生物学中的科学研究方法

生物学中的常用技术手段和科学研究方法

一、同位素标记法：

1、概念：（《必修1》102页）同位素用于追踪物质的过程。用示踪元素标记的化合物，化学性质。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做同位素标记法，也叫同位素示踪法。

2、应用：可用于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。

3、常用的示踪元素：如3H、14C、15N、18O、32P、（蛋白质的特征元素）等。

4、教材中用到同位素标记法的地方有——

①《必修1》48页“分泌蛋白的合成和运输”：用3H标记的亮氨酸研究分泌蛋白合成和分泌的整个过程。

问题1：分泌蛋白合成与分泌的整个过程以此经过的细胞器有哪些？整个过程蛋白质穿过了几层膜？

问题2：分泌蛋白合成与分泌的整个过程不仅体现细胞内的各种生物膜在结构上的联系，更体现了它们在上的联系。

问题3：常见的分泌蛋白有哪些？

②《必修1》102页“光合作用的探究历程”：

1939年美国科学家和利用同位素分别标记和，然后通过（对比？对照？）实验，证明了。

20世纪40年代，美国科学家卡尔文，用标记的，供小球藻进行光合作用，最终探明了碳在光合作用过程中的转移途径为，这一途径称为。

③《必修2》45页“噬菌体侵染细菌的实验”：1952年和分别用同位素和标记的噬菌体，通过实验证明了。

问题1：要证明DNA还是蛋白质是遗传物质，最关键的实验设计思路是什么？

问题2：如何用同位素标记噬菌体？实验中搅拌的目的是什么？

问题3：能说某种细胞生物的遗传物质主要是DNA吗？

④《必修2》52页“DNA半保留复制的实验证据”：1958年，科学家用同位素标记的（生物）为实验材料，运用同位素示踪技术，通过实验证实了DNA复制的方式是。

⑤《选修3》14页“DNA分子杂交技术”：用放射性同位素标记的进行目的基因的检测。

5、在生物学中，和同位素标记法类似的另一种方法是——荧光标记法。

教材中用到荧光标记法的地方有：①《必修1》66页“细胞融合实验”：这一实验很有力地证明了细胞膜的结构特点是。②《必修2》30页“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，可以很直观地观察到某一基因在染色体上的位置。③《选修3》81页最上小字：将带有遗传标记的ES细胞注入囊胚腔，通过组织化学染色，研究胚胎发育的过程。（这里用的不是荧光标记，但原理类似）

同位素标记法和荧光标记法的区别：同位素标记法通常采用放射性同位素标记物质中的分子原子，荧光标记法通常是借助荧光分子来标记蛋白质。一个是元素标记，另一个是分子标记。

二、差速离心法——分离各种细胞器的方法：（《必修1》44页）

仪器：

原理：

三、分子杂交技术：

1、概念：根据某些物质分子之间特异性识别和结合的性质，利用已有的物质分子对未知物质分子进行检测的技术。

2、分类及应用：《选修3》14页

①DNA分子杂交技术：原理是，探针由组成，检测对象需要。

应用：在基因工程中可用此方法检测。

②DNA——RNA分子杂交技术：（原理及过程同上）

应用：在基因工程中可用此方法检测。

③抗原——抗体杂交技术：原理——抗原抗体的特异性识别。

应用：在基因工程中可用此方法检测。

在单克隆抗体制备过程中，要需对杂交瘤细胞进行检验，其实就是此技术。

四、类比推理：（《必修2》28页）

1、概念：根据两个对象之间有某些性质相同，从而推测它们的其他性质也相同的方法。

2、注意：类比推理得出的结论并不具有逻辑的必然性，其正确与否，还需要。

3、教材应用：

①萨顿假说：根据基因和染色体之间存在着，提出假说。其具体依据有哪些？

②《必修2》30页“技能训练”：通过类比推理推测基因和DNA的关系：。

③《必修1》12页“细胞学说的建立第3”：施莱登首先提出细胞是构成植物体的基本单位，并把研究结果告诉了施旺，施旺通过类比提出，动物体的基本单位也是细胞。

五、假说演绎法：

1、概念：是指在观察和分析基础上提出问题以后，通过推理和想象提出解释问题的假说，根据假说进行演绎推理，再通过实验检验演绎推理的结论。（《必修2》7页）

2、一般过程：→→演绎推理→实验检验

3、应用：（全在《必修2》相应地方）

特别提醒：孟德尔两对相对性状的研究过程又是怎样的呢？（《必修2》9——11页）

②基因与染色体的关系的探究历程。

从萨顿提出“基因在染色体上的假说”到摩尔根通过实验验证这个假说，整个过程体现了“假说—演绎”的

应用。同时，纵观摩尔根的整个实验过程，从他发现果蝇中出现一只白眼雄蝇到提出“控制白眼性状的基因位于X染色体上”到最后通过实验证明，也是“假说演绎”的经典应用。

③DNA复制方式的提出与证实，以及整个中心法则的提出与证实，都是“假说一演绎法”的案例。

沃森和克里克在发表DNA分子双螺旋结构的那篇著名的论文后，立即又提出了遗传物质进行复制的一种可能机理：DNA分子复制时，双螺旋解开，解开的两条单链分别作为模板，根据碱基互补配对原则形成新链，因而每个新的DNA分子中都保留了原来DNA分子的一条链。这种复制方式被称为半保留复制。以后，科学家通过实验证实了DNA的确是以半保留方式复制的。

④遗传密码的破译。

自提出DNA双螺旋结构模型后，科学家就围绕遗传密码的破译开展了一系列探索。提出了3个碱基编码1个氨基酸的设想。克里克和他的同事通过大量的实验，以T4 噬菌体为材料，研究其中某个基因的碱基的增加或减少对其所编码的蛋白质的影响，结果证明了只可能是遗传密码中的3个碱基编码1个氨基酸。后经两位年轻的美国生物学家尼伦伯格和马太转换设计思路，巧妙设计实验，成功地破译了第1个遗传密码。在此后的六七年中，科学家破译了全部的遗传密码，并编制出了密码子表。

六、模型建构：

1、概念：模型是人们为了某种特定的目的而对认识对象所作的一种简化的、概括性的描述,这种描述可以是定性的,也可以是定量的;有的借助于具体的实物或其他形象化的手段,有的则通过抽象的形式来表达。（《必修1》54页）

所谓建模,就是要寻找变量之间的关系,构建模型,然后依据模型进行推导、计算,做出预测、结论等。

2、类型：模型一般可分为物理模型、数学模型和概念模型等。

①物理模型：是形式直观地表达认识对象的特征。如，人工制作或绘制的DNA分子双螺旋结构模型、真核细胞三维结构模型等。

②数学模型：指的是用来描述系统或它的性质和本质的一系列。数学模型常见的表现形式有两种，分别是和，其中前者更为直观，后者更为。如，种群数量的变化曲线等。

▲复习《必修3》65——67页如下内容——

△建立数学模型的一般步骤：观察研究对象，→提出→根据实验数据，用

对事物的性质进行表达→通过进一步，对模型进行。

△“J”型增长曲线的模型假设是。

△在自然条件下，为什么种群数量增长到一定阶段就会停止？（67页最上面）

③概念模型：就是以概念图的形式直观地体现概念之间的关系。

它是一种以网络图的形式,用联系词把概念之间有意义的联系表示出来的图形,由概念、连线和联系词组成。联系词和概念能表达一句话或一个观点。概念图标注了概念间的具体联系,反映了具体事物与知识结构整体之间的关系以及具体事物、具体概念在结构中的位置和作用,促进了对知识结构的理解。

▲建议复习：将三本必修教材每章最后的《自我检测》中出现的所有概念图，再复习一遍。▲▲▲

▲特别提醒：概念图不仅是我们学习的内容，也是一种非常好的提高我们学习效率的学习方法。

七、调查法：

1、概念：调查是科学探究常用的方法之一。我国的森林资源每五年清查一次，这就是调查。人口普查也是调查。调查时首先要明确调查目的和调查对象，制订合理的调查方案。有时因为调查的范围很大，不可能逐个调查，就要选取一部分调查对象作为样本，即抽样调查。调查过程中要如实记录。对调查的结果要进行整理和分析，有时要用数学方法进行统计。

2、教材应用：

①调查种群密度的方法有：样方法和，其中后者主要适用于活动能力强，活动范围大的动物，如果第一次被标记的动物放生后，有些标记物脱落，最后计算出的种群密度比实际值偏。

▲关于样方法：（复习《必修3》60——61页相关内容）

如果调查双子叶植物的种群密度，样方的大小一般以为宜。取样的关键是要做到，不能渗入。如果总体范围为长方形时，应该用方法取样。