高中生物学涉及的放射性元素标记实验
(完整word版)同位素示踪法在高中生物中的应用归类盘点
同位素示踪法在高中生物中的应用归类盘点一、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的方法。
常用的标记元素有：（1）14C:常用于标记CO2,葡萄糖，生长素等物质中的C，也可用与标记生长素的运输方向（2）18O：常用于标记光合作用和呼吸作用过程中的H2O,CO2，O2,葡萄糖等，（3）3H：经常用于标记核苷酸示踪DNA，RNA的分布（4）15N：常用于标记无机盐，示踪在自然界中的N循环，也可用来标记氨基酸等（5）32P:常用于标记核酸，标记含P的无机盐可示踪无机盐在植物体内的利用状况，也可用来标记DNA的复制情况（6）35S：标记蛋白质，在研究遗传的物质基础实验中标记噬菌体例析同位素示踪法在高中生物学中的应用学术研究2011-03-11 09:51:52 阅读9 评论0 字号：大中小订阅.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H、N、O、P、S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，下面笔者对教材中的相关知识进行归纳例析。
1 光合作用和呼吸作用过程中特征元素的示踪例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O，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O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O在绿色植物体内的转移途径如下：OHOCOCHO绿色植物体内的CHO被动物摄食，通过同化作用转变成自身的有机物。
放射性同位素标记
放射性同位素标记作者：李顺字来源：《中学生物学》2009年第10期放射性同位素标记是运用同位素来追踪物质运行、变化规律，用放射性同位素标记的化合物化学性质不会变化。
科学家通过追踪放射性同位素的化合物，可以弄清化学反应的详细过程，这种技术核心理念就是“区别理念”。
高中教材中主要应用的同位素是氢的同位素3H(细胞器——系统内的分工合作)、氧的同位素180(植物光合作用过程)、硫的同位素，35S和32P(DNA是主要遗传物质)、碳的同位素14c(卡尔文循环)、15N(DNA半保留复制)等，在这些同位素的研究中，无不凸显“区别”理念的应用。
1通过放射性物质标记用来“区别”不同细胞器在外分泌蛋白合成的作用理论：研究细胞器在外分泌蛋白合成的作用时，标记某一氨基酸如亮氨酸的3H，在一次性给予放射性标记性的氨基酸的前提下，通过观察细胞中放射性物质在不同时间出现的位置，就可以看出明确的细胞器在外分泌蛋白的合成和运输中的作用。
研究手段：观察放射性在不同的细胞器出现的时间，来观察不同细胞器在外分泌蛋白中作用。
【例1】从某腺体的细胞中，提取出附着有核糖体的内质网，放入含有放射性标记的氨基酸培养液中，该培养液中含有核糖体和内质网完成其功能所需的物质和条件。
连续取样，并分离核糖体和内质网，测定标记的氨基酸出现在核糖体和内质网中的情况，结果如图1所示。
请回答：(1)放射性氨基酸首先在核糖体上大量累积，最可能的原因是________。
(2)放射性氨基酸在核糖体上积累之后，在内质网中也出现了，且数量不断增多，最可能的原因是______。
(3)实验中，培养液相当于细胞中的______。
解析：在腺体细胞合成蛋白质时，其要吸收放射性标记的氨基酸，内质网和核糖体在合成蛋白质中的作用是：核糖体合成蛋白质的场所，而内质网是加工蛋白质的场所，因此，放射性氨基酸应先出现在核糖体上，然后出现在内质网上。
答案：(1)氨基酸在核糖体上形成了肽链(2)肽链进入内质网中进行加工(3)细胞质基质2通过放射性物质标记用来“区别”元素的来源或去向理论：在光合作用过程的研究中，研究氧气是来源于二氧化碳或水时，通过分别给予放射性H218O、C18O2，分别看植物放出的氧气是否有放射性，通过两次给予两种物质的氧来“区别”氧气到底来自与二氧化碳还是水(其实光合作用的卡尔文循环中对二氧化碳中“c的标记，根据其出现在不同物质中，研究光合作用中暗反应碳元素的具体去向也是这一“区别理念”的应用)。
2021高考生物一轮复习第6单元遗传的分子基础实验微课5聚焦“同位素标记法”教
[实验微课5] 聚焦“同位素标记法”1.相关原理同位素标记法是利用放射性同位素作为示踪剂对研究对象进行标记的微量分析方法,生物学上经常使用的同位素是组成原生质的主要元素,即H、N、C、S、P和O等的同位素,正确选取上述相关元素用同位素加以标记,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、运动到哪里以及分布如何。
2.实例分析研究方向标记元素或物质结果分析分泌蛋白的合成和分泌一次性给予3H标记的某一氨基酸如亮氨酸放射性不同时间依次出现的细胞结构:核糖体→内质网→高尔基体→细胞膜光合作用中某些物质的变化过程18O标记水(H218O) 生成的氧气(18O2)全部有放射性18O标记二氧化碳(C18O2)生成的葡萄糖(C6H1218O6)、部分水(H218O)有放射性,氧气(O2)无放射性18O、14C标记二氧化碳(14C18O2)生成的三碳化合物(14C3)、葡萄糖(14C6H1218O6)、水(H218O)均有放射性细胞呼吸过程中某些物质的变化过程18O标记氧气(18O2)生成的水(H218O)均有放射性,二氧化碳(CO2)均无放射性,即18O2→H218O18O标记葡萄糖(C6H1218O6)生成的水(H2O)均无放射性,生成的二氧化碳(C18O2)均有放射性,即C6H1218O6→C18O2有丝分裂过程3H标记胸腺嘧啶确定DNA合成期的起始点和持续时间32P和35S分别标记核苷酸和氨基酸确定分裂间期DNA复制、蛋白质合成噬菌体侵染细菌的实验35S和32P分别标记噬菌体的蛋白质外壳和DNA根据上清液或沉淀物中的放射性来“区别”蛋白质、DNA在进入细胞并产生子代中的作用DNA复制方式15N标记DNA双链(原料为14N) 复制1次后离心,均为中带(15N/14N)为半保留复制;1/2重带(15N/15N)、1/2轻带(14N/14N)为全保留复制基因的转录和翻译标记尿嘧啶核糖核苷酸(RNA的特征碱基依据放射性位置确定转录、翻译的场所为U)、氨基酸1.(2019黑龙江哈尔滨月考)为了研究酵母菌细胞内蛋白质的合成,研究人员在其培养基中添加3H标记的亮氨酸后,测得与合成和分泌乳蛋白相关的一些细胞器上放射性强度的变化曲线如图甲,有关的生物膜面积变化如图乙,其相关结构关系如图丙,则下列有关说法不正确的是( )A.图甲中a、b、c依次为核糖体、内质网和高尔基体B.图乙中d曲线表示的细胞结构是内质网,f曲线是高尔基体C.图丙中用3H标记的亮氨酸做原料,所以研究方法是荧光标记法D.能在图丙中④上观察到3H标记表明可能有分泌蛋白合成1.答案 C 甲图中a曲线所指的细胞结构是核糖体,b曲线所指的细胞结构是内质网,c曲线所指的细胞结构是高尔基体,A正确;图乙中d曲线的膜面积减少,故表示的细胞结构是内质网,f曲线的膜面积先增大后减小,故表示高尔基体,B正确;图丙中用3H标记的亮氨酸做原料,所以研究方法是放射性同位素标记法,C错误;高尔基体与动物细胞分泌蛋白的合成有关,氨基酸是蛋白质合成的原料,因此在图丙中④上观察到3H标记的亮氨酸,表明可能有分泌蛋白合成,D正确。
放射性同位素示踪法在高中生物学中的应用
放射性同位素示踪法在高中生物学中的应用摘要】放射性同位素广泛应用于生物学的研究中，如对DNA是遗传物质、，DNA的半保留复制、基因诊断、矿质元素的运输。
C4植物光合途径、生长素的极性运输、分泌蛋白的合成与运输、光合作用、呼吸作用的原子转移的途径的研究。
【关键词】放射性同位素半保留复制 C4途径分泌蛋白基因诊断在生物学飞速发展的今天，离不开物理学和化学，我们可以这样说，物理学和化学的发展推动着生物学的发展。
如：光学显微镜、电子显微镜的应用，使我们对细胞的结构有了更进一步的认识。
各种物质的物质代谢更离不开化学，特别是化学中的同位素示踪法为研究生物的各种生命活动提供了更大的便利，下面是同位素示踪法在高中生物学中的应用实例。
一、同位素示踪法证明DNA是遗传物质在噬菌体浸染细菌的实验中，噬菌体只有两种物质：分别是DNA和蛋白质。
从组成元素上看，DNA含C、H、O、N、P，而蛋白质含C、H、O、N、S等。
且P主要存在于DNA中，而S主要存在于蛋白质外壳中，用35S、32P分别标记蛋白质和DNA,直接单独地去观察它们到底哪一种物质是遗传物质.实验过程和结果：二、研究DNA的半保留复制特点DNA的复制是全保留复制、半保留复制、还是弥散复制？我们可以用同位素示踪法进行研究。
我们把DNA用15N标记，然后提供14N的原料让其进行复制，在F1代、F2代、F3代的DNA分子中，含14N、15N的链到底有多少条？通过同位素示踪法非常清楚，即：即：DNA在第一次复制后，形成两个DNA分子，即四条链，两条链含15N，两条链含14N，进行第二次复制后，得到4个DNA分子，即八条链：其中含15N的两条，含14N的6条。
进行第三次复制后，得到八个DNA分子，即16条链，其中含15N的两条，14N的14条。
即不管DNA复制多少次，含15N的模板链只有2条，其余都是含14N的链。
若用密度梯度离心法进行离心，得到这样的结果。
所以，不论是用同位素示踪法研究DNA的复制，还是复制后进行密度梯度离心，都证明了DNA是半保留复制的。
同位素标记法
同位素标记法同位素标记法是生物学实验和研究中常用的技术方法，利用这项技术，生命科学打开了一扇扇智慧之门。
同位素标记法有哪些类型？如何真正理解这种方法呢？笔者结合教学体会，谈几点粗浅认识。
1. 同位素示踪技术中标记的同位素都有放射性吗？高中生物实验中涉及的同位素标记主要有3H、18O、14C、42K、131I、35S、32P、15N等，那么这些元素是否都具有放射性呢？其实不然！所谓同位素是指具有相同原子序数（即质子数相同，因而在元素周期表中的位置相同），但质量数不同，亦即中子数不同的一组核素。
如果某同位素能够自发地从原子核内部放出粒子或射线，同时释放出能量，称为放射性同位素。
如3H、14C、32P、35S、131I、42K等。
放射性同位素的原子核很不稳定，会不间断地、自发地放射出α射线或β射线或γ射线等，直至变成另一种稳定同位素。
也就是说同位素包括放射性同位素和稳定同位素，稳定同位素是指原子核结构稳定，不会发生衰变的同位素，如15N，18O等。
稳定同位素不具有放射性。
在生物实验中常用放射性同位素标记某一特定物质，然后用自显影技术、晶体闪烁计数器或液体闪烁计数器等射线测量、分析、记录仪器进行追踪的方法，称为放射性标记法，它是同位素标记法的一种。
测量方法的选择取决于射线种类。
在研究过程中使用稳定同位素（如15N，18O）标记，不能用自显影等技术来显现、追踪同位素去向，只能用测量分子质量或离心技术来区别同位素，通过质谱仪，气相层析仪，核磁共振等质量分析仪器来测定。
它虽然也是同位素标记法，但不能称为放射性标记法，鲁宾（S.Ruben）和卡门（M.Kamen）用18O分别标记H2O和CO2研究光合作用中释放的氧的来源的实验以及梅塞尔森（Meselson）用15N 标记亲代DNA验证DNA半保留复制的实验，都是属于这一类型。
但是，稳定性同位素作为示踪剂其灵敏度较低，可获得的种类少，价格较昂贵，其应用范围受到限制；而用放射性同位素作为示踪剂不仅灵敏度高，测量方法简便易行，能准确地定量，精确地定位及符合所研究对象的生理条件等特点，应用较为广泛。
同位素示踪法在高中生物中的应用归纳
同位素示踪法在高中生物中的应用归纳1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的方法。
常用的标记元素有：（1）14C:常用于标记CO2,葡萄糖，生长素等物质中的C，也可用与标记生长素的运输方向（2）18O：常用于标记光合作用和呼吸作用过程中的H2O,CO2，O2,葡萄糖等，（3）3H：经常用于标记核苷酸示踪DNA，RNA的分布（4）15N：常用于标记无机盐，示踪在自然界中的N循环，也可用来标记氨基酸等（5）32P:常用于标记核酸，标记含P的无机盐可示踪无机盐在植物体内的利用状况，也可用来标记DNA的复制情况（6）35S：标记蛋白质，在研究遗传的物质基础实验中标记噬菌体例11.陆生植物光合作用所需要的碳源，主要是空气中的C02，CO2主要是通过叶片气孔进入叶内。
陆生植物能不能通过根部获得碳源，且用于光合作用?请做出假设，且根据提供的实验材料，完成相关实验问题。
(1)假设为：。
(2)利用实验器材，补充相关实验步骤。
(3)方法和步骤：①；②；③对菜豆幼苗的光合作用产物进行检查。
结果预测和结论：。
该实验最可能的结果是，原因是。
答案 (1)陆生植物能通过根部获得碳源 (2)①把适量含有NaH14CO3，的营养液置于锥形瓶中，并选取生长正常的菜豆幼苗放入锥形瓶中②将上述装置放在温暖、阳光充足的地方培养③结果预测和结论：在光合作用产物中发现有14C，说明陆生植物能通过根部获得碳源，用于光合作用。
如果是在光合作用产物中没有发现14C，说明陆生植物不能通过根部获得碳源，用于光合作用。
最可能的结果和结论是：在光合作用产物中发现有14C，说明陆生植物能通过根部获得碳源，用于光合作用。
原因是陆生植物的根部可以吸收土壤中的CO2和碳酸盐，用于光合作用。
例2将植物细胞放在有3H标记的胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸存在的环境中，温育数小时。
然后收集细胞，粉碎并轻摇匀浆，进行分级离心以获得各种细胞结构。
放射性3H将主存在于（）A．核仁、质体和高尔基体 B．细胞核、核仁和溶酶体C．细胞核、核糖体和液泡 D．细胞核、线粒体和叶绿体例3 从某腺体的细胞中提取一些细胞器，放入含有14C氨基酸的培养液中，培养液中有这些细胞器完成其功能所需的物质和条件，连续取样测定标记的氨基酸在这些细胞器中的数量，下图中能正确描述的曲线是（）例4．用32P标记了水稻体细胞（含24条染色体）的DNA分子双链，再次这些细胞转入不含32P的培养基中培养，在第二次细胞分裂的中期、后期，一个细胞中的染色体总条数和被32P标记的染色体条数分别是（）A．中期24和12、后期48和12 B．中期24和12、后期48和24C．中期24和24、后期48和12 D．中期24和24、后期48和24 例5．用32P和35S分别标记噬菌体的DNA分子和蛋白质外壳，然后去侵染含31P与32S的细菌，待细菌解体后，子代噬菌体的DNA分子和蛋白质外壳（）A．少数含32P、大多数含31P和全部含32SB．只含31P和少数含32SC．少数含32P、大多数含31P和少数含35S、大多数含32SD．只含32P和大多数含35S。
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2.与荧光标记法的区别 (1)常用的荧光蛋白有绿色和红色两种：①绿色荧光蛋白(GFP)常用的是 来源于发光水母的一种功能独特的蛋白质，蓝光或近紫外光照射，发射 绿色荧光；②红色荧光蛋白来源于珊瑚虫，是一种与绿色荧光蛋白同源 的荧光蛋白，在紫外光的照射下可发射红色荧光。 (2)运用到荧光标记法的实验：①“细胞融合实验”：这一实验证明了细 胞膜的结构特点是具有一定的流动性；②“基因在染色体上的实验证 据”：通过现代分子生物学技术，运用荧光标记的手段，直接观察到某 一基因在染色体上的位置。
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【解析】蛋白质和DNA中都含有N，用15N标记的噬菌体并没有将蛋白质 和DNA分开，侵染未标记的大肠杆菌，探究控制生物性状的遗传物质时， 不能说明为DNA；胸腺嘧啶脱氧核苷酸只存在于DNA中，用15N或32P标 记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸，可研究有丝分裂过程中DNA的复制方式；用 3H标记的亮氨酸注射到豚鼠的胰腺腺泡细胞中，带标记的亮氨酸能参与 蛋白质的合成，故能研究分泌蛋白的合成、加工和分泌过程；H2O和 CO2是光合作用的原料，用18O标记H2O、14C标记CO2，可分别研究光合 作用中O2的来源和C的转移途径。
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【解析】1941年鲁宾和卡门用氧的同位素18O分别标记H2O和CO2，证明 光合作用释放的氧气来自水；20世40年代，美国科学家卡尔文利用14C标 记CO2，探明了CO2转化成有机物的途径，这一途径就是卡尔文循环； 噬菌体侵染细菌的实验中，分别用32P和35S标记噬菌体，跟踪进入细菌内 的化学物质是蛋白质还是DNA，从而证明DNA是遗传物质；生物学家研 究患者遗传家系推测红绿色盲的遗传方式，没有使用同位素示踪技术。
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同位素标记法和放射性同位素标记法
同位素标记法和放射性同位素标记法同位素标记，又称“稳定同位素标记”（Stable isotope labeling），是指在示踪或研究代谢变化和其相关性质时，将生物体中的元素或元素的有机化合物的常见的稳定同位素（如氢原子的氘和氚，氧原子的氘和氦，等）替换成其不稳定的同位素，以辅助检测目的而采用的一种技术手段。
它已经应用到很多生物谱学和生物供体对象，如植物，微生物，动物等都有相关研究和发展。
放射性同位素标记是利用放射性元素的标记，来判断生物体的营养代谢，研究血液循环路径等。
这种同位素标记技术可以提供极强的分析灵敏度、空间分辨率和时间分辨率，可以有效检测到蛋白质表达、变化，细胞内部分子的转运、移位，交换，代谢等例子。
两种同位素标记技术都被应用到各种生物谱学研究中，其中最常用的是以氢和氧同位素原子代替常规丰度的氢和氧原子作为重要的限量化物种提供了可能。
在研究活体的代谢场景中，同位素标记效果不错，可以有效的对物质的流动情况，及代谢过程进行调控，能更加清晰的把握有机体内代谢的输入输出路径，它也给未来供体的研究带来了新的可能性。
同位素标记技术与其他生物学技术能够实现精准的检测、采纳收集信息，从而实现对未来生物活体工程技术新型设备、新型材料、器官再工程等内容的研发得到应用。
可以采用放射性同位素标记技术从更深层次上来了解化合物及其他物质的表达、内部结构以及代谢途径，进而辅助揭示疾病的发生机制，指导治疗方案规划，形成普遍的规范模型，用以精准治疗等技术，为作物抗病和改良基因遗传起到极大的作用，同时也可以帮助营养和食品表达调控、传输、代谢等，辅助抗病和粮食质量安全检测，可最大程度延缓和消除人类和地球所面临的知识尚未探索的挑战和环境污染的危机的挑战。