同位素標(biāo)記法在高中生物的應(yīng)用

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1、 同位素標(biāo)記法在高中生物的應(yīng)用： 同位素標(biāo)記法是利用放射性同位素作為示蹤劑對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行標(biāo)記的微量分析方法，生物學(xué)上經(jīng)常使用的同位素是組成原生質(zhì)的主要元素，即H、N、C、S、P和O等的同位素。 在浙科版必修1P6教材中也有說(shuō)明：放射性同位素可用于追蹤物質(zhì)的運(yùn)行和變化規(guī)律。此研究方法在高中生物教材中多次出現(xiàn)，總結(jié)如下： 1．分泌蛋白的合成與分泌（必修1P40簡(jiǎn)答題） 20世紀(jì)70年代，科學(xué)家詹姆森等在豚鼠的胰腺細(xì)胞中注射3H標(biāo)記的亮氨酸。3min后被標(biāo)記的亮氨酸出現(xiàn)在附有核糖體的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中；1

2、7min后，出現(xiàn)在高爾基體中；117min后，出現(xiàn)在靠近細(xì)胞膜內(nèi)側(cè)的囊泡中及釋放到細(xì)胞外的分泌物中。由此發(fā)現(xiàn)了分泌蛋白的合成與分泌途徑：核糖體→內(nèi)質(zhì)網(wǎng)→高爾基體→囊泡→細(xì)胞膜→外排。 2．光合作用中氧氣的來(lái)源 1939年，魯賓和卡門(mén)用18O分別標(biāo)記H2O和CO2，然后進(jìn)行兩組對(duì)比實(shí)驗(yàn)：一組提供H2O和C18O2，另一組提供H218O和CO2。在其他條件相同情況下，分析出第一組釋放的氧氣全部為O2，第二組全部為18O2，有力地證明了植物釋放的O2來(lái)自于H2O而不是CO2。 3．光合作用中有機(jī)物的生成 20世紀(jì)40年代美國(guó)生物學(xué)家卡爾文等把單細(xì)胞的小球藻短暫暴露在含14C的CO2里，然后把

3、細(xì)胞磨碎，分析14C出現(xiàn)在哪些化合物中。經(jīng)過(guò)10年努力終于探索出了光合作用的“三碳途徑”——卡爾文循環(huán)。為此，卡爾文榮獲“諾貝爾獎(jiǎng)”。 4．噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn) 1952年，赫爾希和蔡斯以T2噬菌體為實(shí)驗(yàn)材料，用35S、32P分別標(biāo)記噬菌體的蛋白質(zhì)外殼和DNA，再讓被35S、32P分別標(biāo)記的兩種噬菌體去侵染大腸桿菌，經(jīng)離心處理后，分析放射性物質(zhì)的存在場(chǎng)所。此實(shí)驗(yàn)有力證明了DNA是遺傳物質(zhì)。 5．DNA的半保留復(fù)制 1957年，美國(guó)科學(xué)家梅塞爾森和斯坦?fàn)栍煤?5N的培養(yǎng)基培養(yǎng)大腸桿菌，使之變成“重”細(xì)菌，再把它放在含14N的培養(yǎng)基中繼續(xù)培養(yǎng)。在不同時(shí)間取樣，并提取DNA進(jìn)行密度梯度離心，

4、根據(jù)輕重鏈浮力等的不同，就分出新生鏈和母鏈，這就證實(shí)了DNA復(fù)制的半保留性。 6．基因工程 在目的基因的檢測(cè)與鑒定中，采用了DNA分子雜交技術(shù)。將轉(zhuǎn)基因生物的基因組DNA提取出來(lái)，在含有目的基因的DNA片段上用放射性同位素作標(biāo)記，以此為探針使之與基因組DNA雜交，如果顯示出雜交帶，就表明目的基因已導(dǎo)入受體細(xì)胞中。 另外，還可采用同樣方法檢測(cè)目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了mRNA，不同的是從轉(zhuǎn)基因生物中提取的是mRNA。 7．基因診斷 基因診斷是用放射性同位素（如32P）、熒光分子等標(biāo)記的DNA分子作探針，依據(jù)DNA分子雜交原理，鑒定被檢測(cè)樣本上的遺傳信息，從而達(dá)到檢測(cè)疾病的目的。 另外，還可

5、以用在植物有機(jī)物的運(yùn)輸研究過(guò)程中。 示蹤原子不僅用于科學(xué)研究，還用于疾病的診斷和治療。例如，射線(xiàn)能破壞甲狀腺細(xì)胞，使甲狀腺腫大得到緩解。因此，碘的放射性同位素就可用于治療甲狀腺腫大。 利用到同位素示蹤的實(shí)驗(yàn)有： 1.光合作用中釋放出的氧來(lái)自水還是二氧化碳：美國(guó)科學(xué)家魯賓和卡門(mén)采用同位素標(biāo)記法研究了這個(gè)問(wèn)題，證明得到氧全部來(lái)自水而不是二氧化碳。 2.噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)：1952年赫爾希和蔡斯用大腸桿菌T2噬菌體作為試驗(yàn)材料，分別含有放射性同位素S35和放射性同位素P32的培養(yǎng)基中培養(yǎng)細(xì)菌。然后用T2噬菌體分別浸染上述細(xì)菌，從而制備出DNA中含有P32或蛋白質(zhì)中還有S35的噬菌體。接著

6、，他們分別用被P32或S35標(biāo)記的T2噬菌體去感染未被標(biāo)記的細(xì)菌，經(jīng)過(guò)短時(shí)間的保溫，用攪拌器攪拌，離心，這時(shí)，離心管的上清液中就會(huì)析出重量較輕的T2噬菌體顆粒，而離心管的沉淀物中則含有被感染的細(xì)菌。從而證明DNA才是真正的遺傳物質(zhì)！ 3.光合作用中固定CO2的途徑標(biāo)記的C的放射性同位素，從而證實(shí)C4植物光合作用中的C4途徑發(fā)生在葉肉細(xì)胞的葉綠體內(nèi)，C3途徑發(fā)生在維管束鞘細(xì)胞的葉綠體內(nèi)，兩者共同完成二氧化碳的固定。 4.各種生物膜在功能上的聯(lián)系：科學(xué)家在豚鼠的胰臟腺細(xì)胞中注射H3標(biāo)記的亮氨酸結(jié)果別標(biāo)記的氨基酸分別出現(xiàn)在附著于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的核糖體，高爾基體，細(xì)胞膜。從而證明各種生物膜在功能上是有聯(lián)系的 5.還有一個(gè)就是用含有15N標(biāo)記的NH4CL培養(yǎng)液培養(yǎng)大腸桿菌，讓它繁殖幾代，再將它轉(zhuǎn)移到14N普通培養(yǎng)液中。然后在不同時(shí)刻收集它并提取DNA,再將DNA進(jìn)行密度梯度離心，記錄DNA位置。這個(gè)是來(lái)證明DNA復(fù)制是半保留復(fù)制。