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【摘要】《新課標(biāo)》高中生物涉及到的標(biāo)記技術(shù)主要是熒光標(biāo)記和放射性同位素標(biāo)記，這兩種標(biāo)記技術(shù)也是生物學(xué)研究上常用的方法之一，該領(lǐng)域許多重大發(fā)現(xiàn)的最終定論，以及對(duì)一些假說(shuō)的有力驗(yàn)證，都用到了標(biāo)記技術(shù)。熒光標(biāo)記技術(shù)和放射性同位素標(biāo)記技術(shù)在基因的定位、物質(zhì)代謝、物質(zhì)轉(zhuǎn)化、動(dòng)態(tài)平衡等方面都有廣泛應(yīng)用。本文綜述了兩種現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)在高中生物上的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】高中生物；熒光標(biāo)記；放射性同位素標(biāo)記

【Abstract】“NewStandard”highschoolbiologyinvolvedmainlyfluorescentmarkersandradioactivemarkers,thesetwomarkersisthemethodcommonlyusedinbiologicalresearch,oneofmanyimportantdiscoveriesinthefieldthefinalconclusion,aswellasanumberofhypothesesStrongauthentication,areusedinthemarkers.Fluorescentlabelingandradioisotopemarkersingenemapping,metabolism,materialtransformation,widelyusedinotheraspectsofhomeostasis.Inthispaper,twokindsofmodernmolecularbiologytechniquesinhighschoolbiologyontheapplication.

【Keywords】Highschoolbiology;fluorescentmarker;Radiolabeled

1.熒光標(biāo)記和放射性同位素標(biāo)記的原理

熒光標(biāo)記是利用自然的，或人工合成的能發(fā)熒光的物質(zhì)，如熒光素、熒光染料等標(biāo)記待測(cè)分子或位點(diǎn)。不同的熒光物質(zhì)可以發(fā)出不同顏色的熒光，跟蹤其特征熒光，用熒光顯示系統(tǒng)準(zhǔn)確定位被標(biāo)記物，并觀(guān)察其動(dòng)態(tài)過(guò)程。

生物學(xué)上經(jīng)常用到的放射性同位素有3H、18O、35S、32P、14C、15N等。用放射性同位素代替普通元素，不會(huì)影響其分子或化合物的化學(xué)性質(zhì)。利用放射性同位素不斷發(fā)出的特征射線(xiàn)，用放射自顯影、核探測(cè)器等放射性同位素示蹤技術(shù)來(lái)顯示、追蹤所標(biāo)記分子的變化及元素的代謝過(guò)程。

兩種標(biāo)記技術(shù)所用的標(biāo)記物不影響大分子的生物活性和代謝過(guò)程，具有操作性強(qiáng)、特異性強(qiáng)、目的性強(qiáng)等特點(diǎn)，成為現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)利器，被人們廣泛使用和信任。

2.熒光標(biāo)記在高中生物上的應(yīng)用

2.1細(xì)胞膜具有流動(dòng)性的研究。

1970年，科學(xué)家用發(fā)綠色熒光的染料標(biāo)記小鼠細(xì)胞表面的蛋白質(zhì)分子，用發(fā)紅色熒光的染料標(biāo)記人細(xì)胞表面的蛋白質(zhì)分子，將小鼠細(xì)胞和人細(xì)胞融合。這兩種細(xì)胞剛?cè)诤蠒r(shí)，融合細(xì)胞的一半發(fā)綠色熒光，另一半發(fā)紅色熒光。在37℃下經(jīng)過(guò)40min，兩種顏色的熒光均勻分布。這一實(shí)驗(yàn)，表明了細(xì)胞膜具有流動(dòng)性。

2.2端粒學(xué)說(shuō)。

每條染色體的兩端都有一段特殊序列的DNA，稱(chēng)為端粒?？茖W(xué)家用黃色熒光物質(zhì)標(biāo)記端粒，可以跟蹤端粒DNA在每次細(xì)胞分裂后的變化，以此研究端粒變化與細(xì)胞活動(dòng)的相關(guān)性。

2.3基因的定位。

現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)能夠用特定的分子，與染色體上的某一個(gè)基因結(jié)合，這個(gè)分子又能被帶有熒光標(biāo)記的物質(zhì)識(shí)別，通過(guò)熒光顯示，就可以知道基因在染色體上的位置。這個(gè)實(shí)驗(yàn)不但驗(yàn)證了美國(guó)遺傳學(xué)家薩頓的假說(shuō)，也支持美國(guó)生物學(xué)家摩爾根的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

2.4用基因芯片檢測(cè)樣品基因。

把待檢測(cè)的基因樣品用熒光物質(zhì)標(biāo)記，再與基因芯片上成千上萬(wàn)的DNA分子探針雜交，然后，通過(guò)熒光檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)芯片進(jìn)行掃描，再利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，對(duì)每一個(gè)探針上的熒光信號(hào)進(jìn)行比較和檢測(cè)，就可以迅速得出所需要的信息。

3.放射性同位素標(biāo)記在高中生物上的應(yīng)用

3.1分泌蛋白的合成和運(yùn)輸。

有些蛋白質(zhì)是在細(xì)胞內(nèi)合成后，分泌到細(xì)胞外起作用的，這類(lèi)蛋白質(zhì)叫分泌蛋白，如消化酶、抗體和一部分激素。

科學(xué)家在豚鼠的胰腺腺泡細(xì)胞中注射3H標(biāo)記的亮氨酸，3min后，被標(biāo)記的亮氨酸出現(xiàn)在附著有核糖體的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中；17min后，出現(xiàn)在高爾基體中；117min后，出現(xiàn)在靠近細(xì)胞膜內(nèi)側(cè)的運(yùn)輸?shù)鞍踪|(zhì)的囊泡中，以及釋放到細(xì)胞外的分泌物中。

示蹤3H，就能找到分泌蛋白的合成和運(yùn)輸?shù)耐緩健?/p>

3.2光合作用相關(guān)的研究。

光合作用的原料有水和二氧化碳，那么，光合作用釋放的氧氣到底是來(lái)自二氧化碳還是水?人們?cè)欢日J(rèn)為這些氧氣是來(lái)自同是氣體的二氧化碳。

1939年，美國(guó)科學(xué)家魯賓和卡門(mén)利用同位素標(biāo)記法進(jìn)行了探究。他們用氧的同位素18O分別標(biāo)記H2O和CO2，使它們分別成為H218O和C18O2。然后進(jìn)行兩組實(shí)驗(yàn)：第一組向植物提供H2O和C18O2；第二組向同種植物提供H218O和CO2。在其他條件都相同的情況下，分析了兩組實(shí)驗(yàn)釋放的氧氣。結(jié)果表明，第一組釋放的氧氣全部是O2；第二組釋放的氧氣全部是18O2.這一事實(shí)有力地證明光合作用釋放的氧氣來(lái)自水。

3.3光合作用產(chǎn)生有機(jī)物的合成途徑。

光合作用產(chǎn)生的有機(jī)物又是怎樣合成的呢？進(jìn)入20世紀(jì)40年代，科學(xué)家開(kāi)始利用放射性同位素14C做實(shí)驗(yàn)研究這一問(wèn)題。

美國(guó)科學(xué)家卡爾文等用小球藻做實(shí)驗(yàn)：用14C標(biāo)記的14CO2，供小球藻進(jìn)行光合作用，然后追蹤檢測(cè)其放射性，最終探明了C02中的碳在光合作用中轉(zhuǎn)化成有機(jī)物中碳的途徑，這一途徑稱(chēng)為卡爾文循環(huán)。

3.4噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)。

美國(guó)科學(xué)家艾弗里通過(guò)“肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)”，得出了不同于當(dāng)時(shí)大多數(shù)科學(xué)家觀(guān)點(diǎn)的結(jié)論：DNA才是使R型細(xì)菌產(chǎn)生穩(wěn)定遺傳變化的物質(zhì)。

艾弗里的實(shí)驗(yàn)引起了人們的注意，但是，由于艾弗里實(shí)驗(yàn)中提取出的DNA，純度最高時(shí)也還有0.02%的蛋白質(zhì)，因此，仍有人對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)論表示懷疑。

1952年，赫爾希和蔡斯以T2噬菌體為實(shí)驗(yàn)材料，利用放射性同位素標(biāo)記的新技術(shù)，完成了另一個(gè)更具說(shuō)服力的實(shí)驗(yàn)。

赫爾希和蔡斯首先在分別含有放射性同位素35S和放射性同位素32P的培養(yǎng)基中培養(yǎng)大腸桿菌，再用上述大腸桿菌培養(yǎng)T2噬菌體，得到DNA含有32P標(biāo)記或蛋白質(zhì)含有35S標(biāo)記的噬菌體。然后，用32P或35S標(biāo)記的T2噬菌體分別侵染未標(biāo)記的大腸桿菌，經(jīng)過(guò)短時(shí)間的保溫后，用攪拌機(jī)攪拌、離心。攪拌的目的是使吸附在細(xì)菌上的噬菌體與細(xì)菌分離，離心的目的是讓上清液中析出重量較輕的T2噬菌體顆粒，而離心管的沉淀物中留下被感染的大腸桿菌。離心后，檢查上清液和離心管中的放射性物質(zhì)發(fā)現(xiàn)：用35S標(biāo)記的一組實(shí)驗(yàn)，放射性同位素主要分布在試管的沉淀物中。