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细胞为什么不能无限长大 来源:“四哥生物”公众号   1问题的提出 人教版高中生物学教材必修1第6章第1节“细胞的增殖”中的第一个知识点,就是关于细胞不能无限长大的原因,教材中描述了两个原因:一个是表面积和体积之比,一个是细胞核的控制范围,对于这两个原因,教材上的文字只有寥寥数笔,这部分知识不仅高中生理解起来有困难,有些教师也只是知道大概而不理解其中缘由。如何能够更好地解释这两个原因,只有这两个原因会影响细胞的大小吗? 2细胞不能无限长大的原因 2.1其他高中生物学教材中提出的解释 美国高中主流理科教材中指出影响细胞大小的原因有4个:最主要的原因是表面积与体积之比,细胞的表面积即细胞膜所包被的区域,所有的营养物质(如氧气,营养物质,水等)和代谢废物都需要通过细胞膜进出,而细胞的体积即细胞的内部空间,其中包括细胞器,细胞质和细胞核所在的区域。为了方便理解,以图1的小立方体模式图为例说明。它的边长只有1μm,近似等于一个细菌细胞的大小,计算立方体的表面积为长×宽×侧面数(1μm×1μm×6=6μm2),计算体积:长×宽×高=1μm3,两者的比例为6:1。假设立方体的细胞的边长增加到2μm,表面积则为24μm2,体积为8μm3,两者比例变为3:1,比细胞较小时的比例要小。当它的边长变为4μm时,其表面积为96μm2,体积则为64μm3,两者比例为3:2,比例进一步变小,如果细胞一直持续增大,那么表面积和体积之比会持续变小。而随着细胞的增大,体积比表面积增加的速度更快,这就意味着细胞获取充足的养分和及时排除废物变得更加困难。通过维持较小的形态,细胞才能够具有较大的表面积和体积之比,更容易维持自身的生存。然而有些细胞必须保持巨大的形态,如长颈鹿的神经元细胞,从长颈鹿的脖子一直延伸到它的腿部,起码有数米之长,然而这些神经元细胞的形状并不像普通的细胞那样是圆形或者立方形,而是维持着一种细长而薄的形态,这样的形态也使神经元细胞具有巨大的表面积,并维持着相对较小的体积。 第二个原因是物质的运输距离的限制。物质的移动在小的细胞内比大的细胞更容易,这是因为细胞膜是选择透过性膜,细胞膜控制细胞物质的运输,一旦物质进入细胞,物质就要通过扩散作用或马达蛋白的帮助使物质沿着细胞骨架移动到需要它的位置上去,当距离变得过大时,会降低物质运输的效率,而小的细胞能极大地提高运输营养和废物的效率,从而维持这高效的运输体系。 第三个原因是受到细胞内和细胞间信息交换的限制。如果细胞特别大,就会使得细胞几乎不可能进行细胞和细胞之间的交流,细胞间信号的传递速率会降低,同时各种细胞器之间的物质移动和信号传递的效率也会降低。 第四个原因是DNA限制了细胞的大小。细胞核中的DNA含有合成蛋白质的指令,蛋白质几乎参与了所有细胞器要完成的功能。但是在细胞核中复制DNA指令的有一定的速度且蛋白质在细胞质中进行复制也有一定的速度,必须要有足够多的DNA为细胞提供需要的蛋白质,否则细胞不能存活,如果细胞很大,那么细胞质的量会大大增加,就需要更多的酶,这时,核的负担就会增加,如果不能提供足够数量的酶,细胞的功能则不能很好的完成。 2.2细胞和分子生物学上提出的解释 在细胞和分子生物学方面对细胞的大小及影响因素有很多的研究,总结一下有4个方面的原因。 (1)细胞内的蛋白质的量与核糖体RNA的量 其中蛋白质是更为重要的因素,而其他化学物质对细胞大小来说所占权重比较小。这主要是指在动物细胞内,有报道从果蝇和酵母中得到几种核糖体突变的突变体类型,而它们的细胞尺寸都发生了改变。所以,细胞的大小与核糖体的活性有关,而蛋白质的含量是由核糖体来决定的。在高等动物中,以相同的信号网络来调节细胞大小。在哺乳动物中这一信号网络的核心是一个叫做mTOR的蛋白激酶,在果蝇和其他生物中也有同源的蛋白质作用。在哺乳动物或果蝇中,蛋白质的失活会导致细胞变小。mTOR或TOR接收上游信号并对氨基酸、葡萄糖和细胞外的其他营养物质以及生长因子(如胰岛素)作出反应。激活后的mTOR有两个功能:一方面它活化了核糖体蛋白S6(rpS6)的激酶(S6K)导致rpS6磷酸化,从而可能加强核糖体的翻译效率,因而使细胞增大,在S6K缺乏的果蝇和小鼠中,细胞明显减少,而细胞数量没有变化,因此身体变小。而rpS6磷酸化位点的缺失,也会导致一些组织的细胞变小;另一方面,活化的mTOR将翻译抑制因子4E-BP磷酸化,解除其对翻译起始因子4E的抑制,增强蛋白质翻译,促进蛋白质积累,增加细胞体积。 (2)内外环境因素和细胞周期的调控 对于一个处于增殖的细胞,它必须协调好细胞的大小与细胞分裂之间的关系并且确保在每次分裂之前,细胞的大小要维持在一定的尺寸,这个尺寸被称为关键尺寸,如果细胞没有达到关键尺寸就分裂了,那么子细胞就会因为太小而不能存活,如果细胞超过了关键尺寸之后才分裂,那么子细胞的功能就会受到影响并且细胞的数量的增长也会变慢。对于一个正在生长中的多细胞生物体,每个细胞的增殖和大小都会受到个体精确的调节和控制。为了整个生物体的协调发展,每一种类型的细胞都会受到组织和器官的精确调控。这种精确的调控现在认为与细胞内外的环境和信号有关。单细胞生物更多会受到外界环境的影响,如果外界环境中营养物质充足,条件适宜,细胞就会生长大一些,而外界环境恶劣情况下,细胞不仅比较小,而且它的增殖也受到了抑制。对于多细胞生物体,更多受到细胞内外信号分子的调控。 (3)细胞核中DNA和基因组的含量 一般来说原核生物基因组少,细胞尺寸相对较小,而真核生物基因组较多,细胞尺寸比较大,真核生物基因数量不仅比原核生物多,而且它们还具有更多的基因非编码区,这些非编码基因是不编码蛋白质的。而植物多倍体细胞普遍比单倍体或者二倍体细胞的体积要大。 (4)对于有液泡的植物细胞和真菌类细胞,中央液泡决定了细胞的大小大多数植物和真菌类细胞(包括酵母细胞)当中含有一个或几个非常大的充满了液体的液泡,它们大多数占据了超过30%的细胞体积,更有甚者,可占据细胞体积的90%。液泡兼有溶酶体的功能,它里面有一些水解酶,同时也是存储营养物质和废物的场所,维持着细胞的膨压,它是增长细胞大小最经济的一种方式。   文章出处:毛策平,朱宏.细胞为什么不能无限长大[J].生物学教学,2020,45(01):75-76.  
 0   0  80天前
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病毒的复制及各类病毒的增殖过程 陈伶莉、胡雪峰 1 病毒的种类 病毒可分为亚病毒与真病毒两类:前者不具有完整的病毒结构,仅由某种核酸或蛋白质构成;后者通常由核酸及蛋白质外壳构成,部分病毒还具有囊膜结构。不同病毒所含核酸的种类、转录形成mRNA和合成蛋白质的方式迥异。因此,根据病毒的核酸类型和转录形成mRNA的方式不同,可将病毒归为六大类:双链DNA病毒、单正链DNA( + DNA) 病毒、双链RNA病毒、单正链RNA( +RNA) 病毒、单负链RNA(-RNA) 病毒和逆转录病毒。以下介绍各类病毒的具体增殖步骤。   2 各类病毒的增殖过程 2.1 双链DNA病毒 腺病毒、疱疹病毒以及痘病毒等病毒均属于双链DNA病毒。 以疱疹病毒为例,说明此类病毒的主要增殖过程:①疱疹病毒包膜上的血型糖蛋白B与宿主细胞膜上的受体特异性识别并吸附;②宿主细胞膜包裹疱疹病毒颗粒,形成吞噬泡,疱疹病毒颗粒通过吞噬作用而进入细胞质,并脱去包膜;③在宿主细胞的溶酶体作用下脱去蛋白质外壳;④病毒DNA进入宿主细胞的细胞核;⑤在RNA 聚合酶的帮助下,以病毒DNA为模板合成早期mRNA并进入细胞质中;⑥早期mRNA翻译形成早期蛋白,主要指与DNA复制相关的酶,如DNA聚合酶、脱氧胸腺嘧啶激酶等;⑦在解旋酶作用下,DNA双链打开,以打开的两条链为模板,遵循碱基互补配对原则,依赖合成的 DNA 聚合酶,合成子代DNA分子;⑧合成晚期mRNA,并以此翻译成晚期蛋白,主要为病毒的结构蛋白,子代病毒DNA与结构蛋白装配形成子代病毒;⑨子代病毒从细胞核释放出来,同时披上包膜;⑩细胞膜通过胞吐的形式将子代病毒释放到体外。 2.2 单正链 DNA( + DNA) 病毒 代表病毒为细小病毒,此类病毒增殖的主要过程为:①形成复制中间体:单正链 DNA 病毒进行生物合成时,首先以亲代DNA作模板,依赖复制酶,遵循碱基互补配对原则,合成其互补DNA链,并与亲代DNA形成双链,作为复制中间型,含有亲代DNA的新合成的双链 DNA 继续复制;②转录和翻译: 不含亲代 DNA 的新合成的双链DNA作为转录的模板,翻译合成病毒相关蛋白质( 主要是结构蛋白) ;③装配和释放:新形成的子代DNA分子与结构蛋白装配形成成熟的病毒并从细胞中释放出来。 2.3 双链RNA病毒 大部分RNA病毒的子代病毒的全部成分的合成都在宿主细胞的细胞质内完成,双 链 RNA病毒是其中一种,其代表病毒为呼肠孤病毒。双链RNA病毒增殖的主要过程为: ①RNA复制:病毒脱壳进入宿主细胞后,在相关酶作用下,首先不对称地转录出正链 RNA,再由正链RNA复制出新的负链RNA,共同构成子代RNA;②合成蛋白质:在RNA多聚酶作用下,正链RNA转录形成mRNA,在宿主细胞细胞质中翻译成早期蛋白或晚期蛋白;③装配和释放:新形成的子代RNA分子与结构蛋白装配形成成熟的病毒并从细胞中释放出来。 2.4 单正链RNA( + RNA) 病毒 单正链RNA病毒种类较为丰富,人和动物的绝大多数的RNA病毒属于此类,如黄病毒和脊髓灰质病毒等。多数单正链RNA病毒在宿主细胞质内完成生物合成。单正链RNA病毒母代的RNA既可直接作为翻译的模板,又能作为模板合成单负链RNA;而单负链RNA反过来也可复制子代单正链 RNA。 以脊髓灰质病毒为例,说明此类病毒的具体增殖过程:①合成早期蛋白:单正链RNA 直接附着于宿主细胞的核糖体上,利用宿主细胞提供的原料和能源系 统合成多聚蛋白前体,前体进一步裂解成病毒结构蛋白( P1) 、蛋白酶( P2) 和RNA聚合酶( P3);②合成子代RNA:在复制酶作用下,以亲代单正链 RNA 为模板合成单负链 RNA,单负链RNA进一步形成子代单正链RNA;③装配和释放: P1前体部分裂解形成结构蛋白, 子代单正链RNA与结构蛋白装配形成成熟的病毒并从细胞中释放出来。 2.5 单负链 RNA(-RNA) 病毒 常见的单负链RNA病毒有流感病毒和狂犬病病毒等。此类病毒含有依赖RNA的RNA 多聚酶,能以病毒RNA为模板进行复制,但单负链RNA不能直接作为转录的模板。具体增殖过程为:① +RNA合成:病毒核酸连同RNA多聚酶一起侵入宿主细胞并进行生物合成,负链RNA首先转录出互补正链RNA,形成复制中间体(±RNA) ,产生更多的正链RNA;②-RNA合成:以部分正链RNA为模板复制出子代负链RNA;③装配与释放:部分正链RNA作为转录的模板,形成mRNA并翻译出病毒所需的蛋白质,其中的结构蛋白与负链RNA一起装配形成子代病毒,并从细胞中释放出来。 2.6 逆转录病毒 此类病毒本身携带逆转录酶,两条相同的线状正链RNA构成其基因组,称为单正链双体RNA。免疫缺陷病毒( HIV) 和人类T淋巴细胞白血病病毒( HTLV) 都是逆转录病毒。以HIV为例,介绍此类病毒的主要增殖过程:①HIV囊膜蛋白gp120与宿主细胞膜上受体 CD4 结合;②病毒进入宿主细胞,并脱去包膜;③在宿主细胞提供的脱壳酶作用下,脱去蛋白质外壳;④以病毒RNA作为模板,依赖逆转录酶形成cDNA,构成RNA-DNA 中间体;⑤RNA酶将中间体的RNA链水解,形成cDNA;⑥以cDNA链为模板,依赖 DNA聚合酶形成双链DNA;⑦双链DNA进入宿主细胞的细胞核;⑧双链DNA与宿主细胞的DNA整合,成为前病毒;⑨前病毒被激活,转录形成子代病毒RNA;⑩一部分子代RNA进入细胞质中与核糖体结合,作为模板翻译形成子代蛋白,另一部分直接被装配成子代病毒体;⑪翻译出子代病毒的结构蛋白和逆转录酶等酶蛋白;⑫子代病毒RNA与结构蛋白装配形成子代病毒体;⑬瑏瑣子代病毒包裹包膜后形成完整病毒;⑭子代病毒从宿主细胞中释放。   来源:陈伶莉、胡雪峰.病毒的复制及各类病毒的增殖过程概述(生物学教学2018.7)  
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酵母菌 来源:“赵祥来 “公众号   在我们的日常生活中,几乎天天都离不开酵母菌。为了让学生对酵母菌有一个全面的了解,本文将有关酵母菌的知识做一个简单的汇总。 1酵母菌的分布 酵母菌在自然界中分布很广,尤其喜欢在偏酸性、温暖潮湿且含糖较多的环境中生长。例如,在水果、蔬菜、花蜜的表面和果园土壤中最为常见,因而有人称其为糖菌。在牛奶和动物排泄物中也可找到。但它们既怕过冷又怕过热,所以市场上出售的鲜酵母一般要保存在10℃~25℃之间。 2酵母菌的形态、大小、结构 酵母菌是一种显微镜下可见的单细胞微生物,是微生物王国中的“大个子”,细胞的形态通常有球形、卵圆形、腊肠型、椭圆形、柠檬形或藕节形等。酵母菌细胞核与细胞质有明显的分化,个体直径比细菌大几倍到十几倍。一般为1~5μm×5~30μm,最长的可达100μm。酵母菌无鞭毛,不能游动。 酵母菌属于真核生物,具有典型的真核细胞结构,有细胞壁、细胞膜、细胞核、细胞质、液泡、线粒体、核糖体等,有的还具有微体,如白假丝酵母。酵母菌细胞壁的厚度为25~70nm。重量约占细胞干重的25%,主要成分为葡聚糖、甘露聚糖、蛋白质和几丁质(总共超过90%)。 (转自秦磊,张胜《高中生物疑点通》)   3酵母菌的分类、生态学地位 酵母菌不是分类学上的名称,而是一个形态学类群,酵母菌只是一个俗称,是指以芽殖为主,并大多数为单细胞的一类真菌,在分类上大部分属于真菌门的子囊菌纲,也有一些属于半知菌纲,如假丝酵母。已知的酵母菌有370多种。 从生态系统的成分上看,除个别酵母菌营寄生生活外,绝大多数酵母菌能利用无生命的有机物或从死亡的机体及残余部分获取能量,因此在生态系统中属于分解者,在生态系统的物质循环中起到非常重要的作用。 4酵母菌的代谢 由于酵母菌只能利用现成的有机物,因此在同化作用方面属于异养型。在异化作用方面,酵母菌属于兼性厌氧型生物。有氧气存在时,酵母菌可通过有氧呼吸,把糖类分解成二氧化碳和水,并获得较多能量;在无氧环境下,酵母菌又可以通过无氧呼吸,把糖类分解成酒精和二氧化碳,无氧呼吸产生的能量较少。 5酵母菌的应用 工业酿酒就是利用酵母菌的无氧呼吸原理,在无氧条件下通过酵母菌的无氧发酵把果汁或麦芽汁酿制成美味可口的酒类。另外,它还能使面粉中游离的糖类发酵,产生二氧化碳气体。在蒸煮过程中,二氧化碳受热膨胀,于是馒头就变得松软,所以被称为发酵之母。 利用酵母菌发酵还可以生产维生素、有机酸、脂肪等。也可以从酵母菌细胞中提取多种贵重药物,如核苷酸、辅酶A、细胞色素c、凝血质、核黄素等等。自1980年以来,酵母菌一直被用来大规模生产人、动物以及植物来源的蛋白质。 在基因工程中,可以将酵母菌的染色体改造后作为运载体,携带目的基因进入受体细胞。但是与其他环状质粒载体不同的是,酵母人工染色体(YAC)是一种线状载体,可用于克隆大片段DNA(>100Kb),它高度稳定,已在制作生物体的基因组DNA的物理图谱、大转录单位的分析、构建生物体的单个染色体的特殊文库等方面普遍应用。 6酵母菌的培养与菌落 由于酵母菌是异型的生物,因此在酵母菌的培养基中除了水、无机盐、氮源物质、生长因子外,还要有丰富的碳源物质,比如蔗糖等。另外,还要保证酵母菌生长所需的适宜pH值在5.0~6.0之间。 由于酵母菌对青霉素不敏感,因此当需要酵母菌时,可以在培养基中加入青霉素制成选择培养基,以抑制细菌、放线菌等的生长,从而分离到酵母菌。 大多数酵母菌的菌落特征与细菌相似,但比细菌菌落大而厚,菌落表面光滑、湿润、粘稠,容易挑起,菌落质地均匀,正反面和边缘、中央部位的颜色都很均一,菌落颜色较单调,多为乳白色,少数为红色(如红酵母),个别为黑色。 7酵母菌的繁殖 酵母菌的繁殖方式有两种:无性生殖和有性生殖。有人把只进行无性生殖的酵母菌称作“假酵母”,而把具有有性生殖的酵母菌称作“真酵母”。 繁殖方式对酵母菌的鉴定极为重要。在营养条件充足的情况下,酵母菌进行无性生殖的方式;在营养不足的情况下,它则倾向于采取有性生殖的方式。新西兰奥克兰大学生物学院的马修·戈达德实验结果显示,当面临新环境挑战的时候,有性生殖的种群要比无性生殖的种群进化更为迅速。在艰苦的环境中,有性生殖的酵母菌增长速度为94%,而无性生殖的酵母菌只有80%,这主要是由于经过有性生殖产生的酵母菌具有更大的变异性和生活力。 7.1酵母菌的无性生殖 大多数酵母菌以无性生殖为主。无性生殖包括芽殖、裂殖和产生无性孢子。 芽殖,又叫做出芽生殖,是酵母菌最常见的一种无性生殖方式。当环境条件适宜时,酵母菌生长繁殖迅速,几乎所有成熟的酵母细胞上都长有芽体。 芽体形成过程:水解酶分解母细胞形成芽体部位的细胞壁多糖,使细胞壁变薄;母细胞的细胞核分裂成两个子核,一个随母细胞的细胞质在芽体起始部位堆积,芽体逐步长大接近母细胞大小时,就在与母细胞连接的位置形成由葡聚糖、甘露聚糖和几丁质组成的隔壁。成熟后两者分离,芽体自母细胞脱落成为新个体,如此继续出芽。芽体脱落后在母细胞上留下一个芽痕,在子细胞上相应部位留下一个蒂痕。每个酵母细胞有一至多个芽痕。只有在有芽痕的位置上才能进行芽殖。如果酵母菌生长旺盛,在芽体尚未自母细胞脱落前,即可在芽体上又长出新的芽体,这样会形成成串的细胞,最后形成假菌丝状,样子很像盆栽仙人掌的出芽生长。 裂殖,又叫做分裂生殖,是少数酵母菌进行的无性繁殖方式,类似于细菌的二分裂。其过程是,首先细胞伸长,细胞核分裂为二,然后细胞中央出现隔膜,将细胞横分为两个大小相等、各具有一个细胞核的子细胞。进行裂殖的酵母菌种类很少,裂殖酵母属的八孢裂殖酵母就是其中一种。 少数酵母菌(如掷孢酵母)可以产生无性孢子。掷抱酵母可在卵圆形营养细胞上生出小梗,其上产生掷孢子。掷孢子成熟后通过特有喷射机制射出。用倒置培养器培养掷孢酵母时,器盖上会出现掷孢子发射形成的酵母菌落的模糊镜像。 有的酵母菌如白假丝酵母等还能在假菌丝的顶端产生具有厚壁的厚垣孢子。 7.2酵母菌的有性生殖 酵母菌是以形成子囊和子囊孢子的方式进行有性生殖的。其过程是,临近的两个形态相同而性别不同的酵母细胞各自伸出一根管状的原生质突起,相互接触、融合,并形成一个通道,细胞质结合(质配),两个细胞核在此通道内结合(核配),形成双倍体细胞核,然后进行减数分裂,形成4个或8个细胞核。每一子核与其周围的原生质形成抱子,即为子囊孢子,形成子囊孢子的细胞称为子囊。酵母菌的子囊和子囊孢子形状,因菌种不同而异,是酵母菌分类鉴定的重要依据之一。通常处于幼龄的酵母细胞,在适宜的培养基和良好的环境下,才易形成子囊抱子。在合适的条件下,子囊孢子又可萌发成新的菌体。 8酵母菌的遗传学特点 酵母菌既可以是单倍体也可以是二倍体,例如酿酒酵母的单倍体细胞含16条染色体,二倍体含32条染色体,单倍体和二倍体细胞都可以生长。不同酵母菌的单倍体和二倍体所占时间长短不同,比如,八抱裂殖酵母的单倍体营养阶段长,二倍体营养阶段短;路德酵母却是单倍体营养阶段短,二倍体营养阶段长;而酿酒酵母的单倍体和二倍体阶段同等重要,因此形成了明显的世代交替。 9酵母菌的感染与防治 酵母菌虽然给人类的生活带来了很多的益处,但是有的酵母菌却是人和动植物的病原体,如白假丝酵母可引起皮肤、黏膜、口腔、腋窝、消化道、呼吸道和泌尿系统等处患多种疾病;有的则导致食物、纺织品及其他原材料腐烂变质,如蜜蜂酵母可使蜂蜜、果酱败坏。 酵母菌常生长在温暖潮湿的地方,如皮肤皱褶部以及黏膜里,酵母菌感染可能使人感到非常不舒适,但这种感染很容易治疗。 抵御任何一种酵母菌感染的第一步就是控制好血糖水平,因为血糖水平高就缺乏对真菌感染的抵抗力。应尽量避免或减少精神压力,心胸开阔,保持良好的心态,并获得充足的休息。还要使受感染的部位保持清洁和干燥。同时,可用一些抗真菌的药物来杀灭酵母菌。   文章出处:丁红.酵母菌[J].生物学教学,2009,34(05):74  
 0   0  81天前
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“同位素标记法”在高中生物学教学中的认知误区及教学建议 来源:饶猛兵“高中生物那点事”公众号   摘要:同位素标记法在高中生物学教材中多有涉及,教师对同位素的理解不到位造成了认知上的误区,结合放射性同位素和稳定性同位素的介绍以期纠正误区并提出建议。 关键词:同位素标记法 误区 建议   同位素标记技术是一种非常重要的技术,在化学和生物学中有着非常重要的应用。在人教版的高中生物学教材中有多个实验涉及此项技术,在高考试题中也会偶尔出现相关内容的考查。因此,很多老师会把“同位素标记法”作为一个非常重要的知识点来看待,尤其是在高三复习时还会把它作为一个小专题来归纳讲解。笔者查阅近年来知网上的相关文献发现,很多教师对同位素的认识不清,把放射性同位素与稳定性同位素混为一谈,造成认知上的误区,进而误导学生的认知。笔者希望通过此文以引起广大同行的注意进而矫正我们在认知上的误区。 1同位素与同位素标记法 1.1同位素 人教版高中化学必修二中对同位素的定义为:质子数相同而中子数不同的同一元素的不同原子互称为同位素(即同一元素的不同核素互称为同位素)。由于不同的核素其化学性质相同,因此在元素周期表中占有相同的位置,此为名称同位素中“同位”的来源。 自然界中存在很多天然的同位素,如氢元素有1H、2H、3H三种核素;氧元素有16O、17O、18O三种核素;碳元素有12C、13C、14C等多种核素;等等。此外,科学家还可以通过核反应人工制造出同位素。在同位素中,有些核素的原子核能自动放射出看不见的具有一定穿透能力的射线,这种核素称为放射性同位素,如高中生物学教材中出现的3H、14C、32P、35S等;还有些核素的原子核比较稳定,不能发出射线且半衰期大于1050年,这种核素称为稳定性同位素,如高中生物学教材中出现的15N、18O等。 1.2同位素标记法 同位素标记法也叫同位素示踪法。是由瑞士籍匈牙利裔化学家乔治·德·赫维西(George de Hevesy,1885-1966)发明的一项技术,是利用同位素作为示踪剂对研究对象进行标记并进行微量分析的一种技术。放射性同位素和稳定性同位素都可作为示踪剂,放射性同位素可以用特定的显影装置检测,稳定性同位素可以通过测量分子质量或用离心技术来检测。 2认知误区及解释 2.1认知误区 笔者认为部分教师认知上的误区主要表现在以下方面:认为同位素都有放射性;混淆了同位素中的放射性同位素和稳定性同位素;认为教材实验中列举的同位素都是放射性同位素;习惯上将同位素表述为“放射性同位素”,造成表述上的错误。笔者查阅知网后发现,有这些错误认知的不在少数,如徐立宏老师和王芳老师在其《高中生物教材中的同位素》(2008)一文中提到“同位素的主要应用是利用其放射性进行示踪,常用的示踪原子有14C、18O、15N、3H、32P、35S等”;刘宏伟老师在其《同位素示踪技术的应用》(2008)一文中提到“用于示踪技术的放射性同位素一般是构成细胞化合物的重要元素,如3H、14C、15N、18O、32P、35S等”;郝丽梅老师在其《同位素示踪技术在高中生物学实验中的应用小结》(2010)一文中提到“利用放射性同位素18O、4C、3H作为示踪元素研究光合作用过程中某些物质的变化过程;利用放射性同位素15N作为示踪元素来研究DNA分子的半保留复制的特点”;张进老师在其《高中生物学涉及的放射性元素标记实验》(2015)一文中提到“鲁宾和卡门用16O和放射性的18O来标记O2,然后进行了两组光合作用的对照实验”;杨海珠老师在其《同位素标记生物分子的方法简述》(2015)一文中提到“用于示踪技术的放射性同位素一般是构成细胞化合物的重要元素,如14C、15N、32P和35S等,高中生物学教材有多处涉及放射性同位素的应用,然后列举了“探究DNA分子半保留复制的特点(15N标记)”等例子”;魏福强老师和王玉媛老师在其《高中生物学中同位素标记实验》(2015)一文中提到“放射性同位素可用于追踪物质的运行和变化规律,此研究方法在高中生物教材中多次出现”,然后举例教材实验“光合作用释放的O2来源于水(18O),DNA的半保留复制(15N标记)”等;孟萍萍老师在其《初探高中生物学中同位素标记法的使用》(2018)一文中先是列举了教材中涉及同位素的相关实验,然后补充道“以上实验中所使用放射性同位素虽各不相同,但归纳总结后可以用两个词进行分类”。 上述文章在同位素的表述上都存在一个共同的问题:没有弄清楚哪些同位素有放射性?哪些同位素没有放射性?也就是说没有去区分放射性同位素和稳定性同位素。笔者认为:同位素标记不等于放射性同位素标记,在表述和教学中教师应该加以严格的区分,以免给学生造成错误的认知。 2.2教材相关实验的解释 人教版生物学必修教材中涉及同位素标记法的实验有5个,分别是:分泌蛋白的合成与运输(3H标记)、鲁宾和卡门的实验(18O标记)、卡尔文的实验(14C标记)、赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染大肠杆菌的实验(32P、35S分别标记)、DNA的复制方式的探究实验(15N标记)。在这5个实验中涉及的同位素有14C、3H、18O、15N、32P、35S,其中稳定性同位素为:18O、15N;放射性同位素为:14C、3H、32P、35S。因此,在涉及“鲁宾和卡门的实验(18O标记)”和“DNA的复制方式的探究实验(15N标记)”时,我们千万不能出现这样的表述“放射性同位素18O”、“放射性同位素15N”。人教版教材上的表述就很准确:“同位素18O”、“同位素15N”“放射性同位素32P”、 “放射性同位素35S”,这也从侧面反映出了人教版教材的严谨性。 3教学建议 基于上述问题,笔者给广大教师提出两点建议:立足教材、精心备课;养成阅读文献的习惯。教材是我们备课的第一手资料,也是最严谨、最科学的资料;阅读文献会让我们学到很多新知识,新观点,同时发现自己的不足,做到取长补短。 饶猛兵(广东省连南民族高级中学 连南 513300)  
 0   0  81天前
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从细胞癌变的内因看细胞癌变 来源:饶猛兵“高中生物那点事”公众号 最近做高考题发现自己爱上了江苏卷,下面这道题就很讨人喜欢。 例题(2019江苏卷•2)下列关于细胞生命活动的叙述,错误的是 A.细胞分裂间期既有基因表达又有DNA复制 B.细胞分化要通过基因的选择性表达来实现 C.细胞凋亡由程序性死亡相关基因的表达所启动 D.细胞癌变由与癌有关基因的显性突变引起 【答案】D 【解析】细胞分裂间期主要进行DNA的复制和有关蛋白质的合成,其中基因控制蛋白质的合成过程属于基因的表达,A正确;细胞分化的实质是基因的选择性表达,B正确;细胞凋亡是由基因决定的细胞编程性死亡的过程,是由程序性死亡相关的基因的表达所启动的,C正确;细胞癌变的根本原因是原癌基因和抑癌基因发生基因突变,其中原癌基因的突变属于显性突变,而抑癌基因的突变属于隐性突变,D错误。 针对D项我查阅了一下知网,下面结合查阅的相关文献聊聊基因角度的细胞癌变。 1关于癌基因、原癌基因和抑癌基因 1.1癌基因 癌基因的概念最初是出自于病毒的研究,科学家最早发现Rous肉瘤病毒基因组中存在能导致细胞癌变的sac基因,后来发现在正常动物细胞中也存在与sac基因序列几乎一模一样的基因,如人体细胞内的ras基因。我们把前者称为病毒癌基因,后者称为细胞癌基因(也叫原癌基因)。 1.2原癌基因(细胞癌基因) 原癌基因是与细胞增殖相关的基因,在进化上高度保守,其正常表达是维持机体正常生命活动所需要的。目前已发现的原癌基因有100多个。当原癌基因的结构区或调控区发生变异,基因产物增多或活性增强或不能适时关闭基因表达,可使细胞过度增殖,从而形成肿瘤。 1.3抑癌基因 抑癌基因也叫抗癌基因,是正常细胞增殖过程中的负调控因子。目前已发现的抑癌基因有10多种。早在1960年,有人将癌细胞与同种正常成纤维细胞融合,杂种细胞的后代只要保留某些正常亲本染色体就表现为正常,但是随着染色体的丢失又可重新出现恶变细胞。这一现象表明,正常染色体中可能存在某些抑制肿瘤发生的基因,它们的丢失或突变,能使激活的原癌基因发挥作用而致癌。 2原癌基因的突变与抑癌基因的突变 许多肿瘤均发现抑癌基因的两个等位基因缺失或失活,失去细胞增生的抑制调节因素,从而促进肿瘤细胞的转化和异常增生。也就是说当抑癌基因的一对等位基因都缺失或都失去活性时才可能出现细胞癌变。因而通常认为抑癌基因的突变是隐性的,原癌基因的突变是显性的,这是两者之间的重要区别。 3 细胞癌变是多个癌相关基因相互作用的结果 1983年美国科学家温伯格等人的研究证明,用具有强致癌性的Ras基因和Myc基因分别单独导入体外培养的大鼠胚胎成纤维细胞,都不能使其生长特点发生任何变化。但将这二种基因同时导入大鼠胚胎成纤维母细胞时,细胞均丧失了接触性抑制,发生无限制增殖的特性,并且在形态上也由梭形变为癌细胞典型的圆形。科学家后来的研究发现,许多种不同的癌基因(或抑癌基因)的组合都可以诱导细胞癌变。  
 0   0  81天前
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关于真核细胞内蛋白质的分选的解读 来源:饶猛兵“高中生物那点事”公众号   蛋白质作为生命活动的主要承担者和体现者,与生物体的的生命活动密切相关,蛋白质的相关内容在高中生物教材中占据着及其重要的地位,说其贯穿于整个高中生物学各章节的学习都不为过。而在蛋白质相关内容的学习中,很多老师会过分的强调一个知识点——分泌蛋白的合成和运输。在这个内容的讲解中有些老师(包括大量的教辅)都坚持这样一个观点:游离型核糖体合成胞内蛋白,附着型核糖体合成分泌蛋白。实际情况真的是这样的吗? 大家试想:细胞内蛋白质种类繁多,而且其发挥结构与功能作用的部位几乎遍布细胞的各个部位(包括胞外),而它在细胞内的合成车间只有一个——核糖体。因此必然存在不同的机制确保蛋白质到达特定的部位,参与各种生命活动,这一过程称为蛋白质的分选。弄清楚了蛋白质的分选,上面的问题会迎刃而解。 查阅了生物学宝典翟中和老师的《细胞生物学》和知网上的一些文献,关于真核细胞蛋白质的分选途径如下(针对高中教材只介绍真核细胞): ①翻译后转运途径:先在细胞质基质游离的核糖体上合成多肽链,然后再转运到众多细胞器或者留在细胞质基质中利用。 ②共翻译转运途径:蛋白质合成在游离核糖体上起始之后,由信号肽引导转移至糙面内质网,然后新生肽边合成边转入糙面内质网中,再经高尔基体的加工包装运至溶酶体、细胞膜或分泌细胞外。根据转运到的部位不同,细胞内部利用的蛋白质称为胞内蛋白,分泌到细胞外发挥作用的称为分泌蛋白。直接上图更清楚:  
 0   0  81天前
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解释学生对渗透压和糖尿病的疑惑 来源:饶猛兵“高中生物那点事”公众号   一、对渗透压的疑惑 前两天在和学生一起复习渗透的相关知识时,发现很多学生不理解渗透压,对细胞或溶液的渗透压的变化不知道如何判断,造成做题出错。其实教材对渗透压是有准确定义的,渗透压是指溶质微粒对水的吸引力(必修三稳态部分教材定义)。这反映出很多学生在一轮复习时忽视了对教材的认真研究。 根据教材定义,其实任何水溶液都具有渗透压,其大小与其浓度成正比。渗透压的单位是渗量(Osmol/L,Osm/L)。1 mol 溶质溶解在1 L水中所产生的渗透压称为1个渗量,1/1000 Osm/L为1毫渗量(mOsmol/L,mOsm/L)。由于渗透压的大小取决于溶液中溶质的微粒数,与微粒大小无关。因此,1 mol电解质,如 NaCl 可解离成 1 molNa+和1 mol Cl-,1 mol NaCl形成的渗透压为2Osm/L;而1 mol非电解质,如1 mol葡萄糖所形成的渗透压为1Osm/L。由于渗透压的大小与水溶液浓度成正比,在生命科学中有时也用mol/L浓度单位表示渗透压的相对大小,所以根据定义判断渗透压的依据就是摩尔浓度。 二、对糖尿病患者“三多一少”的疑惑 糖尿病患者通常表现为“三多一少”,即多尿、多饮、多食、体重减少。为什么是这样?很多学生也是不理解。 首先介绍下糖尿病,糖尿病是一种常见的内分泌疾病,教材有介绍,但是不够详细。糖尿病有不同的发病原因。1型糖尿病的发病与遗传、自身免疫、病毒等因素有关。这些因素会使胰腺中胰岛数量减少、B细胞数量减少,使胰岛素分泌不足,引起糖尿病,也就是说1型糖尿病是遗传的。在儿童及青少年期发生的糖尿病主要是这种类型。2型糖尿病占糖尿病患者90%,它通常在成年后发病,早期病变不明显,其病因目前不明,可能与饮食结构、生活习惯、肥胖等有关。 家族中,特别是近亲中有患糖尿病的人群,患糖尿病的概率比一般人高出5倍以上。肥胖者、高血压病和高脂血症患者以及吸烟者容易得糖尿病。此外,缺少体育运动,生活和工作压力大,经常处于精神紧张状态的人,也比较容易患糖尿病。 为什么糖尿病患者会出现“三多一少”症状? 由于糖尿病患者血浆葡萄糖含量高,使肾小球滤过液中的葡萄糖含量也很高,进入肾小管中的滤过液葡萄糖的重吸收发生困难,葡萄糖的重吸收影响了水的重吸收,于是排尿量多,出现多尿;尿多,排水也多,使血浆含水量下降,血浆渗透压升高,渴觉中枢兴奋,产生渴感,于是喝水多;由于葡萄糖从尿中排出,机体对葡萄糖利用少,刺激摄食中枢兴奋,常使病人感到饥饿,于是多食,患者多肥胖。如果患者经久不治,体内的脂肪、蛋白质均可转变成糖而耗失,于是体重减轻而逐渐消瘦。  
 0   0  81天前
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表观遗传——蜂王与工蜂的分化发育 来源:“高中生物那点事”公众号 表观遗传不仅是当下科学研究的热点,而且还将走进高中生物学新教材。最近不少高中生物学教师在网络上讨论表观遗传方面的问题,在新一轮高中生物学教材修订中,表观遗传被纳入颁布的新课程标准中。最近查阅了些知网上关于表观遗传的文献,以蜂王的分化发育为例,简单介绍表观遗传的一些基本原理与知识, 希望借此帮助广大高中生物学教师学习理解表观遗传。 表观遗传 表观遗传是指 DNA 序列不发生变化, 但基因表达却发生了稳定的改变,最终导致表型的稳定差异。19世纪,达尔文进化论“物竞天择,适者生存”的思想根深蒂固,而在它之前发表的拉马克遗传论“环境可以直接影响生物表现性状并且这些改变的性状可以遗传”因为政治宗教等原因受到了世人的冷落。20世纪,生物学家 Conrad Waddington 将处于胚胎发育时期的果蝇饲养在不同环境条件下,发现果蝇发育出了不同形态的翅翼,并且部分性状得到遗传 。相比于经典遗传学对基因功能的研究,表观遗传学主要研究除基因以外的影响性状的因素,探索环境对基因表达的调节和控制。表观遗传,即环境的改变影响生物表现性状的改变,在不完全改变基因组核苷酸序列的情况下,进行基因表达的遗传。表观遗传学主要的调节机制有 DNA 甲基化、组蛋白修饰、非编码 RNA 作用和染色质重构等。 蜂王和工蜂的分化 蜜蜂由蜂王、雄蜂和工蜂组成,其中蜂王和工蜂是由受精卵发育而来的,为雌性。雄蜂是由未受精的卵细胞发育而来的,为雄性。 蜜蜂的蜂王与工蜂都是由基因型相同的雌蜂幼虫发育而来,但二者之间存在着巨大的表型差异。蜂王的体积是工蜂的 2 倍,寿命更长,有生殖能力,能够繁衍下一代;工蜂则体积娇小,成日辛勤工作,采集花粉、建设住宅与饲养幼蜂,且寿命很短,不能繁衍下一代。既然蜂王与工蜂同为由基因型相同的雌蜂幼虫发育而来,为何会出现表型的巨大差异?原来,蜂王与工蜂分化发育过程中,雌幼虫早期的蜂王浆喂食与否,决定了其发育的命运。蜂王浆决定雌幼虫分化发育的原因在于含有表观遗传效应的物质分子,控制重要基因的表达模式向着蜂王方向进行(如下图)。正是由于蜂王浆,导致其发育命运出现天壤之别。   实验证据 DNA甲基化是目前研究得最清楚的也是最重要的表观遗传修饰形式。甲基化是指将活性甲基化合物(如S腺苷基甲硫氨酸)的甲基催化转移到其他化合物(如DNA)的过程 。DNA甲基化一般发生在CpG位点(胞嘧啶 - 磷酸 - 鸟嘌呤位点,即DNA序列中胞嘧啶后紧连鸟嘌呤的位点)。1989年,英国生物学家霍利迪发表了题为DNA methylation and epigenetic mechanisms (DNA甲基化与表观遗传机制)的论文,第1次明确地提出了DNA的甲基化修饰可以稳定地控制基因表达与否,是基因选择性表达的重要机制之一。2006年,蜜蜂基因组测序协作组报道了蜜蜂(Apis mellifera)的基因组序列,同时他们还发现蜜蜂基因组中广泛存在着CpG位点的DNA甲基化,并断定蜜蜂的发育分化与这些DNA甲基化密切相关。随后在蜜蜂的研究中,研究者发现蜂王与工蜂的基因组DNA甲基化模式存在着明显的区别,其中蜂王的基因组甲基化程度低于工蜂。进一步的研究还证实, 这种区别与蜜蜂幼虫时是否喂食蜂王浆密切相关:与对照相比,喂食蜂王浆的蜜蜂幼虫,其基因组甲基化程度低,将来发育成蜂王(如下图)。  甲基化水平是关键 同生物系统内的其他生理生化反应一样,甲基化也是一种酶促反应, 承担该催化作用的主要是DNA甲基转移酶(英文简称为Dnmt )。研究人员在真核生物中发现了3类DNA甲基转移酶, 分别是Dnmt1、Dnmt2与Dnmt3 。其中,Dnmt3被证实是蜜蜂基因组甲基化的主要参与者。通过RNA干涉的分子生物学手段,在幼虫时期人为地将Dnmt3的基因表达水平敲低, 使得雌蜂幼虫表观遗传酶(Dnmt3)的功能发挥遭到破坏性抑制干预,则在同样喂食花粉和花蜜的条件下,正常雌蜂幼虫继续正常发育成工蜂;相比之下,Dnmt3功能缺陷的雌蜂幼虫发育成蜂王(如下图)。 该结果说明,即使在饮食中缺乏蜂王浆的情况下, 如果能够利用其他手段降低基因组甲基化水平, 雌蜂幼虫仍然能够发育成蜂王, 即基因组甲基化水平是决定蜜蜂发育分化的关键因素。 结束语  与传统遗传理论相比,表观遗传告诉我们,基因的表达与否,不仅取决于基因序列中信息的正确 / 缺失与否,而且还取决于基因的修饰状态。其从分子水平揭示了传统遗传学所不能解释的复杂的生物的遗传现象,是对遗传和进化理论进一步的丰富和完善。随着表观遗传学研究的不断深入,人类必将对遗传、变异及进化相关的生命现象有一个更清晰的认识。
 0   0  81天前
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用科学史发展科学思维的一点看法 ——S. Ruben & M. Kamen的实验 来源:“小狗啃骨头生物”公众号   高中生物学教学中,广大教育工作者已普遍接受这样的事实:科学史资料具有丰富的科学思维、科学方法、科学世界观、科学精神和科学态度等内容。 实际教学过程中有一种倾向,打着依托科学史发展学生科学思维的口号,却置科学思维应尊重事实和证据于不顾。下面以几个广泛使用的科学史资料谈一下其中存在的罔顾事实和证据的现象。 2.1事实与证据 鲁宾和卡门的实验是光反应研究的重要实验,他们的实验表明:光合作用释放的氧气中的氧全部来自于水。 鲁宾和卡门的实验采用了同位素标记法。自然界中氧的三种同位素分别是16O、17O和18O,其丰度分别为99.76%、0.041%和0.20%。鲁宾和卡门制备了18O含量为0.85%的H2O以及KHCO3、K2CO3(为光合作用提供CO2),实验分组及实验结果见下表: 实验结果显示光合作用释放的氧气中18O的含量和水中18O的含量一致,这表明光合作用释放的氧气中的氧完全来自于水。 2.2误解与问题 对鲁宾和卡门实验的第一个误解来自于我自己:已经有了希尔反应之后,为什么鲁宾和卡门的实验还是很重要?我看过一些生物教科书,除了国内的,还包括美国的和英国的,基本上专业教材介绍光合作用时都会介绍希尔反应,然后按时间顺序讲鲁宾的实验。当我们明确了希尔反应描述的是水的光解、产生氧气之后,好像鲁宾的实验只是验证了希尔反应而已,如果这样理解,那么我们就忽略了当时的时代背景。 1935年(比希尔反应提出的时间要早)Greene &Voskuyl就提出观点:光合作用释放的氧气中的氧同时来自二氧化碳和水。他们提出这个观点的依据是:空气里氧气中氧18的含量比海水中明显要高一些。如果光合作用释放的氧气中的氧完全来自于水,考虑到大气中的氧气基本来自光合作用,这意味着氧气中氧18的含量应该和海水是一致的。但事实是氧气中氧18的含量比海水中要高一些并且更接近二氧化碳中的氧18的含量,这强烈地暗示光合作用释放的氧气中的氧不可能来自/不可能只来自于原料水。因此,在化学家们看来希尔反应描述的内容并不符合观察到的客观事实。 1941年,鲁宾和卡门等人用氧18做实验,实验结果显示光合作用释放的氧气中的氧完全来自于水。这个实验结果对于身为化学家的鲁宾肯定也是极为震撼的,因为这意味着大气中氧18含量比水中更高是由某些未知的因素所导致的。   第二个误解,有些教材包括大名鼎鼎的Campbell的普通生物学第11版认为鲁宾和卡门的实验表明:光合作用时CO2中的O会转移到产物H2O中,还通过配平光合作用的反应方程式,分析氧原子的去向。这种做法貌似用原子守恒体现了学科间的联系,发展了学生的科学思维,但实际上并不正确。 这里,我们首先承认确实会发生H218O+CO2 ⇌ H2O+C18O2,即水与二氧化碳可以发生氧同位素的交换,但是这种交换并不是光合作用所导致的。1944年,Dole M.等重复了鲁宾和卡门的实验,他们计算了(有植物存在的条件下)氧同位素的交换值,最终认为鲁宾和卡门的实验结果是可靠的。同年,卡门等(此时鲁宾已去世,年仅30岁)指出:1941年的工作是在pH=10的缓冲溶液中进行的,当pH下降时,氧同位素之间的交换会很频繁;而当反应在碱性条件下进行时,氧同位素的交换对实验结果的影响可以忽略。 为了说明光合作用时CO2中的O不会转移到产物H2O中,我们采用反证法。以第一组实验为例,反应开始时CO2(0.20%)中的18O含量较低而H2O(0.85%)中的18O含量较高,假定CO2(0.20%)中的O会转移到产物H2O(0.85%),那么将导致H2O中18O的含量不断下降。第一组实验进行了350min,接近六个小时,H2O中18O的含量均保持不变(0.85%),与H2O中18O含量不断下降的预期结果并不一致,因此假定“光合作用时CO2中的O会转移到产物H2O中”的观点不被实验结果所支持(生化证据也不支持暗反应时CO2中的O会转移到产物H2O中,这里不再详述)。 这里附带简单解释一下,为什么实验结果显示随着实验的进行,CO2中18O的含量在不断发生变化,仍以第1组实验为例,H2O参与细胞呼吸会生成CO2,这样H2O(0.85%)中18O就会转移到CO2(0.20%)中,从而导致CO2中18O的含量增加。 将鲁宾和卡门的实验放在当时的时代背景下进行理解,已观察到自然界中氧气与水中氧18的含量存在差异,这样的事实不支持希尔反应描述的情况;而鲁宾和卡门用同位素标记的实验则支持希尔反应,从而结束了对希尔反应的争议,同时鲁宾和卡门的实验又引出了新的问题。教师如果能熟悉这些时代背景,就可以让学生更深刻地体会光合作用发现过程中的重要事件及其关联,这对于发展学生的科学思维具有重要的意义。 鲁宾和卡门的原始实验呈现给学生篇幅过大,简化处理更易于学生所接受;但是我们反对随意歪曲实验结果和结论的改写,因为那是对科学事实和证据的不尊重,不符合发展科学思维的基本要求。    
 1   0  81天前
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酒精在高中生物实验中的作用 来源:“生物学教学”公众号   1 酒精在“检测生物组织中的脂肪”实验中的应用浓度:体积分数为50%的酒精。作用:洗去浮色。    方法 :取一粒浸泡过的花生种子,去掉种皮,用刀片在花生子叶的横断面上平行切下若干薄片,放人盛有清水的培养皿中,用毛笔蘸取最薄的切片放在 载玻片中央,在花生子叶薄片上滴2~3滴苏丹Ⅲ染液,用吸水纸吸去染液,再滴加1~2滴体体积分数 为 50%的酒精溶液,洗去浮色后用吸水纸吸去多余的酒精,滴加蒸馏水,制成临时装片后用显微镜观察。    质疑:为什么要洗去浮色?为什么酒精能够洗去浮色?   释疑:这是因为若不除去浮色 ,就会导致染色过深从而影响观察效果,所以可利用相似相溶的原理,因酒精属于弱极性物质,既可溶解非极性物质,又可 溶解极性物质,故可用其除去非极性的色素。   2 酒精在“绿叶中色素的提取和分离”实验中的应用浓度 :质量分数大于 99%的酒精 (无水乙醇 )。作用:溶解色素。   方法:称取 5g绿叶,剪碎,放入研钵中,向研钵中放入少许二氧化硅和碳酸钙 ,再加入10mL无水乙醇,迅速充分研磨,用单层尼龙布进行过滤,收集 滤液即可得到色素溶液。   质疑:为什么要用无水酒精而不是其他浓度的酒精来提取色素? 为什么要迅 速研磨?    释疑:因为光合色素均难溶于水,易溶于有机溶剂,如酒精、丙酮等(因丙酮有毒,所以常用无水乙醇替代丙酮),如果酒精浓度过低,就会导致色素溶解不彻底甚至无法溶解,从而影响提取效果,但浓度越高则挥发性越强,所 以要迅速研磨以防止乙醇挥发。收集到试管中的滤液实质是以酒精为溶剂的色素溶液,应用棉塞将试管塞紧,同样是为了防止酒精的挥发。   3 酒精在“低温诱导植物染色体数目的变化”中的应用浓度:体积分数为 95%的酒精。作用:除去卡诺氏液、解离固定作用 。    方法:先利洋葱培养不定根至1cm左右。再置于4℃的低温环境中诱导36h,剪取根尖后用卡诺氏液浸泡0.5~1h,然用体积分数为95%的酒精冲洗两次,最后再解离(用15%的盐酸和95%的酒精1:1混合)、漂洗、染色、制片、观察。    质疑:为什么不用清水而用95%的酒精冲洗?先后两次使用同浓度的酒精 ,其发挥的作用是否相同?    释 疑 :该实验要观察经低温诱导后洋葱根尖细胞染色体的变化情况 ,所 以要先用诺氏液浸泡以固定细胞形态;卡诺氏液有多种配方,通常使用无 水酒精:冰醋酸=3:1的配方,这样的药液能迅速穿透细胞,固定细胞形态,同时还能增强染色体的嗜碱性;因为冰醋酸的渗透,能使细胞膨胀 ,染色体铺展, 但同随细胞内冰醋酸的增加也会造成细胞破裂,染色体散失的后果,所以要及时用95%的酒精冲洗冰醋酸直至不含冰醋酸为止.   虽然水与冰醋酸能以任意比例混溶 ,但对细胞的形态固定定并不起作用, 所以用酒精而不用水。到该实验的解离阶段,95%的酒精所起的作用就是与盐酸一起,起到解离液的作用。   4、酒精在微生物的实验室培养和植物组培过程中的应用:体积分数为70%的酒精。作用消毒作用。   方法:用70%的酒精喷雾使接种室里的空气消毒;用70%的酒精擦拭接种室的工作台或器皿或作者的双手及衣物进行消毒;用70%的酒精短时(6~7s)浸泡外植体对植物材料进行消毒。   质疑 :为什么要用70%的酒精而不用其他更高浓度的酒精进行消毒?   释疑:酒精消毒是利用酒精能使蛋 白质变性从 而杀死细胞的过程 ,但并不是酒精浓度越高越好,这是为体积分数为70%的酒精与其他浓度的酒精相比 ,不但具有更强的杀菌力和穿透力,而且有湿润作用,可排除掉材料上的空 气 ,有利于其他消毒剂的渗入,也正因为其穿透力强,故应严格控制好处理 时间 。   5 酒精在“DNA的粗提取与鉴定”实验中的应用 浓度:体积分数为95%的冷酒精。作用溶解蛋白质等物质,析出不溶于酒精DNA。   方法:先破碎细胞 ,获取含 DNA 的滤 液 ,再利用 DNA在 NaC1溶液 中的溶解特性除去滤液中的杂质,然后在滤液中加入与滤液体积相等的95%的冷酒精,缓慢搅拌析出丝状的DNA   质 疑 :为什么要用冷却的而不是常温下的95%的酒精来析出DNA?   释疑 :无论冷却的还是常温下的95%的酒精,都能溶解滤液中包括蛋白质 在内的大部分有机物,但并不溶解DNA,从而可以析出并提取DNA ;但预冷的 酒精效果更佳,因为冷酒精不但能抑制核酸水解酶的活性 ,防止DNA降解,还能降低分子运动,易于使DNA形成沉淀析出 ,同时还利于增加DNA分子的 柔韧性,减少断裂,从而大大提高 DNA的提取效率。   6 果胶的鉴定 浓度95%的乙醇 果胶不易溶于酒精,在果胶中会出现絮状沉淀。   主要参考资料:马斌 酒精在高中生物实验中的应用 实验教学 2017  
 0   0  81天前
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