同位素标记法在高中生物的应用

同位素标记法在高中生物的应用：同位素标记法是利用放射性同位素作为示踪剂对研究对象进行标记的微量分析方法，生物学上经常使用的同位素是组成原生质的主要元素，即H、N、C、S、P和O等的同位素。在浙科版必修1P6教材中也有说明：放射性同位素可用于追踪物质的运行和变化规律。此研究方法在高中生物教材中多次出现，总结如下：1．分泌蛋白的合成与分泌（必修1P40简答题）20世纪70年代，科学家詹姆森等在豚鼠的胰腺细胞中注射3H标记的亮氨酸。3min后被标记的亮氨酸出现在附有核糖体的内质网中；17min后，出现在高尔基体中；117min后，出现在靠近细胞膜内侧的囊泡中及释放到细胞外的分泌物中。由此发现了分泌蛋白的合成与分泌途径：核糖体→内质网→高尔基体→囊泡→细胞膜→外排。2．光合作用中氧气的来源1939年，鲁宾和卡门用18O分别标记H2O和CO2，然后进行两组对比实验：一组提供H2O和C18O2，另一组提供H218O和CO2。在其他条件相同情况下，分析出第一组释放的氧气全部为O2，第二组全部为18O2，有力地证明了植物释放的O2来自于H2O而不是CO2。3．光合作用中有机物的生成20世纪40年代美国生物学家卡尔文等把单细胞的小球藻短暂暴露在含14C的CO2里，然后把细胞磨碎，分析14C出现在哪些化合物中。经过10年努力终于探索出了光合作用的“三碳途径”——卡尔文循环。为此，卡尔文荣获“诺贝尔奖”。4．噬菌体侵染细菌的实验1952年，赫尔希和蔡斯以T2噬菌体为实验材料，用35S、32P分别标记噬菌体的蛋白质外壳和DNA，再让被35S、32P分别标记的两种噬菌体去侵染大肠杆菌，经离心处理后，分析放射性物质的存在场所。此实验有力证明了DNA是遗传物质。5．DNA的半保留复制1957年，美国科学家梅塞尔森和斯坦尔用含15N的培养基培养大肠杆菌，使之变成“重”细菌，再把它放在含14N的培养基中继续培养。在不同时间取样，并提取DNA进行密度梯度离心，根据轻重链浮力等的不同，就分出新生链和母链，这就证实了DNA复制的半保留性。6．基因工程在目的基因的检测与鉴定中，采用了DNA分子杂交技术。将转基因生物的基因组DNA提取出来，在含有目的基因的DNA片段上用放射性同位素作标记，以此为探针使之与基因组DNA杂交，如果显示出杂交带，就表明目的基因已导入受体细胞中。另外，还可采用同样方法检测目的基因是否转录出了mRNA，不同的是从转基因生物中提取的是mRNA。7．基因诊断基因诊断是用放射性同位素（如32P）、荧光分子等标记的DNA分子作探针，依据DNA分子杂交原理，鉴定被检测样本上的遗传信息，从而达到检测疾病的目的。另外，还可以用在植物有机物的运输研究过程中。示踪原子不仅用于科学研究，还用于疾病的诊断和治疗。例如，射线能破坏甲状腺细胞，使甲状腺肿大得到缓解。因此，碘的放射性同位素就可用于治疗甲状腺肿大。利用到同位素示踪的实验有：1.光合作用中释放出的氧来自水还是二氧化碳：美国科学家鲁宾和卡门采用同位素标记法研究了这个问题，证明得到氧全部来自水而不是二氧化碳。2.噬菌体侵染细菌的实验：1952年赫尔希和蔡斯用大肠杆菌T2噬菌体作为试验材料，分别含有放射性同位素S35和放射性同位素P32的培养基中培养细菌。然后用T2噬菌体分别浸染上述细菌，从而制备出DNA中含有P32或蛋白质中还有S35的噬菌体。接着，他们分别用被P32或S35标记的T2噬菌体去感染未被标记的细菌，经过短时间的保温，用搅拌器搅拌，离心，这时，离心管的上清液中就会析出重量较轻的T2噬菌体颗粒，而离心管的沉淀物中则含有被感染的细菌。从而证明DNA才是真正的遗传物质！3.光合作用中固定CO2的途径标记的C的放射性同位素，从而证实C4植物光合作用中的C4途径发生在叶肉细胞的叶绿体内，C3途径发生在维管束鞘细胞的叶绿体内，两者共同完成二氧化碳的固定。4.各种生物膜在功能上的联系：科学家在豚鼠的胰脏腺细胞中注射H3标记的亮氨酸结果别标记的氨基酸分别出现在附着于内质网上的核糖体，高尔基体，细胞膜。从而证明各种生物膜在功能上是有联系的5.还有一个就是用含有15N标记的NH4CL培养液培养大肠杆菌，让它繁殖几代，再将它转移到14N普通培养液中。然后在不同时刻收集它并提取DNA,再将DNA进行密度梯度离心，记录DNA位置。这个是来证明DNA复制是半保留复制。