同位素标记法专题说课材料

“同位素标记法”的总结利用放射性同位素不断地放出特征射线的核物理性质，就可以检测和追踪它在体内或体外的位置、数量及其转变等。

同位素标记在工业、农业生产、日常生活和科学科研等方面都有着极其广泛的应用。

在生物学领域可用来测定生物化石的年代，也可利用其射线进行诱变育种、防治病虫害和临床治癌，还可利用其射线作为示踪原子来研究细胞内的元素或化合物的来源、组成、分布和去向等，进而了解细胞的结构和功能、化学物质的变化、反应机理。

高中生物教材中的实验（或内容）和相关习题中许多知识都涉及同位素标记法的应用。

下面我就相关内容通过有关例题进行归纳阐述，以便大家对这项技术有一个深刻的体会，并学会同位素标记的应用。

一、氢（3H）例1：科学家用含3H标记的亮氨酸的培养液培养豚鼠的胰腺腺泡细胞，下表为在腺泡细胞几种结构中最早检测到放射性的时间表。

下列叙述中正确的是（）A．形成分泌蛋白的多肽最早在内质网内合成B．高尔基体膜向内与内质网膜相连，向外与细胞膜相连C．高尔基体具有转运分泌蛋白的作用D．靠近细胞膜的囊泡可由高尔基体形成解析：分泌蛋白的多肽最早在核糖体上合成，高尔基体并不直接和内质网与细胞膜相连，而是通过囊泡间接连接。

答案：CD。

知识盘点：1.科学家在研究分泌蛋白的合成和分泌时，曾经做过这样一个实验：他们在豚鼠的胰脏腺泡细胞中注射3H标记的亮氨酸，3min后，被标记的氨基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小泡中，以及释放到细胞外的分泌物中。

这个实验说明分泌蛋白在附着于内质网上的核糖体中合成之后，是按照内质网→高尔基体→细胞膜的方向运输的，从而证明了细胞内的各种生物膜在功能上是紧密联系的。

2．研究肝脏细胞中胆固醇的来源时，用3H—胆固醇作静脉注射的示踪实验，结果放射性大部分进入肝脏，再出现在粪便中。

3．用3H标记的尿苷或胸腺嘧啶可用来检测转录或复制。

[实验微课5] 聚焦“同位素标记法”1.相关原理同位素标记法是利用放射性同位素作为示踪剂对研究对象进行标记的微量分析方法,生物学上经常使用的同位素是组成原生质的主要元素,即H、N、C、S、P和O等的同位素,正确选取上述相关元素用同位素加以标记,让它们一起运动、迁移,再用放射性探测仪器进行追踪,就可知道放射性原子通过什么路径、运动到哪里以及分布如何。

2.实例分析研究方向标记元素或物质结果分析分泌蛋白的合成和分泌一次性给予3H标记的某一氨基酸如亮氨酸放射性不同时间依次出现的细胞结构:核糖体→内质网→高尔基体→细胞膜光合作用中某些物质的变化过程18O标记水(H218O) 生成的氧气(18O2)全部有放射性18O标记二氧化碳(C18O2)生成的葡萄糖(C6H1218O6)、部分水(H218O)有放射性,氧气(O2)无放射性18O、14C标记二氧化碳(14C18O2)生成的三碳化合物(14C3)、葡萄糖(14C6H1218O6)、水(H218O)均有放射性细胞呼吸过程中某些物质的变化过程18O标记氧气(18O2)生成的水(H218O)均有放射性,二氧化碳(CO2)均无放射性,即18O2→H218O18O标记葡萄糖(C6H1218O6)生成的水(H2O)均无放射性,生成的二氧化碳(C18O2)均有放射性,即C6H1218O6→C18O2有丝分裂过程3H标记胸腺嘧啶确定DNA合成期的起始点和持续时间32P和35S分别标记核苷酸和氨基酸确定分裂间期DNA复制、蛋白质合成噬菌体侵染细菌的实验35S和32P分别标记噬菌体的蛋白质外壳和DNA根据上清液或沉淀物中的放射性来“区别”蛋白质、DNA在进入细胞并产生子代中的作用DNA复制方式15N标记DNA双链(原料为14N) 复制1次后离心,均为中带(15N/14N)为半保留复制;1/2重带(15N/15N)、1/2轻带(14N/14N)为全保留复制基因的转录和翻译标记尿嘧啶核糖核苷酸(RNA的特征碱基依据放射性位置确定转录、翻译的场所为U)、氨基酸1.(2019黑龙江哈尔滨月考)为了研究酵母菌细胞内蛋白质的合成,研究人员在其培养基中添加3H标记的亮氨酸后,测得与合成和分泌乳蛋白相关的一些细胞器上放射性强度的变化曲线如图甲,有关的生物膜面积变化如图乙,其相关结构关系如图丙,则下列有关说法不正确的是( )A.图甲中a、b、c依次为核糖体、内质网和高尔基体B.图乙中d曲线表示的细胞结构是内质网,f曲线是高尔基体C.图丙中用3H标记的亮氨酸做原料,所以研究方法是荧光标记法D.能在图丙中④上观察到3H标记表明可能有分泌蛋白合成1.答案 C 甲图中a曲线所指的细胞结构是核糖体,b曲线所指的细胞结构是内质网,c曲线所指的细胞结构是高尔基体,A正确;图乙中d曲线的膜面积减少,故表示的细胞结构是内质网,f曲线的膜面积先增大后减小,故表示高尔基体,B正确;图丙中用3H标记的亮氨酸做原料,所以研究方法是放射性同位素标记法,C错误;高尔基体与动物细胞分泌蛋白的合成有关,氨基酸是蛋白质合成的原料,因此在图丙中④上观察到3H标记的亮氨酸,表明可能有分泌蛋白合成,D正确。

【生物】同位素标记法应用例析（一）放射性同位素自被发现以来，人类很快在将其作为标记物应用于物学研究，为探究生命过程的奥秘起了非常重要的作用。

放射性同位素用于追踪物质运行和变化过程时，叫示踪元素。

用示踪元素标记的化合物，其化学性质不变。

人们可以根据这种化合物的放射性，对有关的一系列化学反应进行追踪。

这种科学研究方法叫做同位素标记法。

现结合必修1《分子与细胞》中所学的知识，就放射性同位素的应用原理及例析归纳如下：1.研究蛋白质或核酸合成的原料及过程原理：把具有放射性的原子掺到合成蛋白质或核酸的原料（氨基酸或核苷酸）中，让它们一起运动、迁移，再用放射性探测仪器进行追踪，就可知道放射性原子通过什么路径、运动到哪里以及分布如何。

典例1 愈伤组织细胞在一种包含所有必需物质的培养基中培养了几个小时，其中一种化合物具有放射性(3H标记)。

当这些细胞被固定后进行显微镜检，利用放射性自显影技术发现放射性集中于细胞核、线粒体和叶绿体。

可以有理由肯定被标记的化合物是A.一种氨基酸B.尿嘧啶核苷C.胸腺嘧啶脱氧核苷酸D.葡萄糖解析细胞中的DNA只存在于细胞核、线粒体和叶绿体中，而胸腺嘧啶脱氧核苷酸是构成DNA的基本结构单位之一。

答案：C2.研究分泌蛋白的合成和分泌原理：研究细胞器在分泌蛋白合成中的作用时，标记某一氨基酸如亮氨酸的3H，在一次性给予放射性标记的氨基酸的前提下，通过观察细胞中放射性物质在不同时间出现的位置，就可以明确地看出细胞器在分泌蛋白合成和运输中的作用。

研究手段：观察放射性在不同细胞器中出现的时间，来观察不同细胞器在分泌蛋白中的作用。

典例2 （多选）科学家用含3H标记的亮氨酸培养豚鼠的胰腺腺泡细胞，下表为在腺泡细胞几种结构中最早检测到放射性的时间表。

下列叙述中正确的是细胞结构附有核糖体的内质网高尔基体靠近细胞膜的囊泡时间/min 3 17 117A．形成分泌蛋白的多肽最早在内质网内合成B．高尔基体膜向内与内质网膜相连，向外与细胞膜相连C．高尔基体具有转运分泌蛋白的作用D．靠近细胞膜的囊泡可由高尔基体形成解析本题考查分泌蛋白的合成和分泌过程。

同位素标记法专题复习同位素示踪法是利用放射性元素作为示踪剂对研究对象进行标记的微量分析方法。

一、同位素示踪法基本原理和特点:同位素示踪所利用的放射性核素（或稳定性核素）及它们的化合物，与自然界存在的相应普通元素及其化合物之间的化学性质和生物学性质是相同的，只是具有不同的物理性质。

因此，可用同位素作为一种标记，制成含有同位素的标记化合物（如标记食物，药物和代谢物质等）代替相应的非标记化合物。

利用放射性同位素不断地放出特征射线的核物理性质，就可以用核探测器随时追踪它在体内或体外的位置、数量及其转变等，稳定性同位素虽然不释放射线，但可以利用它与普通相应同位素的质量之差，通过质谱仪，气相层析仪，核磁共振等质量分析仪器来测定。

放射性同位素作为示踪剂不仅灵敏度，测量方法简便易行，能准确地定量，准确地定位及符合所研究对象的生理条件等特点：二 、教材中同位素标记法应用:1、判断光合作用和呼吸作用过程中原子转移途径；2、判断细胞的结构和功能；3、判断物质在植物体内运输途径；4、测定物质代谢过程中元素转移途径；5、证明DNA 的复制方式；6、证明DNA 是遗传物质；7、判断动物胚胎发育过程中的元素的转移；8、判断矿质代谢中矿质元素在植物体内的分布与利用；三、教材中同位素标记法运用事例及放射性元素在试题中应用归类：用放射性元素标记的化合物，化学性质不改变。

根据这种化合物的性质，对有关的一系列化学反应进行追踪，即同位素标记法。

广泛应用于生物实验中。

如教材中探究光合作用释放的氧气全部来自水，分泌蛋白的形成途径，C 4植物光合作用途径，噬菌体浸染细菌实验等。

这种方法在试题中也广泛的应用，通常涉及到14C 、35S （或32S ）、18O 、3H 、32P （或31P ）、15N 等。

下面就这些标记的元素进行归类：1、 14C【例1】 光照下，供给玉米离体叶片少量的14CO 2，随着光合作用时间的延续，在光合作用固定CO 2形成的C 3化合物和C 4化合物中，14C 含量变化示意图正确的是( )【例2】 某科学家用含有同位素14C 的CO 2来追踪光合作用中C 原子，其转移的途径是（ ）A CO 2→叶绿素→ATPB CO 2→C 5→C 6H 12O 6C CO 2→C 3→C 6H 12O 6D CO 2→C 2H 5OH →C 6H 12O 6 2 18O【例3】 用含18O 的葡萄糖进行有氧呼吸，其过程中18O 转移的途径是（ ）A 葡萄糖→丙酮酸→水B 葡萄糖→丙酮酸→氧气C 葡萄糖→氧气→水D 葡萄糖→丙酮酸→二氧化碳【例4】 把一盆绿色植物放在密封的容器中，供给18O 2，让它进行呼吸作用和光合作用。

再谈同位素标记在高中生物学中的应用生物组潘俊霞2010年江苏省卷生物试题单科第28题考了一道关于有丝分裂的题。

细胞周期包括分裂间期（分为G1期、S期和G2期）和分裂期（M期）。

下图标注了甲动物（体细胞染色体数为12）肠上皮细胞的细胞周期各阶段的时长及DNA含量。

请回答下列问题：（1）若用含放射性同位素的胸苷（DNA复制的原料之一）短期培养甲动物上皮细胞后，处于S期的细胞都会被标记。

洗脱含放射性同位素的胸苷，用无放射性的新鲜培养液培养，定期检测。

预计最快约h后会检测到被标记的细胞。

（G2期时长：2.2h）（2）从被标记M期细胞开始出现到其所占M期细胞总数的比例达到最大值时，所经历的时间为期的时间。

（M期：1.8h）上述题中用的是同位素标记方法来检测时间的长短，下面再谈一下同位素（或同位素示踪技术）在高中生物学的应用。

同位素示踪技术是研究生物学实验的一项重要技术。

同位素示踪技术实验的创建者是Hevesy.Hevesy于1923年首先用天然放射性212Pb研究铅盐在豆科植物体的分布和转移。

同位素示踪所利用的放射性核素（或稳定性核素）及它们的化合物，与自然界存在的普遍元素及其化合物的化学性质和生物学性质是相同的，只是具有不同的核物理性质。

利用放射性同位素不断放出特征射性的核物理性质，就可以用核探测器追踪它在体内或体外的位置、数量及其转变。

稳定性同位素虽不释放射性，但可以利用它与普通相应同位素的质量之间，用一定的仪器也可以测定。

在高中生物所涉及的实验中上述两种同位素都有用到。

1、用放射性同位素3H标识亮氨酸研究蛋白质的合成过程。

新课标（人教版）必修1在资料分析中介绍了科学家研究蛋白质的合成过程。

帕拉德及其同事把用放射性同位素3H标记的亮氨酸注入到豚鼠的胰腺腺泡细胞中，发现3min后被3H标记的亮氨酸出现在内质网中；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，以及释放剂细胞外的分泌物中，由此可以看出，分泌蛋白最先由内质网上的核糖体形成，然后转移到内质网加工，再通过出芽方式形成囊泡，到高尔基体进一步加工，最后通过细胞膜的胞吐作用运输到细胞外。

同位素标记法专题高三生物同位素标记法专题复习同位素示踪法是利用放射性元素作为示踪剂对研究对象进行标记的微量分析方法，研究细胞内的元素或化合物的来源、组成、分布和去向等，进而了解细胞的结构和功能、化学物质的变化、反应机理等。

用于示踪技术的放射性同位素一般是用于构成细胞化合物的重要元素。

如3H、14C、15N、18O、32P、35S等。

1．放射性同位素示踪法是生物学研究过程中常采用的技术手段。

下面是几个放射性同位素示踪实验，对其结果的叙述不正确．．．的是 ( )A．给玉米提供14CO2，则14C的转移途径大致是14CO2→14C4→14C3→（14CH-O）2B．用含有3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的营养液培养液培养洋葱的根尖，可以在细胞核和线粒体处检测到较强的放射性，而在核糖体处则检测不到C．要得到含32P的噬菌体，必须先用含32P的培养基培养细菌D．小白鼠吸入18O2后呼出的二氧化碳不会含有18O，但尿液中会含有少量的H218O2．下面是几个放射性同位素示踪实验，对其结果的叙述不合理的是（）A．给玉米提供14CO2，14C在玉米光合作用中的转移途径大致是：14CO2→14C4→14C3→14C6 H12 O6B．在含葡萄糖（C6 H12 O6）和乳糖（14C12H22O11）的培养液中培养大肠杆菌，需一段时间后才会出现含14C的细菌细胞C．给水稻叶片提供C18O2，水稻根细胞中可产生含18O的酒精D．小白鼠吸入18O2后呼出的二氧化碳一定不含18O，而尿液中有H218O 3．用32P标记玉米体细胞所有染色体上DNA分子的两条链，再将这些细胞转入不含32P的培养基中进行组织培养。

这些细胞在第一次细胞分裂的前、中、后期，一个细胞中被32P 标记的染色体条数和染色体上被32P 标记的DNA 分子数分别是（ ）4. 科学家利用同位素标记法搞清了许多化学反应的详细过程。

下列说法正确的是（ ）A ．用14C 标记CO 2 最终探明了CO 2 中碳元素在光合作用中的转移途径B ．用18O 标记H 2 O 和CO 2 有力地证明了CO 2 是光合作用的原料C ．用15N 标记核苷酸搞清了分裂期染色体形态和数目的变化规律D ．用35S 标记噬菌体的DNA 并以此侵染细菌证明了DNA 是遗传物质5．在某细胞培养液中加入32P 标记的磷酸分子，短时间内分离出细胞的ATP ，发现其含量变化不大，但部分ATP 的末端○P 已带上放射性标记，该现象不能说明（ ）A ．ATP 中远离A 的磷酸容易脱离B ．部分32P 标志的ATP 是重新合成的C ．ATP 是细胞内的直接能源物质D ．该过程中ATP 既有合成又有分解6．在一个密闭容器里，用含有同位素13C 的脱氧核苷酸合成一个双链DNA 分子，然后加入普通的含12C 的脱氧核苷酸，经n 次复制以后，所得的DNA分子中，分别含12C 和13C 的脱氧核苷酸链数之比为（ ）A ．2n : 1B ．(2n －2) : nC ．(2n －2) : 2D ．(2n －1) : 1相对含量ab加BrdU 7．如果将含有1对同源染色体的精原细胞的ＤＮＡ分子用15Ｎ标记，并提供14Ｎ的原料，则该精原细胞产生的四个精子中没有放射性同位素15N 的有（ ）A ．0个B ．1个C ．2个D ．4个 8．科学家用 15N 的硝酸盐作为标记物浸泡蚕豆幼苗,追踪蚕豆根尖细胞分裂情况,得到蚕豆根尖分生区细胞连续分裂的有关数据，如下图。