• No results found

Lab 3: Testing Hypotheses about Mitosis

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Share "Lab 3: Testing Hypotheses about Mitosis"

Copied!
6
0
0

Loading.... (view fulltext now)

Full text

(1)

Lab 3: Testing Hypotheses about Mitosis

   

Why do cells divide? 

Lab today focuses on cellular division, also known as cellular reproduction.  To become more familiar with  why cells divide, the types of cell division, and how cell division occurs, please visit this website (you may  need to type in the links if they do not work when you click on them) from the University of Florida  (http://plaza.ufl.edu/alallen/pgl/modules/rio/stingarees/module/index.html).  Next, visit the “Cells Alive” 

website (http://www.cellsalive.com/toc_cellbio.htm), where you have a chance to view simulations for (1)  Cell Models, (2) Cell Cycle, and (3) Mitosis. Please take notes on the cycles, noting chromosome 

arrangement as you watch them. 

 

Cellular reproduction begins with cell growth during the G1 (or "gap" 1) phase, followed by the replication  of DNA during the S ("synthesis") phase of the cell cycle. Growth continues during the G2 ("gap" 2) phase. 

 The cell cycle is completed when the process of mitosis (the M phase) results in two identical "daughter  cells".  Mitosis is extremely accurate (in a biological sense) and ensures that each of the two daughter cells  produced gets a genetically identical set of chromosomes copied from the parent cell. 

What organisms are best for studying cell division? 

All somatic cells in living organisms undergo mitosis as a way of  replicating  and  growing.    Some  parts  of  plants,  like  the  onion  root  tip  we  are  using  today,  are  ideal  models  for  observing  mitosis.  Tips  of  plant  roots  and  shoots  contain  regions,  called  meristems,  which  undergo  rapid  and  continuous  growth. 

Because rates of cell division are quite high, many meristem cells  will be in various stages of mitosis at any given time.  In root tips,  meristem cells are rapidly undergoing mitosis as the root grows  deeper into the soil. “Snap shots” of root tips allow scientists to  measure rates of mitosis and investigate other questions about 

cell division.              

Longitudinal section of an onion root tip.   

       (Image from Elzinga et al. 2007.) 

What you will do 

Today, you will use the compound microscope to observe onion root tip cells and test hypotheses about  mitosis.  You will apply simple statistical tests to make inferences based on your hypotheses.  Additionally,  you will continue to refine your skills in using microscopes, making slide preparations, and data analysis.   

 

Laboratory Objectives 

As a result of participating in this laboratory activity, you will: 

1. Develop a hypothesis 

2. Design and conduct experiments  3. Analyze data using statistics  

4. Draw conclusions based on gathered data 

5. Use appropriate terminology when discussing mitosis and integrate your knowledge of mitosis  into the cell cycle  

6. Model the process of mitosis 

7. Make stained slides to observe mitosis and see phases of mitosis 

(2)

Methods 

Part 1.  Observing and Recording the Various Mitotic Phases in the Onion Root Tip 

Spend time becoming familiar with what each phase of mitosis looks like in onion root tip cells.   

1. Create your own stained slide (methods in Appendix B) 

2. Draw what you see in your own stained slide (use Appendix A to help determine what you see).   

3. Using the professionally stained slide, sample 5 cells, sketching the (a) location of the chromosomes  and (b) the arrangement of the chromosomes in the cell.  Include sketches in the Data and Field  Notes section. 

4. Check your ability to identify stages of mitosis by identifying the stages of the 5 cells sketched  above. 

 

Part 2. Cell Cycle – How long does a cell spend in each phase of mitosis? 

Determine how long a cell spends in each phase of mitosis (Interphase (which includes G1, S, G2), Prophase,  Metaphase, Anaphase, and Telophase).  Complete this project with your lab group, and clearly write up  your investigation in your lab guidebook.  Parts 1‐3 should be included in the data and field notes section.  

Part 4 should be in your data analysis and results section.  Part 5 should be included in the conclusions  section.   

 

1. Develop a hypothesis for the percentage of time a cell spends in each phase of the cell cycle. 

 

2. Make a prediction about your results that is based on your hypothesis.  For example, if you were  given 100 onion cells, and your alternative hypothesis is assumed to be true, how many of those  100 cells would be found in each of the stages of the cell cycle (that is, interphase, prophase,  metaphase, anaphase and telophase)?  These are your expected values based on your hypothesis.   

 

3. Develop a method to test your hypothesis using professionally stained slides (these are easier for  observing chromosomes).  Record your method such that others could replicate your experiment.  

 

Collect your data.  Construct a table to organize your raw data.  Be sure to include appropriate  titles and labels. Use the professionally‐prepared slides of onion root tips to sample the cells using  the method you developed. 

 

4. Analyze your results.  Conduct a Chi‐squared statistical test on your collected data (see Appendix  C).  Organize your results as a pie‐chart.  Don’t forget to include a title and other appropriate labels.   

 

5. Draw conclusions.  Discuss and interpret what your results mean, including your statistical tests.  

Be sure to go back to your hypothesis to make a clear link between your hypothesis and your  results.   

             

(3)

 

Post Lab.  

Arrange your data, analyses and conclusions using the following headers and respective items  under each heading.  View the post‐lab rubric posted on the lab website for information about the  evaluation of these items.   

 

1. Raw Data, Field Notes and Observations (3 pts)  a. Clearly labeled sketches of your own stained slide 

b. Clearly labeled sketches of 5 cells (from the professionally stained slide) with the location and  arrangement of the chromosomes clearly marked, and the stages of mitosis identified.   

c. Record your hypothesis, prediction and method (#1‐3).   

d. Construct a table to organize your raw data.  Include titles and labels.   

 

2. Data Analysis and Results (3 pts) 

a. Include all your work (i.e., calculations) for calculating Chi‐square. 

b. Organize your data into a pie‐chart.  Include labels and figure legends.   

 

3. Conclusions (3 pts) 

a. Discuss and interpret what your results mean, including results of your statistical test.   

 

4. Reflection (3 pts) 

a. What is the purpose of mitosis? 

b.  What might happen if your cells did not undergo mitosis? 

c. Create a model of mitosis.  Include the following in your model: 

a. Three chromosomes (n=3) and distinguish between them in some fashion (e.g. color)  b. Label each phase 

c. Begin your model with interphase (G1), where chromosomes are unduplicated, and carry  the model through telophase and cytokinesis. 

       

                     

 

(4)

Appendix A. Cells in Mitosis Photographs 

 

In  prophase,  the  chromatin  has  begun  to  gather  together  and  form  into chromosomes. Notice especially nuclear size and density. A cell in  interphase has a nuclear membrane, but the one in the prophase cell  has broken down. 

 

   

                      Prophase 

   

At metaphase, the chromosomes have begun to congregate in the center  of  the  cell,  between  the  poles,  in  an  area  called  the  equator.  The  identical chromosomes are being prepared for migration to the opposite  sides of the cell toward the poles. 

 

         Metaphase 

 

Anaphase is characterized by the migration of chromosomes toward  the poles. Each set of chromosomes that you see in the center of the  slide  is  an  exact  duplicate  of  the  other.  The  two  cells  that  will  eventually  form  from  this  separation  are  thus  duplicates,  each  with  the same amount and quality of DNA. 

 

         

 

During telophase, cytokinesis begins and a new cell wall forms at what  was once the equator. In plant cells the cell wall forms in the center of  the  cell  and  is  built  outward  until  it  reaches  the  periphery.  Once  the  periphery is reached, the cell has completed the period and G1 begins. 

         Telophase 

 

 

 

 

 

 

 

Anaphase 

(5)

Appendix B. Preparing an Onion Root Tip Slide 

 

1.  Your instructor will hydrolyze your lab’s onion root tips for 4 minutes in a vial of 1 M HCl. 

 

2.  Using forceps, transfer a root tip from the vial of HCl to a cup with Carnoy fixative for 4 minutes, then  transfer the root tip to a clean slide.  

 

3.  With a razor blade, cut off the terminal 2–3 mm. This terminal portion is the part of the root tip with  the most active cell division. Use it in step 4. 

 

4.  Add a few drops of toluidene blue to the root tip on your slide for 2 minutes. Be very careful with this  stain as it is practically indelible on hands and clothes. Toluidene blue stains the chromosomes to form  a blue‐purple color. Wait 2 minutes, then remove excess stain from the slide by blotting around the root  tip with a paper towel. Do not touch the root tip. 

 

5.  After blotting, add a few drops of water and gently cover the root tip with a cover slip, being careful to  avoid trapping air bubbles under the slip. Using the eraser end of a pencil, carefully push down on the  coverslip where the tip is to squash the tissue.  Make sure you are applying vertical pressure with the  pencil eraser and steadily increasing the pressure in a firm, continuous movement. It will take a great  deal of pressure to spread the cells into a single layer and to squash the cells, breaking the cell walls. Be  very careful not to break the slide! The cells need to be in a single layer.* 

 

 *If the cells are not sufficiently separated to permit viewing of each, squash the preparation again.  

 

6.    View slide and make observations. 

                                           

(6)

Appendix C.  Chi‐Square Statistic 

Today, we will be using statistics to test hypotheses, through the Chi‐Square (χ2) Test Statistic.  This test  compares actual (observed) and predicted (expected) outcomes of an experiment. For each type of  outcome (in our case, the phases in mitosis) in the experiment, there are both observed and expected  numbers of occurrences. The Chi‐square statistic is used in this test:  

 

.   

Statisticians have determined the probability distribution of the Chi‐square statistic. You will use Table 1 for  the Chi‐square statistic to analyze your results. This table will let you decide if the 

difference between observed and expected values is small enough to be due to chance (meaning the  hypothesis may be true) or is too large to be due to chance (meaning the hypothesis produces a poor  prediction of your results and is unlikely to be true). 

 

Table 1. Chi Square Probability Table 

Degrees of freedom  Reject the hypothesis if Χ2 is greater than: 

1    3.841 

2  5.991 

3  7.815 

4  9.488 

5  11.070 

 

Table 2.  A simple way to manage the Chi‐Squared statistic calculations    Stage of 

Mitosis  Observed (O) #  Expected (E) #  (O‐E)  (O‐E)2  (O‐E)2/E 

Interphase       

Prophase       

Metaphase       

Anaphase       

Telophase       

  ‐‐‐‐‐  ‐‐‐‐  ‐‐‐  ‐‐‐  SUM this column to get Chi‐Square 

 

In Table 2, the observed numbers will come from the data you collect during lab while the expected  numbers will be derived from your hypotheses.  To determine the degrees of freedom (df) you simply take  the number of phases in mitosis (or rows in the table) and subtract 1.  In our case, df = 5‐1 = 4.  

 

Now use Table 1 to look at the row for the appropriate degrees of freedom (in our case, 4) to get a Chi‐

Squared probability value.  Compare this number to the value you obtained in Table 2 and determine  whether or not the hypothesis you were testing holds true.  If the number you calculated is greater than  the number you pulled from Table 1, you fail to accept (i.e. reject) the hypothesis you were testing.  

However, if the value you calculated for Chi‐Squared is smaller than the number in Table 1, you will not  reject the hypothesis you tested.     

 

Works Cited 

Elzinga, C., S. Michaud Lawrence, L. M. Leege, M. K. Heidemann, and D. O. Straney.  2007.  Biological   Sciences 110: Laboratory Manual.  12th Edition.  Plymouth, MI: Hayden‐McNeil Pub.  

References

Related documents

This article investigates the interoperator and intraoperator reliability of finite element analysis in the calculation of peak wall stress (PWS) in AAA and examines the variation

CDC’s Crisis and Emergency Risk Communication Framework (CERC) Public health organizations have developed strategies and frameworks that attempt to organize the otherwise

After adjustment for demographic and socioeconomic factors, the risk of having a repeat abortion increased significantly as women’s drinking frequency increased (P,0.001), and

The region of cell division (or meristem) is where cells are actively dividing but not increasing significantly in size1. In the region of cell elongation, cell are increasing in

Based upon the data in Table 2 on the number of cells undergoing mitosis, what phase or stage of active mitosis is the longest for: student pair, lab section and all sections?.

Table 1: Find, identify, and draw the phases of mitosis in the onion root tip and whitefish blastula. Onion Root Tip

In eukaryotic cells, one complete cell cycle is broken into interphase, mitosis and cytoplasmic division.. The cell spends most of its time in interphase, during which the

As it is seen in the above table, legislative thinking style has a significant relationship with the total scores of critical are 0.32 (legislative thinking style and critical