高中生物如何运用标记技术

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【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

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

【Keywords】Highschoolbiology;fluorescentmarker;Radiolabeled

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、18O、35S、32P、14C、15N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，3min后，被标记的亮氨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18O分别标记H2O和CO2，使它们分别成为H218O和C18O2。然后进行两组实验：第一组向植物提供H2O和C18O2；第二组向同种植物提供H218O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18O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14C标记的14CO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35S和放射性同位素32P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32P标记或蛋白质含有35S标记的噬菌体。然后，用32P或35S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。