显微镜下观察的物体要(从生物教学谈荧光蛋白和荧光标记法)

Posted 2023-05-28

篇首语：世事洞明皆学问，人情练达即文章。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了显微镜下观察的物体要(从生物教学谈荧光蛋白和荧光标记法)相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

显微镜下观察的物体要(从生物教学谈荧光蛋白和荧光标记法)

从生物教学谈荧光蛋白和荧光标记法

关于荧光标记和放射性同位素标记两种科学方法近年来在高考试卷和模拟卷中频繁出现。下面结合高中生物课本就荧光标记法进行简单的说明。

一、课本知识

人教版生物《必修一•分子与细胞》第三章第2节《生物膜的流动镶嵌模型》人鼠细胞融合实验∶

首先用荧光染料标记抗体∶将小鼠的抗体与发绿色荧光的荧光素(fluorescin)结合，人的抗体与发红色荧光的罗丹明(rhodamine)结合;

然后，是将小鼠细胞和人细胞在灭活的仙台病毒的诱导下进行融合;

最后，将标记的抗体加入到融合的人、鼠细胞中，让这些标记抗体同融合细胞膜上相应的抗原结合。

开始，融合的细胞一半是红色，一半是绿色。在37℃下40分钟后，两种颜色的荧光在融合的杂种细胞表面呈均匀分布，这说明抗原蛋白在膜平面内经扩散运动而重新分布。这种过程不需要ATP。如果将对照实验的融合细胞置于低温(1℃)下培育，则抗原蛋白基本停止运动。这一实验结果令人信服地证明了膜整合蛋白的侧向扩散运动。

人教版生物《必修二•遗传与进化》第二章第2节《基因在染色体上》

摩尔根等人又通过测交等方法验证了一条染色体上有许多个基因。基因在染色体上呈线性排列。

现代分子生物学技术能够用特定的分子，与染色体上某一个基因结合，这个分子又能够被带有荧光标记的物质识别，通过荧光显示，就可以知道基因在染色体上的位置。

二、荧光蛋白的发现

荧光标记所依赖的化合物称为荧光物质。荧光物质是指具有共轭双键体系化学结构的化合物，受到紫外光或蓝紫光照射时，可激发成为激发态，当从激发态恢复基态时，发出荧光。

20世纪中期，一位日本科学家下村修才注意到并着手研究了水母这一独特的发光现象，并发现其荧光源自一种会发光的蛋白——水母蛋白，它可以发出蓝色的荧光并将其传递给另一种绿色荧光蛋白，最终使水母产生绿色的荧光。

随后马丁·查尔菲及钱永健两位科学家对绿色荧光蛋白（GFP）加以改造和利用，并正式将其成功引入整个生命科学领域，引发了一场生命科学领域细胞及蛋白研究技术的巨大革命。

至今为止，利用改造后的荧光蛋白标记活体细胞的方法已在世界各实验室得到广泛推广，而下村修、马丁·查尔菲及钱永健三人也因为他们做出的巨大贡献共同获得了2008年诺贝尔化学奖。

现代分子生物学常用的荧光蛋白为绿色和红色两种，绿色荧光蛋白（GFP）常用的是来源于发光水母的一种功能独特的蛋白质，分子量为27kD，具有238个氨基酸，蓝光或近紫外光照射，发射绿色荧光。

红色荧光蛋白来源于珊瑚虫，是一种与绿色荧光蛋白同源的荧光蛋白，在紫外光的照射下可发射红色荧光。

三、荧光标记法

荧光标记法是利用荧光蛋白或荧光蛋白基因作为标志物对研究对象进行标记的分析方法。特别是在免疫学研究中也有重要的作用，例如免疫荧光抗体标记法。

荧光标记法作为探究生物不同生理过程的方法，与同位素示踪法的作用相似，但它有其后者所不能企及的优点。荧光标记的无放射物污染，操作简便等优点，使得荧光标记物在许多研究领域的应用日趋广泛。

荧光显微镜是以紫外线为光源，用以照射被检物体，使之发出荧光，然后在显微镜下观察物体的形状及其所在位置。荧光显微镜用于研究细胞内物质的吸收、运输、化学物质的分布及定位等。细胞中有些物质，如叶绿素等，受紫外线照射后可发荧光；另有一些物质本身虽不能发荧光，但如果用荧光染料或荧光抗体染色后，经紫外线照射亦可发荧光，荧光显微镜就是对这类物质进行定性和定量研究的工具之一。

四、典型例题讲解

1．生长在太平洋西北部的一种海蜇能发出绿色荧光，这种海蜇的DNA分子上有一段长度为5170个碱基对的片段——绿色荧光蛋白基因。下列有关叙述错误的是（）

A．绿色荧光蛋白基因具有规则的双螺旋结构

B．绿色荧光蛋白基因有A、U、C、G四种碱基

C．绿色荧光蛋白基因是有遗传效应的DNA片段

D．遗传信息蕴藏在碱基对的排列顺序中

【答案】B【解析】基因是具有遗传效应的DNA片段，DNA是由两条链反向平行成规则的双螺旋结构，DNA是由4种脱氧核苷酸组成，含有A、T、C、G四种碱基，DNA的遗传信息就储藏在碱基对的排列顺序中。

2．绿色荧光蛋白是一种能发光的蛋白质，类似于示踪元素，可以标识生物体内蛋白质的位置，它照亮了人们以前看不到的世界。下列有关绿色荧光蛋白的叙述，正确的是（）

A．合成荧光蛋白至少需要20种氨基酸

B．荧光蛋白质可作为标签蛋白，用于研究癌细胞的转移

C．荧光蛋白必须在加热条件下，遇双缩脲试剂才呈紫色

D．高温能破坏蛋白质的肽键，使荧光蛋白失去发荧光的特性

【答案】B【解析】合成荧光蛋白最多有20种氨基酸，故A错误。荧光蛋白因为特殊的荧光可以作为标签蛋白，可以用于研究癌细胞的转移，故B正确。荧光蛋白的鉴定不需要加热，加入双缩脲试剂后可以出现紫色，故C错误。高温破坏蛋白质的空间结构，但不破坏肽键，故D错误。

3．对性腺组织细胞进行荧光标记。等位基因A、a都被标记为黄色，等位基因B、b都被标记为绿色。在荧光显微镜下观察处于减数第一次分裂时期的细胞。下列有关推测合理的是（）

A．若这两对基因在一对同源染色体上，则有一对同源染色体出现2个黄色、2个绿色荧光点

B．若这两对基因在一对同源染色体上，则有一对同源染色体出现4个黄色、4个绿色荧光点

C．若这两对基因在2对同源染色体上，则有一对同源染色体出现2个黄色、2个绿色荧光点

D．若这两对基因在2对同源染色体上，则有一对同源染色体出现4个黄色、4个绿色荧光点

【答案】B【解析】减数第一次分裂期开始不久，初级精母细胞中原来分散的染色体进行两两配对。配对的两条染色体，形状和大小一般都相同，一条来自父方，一条来自母方，叫做同源染色体。同源染色体两两配对的现象叫做联会。由于每条染色体都含有两条姐妹染色单体。因此，联会后的每对同源染色体含有四条染色单体，叫做四分体。

等位基因位于同源染色体上，由于经过了间期的DNA复制，则一个四分体中有2个A，2个a，2个B，2个b，即一个四分体中出现4个黄色，4个绿色荧光点，A错误，B正确；若在两对同源染色体上，则四分体中只有A、a或者只有B、b，不能同时存在，C和D错误；因此，本题答案选B。

4.下图是教材中荧光标记染色体上基因的照片，关于该图的说法错误的是（）

A．该图是证明基因在染色体上的最直接的证据

B．从荧光点的分布来看，图中是一对含有染色单体的同源染色体

C．相同位置上的同种荧光点，说明这四个基因是相同基因

D．该图可以说明基因在染色体上呈线性排列

【答案】C【解析】据图示可知，荧光点标记的为基因，故是基因在染色体上的最直接的证据，A正确；从荧光点的分布来看，位置相同，故说明图中是一对含有染色单体的同源染色体，B正确；相同位置上的同种荧光点，说明这四个基因是相同基因或等位基因，C错误；根据不同荧光点的位置分布可以说明基因在染色体上呈线性排列，D正确。

5.科研人员将红色荧光蛋白基因导入烟草细胞培育转基因烟草，如图①②③为两个红色荧光蛋白基因随机整合在染色体上的三种转基因烟草的体细胞示意图。不考虑交叉互换和突变，下列说法正确的是（）

A．植株①减数分裂产生的卵细胞中一定不含有红色荧光蛋白基因

B．植株③的一个花粉细胞中至少含有1个红色荧光蛋白基因

C．处于有丝分裂后期时有4条染色体含有红色荧光蛋白基因的细胞来自植株①②③

D．处于减数第二次分裂后期时可能含4个红色荧光蛋白基因的细胞来自植株①和③

【答案】D【解析】由图可知，①中2个荧光蛋白基因位于一条染色体上，②中2个荧光蛋白基因位于一对同源染色体上，③中2个荧光蛋白基因位于2条非同源染色体上。植株①减数分裂产生的卵细胞中有一半含有红色荧光蛋白基因，A错误；植株③的一个花粉细胞中可能含有0个、1个或2个红色荧光蛋白基因，B错误；①有丝分裂后期有2条染色体含有荧光蛋白基因，②有丝分裂后期有4条染色体含有荧光蛋白基因，③有丝分裂后期有4条染色体含有荧光蛋白基因，C错误；①在减数第二次分裂的后期可能含有0个或4个荧光蛋白基因，②在减数第二次分裂的后期可能含有2个荧光蛋白基因，③在减数第二次分裂的后期可能含有0个或2个或4个荧光蛋白基因，D正确。

6.为研究发育型青光眼患者角膜小梁细胞中M蛋白分泌是否正常，研究者将荧光蛋白基因与M蛋白基因通过一定方式分别导入Hela细胞中进行培养，一段时间后检测培养液和细胞中荧光。实验分组及结果如下。

注：G绿色荧光蛋白基因；R红色荧光蛋白基因；M+正常人M蛋白基因；M-青光眼患者异常M蛋白基因；R-M+、G-M+和R-M-均表示2个基因拼接成为1个基因。

下列叙述正确的是（）

A. 导入的R-M+基因具有2个转录的启动部位

B. 根据实验结果可知Hela细胞中本来就有M-基因

C. 发育型青光眼患者角膜小梁细胞中M蛋白的合成量多于正常人

D. 在患者的角膜小梁细胞中导入M+基因对控制病情无效

【答案】D【解析】R-M表示2个基因拼接成为1个基因，因此有1个转录的启动部位，A错误；根据1、2、3、4组实验结果可知，在没有M蛋白的情况下，荧光标记只存在于细胞内，而和正常M蛋白基因连接后，荧光标记出现在了培养液中，即正常M蛋白合成后会分泌到细胞外，但是和青光眼患者M蛋白基因连接后，细胞外将不会出现荧光标记，但不能说明Hela细胞中本来就有M-基因，B错误；发育型青光眼的病因是M蛋白基因异常导致其指导合成的M蛋白异常，从而导致患者细胞中的M蛋白不能正常地分泌到细胞外，最终导致小梁细胞功能异常，C错误；根据4、5、6组实验结果对比可知，对患者细胞内导入正常的M蛋白基因对于病情的控制无效，D正确。