同位素示踪技术在高中生物学实验中的应用小结

同位素示踪技术在高中生物学实验中的应用小结

1利用放射性同位素3H标记氨基酸作为示踪元素，来研究分泌蛋白在细胞中的合成部位及运输方向

科学家在研究分泌蛋白的合成和分泌时，曾经做过这样一个实验：他们在豚鼠的胰脏腺泡细胞中注射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则的运输蛋白质的小泡中，以及释放到细胞外的分泌物中。这个实验说明分泌蛋白在附着于内质网上的核糖体中合成之后，是按照内质网→高尔基体→细胞膜的方向运输的。从而也证明了细胞内各种生物膜在功能上是紧密联系的。

2利用放射性同位素3H作为示踪元素来研究细胞的有丝分裂

细胞有丝分裂时，DNA分子在间期要复制，为细胞的分裂做准备。为了研究细胞的有丝分裂，在小鼠肝细胞的培养液中加入用3H等标记的胸腺嘧啶脱氧核苷（3H-TdR），3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷是合成胸腺嘧啶脱氧核苷酸的原料，胸腺嘧啶脱氧核苷酸是合成DNA的原料。因此细胞有丝分裂时，细胞核中的DNA分子复制可以被检测到。

3 利用放射性同位素18O、14C、3H作为示踪元素来研究光合作用过程中某些物质的变化过程，从而揭示光合作用的机理

3.1 19世纪30年代美国科学家鲁宾（S.Ruben）和卡门（M.Kamen）研究光合作用中释放的氧到底是来自于水，还是来自于二氧化碳。他们进行了这样2组实验：用氧的同位素18O分

别标记H

2O和CO

2

，使它分别成为H

2

18O和C18O

2

，然后进行2组光合作用的实验：第1组向绿

色植物提供H

218O和CO

2

；第2组向同种绿色植物提供H

2

O和C18O

2

。在相同的条件下，对2组

光合作用实验释放出的氧进行分析，结果表明，第1组释放的氧全部是18O

2

，第2组释放的

氧全部是O

2

。从而证明了光合作用中释放的氧全部来自水。

3.2 用18O、14C标记二氧化碳（14C18O

2），固定后产生的三碳化合物有放射性（14C

3

），产物

葡萄糖（14C

6H

12

18O

6

）有放射性，产物水（H

2

18O）有放射性。因此可以知道18O、14C元素的转移

途径为：14C18O

2→214C

3

→14C

6

H

12

18O

6

+ H

2

18O。

3.3 C

4

植物的发现过程澳大利亚科学家M.D.Hatch和C.R.Slack在研究玉米、甘蔗等原产

热带地区的绿色植物时发现，当向这些绿色植物提供14CO

2

时，光合作用开始后的1s内，竟

有90%以上的14C出现在含有4个碳原子的有机酸（一种C

4

化合物）中。随着光合作用的进

行，C

4化合物中的14C逐渐减少，而C

3

化合物中的14C逐渐增多。说明在这类绿色植物的光

合作用中，CO

2的C原子首先转移到C

4

化合物中，然后才转移到C

3

化合物中。科学家将这类

植物看叫做C

4

植物。

4利用放射性同位素18O作为示踪元素来研究细胞呼吸过程中物质的转变途径，揭示呼吸作用的机理

4.1 用18O标记的氧气（18O

2

），生成的水全部有放射性，生成的二氧化碳全部无放着性，即：

18O

2→H

2

18O。

4.2 用18O标记葡萄糖（C

6H

12

18O

6

）生成的水全部无放射性，生成的二氧化碳全部有放着性，

即：C

6H

12

18O

6

→C18O

2

。

5利用放射性同位素42K、32P标记无机盐离子来研究某些矿质元素在植物体内的吸收、运输过程

5.1 研究矿质元素的吸收部位。通常用放射性同位素32P等来做实验，发现根毛区是根尖吸收矿质离子最活跃的部位。

5.2 研究矿质离子在茎中的运输部位。用不透水的蜡纸将柳树的韧皮部和木质部隔开，并在土壤中施用含有42K的肥料，5h后测定42K在柳茎各部位的分布：有蜡纸隔开的木质部含有大量的42K，韧皮部几乎没有42K，说明运输42K的是木质部。柳茎在用蜡纸隔开的韧皮部和木质部的以下区段以及不插入蜡纸的对照实验中，韧皮部中也有很多的42K，说明42K可以从木质部横向运输到韧皮部。

6 利用放射性同位素131I作为示踪元素来研究甲状腺

碘是合成甲状腺激素所必须的原料。甲状腺可以将细胞外液中的碘主动吸收到甲状腺细胞。因此可以将含有放射性同位素131I的注射液注射到小鼠体内，研究甲状腺功能和甲状腺激素调节的机理，有助于诊断甲状腺的功能性疾病。

7 利用放射性同位素来研究原肠胚各胚层的发育

动物胚胎学家用放射性同位素标记法研究原肠胚3个胚层的发育，从而确定动物3个胚层的发育规律和动物各个组织、器官的来源。

8利用放射性同位素35S和32P分别标记蛋白质和DNA来研究噬菌体侵染细菌的实验

1952年赫尔希（A.D.Hershey）和蔡斯（M.Chase）把细菌分别培养在含有放射性同位素35S 和放射性同位素32P的培养基中，细菌在生长过程中，就分别被35S和32P所标记。然后，用T

2

噬菌体分别去侵染被35S和32P所标记的细菌。噬菌体在细菌细胞内增殖，裂解后释放出很多子代噬菌体中，蛋白质被35S标记，DNA被32P标记。接着用被35S和32P标记的噬菌体分别去侵染未标记的细菌，然后测定宿主细胞的同位素标记，当用35S标记的噬菌体侵染细菌时，宿主细胞内很少有同位素标记，而大多数35S标记的噬菌体蛋白质附着在宿主细胞的外面。当用32P标记的噬菌体感染细菌时，宿主细胞的外面的噬菌体外壳中很少有放射性同位素32P，而大多数放射性同位素32P在宿主细胞内。以上实验表明，噬菌体在侵染细菌时，进入细菌体内的是DNA，而蛋白质在细菌的外面。可见，在噬菌体的生活史中，只有DNA是在亲代和子代之间具有连续性的物质。

9 利用放射性同位素15N作为示踪元素来研究DNA分子的半保留复制的特点