   5.   Count the number of individuals of each plant species in each plot and  record this on a chart for each plot. 

   6. Make a chart of the animals found in each plot. Search for animals under                              logs, stones, leaves, and other cover, being careful to replace any object                        overturned. List the taxonomic groups of animals you’ve found (e.g., frogs, ants,                        turtles, etc.). List the number of individuals you  found in each taxonomic group. 

   7. On the graph paper from your lab kit, record your data about each plot in                                the form of bar graphs showing the relative abundance of plants and animals.                          Use the same measures for each graph so that the data from the two plots                              can be compared. 

   8.   On paper, report: 

  

53 

a.   the number of plant species in each plot    

b.   the density of individual plant species in each plot    

c.   the height categories of plant species that were found in 

both plots d.   the number of animal taxonomic groups in 

each plot 

e.   the density of individual animal groups in each plot    

9.   Explain whether the different physical features of the two quadrants are  solely responsible for the differences in species composition. 

   10. How reliably do your chosen plots characterize the larger community? Are  the physical and biotic characteristics uniform or variable when compared with  the larger community? Explain. 

     

What to Include in Your Lab Report     Go to the ​Assignments ​tool on the course Web site to download the worksheet on  which to enter your answers. 

   After you complete steps 1 through 10, write your results on the worksheet. 

 

54