高中生物实验中貌合神离的术语

王学娟

现在高考题中实验题所占的比重比较大，而且考题从操作性的问题向设计性的问题过度.我归纳了学生在实验设计中常见的4组貌合神离的术语进行了分析，希望能对考生有所帮助.

一、同位素标记、放射性标记、荧光标记

在一次公开课上，我们班的同学活动充分，勇于展现自我.就在这样一堂较完美的公开课，生成了一个很有意义的问题.当时上课用的活动单上有这样一道题目：请设计一个能证明细胞膜具有流动性的实验.有一个小组的同学设计了这样一个实验：利用31P标记一个细胞的细胞膜，用32S标记另一个细胞的细胞膜，然后用灭活的病毒进行促融，然后再用仪器观察放射性的分布.这个同学发言后，我请其他小组的同学进行点评，他们都觉得设计得挺好的.后来我给同学们提出了几个疑问︰①所有的同位素都具有放射性吗？②在本实验中荧光标记的设计思路和这个同学的设计思路哪个更好？③证明和说明之间有何区别？课后我对这个问题进行了梳理，并总结了高中阶段常见的同位素是否具有放射性.

1.同位素标记

高中人教版必修一生物课本上有同位素标记的定义.同位素有这样一个特性：不管哪种元素在被同位素替换后，它的化学性质与替换前相比，没有发生变化.正是由于它有这个特性，所以很多科学家在实验中用到同位素对其所研究的元素进行标记.人教版的高中生物教材中有十几处科学史中提到同位素标记.教材在有些科学史中明确说了具有放射性的某某同位素，但有些事例中没有明确说明利用的同位素是否具有放射性.我们班学生在篇首的实验设计就是不知道哪些同位素具有放射性，所以才误用没有放射性的31P和32S进行标记.本文对高中阶段常用的同位素的放射性问题进行了系统的总结.

氢的同位素.生物必修一的48至49页，介绍了有关分泌蛋白在哪里合成，由哪些细胞结构运输，以及运输的方向如何.这个例子中涉及了3H标记的亮氨酸.科学家将所研究的细胞放在含有3H标记的亮氨酸的培养液中，看这个被标记的氨基酸首先在细胞的哪里出现，然后再观察这个标记的运输路径.课本上仅仅说用3H标记，但没有交代清楚3H是否具有放射性.氢元素具有7种同位素：1H、2H、3H、4H、5H、6H、7H，其中从3H到7H都是不稳定的，具有放射性，而1H和2H是不具有放射性的稳定的同位素.

氧的同位素.人教版教材在介绍有关光合作用的科学史中涉及到了氧和碳的同位素.在鲁宾和卡门的实验中，他们利用被18O标记的二氧化碳和水来探究植物释放的氧气到底来自于水还是二氧化碳.这个例子中用到的18O不具有放射性，是稳定的同位素.在大自然的空气中氧具有16O、17O、18O三种同位素.这三种同位素都是稳定的，不具有放射性.科学家应该是通过检测产物的质量进行区分.碳的同位素.课本必修一在光合作用部分还介绍了有关卡尔文探究碳元素是如何转移的经典实验.在这个实验中他用14C标记的14CO2作为原料让植物进行光合作用，然后及时观察细胞中的14C走向，最终发现了著名的卡尔文循环.碳在自然界中有三种形式（12C、13C、14C）存在.14C具有放射性，12C、13C在自然界中含量很大但不具有放射性.

氮的同位素.人教版必修二生物课本中在“遗传的物质基础”部分介绍了当时科学家探究DNA复制特点时设计的一个经典实验.在这个实验中科学家现将未被标记的DNA分子放在含有14N的培养基中，让亲代DNA分子充分被标记上14N，然后再让这种亲代DNA分子在含有15N的培养基上复制，而且是复制两次.这个实验中用到的14N和15N都是稳定的同位素，不能放出射线.科学家是对一次复制和两次复制所得到的子代DNA分子进行离心，通过分子量将这些DNA分为了三类（重、中、轻）.

磷的同位素.生物必修二课本介绍了人类探究遗传物质到底是DNA还是蛋白质的过程.这其中介绍了赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染大肠杆菌的实验.这个实验中他们用32P对DNA中的磷酸基团进行了标记.然后通过保温、搅拌、离心等技术手段将噬菌体的外壳和大肠杆菌分开，通过观察2组实验结果的放射性，从而推测了噬菌体的遗传物质是DNA.这个经典实验中用到的32P是不稳定的，具有放射性的.磷元素在自然界中具有13种同位素从磷27到磷39，其中磷31不具有放射性是最稳定的.其他的同位素都不稳定的，具有放射性.

硫的同位素.噬菌体侵染大肠杆菌的实验中还用到35S对蛋白质上的R基进行标记.硫元素在自然界中有四种同位素（32S、33S、34S、36S〕，它们都是稳定的，不具有放射性.硫35是硫的一种具有放射性的核素.

我们班的那位学生利用31P标记一个细胞的细胞膜，用32S标记另一个细胞的细胞膜，然后用灭活的病毒进行促融，然后再用仪器观察观察放射性的分布.当时因为他不知道31P和32S不具有放射性，不能作为示踪原子.所以做了这样一个错误的设计.试想一下，如果将31P和32S换成32P和35S，可行吗？如果这样设计，按照理论上推测，这些示踪原子经过一段时间的运动后应该会均匀分布.可是细胞的放射性分布均匀，又怎么能证明细胞膜具有流动性呢，即使组成细胞膜的分子不运动，原来的两个细胞都有放射性，目前的仪器只能测出放射性，但不能区分这种射线是来自于哪种同位素.如果用含有红色和绿色的荧光染料分别标记两个细胞，仪器能轻松分辨出每种荧光染料有没有分布均匀.

2.放射性同位素的应用

现在人们的健康意识比较强，大街小巷的人们都知道要防辐射、远离射线放射.事物一般都具有两面性.放射性在人们的日常生活中也有很多的应用.

X光线透视.摔跤后可以借助于医院的X射线透过肌肉显示出骨头的状态，医生可以根据胶片上呈现的影像判断出骨头是否处于断裂状态，这样可以对症下药，提高治疗的效果.小孩咳嗽时间长了可能会出现肺炎，这个也可以通过透视看清楚到底是肺部发炎还是气管发炎.人长智齿的时间比较晚，而且有很多人长智齿时，牙齿出不了牙龈，导致反复发炎肿痛.有些私人诊所就凭医生用蛮力将牙齿拔出，这样出血较多，容易感染.正规医院在拔智齿之前都要通过透视，看看牙根的状态，然后再做处理，这样会减轻病人的痛苦.

放疗.经济发展了，人们的生活水平提高了.可能与竞争压力有关，可能与污染有关也可能生活习惯有关，我国癌症发病率在全世界名列前茅.传统治疗癌症的方法有物理和化学方法及放疗和化疗.化疗是借助于药物对付癌细胞，但是药物是通过体液运送的，在对付癌细胞的同时也伤害了正常细胞，副作用较大.放疗是利用射线对患者进行局部照射.癌细胞细胞周期变短，分裂速度加快，对射线的照射更敏感，更易死亡.

幽门螺旋杆菌的检测.部分人由于不规则的饮食，导致胃不舒服.检查胃部的一般的方法是做胃镜.做胃镜实在是很难受，有些医生会建议病人先检查一下是否有幽门螺旋杆菌感染.检测幽门杆菌的方法是比较简单的“吹气”.这个方法的原理是人自身体内没有尿素酶不能将尿素分解，而幽门螺旋杆菌体内含有尿素酶能将尿素分解释放二氧化碳.病人首先口服含有碳13或碳14标记的尿毒胶囊，如果病人体内有幽门螺旋杆菌就能分解尿素，反之则不能.一段时间后检测病人呼出的气体中是不是含有碳13或碳14.医生可以根据气相色谱仪分析的结果判断此病人是否被幽门螺旋杆菌感染.刚才在前面的介绍中说了碳14具有放射性，所以小孩和孕妇最好慎重选择.

太空育种.我国航天事业发展很快，飞船不仅将航天员们带入了太空，也将多种植物的种子带入了太空，种子跟随飞船在宇宙翱翔，沐浴着宇宙的清新与舒适.返回地面的飞船将种子带回地面，育种专家对它们进行了选育.从这些太空种子中选出了产量高、抗寒、抗旱、抗病的作物新品种.太空育种的原理是种子在太空接受了大量的辐射，大幅度地提高了基因突变的频率.

微生物育种.现在医院里的青霉素价格很便宜.二战期间我国的青霉素价格很高，简直可以与黄金的价格相媲美.人类首次发现青霉素从一个发霉的甜瓜中分离得到的，一开始产量很低，而且纯度不高.这些青霉素无法在临床上使用.后来科学家通过射线照射，提高了青霉菌的突变频率，提高了产量，价格才降下了.有了青霉素等消炎药的使用，我国人口的平均寿命有了大幅度地提高.

3.荧光标记

荧光标记是用荧光蛋白或荧光蛋白基因对被标记的物质进行研究的方法.荧光染料不仅可以与蛋白质相结合，也可以与核酸相结合.选修三课本中基因工程部分涉及到的基因探针有的是用放射性标记，有的就是用荧光标记.基因探针可以在短时间内检测多种目的基因.

用荧光标记细胞膜时，一般只能标记蛋白质，而不能标记磷脂.荧光染料的种类很多，可以根据需要标记的物质进行选择，国内已有不少的专门经营荧光染料的商家.其实荧光标记法就是在放射性标记法之后出现的一种灵敏度更高、更方便、更快捷的标记方法.

二、证明与说明

篇首的那道实验设计题目.还有学生想通过细胞渗透失水或渗透吸水的实验来证明细胞膜具有流动性.想通过这个实验达到证明目的的学生将证明与说明混淆了.只有亲眼看到分子的运动才能直接证明细胞膜具有流动性.植物细胞渗透失水原生质层体积缩小，这个事例只能由细胞膜的体积在缩小而间接说明分子是可以运动的.同样变形虫在运动和摄食时不断变化身体的外形也只是间接说明了这一点.自由扩散、协助扩散、主动运输等只能间接说明膜的流动性.

三、对照与对比

生物实验的设计一般都需要设计对照组.所谓的对照组一般可以认为是在自然条件下的一组实验，而实验组与对照组相比应该出现一个条件不同即存在一个自变量.科学家在探究光合作用条件时，对照组一般都是能进行光合作用的，而实验组﹝例如缺乏光﹞一般都是不能进行光合作用的.这样相互对照就能找出光合作用需要哪些条件.但是在探究呼吸作用产物时，经常选用酵母菌.这种生物很特殊，不管是在有氧的条件下还是在无氧的条件下都能正常生存而且都能释放出二氧化碳.在这个实验中，这两组实验只能相互对比后发现，在单位时间内有氧呼吸产生的二氧化碳比无氧呼吸更多.这些难以设计对照组的实验，需要设计重复实验，这样才能提高实验的可信度.

四、结论与推论

最近几年的江苏模拟题和高考题都有对生物科学史考查的题目.这样的考题难度较低，但有些同学没有理清楚结论和推论之间的区别，从而将一些推论张冠李戴，失去了该得的分数.科学史上往往需要经过几十年甚至上百年的科学研究才能得出一个令世人信服的结论.教师要在课堂上帮助同学们理清楚科学发展史上的主线.例如在探究植物弯向光源生长的原因中课本中涉及到了4位科学家的实验.温特才用琼脂块收集了尖端产生的物质，前面的科学家仅仅是推测有这种物质存在.孟德尔只是通过实验总结出了遗传的两大定律，但他没有阐述这两大定律的实质.只要学生区别了结论与推论，面对科学史就能轻松判断正误.