高中生物學(xué)中常見同位素示蹤法實驗

創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十天同位素示蹤法在高中生物學(xué)實驗中的應(yīng)用之答祿夫天創(chuàng)作創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十天同位素示蹤法是利用放射性核素作為示蹤劑對研究對象進(jìn)行標(biāo)識表記標(biāo)記的微量剖析方法,即把放射性同位素的原子參到其余物質(zhì)中去,讓它們一同運動、遷徙,再用放射性探測儀器進(jìn)行追蹤,便可知道放射性原子經(jīng)過什么路徑,運動到哪里了,是如何散布的.同位素示蹤法是生物學(xué)實驗中常常應(yīng)用的一項重要方法,它可以研究細(xì)胞內(nèi)的元素或化合物的根源、構(gòu)成、散布和去處等,進(jìn)而認(rèn)識細(xì)胞的構(gòu)造和功能、化學(xué)物質(zhì)的改動、反響機理等.總之,同位素示蹤法正在更大年夜規(guī)模地應(yīng)用于生物研究領(lǐng)域.用于示蹤技術(shù)的放射性同位素一般是用于構(gòu)成細(xì)胞化合物的重要元素,如3H、14C、15N、18O、32P、35S、131I等.在高中生物學(xué)教材中有多處波及到放射性同位素的應(yīng)用,下邊筆者對教材中的有關(guān)知識進(jìn)行概括以下：研究卵白質(zhì)或核酸合成的原料及過程把擁有反射性的原子參到合成卵白質(zhì)或核酸的原料（氨基酸或核苷酸）中,讓它們一同運動、遷徙,再用放射性探測儀器進(jìn)行追蹤,便可知道放射性原子經(jīng)過什么路徑、運動到哪里以及散布如何.研究分泌卵白的合成和運輸創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十天創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十天用3H表記表記標(biāo)記亮氨酸,研究分泌性卵白質(zhì)在細(xì)胞中的合成、運輸與分泌門路.在一次性賜予放射性表記表記標(biāo)記的氨基酸的前提下,經(jīng)過察看細(xì)胞中放射性物質(zhì)在分歧時間體現(xiàn)的地點,就能夠明確地看出細(xì)胞器在分泌卵白合成和運輸中的作用.比如,經(jīng)過實驗說明分泌卵白在附著于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的核糖體中合成以后,是依據(jù)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)→高爾基體→細(xì)胞膜的方向運輸?shù)?從而證了然細(xì)胞內(nèi)的各種生物膜在功能上是密切聯(lián)系的.研究細(xì)胞的構(gòu)造和功能用同位素表記表記標(biāo)記氨基酸或核苷酸并引入細(xì)胞內(nèi),探測這些放射性表記表記標(biāo)記體此刻哪些構(gòu)造中,從而推測該細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能.研究光合作用中元素的轉(zhuǎn)移利用放射性同位素18O、14C、3H作為示蹤原子來研究光合作用過程中某些物質(zhì)的改動過程,從而揭露光合作用的機理.比如,美國的科學(xué)家魯賓和卡門研究光合作用中開釋的氧終究是來自于水,仍是來自于二氧化碳.他們用氧的同位素18O分別表記表記標(biāo)記H2O和CO,使它們分別成為1818而后進(jìn)行兩組光合作用實HO和CO,22218驗：第一組向綠色植物供給H2O和CO2,第二組向同種綠色植物供給H2O和C18O2.在相同條件下,他們對兩組光合作用開釋的氧進(jìn)行了剖析,結(jié)果注明第一組開釋的氧所有是18O2,第二組開釋的氧所有是O2,從而證了然光合作用開釋的氧所有來自水.此外,卡爾文等用14C表記表記標(biāo)記的CO2,供小球藻進(jìn)行光合作用,追蹤檢創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十天創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十天測其放射性,探了然CO2中的碳在光合作用中轉(zhuǎn)變成有機物中碳的門路.研究細(xì)胞呼吸過程中物質(zhì)的轉(zhuǎn)變門路利用18O作為示蹤原子研究細(xì)胞呼吸過程中物質(zhì)的轉(zhuǎn)變門路,揭露呼吸作用的機理.比如,用18O表記表記標(biāo)記的氧氣（18O）,生成的水所有有放射性,生成的二氧化碳所有無放射性,即18O→1818CH18生成的二氧化碳HO.用O表記表記標(biāo)記的葡萄糖（O）,26126所有有放射性,生成的水所有無放射性,即C6H1218O6→C18O2.比如將一只實驗小鼠放入含有放射性1818O氣體的容器內(nèi),O進(jìn)入細(xì)胞后,22最初體現(xiàn)的放射性化合物是水.6研究某些礦質(zhì)元素在植物體內(nèi)的汲取、運輸過程研究礦質(zhì)元素的汲取部位時,常常使用放射性同位素32P等來做實驗,發(fā)現(xiàn)根毛區(qū)是根尖汲取礦質(zhì)離子最活躍的部位.研究礦質(zhì)離子在莖中的運輸部位時,用不透水的蠟紙將柳樹的韌皮部和木質(zhì)部分開,并在土壤中施用含42K的肥料,5小時后測定42K在柳莖各部位的散布；有蠟紙分開的木質(zhì)部含有大年夜量42K,韌皮部幾乎無42K,說明運輸42K的是木質(zhì)部；柳莖在用蠟紙分開韌皮部和木質(zhì)部的以下區(qū)段以及不拔出蠟紙的對照實驗中,韌皮部中也有好多42K,說明42K可從木質(zhì)部橫向運輸?shù)巾g皮部.研究有絲分裂過程中染色體的改動規(guī)律在處于連續(xù)分裂的細(xì)胞的分裂期用3H表記表記標(biāo)記胸腺嘧啶脫氧核苷酸,依據(jù)胸腺嘧啶被利用的狀況,能夠確立DNA合成期創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十天創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十天的開端點和持續(xù)時間,以研究有絲分裂過程中染色體的改動規(guī)律.比如為了考證增進(jìn)有絲分裂的物質(zhì)對細(xì)胞分裂的增進(jìn)作用,將小鼠的肝細(xì)胞懸浮液分紅等細(xì)胞數(shù)的甲、乙兩組,在甲組的培養(yǎng)液中加入3H表記表記標(biāo)記的胸腺嘧啶脫氧核苷（3H-TdR）；乙組中加入等劑量的3H-TdR,加入增進(jìn)有絲分裂的物質(zhì).培養(yǎng)一段時間后,分別測定甲、乙兩組細(xì)胞的總放射性強度.再如,有人為確立DNA合成期的時間長度,在處于連續(xù)分裂的細(xì)胞的分裂期加入用3H標(biāo)識表記標(biāo)記的胸腺嘧啶,依據(jù)胸腺嘧啶被利用狀況,能夠確立DNA合成期的開端點和持續(xù)時間.證明DNA是遺傳物質(zhì)在研究卵白質(zhì)和DNA在遺傳中的作用時,分別放射性表記表記標(biāo)記卵白質(zhì)和DNA的特色元素,用32P表記表記標(biāo)記噬菌體的DNA,大年夜腸桿菌內(nèi)發(fā)現(xiàn)放射性物質(zhì),用35S表記表記標(biāo)記噬菌體的卵白質(zhì),大年夜腸桿菌內(nèi)未發(fā)現(xiàn)放射性物質(zhì)；從而考證噬菌體在侵染細(xì)菌的過程中,進(jìn)入細(xì)菌體內(nèi)的是噬菌體的DNA,而不是噬菌體的卵白質(zhì),從而證了然DNA是噬菌體的遺傳物質(zhì).研究DNA分子半保存復(fù)制的特色經(jīng)過放射性表記表記標(biāo)記來“差別”親代與子代的DNA,如放射性表記表記標(biāo)記15N,因為放射性物質(zhì)15N的原子量和14N的原子量分歧,所以DNA的相對分子質(zhì)量分歧.假如DNA分子的兩條鏈都是15N,則離心時為重帶；假如DNA分子的一條鏈?zhǔn)?5N,一條鏈?zhǔn)?4N,則離心時為中帶；假如DNA分子的兩條鏈都是14N,則離心時創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十天創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十天為輕帶.所以能夠依據(jù)重帶、中帶、輕帶DNA體現(xiàn)的比率,判斷DNA復(fù)制是全保存復(fù)制仍是半保存復(fù)制.研究基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯用放射性同位素表記表記標(biāo)記尿嘧啶核糖核苷酸（RNA的特色堿基為U）、氨基酸,則在基因轉(zhuǎn)錄、翻譯的產(chǎn)物中就會含有放射性同位素,還能夠用來確立轉(zhuǎn)錄、翻譯的場所.基因探針在基因診療中的應(yīng)用在基因診療中可利用放射性同位素15N、32P等表記表記標(biāo)記的DNA分子做基因探針,將某一致病基因放到含放射性15N或32P的培養(yǎng)基中進(jìn)行擴增,加熱獲取被表記表記標(biāo)記的致病基因單鏈即基因探針,利用DNA分子雜交原理,將待測者的DNA分子加熱處置形成DNA分子單鏈并與基因探針混淆,讓其雜交,檢測能否形成雙鏈,若完整形成雙鏈,證明該待測者患有該病,不然不患.該基因診療的方法可快速地檢測出肝炎病毒、腸道病毒等多種病毒,以及鐮刀型細(xì)胞貧血癥、苯丙酮尿癥、白血病等.依據(jù)雜交帶狀況可檢測生物親緣關(guān)系或轉(zhuǎn)基因生物能否拔出目的基因,應(yīng)用相同的原理還可檢測飲用水中病毒的含量.比如我國科學(xué)工作者利用DNA分子雜交的原理,利用基因工程研制出“非典”診療盒,快速診療“非典”.在生物誘變育種方面的應(yīng)用誘變育種是利用X射線、γ射線、β射線或中子去輻照農(nóng)作物的種子,植株或許某些器官,使它們發(fā)生的遺傳性發(fā)生改變,創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十天創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十天發(fā)生各種各種的突變,在較短時間內(nèi)獲取有益用價值得突變體,而后從中選擇出對人類實用的突變,經(jīng)過培養(yǎng)而成的新品種.誘變育種常常使用的放射性同位素有35S、32P、45Ca（β射線）65Zn、60Co（γ射線）等,主要方法有浸泡種子、施入土壤、涂抹幼苗、注入植物組織內(nèi)等.如是模范的γ放射源,可用于誘變育種.我國應(yīng)用該方法培養(yǎng)出了很多農(nóng)作物新品種.如棉花高產(chǎn)物種“魯棉1號”,年栽種面積曾抵達(dá)3000多萬畝,在我國自己培養(yǎng)的棉花品種中種植面積最大年夜.研究大年夜腦皮層的功能科學(xué)家們常常使用PET技術(shù)對大年夜腦皮層的高級功能進(jìn)行定位.PET技術(shù)是指正電子反射型計算機斷層造影成像技術(shù),是一種直接對腦功能造影的技術(shù),運用該技術(shù),科學(xué)家能夠經(jīng)過特制的探測元件測定大年夜腦不聽地區(qū)物質(zhì)的耗費狀況,從而定位大年夜腦皮層的分歧功能區(qū).將葡萄糖的基本元素（C、H、O）用超短“壽命”的放射性同位素表記表記標(biāo)記（如F18、C11等）,制成放射性示蹤劑,而后把這類示蹤劑注射到受試者的血管中,經(jīng)過特制的探測元件,就能夠獲取示蹤劑在受試者大年夜腦中的三維散布及其隨時間改動的狀況.如讓受試者進(jìn)行思想、語言、傾聽、書寫等高級機能活動,皮層中相應(yīng)的中樞將處于高度喜悅狀態(tài),此時,經(jīng)過察看這些中樞對示蹤劑的耗費狀況,就能夠得出大年夜腦皮層各功能區(qū)的地點和散布.比如讓受試者進(jìn)行書寫時,大年夜腦皮層中對于書寫的中樞將大年夜量耗費葡萄糖,該神經(jīng)中樞的地點就能夠創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十天創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十天經(jīng)過探測進(jìn)行定位.當(dāng)前該技術(shù)已寬泛用于多種疾病的診療與鑒識診療、病情判斷、療效評論、臟器功能研究和新藥開發(fā)等方面.研究反應(yīng)調(diào)理體制在生物的反應(yīng)調(diào)理中,某一種物質(zhì)的改動會惹起一系列的調(diào)理反響,也會惹起其余物質(zhì)的相應(yīng)改動.表記表記標(biāo)記某一物質(zhì),用必定方法處理,經(jīng)過檢測放射性物質(zhì)在某器官中的改動量,研究反應(yīng)調(diào)理的體制.比如在研究甲狀腺腺體與甲狀腺激素、促甲狀腺激素的分泌時,一般采用131I進(jìn)行同位素原子的示蹤表記表記標(biāo)幟.因為人體從食品中汲取的碘元素幾乎所有集中在甲狀腺腺體,用于合成甲狀腺激素.在免疫調(diào)理中的應(yīng)用給植物以高劑量的同位素表記表記標(biāo)記的抗原,結(jié)果植物不但不發(fā)生免疫反響,并且此后對相同的、但分歧同位素表記表記標(biāo)幟的抗原也不再發(fā)生免疫反響.此時如給其余抗原,植物還能發(fā)生正常免疫反響.這一實驗注明,同位素表記表記標(biāo)記的抗原與帶有互補抗體的淋巴細(xì)胞聯(lián)合,這類淋巴細(xì)胞全被射線殺死,所以不發(fā)生免疫反響.第二次給正常的相同抗原時,因為帶有互補抗體的淋巴細(xì)胞已全被殺死,其余種類的淋巴細(xì)胞雖對其余抗原能正常反響,但不可以對此種抗原發(fā)生反響,即不可以轉(zhuǎn)釀成與此種抗原互補的淋巴細(xì)胞.所以,植物就失掉對此種抗原的免疫能力.由此可見,淋巴細(xì)胞的特異性是天生存在的,而不是由抗原的“教育”而發(fā)生的.創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十天創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十天研究生長素的極性運輸證明植物生長素的極性運輸時,用同位素14C表記表記標(biāo)記莖形態(tài)學(xué)上真?zhèn)€生長素（吲哚乙酸）,可在莖的形態(tài)學(xué)下端探測到放射性同位素14C,而表記表記標(biāo)記莖形態(tài)學(xué)下真?zhèn)€生長素,則在莖的形態(tài)學(xué)上端探測不到放射性