生物教学的同位素示踪法

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生物教学的同位素示踪法

摘 要：同位素用于追踪物质运行和变化过程时，叫示踪元素。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放射性，对有关的一系列化学反应进行追踪。这种科学研究方法叫同位素示踪法。生物学上常用放射性同位素作为示踪元素，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、反应机理等。用于示踪的放射性元素一般是构成细胞化合物的重要元素。

关键词：高中生物；教材；同位素示踪法

同位素用于追踪物质运行和变化过程时，叫示踪元素。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放射性，对有关的一系列化学反应进行追踪。这种科学研究方法叫同位素示踪法。生物学上常用放射性同位素作为示踪元素，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、反应机理等。用于示踪的放射性元素一般是构成细胞化合物的重要元素，如3H、15N、18O、32P、35S等。在高中生物学教材中有多处涉及到放射性同位素的应用，下面对教材中的相关知识进行归纳例析。

一、光合作用和呼吸作用过程征元素的示踪

例1 一个密闭的透明玻璃容器内，放有绿色植物和小白鼠（小白鼠以植物为食），容器内供应18O2，每天给予充足的光照，一段时间后，绿色植物和小白鼠体内的有机物含18O的情况是（ ）

A.只在植物体内； B.植物和小白鼠体内均含有；

C.只在小白鼠体内； D. 植物和小白鼠体内均无

解析 18O在绿色植物体内的转移途径如下：

绿色植物体内的C6H1218O6被动物摄食，通过同化作用转变成自身的有机物。因此，植物和小白鼠体内的有机物都含有18O。答案 B

二、研究C4植物光合作用的途径

例2 在光照下，供给玉米离体叶片少量的14CO2，随着光合作用时间的延续，在光合作用固定CO2形成C3化合物与C4化合物中，14C含量变化示意图正确的是（ ）

解析 用14C标记CO2来追踪C4植物光合作用的途径：首先在C4植物叶肉细胞叶绿体内CO2与PEP相结合形成C4化合物，然后C4化合物进入维管束鞘细胞叶绿体并分解为CO2和丙酮酸，CO2与一个C5化合物相结合，形成2个C3化合物，C3 化合物被还原为C6H12O6。因此放射性同位素在C4植物光合作用过程中的转移途径为：14CO214C414C314C6H12O6所以C4 化合物先出现放射性C3化合物后出现放射性。由于含放射性标记的CO2是少量的，所以C4化合物的放射量达到一定量后，然后降低，逐渐转入C3化合物和C6H12O6中。答案 B

三、测定矿质元素在植物体内的分布和利用

例3 把菜豆幼苗放在含32P的完全培养液中培养1h，测其放射性，发现幼苗各部分都含有32P。然后将该幼苗转移到不含32P的完全培养液中培养1h，再测定放射性。预计32P在植株体内分布的变化最可能是（ ）

在下层叶中减少，幼嫩部分增加

B. 32P在下层叶中增加，幼嫩部分减少

C. 32P在下层叶中减少，幼嫩部分减少

D. 32P在下层叶中增加，幼嫩部分不变

答案 A

四、研究细胞的生物膜在功能上的联系

例4 把胰腺细胞培养在含3H标记的亮氨酸的培养液中，最后测得细胞分泌物中含有放射性的胰岛素。若用仪器追踪上述过程中放射性同位素在细胞结构中出现的先后顺序，最可能是（ ）

①线粒体 ②核糖体 ③中心体 ④内质网 ⑤高尔基体 ⑥细胞膜 ⑦细胞核

A.①②④⑦⑥ B.⑥②④⑤⑥

C. ②③⑦④⑤ D.⑥②⑦④⑤

解析 将用放射性同位素标记的氨基酸，使其进入胰腺细胞，目的是为了了解细胞的分泌蛋白的合成、加工、运输和分泌的过程。根据细胞的生物膜系统及细胞的亚显微结构的功能可知，其过程为：细胞膜核糖体内质网高尔基体细胞膜。答案 B

五、噬菌体侵染细菌实验

例5 用32P和35S标记噬菌体后，让其侵染细菌，繁殖一代后，在子代噬菌体的组成结构成分中，能够找到的放射性元素为（ ）

A.可在外壳中找到32P和35S B.可在DNA中找到32P

C.可在外壳中找到35S D.可在DNA找到32P和35S

解析 噬菌体是DNA病毒，32P只能标记在噬菌体的DNA上，35S只能标记在噬菌体的蛋白质外壳上。在噬菌体侵染细菌的过程中，只有DNA进入了细菌细胞，而蛋白质外壳没有进入，说明DNA具有连续性，是噬菌体的遗传物质，子代噬菌体的DNA和蛋白质外壳大都以细菌的成分为原料合成。所以在产生的子代噬菌体的结构成分中，只有子代噬菌体的DNA分子上带32P，完全没有35S。答案 B

六、DNA探针

例6 下列有关DNA探针的应用说法不正确的是（ ）

A.可应用于疾病的诊断 B.可应用于环境监测

C.可应用于基因治疗

D.可快速灵敏地检测饮用水中病毒的含量

答案 C

七、证明DNA的复制是半保留复制（因篇幅限制，例略）