同位素示踪实验专题复习

伊丽萍

摘要：从同位素标记类型、标记剂给入途径和同位素检测方法3个角度对高中阶段涉及到同位素示踪实验的内容进行归类复习，再通过例题的解题指导，不仅可以有效提高学生应试能力，同时实验能力和核心素养等都得到有效培养。

关键词：高中;生物;同位素示踪法;专题复习

同位素标记法（isotopic tracer method）是利用物理性质特殊的同位素来标记化学反应中原子的去向[1]。同位素标记可用于示踪物质的运行和变化规律，通过追踪同位素标记的化合物，可以弄清楚化学反应的详细过程[2]。因此，倍受生物科学家热捧。同时，近几年高考试题中几乎都会出现关于同位素示踪法的题目，因此，在高三二轮复习阶段，以同位素示踪实验作为一专题进行归类整合复习，对于学生理解基础知识、分析和解决问题能力的提高是大有裨益的。

1 高中生物涉及到“同位素示踪实验”的内容

高中阶段涉及到同位素示踪实验除了普通高中生物教科书（以人民教育出版社2004版为例）中明显指出用同位素示踪方法研究的显性经典实验外，还有以教材知识为设计题材的同位素示踪法实验以及平常练习中常见的同位素示踪实验题，称为“隐性实验”。现在将这两类同位素示踪实验加以归纳整合（见表1）

2 同位素标记实验归类复习

2.1从同位素标记类型角度进行归类复习

第一种标记某元素，追踪该元素转移过程。例如研究光合作用中氧气的来源的实验中鲁宾和卡门分别用18O标记H218O和C18O2追踪18O的转移途径;美国生物学家卡尔文等用单细胞的小球藻研究做实验研究光合作用中用14C标记CO2追踪碳转化为有机物的过程。

第二种标记某化合物的特征元素，探究该化合物的生理作用。例如T2噬菌体侵染细菌实验中，分别将DNA特征元素P和蛋白质的特征元素S用同位素加以标记进行实验得出DNA是遗传物质的结论。

第三种标记某化合物的特征基团，探究详细某个生理过程。同位素不仅可标记元素，也可标记化学基团。例如用3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷（3H-TdR），探究DNA复制过程。

2.2从标记剂给入途径角度进行归类复习

同位素标记的方法主要有化学标记法和代谢性标记法两种。前者是利用化学反应方法在所需化合物的特殊位点引入同位素标签，适用于体外实验制备同位素标记的化合物，例如制备3H标记亮氨酸。后者借助生物新陈代谢过程，用经同位素标记的化合物取代体内未标记的化合物。例如用含15N氨基酸的培养基培养细胞，培养若干代后，蛋白质将完全被同位素标记。若要对病毒内物质进行标记，需采用间接代谢性标记法。先用含同位素标记物的培养基培养宿主细胞，再用待标记的病毒侵染宿主细胞，如T2噬菌体侵染细菌实验中获得标记噬菌体[3]。

2.3从同位素检测方法角度进行归类复习

同位素分为两类，放射性同位素和稳定性同位素。高中生物常见的3H、14C、32P、35S为放射性同位素，其检测可用自显影技术或液体闪烁计数器等射线测量、分析、记录仪器进行;稳定性同位素不具放射性[4]，例如15N，18O，可用测量分子质量或离心技术，如鲁宾和卡门的实验、梅塞尔森用15N标记亲代DNA验证DNA半保留复制的实验。

3 同位素示踪法相关试题的解题指导

根据同位素示踪技术操作过程特点，同位素示踪实验题的审答思维可以用图1流程图表示。首先，分析所要标记化合物的化学结构特点，找出其特征元素或特征化学基团;其次，思考标记剂给入的方法;最后，检测标记情况。有时可能还需要放射性去污染和放射性废物处理。

【原题再现】（2017年全国新课标Ⅰ卷，T29）根据遗传物质的化学组成，可将病毒分为RNA病毒和DNA病毒两种类型，有些病毒对人类健康会造成很大危害，通常，一种新病毒出现后需要确定该病毒的类型。

假设在宿主细胞内不发生碱基之间的相互转换，请利用放射性同位素标记的方法，以体外培养的宿主细胞等为材料，设计实验以确定一种新病毒的类型，简要写出（1）实验思路，（2）预期实验结果及结论即可。（要求：实验包含可相互印证的甲、乙两个组）

【审答思维】本题审答思维过程如图2：

根据同位素示踪技术操作过程特点，同位素示踪实验题的审答思维可以图2流程图表示。首先，分析所要标记化合物的化学结构特点，找出其特征元素或特征化学基团;其次，思考标记剂给入的方法;最后，检测标记情况。有时可能还需要放射性去污染和放射性废物处理。

同位素示踪实验侧重考查同位素示踪技术的应用，考查考生应用技术设计实验解决实际问题的科学探究能力。通过答题反馈，教师可在引导学生整理同位素示踪实验在高中生物实验的实例过程中进行归纳分析，形成同位素示踪实验设计的一般思路，提高实验探究能力。

通过同位素示踪实验归纳、同位素示踪实验归类和同位素示踪实验题解题指导三个步骤对同位素示踪法内容进行专题复习，既能拓展学生知识、开阔视野，又能提高学生分析问题、解决问题和实验技能。同时，学生的生命观念、科学思维、科学探究和社会责任等学科素养有一定的提高。

参考文献：

[1]朱正威，赵占良.普通高中课程标准实验教科书·生物·必修1分子与细胞[M].北京：人民教育出版社，2007：102.

[2]陈舜华，李藻发，刘振声等.核技术生物学应用[M].广州：中山大学出版社，1992：197-198

[3] 張淑铭，林颖韬，俞如旺.漫话同位素示踪法[J].生物学教学，2018，43（12）：60-62.

[4] 吴平华.放射性同位素示踪技术在生物学中的应用[J].生物学教学，2013，38（8）：70-71.