1.4: Науковий метод

Цілі навчання

Цілі:

• Використовуйте кроки наукового методу для проектування, збору та інтерпретації наукових даних.

Результати навчання студентів:

Після закінчення цієї лабораторії студенти зможуть:

• Сформулюйте гіпотезу на основі спостереження.
• Розробіть свій власний експериментальний метод, включаючи належний контроль.
• Зібрати результати і описати зростання колонії (морфологію) присутніх.
• Визначте, чи підтримують зібрані дані їх гіпотезу

ВСТУП

Мікроби навколо нас. У цій лабораторії ви познайомитеся з цим, а також з науковим методом. Протягом семестру ви дізнаєтеся, як асептично працювати з бактеріями; тобто навчитися культивувати бактерії, не забруднюючи себе та зберігаючи чистий зразок бактерій, вільний від інших небажаних бактерій. Під час цієї лабораторної вправи ви збираєтеся мазати область за вашим вибором, щоб побачити, які бактерії та/або гриби присутні там. Ви також перевірите дію деяких дезінфікуючих засобів на бактерію Escherichia coli (E. coli) Використовуючи науковий метод, ви розробите експеримент, збираєте дані та інтерпретуєте свої результати.

Науковий метод - це узагальнений інструмент, який використовується для надання допомоги в питанні та відповіді на наукове запитання, роблячи спостереження та виконуючи експерименти. Є кроки, які зазвичай дотримуються при проведенні та проектуванні експерименту. Спочатку робиться початкове спостереження. Спостереження може включати в себе зауваження будь-якої події (шаблон, дія, поведінка або реакція). Зробивши спостереження, можна задати питання про подію. Після того, як буде поставлено запитання, можна виявити дослідження щодо того, що вже відомо, що стосується цього питання (пошук довідкового матеріалу), щоб краще зрозуміти спостереження. Ця довідкова інформація зазвичай надходить із публікацій у науковій літературі, таких як журнальні статті та огляди. Після того, як довідкова інформація буде зрозуміла, може бути сформована гіпотеза. Цей збір інформації та її застосування до рішення є прикладом індуктивних міркувань. Гіпотеза потім або підтримується, або відхиляється в залежності від аналізу результатів добре розроблених експериментів. Кожен експеримент потребує залежних і незалежних змінних. Значення залежної змінної визначається і є функцією незалежної змінної. В ідеальній експериментальній установці незалежна змінна - це те, над чим ми маємо певний контроль та зміни певним заздалегідь визначеним чином, тоді як зміни залежної змінної спостерігаються та вимірюються. Гіпотеза повинна включати обидві ці змінні. Гіпотезу можна сформувати, створивши твердження «якщо-то». Наприклад, «Якщо я лікую ракові клітини препаратом х, то вони помруть. »

Частина I: Метод дифузії диска для оцінки дезінфікуючих засобів

Для цієї частини лабораторії вам нададуть протокол/інструкції, але ви виберете речовини для тестування. Ви будете розробляти і перевіряти свою гіпотезу.

Малюнок 1. Щипці зі стерильним диском.

Матеріали

• 1 культура кишкової палички
• стерильні тампони (1 тампон потрібен на пластину)
• стерильні абсорбуючі паперові диски
• стерильна вода (негативний контроль)
• 10% відбілювач (позитивний контроль)
• 30% перекис водню (позитивний контроль)
• 4 тестових дезінфікуючих розчинів
• 1 пластина Петрі (містить стерильний поживний агар)

Методика

1. Плануйте свій експеримент. На додаток до елементів управління, які рішення ви хотіли б протестувати?
2. Відповідь на частини A, B і C нижче, щоб допомогти у вашому плануванні.
3. Занурте стерильний тампон в розчин кишкової палички, потім розподіліть його по всій поверхні NA пластини, розтираючи тампон по всій поверхні. Ви хочете покрити всю поверхню бактеріями, тому не залишайте місць, які не контактували з тампоном. Будьте обережні, щоб тільки відкрити кришку плити, достатню для роботи (як розкладачка). Якщо відкрити кришку до кінця, ви ризикуєте забруднити поверхню небажаними бактеріями/грибками з навколишнього середовища.
4. Утилізуйте тампон у відповідному контейнері для відходів.
5. За допомогою стерильних щипців (пінцетів), присвячених випробуваному розчину, занурте стерильні диски по одному в наступні розчини і помістіть їх на поверхню агару, яка була щеплена кишковою паличкою. Обов'язково не дозволяйте пінцету самим контактувати з агаром, оскільки це призведе до їх забруднення бактеріями.
6. Включіть усі відповіді на свої запитання у свій лабораторний зошит разом із процедурою тестування дезінфікуючих засобів.

Спостереження

• Виходячи з вашого досвіду та спостережень, які рішення, на вашу думку, найбільше гальмують ріст (або вб'ють) кишкової палички? Які рішення ви зацікавлені в тестуванні?

гіпотеза

• Виходячи зі своїх спостережень, напишіть гіпотезу, яку ви хочете перевірити.

Експериментальний дизайн

Працюйте зі своєю групою, щоб написати протокол для вашого експерименту на основі запитань нижче. Почніть з інструкції і вставте необхідні деталі таким чином, щоб людина, не знаючи вашого проекту, зміг прочитати ваш протокол і повністю зрозуміти, що робити.

1. Виходячи з вашої гіпотези, які рішення матимуть найбільшу зону гальмування навколо дисків?
2. Що ви включите в якості експериментального контролю? (Які розчини будуть або НЕ будуть пригнічувати бактерії)?
3. Як ви налаштуєте свій експеримент? (Я рекомендую написати карту на вашій тарілці на стороні агару, де ви будете розміщувати диски, а потім зробити ключ до карти у вашому лабораторному блокноті).

Приклад протоколу

1. На дні вашої агарної пластини NA (сторона з агаром, НЕ кришка!!) , позначте табличку за допомогою перманентного маркера з вашими ініціалами, «Biotech Lab», датою, тестом кишкової палички та місцем розміщення кожного диска.
2. Візьміть стерильний тампон і занурте його в культуру кишкової палички. (Не кладіть кришку для кишкової палички на стіл, інакше вона тепер буде забруднена!) Покладіть марковану тарілку на стіл перед собою стороною кришки тарілки вгору. Однією рукою відкрийте кришку (лише трохи відкрийте її, щоб мати доступ до агару; подумайте про оболонку молюска) і використовуйте тампон, щоб розподілити бактерії по всій тарілці. Переконайтеся, що перемістіть тампон навколо, щоб покрити всю пластину.
3. Накрити тарілку кришкою і викинути тампон у відповідний контейнер для відходів
4. Використовуючи спеціальні щипці, занурте стерильний паперовий диск у розчин для тестування, а потім покладіть диск на поверхню, що прищеплюється E.coli. Відкривайте тарілку, як розкладачку кожен раз, коли ви розміщуєте диск, а потім негайно закрийте кришку, коли закінчите.

   

   Малюнок 2. Зона гальмування

5. Помістіть тарілку в інкубатор 37⁰C, стороною агару вгору. (Примітка: ви можете помістити його в той самий інкубатор 32⁰C, що і наступний експеримент)
6. Пластина буде рости в інкубаторі протягом 48 годин.
7. Коли інкубація завершена, виміряйте діаметр будь-яких зон гальмування за допомогою міліметрової (мм) шкали. Дані звіту наведено в таблиці нижче.

Результати

1. Вийміть свої тарілки з інкубатора. НЕ ВІДКРИВАЙТЕ ТАРІЛКИ!
2. Сфотографуйте свої тарілки і включіть їх у свій лабораторний зошит. Обов'язково чітко промаркуйте кожну порцію тарілки.
3. Зробіть наступну таблицю в блокноті і запишіть свої дані.

Таблиця 1. Порівняння зон інгібування для випробуваних розчинів

Випробувано рішення	Діаметр зони інгібування (мм)

Висновок

1. Яке рішення ви використовували як негативний контроль? Чи забезпечив цей контроль очікуваний результат?
2. Виходячи з ваших спостережень, який розчин надав найбільший вплив на кишкову паличку? Що мало чи зовсім не впливає?

Частина II: Екологічний відбір проб

Для цієї частини лабораторії ви розробите та протестуєте свою гіпотезу, а також розробите метод її перевірки.

Матеріали

• 1 тюбик стерильної води
• стерильні тампони (1 тампон на кожен зразок, який потрібно зібрати)
• Бульйон лурії (LB) або поживний агар (NA) пластини (1 пластина для кожного зразка, який потрібно зібрати)

Методика

1. Працюючи з вашою групою, визначте свій експериментальний дизайн для цієї лабораторії.
2. Заповніть частини A, B і C нижче, щоб допомогти у вашому плануванні.
3. Включіть усі відповіді на свої запитання у свій лабораторний зошит разом із процедурою збору зразків.

Спостереження

• Виходячи з ваших спостережень за навколишнім світом, які поверхні, на вашу думку, найбільш «брудні» або «чисті»? Які поверхні ви зацікавлені в тестуванні?

гіпотеза

• На основі ваших спостережень напишіть гіпотезу, яку ви хочете перевірити, у вашій лабораторній зошиті.

Експериментальний дизайн

1. Виходячи з вашої гіпотези, скільки поверхнь/зразків ви протестуєте?
2. Що ви включите в якості експериментального контролю?
3. Як ви будете виконувати свій експеримент? (Я рекомендую занурити стерильний тампон у стерильну воду, а потім мазати зразок).
4. Як довго і за яким малюнком ви будете мазати свої зразки? (Рулон, зигзаг і т.д.)
5. Скільки пластин вам знадобиться і як ви будете їх розділяти? (Ви можете використовувати шарпі, щоб позначити дно пластини і намалювати секції, якщо це необхідно).

Виходячи з цих питань: Працюйте зі своєю групою, щоб написати протокол для вашого експерименту. Включіть достатньо деталей, щоб людина, не знаючи вашого проекту, зміг прочитати ваш протокол і повністю зрозуміти, що робити. Нижче наведено загальний протокол цієї лабораторії, який допоможе вам розпочати роботу.

Приклад протоколу

1. На дні вашої агарної пластини NA (сторона з агаром, НЕ кришка!!) , позначте табличку за допомогою перманентного маркера з вашими ініціалами, «Biotech Lab», датою та місцем, де ви вибираєте тампон.
2. Візьміть стерильний тампон і опустіть його в стерильну воду (не кладіть кришку для стерильної води на стіл, інакше вона тепер буде забруднена!). Потім торкніться мокрого тампона до будь-якої поверхні, яку ви хотіли б перевірити, щоб забрати бактерії. Покладіть марковану тарілку на стіл перед собою стороною кришки вгору. Однією рукою відкрийте кришку (лише трохи відкрийте її, щоб мати доступ до агару; подумайте про оболонку молюска) і використовуйте тампон, щоб розподілити бактерії по всій тарілці. Переконайтеся, що перемістіть тампон навколо, щоб покрити всю пластину.
3. Накрити тарілку кришкою і відкинути тампон.
4. Помістіть тарілку в інкубатор 32⁰C, стороною агару вгору. (Деякі організми в навколишньому середовищі погано ростуть при 37⁰C.)
5. Пластина буде рости в інкубаторі протягом 48 годин.

Результати

1. Вийміть свої тарілки з інкубатора. НЕ ВІДКРИВАЙТЕ ТАРІЛКИ!
2. Сфотографуйте свої тарілки і включіть їх у свій лабораторний зошит. Обов'язково чітко промаркуйте кожну порцію тарілки.
3. Зробіть таблиці 2 і 3 в блокноті; запишіть свої дані.

Таблиця 2. Порівняння росту колоній бактерій на відкритих поверхнях

Зразок зібраний	Кількість присутніх колоній

Таблиця 3 Морфологія росту колоній на відкритих поверхнях

Зразок зібраний	Морфологія присутніх колоній

Використовуйте зображення нижче, щоб допомогти вам описати морфологію колоній, присутніх на ваших тарілках.

Малюнок 3. Морфологія росту колоній [Мадеко (CC-BY-SA) через Вікісховище].

Малюнок 4. Живильні агарові середовища пластини з різними типами колоній, що ростуть

Висновок

1. На підставі ваших експериментальних даних, які поверхні мали найбільший бактеріальний/грибковий ріст?
2. Яка поверхня мала найрізноманітнішу кількість бактерій/грибів?
3. Виходячи з ваших спостережень, які типи бактерій/грибів, на вашу думку, були присутні на вашій тарілці?

Навчальні питання

1. Які етапи наукового методу?
2. Вміти написати гіпотезу, засновану на заданому спостереженні.
3. Яка мета експериментального контролю?
4. Що таке визначення незалежної змінної? Залежна змінна?
5. Чому ми інкубуємо тарілки догори дном?
6. Чому ми маркуємо агарну сторону пластини?
7. Яка мета інкубації тарілок?
8. Яке призначення ЛБ або НС в пластині?
9. З огляду на сукупність даних, вміти сформулювати висновок на підставі наведених результатів.