同位素标记法在高中生物学中的应用

同位素标记法在高中生物学中的应用

在自然科学的发展过程中,技术的发展需要以科学原理为基础,而科学成果的取得必须有技术手段作保证,科学与技术是相互支持、相互促进的。自从上世纪三四十年代同位素标记法这种技术手段发明以来,在自然科学的许多研究领域都得到了应用。在生命科学的发展历程中,同位素标记法这一技术手段也发挥了极其重要的作用。

同位素用于追踪物质运行和变化过程时叫做示踪元素,用示踪元素标记的化合物,化学性质不变。人们可以根据这种化合物的性质,对有关的一系列化学反应追踪,这种科学研究方法叫做同位素标记法,在高中教学生物教学中有着较广泛的较广泛的应用,以下是本人在教学中探索和经验。

同位素标记法在生物教学新陈代谢过程中的应用。生物的新陈代谢是指生物体内全部有序的化学反应,生物体内的无比繁多、无比复杂的化学反应,如不借助某些特殊手段,是根本无法搞清其具体过程的。但是,有了同位素标记法这一技术手段,代谢过程研究中的许多问题就变的轻而易举了。

利用这一技术手段,用同位素O18标记,可以搞清光合作用产物中氧气是来自参加反应的水;用放射性同位素14C标记C3植物参与光合作用的CO2,可以搞清光合作用过程中CO2中的碳经固定先生成三碳化合物,进而再被还原形成糖类等有机物,而C4植物则是先经C4途径生成一种四碳化合物,再经C3途径生成三碳化合物,最后才被还原生成糖类等有机物。

利用这一技术手段,用放射性同位素15N标记某种氨基酸,可以搞清动物细胞内蛋白质的代谢途径。氨基酸被细胞吸收后,可用于合成组织蛋白、酶、抗体、蛋白类激素;也可通过氨基转换作用生成另一种氨基酸;也可经脱氨基作用,含氮部分生成尿素最后经肾脏排出体外。

利用这一技术手段,用放射性同位素18O标记葡萄糖中的氧,可以搞清细胞呼吸过程中葡萄糖中的氧最后成为代谢产物CO2中的氧;若用放射性同位素O18标记O2中的氧,可以搞清细胞呼吸过程中的O2参与代谢产物H2O的生成。

同位素标记法在研究生物膜功能上的联系中的应用。利用这一技术手段,将放射性同位素3H标记的亮氨酸注入胰脏腺泡细胞中,3min后放射性出现在附着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运输蛋白质的小泡中,以及释放到细胞外的分泌物中。从而说明细胞中的生物膜在功能上既有明确的分工,又有紧密的联系,它们构成了生物膜系统这一有机的统一整体。

同位素标记法在研究生物的遗传物质基础上的应用。高中教材中遗传的物质基础教学内容包括DNA是主要的遗传物质、DNA的结构和复制、基因的表达等内容,选修内容中还有基因的结构和基因工程等内容。而同位素标记法这一技术

手段在这些内容中都有应用。

同位素标记法在噬菌体侵染细菌证明DNA是遗传物质中的应用。科学家制备出DNA含有32P或蛋白质含有35S的噬菌体,分别去侵染未带放射性标记的细菌,实验结果:用35S标记的噬菌体侵染后,子代噬菌体中不含放射性35S;而用32P 标记的噬菌体侵染细菌所得子代噬菌体中含有放射性。从而证明子代噬菌体的各种性状,是通过亲代的DNA遗传给后代的,亦即DNA遗传物质。

同位素标记法在研究DNA的复制中的应用。利用这一技术手段,用同位素15N标记亲代DNA分子,在不含15N的培养液中,使DNA分子复制,经n次复制后,含有标记15N的子代DNA分子所占比例为1/2n-1(2/2n),从而证明DNA分子的复制特点为半保留复制。

同位素标记法在基因工程中的应用。基因工程技术可用于基因诊断和环境监测,用放射性同位素32P标记的DNA分子作探针,利用DNA分子杂交原理,鉴定被检测标本上的遗传信息,达到检测疾病或检测饮用水中病毒的含量等的目的。

总之,同位素标记法这一技术手段自发明以来,在自然科学的许多研究领域都得到了广泛应用,在生命科学的发展历程中,这一技术手段也发挥了极其重要的作用。