同位素標記法在高中生物的應用

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1、 同位素標記法在高中生物的應用： 同位素標記法是利用放射性同位素作為示蹤劑對研究對象進行標記的微量分析方法，生物學上經(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教材中也有說明：放射性同位素可用于追蹤物質(zhì)的運行和變化規(guī)律。此研究方法在高中生物教材中多次出現(xiàn)，總結如下： 1．分泌蛋白的合成與分泌（必修1P40簡答題） 20世紀70年代，科學家詹姆森等在豚鼠的胰腺細胞中注射3H標記的亮氨酸。3min后被標記的亮氨酸出現(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)在靠近細胞膜內(nèi)側的囊泡中及釋放到細胞外的分泌物中。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→細胞膜→外排。 2．光合作用中氧氣的來源 1939年，魯賓和卡門用18O分別標記H2O和CO2，然后進行兩組對比實驗：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來自于H2O而不是CO2。 3．光合作用中有機物的生成 20世紀40年代美國生物學家卡爾文等把單細胞的小球藻短暫暴露在含14C的CO2里，然后把

3、細胞磨碎，分析14C出現(xiàn)在哪些化合物中。經(jīng)過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”。 4．噬菌體侵染細菌的實驗 1952年，赫爾希和蔡斯以T2噬菌體為實驗材料，用35S、32P分別標記噬菌體的蛋白質(zhì)外殼和DNA，再讓被35S、32P分別標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)的存在場所。此實驗有力證明了DNA是遺傳物質(zhì)。 5．DNA的半保留復制 1957年，美國科學家梅塞爾森和斯坦爾用含15N的培養(yǎng)基培養(yǎng)大腸桿菌，使之變成“重”細菌，再把它放在含14N的培養(yǎng)基中繼續(xù)培養(yǎng)。在不同時間取樣，并提取DNA進行密度梯度離心，

4、根據(jù)輕重鏈浮力等的不同，就分出新生鏈和母鏈，這就證實了DNA復制的半保留性。 6．基因工程 在目的基因的檢測與鑒定中，采用了DNA分子雜交技術。將轉(zhuǎn)基因生物的基因組DNA提取出來，在含有目的基因的DNA片段上用放射性同位素作標記，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入受體細胞中。 另外，還可采用同樣方法檢測目的基因是否轉(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）、熒光分子等標記的DNA分子作探針，依據(jù)DNA分子雜交原理，鑒定被檢測樣本上的遺傳信息，從而達到檢測疾病的目的。 另外，還可

5、以用在植物有機物的運輸研究過程中。 示蹤原子不僅用于科學研究，還用于疾病的診斷和治療。例如，射線能破壞甲狀腺細胞，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驗有： 1.光合作用中釋放出的氧來自水還是二氧化碳：美國科學家魯賓和卡門采用同位素標記法研究了這個問題，證明得到氧全部來自水而不是二氧化碳。 2.噬菌體侵染細菌的實驗：1952年赫爾希和蔡斯用大腸桿菌T2噬菌體作為試驗材料，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)細菌。然后用T2噬菌體分別浸染上述細菌，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標記的T2噬菌體去感染未被標記的細菌，經(jīng)過短時間的保溫，用攪拌器攪拌，離心，這時，離心管的上清液中就會析出重量較輕的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的途徑標記的C的放射性同位素，從而證實C4植物光合作用中的C4途徑發(fā)生在葉肉細胞的葉綠體內(nèi)，C3途徑發(fā)生在維管束鞘細胞的葉綠體內(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：科學家在豚鼠的胰臟腺細胞中注射H3標記的亮氨酸結果別標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.還有一個就是用含有15N標記的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。然后在不同時刻收集它并提取DNA,再將DNA進行密度梯度離心，記錄DNA位置。這個是來證明DNA復制是半保留復制。