高中生物学中常见同位素示踪法实验

创作时间：二零二一年六月三十天同位素示踪法在高中生物学实验中的应用之答禄夫天创作创作时间：二零二一年六月三十天同位素示踪法是利用放射性核素作为示踪剂对研究对象进行标识表记标记的微量剖析方法,即把放射性同位素的原子参到其余物质中去,让它们一同运动、迁徙,再用放射性探测仪器进行追踪,便可知道放射性原子经过什么路径,运动到哪里了,是如何散布的.同位素示踪法是生物学实验中常常应用的一项重要方法,它可以研究细胞内的元素或化合物的根源、构成、散布和去处等,进而认识细胞的构造和功能、化学物质的改动、反响机理等.总之,同位素示踪法正在更大年夜规模地应用于生物研究领域.用于示踪技术的放射性同位素一般是用于构成细胞化合物的重要元素,如3H、14C、15N、18O、32P、35S、131I等.在高中生物学教材中有多处波及到放射性同位素的应用,下边笔者对教材中的有关知识进行概括以下：研究卵白质或核酸合成的原料及过程把拥有反射性的原子参到合成卵白质或核酸的原料（氨基酸或核苷酸）中,让它们一同运动、迁徙,再用放射性探测仪器进行追踪,便可知道放射性原子经过什么路径、运动到哪里以及散布如何.研究分泌卵白的合成和运输创作时间：二零二一年六月三十天创作时间：二零二一年六月三十天用3H表记表记标记亮氨酸,研究分泌性卵白质在细胞中的合成、运输与分泌门路.在一次性赐予放射性表记表记标记的氨基酸的前提下,经过察看细胞中放射性物质在分歧时间体现的地点,就能够明确地看出细胞器在分泌卵白合成和运输中的作用.比如,经过实验说明分泌卵白在附着于内质网上的核糖体中合成以后,是依据内质网→高尔基体→细胞膜的方向运输的,从而证了然细胞内的各种生物膜在功能上是密切联系的.研究细胞的构造和功能用同位素表记表记标记氨基酸或核苷酸并引入细胞内,探测这些放射性表记表记标记体此刻哪些构造中,从而推测该细胞的结构和功能.研究光合作用中元素的转移利用放射性同位素18O、14C、3H作为示踪原子来研究光合作用过程中某些物质的改动过程,从而揭露光合作用的机理.比如,美国的科学家鲁宾和卡门研究光合作用中开释的氧终究是来自于水,仍是来自于二氧化碳.他们用氧的同位素18O分别表记表记标记H2O和CO,使它们分别成为1818而后进行两组光合作用实HO和CO,22218验：第一组向绿色植物供给H2O和CO2,第二组向同种绿色植物供给H2O和C18O2.在相同条件下,他们对两组光合作用开释的氧进行了剖析,结果注明第一组开释的氧所有是18O2,第二组开释的氧所有是O2,从而证了然光合作用开释的氧所有来自水.此外,卡尔文等用14C表记表记标记的CO2,供小球藻进行光合作用,追踪检创作时间：二零二一年六月三十天创作时间：二零二一年六月三十天测其放射性,探了然CO2中的碳在光合作用中转变成有机物中碳的门路.研究细胞呼吸过程中物质的转变门路利用18O作为示踪原子研究细胞呼吸过程中物质的转变门路,揭露呼吸作用的机理.比如,用18O表记表记标记的氧气（18O）,生成的水所有有放射性,生成的二氧化碳所有无放射性,即18O→1818CH18生成的二氧化碳HO.用O表记表记标记的葡萄糖（O）,26126所有有放射性,生成的水所有无放射性,即C6H1218O6→C18O2.比如将一只实验小鼠放入含有放射性1818O气体的容器内,O进入细胞后,22最初体现的放射性化合物是水.6研究某些矿质元素在植物体内的汲取、运输过程研究矿质元素的汲取部位时,常常使用放射性同位素32P等来做实验,发现根毛区是根尖汲取矿质离子最活跃的部位.研究矿质离子在茎中的运输部位时,用不透水的蜡纸将柳树的韧皮部和木质部分开,并在土壤中施用含42K的肥料,5小时后测定42K在柳茎各部位的散布；有蜡纸分开的木质部含有大年夜量42K,韧皮部几乎无42K,说明运输42K的是木质部；柳茎在用蜡纸分开韧皮部和木质部的以下区段以及不拔出蜡纸的对照实验中,韧皮部中也有好多42K,说明42K可从木质部横向运输到韧皮部.研究有丝分裂过程中染色体的改动规律在处于连续分裂的细胞的分裂期用3H表记表记标记胸腺嘧啶脱氧核苷酸,依据胸腺嘧啶被利用的状况,能够确立DNA合成期创作时间：二零二一年六月三十天创作时间：二零二一年六月三十天的开端点和持续时间,以研究有丝分裂过程中染色体的改动规律.比如为了考证增进有丝分裂的物质对细胞分裂的增进作用,将小鼠的肝细胞悬浮液分红等细胞数的甲、乙两组,在甲组的培养液中加入3H表记表记标记的胸腺嘧啶脱氧核苷（3H-TdR）；乙组中加入等剂量的3H-TdR,加入增进有丝分裂的物质.培养一段时间后,分别测定甲、乙两组细胞的总放射性强度.再如,有人为确立DNA合成期的时间长度,在处于连续分裂的细胞的分裂期加入用3H标识表记标记的胸腺嘧啶,依据胸腺嘧啶被利用状况,能够确立DNA合成期的开端点和持续时间.证明DNA是遗传物质在研究卵白质和DNA在遗传中的作用时,分别放射性表记表记标记卵白质和DNA的特色元素,用32P表记表记标记噬菌体的DNA,大年夜肠杆菌内发现放射性物质,用35S表记表记标记噬菌体的卵白质,大年夜肠杆菌内未发现放射性物质；从而考证噬菌体在侵染细菌的过程中,进入细菌体内的是噬菌体的DNA,而不是噬菌体的卵白质,从而证了然DNA是噬菌体的遗传物质.研究DNA分子半保存复制的特色经过放射性表记表记标记来“差别”亲代与子代的DNA,如放射性表记表记标记15N,因为放射性物质15N的原子量和14N的原子量分歧,所以DNA的相对分子质量分歧.假如DNA分子的两条链都是15N,则离心时为重带；假如DNA分子的一条链是15N,一条链是14N,则离心时为中带；假如DNA分子的两条链都是14N,则离心时创作时间：二零二一年六月三十天创作时间：二零二一年六月三十天为轻带.所以能够依据重带、中带、轻带DNA体现的比率,判断DNA复制是全保存复制仍是半保存复制.研究基因的转录和翻译用放射性同位素表记表记标记尿嘧啶核糖核苷酸（RNA的特色碱基为U）、氨基酸,则在基因转录、翻译的产物中就会含有放射性同位素,还能够用来确立转录、翻译的场所.基因探针在基因诊疗中的应用在基因诊疗中可利用放射性同位素15N、32P等表记表记标记的DNA分子做基因探针,将某一致病基因放到含放射性15N或32P的培养基中进行扩增,加热获取被表记表记标记的致病基因单链即基因探针,利用DNA分子杂交原理,将待测者的DNA分子加热处置形成DNA分子单链并与基因探针混淆,让其杂交,检测能否形成双链,若完整形成双链,证明该待测者患有该病,不然不患.该基因诊疗的方法可快速地检测出肝炎病毒、肠道病毒等多种病毒,以及镰刀型细胞贫血症、苯丙酮尿症、白血病等.依据杂交带状况可检测生物亲缘关系或转基因生物能否拔出目的基因,应用相同的原理还可检测饮用水中病毒的含量.比如我国科学工作者利用DNA分子杂交的原理,利用基因工程研制出“非典”诊疗盒,快速诊疗“非典”.在生物诱变育种方面的应用诱变育种是利用X射线、γ射线、β射线或中子去辐照农作物的种子,植株或许某些器官,使它们发生的遗传性发生改变,创作时间：二零二一年六月三十天创作时间：二零二一年六月三十天发生各种各种的突变,在较短时间内获取有益用价值得突变体,而后从中选择出对人类实用的突变,经过培养而成的新品种.诱变育种常常使用的放射性同位素有35S、32P、45Ca（β射线）65Zn、60Co（γ射线）等,主要方法有浸泡种子、施入土壤、涂抹幼苗、注入植物组织内等.如是模范的γ放射源,可用于诱变育种.我国应用该方法培养出了很多农作物新品种.如棉花高产物种“鲁棉1号”,年栽种面积曾抵达3000多万亩,在我国自己培养的棉花品种中种植面积最大年夜.研究大年夜脑皮层的功能科学家们常常使用PET技术对大年夜脑皮层的高级功能进行定位.PET技术是指正电子反射型计算机断层造影成像技术,是一种直接对脑功能造影的技术,运用该技术,科学家能够经过特制的探测元件测定大年夜脑不听地区物质的耗费状况,从而定位大年夜脑皮层的分歧功能区.将葡萄糖的基本元素（C、H、O）用超短“寿命”的放射性同位素表记表记标记（如F18、C11等）,制成放射性示踪剂,而后把这类示踪剂注射到受试者的血管中,经过特制的探测元件,就能够获取示踪剂在受试者大年夜脑中的三维散布及其随时间改动的状况.如让受试者进行思想、语言、倾听、书写等高级机能活动,皮层中相应的中枢将处于高度喜悦状态,此时,经过察看这些中枢对示踪剂的耗费状况,就能够得出大年夜脑皮层各功能区的地点和散布.比如让受试者进行书写时,大年夜脑皮层中对于书写的中枢将大年夜量耗费葡萄糖,该神经中枢的地点就能够创作时间：二零二一年六月三十天创作时间：二零二一年六月三十天经过探测进行定位.当前该技术已宽泛用于多种疾病的诊疗与鉴识诊疗、病情判断、疗效评论、脏器功能研究和新药开发等方面.研究反应调理体制在生物的反应调理中,某一种物质的改动会惹起一系列的调理反响,也会惹起其余物质的相应改动.表记表记标记某一物质,用必定方法处理,经过检测放射性物质在某器官中的改动量,研究反应调理的体制.比如在研究甲状腺腺体与甲状腺激素、促甲状腺激素的分泌时,一般采用131I进行同位素原子的示踪表记表记标帜.因为人体从食品中汲取的碘元素几乎所有集中在甲状腺腺体,用于合成甲状腺激素.在免疫调理中的应用给植物以高剂量的同位素表记表记标记的抗原,结果植物不但不发生免疫反响,并且此后对相同的、但分歧同位素表记表记标帜的抗原也不再发生免疫反响.此时如给其余抗原,植物还能发生正常免疫反响.这一实验注明,同位素表记表记标记的抗原与带有互补抗体的淋巴细胞联合,这类淋巴细胞全被射线杀死,所以不发生免疫反响.第二次给正常的相同抗原时,因为带有互补抗体的淋巴细胞已全被杀死,其余种类的淋巴细胞虽对其余抗原能正常反响,但不可以对此种抗原发生反响,即不可以转酿成与此种抗原互补的淋巴细胞.所以,植物就失掉对此种抗原的免疫能力.由此可见,淋巴细胞的特异性是天生存在的,而不是由抗原的“教育”而发生的.创作时间：二零二一年六月三十天创作时间：二零二一年六月三十天研究生长素的极性运输证明植物生长素的极性运输时,用同位素14C表记表记标记茎形态学上真个生长素（吲哚乙酸）,可在茎的形态学下端探测到放射性同位素14C,而表记表记标记茎形态学下真个生长素,则在茎的形态学上端探测不到放射性