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生物學(xué)中的科學(xué)研究方法
生物學(xué)中的常用技術(shù)手段和科學(xué)研究方法
一、同位素標(biāo)記法：
1、概念：（《必修1》102頁(yè)）同位素用于追蹤物質(zhì)的 過程。用示蹤元素標(biāo)記的化合物，化學(xué)性質(zhì) 。人們可以根據(jù)這種化合物的放射性，對(duì)有關(guān)的一系列化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行追蹤。這種科學(xué)研究方法叫做同位素標(biāo)記法，也叫同位素示蹤法。
2、應(yīng)用：可用于研究細(xì)胞內(nèi)的元素或化合物的來源、組成、分布和去向等，進(jìn)而了解細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能、化學(xué)物質(zhì)的變化、反應(yīng)機(jī)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(biāo)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(cè) 。 ③抗原——抗體雜交技術(shù)：原理——抗原抗體的特異性識(shí)別。
應(yīng)用：在基因工程中可用此方法檢測(cè) 第一文庫(kù)網(wǎng) 。 在單克隆抗體制備過程中，要需對(duì)雜交瘤細(xì)胞進(jìn)行 檢驗(yàn)，其實(shí)就是此技術(shù)。
（《必修2》28頁(yè)）
1、概念：根據(jù)兩個(gè)對(duì)象之間有某些性質(zhì)相同，從而推測(cè)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(yè)“分泌蛋白的合成和運(yùn)輸”：
問題1：分泌蛋白合成與分泌的整個(gè)過程以此經(jīng)過的細(xì)胞器有哪些？整個(gè)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(gè)過程不僅體現(xiàn)細(xì)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?cè)?上的聯(lián)系。
問題3：常見的分泌蛋白有哪些？
②《必修2》30頁(yè)“技能訓(xùn)練”：通過類比推理推測(cè)基因和DNA的關(guān)系： 。
③《必修1》12頁(yè)“細(xì)胞學(xué)說的建立第3”：施萊登首先提出細(xì)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(dòng)物體的基本單位也是細(xì)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(yè)“光合作用的探究歷程”：
假說進(jìn)行演繹推理，再通過實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)演繹推理的結(jié)論。（《必修2》7頁(yè)） 1939年美國(guó)科學(xué)家 和 利用同位素 分別標(biāo)記 和 ，然后通過
2、一般過程： → → 演繹推理 → 實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn) （對(duì)比？對(duì)照？）實(shí)驗(yàn)，證明了 。
20世紀(jì)40年代，美國(guó)科學(xué)家卡爾文，用 標(biāo)記的 ，供小球藻進(jìn)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(yè)“噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)”：1952年 和 分別用同位素 和
標(biāo)記的噬菌體，通過實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路是什么？ 問題2：如何用同位素標(biāo)記噬菌體？實(shí)驗(yàn)中攪拌的目的是什么？ 問題3：能說某種細(xì)胞生物的遺傳物質(zhì)主要是DNA嗎？
④《選修3》14頁(yè)“DNA分子雜交技術(shù)”：用放射性同位素標(biāo)記的 進(jìn)行目的基因的檢測(cè)。
5、在生物學(xué)中，和同位素標(biāo)記法類似的另一種方法是——熒光標(biāo)記法。
教材中用到熒光標(biāo)記法的地方有：①《必修1》66頁(yè)“細(xì)胞融合實(shí)驗(yàn)”：這一實(shí)驗(yàn)很有力地證明了細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是 。②《必修2》30頁(yè)“基因在染色體上的實(shí)驗(yàn)證據(jù)”：通過現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)，運(yùn)用熒光標(biāo)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(yè)最上小字：將帶有遺傳標(biāo)記的ES細(xì)胞注入囊胚腔，通過組織化學(xué)染色，研究胚胎發(fā)
育的過程。（這里用的不是熒光標(biāo)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(yè)） 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(shí)別和結(jié)合的性質(zhì)，利用已有的物質(zhì)分子對(duì)未知物質(zhì)分子進(jìn)行檢測(cè)的技術(shù)。
2、分類及應(yīng)用：《選修3》14頁(yè)
①DNA分子雜交技術(shù)：原理是 ，探針由 組成，檢測(cè)對(duì)象需要 。 應(yīng)用：在基因工程中可用此方法檢測(cè) 。 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(shí)驗(yàn)驗(yàn)證這個(gè)假說，整個(gè)過程體現(xiàn)了“假說—演繹”的應(yīng)用。同時(shí)，縱觀摩爾根的整個(gè)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(dòng)物的物種豐富度，常用 的方法進(jìn)行采集、調(diào)查，豐富度的統(tǒng)計(jì)方法通常有兩種，一是 ，二是 ，其中前者一般用于個(gè)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(yè)）
若要調(diào)查某種遺傳病的遺傳方式，應(yīng)在 中進(jìn)行調(diào)查； 若要調(diào)查某種遺傳病的發(fā)病率，應(yīng)在 中進(jìn)行調(diào)查。 △調(diào)查時(shí)，最好選擇群體中 遺傳病，進(jìn)行調(diào)查。 △某種遺傳病的發(fā)病率= 。 ④對(duì)培養(yǎng)液中的酵母菌進(jìn)行記數(shù)：（《必修3》68頁(yè)）
由于對(duì)一支試管中的酵母菌逐個(gè)計(jì)數(shù)是非常困難的，所以一般采用 的方法進(jìn)行計(jì)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(duì)認(rèn)識(shí)對(duì)象所作的一種簡(jiǎn)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(shí)物或其他形象化的手段,有的則通過抽象的形式來表達(dá)。（《必修1》54頁(yè)） 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(jìn)行推導(dǎo)、計(jì)算,做出預(yù)測(cè)、結(jié)論等。
2、類型：模型一般可分為物理模型、數(shù)學(xué)模型和概念模型等。
①物理模型：是 形式直觀地表達(dá)認(rèn)識(shí)對(duì)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(xì)胞三維結(jié)構(gòu)模型等。
②數(shù)學(xué)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(xué)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(fù)習(xí)《必修3》65——67頁(yè)如下內(nèi)容——
△建立數(shù)學(xué)模型的一般步驟：觀察研究對(duì)象， →提出 →根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，用 對(duì)事物的性質(zhì)進(jìn)行表達(dá)→通過進(jìn)一步 ，對(duì)模型進(jìn)行 。
△“J”型增長(zhǎng)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(zhǎng)到一定階段就會(huì)停止？（67頁(yè)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(dá)一句話或一個(gè)觀點(diǎn)。概念圖標(biāo)注了概念間的具體聯(lián)系,反映了具體事物與知識(shí)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(jìn)了對(duì)知識(shí)結(jié)構(gòu)的理解。▲建議復(fù)習(xí)：將三本必修教材每章最后的《自我檢測(cè)》中出現(xiàn)的所有概念圖，再?gòu)?fù)習(xí)一遍。▲▲▲ ▲特別提醒：概念圖不僅是我們學(xué)習(xí)的內(nèi)容，也是一種非常好的提高我們學(xué)習(xí)效率的學(xué)習(xí)方法。
【學(xué)以致用】
1.下列生物學(xué)研究選擇的技術(shù)（方法）恰當(dāng)?shù)氖?/p>
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A．用H標(biāo)記的尿嘧啶核糖核苷酸研究DNA的復(fù)制 B．利用紙層析法提取葉綠體中的色素
C．用標(biāo)志重捕法調(diào)查土壤小動(dòng)物的豐富度 D．用無毒的染料研究動(dòng)物胚胎發(fā)育的過程 2．用放射性同位素分別標(biāo)記U和T的培養(yǎng)基培養(yǎng)蠶豆根尖分生區(qū)細(xì)胞，觀察其有絲分裂周期為20小時(shí)，根據(jù)這兩種堿基被細(xì)胞利用的速率，繪制成的曲線如右圖所示。下列對(duì)此結(jié)果的分析中，不正確的是
A.b點(diǎn)時(shí)刻，細(xì)胞正大量合成RNA B.d點(diǎn)時(shí)刻，細(xì)胞中DNA含量達(dá)到最高值 C.c-e階段，細(xì)胞內(nèi)最容易發(fā)生基因突變 D.處于a-c階段的細(xì)胞數(shù)目較多 4.下圖中a,b,c表示生物體內(nèi)的三個(gè)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(cuò)誤的是 ．．
A．Y可能位于細(xì)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(xiàng)科學(xué)發(fā)現(xiàn),都早于艾弗里等人證實(shí)“DNA是遺傳物質(zhì)”的實(shí)驗(yàn),其中哪項(xiàng)成果不能作為當(dāng)時(shí)生物學(xué)家推測(cè)“DNA可能是遺傳物質(zhì)”的證據(jù)
A.同一物種的不同個(gè)體的體細(xì)胞DNA含量穩(wěn)定,但不同物種的體細(xì)胞DNA含量不同
B.配子中DNA含量是體細(xì)胞DNA含量的一半
C.誘發(fā)突變最有效的紫外線波長(zhǎng)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(xué)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(xué)實(shí)驗(yàn)材料。幾十年前，德國(guó)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(gè)體，并以此個(gè)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(gè)體中，雌雄魚均表現(xiàn)“禮服”性狀；將子代（F1）雌雄個(gè)體自由交配，所得子代（F2）個(gè)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(qǐng)用“假說－演繹法”對(duì)“禮服”性狀的遺傳進(jìn)行研究。
（1）“假說－演繹法”的一般步驟為：①提出問題→②____ _→③__ ___→④實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)→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(qǐng)用遺傳圖解表示，基因符號(hào)為A、a）。
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七、調(diào)查法：
1、概念：調(diào)查是科學(xué)探究常用的方法之一。我國(guó)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(shí)首先要明確調(diào)查目的和調(diào)查對(duì)象，制訂合理的調(diào)查方案。有時(shí)因?yàn)檎{(diào)查的范圍很大，不可能逐個(gè)調(diào)查，就要選取一部分調(diào)查對(duì)象作為樣本，即抽樣調(diào)查。調(diào)查過程中要如實(shí)記錄。對(duì)調(diào)查的結(jié)果要進(jìn)行整理和分析，有時(shí)要用數(shù)學(xué)方法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。
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(dòng)能力強(qiáng)，活動(dòng)范圍大的動(dòng)物，如果第一次被標(biāo)記的動(dòng)物放生后，有些標(biāo)記物脫落，最后計(jì)算出的種群密度比實(shí)際值偏 。
▲關(guān)于樣方法：（復(fù)習(xí)《必修3》60——61頁(yè)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(zhǎng)方形時(shí)，應(yīng)該用 方法取樣。
②調(diào)查物種豐富度：（《必修3》75頁(yè)）
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