高中生物如何運用標記技術

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【摘要】《新課標》高中生物涉及到的標記技術主要是熒光標記和放射性同位素標記，這兩種標記技術也是生物學研究上常用的方法之一，該領域許多重大發現的最終定論，以及對一些假說的有力驗證，都用到了標記技術。熒光標記技術和放射性同位素標記技術在基因的定位、物質代謝、物質轉化、動態平衡等方面都有廣泛應用。本文綜述了兩種現代分子生物學技術在高中生物上的應用。

【關鍵詞】高中生物；熒光標記；放射性同位素標記

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

【Keywords】Highschoolbiology;fluorescentmarker;Radiolabeled

1.熒光標記和放射性同位素標記的原理

熒光標記是利用自然的，或人工合成的能發熒光的物質，如熒光素、熒光染料等標記待測分子或位點。不同的熒光物質可以發出不同顏色的熒光，跟蹤其特征熒光，用熒光顯示系統準確定位被標記物，并觀察其動態過程。

生物學上經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，不會影響其分子或化合物的化學性質。利用放射性同位素不斷發出的特征射線，用放射自顯影、核探測器等放射性同位素示蹤技術來顯示、追蹤所標記分子的變化及元素的代謝過程。

兩種標記技術所用的標記物不影響大分子的生物活性和代謝過程，具有操作性強、特異性強、目的性強等特點，成為現代分子生物學技術利器，被人們廣泛使用和信任。

2.熒光標記在高中生物上的應用

2.1細胞膜具有流動性的研究。

1970年，科學家用發綠色熒光的染料標記小鼠細胞表面的蛋白質分子，用發紅色熒光的染料標記人細胞表面的蛋白質分子，將小鼠細胞和人細胞融合。這兩種細胞剛融合時，融合細胞的一半發綠色熒光，另一半發紅色熒光。在37℃下經過40min，兩種顏色的熒光均勻分布。這一實驗，表明了細胞膜具有流動性。

2.2端粒學說。

每條染色體的兩端都有一段特殊序列的DNA，稱為端粒。科學家用黃色熒光物質標記端粒，可以跟蹤端粒DNA在每次細胞分裂后的變化，以此研究端粒變化與細胞活動的相關性。

2.3基因的定位。

現代分子生物學技術能夠用特定的分子，與染色體上的某一個基因結合，這個分子又能被帶有熒光標記的物質識別，通過熒光顯示，就可以知道基因在染色體上的位置。這個實驗不但驗證了美國遺傳學家薩頓的假說，也支持美國生物學家摩爾根的實驗結果。

2.4用基因芯片檢測樣品基因。

把待檢測的基因樣品用熒光物質標記，再與基因芯片上成千上萬的DNA分子探針雜交，然后，通過熒光檢測系統對芯片進行掃描，再利用計算機系統，對每一個探針上的熒光信號進行比較和檢測，就可以迅速得出所需要的信息。

3.放射性同位素標記在高中生物上的應用

3.1分泌蛋白的合成和運輸。

有些蛋白質是在細胞內合成后，分泌到細胞外起作用的，這類蛋白質叫分泌蛋白，如消化酶、抗體和一部分激素。

科學家在豚鼠的胰腺腺泡細胞中注射3H標記的亮氨酸，3min后，被標記的亮氨酸出現在附著有核糖體的內質網中；17min后，出現在高爾基體中；117min后，出現在靠近細胞膜內側的運輸蛋白質的囊泡中，以及釋放到細胞外的分泌物中。

示蹤3H，就能找到分泌蛋白的合成和運輸的途徑。

3.2光合作用相關的研究。

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自二氧化碳還是水?人們曾一度認為這些氧氣是來自同是氣體的二氧化碳。

1939年，美國科學家魯賓和卡門利用同位素標記法進行了探究。他們用氧的同位素18O分別標記H2O和CO2，使它們分別成為H218O和C18O2。然后進行兩組實驗：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，分析了兩組實驗釋放的氧氣。結果表明，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.這一事實有力地證明光合作用釋放的氧氣來自水。

3.3光合作用產生有機物的合成途徑。

光合作用產生的有機物又是怎樣合成的呢？進入20世紀40年代，科學家開始利用放射性同位素14C做實驗研究這一問題。

美國科學家卡爾文等用小球藻做實驗：用14C標記的14CO2，供小球藻進行光合作用，然后追蹤檢測其放射性，最終探明了C02中的碳在光合作用中轉化成有機物中碳的途徑，這一途徑稱為卡爾文循環。

3.4噬菌體侵染細菌的實驗。

美國科學家艾弗里通過“肺炎雙球菌的轉化實驗”，得出了不同于當時大多數科學家觀點的結論：DNA才是使R型細菌產生穩定遺傳變化的物質。

艾弗里的實驗引起了人們的注意，但是，由于艾弗里實驗中提取出的DNA，純度最高時也還有0.02%的蛋白質，因此，仍有人對實驗結論表示懷疑。

1952年，赫爾希和蔡斯以T2噬菌體為實驗材料，利用放射性同位素標記的新技術，完成了另一個更具說服力的實驗。

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的培養基中培養大腸桿菌，再用上述大腸桿菌培養T2噬菌體，得到DNA含有32P標記或蛋白質含有35S標記的噬菌體。然后，用32P或35S標記的T2噬菌體分別侵染未標記的大腸桿菌，經過短時間的保溫后，用攪拌機攪拌、離心。攪拌的目的是使吸附在細菌上的噬菌體與細菌分離，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發現：用35S標記的一組實驗，放射性同位素主要分布在試管的沉淀物中。