同位素示蹤實驗專題復習

伊麗萍

摘要：從同位素標記類型、標記劑給入途徑和同位素檢測方法3個角度對高中階段涉及到同位素示蹤實驗的內(nèi)容進行歸類復習，再通過例題的解題指導，不僅可以有效提高學生應試能力，同時實驗能力和核心素養(yǎng)等都得到有效培養(yǎng)。

關鍵詞：高中;生物;同位素示蹤法;專題復習

同位素標記法（isotopic tracer method）是利用物理性質(zhì)特殊的同位素來標記化學反應中原子的去向[1]。同位素標記可用于示蹤物質(zhì)的運行和變化規(guī)律，通過追蹤同位素標記的化合物，可以弄清楚化學反應的詳細過程[2]。因此，倍受生物科學家熱捧。同時，近幾年高考試題中幾乎都會出現(xiàn)關于同位素示蹤法的題目，因此，在高三二輪復習階段，以同位素示蹤實驗作為一專題進行歸類整合復習，對于學生理解基礎知識、分析和解決問題能力的提高是大有裨益的。

1 高中生物涉及到“同位素示蹤實驗”的內(nèi)容

高中階段涉及到同位素示蹤實驗除了普通高中生物教科書（以人民教育出版社2004版為例）中明顯指出用同位素示蹤方法研究的顯性經(jīng)典實驗外，還有以教材知識為設計題材的同位素示蹤法實驗以及平常練習中常見的同位素示蹤實驗題，稱為“隱性實驗”。現(xiàn)在將這兩類同位素示蹤實驗加以歸納整合（見表1）

2 同位素標記實驗歸類復習

2.1從同位素標記類型角度進行歸類復習

第一種標記某元素，追蹤該元素轉(zhuǎn)移過程。例如研究光合作用中氧氣的來源的實驗中魯賓和卡門分別用18O標記H218O和C18O2追蹤18O的轉(zhuǎn)移途徑;美國生物學家卡爾文等用單細胞的小球藻研究做實驗研究光合作用中用14C標記CO2追蹤碳轉(zhuǎn)化為有機物的過程。

第二種標記某化合物的特征元素，探究該化合物的生理作用。例如T2噬菌體侵染細菌實驗中，分別將DNA特征元素P和蛋白質(zhì)的特征元素S用同位素加以標記進行實驗得出DNA是遺傳物質(zhì)的結論。

第三種標記某化合物的特征基團，探究詳細某個生理過程。同位素不僅可標記元素，也可標記化學基團。例如用3H標記的胸腺嘧啶脫氧核苷（3H-TdR），探究DNA復制過程。

2.2從標記劑給入途徑角度進行歸類復習

同位素標記的方法主要有化學標記法和代謝性標記法兩種。前者是利用化學反應方法在所需化合物的特殊位點引入同位素標簽，適用于體外實驗制備同位素標記的化合物，例如制備3H標記亮氨酸。后者借助生物新陳代謝過程，用經(jīng)同位素標記的化合物取代體內(nèi)未標記的化合物。例如用含15N氨基酸的培養(yǎng)基培養(yǎng)細胞，培養(yǎng)若干代后，蛋白質(zhì)將完全被同位素標記。若要對病毒內(nèi)物質(zhì)進行標記，需采用間接代謝性標記法。先用含同位素標記物的培養(yǎng)基培養(yǎng)宿主細胞，再用待標記的病毒侵染宿主細胞，如T2噬菌體侵染細菌實驗中獲得標記噬菌體[3]。

2.3從同位素檢測方法角度進行歸類復習

同位素分為兩類，放射性同位素和穩(wěn)定性同位素。高中生物常見的3H、14C、32P、35S為放射性同位素，其檢測可用自顯影技術或液體閃爍計數(shù)器等射線測量、分析、記錄儀器進行;穩(wěn)定性同位素不具放射性[4]，例如15N，18O，可用測量分子質(zhì)量或離心技術，如魯賓和卡門的實驗、梅塞爾森用15N標記親代DNA驗證DNA半保留復制的實驗。

3 同位素示蹤法相關試題的解題指導

根據(jù)同位素示蹤技術操作過程特點，同位素示蹤實驗題的審答思維可以用圖1流程圖表示。首先，分析所要標記化合物的化學結構特點，找出其特征元素或特征化學基團;其次，思考標記劑給入的方法;最后，檢測標記情況。有時可能還需要放射性去污染和放射性廢物處理。

【原題再現(xiàn)】（2017年全國新課標Ⅰ卷，T29）根據(jù)遺傳物質(zhì)的化學組成，可將病毒分為RNA病毒和DNA病毒兩種類型，有些病毒對人類健康會造成很大危害，通常，一種新病毒出現(xiàn)后需要確定該病毒的類型。

假設在宿主細胞內(nèi)不發(fā)生堿基之間的相互轉(zhuǎn)換，請利用放射性同位素標記的方法，以體外培養(yǎng)的宿主細胞等為材料，設計實驗以確定一種新病毒的類型，簡要寫出（1）實驗思路，（2）預期實驗結果及結論即可。（要求：實驗包含可相互印證的甲、乙兩個組）

【審答思維】本題審答思維過程如圖2：

根據(jù)同位素示蹤技術操作過程特點，同位素示蹤實驗題的審答思維可以圖2流程圖表示。首先，分析所要標記化合物的化學結構特點，找出其特征元素或特征化學基團;其次，思考標記劑給入的方法;最后，檢測標記情況。有時可能還需要放射性去污染和放射性廢物處理。

同位素示蹤實驗側(cè)重考查同位素示蹤技術的應用，考查考生應用技術設計實驗解決實際問題的科學探究能力。通過答題反饋，教師可在引導學生整理同位素示蹤實驗在高中生物實驗的實例過程中進行歸納分析，形成同位素示蹤實驗設計的一般思路，提高實驗探究能力。

通過同位素示蹤實驗歸納、同位素示蹤實驗歸類和同位素示蹤實驗題解題指導三個步驟對同位素示蹤法內(nèi)容進行專題復習，既能拓展學生知識、開闊視野，又能提高學生分析問題、解決問題和實驗技能。同時，學生的生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任等學科素養(yǎng)有一定的提高。

參考文獻：

[1]朱正威，趙占良.普通高中課程標準實驗教科書·生物·必修1分子與細胞[M].北京：人民教育出版社，2007：102.

[2]陳舜華，李藻發(fā)，劉振聲等.核技術生物學應用[M].廣州：中山大學出版社，1992：197-198

[3] 張淑銘，林穎韜，俞如旺.漫話同位素示蹤法[J].生物學教學，2018，43（12）：60-62.

[4] 吳平華.放射性同位素示蹤技術在生物學中的應用[J].生物學教學，2013，38（8）：70-71.