1、同位素示踪法与高中生物学教学同位素（isotope）一词来源于希腊文 Iso（相同）oos （位置） ，是指原子序数相同，在元素周期表上的位置相同，而化学性质相似，质量不同的元素；它们是质子数相同而中子数不同的原子。许多元素都存在同位素现象。目前已发现稳定的同位素 300 余种，放射性同位素达 1500 种之，它们大多是人工制备的。同位素在生产、生活和科研等方面都有着极其广泛的应用。在生物学领域可用来测定生物化石的年代，也利用其射线进行右边诱变育种、防治病虫害和临床治癌，还可利用其射线作为示踪原子来研究细胞内的元素或化合物的来源、组成、分布和去向等，进而了解细胞的结构和功能、化学物质的变化、反
2、应机理。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记的微量分析方法,即把放射性同位素的原子参到其他物质中去,让它们一起运动,迁移,再用放射性探测仪器进行追踪,就可知道放射性原子通过什么路径,运动到哪里了,是怎样分布的。同位素标记的放射性标记化合物，与未标记的相应化合物具有相同的化学与生物学性质，不同的只是它们带有放射性，可以利用放射性探测技术来追踪。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、15N、14C、18O 、32P 、 35S 等。检测组织中放射线的方法,通常是放射自显影技术，这是一种利用组织内含有的放射性同位素发出的辐射，感光后显影成像的技术
3、，可凭肉眼观察黑影的形状，或通过显微镜观察黑色颗粒的分布和径迹，从而确定放射性物质在细胞或组织中的分布。用小型探测器（如盖革计数管、闪烁计数器）也能探测同位素示踪原子的动态。示踪实验的创建者是 Hevesy，1911 年，Hevesy 在英国卢瑟福实验室工作期间，因怀疑女房东总是把剩菜改头换面之后给他吃。于是，他在剩菜中放上微量的放射性钍，然后在下一次的菜中检验是否有放射性，结果他每次都能准确地判断出他所吃的菜是剩菜还是新菜。1923 年，Hevesy 在丹麦玻尔实验室工作期间，将豆科植物浸泡在含有放射性 210Pb 和 212Pb 的铅盐溶液中。研究铅盐在豆科植物内的分布和转移。继后 Jol
4、it 和 Curie 于 1934 年发现了人工放射性，以及其后生产方法的建立（加速器、反应堆等） ，为放射性同位素示踪法的更快的发展和广泛应用提供了基本的条件和有力的保障。同位素示踪法具有灵敏度高、测量方法简便易行、定位定量准确、符合所研究对象的生理条件等优点，目前应用极为广泛，它为揭示体内和细胞内理化过程的秘密，阐明生命活动的物质基础起了极其重要的作用。当前高中生物教材中的实验和相关习题中频繁出现同位素示踪法的应用，以下就相关内容进行归纳阐述，以期达到较深刻地认识这项技术，进而达到认识生物某些重要代谢途径的目的。一、研究生命活动的基本单位细胞1.分泌蛋白在细胞中合成部位及运输方向在高中生物
5、选修本中,介绍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， 3 min 后，被标记的氨基酸出现在附着有核糖体的内质网中，17 min 后，出现在高尔基体中，117 min 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。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。从而证明了细胞内的各种生物膜在功能上是紧密联系的.例 科学家在研究分泌蛋白的合成和分泌时，向豚鼠的胰脏腺泡细胞中注射 3H 标记的亮氨酸，经过一段时间后，被标记的氨基酸可依次出现在该细胞的不同
6、部位。下面有关叙述哪一项是正确的? A被标记的氨基酸首先出现在附着有核糖体的内质网中B连接图中、 所示结构的是具膜的小泡C图中、分别代表内质网、高尔基体、细胞膜D细胞内的各种生物膜既各施其职，又有紧密的联系2细胞的结构和功能例 将用 3H 标记的尿苷引入植物细胞内，然后设法获得各种细胞结构，其中能表现出有放射性的一组结构是 （ ） A.细胞核，核仁、中心体 B.细胞核、核糖体、高尔基体C.细胞核、核糖体、线粒体、叶绿体 D.细胞核、核糖体、内质网、液泡3细胞的增殖例 下图表示细胞周期（图中的 M 表示分裂期。G 1、G 2 表示 RNA 及蛋白质合成期，S 表示 DNA 合成期） ，有人为确定
7、 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以氚标记的 R 化合物，在下列化合物中，哪一种最适合？（ ）A. 腺嘌呤 B. 胞嘧啶 C. 鸟嘌呤 D. 胸腺嘧啶二、研究生物的新陈代谢1.光合作用中氧气的来源19 世纪年代美国科学家鲁宾（SRuben）和卡门（Mkame n）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。他们进行了这样两组实验：用氧的同位素 18O 分别标记 H2O 和 CO2，使它分别成为 H218O 和C18O2，然后进行两组光合作用的实验：第一组向绿色植物提供 H218O 和 CO2；第二组向同种绿色植物提供 H2O 和 C18O2。在相同的条件
8、下，对两组光合作用实验释放出的氧进行分析，结果表明，第一组释放的氧全部是 18O2，第二组释放的氧全部是 O2。从而证明了光合作用中释放的氧全部来自水。例 如果用于光合作用的水里有 0.20%的 H2O 分子含 18O，二氧化碳里有 0.68%的 CO2分子含 18O，那么短期内经光合作用形成的水中，含 18O 的比例为（）A0.20% B0.44% C0.68% D0.88%2植物矿质代谢例 把菜豆幼苗放在含 32P 的培养液中培养，一小时后测定表明，幼苗各部分都含32P。然后将该幼苗转移到不含 32P 的培养液中，数天后 32P：A不在新的茎叶中 B主要在新的茎叶中C主要在老的茎叶中 D主
9、要在老的根中3呼吸作用的机理例 让一只白鼠吸入有放射性的 18O2，该白鼠体内最先出现含 18O 的化合物是 。A CO2 B H2O C 丙酮酸 D 乳酸4动物代谢的物质转化例 用标记了 14C 的脂肪喂狗，结果发现狗的细胞内的葡萄糖分子上含有 14C，这说明了 三、研究生命活动的调节1生长素的极性运输例 用同位素 14C 标记的吲哚乙酸来处理一段枝条的一端，然后探测另一端是否含有放射性 14C 的吲哚乙酸存在。枝条及位置如图，下列有关处理方法及结构的叙述正确的是（ ）A 处理甲图中 A 端，不可能在甲图中的 B 端探测到 14C 的存在B处理乙图中 A 端，能在乙图中的 B 端探测到 14
10、C 的存在C处理乙图中 B 端，能在乙图中的 B 端探测到 14C 的存在D处理甲图中 B 端，能在甲图中的 B 端探测到 14C 的存在2。腺体的功能例 正常情况下，动物体吸收的碘在甲状腺浓集。现用体重等方面大体相同的三组兔子进行实验。将适量的含有放射性碘的注射液注射到 A,B,C 三组兔子体内，然后，定时测定兔子甲状腺的放射量。四天后，向 A 组兔子注射无放射性的甲状腺激素，向 B 组兔子注射无放射性的促甲状腺激素，向 C 组兔子注射生理盐水，实验结果如图所示。根据图回答：(1)开始的第二天，三只兔子体内甲状腺放射量上升的原因是 ；而 24 天内三只兔子体内甲状腺放射量下降的原因是 。（2
11、）第二次注射后，A 组兔子与 C 组兔子相比，A 组兔子的甲状腺放射量下降的速率 ，原因是；B 组兔子与 C 组兔子相比，B 组兔子的甲状腺放射量下降的速率 ，原因是 （3）该实验说明了调节生物体内甲状腺激素含量是通过 作用。四、研究生物的遗传与变异1噬菌体侵染细菌的实验1952 年赫尔希(A.D.Hershey,1908c)和蔡斯(M.Chase) 把宿主细菌分别培养在含有 35S和 32P 的培养基中 , 宿主细菌在生长过程中 , 就分别被 35S 和 32P 所标记。然后,赫尔希等人用 T2 噬菌体分别去侵染被 35S 和 32P 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
12、代噬菌体, 在这些子代噬菌体中,前者被 35S 标记,后者被 32P 标记。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,测定结果显示,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,测定结果显示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,进入细菌内的主要是 DNA,而大多数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
13、之间具有连续性的物质。故,DNA 是遗传物质。例在噬菌体侵染细菌的实验中，分虽用同位素 31P、 32P 和 32S、 35S 作了如下标记：噬菌体 大肠杆菌DNA 或脱氧核苷酸 32P 31P蛋白质或氨基酸 32S 35S此实验所得到的结果是子代噬菌体和亲代噬菌体的外形及侵染细菌的特性均相同，请分析：（1）子代噬菌体的 DNA 分子中含有的上述同位素是_，原因是_。（2）子代噬菌体的蛋白质外壳中含有的上述同位素是_，原因是_。甲 乙A AB B放射性碘注射后的天数甲状腺的放射量（3）此实验结果证明了_。2DNA 分子半保留复制例某校一个生物活动小组要进行研究性学习，对生物学史上的经典实验进行
14、验证，也是研究性学习的内容之一。这个小组借助某大学的实验设备，对有关 DNA 复制的方式进行探索，有人认为 DNA 是全保留复制，也有人认为 DNA 是半保留复制。为了证明这两种假设，这个小组设计了下列实验程序，请完成实验并对结果进行预测。（1）实脸步骤第一步：在氮源为 14N 的培养基上生长的大肠杆菌，其 DNA 分子均为 14 NDNA;在氮源 15N 的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA 分子均为 15NDNA。用某种离心方法分离得到的结果如右图所示，其 DNA 分别分布在轻带和重带上。第二步：将亲代大肠杆菌（含 15NDNA）转移到含 14 N 的培养基上繁殖一代（） ，请分析：如果 D
15、NA 离心后位置为 ，则是全保留复制，如果 DNA 离心后位置为 ，则是半保留复制。第三步：为了进一步验证第二步的推测结果，将亲代大肠杆菌（含 15NDNA）转移到含14N 的培养基上连续繁殖二代（ ） ，请分析：如果 DNA 离心后位置为 ，则是全保留复制；如果DNA 离心后位置为 ，则是半保留复制。(2)有人提出第一代(I) 的 DNA 用解旋酶处理后再离心就能直接判断 DNA 的复制方式，如果轻带和重带各占 1/2，则一定为半保留复制。你认为这同学说法是否正确 。原因是 。另外，在研究矿质元素在植物体内的运输通道，以及动物胚胎发育过程等方面也运用了同位素标记法。总之，同位素标记技术正在更
16、大规模地应用于生物研究领域，作为中学生物教师，了解更多的有关同位素标记技术的知识和实验，无疑将开拓自身的知识视野，构建自身坚实的知识支架，教学中适当讲授一些同位素标记技术的原初实验，有利于把与代谢过程有关的复杂的知识点更科学、更原始地传授给学生，同时，也使学生对这项技术有一个更深刻的认识和把握。I see you阿凡达主题曲by Leona LewisWalking through a dreamI see youMy light in darkness breathing hope of new lifeNow I live through you and you through meEnc
17、hantingI pray in my heart that this dream never ends梦里穿行我见到了你是我黑暗中的光芒，吐纳新生活的希望于是我中有你，你中有我就这么着了魔从心底祈愿，沉醉梦里不愿醒I see me through your eyesLiving through life flying highYour life shines the way into paradiseSo I offer my life as a sacrificeI live through your love通过你的的眼睛，看到真实的自己驰骋生活，朝天际飞去而你照亮了通往天堂的轨迹我愿把
18、自己贡献成祭品因你的爱，我才存在You teach me how to seeAll thats beautifulMy senses touch your word I never picturedNow I give my hope to youI surrenderI pray in my heart that this world never ends是你教我睁开双眼看清世间美丽我的感知是你，未曾触及的话语给你我全部的希望我彻底投降从心底祈愿，这世界不要消亡I see me through your eyesLiving through life flying highYour lov
19、e shines the way into paradiseSo I offer my lifeI offer my love, for you通过你的的眼睛，看到真实的自己驰骋生活，朝天际飞去而你照亮了通往天堂的轨迹把我的生命交给你把我的爱，统统给你When my heart was never open(and my spirit never free)To the world that you have shown meBut my eyes could not divisionAll the colours of love and of life ever moreEvermore我从
20、未开启的心从未自由的魂灵是你引领我步入新天地但我这凡胎肉眼，要怎么分辨这爱的色彩，这生命的斑斓，从今往后直到永远(I see me through your eyes)I see me through your eyes(Living through life flying high)Flying highYour love shines the way into paradiseSo I offer my life as a sacrificeAnd live through your loveAnd live through your lifeI see youI see you通过你的的眼睛，看到真实的自己驰骋生活，朝天际飞去而你照亮了通往天堂的轨迹我愿把自己贡献成祭品因你的爱，我才存在因你的的生命，我才存在我见到了你我见到了你
