高中生物中的“同位素标记法

“同位素标记法”的总结

利用放射性同位素不断地放出特征射线的核物理性质,就可以检测与追踪它在体内或体外的位置、数量及其转变等。同位素标记在工业、农业生产、日常生活与科学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,也可利用其射线进行诱变育种、防治病虫害与临床治癌,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、分布与去向等,进而了解细胞的结构与功能、化学物质的变化、反应机理。高中生物教材中的实验(或内容)与相关习题中许多知识都涉及同位素标记法的应用。下面我就相关内容通过有关例题进行归纳阐述,以便大家对这项技术有一个深刻的体会,并学会同位素标记的应用。

一、氢(3H)

例1:科学家用含3H标记的亮氨酸的培养液培养豚鼠的胰腺腺泡细胞,下表为在腺泡细胞几种结构中最早检测到放射性的时间表。下列叙述中正确的就是( )

A.形成分泌蛋白的多肽最早在内质网内合成

B.高尔基体膜向内与内质网膜相连,向外与细胞膜相连

C.高尔基体具有转运分泌蛋白的作用

D.靠近细胞膜的囊泡可由高尔基体形成

解析:分泌蛋白的多肽最早在核糖体上合成,高尔基体并不直接与内质网与细胞膜相连,而就是通过囊泡间接连接。

答案:CD。

知识盘点:

1、科学家在研究分泌蛋白的合成与分泌时,曾经做过这样一个实验:她们在豚鼠的胰脏腺泡细胞中注射3H标记的亮氨酸,3min后,被标记的氨基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,就是按照内质网→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就是紧密联系的。

2.研究肝脏细胞中胆固醇的来源时,用3H—胆固醇作静脉注射的示踪实验,结果放射性大部分进入肝脏,再出现在粪便中。

3.用3H标记的尿苷或胸腺嘧啶可用来检测转录或复制。

二、碳(14C)

例2:给在温室中生长的玉米植株提供14CO2,光合作用开始很短内,在叶肉细胞中有绝大多数的14C出现在含有4个碳的有机酸(C4)中。一段时间后,叶肉细胞内C4中的14C逐渐减少,而在维管束鞘细胞中C3内的14C逐渐增多。下列对玉米固定CO2过程的叙述正确的就是( )

A.通过C4与C3途径,依次在维管束鞘细胞与叶肉细胞的叶绿体中完成

B.通过C4与C3途径,依次在叶肉细胞与维管束鞘细胞的叶绿体中完成

C.通过C4途径,在维管束鞘细胞的叶绿体中完成

D.通过C4途径,在叶肉细胞的叶绿体中完成

解析:通过题干描述可知在玉米中发生了如下过程:在叶肉细胞的叶绿体中CO2+C3→C4,C4化合物由叶肉细胞的叶绿体进入维管束鞘细胞释放出CO2,CO2+C5→2C3化合物。答案:b。

知识盘点:

1.用放射性14C取代化合物中同位素12C,形成以14C作为放射性标记的化合物。科学家用含有14C的CO2来追踪光合作用与呼吸作用过程中的碳原子的转移途径。

2.用同位素14C标记的吲哚乙酸,可研究生长素的极性运输。用标记了14C的脂肪饲喂动物,可研究动物代谢的物质转化。

三、氧(18O)

例3:如果将一株绿色植物栽培在密闭的含H218O的完全培养液中,给予充足的光照,经过较长时间后,18O可能存在于下列哪一组物质中( )

①周围空气的氧气中;②暗反应过程中产生的ADP中;③周围空气水分子中;④植物体内合成的葡萄糖中。

a.只有①就是正确的

b.只有①③就是正确的

C.除④之外都正确 d.全部正确

解析:植物所吸收的水分绝大部分通过蒸腾作用散失到周围的空气中,另有一小部分参与光合作用。在光反应中,h218O 被光解产生氧气,在暗反应中,atp被水解。若参与水解的水分子为H218O,则ADP中会有18O。有氧呼吸第二步,丙酮酸可能与h218O反应,生成C18O2与[h], C18O2再参与光合作用生成葡萄糖。答案:D。

知识盘点:

1.人教社课标教材就是这样叙述鲁宾与卡门的实验的:“随着技术的进步,人们对同位素有了更多的了解,这为解决氧气来自水还就是二氧化碳提供了研究手段。1939年,美国科学家鲁宾与卡门利用同位素标记法进行了探究。她们用氧的同位素18O分别标记h2O与CO2,使它们分别成为H218O与C18O2。然后进行两组实验:第一组向植物提供h2O与C18O2;第二组向同种植物提供H218O与CO2。在其她条件都相同的情况下,她们分析了两组实验释放的氧气。结果表明,第一组释放的氧气全部就是O2;第二组释放的氧气全部就是18O2。这一实验有力地证明光合作用释放的氧气来自水。”

2.用18O标记O2,在黑暗中进行呼吸作用,发现在呼吸作用的产物水中出现18O,证明O2在有氧呼吸过程中就是与氢结合形成水。

四、磷(32p)

例4:把豌豆幼苗放在含32p的培养液中培养,一段时间后测定表明,幼苗各部分都含32p。然后将该幼苗转移到31p的培养液中,数天后32p分布就是( )

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.主要在老的根中

解析:磷可在植物体内形成不稳定的化合物,当外界环境中缺少磷时,植物体缺少磷,老叶中含磷的化合物分解,然后运到幼叶中供新叶合成物质。答案:C。

知识盘点:

1.可用于研究矿质元素在植物体内的运输。

2.标记噬菌体的DNA分子,与细菌混合培养,离心,检测上清液与沉淀物中放射性元素的含量,证明DNA分子就是生物的遗传物质。

3.标记脱氧核苷酸研究证实了DNA分子中碱基排列规律。

4.用于基因诊断。

五、N(15N)

例用15N标记的一个DNA分子放在含有14N的培养基中让其复制三次,则含有14N的DNA分子占全部DNA分子的比例与含15N的DNA分子占全部DNA单链的比例依次为 ( )

A.1/9,1/4

B.1,1/8

C.1/4,1/6

D.1/8,1/8

解析:根据DNA分子的复制为半保留复制的特点,在复制过程中DNA的两条链均作母链(模板)而形成子链,形成两个DNA 分子,子代DNA的两条链中,一条来自母链,一条就是新合成的子链。复制三次,共形成8个DNA分子。在8个DNA分子的16条单链中,只有两个DNA分子两条链含有原来标记的15N。但就是在新与成的DNA分子中每条连都含有14N。答案:B。知识盘点:

1、植物对氮元素的利用与分配。

2、蛋白质在生物体内的代谢过程。