生物學中的科學研究方法

生物學中的常用技術(shù)手段和科學研究方法

一、同位素標記法：

1、概念：（《必修1》102頁）同位素用于追蹤物質(zhì)的 過程。用示蹤元素標記的化合物，化學性質(zhì) 。人們可以根據(jù)這種化合物的放射性，對有關(guān)的一系列化學反應(yīng)進行追蹤。這種科學研究方法叫做同位素標記法，也叫同位素示蹤法。

2、應(yīng)用：可用于研究細胞內(nèi)的元素或化合物的來源、組成、分布和去向等，進而了解細胞的結(jié)構(gòu)和功能、化學物質(zhì)的變化、反應(yīng)機理等。

3、常用的示蹤元素：如H、C、N、O、P、 （蛋白質(zhì)的特征元素）等。 4、教材中用到同位素標記法的地方有——

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應(yīng)用：在基因工程中可用此方法檢測 。 ③抗原——抗體雜交技術(shù)：原理——抗原抗體的特異性識別。

應(yīng)用：在基因工程中可用此方法檢測 第一文庫網(wǎng) 。 在單克隆抗體制備過程中，要需對雜交瘤細胞進行 檢驗，其實就是此技術(shù)。

（《必修2》28頁）

1、概念：根據(jù)兩個對象之間有某些性質(zhì)相同，從而推測它們的其他性質(zhì)也相同的方法。 2、注意：類比推理得出的結(jié)論并不具有邏輯的必然性，其正確與否，還需要 。 3、教材應(yīng)用：

①薩頓假說：根據(jù)基因和染色體之間存在著 ，提出假說 。

其具體依據(jù)有哪些？

①《必修1》48頁“分泌蛋白的合成和運輸”：

問題1：分泌蛋白合成與分泌的整個過程以此經(jīng)過的細胞器有哪些？整個過程蛋白質(zhì)穿過了幾層膜？

問題2：分泌蛋白合成與分泌的整個過程不僅體現(xiàn)細胞內(nèi)的各種生物膜在結(jié)構(gòu)上的 聯(lián)系，更體現(xiàn)了它們在 上的聯(lián)系。

問題3：常見的分泌蛋白有哪些？

②《必修2》30頁“技能訓練”：通過類比推理推測基因和DNA的關(guān)系： 。

③《必修1》12頁“細胞學說的建立第3”：施萊登首先提出細胞是構(gòu)成植物體的基本單位，并把

研究結(jié)果告訴了施旺，施旺通過類比提出，動物體的基本單位也是細胞。

五、假說演繹法：

1、概念：是指在觀察和分析基礎(chǔ)上提出問題以后，通過推理和想象提出解釋問題的假說，根據(jù)

②《必修1》102頁“光合作用的探究歷程”：

假說進行演繹推理，再通過實驗檢驗演繹推理的結(jié)論。（《必修2》7頁） 1939年美國科學家 和 利用同位素 分別標記 和 ，然后通過

2、一般過程： → → 演繹推理 → 實驗檢驗 （對比？對照？）實驗，證明了 。

20世紀40年代，美國科學家卡爾文，用 標記的 ，供小球藻進行光合作用，最終探明了碳在光合作用過程中的轉(zhuǎn)移途徑為 ，這一途徑稱為 。

③《必修2》45頁“噬菌體侵染細菌的實驗”：1952年 和 分別用同位素 和

標記的噬菌體，通過實驗證明了 。

問題1：要證明DNA還是蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)，最關(guān)鍵的實驗設(shè)計思路是什么？ 問題2：如何用同位素標記噬菌體？實驗中攪拌的目的是什么？ 問題3：能說某種細胞生物的遺傳物質(zhì)主要是DNA嗎？

④《選修3》14頁“DNA分子雜交技術(shù)”：用放射性同位素標記的 進行目的基因的檢測。

5、在生物學中，和同位素標記法類似的另一種方法是——熒光標記法。

教材中用到熒光標記法的地方有：①《必修1》66頁“細胞融合實驗”：這一實驗很有力地證明了細胞膜的結(jié)構(gòu)特點是 。②《必修2》30頁“基因在染色體上的實驗證據(jù)”：通過現(xiàn)代分子生物學技術(shù)，運用熒光標記的手段，可以很直觀地觀察到某一基因在染色體上的位置。

③《選修3》81頁最上小字：將帶有遺傳標記的ES細胞注入囊胚腔，通過組織化學染色，研究胚胎發(fā)

育的過程。（這里用的不是熒光標記，但原理類似）

二、分離物質(zhì)的方法

差速離心法——分離 的方法：（《必修1》44頁） 此外還有離心法、電泳法

三、分子雜交技術(shù)：

1、概念：根據(jù)某些物質(zhì)分子之間特異性識別和結(jié)合的性質(zhì)，利用已有的物質(zhì)分子對未知物質(zhì)分子進行檢測的技術(shù)。

2、分類及應(yīng)用：《選修3》14頁

①DNA分子雜交技術(shù)：原理是 ，探針由 組成，檢測對象需要 。 應(yīng)用：在基因工程中可用此方法檢測 。 ②DNA——RNA分子雜交技術(shù)：（原理及過程同上）

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②基因與染色體的關(guān)系的探究歷程。

從薩頓提出“基因在染色體上的假說”到摩爾根通過實驗驗證這個假說，整個過程體現(xiàn)了“假說—演繹”的應(yīng)用。同時，縱觀摩爾根的整個實驗過程，從他發(fā)現(xiàn)果蠅中出現(xiàn)一只白眼雄蠅到提出“控制白眼性狀的基因位于X染色體上”到最后通過實驗證明，也是“假說演繹”的經(jīng)典應(yīng)用。

調(diào)查植物物種的豐富度可以用樣方法；調(diào)查土壤小動物的物種豐富度，常用 的方法進行采集、調(diào)查，豐富度的統(tǒng)計方法通常有兩種，一是 ，二是 ，其中前者一般用于個體較大，種群數(shù)量有限的群落。

③調(diào)查遺傳病的類型及發(fā)病率：（《必修2》91頁）

若要調(diào)查某種遺傳病的遺傳方式，應(yīng)在 中進行調(diào)查； 若要調(diào)查某種遺傳病的發(fā)病率，應(yīng)在 中進行調(diào)查。 △調(diào)查時，最好選擇群體中 遺傳病，進行調(diào)查。 △某種遺傳病的發(fā)病率= 。 ④對培養(yǎng)液中的酵母菌進行記數(shù)：（《必修3》68頁）

由于對一支試管中的酵母菌逐個計數(shù)是非常困難的，所以一般采用 的方法進行計數(shù)。

六、模型建構(gòu)：

1、概念：模型是人們?yōu)榱四撤N特定的目的而對認識對象所作的一種簡化的、概括性的描述,這種描述可以是定性的,也可以是定量的;有的借助于具體的實物或其他形象化的手段,有的則通過抽象的形式來表達。（《必修1》54頁） 所謂建模,就是要尋找變量之間的關(guān)系,構(gòu)建模型,然后依據(jù)模型進行推導、計算,做出預測、結(jié)論等。

2、類型：模型一般可分為物理模型、數(shù)學模型和概念模型等。

①物理模型：是 形式直觀地表達認識對象的特征。如，人工制作或繪制的DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型、真核細胞三維結(jié)構(gòu)模型等。

②數(shù)學模型：指的是用來描述系統(tǒng)或它的性質(zhì)和本質(zhì)的一系列 。數(shù)學模型常見的表現(xiàn)形式有兩種，分別是 和 ，其中前者更為直觀，后者更為 。如，種群數(shù)量的變化曲線等。

▲復習《必修3》65——67頁如下內(nèi)容——

△建立數(shù)學模型的一般步驟：觀察研究對象， →提出 →根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，用 對事物的性質(zhì)進行表達→通過進一步 ，對模型進行 。

△“J”型增長曲線的模型假設(shè)是 。 △在自然條件下，為什么種群數(shù)量增長到一定階段就會停止？（67頁最上面） ③概念模型：就是以概念圖的形式直觀地體現(xiàn)概念之間的關(guān)系。

它是一種以網(wǎng)絡(luò)圖的形式,用聯(lián)系詞把概念之間有意義的聯(lián)系表示出來的圖形,由概念、連線和聯(lián)系詞組成。聯(lián)系詞和概念能表達一句話或一個觀點。概念圖標注了概念間的具體聯(lián)系,反映了具體事物與知識結(jié)構(gòu)整體之間的關(guān)系以及具體事物、具體概念在結(jié)構(gòu)中的位置和作用,促進了對知識結(jié)構(gòu)的理解。▲建議復習：將三本必修教材每章最后的《自我檢測》中出現(xiàn)的所有概念圖，再復習一遍。▲▲▲ ▲特別提醒：概念圖不僅是我們學習的內(nèi)容，也是一種非常好的提高我們學習效率的學習方法。

【學以致用】

1.下列生物學研究選擇的技術(shù)（方法）恰當?shù)氖?/p>

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A．用H標記的尿嘧啶核糖核苷酸研究DNA的復制 B．利用紙層析法提取葉綠體中的色素

C．用標志重捕法調(diào)查土壤小動物的豐富度 D．用無毒的染料研究動物胚胎發(fā)育的過程 2．用放射性同位素分別標記U和T的培養(yǎng)基培養(yǎng)蠶豆根尖分生區(qū)細胞，觀察其有絲分裂周期為20小時，根據(jù)這兩種堿基被細胞利用的速率，繪制成的曲線如右圖所示。下列對此結(jié)果的分析中，不正確的是

A.b點時刻，細胞正大量合成RNA B.d點時刻，細胞中DNA含量達到最高值 C.c-e階段，細胞內(nèi)最容易發(fā)生基因突變 D.處于a-c階段的細胞數(shù)目較多 4.下圖中a,b,c表示生物體內(nèi)的三個生理過程，其中的Y分別代表三種物質(zhì)，有關(guān)Y的敘述，錯誤的是 ．．

A．Y可能位于細胞膜上 B．Y可能存在于體液中 C．Y可能位于染色體上 D．Y中可能含有硫元素 5.下列各項科學發(fā)現(xiàn),都早于艾弗里等人證實“DNA是遺傳物質(zhì)”的實驗,其中哪項成果不能作為當時生物學家推測“DNA可能是遺傳物質(zhì)”的證據(jù)

A.同一物種的不同個體的體細胞DNA含量穩(wěn)定,但不同物種的體細胞DNA含量不同

B.配子中DNA含量是體細胞DNA含量的一半

C.誘發(fā)突變最有效的紫外線波長是2.6×10-7 m,與DNA分子的吸收 峰值相同

D.DNA分子含磷酸、五碳糖、含氮堿基等化學成分

6、孔雀魚是一種常見的觀賞魚，其性別決定方式屬于XY型，是非常好的遺傳學實驗材料。幾十年前，德國的一位育種者在眾多的孔雀魚幼魚中發(fā)現(xiàn)一條身體后半部為暗色的個體，并以此個體為基礎(chǔ)培育出了“禮服”品種。用“禮服”品種的雌魚作親本（P）與其它品種的雄魚雜交，所得子代（F1）個體中，雌雄魚均表現(xiàn)“禮服”性狀；將子代（F1）雌雄個體自由交配，所得子代（F2）個體中，雌魚均表現(xiàn) “禮服”性狀，雄魚表現(xiàn)為1/2“禮服”性狀、1/2無“禮服”性狀。

請用“假說－演繹法”對“禮服”性狀的遺傳進行研究。

（1）“假說－演繹法”的一般步驟為：①提出問題→②____ _→③__ ___→④實驗檢驗→⑤得出結(jié)論。 （2）在研究“禮服”性狀遺傳的①步驟中，你的具體內(nèi)容是______________________________。 （3）在研究“禮服”性狀遺傳的②步驟中，你的具體內(nèi)容是____________________。

（4）在研究“禮服”性狀遺傳的③步驟中，你的具體內(nèi)容，請用遺傳圖解表示，基因符號為A、a）。

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七、調(diào)查法：

1、概念：調(diào)查是科學探究常用的方法之一。我國的森林資源每五年清查一次，這就是調(diào)查。人口普查也是調(diào)查。調(diào)查時首先要明確調(diào)查目的和調(diào)查對象，制訂合理的調(diào)查方案。有時因為調(diào)查的范圍很大，不可能逐個調(diào)查，就要選取一部分調(diào)查對象作為樣本，即抽樣調(diào)查。調(diào)查過程中要如實記錄。對調(diào)查的結(jié)果要進行整理和分析，有時要用數(shù)學方法進行統(tǒng)計。

2、教材應(yīng)用：

①調(diào)查種群密度的方法有：樣方法和 ，其中后者主要適用于活動能力強，活動范圍大的動物，如果第一次被標記的動物放生后，有些標記物脫落，最后計算出的種群密度比實際值偏 。

▲關(guān)于樣方法：（復習《必修3》60——61頁相關(guān)內(nèi)容）

如果調(diào)查雙子葉植物的種群密度，樣方的大小一般以 為宜。取樣的關(guān)鍵是要做到 ，不能滲入 。如果總體范圍為長方形時，應(yīng)該用 方法取樣。

②調(diào)查物種豐富度：（《必修3》75頁）

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