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标记技术在高中生物上的应用
2011-7-14 13:59 |  发布人: lxh1648 |  阅读: 2191 | 

        【摘要】《新课标》高中生物涉及到的标记技术主要是荧光标记和放射性同位素标记,这两种标记技术也是生物学研究上常用的方法之一,该领域许多重大发现的最终定论,以及对一些假说的有力验证,都用到了标记技术。荧光标记技术和放射性同位素标记技术在基因的定位、物质代谢、物质转化、动态平衡等方面都有广泛应用。本文综述了两种现代分子生物学技术在高中生物上的应用。?
  【关键词】高中生物;荧光标记;放射性同位素标记
   
  1.荧光标记和放射性同位素标记的原理
  荧光标记是利用自然的,或人工合成的能发荧光的物质,如荧光素、荧光染料等标记待测分子或位点。不同的荧光物质可以发出不同颜色的荧光,跟踪其特征荧光,用荧光显示系统准确定位被标记物,并观察其动态过程。?
  生物学上经常用到的放射性同位素有?3H、??18?O、??35?S、??32?P、??14?C、??15?N等。用放射性同位素代替普通元素,不会影响其分子或化合物的化学性质。利用放射性同位素不断发出的特征射线,用放射自显影、核探测器等放射性同位素示踪技术来显示、追踪所标记分子的变化及元素的代谢过程。?
  两种标记技术所用的标记物不影响大分子的生物活性和代谢过程,具有操作性强、特异性强、目的性强等特点,成为现代分子生物学技术利器,被人们广泛使用和信任。?
  2.荧光标记在高中生物上的应用?
  2.1 细胞膜具有流动性的研究。
  1970年,科学家用发绿色荧光的染料标记小鼠细胞表面的蛋白质分子,用发红色荧光的染料标记人细胞表面的蛋白质分子,将小鼠细胞和人细胞融合。这两种细胞刚融合时,融合细胞的一半发绿色荧光,另一半发红色荧光。在37℃下经过40min,两种颜色的荧光均匀分布。这一实验,表明了细胞膜具有流动性。?
  2.2 端粒学说。
  每条染色体的两端都有一段特殊序列的DNA,称为端粒。科学家用黄色荧光物质标记端粒,可以跟踪端粒DNA在每次细胞分裂后的变化,以此研究端粒变化与细胞活动的相关性。?
  2.3 基因的定位。
  现代分子生物学技术能够用特定的分子,与染色体上的某一个基因结合,这个分子又能被带有荧光标记的物质识别,通过荧光显示,就可以知道基因在染色体上的位置。这个实验不但验证了美国遗传学家萨顿的假说,也支持美国生物学家摩尔根的实验结果。?
  2.4 用基因芯片检测样品基因。
  把待检测的基因样品用荧光物质标记,再与基因芯片上成千上万的DNA分子探针杂交,然后,通过荧光检测系统对芯片进行扫描,再利用计算机系统,对每一个探针上的荧光信号进行比较和检测,就可以迅速得出所需要的信息。?
  3.放射性同位素标记在高中生物上的应用?
  3.1 分泌蛋白的合成和运输。
  有些蛋白质是在细胞内合成后,分泌到细胞外起作用的,这类蛋白质叫分泌蛋白,如消化酶、抗体和一部分激素。?
  科学家在豚鼠的胰腺腺泡细胞中注射?3H标记的亮氨酸,3 min后,被标记的亮氨酸出现在附着有核糖体的内质网中;17 min后,出现在高尔基体中;117 min后,出现在靠近细胞膜内侧的运输蛋白质的囊泡中,以及释放到细胞外的分泌物中。?
  示踪?3H,就能找到分泌蛋白的合成和运输的途径。?
  3.2 光合作用相关的研究。
  光合作用的原料有水和二氧化碳,那么,光合作用释放的氧气到底是来自二氧化碳还是水?人们曾一度认为这些氧气是来自同是气体的二氧化碳。?
  1939年,美国科学家鲁宾和卡门利用同位素标记法进行了探究。他们用氧的同位素??18?O分别标记H?2O和CO?2,使它们分别成为H?2??18?O和C??18?O?2。然后进行两组实验:第一组向植物提供H?2O和C??18?O?2;第二组向同种植物提供H?2??18?O和CO?2。在其他条件都相同的情况下,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是O?2;第二组释放的氧气全部是??18?O?2.这一事实有力地证明光合作用释放的氧气来自水。?
  3.3 光合作用产生有机物的合成途径。
  光合作用产生的有机物又是怎样合成的呢?进入20世纪40年代,科学家开始利用放射性同位素14C做实验研究这一问题。?
  美国科学家卡尔文等用小球藻做实验:用??14?C标记的??14?CO?2,供小球藻进行光合作用,然后追踪检测其放射性,最终探明了C0?2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径,这一途径称为卡尔文循环。?
  3.4 噬菌体侵染细菌的实验。
  美国科学家艾弗里通过“肺炎双球菌的转化实验”,得出了不同于当时大多数科学家观点的结论:DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。?
  艾弗里的实验引起了人们的注意,但是,由于艾弗里实验中提取出的DNA,纯度最高时也还有0.02%的蛋白质,因此,仍有人对实验结论表示怀疑。?
  1952年,赫尔希和蔡斯以T?2噬菌体为实验材料,利用放射性同位素标记的新技术,完成了另一个更具说服力的实验。?
  赫尔希和蔡斯首先在分别含有放射性同位素??35?S和放射性同位素??32?P的培养基中培养大肠杆菌,再用上述大肠杆菌培养T?2噬菌体,得到DNA含有??32?P标记或蛋白质含有??35?S标记的噬菌体。然后,用??32?P或??35?S标记的T?2噬菌体分别侵染未标记的大肠杆菌,经过短时间的保温后,用搅拌机搅拌、离心。搅拌的目的是使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离,离心的目的是让上清液中析出重量较轻的T?2噬菌体颗粒,而离心管的沉淀物中留下被感染的大肠杆菌。离心后,检查上清液和离心管中的放射性物质发现:用35S标记的一组实验,放射性同位素主要分布在试管的沉淀物中。?
 

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