生物學中的科學研究方法
生物學中的常用技術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的 過程。用示蹤元素標記的化合物，化學性質 。人們可以根據這種化合物的放射性，對有關的一系列化學反應進行追蹤。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、應用：可用于研究細胞內的元素或化合物的來源、組成、分布和去向等，進而了解細胞的結構和功能、化學物質的變化、反應機理等。
3、常用的示蹤元素：如H、C、N、O、P、 （蛋白質的特征元素）等。 4、教材中用到同位素標記法的地方有——
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應用：在基因工程中可用此方法檢測 。 ③抗原——抗體雜交技術：原理——抗原抗體的特異性識別。
應用：在基因工程中可用此方法檢測 第一文庫網 。 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。
（《必修2》28頁）
1、概念：根據兩個對象之間有某些性質相同，從而推測它們的其他性質也相同的方法。 2、注意：類比推理得出的結論并不具有邏輯的必然性，其正確與否，還需要 。 3、教材應用：
①薩頓假說：根據基因和染色體之間存在著 ，提出假說 。
其具體依據有哪些？
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過的細胞器有哪些？整個過程蛋白質穿過了幾層膜？
問題2：分泌蛋白合成與分泌的整個過程不僅體現細胞內的各種生物膜在結構上的 聯系，更體現了它們在 上的聯系。
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成植物體的基本單位，并把
研究結果告訴了施旺，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
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還是蛋白質是遺傳物質，最關鍵的實驗設計思路是什么？ 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主要是DNA嗎？
④《選修3》14頁“DNA分子雜交技術”：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`結構特點是 。②《必修2》30頁“基因在染色體上的實驗證據”：通過現代分子生物學技術，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：
1、概念：根據某些物質分子之間特異性識別和結合的性質，利用已有的物質分子對未知物質分子進行檢測的技術。
2、分類及應用：《選修3》14頁
①DNA分子雜交技術：原理是 ，探針由 組成，檢測對象需要 。 應用：在基因工程中可用此方法檢測 。 ②DNA——RNA分子雜交技術：（原理及過程同上）
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②基因與染色體的關系的探究歷程。
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，整個過程體現了“假說—演繹”的應用。同時，縱觀摩爾根的整個實驗過程，從他發(fā)現果蠅中出現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”的經典應用。
調查植物物種的豐富度可以用樣方法；調查土壤小動物的物種豐富度，常用 的方法進行采集、調查，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，種群數量有限的群落。
③調查遺傳病的類型及發(fā)病率：（《必修2》91頁）
若要調查某種遺傳病的遺傳方式，應在 中進行調查； 若要調查某種遺傳病的發(fā)病率，應在 中進行調查。 △調查時，最好選擇群體中 遺傳病，進行調查。 △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：（《必修3》68頁）
由于對一支試管中的酵母菌逐個計數是非常困難的，所以一般采用 的方法進行計數。
六、模型建構：
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系,構建模型,然后依據模型進行推導、計算,做出預測、結論等。
2、類型：模型一般可分為物理模型、數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分子雙螺旋結構模型、真核細胞三維結構模型等。
②數學模型：指的是用來描述系統(tǒng)或它的性質和本質的一系列 。數學模型常見的表現形式有兩種，分別是 和 ，其中前者更為直觀，后者更為 。如，種群數量的變化曲線等。
▲復習《必修3》65——67頁如下內容——
△建立數學模型的一般步驟：觀察研究對象， →提出 →根據實驗數據，用 對事物的性質進行表達→通過進一步 ，對模型進行 。
△“J”型增長曲線的模型假設是 。 △在自然條件下，為什么種群數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概念之間的關系。
它是一種以網絡圖的形式,用聯系詞把概念之間有意義的聯系表示出來的圖形,由概念、連線和聯系詞組成。聯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系,反映了具體事物與知識結構整體之間的關系以及具體事物、具體概念在結構中的位置和作用,促進了對知識結構的理解�！ㄗh復習：將三本必修教材每章最后的《自我檢測》中出現的所有概念圖，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（方法）恰當的是
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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，細胞內最容易發(fā)生基因突變 D.處于a-c階段的細胞數目較多 4.下圖中a,b,c表示生物體內的三個生理過程，其中的Y分別代表三種物質，有關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,都早于艾弗里等人證實“DNA是遺傳物質”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”的證據
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)現一條身體后半部為暗色的個體，并以此個體為基礎培育出了“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“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 “禮服”性狀，雄魚表現為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得出結論。 （2）在研究“禮服”性狀遺傳的①步驟中，你的具體內容是______________________________。 （3）在研究“禮服”性狀遺傳的②步驟中，你的具體內容是____________________。
（4）在研究“禮服”性狀遺傳的③步驟中，你的具體內容，請用遺傳圖解表示，基因符號為A、a）。
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七、調查法：
1、概念：調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，這就是調查。人口普查也是調查。調查時首先要明確調查目的和調查對象，制訂合理的調查方案。有時因為調查的范圍很大，不可能逐個調查，就要選取一部分調查對象作為樣本，即抽樣調查。調查過程中要如實記錄。對調查的結果要進行整理和分析，有時要用數學方法進行統(tǒng)計。
2、教材應用：
①調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 。
▲關于樣方法：（復習《必修3》60——61頁相關內容）
如果調查雙子葉植物的種群密度，樣方的大小一般以 為宜。取樣的關鍵是要做到 ，不能滲入 。如果總體范圍為長方形時，應該用 方法取樣。
②調查物種豐富度：（《必修3》75頁）
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