custom lab manual - justanswercustom lab manual ... when finished, wash hands and lab equipment...

96
Custom Lab Manual UMUC BIOL 102/103 © 2012 eScience Labs, LLC All rights reserved www.esciencelabs.com • 888.375.5487

Upload: duongtram

Post on 16-Apr-2018

220 views

Category:

Documents


2 download

TRANSCRIPT

Page 1: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

 

  

  Custom Lab Manual   UMUC BIOL 102/103 

© 2012 eScience Labs, LLC 

All rights reserved 

www.esciencelabs.com • 888.375.5487 

Page 2: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

 

Page 3: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

 

UMUC Custom Lab Manual for Biology 102/103    Lab 1:  Introduc on to Science   Lab 2:  The Chemistry of Life   Lab 3:  Cell Structure & Func on   Lab 4:  Enzymes   Lab 5:  Meiosis   Lab 6:  Taxonomy 

Lab 7:  Ecology of Organisms    Appendix: Good Lab Techniques 

Table of Contents: 

Page 4: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

 

Page 5: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

 

Lab Safety 

Always follow the instruc ons in your laboratory manual and these general rules: 

Lab Prepara on 

Please thoroughly read the lab exercise before star ng! 

If you have any doubt as to what you are supposed to be doing and how to do it safely, 

please STOP and then: 

Double‐check the manual instruc ons. 

Check www.esciencelabs.com for updates and  ps. 

Contact us for technical support by phone at 1‐888‐ESL‐Kits (1‐888‐375‐5487) or by email 

at [email protected]

Read and understand all labels on chemicals.   

If you have any ques ons or concerns, refer to the Material Safely Data Sheets (MSDS) 

available at www.esciencelabs.com. The MSDS  lists the dangers, storage requirements, 

exposure treatment and disposal instruc ons for each chemical.  

Consult your physician if you are pregnant, allergic to chemicals, or have other medical 

condi ons that may require addi onal protec ve measures. 

Proper Lab A re 

Remove all loose clothing (jackets, sweatshirts, etc.) and always wear closed‐toe shoes. 

Long hair should be pulled back and secured and all jewelry (rings, watches, necklaces, 

earrings, bracelets, etc.), should be removed. 

Safety glasses or goggles should be worn at all  mes. In addi on, wearing so  contact 

lenses while conduc ng experiments is discouraged, as they can absorb  poten ally 

harmful chemicals.   

When handling chemicals, always wear the protec ve goggles, gloves, and apron      

provided. 

eScience Labs, LLC. designs every kit with safety as our top priority. 

Nonetheless, these are science kits and contain items which must be 

handled with care. Safety in the laboratory always comes first! 

Page 6: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

 

Performing the Experiment 

Do not eat, drink, chew gum, apply cosme cs or smoke while conduc ng an experi‐

ment.   

Work in a well ven lated area and monitor experiments at all  mes, unless instructed 

otherwise.   

When working with chemicals: 

Never return unused chemicals to their original container or place chemicals in an                       

unmarked container.   

Always put lids back onto chemicals immediately a er use. 

Never ingest chemicals.  If this occurs, seek immediate help. 

    Call 911 or “Poison Control” 1‐800‐222‐1222 

Never pipe e anything by mouth. 

Never leave a heat source una ended. 

If there is a fire, evacuate the room immediately and dial 911. 

Lab Clean‐up and Disposal 

  If a spill occurs, consult the MSDS to determine how to clean it up. 

Never pick up broken glassware with your hands.  Use a broom and a dustpan and dis‐

card in a safe area. 

Do not use any part of the lab kit as a container for food. 

Safely dispose of chemicals.  If there are any special requirements for disposal, it will 

be noted in the lab manual. 

When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and water.   

 

Above all, USE COMMON SENSE! 

Page 7: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

 

Approximate Time and Addi onal Materials Needed for Each Lab 

** Note: If you are allergic to latex, please contact us and we will send you vinyl gloves**   

  Lab 1:  Introduc on to Science     Time: 1 hour     Materials: None     Lab 2:  The Chemistry of Life      Time: 1 hour (plus 24 hours prepara on  me)     Materials:  Variety of household substances, plas c wrap, water, cu ng     utensil     Lab 3:  Cell Structure & Func on     Time: 1 hour (plus 24 hours for observa on)     Materials: Water, square plas c food storage container, mixing bowl, house    hold items for use as cell structures (plums, raisins, etc.)     Lab 4:  Enzymes     Time: 1 hour (plus 2 hours prepara on  me) 

    Materials: Water, watch or  mer, string, ice, hot water, paper towel,  

    ginger root, at least 2 other food sources (potato, apple, etc.)       Lab 5: Meiosis     Time: 1.5 hours     Materials: Blue and red markers     Lab 6: Taxonomy     Time: 1 hour     Materials: Pencil  

   Lab 7: Ecology of Organisms   Time: 0.5 hour (plus 7 days for observa on)   Materials: Paper towel, water   

        

 

Page 8: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

 

Introduc on: 

  ESL Safety Video 

  Measuring Volume Using a Gradu‐ated Cylinder 

  Unit Conversions 

 

Biological Processes: 

  ESL Biological Processes Video 

  The Structure of an Atom 

  Acid/Base Reac ons 

  Docking  Tutorial 

 

The Cell:   

  ESL Cell Video 

  Cell Structure Crossword Puzzle 

  Interac ve Videos of Meiosis 

  A Typical Animal Cell 

  Construc on of the Cell Membrane 

  The Cell Cycle 

  Cell Division 

  DNA Extrac on Virtual Lab 

Addi onal Online Content Found at www.esciencelabs.com 

Log on to the Student Portal using 

these easy steps: 

Visit our website, 

www.esciencelabs.com, and click on 

the green bu on  (says “Register or 

Login”) on the top right side of the 

page.  From here, you will be taken to 

a login page. If you are registering 

your kit code for the first  me, click 

the “create an account” hyperlink. Lo‐

cate the kit code, located on a label on 

the inside of the kit box lid. Enter this, 

along with other requested infor‐

ma on into the online form to create 

your user account. Be sure to keep 

track of your username and password 

as this is how you will enter the Stu‐

dent Portal for future visits. This es‐

tablishes your account with the eSci‐

ence Labs’ Student Portal.   

Have fun! 

Page 9: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

 

Kingdoms of Life: 

  ESL Kingdoms Video   

  Biology of Bacteria  

  Biology of Flagellates 

  Biology of Algae 

  Tree of Life Web Project 

 

Plant Kingdom: 

  ESL Plant Kingdom Video 

  Biology of Plants 

 

Addi onal Resources: 

  Stop Watch 

  Conversion Tables 

Page 10: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

 

 

 

Page 11: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

 

11 

Introduc on 

Lab 1 

Introduc on to Science 

Page 12: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

 

12 

Page 13: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

Lab 1: Introduc on to Science 

13 

 

 

What is science? You have likely taken several classes throughout your career as a student, and know 

that it is more than just chapters in a book. Science is a process. It uses evidence to understand the his‐

tory of the natural world and how it works. Scien fic knowledge is constantly evolving as we understand 

more about the natural world. Science begins with observa ons that can be measured in some way, and 

o en concludes with observa ons from analyzed data. 

 

Following the scien fic method helps to minimize bias when tes ng a theory. It helps scien sts collect 

and organize informa on in a useful way so that pa erns and data can be analyzed in a meaningful way. 

As a scien st, you should use the scien fic method as you conduct the experiments throughout this 

manual.  

The process of the scien fic method begins with an observa on. For example, suppose you observe a 

plant growing towards a window. This observa on could be the first step in designing an experiment. 

Concepts to explore: 

The Scien fic Method 

Observa ons 

Hypothesis 

Variables 

Controls 

Data Analysis 

Unit Conversions 

Scien fic Nota on 

Significant Digits 

Data Collec on 

Tables 

Graphs 

Percent Error 

Scien fic Reasoning 

Wri ng a Lab Report 

 

Figure 1: The scien fic method process 

Page 14: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

Lab 1: Introduc on to Science 

14 

 

Remember that observa ons are used to begin the scien fic method, but they may also be used to 

help analyze data.  

 

Observa ons can be quan ta ve (measurable), or qualita ve (immeasurable; observa onal). Quan ‐

ta ve observa ons allow us to record findings as data, and leave li le room for subjec ve error. Quali‐

ta ve observa ons cannot be measured. They rely on sensory percep ons. The nature of these obser‐

va ons makes them more subjec ve and suscep ble to human error. 

 

Let’s review this with an example. Suppose you have a handful of pennies. You can make quan ta ve 

observa ons that there are 15 pennies, and each is 1.9 cm in diameter. Both the quan ty, and the di‐

ameter, can be precisely measured. You can also make qualita ve observa ons that they are brown, 

shiny, or smooth. The color and texture are not numerically measured, and may vary based on the indi‐

vidual’s percep on or background.   

 

Quan ta ve observa ons are generally preferred in science be‐

cause they involve "hard" data. Because of this, many scien fic 

instruments, such as microscopes and scales, have been devel‐

oped to alleviate the need for qualita ve observa ons. Rather 

than observing that an object is large, we can now iden fy spe‐

cific mass, shapes, structures, etc.  

 

There are s ll many situa ons, as you will encounter throughout 

this lab manual, in which qualita ve observa ons provide useful 

data. No cing the color change of a leaf or the change in smell of 

a compound, for example, are important observa ons and can 

provide a great deal of prac cal informa on. 

 

Once an observa on has been made, the next step is to develop a hypothesis. A hypothesis is a state‐

ment describing what the scien st thinks will happen in the experiment. A hypothesis is a proposed 

explana on for an event based on observa on(s).  A null hypothesis is a testable statement that if 

proven true, means the hypothesis was incorrect.  Both a hypothesis and a null hypothesis statement 

must be testable, but only one can be true. Hypotheses are typically wri en in an if/then format. For 

example: 

 

Hypothesis:  

If plants are grown in soil with added nutrients, then they will grow faster than plants grown 

without added nutrients. 

 

Figure 2: What affects plant growth? 

Page 15: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

Lab 1: Introduc on to Science 

15 

 

Null hypothesis: 

If plants are grown in soil with added nutri‐

ents, then they will grow at the same rate as 

plants grown in soil without nutrients.  

 

There are o en many ways to test a hypothesis. However, three rules must always be followed for re‐

sults to be valid. 

The experiment must be replicable. 

Only test one variable at a  me. 

Always include a control. 

 

Experiments must be replicable to create valid theories. In other words, an 

experiment must provide precise results over mul ple trials Precise results 

are those which have very similar values (e.g., 85, 86, and 86.5) over mul ‐

ple trials. By contrast, accurate results are those which demonstrate what 

you expected to happen (e.g., you expect the test results of three students 

tests to be 80%, 67%, and 100%). The following example demonstrates the 

significance of experimental repeatability. Suppose you conduct an experi‐

ment and conclude that ice melts in 30 seconds when placed on a burner, 

but you do not record your procedure or define 

the precise variables included. The conclusion 

that you draw will not be recognized in the scien‐

fic community because other scien sts cannot 

repeat your experiment and find the same results. What if another scien st 

tries to repeat your ice experiment, but does not turn on the burner; or, uses 

a larger ice chunk? The results will not be the same, because the experiment 

was not repeated using the same procedure. This makes the results invalid, 

and demonstrates why it is important for an experiment to be replicable.   

Variables are defined, measurable components of an experiment. Controlling variables in an experiment 

allows the scien st to quan fy changes that occur. This allows for focused results to be measured; and, 

for refined conclusions to be drawn. There are two types of variables, independent variables and de‐

pendent variables.  

 

Independent variables are variables that scien sts select to change. For example, the  me of day, 

amount of substrate, etc. Independent variables are used by scien sts to test hypotheses. There can 

only be one independent variable in each experiment. This is because if a change occurs, scien sts need 

to be able to pinpoint the cause of the change. Independent variables are always placed on the x‐axis of 

a chart or graph.  

 

Dependent variables are variables that scien sts observe in rela onship to the independent variable. 

Common examples of this are rate of reac on, color change, etc. Any changes observed in the depend‐

If plants grow quicker when nutrients are added, 

then the hypothesis is accepted and the null 

hypothesis is rejected. 

Accurate results all hit the 

bulls‐eye on a target. 

Precise results may not hit 

the bulls‐eye, but they all 

hit the same region.  

Page 16: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

Lab 1: Introduc on to Science 

16 

 

ent variable are caused by the changes in the independent variable. In other words, they depend on the 

independent variable. There can be more than one dependent variable in an experiment. Dependent 

variables are placed on the y‐axis of a chart or graph.  

 

A control is a sample of data collected in an experiment that is not exposed to the independent variable. 

The control sample reflects the factors that could influence the results of the experiment, but do not 

reflect the planned changes that might result from manipula ng the independent variable. Controls 

must be iden fied to eliminate compounding changes that could influence results. O en, the hardest 

part of designing an experiment is determining how to isolate the independent variable and control all 

other possible variables. Scien sts must be careful not to eliminate or create a factor that could skew 

the results. For this reason, taking notes to account for uniden fied variables is important. This might 

include factors such as temperature, humidity,  me of day, or other environmental condi ons that may 

impact results. 

 

There are two types of controls, posi ve and nega ve. Nega ve controls are data samples in which you 

expect no change to occur. They help scien sts determine that the experimental results are due to the 

independent variable, rather than an uniden fied or unaccounted variable. For example, suppose you 

need to culture bacteria and want to include a nega ve control. You could create this by streaking a 

sterile loop across an agar plate. Sterile loops should not create any microbial growth; therefore, you 

expect no change to occur on the agar plate. If no growth occurs, you can assume the equipment used 

was sterile. However, if microbial growth does occur, you must assume that the equipment was contam‐

inated prior to the experiment and must redo the experiment with new materials.  

 

Alterna vely, posi ve controls are data samples in which you do expect a change. Let’s return to the 

growth example, but now you need to create a posi ve control. To do this, you now use a loop streak a 

plate with a sample that you know grows well on agar (such as E. coli). If the bacteria grow, you can as‐

sume that the bacteria sample and agar are both suitable for the experiment. However, if the bacteria 

do not grow, you must assume that the agar or bacteria has been compromised and you must re‐do the 

experiment with new materials.  

 

The scien fic method also requires data collec on. This may reflect what occurred before, during, or 

a er an experiment. Collected data help reveal experimental results. Data should include all relevant 

observa ons, both quan ta ve and qualita ve. 

 

A er results are collected, they can be analyzed. Data analysis o en involves a variety of calcula ons, 

conversions, graphs, tables, etc. The most common task a scien st faces is unit conversion. Units of  me 

are a common increment that must be converted. For example, suppose half of your data is measured in 

seconds, but the other half is measured in minutes. It will be difficult to understand the rela onship be‐

tween the data if the units are not equivalent. The following page provides a sample calcula on. 

 

Page 17: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

Lab 1: Introduc on to Science 

17 

 

  

When calcula ng a unit conversion, significant digits must be accounted for. Significant digits are the digits in a number or answer that describe how precise the value actually is. Consider the following rules: 

Addi on and subtrac on problems should result in an answer that has the same number of significant decimal places as the least precise number in the calcula on. Mul plica on and division problems should keep the same total number of significant digits as the least precise number in the calcula on. For example: 

 

Addi on Problem: 12.689 + 5.2 = 17.889 → round to 18 

Mul plica on Problem: 28.8 x 54.76 = 1577.088 → round to 1580 (3 significant digits) 

 

Scien fic nota on is another common method used to transform a number. Scien fic data is o en very 

large (e.g., the speed of light) or very small (e.g., the diameter of a cell). Scien fic nota on provides an 

abbreviated expression of a number, so that scien sts don’t get caught up coun ng a long series of ze‐

roes.  

 

There are three parts to scien fic nota on: the base, the coefficient and the exponent. Base 10 is almost 

always used, and makes nota on easy to translate. The coefficient is always a number between 1 and 

10, and uses the significant digits of the original number. The exponent tells us whether the number is 

Rule  Example 

Any non‐zero number (1‐9) is always significant 

45 has two significant digits 

3.99 has three significant digits 

248678 has six significant digits 

Any  me a zero appears between significant num‐

bers, the zero is significant 4005 has four significant digits 

Zeros that are ending numbers a er a decimal 

point or zeros that are a er significant numbers 

before a decimal point are significant 

45.00 has four significant digits 

15000.00 has seven significant digits 

Zeros that are used as placeholders are NOT sig‐

nificant digits 62000000 has only two significant digits 

A zero at the end of a number with no decimal 

can be a significant digit 

50 cm exactly has two significant digits (not 

rounded) 

Page 18: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

Lab 1: Introduc on to Science 

18 

 

greater or less than 1, and can be used to “count” the number of digits the decimal must be moved to 

translate the number to regular nota on. A nega ve exponent tells you to move the decimal to the le , 

while a posi ve one tells you to move it to the right.  

 

For example, the number 5,600,000 can be wri en as 5.6 x 106. If you mul ply 5.6 by 10 six  mes, you 

will arrive at 5,600,000. Note the exponent, six, is posi ve because the number is larger than one. Alter‐

na ve, the number 0.00045 must be wri en using a nega ve exponent. To write this number in scien‐

fic nota on, determine the coefficient. Remember that the coefficient must be between 1 and 10. The 

significant digits are 4 and 5, so we can know that 4.5 is the coefficient. To determine the exponent, 

count how many places you must move the decimal over to create the original number. Moving to the 

le , we have 0.45, 0.045, 0.0045, and finally 0.00045. Since we move the decimal 4 places to the le , 

our exponent is ‐4. Wri en in scien fic nota on, we have 4.5 x 10‐4 

 

Although these calcula ons may feel laborious, a well‐calculated presenta on can transform data into a 

format that scien sts can more easily understand and learn from. Some of the most common methods 

of data presenta on are:  

 

Table: A well‐organized summary of data collected. Tables should display any informa on relevant to the hypothesis. Always include a clearly stated  tle, labeled columns and rows, and measurement units.  

Graph: A visual representa on of the rela onship between the independent and dependent variable. 

They are typically created by using data from a table. Graphs are useful in iden fying trends and illus‐

tra ng findings. When construc ng a graph, it is important to use appropriate, consistent numerical in‐

tervals. Titles and axes labels should also reflect the data table informa on. There are several different 

types of graphs, and each type serves a different purpose. Examples include line graphs or bar graphs. 

Line graphs show the rela onship between variables using plo ed points that are connected with a line.  

There must be a direct rela onship and dependence between each point connected.  More than one set 

of data can be presented on a line graph. By comparison, bar graphs: compare results that are inde‐

pendent from each other, as opposed to a con nuous series. 

 

Variable  Height Wk. 1 (mm)  Height Wk. 2 (mm)  Height Wk. 3 (mm)  Height Wk. 4 (mm) 

Control  

(without nutri‐ 3.4  3.6  3.7 

4.0 

Independent  

(with nutrients) 

3.5  3.7  4.1  4.6 

Table Example: Plant Growth With and Without Added Nutrients 

Page 19: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

Lab 1: Introduc on to Science 

19 

 

 

 

                    

A er compiling the data, scien sts analyze the data to determine if the experiment supports or refutes 

the hypothesis. If the hypothesis is supported, you may want to consider addi onal variables that should 

be examined. If your data does not provide clear results, you may want to consider running addi onal 

trials to develop a meaningful average or revise the procedure to create a more precise outcome. 

 

Figure 3: Sample line graph. Plant growth, with and without nutrients,  over  me 

Height (m

m) 

Figure 4: Sample bar graph. Top speed for Cars A, B, C, and D. Note, since there is no rela on‐

ship between each car, each result is independent and a bar graph is appropriate. 

Speed (kph) 

Page 20: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

Lab 1: Introduc on to Science 

20 

 

One way to analyze data is to calculate percent error. Many experiments perform trials which calculate 

known value. When this happens, you can compare experimental results to known values and calculate 

percent error. Low percent error indicates that results are accurate, and high percent error indicates 

that results are inaccurate. The formula for percent error is:  

 

Note that the brackets in the numerator indicate “absolute value”. This means that the number in the 

equa on is always posi ve.  

 

Suppose your experiment involves gravity. Your experimental results indicate that the speed of gravity is 

10.1 m/s2, but the known value for gravity is 9.8 m/s2. We can calculate the percent error through the 

following steps: 

 

 

 

 

 

 

 

The scien fic method gives us a great founda on to conduct scien fic reasoning. The more data and 

observa ons we are able to make, the more we are able to accurately reason through the natural phe‐

nomena which occur in our daily lives. Scien fic reasoning does not always include a structured lab re‐

port, but it always helps society to think through difficult concepts and determine solu ons. For exam‐

ple, scien fic reasoning can be used to create a response to the changing global climate, develop medi‐

cal solu ons to health concerns, or even learn about subatomic par cles 

and tendencies. 

 

Although the scien fic method and scien fic reasoning can guide society 

through cri cal or abstract thinking, the scien fic industry typically pro‐

motes lab reports as a universal method of data analysis and presenta‐

on. In general terms, a lab report is a scien fic paper describing the 

premise of an experiment, the procedures taken, and the results of the 

study. They provide a wri en record of what took place to help others 

learn and expedite future experimental processes. Though most lab re‐

ports go unpublished, it is important to write a report that accurately 

characterizes the experiment performed.  

 

Percent Error = |(Experimental—Actual)|   x 100%       Actual 

Percent Error = |(10.1 m/s2 ‐ 9.8 m/s2)|       x 100%       (9.8 m/s2) 

Percent Error = |0.3 |    x 100%    (Note the units cancel each other out)     (9.8 ) 

Percent Error = 0.0306 x 100% = 3.1%   (Remember the significant digits) 

Figure 5: Lab reports are an 

important part of science, 

providing a way to report con‐

clusions and ideas. 

Page 21: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

Lab 1: Introduc on to Science 

21 

 

Title  A short statement summarizing the topic 

Abstract  A brief summary of the methods, results and conclusions.  It should not exceed 

200 words and should be the last part wri en. 

Introduc on  An overview of why the experiment was conducted.  It should include: 

Background ‐ Provide an overview of what is already known and what ques‐

ons remain unresolved.  Be sure the reader is given enough informa on to 

know why and how the experiment was performed. 

Objec ve ‐ Explain the purpose of the experiment (i.e. "I want to determine 

if taking baby aspirin every day prevents second heart a acks.") 

Hypothesis ‐ This is your "guess" as to what will happen when you do the 

experiment. 

Materials and 

Methods 

A detailed descrip on of what was used to conduct the experiment, what was 

actually done (step by step) and how it was done. The descrip on should be 

exact enough that someone reading the report can replicate the experiment. 

Results  Data and observa ons obtained during the experiment. This sec on should be 

clear and concise. Tables and graphs are o en appropriate in this sec on. Inter‐

preta ons should not be included here. 

Discussion  Data interpreta ons and experimental conclusions. 

Discuss the meaning of your findings. Look for common themes, rela on‐

ships and points that perhaps generate more ques ons. 

When appropriate, discuss outside factors (i.e. temperature,  me of day, 

etc.) that may have played a role in the experiment. 

Iden fy what could be done to control for these factors in future experi‐

ments. 

Conclusion  A short, concise summary that states what has been learned. 

References  Any ar cles, books, magazines, interviews, newspapers, etc. that were used to 

support your experimental background, protocols, discussions and conclusions. 

Part of the Lab 

Report  Purpose 

Page 22: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

Lab 1: Introduc on to Science 

22 

 

Exercise 1: Data Interpreta on 

Dissolved oxygen is oxygen that is trapped in a fluid, such as water. Since virtually every living organ‐ism requires oxygen to survive, it is a necessary component of water systems such as streams, lakes and rivers in order to support aqua c life. The dissolved oxygen is measured in units of ppm—or parts per million. Examine the data in Table 1 showing the amount of dissolved oxygen present and the number of fish observed in the body of water the sample was taken from; finally, answer the ques ons below. 

 

Ques ons 

1.  What pa erns do you observe based on the informa on in Table 1? 

2.  Develop a hypothesis rela ng to the amount of dissolved oxygen measured in the water sample 

and the number of fish observed in the body of water. 

3.  What would your experimental approach be to test this hypothesis? 

4.  What would be the independent and dependent variables? 

5.  What would be your control? 

Dissolved Oxygen (ppm)  0 

Number of Fish Observed  0 

10 

12 

10 

13 

12 

15 

14 

10 

16 

12 

18 

13 

Table 1: Water Quality vs. Fish Popula on 

Page 23: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

Lab 1: Introduc on to Science 

23 

 

6.  What type of graph would be appropriate for this data set?  Why? 

7.  Graph the data from Table 1: Water Quality vs. Fish Popula on table (found at the beginning of this 

exercise). 

8.  Interpret the data from the graph made in Ques on 7. 

Exercise 2: Testable Observa ons 

Determine which of the following observa ons are testable.  For those that are testable:  

Determine if the observa on is qualita ve or quan ta ve 

Write a hypothesis and null hypothesis 

What would be your experimental approach? 

What are the dependent and independent variables? 

What are your controls ‐ both posi ve and nega ve? 

How will you collect your data? 

How will you present your data (charts, graphs, types)? 

How will you analyze your data? 

Observa ons 

1.  When a plant is placed on a window sill, it grows three inches faster per day than when it is placed 

on a coffee table in the middle of the living room. 

2.  The teller at the bank with brown hair and brown eyes is taller than the other tellers. 

Page 24: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

Lab 1: Introduc on to Science 

24 

 

3.  When Sally eats healthy foods and exercises regularly, her blood pressure is 10 points lower than 

when she does not exercise and eats unhealthy foods. 

4.  The Italian restaurant across the street closes at 9 pm but the one two blocks away closes at 10 

pm. 

5.  For the past two days, the clouds have come out at 3 pm and it has started raining at 3:15 pm. 

6.  George did not sleep at all the night following the start of daylight savings.  

 

 

 

Exercise 3: Conversion 

For each of the following, convert each value into the designat‐

ed units. 

 

1.  46,756,790 mg = _______ kg 

 

2.  5.6 hours = ________ seconds 

 

3.  13.5 cm = ________ inches 

 

4.  47 °C = _______ °F 

 

 

 

 

Exercise 4: Accuracy and Precision 

For the following, determine whether the informa on is accurate, precise, both or neither. 

 

1.  During gym class, four students decided to see if they could beat the norm of 45 sit‐ups in a mi‐

nute. The first student did 64 sit‐ups, the second did 69, the third did 65, and the fourth did 67. 

 

 

Page 25: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

Lab 1: Introduc on to Science 

25 

 

2.  The average score for the 5th grade math test is 89.5.  The top 4th graders took the test and 

scored 89, 93, 91 and 87. 

3.  Yesterday the temperature was 89 °F, tomorrow it’s supposed to be 88°F and the next day it’s sup‐

posed to be 90°F, even though the average for September is only 75°F degrees! 

4.  Four friends decided to go out and play horseshoes. They took a picture of 

their results shown to the right: 

5.  A local grocery store was holding a contest to see who could most closely 

guess the number of pennies that they had inside a large jar.  The first six 

people guessed the numbers 735, 209, 390, 300, 1005 and 689.  The gro‐

cery clerk said the jar actually contains 568 pennies.   

 

 

Exercise 5: Significant Digits and Scien fic Nota on 

Part 1: Determine the number of significant digits in each number and write out the specific significant 

digits. 

 

1.  405000 

2.  0.0098 

3.  39.999999 

4.  13.00 

5.  80,000,089 

6.  55,430.00 

7.  0.000033 

8.  620.03080  

 

Page 26: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

Lab 1: Introduc on to Science 

26 

 

Part 2: Write the numbers below in scien fic nota on, incorpora ng what you know about significant 

digits. 

 

1.  70,000,000,000 

2.  0.000000048 

3.  67,890,000 

4.  70,500 

5.  450,900,800 

6.  0.009045 

7.  0.023 

 

 

Page 27: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

 

27 

Biological Processes 

Lab 2 

The Chemistry of Life 

Page 28: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

 

Page 29: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

Lab 2: Chemistry of Life 

29 

 

Introduc on 

It is important to have a general understanding of chemistry 

before you can begin to understand how living organisms 

manage to reproduce, grow, move, eat, and perform a great 

many more func ons. To begin understanding the myriad of 

reac ons that occur within a cell, it is important to review the 

basics of chemistry. Recall that anything that occupies space and has mass is called ma er; all ma er is 

made of atoms. 

Atoms are made of a nucleus and two kinds of subatomic par cles: electrons (nega vely charged par ‐

cles), protons (posi vely charged par cles), and neutrons (neutrally charged par cles).  Elements are 

pure substances that are made of only one type of atom. More than 90% of ma er is composed of 

Concepts to explore: 

Atoms 

Elements 

Compounds 

Chemical bonds 

Molecules/Macromolecules 

Energy and metabolism 

Concepts to explore: 

Acids and bases 

The effects of surface area 

and volume 

Remember: Mass is the quan ty of 

ma er an object has; weight is the 

force produced by gravity ac ng on 

the mass of an object 

Figure 1: The Periodic Table of elements categorizes all of the known elements 

Page 30: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

Lab 2: Chemistry of Life 

30 

 

combina ons of just four elements: oxygen, carbon, hydrogen, and 

nitrogen. There are over 100 elements known, each with different 

proper es. The periodic table has been used to categorize these 

elements. 

In nature, most elements are not found alone; atoms of most ele‐

ments combine with the same or different elements to make com‐

pounds. A compound is a mixture of two or more elements in defi‐

nite propor ons. These atoms are held together by chemical bonds, 

bringing them to a stable state. Chemical bonds also store energy. 

The two most common bonds are covalent bonds and ionic bonds. 

Covalent bonds form when two atoms share electrons. Ionic bonds 

form when an atom or molecule carries an electrical charge, which 

a racts an atom or molecule of the opposite charge. 

Very large molecules are termed macromolecules. All living organ‐

isms use the same four types of macromolecules for cellular metab‐

olisms and reproduc on. These common biological macromolecules 

are proteins, nucleic acids, carbohydrates, and lipids. The proper es 

they convey are of great importance to cell func on, and you will 

learn about each in future labs. 

Chemical reac ons take one or more substance and change it to create a new substance. This requires 

energy.  When chemical bonds are broken, energy is made available for the reac on to proceed.  Most 

reac ons also require energy to ini ate the reac on. This is called the ac va on energy, and it differs 

for each reac on. Catalysts are chemicals that lower the ac va on energy. You will learn about biologi‐

cal catalysts called enzymes later in this manual. 

Living things require a constant supply of energy. Throughout this manual, you will learn about the re‐

ac ons that take place inside of organisms. The sum of these reac ons is called metabolism, and is a 

general term used to describe the energy require to keep those reac ons occurring. 

Two important classes of compounds are acids and bases. Both have physical and chemical differences 

that can be observed and tested. Typically, acids ionize in a solu on to increase the concentra on of 

hydronium ions (H3O+). Alterna vely, bases typically dissociate in a solu on to increase the concentra‐

on of hydroxide ions (OH‐). A compound’s acidity or alkalinity (how basic it is) can be measured on a 

scale called pH. The pH of a substance is a measure of the concentra on of hydronium ions. A solu on 

that contains a lot of hydronium ions but few hydroxide ions is considered to be very acidic. In con‐

trast, a solu on that contains many hydroxide ions but few hydronium ions is considered to be very 

basic. pH values range from 1‐14, with 1 being highly acidic, 14 highly basic, and 7 neutral. 

Have you ever wondered why cells are the size they are? There are many reasons, but one important 

one is the surface area to volume ra o.  In subsequent labs, you will learn how cells divide once they 

Figure 2: Have you ever drank or‐

ange juice right a er brushing your 

teeth?  Yuck! The displeasing taste 

is a result of the acid/base reac on 

that occurs when a weak acid 

(orange juice) mixes with a weak 

base (toothpaste).  

Page 31: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

Lab 2: Chemistry of Life 

31 

 

reach a cri cal size. Nutrients and oxygen need to diffuse through the cell, and waste needs to diffuse 

out of the cell. This must happen quickly for the cell to survive – which happens when the surface area 

to volume ra o of the cell is high. 

 

 

 

Experiment 1: What household substances are acidic or basic? 

There are chemicals, called pH indicators, which change color when they come into contact with an 

acid or a base. In the following experiment, you will be using pH paper to determine the pH of various 

household substances. The key below indicates the color the paper turns as a func on of the pH. In this 

way, pH paper allows scien sts to determine to what degree a substance is acidic or basic and can pro‐

vide an approximate pH value.  

Note: Remember to wear your gloves and goggles when working with chemicals! 

Procedure 

1.  Find four household substances to test (ex: grape juice, lemon juice, dishwashing liquid, milk, 

tomato juice, shampoo, corn starch solu on, etc.). You will use the vinegar (acidic) and sodium 

bicarbonate (basic) solu on provided in your kit as standards. 

2.  Guess the pH of each substance before tes ng with pH paper. Record your guesses in Table 1. 

3.  Use the permanent marker to label each of the beakers with the name of one of the six solu‐

ons. It does not ma er which size beaker is used for the different solu ons.  

4.  Use the graduated cylinder to measure and pour 5 mL of vinegar into the beaker labeled 

“Vinegar”. Repeat this step with each of the five remaining solu ons and beakers.  

5.  Measure the pH of each solu on by dipping the pad of the pH strip into the solu on for 5 ‐ 10 

seconds and comparing it with the pH test strip key (located in the lab module). Record your 

results in Table 1.  

Materials 

(10) 1 in. pH paper strips 

5 mL Vinegar (<5% ace c acid) 

5 mL Sodium bicarbonate solu on 

(3) 100 mL Beakers 

(3) 250 mL Beakers 

10 mL Graduated cylinder 

4 Liquid, household solu ons* 

*You must provide 

Page 32: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

Lab 2: Chemistry of Life 

32 

 

Ques ons 

1.  Compare and contrast acids and bases in terms of their H+ ion and OH‐ ion concentra ons. 

 

 

 

 

2.  Name two acids and two bases you o en use. 

 

 

Experiment 2: The effect of surface area and volume 

Have you ever wondered why cells don’t grow past a certain size?  There is a size limit for cells that 

they cannot surpass.  Once they reach their maximum size, they divide and form two smaller cells. Why 

do they do that?  We will look at the importance of surface area to volume ra os in this experiment to 

help you understand. 

Substance  pH Guess  pH Paper 

Vinegar       

Sodium bicarbonate solu on       

        

        

        

        

Table 1: pH values of common household substances 

Materials 

(1) 125 mL Nutrient Agar Bo le 10 mL Bromothymol Blue Plas c wrap Pipe es Vinegar 2 mL Sodium bicarbonate (1) 250 mL beaker Rectangular mold 

Ruler Underpad 10 mL Graduated cylinder Kitchen knife* Microwave* Hot pads* Paper towels* *You must provide 

Page 33: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

Lab 2: Chemistry of Life 

33 

 

Sample Experiment Calcula ons: 

Surface Area: 

Volume: 

Surface Area can be calculated with the following equa on: Length x Width = Area  To find the surface area of a cube, calculate the area of one side and mul ply that by the total number of sides.    Surface Area Calcula on Example:  Problem: If an equilateral cube is structured so that every side is 3 cm. long, what is the total surface area?   Given: Length = 3 cm Width = 3 cm Total Number of Sides = 6  Solu on:  1.  Solve for the area of each individual side:   Length x Width = 3 cm x 3 cm = 9 cm2 2.  Mul ply the area of one side by the total number of sides in the 

shape.   6 sides x 9 cm2 = 54 cm2   Note: If the 3‐D structure you are measuring does not contain equilateral dimensions, you must deter‐mine the surface area of each side and add them up individually. 

9 cm2 

9 cm2 

Volume can be calculated with the following equa on: Length x Width x Height = Volume  

Volume Calcula on Example: Problem: Suppose you are working with the same cube as above. What is the total volume?  Given: Length = 3 cm Width = 3 cm Height = 3 cm  Solu on: 1.  Plug your variables into the equa on to solve for volume:   3 cm x 3 cm x 3 cm = 27 cm3 

 Note: To determine surface area to volume ra o, simply divide the surface area by the volume. 

Page 34: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

Lab 2: Chemistry of Life 

34 

 

Procedure 

Agar Prepara on  

1.  Remove or loosen the cap on the agar bo le and placing it in the microwave. 

2.  Heat the bo le in 10 second increments for approximately 1 ‐ 2 minutes.  While in the micro‐

wave, watch the solu on for boil‐over.  Agar solu ons can get very hot very quickly, so be cer‐

tain to watch the bo le at all  mes. If it begins to boil‐over, immediately stop the microwave, 

and allow the agar to cool down before proceeding.  

3.  A er hea ng for approximately  1 minute, check on your agar bo le. To do this, remove the 

bo le with a hot pad, screw the lid back onto the bo le, and swirl the solu on.  If the solu on 

is not completely liquefied, remove the lid and place the agar bo le back into the microwave 

for 10 second intervals, swirling in between, un l it is completely liquefied.   

4.  A er the agar is liquefied, let the solu on sit for a minute to cool down. 

5.  Once the agar solu on has cooled slightly, measure 40 mL into the 250 mL beaker. 

6.  Add 10 mL of the bromothymol blue solu on to the liquefied agar in the beaker.  

7.  Add 2 mL sodium bicarbonate to the beaker solu on. Pipe e the solu on up and down to 

mix.  This will  nt the mixture and create a pH change. 

8.  Once the solu on is mixed, pour the solu on into the rectangular mold.  Cover the mold with 

plas c wrap. 

9.  Let the mold sit at room temperature for 24 hours to give the agar  me to set. 

Note: A er the 24 hours, the liquid agar should have firmed up to a jello‐like consistency. It will be 

a gel‐like solid, but it will not be hard.  

 

Experiment 

1.  Put on safety gloves, safety glasses, and an apron.  Check to be sure the agar has set.  If it has 

not, let it sit for another 12 hours. 

2.  Invert the rectangular mold, and gently allow the agar block fall onto the underpad. 

3.  From this block, safely cut out a 1 cm x 1 cm x 6 cm cube.  Note: It is helpful to measure out the 

6 cm side first.  

4.  From the remaining agar, safely cut out a 1 cm x 1 cm x 1 cm block.  Set the block aside. 

5.  From the remaining agar, safely cut out a 1 cm x 2 cm x 2 cm block.  Set this block with the oth‐

ers. 

6.  Once all three blocks have been cut, dispose of the scraps of remaining agar.  Do not dispose of 

the blocks you just cut. 

Note: This experiment requires 24 hour advance prepara on. 

Page 35: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

Lab 2: Chemistry of Life 

35 

 

7.  Use a ruler to calculate the surface area, volume, and surface area to volume ra o for each 

cube.  Record the calcula ons in Table 2.     

8.  Fill the 250 mL beaker with 150 mL of vinegar.  Gently place all three blocks into the vinegar 

solu on.   

9.  Let the blocks rest in the vinegar for 7 minutes.  Observe as the blocks begin to change color 

(from blue to clear). Record how long it takes for each block to completely change colors (from 

blue to clear). Note, use any of the blocks that do not experience total diffusion to measure the 

distance of diffusion in Step 11.  

10. A er 7 minutes, remove the blocks from the vinegar solu on.  Pour the remaining vinegar so‐

lu on down the drain. 

11. Gently blot the cubes dry and then safely cut the cubes in half.  For each cube, measure the 

distance the vinegar diffused into the gela n cube, as detected by the color change. Do this by 

measuring from the outer edge of the cube to the blue rim inside the cube.  Record that value 

in Table 2.   

Table 2: Results from surface area to volume experiment 

Ques ons 

1.  How did the surface area effect the diffusion of the cube?  What about the volume?  What 

about the surface area to volume ra o?  Which of these had the greatest affect on the diffu‐

sion of the cube? 

 

 

2.  How does this experiment demonstrate the need for larger cells to divide? 

 

 

 

3.  Determine the surface area, volume, and surface area to volume ra o for the three cubes 

shown on the following page.  Then, circle the one you believe would be the most efficient as a 

cellular morphology, and write a summary sta ng why. 

Cube Dimensions  Surface Area  (cm2)  Volume (cm3)  Surface Area : Volume 

Time Required for 

Complete Color 

Change  

1 cm x 1 cm x 1 cm             

1 cm x 2 cm x 2 cm             

1 cm x 1 cm x 6 cm             

Distance of 

Diffusion 

 

 

 

Page 36: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

Lab 2: Chemistry of Life 

36 

 

 

1.5 cm x 1.5 cm x 1.5 cm 

.5 cm x .5 cm x 6 cm 

3 cm x 2 cm x 2 cm 

Page 37: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

 

37 

The Cell 

Lab 3 

Cell Structure & Func on 

Page 38: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

 

38 

Page 39: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

39 

 

Lab 3: Cell Structure & Func on 

Introduc on 

A cell is the fundamental unit of life.  All living organisms originate from a single cell.  Some remain as a 

single cell, while others become mul ‐cellular (like you!).  Though most cells are difficult to see with 

the naked eye, using the microscope, cytologists have iden fied many of their features.  These range 

from the characteris cs of the outer membranes, to internal structures such as the nucleus and mito‐

chondria and have become the founda on for what is now known as “cell theory”.      

   

            Cell theory states: 

All cells are generated from previous cells 

All cells pass on their gene c informa on 

All living things are made of cell(s) 

Energy metabolism occurs inside cells 

The chemical make‐up of cells is similar 

 

Although all organisms are made up of cells, not all cells are iden cal.  Prokaryotes and eukaryotes are 

two structurally different types of cells.   

Prokaryotes are the most primi ve and basic organisms, and span the taxonomic classes of 

bacteria and archaea.  They lack a membrane bound nucleus and membrane bound organelles 

(specialized structures).  The term prokaryote comes from the La n words “pro” (before) and 

“karyote” (nucleus). 

Eukaryote are much more complex organisms with two characteris cs that set them apart 

from prokaryotes: a defined nucleus and membrane‐bound organelles.  The term “eukaryote” 

comes from the La n words “eu” (true) and “karyote” (nucleus).  Pro sts, fungi, plant and ani‐

mal cells are all eukaryo c cell(s).   

 

Concepts to explore: 

What is a cell? 

Prokaryotes 

Eukaryotes 

 

Cell structure 

Func on of cell structures 

Diffusion 

Rare of Diffusion 

Cytologists are scien sts who 

study cells.  The study of the 

cell is known as cytology. 

Page 40: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

40 

 

Lab 3: Cell Structure & Func on 

Prokaryotes  Eukaryotes 

Bacteria and archaea (both prim‐

i ve cells) are the only prokary‐

otes 

Are very small (.1µm to 2µm) 

Reproduce asexually.  This 

means sexual reproduc on is 

absent, and there is li le gene c 

varia on between genera ons 

Have simple cellular components 

Are capable of living almost any‐

where and o en thrive in harsh 

condi ons 

Are unicellular 

2 Billion years younger than pro‐

karyo c cells 

Great biological diversity 

All mul ‐cellular organisms are 

eukaryotes 

Significantly larger than most 

prokaryo c cells 

More complex shapes and inter‐

nal structure than prokaryotes 

Some are capable of capturing 

light energy (chloroplasts in 

plant cells and cones and rods of 

the eye) 

 

Figure 1: A prokaryo c cell showing 

some of the major structures 

Nucleoid (nucleus-like) Region

Page 41: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

41 

 

Lab 3: Cell Structure & Func on 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Both prokaryotes and eukaryotes have a plasma membrane (also known as the cell membrane) that 

separates the cellular content from the external environment. This structure is o en referred to as a 

phospholipid bi‐layer, as it is composed of two layers of lipids with proteins floa ng between these lay‐

Figure 2: Major structures of eukaryotes; Top: an animal cell; bo om le  : a plant cell; Bo om right: a para‐

mecium. 

Plant Cell 

Page 42: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

42 

 

Lab 3: Cell Structure & Func on 

ers. The proteins in the structure are responsible for carrying out the majority of the func ons specific 

to the membrane and impart a selec vity to certain materials that can pass through the membrane.  

Many cells within the prokaryo c and eukaryo c families have cell walls outside the cell membrane hat 

help to protect them and provide support (note: animal cells and protozoa do not have cell walls). Un‐

like the cell membrane, this barrier is not selec ve and does not allow materials to pass through easily. 

Prokaryo c cells have a thick, rigid cell wall composed of amino acids and sugars (pep doglycan), but 

the cell wall composi on within eukaryotes varies (e.g., fungi cell walls include a polysaccharide called 

chi n while plants exhibit cell walls with the polysaccharide cellulose). 

In all cells, the plasma membrane encases the cytoplasm (also called cytosol), which is a semiliquid, gel‐

like substance that is the founda on of the cell. Within the cytoplasm of eukaryo c cells, a number of 

membrane‐bound organelles exist to provide specific func ons within the cell. Prokaryotes do not have 

these specialized bodies to compartmentalize the intercellular func ons and are therefore everything 

is free‐floa ng within the cell. As you examine the structures of prokaryotes and eukaryotes in Figures 

1 and 2, you will note these differences.   

  Some Organelles Found in Eukaryotes:     

Nucleus: Houses the gene c content (DNA) of the cell. 

Nuclear Envelope: An outer membrane that surrounds the nucleus. 

Nuclear Pores: Holes in the nuclear envelope that permit communica on between the internal nuclear environment and the cytoplasm.  

Nucleolus:  (plural: nucleolus) A part of the nucleus that is made of RNA, Protein and Chroma‐n and manufactures RNA and ribosomes. 

Ribosomes: Ribosomes are large molecules found in all living cells. Ribosomes are responsible for catalyzing protein forma on during transla on. A strand of mRNA docks onto a ribosome molecule and the correct amino acids are then recruited to the ribosome to create a protein.  

Mitochondrion: (plural: mitochondria) The “power plant” of the cell.  They are a membrane bound organelle  (inner and outer membrane) with their own circular DNA, and make ATP (energy) for the rest of the cell. 

Endoplasmic Re culum (ER): A series of membranes extending throughout the cytoplasm that can be peppered with ribosomes (rough ER) or not (smooth ER) and is the site of protein syn‐thesis within a cell.  

Golgi Apparatus: (also called the Golgi Body) A series of fla ened sack‐like bodies that process‐es the cell’s proteins and lipids before they are released to their final des na on. 

Peroxisomes: Contain enzymes that help the cell destroy toxins. 

Lysosomes: A sack of enzymes found within the cell that aid in the diges on of food into usa‐ble products for the cell. 

Cytoskeleton: The “skeleton” found in all eukaryo c cells that provides shape to the cell while also enabling it to move.  It consists of three parts: 

1.  Microfilaments: Small strands that help the cell resist tension.  Think of it as a piece of wire. 

Page 43: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

43 

 

Lab 3: Cell Structure & Func on 

2. Intermediate filaments:  Anchors the organelles in the cell and provide addi onal stability. 

3. Microtubules:  Small hollow tubes that help the cell maintain its shape, move things around within the cell and form other key structures. 

Centriole: Barrel shaped structures that help make cilia and flagella.  They also play a key role in cell division. 

Cilia:  Small “hairs” on the outside of the cell.  They help the cell move and are sensory recep‐tors. 

Flagella: The structure of eukaryo c flagella is far more complex than prokaryo c flagella as the consist of mul ple filaments.  They provide mobility by rota ng back and forth, they help transport fluids and serve as sensory receptors.   

Chloroplast: Think of them as the plant version of mitochondria.  The main difference is that they take light energy and convert it to mechanical energy. 

Vacuole: Membrane bound “sacs” that provide storage and provide transporta on within the cell (excre on, secre on). 

Vesicle: Plays a similar role to vacuoles, but are smaller. 

 

Structure  Prokaryo c Cell  Eukaryo c Cell 

Nucleus  No  Yes 

Plasma Membrane  Yes  Yes 

Cell Wall  Yes  Yes (in most cells) 

Cytoplasm  Yes  Yes 

Flagella and Pili  Occasionally Flagella‐ Occasionally 

Pili ‐ No 

Cilia  No  Occasionally 

Glycocalyx  Occasionally  Occasionally 

Cytoskeleton  No  Yes 

Endoplasmic Re culum  No  Yes 

Mitochondria  No  Yes 

Golgi Apparatus  No  Yes 

Chloroplast  No  In plants and many pro sts 

Ribosome  Yes  Yes 

Lysosome  No  Yes 

Peroxisome  No  Yes 

Vacuole and Vesicle  No  Yes (in most cells) 

Prokaryo c vs. Eukaryo c Cells 

Page 44: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

44 

 

Lab 3: Cell Structure & Func on 

Although prokaryo c cells do not have  a nucleus, they do have DNA. The DNA is a closed loop and ex‐

ists freely in an unorganized manner within the cytoplasm, in an area known as the nucleoid region. 

They can also have a slime coa ng, called the glycocalyx, which is used to protect the cell and enable it 

to a ach to surfaces (such as teeth and lungs). Prokaryotes also have ribosomes to facilitate the pro‐

duc on of proteins. All cells, prokaryotes and eukaryotes, must have a means to regulate  nutrients and 

wastes, and also require a supply of energy to exist. Metabolic ac vi es such as photosynthesis and 

respira on can be carried out by both cell types. In eukaryotes, photosynthe c ac vity ini ates in the 

chloroplasts, while in prokaryotes it occurs in the thylakoid.  

Regardless of the cell type or structure, diffusion of 

molecules is almost always a factor. Molecules are 

constantly in mo on due to the kine c energy pre‐

sent in every atom. This energy results in the net 

movement of molecules from areas of high concen‐

tra on to areas of low concentra on, or diffusion 

(Figure 3).  If uninhibited, this movement will con n‐

ue un l equilibrium is reached and the molecules are 

uniformly distributed.  

The rate of diffusion depends on the medium used, 

size of the molecule, and polarity of molecule. Be‐

cause the medium will not change in a biological sys‐

tem, the diffusion rate is usually dictated by molecu‐

lar characteris cs. Small, non‐polar molecules ex‐

hibit a higher rate of diffusion than large, charged 

ones. 

The direc on of diffusion depends on concentra on gradients, heat and pressure.  The concentra on 

gradient is the change of molecular density over a given area.  Temperature and pressure typically re‐

main constant in biological systems, making the concentra on gradient the best indicator of direc on‐

ality.  In general, molecules will move towards areas of lower concentra ons. 

Figure 3 Diffusion through a semi‐permeable membrane                   

(lipid bilayer) 

Page 45: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

45 

 

Lab 3: Cell Structure & Func on 

Experiment 1: Iden fying Cell Structures 

View the slide pictures and images below, paying a en on to detail, and note the different characteris‐

cs of prokaryotes and eukaryotes.  On each  picture, label the parts indicated if they are visible.  If you 

can not see them, draw and label them where they would be located. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Bacteria:   Nucleoid region, cell wall, plasma membrane, ribosomes,  flagella  

 

 

 

 

 

 

 

 

Pro st:  Macronucleus, micronucleus, plasma membrane, cytoplasm, contrac le vacuole 

 

 

 

 

Figure 3 

Figure 4 

Page 46: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

46 

 

Lab 3: Cell Structure & Func on 

Figure 6 

Figure 5 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Plant Cell: Nucleus, cell wall, plasma membrane, cytoplasm, chloroplast, mitochondria, vacuoles 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Animal Cell: Nucleus, nucleolus, plasma membrane, cytoplasm, mitochondria, golgi apparatus, rough 

ER, ribosome

Page 47: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

47 

 

Lab 3: Cell Structure & Func on 

Ques ons 

1.  For each structure iden fied, do you think its loca on affects its ability to func on?  Why or 

why not? (Hint: those buried deep in the cell probably do different things than those closer 

to the cell membrane) 

 

 

 

2.  Draw a labeled diagram of a small sec on of the plasma membrane and briefly describe its 

structure and func on. 

 

3.  Describe the differences between animal and plant cells. 

 

4.  Which of the following structures are present in both prokaryo c and eukaryo c cells?   Plas‐

ma membrane, Golgi apparatus, DNA, lysosomes and peroxisomes, cytoplasm 

5.  Where is gene c material found in plant cells? 

6.  Mitochondria contain their own DNA (circular) and have a double membrane.  What explana‐

on for this observa on can you come up with?       

(Hint 1:  Where else do we see circular DNA?)             

(Hint 2:  What do you know about the rela ve age of eukaryo c  cells?) 

 

7.  How is the structure of the plant’s cellulose‐based cell wall related to its func on? 

8.  Defects in structures of the cell can lead to many diseases.  Pick one structure of a eukaryo c 

cell and develop a hypothesis as to what you think the implica ons would be if that structure 

did not func on properly.  

Page 48: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

48 

 

Lab 3: Cell Structure & Func on 

9.  Using books, ar cles, the internet, etc. conduct research to determine if your hypothesis was 

correct.   

 

 

 

Experiment 2: Direc on and Concentra on Gradients 

In this experiment, we will inves gate the effect of solute concentra on on osmosis. A semi‐permeable 

membrane (dialysis tubing) and sucrose will create an osmo c environment similar to that of a cell. 

Using different concentra ons of sucrose (which is unable to cross the membrane) will allow us to ex‐

amine the net movement of water across the membrane. 

 

Materials 

30% Sucrose solu on 

4 15 cm Pieces dialysis tubing** 

3 250 mL Beakers 

8 Rubber bands 

Concepts to explore: 

Water* 

Watch* 

*You must provide 

**Cut to exact length 

Note:   

Dialysis tubing can be rinsed and used again if you make a mistake.  

Dialysis tubing must be soaked in water before you will be able to open it up to create the 

dialysis “bag”. Follow the direc ons for the experiment, beginning with soaking the tubing 

in a beaker of water. Then, place the dialysis tubing between your thumb and forefinger 

and rub the two digits together in a shearing manner. This should open up the "tube" so 

you can fill it with the different solu ons.  

Page 49: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

49 

 

Lab 3: Cell Structure & Func on 

Procedure 

1.  Submerge the four pieces of dialysis tubing into a 250 mL beaker 

filled with 100 mL of water for at least 10 minutes. 

2.  A er 10 minutes, remove one piece of tubing from the beaker.  

On one end (not the whole tube), gently twirl the tubing into a 

long, thin cylindrical piece that is able to fit into the hole of the 

yellow bead. 

3.  Insert the long cylindrical end of the tube into the center hole in 

the yellow bead.  Once it is through, pull the cylindrical end un l 

there is about 1.5 to 2 cm of tubing extending beyond the bead 

4.  Take the extra tubing you just pulled through the bead and fold it back over the bead, towards 

the remaining, non folded tube.  Place a rubber band above the bead and around the extra 

tubing as to be sure no solu on can leak out of the tube (see Figure 4).  

To test that no solu on can leak out, add a few drops of water and look for water leakage. 

Make sure you pour the water out before con nuing to the next step. 

5.   Repeat steps 2‐4 with the three remaining dialysis tubes, using each of the three  remaining 

bead colors (Figure 5). 

6. Table 1 provides a dis nc on as to what bead belongs to which tube.  Using a 10 mL graduated 

cylinder, measure and fill the appropriate dialysis bag with the designated concentra on of su‐

crose solu on (3%, 15% or 30%) by adding the volumes of sucrose and water listed in Table 1.

Figure 4: Fold the bag un l 

you have a piece narrow 

enough to be threaded 

through the bead. 

Figure 5: Beads help to secure the ends of the dialysis bags and iden fy each one. 

Page 50: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

50 

 

Lab 3: Cell Structure & Func on 

7.  Rinse the outside of the bags with water to remove any remaining sucrose. 

8.  Pour 150 mL of the stock sucrose solu on (30%) into the 250 mL beaker (beaker #1). Using the 

graduated cylinder, measure 20 mL of the stock sucrose solu on and 180 mL of water to cre‐

ate a 3% sucrose solu on and place it into the 250 mL beaker (beaker #2). 

9.  Place bags #1‐3 (red, blue, yellow) into beaker 2 and bag #4 (green) into beaker 1 (Figure 6). 

10.   In Table 2, predict whether water will flow in or out of each dialysis bag. 

11.  Allow the bags to sit for one hour.  While wai ng, dump out the water in the 250 mL beaker 

that was used to soak the dialysis tubing in step 1.  We will use this in the last part of the ex‐

periment. 

12.  A er allowing the bags to sit for one hour, remove them from the beakers. 

Bead Color  Bag Number  Stock Sucrose Solu on  Water 

Yellow  Bag #1: 30% sucrose  10 mL  0 mL 

Red  Bag #2: 15% sucrose  5 mL  5 mL 

Blue  Bag #3: 3% sucrose  1 mL  9 mL 

Green  Bag #4: 3% sucrose  1 mL  9 mL 

Table 1: How to Make a Serial Dilu on of Sucrose 

Figure 6: The 

dialysis bags 

are filled with 

varying con‐

centra ons of 

sucrose solu‐

on and placed 

in one of two 

beakers. 

Page 51: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

51 

 

Lab 3: Cell Structure & Func on 

13.  Carefully open the bags, no ng that o en  mes the tops may need to be cut as they tend to 

dry out. Measure the solu on volumes of each dialysis bag using the empty 250 mL beaker.  

Record your data in Table 2. 

 

 

Ques ons 

1.  For each of the bags, iden fy whether the solu on inside was hypertonic, hypotonic or isotonic in 

comparison to the beaker solu on it was placed in. 

2.  Which bag increased the most in volume? Why? 

3.  What does this tell you about the rela ve tonicity between the contents of the bag and the solu‐

on in the beaker? 

4.  What would happen if bag 1 is placed in a beaker of dis lled water? 

Ini al Volume  Sucrose %  Predic on: Will water move in or out?  Final Volume 

Bag#1   10 mL          

Bag #2  10 mL          

Bag #3  10 mL          

Bag #4  10 mL          

Table 2: Water Movement 

Page 52: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

 

52 

 

Page 53: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

 

53 

Biological Processes 

Lab 4 

Enzymes 

Page 54: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

 

54 

Page 55: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

Lab 4: Enzymes 

55 

 

Introduc on 

Enzymes are specialized proteins that serve as biological catalysts to decrease the ac va on energy 

normally needed for a reac on to occur. This means the reac on rate is up to millions of  mes faster 

than it would be without the enzyme. Most biochemical reac ons require enzymes for them to occur 

at fast enough rates to be useful. Typical nomenclature for enzymes follows the pa ern using the 

name of the substrate or the chemical reac on it catalyzes, and ends with “‐ase”, e.g. catalase, amyl‐

ase.  (In other words, any  me you see a word end in “ase” you know it is an enzyme). 

 

 

 

Enzymes are extremely selec ve, and are o en described as having a “lock and key” fit (Figure 1).  

Their shape determines which substrates they bind and interact with. The ac va on site  

Figure 1: The specificity of enzymes is controlled by their lock and key fit with a spe‐

cific substrate. 

Concepts to explore: 

Enzymes 

Selec vity 

Catalysts 

Ac va on energy 

Ac va on site 

Reac on rates 

Concepts to explore: 

Ac vators 

Inhibitors 

Page 56: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

Lab 4: Enzymes 

56 

 

is the pocket where the substrate a aches and where the reac on occurs.  A er the enzyme/substrate 

complex forms and catalysis occurs, the “new” substrate is released from the ac ve site, and the en‐

zyme can repeat the process. Enzymes levels are not reduced or altered during the reac on.  This 

means they are efficient and can be used repeatedly. 

Enzymes determine the rate at which the reac on occurs (not how it occurs). Their ac vity is affected 

by temperature, pH, enzyme and substrate concentra on, and other chemicals that may be present 

(such as salts, which can change the protein structure).   

Varia ons in temperature and alkalinity can change the shape of the proteins, such as enzymes, which 

makes them inac ve (they can no longer bind to their substrate).  The pH can alter charge of the pro‐

tein, once again changing its shape and rendering them inac ve.  

The concentra ons of both the enzyme and substrate determine the reac on rate (Figure 2). Remem‐

ber that high reac on rates do not always translate into rapid  me of comple on (it  also depends on 

the amount of substrate!).  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ac vators are chemicals that bind to the ac ve site of the en‐

zyme and help it to bind to the substrate.  They are some mes 

called cofactors or organic coenzymes.   

Inhibitors are chemicals that interfere with the binding of the 

substrate to the enzyme.  There are two types:  

Figure 2: Substrate Satura on Curve 

Many drugs and poisons are   en‐

zyme inhibitors.  For example, aspi‐

rin inhibits an enzyme that leads to 

inflamma on. 

Page 57: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

Lab 4: Enzymes 

57 

 

Compe ve (can be replaced by the substrate)  

Non‐compe ve (not removed by the substrate)     

Normal cellular processes produce toxic substances (waste) such as hydrogen peroxide and free radi‐

cals that if not eliminated, will kill the cell. Luckily, yeast and other organisms (including humans) have 

an enzyme called catalase that breaks down hydrogen peroxide into oxygen and water, both harmless 

to cells. 

 

Experiment 1: Effect of enzyme concentra on 

Yeast cells contain catalase. The effect of catalase can be seen when yeast is combined with hydrogen 

peroxide (Catalase: 2H2O2 ─› 2 H2O + O2). In this lab you will examine the effects of enzyme (catalase) 

concentra on based on the amount of oxygen produced.   

 

 

Procedure 

1.  Label three test tubes as 1, 2, and 3 

with a permanent marker. 

2.  Fill each tube with 10 mL hydrogen 

peroxide.   

3.  Label three beaker as A, B,  and C. 

4.  Add 1/2 teaspoon yeast (1 g.) to 100 

mL of warm water (30‐35 °C) in 

Beaker A. Mix well by pipe ng. 

Materials 

Yeast 

Measuring Spoon 

3 Test tubes 

Test tube rack 

3 100 mL Beakers 

Hydrogen peroxide 

10 mL Graduated cylinder 

Permanent marker 

Ruler 

String* 

3 Balloons 

Watch* 

*You must provide 

Figure 3: When catalsae is added to hydrogen peroxide, oxy‐

gen is released. 

Page 58: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

Lab 4: Enzymes 

58 

 

5.  Make a serial dilu on of yeast solu on. To do this, measure 10 mL of the yeast solu on from 

Beaker A and transfer it to Beaker B. Add 90 mL  warm water (30‐35 °C) to Beaker B. Mix well 

by pipe ng.  

6.  Measure 10 mL of the yeast solu on from Beaker B and transfer it to Beaker C. Add 90 mL 

warm water (30‐35 °C) to Beaker C. Mix well by pipe ng. 

7.  Measure and pour 5 mL from Beaker A into the first test tube.  

8.  Quickly a ach a balloon to the top of the test tube so that it will fill with the oxygen produced 

by the enzyme reac on. It is important to execute this step quickly so that every bit of gas pro‐

duced will be captured. 

9.  Swirl each tube to mix, and wait one minute. 

10.  A er one minute has passed, wrap the string around the center of the balloon to measure the 

circumference. Measure the length of string with a ruler. Record the length in Table 1 below. 

11.  Repeat step 10 a er two more minutes have passed (three minutes total from the start of the 

reac on); and again a er two more minutes have passed (five minutes total from the start of 

the reac on).  Record all data in Table 1. 

12.  If the reac on has not finished, con nue to monitor how long it takes  for the reac on to com‐

plete, and measure the final balloon circumference. 

13.  Repeat steps 7 ‐ 12 for the remaining test tubes (use beaker B for test tube 2 and beaker C for 

test tube 3).  

Table 1: Effect of enzyme concentra on on the produc on of gas 

Ques ons 

1.  What is the enzyme in this experiment? What is the substrate? 

Tube  Amount 

of yeast 

Circumference (cm) 

A er 1 minute 

1  0.05 g   

2  0.005 g   

3  0.0005 g   

Circumference (cm) 

A er 3 minutes 

 

 

 

Circumference (cm) 

A er 5 minutes 

 

 

 

Time Required 

to Complete 

 

 

 

Final Circumference (cm) 

 

 

 

Page 59: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

Lab 4: Enzymes 

59 

 

2.  Did you no ce a difference in the rate of reac on in the tubes with different concentra ons of 

enzymes? Why or why not? 

3.  What was the effect of using less enzyme on your experiment? 

4.  Do you expect more enzyme ac vity if the substrate concentra on is increased or decreased?  

Draw a graph to illustrate this rela onship. 

5.  Hydrogen peroxide is toxic to cells, yet is a common byproduct of the reac ons that occur in‐

side the body. How can this compound be changed to become non‐toxic (Hint: Look at the 

chemical formula of hydrogen peroxide)? 

Experiment 2: Effect of temperature on enzyme ac vity 

This experiment looks at the effect of temperature on enzyme ac vity.   

 

Procedure 

1.  With a permanent marker, label the test tubes as 1, 2, 3, and 4. Place the test tubes in the test 

tube rack for support. 

Materials 

Yeast 

Measuring spoon 

4 Test tubes 

40 mL Hydrogen peroxide, H2O2 

10 mL Graduated cylinder 

4 Balloons 

2 Water bath containers* 

Pot for boiling water* 

Stove‐top* 

Hot Pad* 

4 Microwave‐safe cups* 

Permanent marker 

Test tube rack 

Ruler 

String* 

Watch* 

Thermometer 

*You must provide 

Page 60: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

Lab 4: Enzymes 

60 

 

2.  Use the 10 mL graduated cylinder to measure and pour 10 mL of hydrogen peroxide into each 

test tube. 

3.  Fill a pot with approximately 2 ‐ 3 inches of water and place it on the stove (turned to medium‐

high se ng). The water should come to a boil (approximately 100 °C).  

4.  While the water is hea ng, place each tube in separate, microwave‐safe cups (or beakers).  

5.  Gather two containers that can be used as hot water baths. Each container should be wide 

enough to fit the cup with the test tube in it.  

6.  Pour 2‐3 cups of water into a microwave‐safe container and heat the water un l it has reached 

approximately 85 °C (use the thermometer to monitor this). Pour this water into the first hot 

water bath. 

7.  Using a hot pad, pour the boiling water from the stove into the second hot water bath. 

8.  Immediate place the cup holding test tube 1 into the boiling hot water bath and the cup hold‐

ing tube 2 into the hot (but not boiling) water bath. Keep test tube 3 at room temperature, and 

place the cup with test tube 4 in the refrigerator. You may need to add weight (e.g., coins, mar‐

bles, rocks, etc.) to the cups going into the water baths to keep them from  pping over into the 

water. 

9.  Record the ini al temperatures of each condi on in the table below. Let tubes sit for approxi‐

mately 15 minutes, and record the final temperature.  

10. A er the elapsed  me, remove the tubes from their respec ve environments. 

11. Add 1/4  tsp. of yeast to the refrigerated test tube.  

12. Quickly a ach a balloon to the top of the test tube so that it fills with the oxygen produced 

from the enzyme reac on occurring in the tube. It is important to execute this step quickly so 

that every bit of gas produced is captured. 

13.  Swirl the tube to mix, and wait one minute. 

14.  A er one minute has passed, wrap the string around the center of the balloon to measure the 

circumference. Measure the length of string with a ruler. Record the length in Table 2 below. 

15.  Repeat step 14 a er two more minutes have passed (three minutes total from the start of the 

reac on); and again a er two more minutes have passed (five minutes total from the start of 

the reac on). Record all data in Table 2. 

16.  If the reac on has not finished, con nue to monitor how long it takes  for the reac on to com‐

plete, and measure the final balloon circumference. 

17.  Repeat steps 11 ‐ 16 for the remaining three test tubes.  

Page 61: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

Lab 4: Enzymes 

61 

 

  Table 2: Effect of temperature on the produc on of gas 

 

Ques ons 

1.  What is the enzyme in this experiment? What is the substrate? 

2.  How does temperature affect enzyme func on? 

3.  Do plants and animals have an enzyme that breaks down hydrogen peroxide? How could you 

test this? 

4.  How did the boiling water affect the overall reac on?  

5.  How can enzyme ac vity be increased? 

6.  Design an experiment to determine the op mal temperature for enzyme func on, complete 

with controls. Where would you find the enzymes for this experiment? What substrate would 

you use? 

7.  Draw a graph of balloon diameter vs. temperature.  What is the correla on? 

 

Tube Ini al  

Temp. °C 

Circumference 

(cm) A er 1 

minute 

Refrigerator     

Room temperature     

Hot water (~85 °C)     

Boiling Water (~100 °C)     

Final  Temp. °C 

 

 

 

 

Circumference 

(cm) A er 3 

minutes 

 

 

 

 

Circumference 

(cm) A er 5 

minutes 

 

 

 

 

Final Circumference 

(cm) 

 

 

 

 

Time Required 

to Complete 

 

 

 

 

Page 62: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

 

62 

Page 63: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

 

63 

The Cell 

Lab 5 

Meiosis 

Page 64: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

 

64 

 

Page 65: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

Lab 5: Meiosis 

65 

 

Introduc on 

Meiosis only occurs in organisms that reproduce sexually. The process generates haploid (1n) cells 

called gametes (sperm cells in males and egg cells in fe‐

males),  or spores in some plants, fungi, and pro sts, that  

contain one complete set of chromosomes. Haploid cells 

fuse together during fer liza on to form a diploid cell with 

two copies of each chromosome (2n).  

Genes are the units of heredity that have specific loci 

(loca ons) on the DNA strand and code for inheritable 

traits (such as hair color).  Alleles are alterna ve forms of the same gene (brown vs. blue eyes). Homol‐

ogous chromosomes contain the same genes as each other but o en different alleles. Non‐sex cells 

(e.g. bone, heart, skin, liver) contain two alleles (2n), one from the sperm and the other from the egg. 

Mitosis and meiosis are similar in many ways. Meiosis, however, has two rounds of division—meiosis I 

and meiosis II. There is no replica on of the DNA between meiosis I and II. Thus in meiosis, the parent 

cell produces four daughter cells, each with just a single set of chromosomes (1n).  

Meiosis I is the reduc on division– the homologous pairs of chromosomes are separated so that each 

daughter cell will receive just one set of chromosomes.  During meiosis II, sister chroma ds are sepa‐

rated (as in mitosis).  

 

 

 

 

 

Concepts to explore: 

Meiosis  

Diploid cells 

Haploid cells 

Chromosomal crossover 

Concepts to explore: 

 

There are over two meters of DNA pack‐

aged into a cell’s nucleus.  It is coiled and 

folded into superhelices that form chro‐

mosomes, which must be duplicated be‐

fore a cell divides. 

Each of the 23 human chromosomes 

has two copies.  For each chromosome, 

there is a 50:50 chance as to which copy 

each gamete receives. 

 That translates to over 8 million possi‐

ble combina ons! 

Page 66: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

Lab 5: Meiosis 

66 

 

Meiosis I: 

Prophase I:  The sister chroma ds condense and a ach to their homologous counterparts 

(chromosomes with the same genes but poten ally different alleles).  This is the stage 

where crossing over occurs (homologous chromosomes exchange regions of DNA).  The 

centrioles, which will serve as intracellular anchors during division, appear. 

Metaphase I: The chromosomes line up in the middle of the cell.  The orienta on of each 

pair of homologous chromosomes is independent from all other chromosomes.  This 

means they can “flip flop” as they line up, effec vely shuffling their gene c informa on 

into new combina ons.  Microtubules (long strands) grow from each centriole and link 

them together while also a aching to each pair of homologous chromosomes. 

Anaphase I:  The microtubules pull the homologous chromosomes apart (the sister chro‐

ma ds remain paired). 

Telophase I:  One set of paired chromosomes arrives at each centriole, at which  me a nu‐

cleus forms around each set. 

Cytokinesis:  The plasma membrane of the cell folds in and encloses each nucleus into two 

new daughter cells. 

Meiosis II: 

Prophase II:  Before any replica on of the chromosomes can take place, the daughter cells 

immediately enter into Prophase II.  New spindle fibers form as the nucleus breaks down. 

Metaphase II:  The sister chroma ds align in the center of the cell, while the microtubules 

join the centrioles and a ach to the chromosomes.  Unlike Metaphase I, since each pair of 

sister chroma ds is iden cal, their orienta on as they align does not ma er. 

Anaphase II:  The sister chroma ds are separated as the microtubules pull them apart. 

Telophase II:  The chroma ds arrive at each pole, at which  me a nucleus forms around 

each. 

Cytokinesis:  The plasma membrane of the cell folds in and engulfs each nucleus into two 

new haploid daughter cells. 

We briefly discussed “crossing over” in Prophase I.  Since the chromosomes of each parent undergoes 

gene c recombina on, each gamete (and thus each zygote) acquires a unique gene c fingerprint.  

The closeness of the chroma ds during Prophase I, creates the opportunity to exchange gene c mate‐

rial (chromosomal crossover) at a site called the chiasma. The chroma ds trade alleles for all genes 

located on the arm that has crossed.  

 The process of meiosis is complex and highly regulated.  There are a series of checkpoints that a cell 

Page 67: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

Lab 5: Meiosis 

67 

 

must pass before the next phase of meiosis will begin.  This ensures any mutated cells are iden fied 

and repaired before the cell division process can con nue. 

 

One of the muta ons that is of par cular concern is a 

varia on in the amount of gene c material in a cell.  It 

is cri cal that the gamete contain only half of the chro‐

mosomes of the parent cell.   Otherwise the amount of 

DNA would double with each new genera on.  This is 

the key feature of  meiosis. 

Figure 1: The stages of meiosis  

Muta ons that are not caught by the cell’s 

self‐check system can result in chromosomal 

abnormali es like Down’s syndrome, in 

which there are 3 copies of chromosome 21. 

 

Interphase I: Cellular growth and DNA repli‐ca on occur to prepare cell for meiosis. 

Metaphase I: Paired 

chromosomes align 

at metaphase plate. 

 

Prophase I: Sister 

chroma ds pair 

up. Crossing over 

may occur. 

  Prior to meiosis. 

Anaphase I: Microtubules pull 

chromosomes to opposite poles. 

Sister chromosomes remain paired. 

 

Telophase I: Paired 

chromosomes arrive 

at polar ends of cell. 

Cytokinesis occurs 

to bisect cell. 

Prophase II: Daughter 

cells immediately enter 

Prophase II. Nuclei are 

broken down 

Metaphase II:

Sister chroma‐

ds align at 

center of cell. 

Anaphase II:

Sister chro‐

ma ds are 

pulled apart. 

Telophase II: Sister chroma ds 

arrive at polar ends of cell. Nu‐

clei are created and cytokinesis 

completes bisec on. 

  

Page 68: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

Lab 5: Meiosis 

68 

 

Experiment 1: Following chromosomal DNA movement 

Every cell in the human body has two alleles that condense into single chromosomes held together by 

a centromere. These “sister” chroma ds replicate and pair with the newly made homologous chromo‐

somes.  In this exercise we will follow the movement of the chromosomes through meiosis I and II to 

create haploid (gamete) cells. 

 

 

Procedure 

Meiosis I 

A. As prophase I begins, chromosomes coil and condense in prepara on for replica on. 

 

1.  Using one single color of bead, build a homologous pair of duplicated chromosomes.  

Each chromosome will have 10 beads with a different colored centromere in it. 

  For example, if there are 20 red beads, 10 beads would be snapped together to 

make two different strands.  In the middle of each of the 10 bead strands, snap 

a different colored bead in to act as the centromere. 

                                 Now, repeat these steps using the other color of bead. 

2.  Assemble another homologous pair of chromosomes using only 12 (that’s 6 per 

strand) of the first color bead.  Place another, different colored bead in the middle of 

each to act is its centromere.  Repeat this step (2 strands of 6 beads plus a centro‐

Figure 2: Bead Set‐up 

Materials 

2 sets of different colored snap 

beads (32 of each) 

8 centromeres (snap beads) 

Blue and red markers* 

*You must provide 

Page 69: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

Lab 5: Meiosis 

69 

 

mere) with the other color of beads. 

B. Bring the centromeres of two units of the same color and length together so they can be held 

together to appear as a duplicated chromosome. 

1.  Simulate crossing over.  Bring the two homologues pairs together (that’d be the two 

pairs that both have 10 bead strands) and exchange an equal number of beads be‐

tween the two. 

C. Configure the chromosomes as they would appear in each of the stages of meiosis I. 

 

Meiosis II 

A. Configure the chromosomes as they would appear in each stage of meiosis II. 

B. Return your beads to their original star ng posi on and simulate crossing over.  Track how this 

changes the ul mate outcome as you then go through the stages of meiosis I and II. 

C. Using the space below, and using blue and red markers, draw a diagram of your beads in each 

stage.  Beside your picture, write the number of chromosomes present in each cell. 

Meiosis I 

Prophase I 

 

 

Metaphase I 

 

 

 

Anaphase I 

 

 

 

Telophase I 

Page 70: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

Lab 5: Meiosis 

70 

 

Meiosis II 

Prophase II 

 

 

 

Metaphase II 

 

 

 

Anaphase II 

 

 

 

Telophase II 

 

 

Ques ons 

1.  What is the state of the DNA at the end of meiosis I? What about at the end of meiosis II? 

2.  Why are chromosomes important? 

3.  How are Meiosis I and Meiosis II different? 

Page 71: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

Lab 5: Meiosis 

71 

 

4.  Name two ways meiosis contributes to gene c recombina on. 

5.  Why do you use non‐sister chroma ds to demonstrate crossing over? 

6.  How many chromosomes were present when meiosis I started? 

7.  Why is it necessary to reduce the chromosome number of gametes, but not other cells of an 

organism? 

8.  If humans have 46 chromosomes in each of their body cells, determine how many chromo‐

somes you would expect to find in the following:          

  Sperm ___________________             

  Egg ___________________           

  Daughter cell from mitosis ___________________      

  Daughter cell from Meiosis II ___________________ 

 

9.  Inves gate a disease that is caused by chromosomal muta ons.  When does the muta on 

occur?  What chromosome is affected?   What are the consequences? 

 

 

Page 72: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

 

72 

Page 73: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

 

73 

 

Kingdoms 

Lab 6 

Taxonomy 

Page 74: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

 

74 

Page 75: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

Lab 6: Taxonomy 

75 

 

Introduc on 

Taxonomy is the science of iden fying and naming organisms into related groups, a process called clas‐

sifica on.  Originally, taxonomic classifica on of organisms was based solely on structural and physio‐

logical similari es.  However, advanced technologies and informa on has allowed scien sts to specify 

taxonomic classifica on using gene c informa on (phylogene c similari es) as well.  

Over  me, many different classifica on systems have been developed. Although many of them are sig‐

nificant, one of the most widely‐accepted system is called the Linnaean system. Carl Linnaeus devel‐

oped the Linnaean system in 1735. This system uses La n because, at the  me, it was a language used 

by most of the scien fic world. Although many of the exact terms set forth by Linneaus have been sub‐

s tuted, the Linnaean system is s ll respected by many scien sts as the fundamental taxonomic sys‐

tem.  

The Linnaean system begins by assuming assumes that there are three kingdoms; the animal kingdom, 

the plant kingdom, and the mineral kingdom (which has since been abandoned). Since the Linnean sys‐

tem was established, various life forms have been added to new kingdoms: Monera (for prokaryotes), 

Pro sta (for pro sts and most algae), and Fungi. These five kingdoms are s ll far from ideal, and con‐

nue to evolve as scien sts learn more knowledge of genomes con nues to advance. Modern taxono‐

mists have also supplanted these categories by forming domains, the highest taxonomic ranking. The 

three domains that are used are: Bacteria, Archaea, and Eukaryota. Each of the kingdoms listed above 

are further divided into classes, orders, families, genera, and species.  

Linnaeus also popularized the use of binomial nomenclature. Binomial nomenclature is the formal 

naming system used for all living organisms. Every organism is iden fied with a two‐part name. The 

first name signifies the genus that the species belongs to, and the second name signifies the species 

within the genus. Prior to this nomenclature, animals were classified based on how they moved. 

The specificity of the organism increases it is classified into smaller, more narrow categories (Figure 1).  

In other words, the categories get smaller in terms of the number of organisms that are included, with 

the smallest widely accepted category being “sub‐species”.    

Concepts to explore: 

Taxonomy 

Linnaean system 

Binomial nomenclature 

Taxonomic vs. phylogene c classifica ons 

Page 76: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

Lab 6: Taxonomy 

76 

It is important to remember that taxonomy is highly 

dependent on biology, par cularly anatomy and 

physiology.  In fact, one of many, but the most widely 

accepted defini on of a species is that its members 

can interbreed and create viable offspring.  For exam‐

ple, it is physiologically possible for a lion and a  ‐

gress to interbreed. However, because their  off‐

spring (a liger) is sterile, it is not considered a viable 

offspring. Therefore, lions and  gers are not consid‐

ered the same species.   However, a Labrador Re‐

triever and poodle can produce offspring that are not 

sterile (the offspring is commonly called a labra‐

doodle).  Thus they are considered the same species. 

Remember, this is just one method of defining a spe‐

cies. There are many other tools and defini ons that 

can be used to determine what organisms belong to 

which species groups.  

Looking at Figure 1, imagine you are standing at the 

bo om of a large tree with many branches.  While 

on the ground you can see the whole tree (the trunk, large branches and small branches), but as you 

begin to climb up the tree you can no longer see the whole tree, only the smaller branches.  It’s the 

same concept for classifica on.  Star ng at the “bo om” (or the domain) many organisms are includ‐

ed, but as you move “up” the classifica on system, more are excluded and fewer remain. Table 1 illus‐

trates how you would classify a human being and a red maple tree.  

Table 1: Classifica on of humans and a red maple tree 

As illustrated in Figure 1, the Linnaean system classifies organisms into sequen al groups: 

Domain  

Kingdom 

Example:  Human Being  Red Maple 

Domain  Eukarya  Eukarya 

Kingdom  Animalia  Plantae 

Phylum  Chordata  Tracheophyta 

Class  Mammalia  Angiospermae 

Order  Primates  Sapindales 

Family  Hominidae  Acerceae 

Genus  Homo  Acer 

Species  Sapien  Acer rubrum 

Figure 1: Taxonomy Tree. To use this tree, one 

would begin at the bo om and work up. 

Page 77: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

Lab 6: Taxonomy 

77 

Phylum 

Class  

Order 

Family 

Genus 

Species   

Sub‐species are used in some classifica ons and is generally well accepted, but not always included in 

the Linnaean system.   

A useful tool to remembering the order of the 

Linnaean classifica on system is developed by 

crea ng a mnemonic phrase using the first le er 

of each classifica on.  For example: Daring Kids 

Pick Cauliflower Over Fresh Grown Strawberries.  

  Experiment 1: Classifica on of common objects 

In this exercise, we will take common objects and group them into “taxonomic” categories.  

Procedure 

1.  Spread the materials out on the table.   

 

2.  Use the flow chart (Figure 2; located in the back of this lab) to classify the objects.  Answer the 

ques ons for each object and place them in the proper groups.  Fill in all the boxes along the way.  

If the box says “ok” in it, only one object fits in this category.  Next to that box, write the object 

that is being described. 

 

Make your own mnemonic phrase:  

_______________________________________ 

Materials 

Pencil* Permanent Marker Marble Bead (hole in the center) Ruler Straw 

Washer Hexagonal nut Bu on Figure 2 (flow chart) at the end of the lab *You must provide 

Page 78: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

Lab 6: Taxonomy 

78 

Ques ons 

1.  Did you find that the items grouped together as you worked down the flow chart had similar char‐

acteris cs in terms of their appearance? What about func on? 

 

2.  Do you feel that the ques ons asked were appropriate? What ques ons would you have asked? 

What objects would be grouped together with your system? 

 

3.  Pick 10 household items (e.g. spoon, book, paper clip, etc.) and design a taxonomic classifica on 

system to categorize them, similar to the one in Figure 2. 

 

4.  Can you devise a different classifica on system for the objects used in this experiment that would 

dis nguish each in as many, or fewer steps? 

 

 

 

 

 

 

 

Experiment 2: Classifica on of organisms 

Materials 

Use Table 2 below as well as the “tree” (Figure 3) a ached at the end 

of the lab.  

Page 79: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

Lab 6: Taxonomy 

79 

Table 2: Key characteris cs of some organisms 

Procedure 

1.  Select the first organism from Table 2 (E. coli). 

2.  Use the “tree” (Figure 3; located at the back of this lab) start at the base, and answer each ques‐

on un l the organism reaches the end of a “branch”. Write the organisms name in the green box. 

3.  Repeat this for the remaining organisms. 

4.  A er classifica on, fill in Table 2 with the correct kingdom for each organism. 

              

Ques ons 

1.  Did this series of ques ons correctly organize each organism? Why or why not? 

 

2.  What addi onal ques ons would you ask to further categorize the items within the kingdoms (hint: 

think about other organisms in the kingdom and what makes them different than the examples 

used here)? 

 

3.  Do you feel that the ques ons asked were appropriate? What ques ons would you have asked?                   

                                                              

Organism  Kingdom  Defined Nucleus  Mobile  Cell Wall  Photosynthesis  Unicellular 

E. coli           

   

Protozoa         

   

Mushroom     

   

     

Sunflower     

     

  

Bear       

        

Page 80: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

Lab 6: Taxonomy 

80 

Is the object cylindrical or 

round? 

 

Yes 

Figure 2: Experiment 1: Classifica on of Common Objects Flow Chart 

            Start 

 

1. 

Is the object 

used for 

wri ng? 

 

Is there permanent ink 

on the object? 

Is the object metal? 

Is there a hole in or near the 

center of the object? No 

Yes 

Is the object smooth on 

the outside (no angles)? 

 

Yes 

 

No 

2.   

Yes  No 

Yes 

Yes 

3.   

Yes  No 

Yes 

4.   5.  

Yes  No 

Yes 6.  

No 

Is the object longer 

than 5 cm? 

7.  

Yes  No 

 

Does the object 

have more than one 

hole? 8. 

9. 

No 

Page 81: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

Lab 6: Taxonomy 

81 

 

 Figure 3: Experiment 2: Classifica on of Organisms Flow Chart 

                        Start 

Does the organism have a de‐

fined nucleus? 

Does the organism 

perform  

photosynthesis? 

Is the organism mobile? 

 

Kingdom: 

Plant 

Kingdom:  

Fungi 

Yes 

No 

Does the organism 

have a cell wall? 

Kingdom:  

Animal 

Yes  No 

Kingdom:  

Pro st 

Kingdom: 

Bacteria 

Yes  No 

 

Yes  No 

Page 82: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

 

82 

Page 83: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

 

83 

 

Lab 7 

Ecology 

Ecology of Organisms 

Page 84: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

 

84 

 

Page 85: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

Lab 7: Ecology of Organisms 

85 

 

Introduc on 

Organisms have adapted and evolved anatomical, physiological, and behavioral characteris cs that 

compensate for varia on within the environment. Organisms have the ability to compensate for mini‐

mal temporal and spa al varia on within their environment by regula ng their body temperature or 

controlling the rate at which water is transpired however, there are limits to an organism’s ability to 

compensate for environmental factors. No single species can tolerate all of earth’s environments. The 

geographic distribu on of a species is thus limited by the physical environment. Species distribu on is 

said to be limited by abio c factors or the non‐living components of our environment. 

All species have a defined habitat tolerance which is the range of condi ons in which a species can live. 

For example, some plant species can tolerate a broad range of soil varia on while others are confined 

to a single soil type.  If a species has a narrow habitat tolerance because of one or more abio c factors 

then they are limited in their distribu on range. Organisms with a broad range of tolerance are usually 

distributed widely whereas those with a narrow range have a 

Figure 2 Dandelion (Taraxicum officionale)‐ species like the dande‐

lion are very common and show no aspects of rarity making them 

very common handling a broad range of tolerances .  

Figure 1 Mountain Gorilla (Gorilla gorilla beringei) ‐ mountain gorillas 

have a restricted geographic range, a narrow habitat tolerance, and a 

small local popula on classifying them in the “rarest” category, this 

species is one of many that is highly vulnerable to ex nc on. 

Concepts to explore: 

Ecology of organisms 

Range of tolerance 

Concepts to explore: 

 

Page 86: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

Lab 7: Ecology of Organisms 

86 

more restricted distribu on. Habitat tolerance along with a species geographic range (limited vs. wide‐

spread) and the species local popula on size (large vs. small) determine a species commonness or rari‐

ty.  Understanding a species range of tolerance helps to determine whether a species is common or 

rare which can be a huge determinate in areas such as agricultural produc on and wildlife manage‐

ment. 

 

 

 

Experiment 1: Effects of pH on radish seed germina on 

Natural soil pH depends on the parent rock material from which it was formed and processes like cli‐

mate.  Soil pH is a measure of the acidity or alkalinity of the soil. Acidic soils are considered to have a 

5.0 or lower pH value whereas 10.0 or above is considered a strong basic or alkaline soil.  The pH of soil 

affects the solubility of nutrients in soil water and thus it affects the amount of nutrients available for 

plant uptake. Different nutrients are available under differing pH condi ons.  

In this lab we will look at the effect of pH on the germina on and growth rate of radish seeds in order 

to determine the range of pH tolerance for the seed.  Acidic or basic water will be used in order to 

s mulate acidity or alkalinity in soil. 

 

Procedure 

 1.  Obtain your petri dishes and label them, one for each solu on 

 2.  Cut out the paper towel to fit inside the petri dish. Wet each individual towel with its determined 

solu on (vinegar, sodium bicarbonate, or water). 

Materials 

Vinegar solu on                                         Radish seeds Sodium bicarbonate solu on                       Paper towel sheets (cut to fit into petri dish)* pH paper       

Water* 3 Petri dishes             Ruler    * You must provide 

Page 87: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

Lab 7: Ecology of Organisms 

87 

3.  Test pH of three solu ons and the paper towels containing the solu on, record your values.  

4.  Arrange 10 radish seeds on each paper towel in each petri dish. Make sure the seeds have space and are not touching.  

5.   Place the petri dishes in a sunny or well lit warm place. You must be sure to keep the paper towels moist for the length of the lab with the appropriate solu on and make sure that the solu ons re‐main at the same rela ve pH.  

6.  Observe seeds daily for 7 days and record the number of seeds that germinate (note when the seed cracks and roots or shoots emerge from the seed).   

 Note: During this observa on period, take pictures to document the radish seed growth. This can be done in a number of ways (example, mobile phone, camera, webcam, etc.). Images can then be scanned , uploaded via USB/cable connec on, etc. onto a computer and be integrated into your final document.  

 7.  On the 7th day record the lengths of radish seed sprouts. Compare and graph sprout lengths below. 

Don’t forget to  tle your graph and label the axes.   

Table 1: Radish Seed Observa on and Germina on 

 *You will need to expand on the table below to record your observa ons and results for all 7 days.  

          

Solu on  pH 

Days 1‐2  Day 3  Day 4 

Observa on Seeds  

Germinated %  Observa on 

Seeds  

Germinated %  Observa on 

Seeds  

Germinated % 

Water                               

Vinegar                               

Baking 

soda                              

Page 88: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

Lab 7: Ecology of Organisms 

88 

  

 Ques ons  1.  Was there any no ceable effect on the germina on rate of the radish seeds as a result of the pH? 

Compare and contrast the growth rate for the control with the alkaline and acidic solu ons.        

2.  According to your results would you say that the radish has a broad pH tolerance? Why or why not? Use your data to support your answer.         

3.  Knowing that acid rain has a pH of 2‐3 would you conclude that crop species with a narrow soil pH range are in trouble? Is acid rain a problem for plant species and crops?  

Figure 3: Sample set‐up for sprout lengths graph.  

Seed

 Len

gth (mm) 

Seed Length vs. Environment Category 

Page 89: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

 

89 

 

Appendix   

Introductory Biology  

Good Laboratory Techniques 

Page 90: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

 

90 

Page 91: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

 

91 

Good Laboratory Techniques 

Science labs, whether at universi es or in your home, are places of adventure and discovery. One of 

the first things scien sts learn is how exci ng experiments can be. However, they must also realize 

science can be dangerous without some instruc on on good laboratory prac ces. 

Read the protocol thoroughly before star ng any new ex‐

periment. You should be familiar with the ac on required 

every step of the way. 

Keep all work spaces free from clu er and dirty dishes. 

Read the labels on all chemicals, and note the chemical 

safety ra ng on each container. Read all MSDS (provided 

on www.eScienceLabs.com). 

Thoroughly rinse labware (test tubes, beakers, etc.) be‐tween experiments.  To do so, wash with a soap and hot 

water solu on using a bo le brush to scrub.  Rinse com‐

pletely at least four  mes. Let air dry 

Use a new pipet for each chemical dispensed. 

Wipe up any chemical spills immediately. Check MSDSs for 

special handling instruc ons (provided on 

www.eScienceLabs.com).  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Appendix: Good Lab Techniques 

A benchcoat will prevent any 

spilled liquids from contami‐

na ng the surface you work on. 

A  B  C 

Special measuring tools in make experimenta on easier and more accurate in the lab. 

A shows a beaker, B graduated cylinders, and C test tubes in a test tube rack. 

Page 92: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

 

92 

Appendix: Good Lab Techniques 

Use test tube caps or stoppers to cover test tubes 

when shaking or mixing     –     not your finger! 

Specific instruc ons on prepara on. Weigh out the 

desired amount of chemicals, and transfer to a 

beaker or graduated cylinder. Add LESS than the 

required amount of water. Swirl or s r to dissolve 

the chemical (you can also pour the solu on back 

and forth between two test tubes), and once dis‐

solved, transfer to a graduated cylinder and add the 

required amount of liquid to achieve the final vol‐

ume. 

A molar solu on is one in which one liter (1L) of 

solu on contains the number of grams equal to its 

molecular weight. 

    For example:     

    1M = 110 g CaCl x 110 g CaCl/mol CaCl 

      (The formula weight of CaCl is 110 g/mol) 

A percent solu on can be prepared by percentage of weight of chemical to 100ml of sol‐

vent (w/v) , or volume of chemical in 100ml of solvent (v/v). 

    For example:      

    20 g NaCl + 80 mL H2O = 20% w/v NaCl solu on 

Concentrated solu ons, such as 10X, or ten  mes the normal strength, are diluted such 

that the final concentra on of the solu on is 1X.  

    For example:  

    To make a 100 mL solu on of 1X TBE from a 10X solu on: 

      10 mL 10X TBE + 90 mL water = 100ml 1X TBE 

Always read the MSDS before disposing of a chemical to insure it does not require extra 

measures. (provided on www.eScienceLabs.com) 

Avoid prolonged exposure of chemicals to direct sunlight and extreme temperatures. 

Disposable pipets aid in accurate 

measuring of small volumes of       

liquids. It is important to use a new    

pipet for each chemical to avoid    

contamina on. 

Page 93: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

Lab 22: Plant Reproduc on 

93 

Immediately secure the lid of a chemical a er use. 

Prepare a dilu on using the following equa on: 

 

Where c1 is the concentra on of the original solu on, v1 is the volume of the original solu‐

on, and c2 and v2 are the corresponding concentra on and volume of the final solu on. 

Since you know c1, c2, and v2, you solve or v1 to figure out how much of the original solu‐

on is needed to make a certain volume of a diluted concentra on. 

If you are ever required to smell a chemical, always wa  a gas toward you, as shown in the 

figure below.. This means to wave your hand over the chemical towards you. Never direct‐

ly smell a chemical. Never smell a gas that is toxic or otherwise dangerous. 

Use only the chemicals needed for the ac vity. 

Keep lids closed when a chemical is not being used. 

When dilu ng an acid, always pour the acid into the water. Never pour water into an acid. 

Never return excess chemical back to the original bo le. This can contaminate the chemi‐

cal supply. 

Be careful not to interchange lids between different chemical bo les. 

Appendix: Good Lab Techniques 

C1v1 = c2v2 

Page 94: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

Lab 8: Ecological Interac ons 

94 

When pouring a chemical, always hold the lid of the chemical bo le between your fingers. 

Never lay the lid down on a surface. This can contaminate the chemical supply.  

When using knives or blades, always cut away from yourself. 

Wash your hands a er each experiment. 

 

 

Appendix: Good Lab Techniques 

Page 95: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

 

95 

 

Page 96: Custom Lab Manual - JustAnswerCustom Lab Manual ... When finished, wash hands and lab equipment thoroughly with soap and ... Wri ng a Lab Report ... · 2013-7-13

 

96 

1500 West Hampden Avenue 

Building 2 

Sheridan, CO 80110 

 

888.375.5487 • www.esciencelabs.com