Современные аппаратура
и методы исследования
биологических систем.
Большой практикум
Институт
биофизики |
Учебное пособие |
ÑÎ ÐÀÍ |
|
Допущено Учебно-методическим объединением по классическому университетскому образованию в качестве электронного учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению 020400 «Биология» и смежным направлениям.
Красноярск
ÑÔÓ
2011
УДК 579.8(075) БКК 28.0я73
С56
Авторы: сотрудники базовой каф. биотехнологии СФУ: докт. биол. наук Т. Г. Волова,
докт. биол. наук Н. В. Зобова, докт. биол. наук Л. А. Франк, докт. хим. наук П. В. Миронов, канд. биол. наук С. В. Прудникова; каф. биофизики СФУ: докт. биол. наук В. А. Кратасюк, канд. физ.-мат. наук Е. В. Немцева,
канд. биол. наук И. Е. Суковатая, канд. биол. наук Т. А. Зотина; каф. медицинской биологии СФУ: докт. биол. наук Е. И. Шишацкая, канд. мед. наук А. С. Барон,
канд. мед. наук И. А. Ольховский, канд. биол. наук Н. М. Титова, канд. биол. наук Т. Н. Субботина;
каф. наземных и водных экосистем СФУ: докт. биол. наук Н. Н. Сущик,
докт. физ.-мат. наук Н. А. Гаевский, канд. биол. наук И. Е. Ямских, А. Ю. Кучкина; сотрудники Института биофизики СО РАН: канд. биол. наук Г. С. Калачева, докт. биол. наук. А. Я. Болсуновский канд. биол. наук С. В. Маркова, канд. биол. наук М. Ю. Трусова, канд. биол. наук Д. Ю. Рогозин,
канд. биол. наук Е. С. Задереев,канд. биол. наук А. П. Толомеев, канд. биол. наук Д. В. Дементьев;
сотрудник лаб. КГБУЗ «Краевой Центр СПИД» И. В. Исаков
Электронный учебно-методический комплекс подготовлен в рамках мега-проекта «Биотехнологии новых биоматериалов» (договор № 11.G34.31.0013) в рамках Постановления Правительства России № 220 от 9 апреля 2010 г. «О мерах по привлечению ведущих учёных в российские образовательные учреждения высшего профессионального образования»
С56 Современные аппаратура и методы исследования биологических систем. Большой практикум [Электронный ресурс] : учеб. пособие / Т. Г. Волова, Е. И. Шишацкая, Э. Дж. Сински и др. ; под. ред. : Т. Г. Воловой, Э. Дж. Сински ; разраб. Центр обучающих систем ИнТК СФУ. – Электрон. дан. (13 Мб). – Красноярск : Сибирский федеральный университет, 2012. – (Современные аппаратура и методы исследования биологических систем. Большой практикум : учеб.- метод. комплекс по дисциплине / Т. Г. Волова, Е. И. Шишацкая, Э. Дж. Сински и др. ; под. ред. : Т. Г. Воловой, Э. Дж. Сински). – 1 электрон. опт. диск (CD). – Систем. требования : Intel Pentium (или аналогичный процессор других производителей) 1 ГГц ; 512 Мб оперативной памяти ; 50 Мб свободного дискового пространства ; привод CD/DVD ; операционная система Microsoft Windows XP / Vista / 7 ; Adobe Reader 7.0 (или аналогичный продукт для чтения файлов формата pdf). – № гос. регистрации 0321203014.
ISBN 978-5-7638-2412-4
Настоящее издание является частью учебно-методического комплекса по дисциплине «Современные аппаратура и методы исследования биологических систем. Большой практикум», включающего учебную программу дисциплины и методические указания по самостоятельной работе.
Пособие охватывает широкий круг современных методов и аппаратуры, используемых для изучения биологических систем различного уровня организации, от молекулярного до экосистемного; его задача – сформировать представление и обучить практическим навыкам владения современной методологией исследований живой материи.
Пособие включает серию разделов: генетическая инженерия низших организмов, молекулярно-генетические методы исследования высших растений, биология клетки в культуре. Материалы и оборудование для клеточных технологий и тканевой инженерии, культура растительных клеток и тканей. Технология микроклонального размножения растений, методы и аппаратура для культивирования микроорганизмов, современные методы исследования биологических метабилитов и макромолекул, оптические методы исследования структуры биологических объектов, флуоресцентные методы диагностики состояния фотосинтезирующих организмов, биофизические методы изучения кинетики ферментативных реакций, современные методы клинической лабораторной диагностики, биофизические методы диагностики состояния объектов природной среды объектов природной среды.
Предназначено для студентов направления подготовки бакалавров 020400.62 «Биология».
© Сибирский федеральный университет, 2012 © Институт биофизики СО РАН, 2012
© Волова Т. Г., Шишацкая Е. И., Сински Э. Дж., Зобова Н. В., Франк Л. А., Миронов П. В., Прудникова С. В., Кратасюк В. А., Немцева Е. В., Суковатая И. Е., Зотина Т. А., Барон А. С., Ольховский И. А., Титова Н. М., Субботина Т. Н., Сущик Н. Н., Гаевский Н. А., Ямских И. Е., Кучкина А. Ю., Калачева Г. С., Болсуновский А. Я., Маркова С. В., Трусова М. Ю., Рогозин Д. Ю., Задереев Е. С., Толомеев А. П., Дементьев Д. В., Исаков И. В., 2012
© Разработка и оформление электронного образовательного ресурса: Центр обучающих систем ИнТК СФУ, 2012
Рекомендовано к изданию Инновационно-методическим управлением СФУ
Разработка и оформление электронного образовательного ресурса: Центр обучающих систем Информационно-телекоммуникационного комплекса СФУ
Содержимое ресурса охраняется законом об авторском праве. Несанкционированное копирование и использование данного продукта запрещается. Встречающиеся названия программного обеспечения, изделий, устройств или систем могут являться зарегистрированными товарными знаками тех или иных фирм.
Подп. к использованию 01.07.2011 Объем 13 Мб. Заказ № 4878
Красноярск: Сибирский федеральный университет, 660041, Красноярск, пр. Свободный, 79
Оглавление
Раздел 1. Генетическая инженерия низших организмов.. 9
Работа 1.1. Выделение и анализ плазмидной ДНК |
|
из бактериальных клеток................................................................. |
11 |
Работа 1.2. Введение чужеродной ДНК в клетки дрожжей |
|
и бактерий.................................................................................................. |
28 |
Работа 1.3. Экспрессия генов, клонированных |
|
в прокариотических системах. Культивирование |
|
рекомбинантных клеток E.COLI.................................................... |
39 |
Работа 1.4. Выделение рекомбинантных белков |
|
апообелина и PROZZ-OBE................................................................ |
44 |
Работа 1.5. Определение нуклеотидной |
|
последовательности ДНК на секвенаторе ALFEXPRESS |
|
II DNA ............................................................................................................ |
47 |
Работа 1.6. Определение таксономической |
|
принадлежности штаммов цианобактерий методом |
|
анализа последовательностей гена 16S РРНК .................... |
63 |
Раздел 2. Молекулярно-генетические методы |
|
исследования высших растений.................................. |
70 |
Работа 2.1. Выделение растительной ДНК ............................ |
72 |
Работа 2.2. Электрофорез в агарозном геле. |
|
Определение концентрации ДНК................................................. |
81 |
Работа 2.3. Изучение методов, базирующихся на |
|
выявлении анонимного полиморфизма ДНК....................... |
87 |
Работа 2.4. Количественное определение присутствия |
|
ГМО в продуктах питания методом ПЦР.................................. |
97 |
Раздел 3. Биология клетки в культуре. Материалы и |
|
оборудование для клеточных технологий и тканевой |
|
инженерии................................................................. |
109 |
Работа 3.1. Конструирование клеточных матриксов из |
|
термопластиных и резорбируемых микробных |
|
полимеров – полигидроксиалканоатов................................. |
117 |
Работа 3.2. Приготовление растворов полимеров. |
|
Получение двумерных полимерных матриксов............... |
132 |
Работа 3.3. Получение матриксов методами |
|
нанотехнологий.................................................................................... |
136 |
Работа 3.4. Принципы ведения клеточных культур....... |
141 |
|
Современные аппаратура и методы исследования биологических систем. Большой практикум.Учебебное пособие |
3 |
ОГЛАВЛЕНИЕ
Работа 3.5. Посуда и питательные среды для работы |
|
с клеточными культурами............................................................. |
152 |
Работа 3.6. Пересев клеток. Окраска, подсчет |
|
и фотографирование клеток........................................................ |
156 |
Работа 3.7. Получение и ведение клеточных культур... |
165 |
Работа 3.8. Субкультивирование клеточных культур... |
168 |
Работа 3.9. Определение интенсивности клеточной |
|
пролиферации в ММТ тесте.......................................................... |
171 |
Работа 3.10. Техника выделения МСК из костного мозга |
|
крыс............................................................................................................. |
173 |
Работа 3.11. Оценка прикрепления клеток и |
|
распределения клеток на материалах с помощью |
|
электронного растрового микроскопа (РЭМ)...................... |
175 |
Раздел 4. Культура растительных клеток и тканей. |
|
Технология микроклонального |
|
размножения растений .............................................. |
177 |
Работа 4.1. Сравнение эффективности разных по |
|
гормональному и минеральному составу питательных |
|
сред при культивировании изолированных тканей |
|
растений................................................................................................... |
184 |
Работа 4.2. Индукция возникновения адвентивных |
|
почек непосредственно на тканях экспланта..................... |
188 |
Работа 4.3. Оздоровление посадочного материала |
|
в культуре апикальных меристем............................................. |
191 |
Раздел 5. Методы и аппаратура для культивирования |
|
микроорганизмов ...................................................... |
199 |
Подраздел 5.1. Культивирование |
|
хемолитоавтотрофных газоиспользующих бактерий |
..203 |
Работа 5.1. Культивирование водородокисляющих |
|
бактерий в периодической культуре по методу шлегеля. |
|
Изучение влияния концентрации азота в среде на |
|
скорость роста бактерий................................................................ |
204 |
Работа 5.2. Определение основных кинетических |
|
констант и продукционных характеристик микробной |
|
культуры .................................................................................................. |
218 |
Работа 5.3. Исследование влияния концентрации NH4CL |
|
в среде на синтез основных (азотсодержащих) |
|
макромолекул бактериями R. Eutropha.................................. |
223 |
|
Современные аппаратура и методы исследования биологических систем. Большой практикум. Учебебное пособие |
4 |
ОГЛАВЛЕНИЕ
Работа 5.4. Определение влияния соотношения С/N |
|
в среде на биосинтетическую программу синтеза |
|
запасных макромолекул на примере полимеров |
|
гидроксипроизводных алканоатов кислот (ПГА) ............. |
227 |
Работа 5.5. Опытное производство разрушаемых |
|
биополимеров....................................................................................... |
232 |
Подраздел 5.2. Методы культивирования |
|
мицелиальных грибов..................................................................... |
237 |
Работа 5.6. Изучение особенностей роста гриба |
|
ASPRGILLUS NIGER при различных методах |
|
культивирования................................................................................. |
239 |
Работа 5.7. Образование лимонной кислоты грибом |
|
ASPERGILLUS NIGER......................................................................... |
249 |
Подраздел 5.3. Культивирование водорослей.................. |
253 |
Работа 5.8. Выращивание микроводорослей |
|
в накопительной культуре............................................................. |
254 |
Раздел 6. Современные методы исследования |
|
биологических макромолекул и метаболитов............. |
262 |
Работа 6.1. Определение общего улерода и азота |
|
в образцах микробной биомассы на элементном |
|
анализаторе FLASH EA 1112 CN.................................................. |
264 |
Работа 6.2. Исследование аминокислотного состава |
|
белков микроорганизмов............................................................... |
270 |
Работа 6.3. Выделение целевого продукта из микробной |
|
биомассы и хроматографические |
|
методы исследования...................................................................... |
273 |
Работа 6.4. Исследование состава жирных кислот |
|
липидов биомассы RALSTONIA EUTROPHA B-5786 |
|
методом хромато-масс-спектрометрии................................. |
295 |
Работа 6.5. Определение углеводородов, синтезиремых |
|
водорослью BOTRYOCOCCUS BRTAUNII, методом |
|
хромато-масс-спектрометрии...................................................... |
299 |
Работа 6.6. Методы детектирования биологических |
|
молекул с применением высокоэффективной |
|
жидкостной хроматографии (ВЭЖХ)........................................ |
303 |
Работа 6.7. Спектрофотометрический детектор ВЭЖХ. |
|
Сканирование спектров ароматических соединений.... |
309 |
Работа 6.8. Количественный анализ в ВЭЖХ ..................... |
314 |
|
Современные аппаратура и методы исследования биологических систем. Большой практикум. Учебебное пособие |
5 |
ОГЛАВЛЕНИЕ
Работа 6.9. Изучение распределения молекулярных |
|
масс биологических макромолекул методом гель- |
|
проникающей хроматографии..................................................... |
318 |
Работа 6.10. Спектроскопические и термические методы |
|
исследования биологических макромолекул.................... |
323 |
Работа 6.11. Применение рентгенострутурного анализа |
|
для исследования биологических молекул........................ |
334 |
Работа. 6.12. Ознакомление с принципом работы ЯМР- |
|
спектрометра......................................................................................... |
339 |
Раздел 7. Оптические методы исследования структуры |
|
биологических объектов............................................ |
344 |
Работа 7.1. Абсорбционный анализ |
|
пигментов растений........................................................................... |
345 |
Работа 7.2. Абсорбционная спектроскопия белков........ |
355 |
Работа 7.3. Абсорбционный анализ днк................................ |
360 |
Работа 7.4. Люминесцентный анализ белков..................... |
363 |
Работа 7.5. Оценка численности микроорганизмов |
|
в воде методом люминесцентной микроскопии |
|
с помощью флуоресцентного зонда DAPI............................ |
378 |
Раздел 8. Флуоресцентные методы диагностики |
|
состояния фотоситезирующих организмов................ |
387 |
Работа 8.1. Оценка функциональной активности |
|
фотосинтетического аппарата на примере листьев |
|
высших растений................................................................................ |
395 |
Работа 8.2. Флуоресцентный контроль скорости роста и |
|
потенциальной фотосинтетической активности клеток |
|
микроводорослей (цианобактерий) в культуре................ |
399 |
Работа 8.3. Выявление растений с нарушениями |
|
в синтезе хлорофилл-белковых комплексов..................... |
403 |
Работа 8.4. Контроль развития фотосинтетического |
|
аппарата при морфогенезе клеток в культуре тканей |
|
растений................................................................................................... |
405 |
Раздел 9. Методы исследования кинетики |
|
ферментативных реакций.......................................... |
407 |
Работа 9.1. Кинетика ферментативных реакций на |
|
примере бактериальных биолюминесцентных систем413 |
|
Работа 9.2. Определение кинетических параметров |
|
и типов взаимодействия ферментов с эффекторами..423 |
|
|
Современные аппаратура и методы исследования биологических систем. Большой практикум. Учебебное пособие |
6 |
ОГЛАВЛЕНИЕ
Раздел 10. Современные методы клинической |
|
лабораторной диагностики........................................ |
436 |
Подраздел 10.1. Современные клинические методы |
|
лабораторной диагностики........................................................... |
437 |
Работа 10.1. Биолюминесцентный твердофазный |
|
иммуноферментный анализ......................................................... |
438 |
Работа 10.2. Идентификация индивидуума с помощью |
|
генотипирования................................................................................. |
447 |
Работа 10.3. Выявление мутаций (полиморфизмов) |
|
в геноме человека с использованием комплекта |
|
реагентов «SNP-экспресс» фирмы литех............................. |
453 |
Работа 10.4. Проведение пцр с детекцией результата |
|
в режиме реального времени при помощи системы |
|
детекции продуктов пцр в режиме реального времени |
|
«ICYCLER IQ5» (BIORAD) ................................................................. |
465 |
Подраздел 10.2. Современные аналитические методы |
|
лабораторной диагностики........................................................... |
471 |
Работа 10.5. Ознакомление с методами определения |
|
веществ, имеющих диагностическое значение, |
|
с использованием автоматизированного |
|
биохимического анализатора...................................................... |
474 |
Работа 10.6. Определение активности антиоксидантных |
|
ферментов на биохимическом анализаторе |
|
SAPPHIRE 400 ........................................................................................ |
481 |
Работа 10.7. Выполнение гематологических |
|
исследований на анализаторе мек-6400J/К......................... |
488 |
Работа 10.8. Обучение работе на коагулогическом |
|
анализаторе SYSMEX CA-560, предназначенном для |
|
анализа показателей гемостаза.................................................. |
492 |
Работа 10.9. Знакомство с принципом работы |
|
проточного лазерного цитометра FACS CANTO II BD.... |
497 |
Раздел 11. Биофизические методы диагностики |
|
состояния объектов природной среды ...................... |
507 |
Работа 11.1. Ознакомление с принципами устройства |
|
и работы изотопного масс-спектрометра............................. |
512 |
Работа 11.2. Определение содержания гамма- |
|
излучающих радионуклидов |
|
в биологических объектах............................................................. |
520 |
|
Современные аппаратура и методы исследования биологических систем. Большой практикум. Учебебное пособие |
7 |
ОГЛАВЛЕНИЕ
Работа 11.3. Исследование таксономической структуры |
|
природного фитопланктона методом анализа |
|
флуоресцентных полей…………………………………. ..................530 |
|
Работа 11.4. Определение содержания NH4+ И PO43- |
|
ионов в природных водах методом автоматической |
|
фотоколориметрии............................................................................ |
538 |
Рекомендованная литература.................................... |
544 |
Приложение. Перечень использованного научного |
|
оборудования............................................................ |
552 |
|
Современные аппаратура и методы исследования биологических систем. Большой практикум. Учебебное пособие |
8 |