生物学中的科学研究方法

一、同位素标记法：

1、概念：（《必修1》102页）同位素用于追踪物质的              过程。用示踪元素标记的化合物，化学性质       。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，也叫同位素示踪法。

2、应用：可用于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。

3、常用的示踪元素：如3H、14C、15N、18O、32P、     （蛋白质的特征元素）等。

4、教材中用到同位素标记法的地方有——

①《必修1》48页“分泌蛋白的合成和运输”：

问题1：分泌蛋白合成与分泌的整个过程以此经过的细胞器有哪些？整个过程蛋白质穿过了几层膜？

问题2：分泌蛋白合成与分泌的整个过程不仅体现细胞内的各种生物膜在结构上的      联系，更体现了它们在       上的联系。

问题3：常见的分泌蛋白有哪些？

②《必修1》102页“光合作用的探究历程”：

1939年美国科学家         和        利用同位素     分别标记      和       ，然后通过        （对比？对照？）实验，证明了                          。

20世纪40年代，美国科学家卡尔文，用     标记的      ，供小球藻进行光合作用，最终探明了碳在光合作用过程中的转移途径为                       ，这一途径称为               。

③《必修2》45页“噬菌体侵染细菌的实验”：1952年        和         分别用同位素     和     标记的噬菌体，通过实验证明了                          。

问题1：要证明DNA还是蛋白质是遗传物质，最关键的实验设计思路是什么？

问题2：如何用同位素标记噬菌体？实验中搅拌的目的是什么？

问题3：能说某种细胞生物的遗传物质主要是DNA吗？

④《选修3》14页“DNA分子杂交技术”：用放射性同位素标记的          进行目的基因的检测。

5、在生物学中，和同位素标记法类似的另一种方法是——荧光标记法。

教材中用到荧光标记法的地方有：①《必修1》66页“细胞融合实验”：这一实验很有力地证明了细胞膜的结构特点是                    。②《必修2》30页“基因在染色体上的实验证据”：通过现代分子生物学技术，运用荧光标记的手段，可以很直观地观察到某一基因在染色体上的位置。③《选修3》81页最上小字：将带有遗传标记的ES细胞注入囊胚腔，通过组织化学染色，研究胚胎发育的过程。（这里用的不是荧光标记，但原理类似）

二、分离物质的方法

差速离心法——分离            的方法：（《必修1》44页） 此外还有离心法、电泳法

三、分子杂交技术：

1、概念：根据某些物质分子之间特异性识别和结合的性质，利用已有的物质分子对未知物质分子进行检测的技术。

2、分类及应用：《选修3》14页

①DNA分子杂交技术：原理是          ，探针由                 组成，检测对象需要       。

应用：在基因工程中可用此方法检测                                              。

②DNA——RNA分子杂交技术：（原理及过程同上）

应用：在基因工程中可用此方法检测                                              。

③抗原——抗体杂交技术：原理——抗原抗体的特异性识别。

应用：在基因工程中可用此方法检测                                              。

      在单克隆抗备过程中，要需对杂交瘤细胞进行            检验，其实就是此技术。

四、类比推理：（《必修2》28页）

1、概念：根据两个对象之间有某些性质相同，从而推测它们的其他性质也相同的方法。

2、注意：类比推理得出的结论并不具有逻辑的必然性，其正确与否，还需要          。

3、教材应用：

①萨顿假说：根据基因和染色体之间存在着          ，提出假说                          。其具体依据有哪些？

②《必修2》30页“技能训练”：通过类比推理推测基因和DNA的关系：              。

    ③《必修1》12页“细胞学说的建立第3”：施莱登首先提出细胞是构成植物体的基本单位，并把研究结果告诉了施旺，施旺通过类比提出，动物体的基本单位也是细胞。

五、假说演绎法：

1、概念：是指在观察和分析基础上提出问题以后，通过推理和想象提出解释问题的假说，根据假说进行演绎推理，再通过实验检验演绎推理的结论。（《必修2》7页）

2、一般过程：               →               → 演绎推理 → 实验检验 

①孟德尔遗传定律的发现过程。

从萨顿提出“基因在染色体上的假说”到摩尔根通过实验验证这个假说，整个过程体现了“假说—演绎”的应用。同时，纵观摩尔根的整个实验过程，从他发现果蝇中出现一只白眼雄蝇到提出“控制白眼性状的基因位于X染色体上”到最后通过实验证明，也是“假说演绎”的经典应用。

六、模型建构：

1、概念：模型是人们为了某种特定的目的而对认识对象所作的一种简化的、概括性的描述,这种描述可以是定性的,也可以是定量的;有的借助于具体的实物或其他形象化的手段,有的则通过抽象的形式来表达。（《必修1》54页） 所谓建模,就是要寻找变量之间的关系,构建模型,然后依据模型进行推导、计算,做出预测、结论等。

2、类型：模型一般可分为物理模型、数学模型和概念模型等。

①物理模型：是                形式直观地表达认识对象的特征。如，人工制作或绘制的DNA分子双螺旋结构模型、真核细胞三维结构模型等。

②数学模型：指的是用来描述系统或它的性质和本质的一系列          。数学模型常见的表现形式有两种，分别是           和            ，其中前者更为直观，后者更为       。如，种群数量的变化曲线等。

▲复习《必修3》65——67页如下内容——

△建立数学模型的一般步骤：观察研究对象，           →提出            →根据实验数据，用                   对事物的性质进行表达→通过进一步                 ，对模型进行               。

△“J”型增长曲线的模型假设是                                  。

△在自然条件下，为什么种群数量增长到一定阶段就会停止？（67页最上面）

③概念模型：就是以概念图的形式直观地体现概念之间的关系。

它是一种以网络图的形式,用联系词把概念之间有意义的联系表示出来的图形,由概念、连线和联系词组成。联系词和概念能表达一句话或一个观点。概念图标注了概念间的具体联系,反映了具体事物与知识结构整体之间的关系以及具体事物、具体概念在结构中的位置和作用,促进了对知识结构的理解。▲建议复习：将三本必修教材每章最后的《自我检测》中出现的所有概念图，再复习一遍。▲▲▲   ▲特别提醒：概念图不仅是我们学习的内容，也是一种非常好的提高我们学习效率的学习方法。

七、调查法：

1、概念：调查是科学探究常用的方法之一。我国的森林资源每五年清查一次，这就是调查。人口普查也是调查。调查时首先要明确调查目的和调查对象，制订合理的调查方案。有时因为调查的范围很大，不可能逐个调查，就要选取一部分调查对象作为样本，即抽样调查。调查过程中要如实记录。对调查的结果要进行整理和分析，有时要用数学方法进行统计。

2、教材应用：

①调查种群密度的方法有：样方法和             ，其中后者主要适用于活动能力强，活动范围大的动物，如果第一次被标记的动物放生后，有些标记物脱落，最后计算出的种群密度比实际值偏     。

▲关于样方法：（复习《必修3》60——61页相关内容）

如果调查双子叶植物的种群密度，样方的大小一般以                 为宜。取样的关键是要做到             ，不能渗入          。如果总体范围为长方形时，应该用             方法取样。

②调查物种丰富度：（《必修3》75页）

调查植物物种的丰富度可以用样方法；调查土壤小动物的物种丰富度，常用                的方法进行采集、调查，丰富度的统计方法通常有两种，一是                ，二是                 ，其中前者一般用于个体较大，种群数量有限的群落。

③调查遗传病的类型及发病率：（《必修2》91页）

若要调查某种遗传病的遗传方式，应在                   中进行调查；

若要调查某种遗传病的发病率，应在                   中进行调查。

△调查时，最好选择群体中                     遗传病，进行调查。

△某种遗传病的发病率=                                        。

④对培养液中的酵母菌进行记数：（《必修3》68页）

由于对一支试管中的酵母菌逐个计数是非常困难的，所以一般采用              的方法进行计数。

【学以致用】

1.下列生物学研究选择的技术（方法）恰当的是

A．用 3H标记的尿嘧啶核糖核苷酸研究DNA的复制　   B．利用纸层析法提取叶绿体中的色素

C．用标志重捕法调查土壤小动物的丰富度　　　　　  D．用无毒的染料研究动物胚胎发育的过程

2．用放射性同位素分别标记U和T的培养基培养蚕豆根尖分生区细胞，观察其有丝周期为20小时，根据这两种碱基被细胞利用的速率，绘制成的曲线如右图所示。下列对此结果的分析中，不正确的是

A.b点时刻，细胞正大量合成RNA  B.d点时刻，细胞中DNA含量达到最高值

C.c-e阶段，细胞内最容易发生基因突变   D.处于a-c阶段的细胞数目较多

4.下图中表示生物体内的三个生理过程，其中的Y分别代表三种物质，有关Y的叙述，错误的是

A．Y可能位于细胞膜上      B．Y可能存在于体液中     

C．Y可能位于染色体上       D．Y中可能含有硫元素

5.下列各项科学发现,都早于艾弗里等人证实“DNA是遗传物质”的实验,其中哪项成果不能作为当时生物学家推测“DNA可能是遗传物质”的证据

A.同一物种的不同个体的体细胞DNA含量稳定,但不同物种的体细胞DNA含量不同    B.配子中DNA含量是体细胞DNA含量的一半    C.诱发突变最有效的紫外线波长是2.6×10-7 m,与DNA分子的吸收

峰值相同    D.DNA分子含磷酸、五碳糖、含氮碱基等化学成分

6、孔雀鱼是一种常见的观赏鱼，其性别决定方式属于XY型，是非常好的遗传学实验材料。几十年前，德国的一位育种者在众多的孔雀鱼幼鱼中发现一条身体后半部为暗色的个体，并以此个体为基础培育出了“礼服”品种。用“礼服”品种的雌鱼作亲本（P）与其它品种的雄鱼杂交，所得子代（F1）个体中，雌雄鱼均表现“礼服”性状；将子代（F1）雌雄个体自由交配，所得子代（F2）个体中，雌鱼均表现 “礼服”性状，雄鱼表现为1/2“礼服”性状、1/2无“礼服”性状。

请用“假说－演绎法”对“礼服”性状的遗传进行研究。

（1）“假说－演绎法”的一般步骤为：①提出问题→②____     _→③__     ___→④实验检验→⑤得出结论。

（2）在研究“礼服”性状遗传的①步骤中，你的具体内容是______________________________。

（3）在研究“礼服”性状遗传的②步骤中，你的具体内容是____________________。

（4）在研究“礼服”性状遗传的③步骤中，你的具体内容，请用遗传图解表示，基因符号为A、a）。