版高考生物苏教版复习素养加强课6同位素标记法及其应用含答案.docx

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版高考生物苏教版复习素养加强课6同位素标记法及其应用含答案

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2021版高考生物（苏教版）复习：

素养加强课6同位素标记法及其应用含答案

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（20xx·全国卷Ⅰ）在有关DNA分子的研究中、常用32P来标记DNA分子。

用α、β和γ表示ATP或dATP（d表示脱氧）上三个磷酸基团所处的位置（A—Pα～Pβ～Pγ或dA—Pα～Pβ～Pγ）。

回答下列问题：

（1）某种酶可以催化ATP的一个磷酸基团转移到DNA末端上、同时产生ADP。

若要用该酶把32P标记到DNA末端上、那么带有32P的磷酸基团应在ATP的________（填“α”“β”或“γ”）位上。

（2）若用带有32P的dATP作为DNA生物合成的原料、将32P标记到新合成的DNA分子上、则带有32P的磷酸基团应在dATP的__________（填“α”“β”或“γ”）位上。

（3）将一个某种噬菌体DNA分子的两条链用32P进行标记、并使其感染大肠杆菌、在不含有32P的培养基中培养一段时间。

若得到的所有噬菌体双链DNA分子都装配成噬菌体（n个）并释放、则其中含有32P的噬菌体所占比例为2/n、原因是_____________________。

[审题指导]　

（1）弄清ATP中带有32P的磷酸基团的三个位置A—Pα～Pβ～Pγ。

（2）弄清两个实验的目的、一个是让某种酶催化ATP的一个磷酸基团转移到DNA末端上、另一个是用带有32P的dATP作为DNA合成的原料。

（3）根据DNA分子半保留复制的特点解释含有32P的噬菌体所占比例为2/n的原因。

[解析]　

（1）根据题干信息可知、该酶能将ATP水解成ADP和磷酸基团（Pγ）、同时将Pγ基团转移到DNA末端上。

因此需将32P标记到ATP的γ位上。

（2）DNA生物合成的原料为脱氧核苷酸。

将dATP两个高能磷酸键都水解后的产物为dA—Pα（腺嘌呤脱氧核苷酸）、该产物为合成DNA的原料。

因此需将32P标记到dATP的α位上。

（3）一个含有32P标记的噬菌体双链DNA分子经半保留复制后、标记的两条单链只能分配到两个噬菌体的双链DNA分子中、因此在得到的n个噬菌体中只有2个带有标记。

[答案]　

（1）γ　

（2）α　（3）一个含有32P标记的噬菌体双链DNA分子经半保留复制后、标记的两条单链只能分配到两个噬菌体的双链DNA分子中、因此在得到的n个噬菌体中只有2个带有标记

1．同位素标记法在高中生物学实验中的应用

（1）探究光合作用中元素（原子）的转移：

①美国科学家鲁宾和卡门用18O分别标记H2O和CO2、证明光合作用释放的氧气全部来自水。

②卡尔文等用14C标记的CO2供小球藻进行光合作用、追踪检测其放射性、探明了CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径。

（2）证明DNA是遗传物质：

赫尔希和蔡斯分别用放射性同位素标记蛋白质和DNA的特征元素、即用32P标记噬菌体的DNA、用35S标记噬菌体的蛋白质、证明DNA是噬菌体的遗传物质。

（3）研究分泌蛋白的合成和运输：

用3H标记亮氨酸、研究分泌蛋白在细胞中的合成、运输与分泌途径、证明分泌蛋白在附着于内质网上的核糖体中合成之后、按照内质网→高尔基体→细胞膜的方向运输、从而证明了细胞内的各种生物膜在功能上是紧密联系的。

（4）证明DNA分子进行半保留复制：

用含有15N标记的NH4Cl培养液培养大肠杆菌、让大肠杆菌繁殖几代、再将大肠杆菌转移到含14N的普通培养液中培养、然后在不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA、再通过密度梯度离心来区别亲代与子代DNA、从而证明DNA的复制是以半保留的方式进行的。

（5）研究生长素的极性运输：

证明植物生长素的极性运输时、用同位素14C标记茎形态学上端的生长素（吲哚乙酸）、可在茎的形态学下端检测到放射性同位素14C、而标记茎形态学下端的生长素、在茎的形态学上端检测不到放射性同位素14C、说明植物生长素只能从形态学上端运输到形态学下端。

2．与荧光标记法的区别

（1）常用的荧光蛋白有绿色和红色两种

①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、蓝光或近紫外光照射、发射绿色荧光。

②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。

（2）人教版教材中用到的荧光标记法

①《必修1》P67“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具有一定的流动性。

②《必修2》P30“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。

1．（20xx·全国卷Ⅲ）在前人进行的下列研究中、采用的核心技术相同（或相似）的一组是（　　）

①证明光合作用所释放的氧气来自水

②用紫外线等处理青霉菌选育高产青霉素菌株

③用T2噬菌体侵染大肠杆菌证明DNA是遗传物质

④用甲基绿和吡罗红对细胞染色、观察核酸的分布

A．①②　　　B．①③

C．②④D．③④

B　[①③采用的是同位素标记法、其中①是为两组植物分别提供H

O和CO2、H2O和C18O2检测产生氧气的标记情况、③是分别用32P和35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌、检测子代噬菌体的标记情况；②采用的是诱变技术、④采用的是混合染色技术。

故采用的核心技术相同（或相似）的是①和③、B项符合题意。

]

2．（20xx·潍坊期中）物理学和化学方法可用于生物学的研究。

下列有关叙述错误的是（　　）

A．沃森和克里克利用X射线衍射法研究并推算出了DNA的双螺旋结构

B．科学家通过荧光标记的人、鼠细胞融合实验证明了细胞膜具有流动性

C．赫尔希和蔡斯利用放射性同位素标记和离心技术证明DNA是遗传物质

D．科学家运用同位素示踪和离心技术证实了DNA的半保留复制

A　[在遗传物质的研究历史上、沃森和克里克以威尔金斯和其同事富兰克林提供的DNA衍射图谱的有关数据为基础、推算出DNA分子呈螺旋结构。

]

3．（20xx·××市测试）同位素标记法是生物科学研究中常用的方法。

下列叙述错误的是（　　）

A．用C标记的CO2供给小球藻进行光合作用可证明碳的转化途径

B．将3H标记的亮氨酸注射到胰腺腺泡细胞中可证明生物膜间有联系

C．用14C或18O标记的噬菌体分别侵染细菌可证明DNA是遗传物质

D．将被15N标记的细菌转移到含14N的培养液中可证明DNA的复制方式

C　[用32P或35S标记的噬菌体分别侵染细菌可证明DNA是遗传物质。

]

4．（20xx·晋中调研）同位素标记法在遗传学的研究中发挥了重要作用。

请根据所学知识回答下列问题：

（1）现提供3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸、尿嘧啶核糖核苷酸以及亮氨酸、若要研究抗体的合成与转运、应选择____________；若要验证抗体合成所需的直接模板、应选择___________。

（2）为探究T2噬菌体的遗传物质、用放射性同位素标记的T2噬菌体侵染未被标记的大肠杆菌、经短时间保温培养、搅拌离心、检测到上清液中的放射性很低。

此组实验标记的元素是________、离心的目的是__________________________________________。

（3）科学家将15N标记的DNA分子（15N15NDNA）放到含14N的培养液中培养、让其复制3次。

将亲代DNA和每次复制产物置于试管进行离心、结果如图。

其中代表复制2次后的分层结果是________（填字母）、理由是______________________________。

[解析]　

（1）抗体的化学本质是蛋白质、其基本组成单位是氨基酸、因此若要研究抗体的合成与转运、应选择3H标记的亮氨酸；抗体是蛋白质、其合成的直接模板是mRNA、若要验证抗体合成所需的直接模板、应选择3H标记的尿嘧啶核糖核苷酸。

（2）噬菌体侵染细菌的实验分两组、一组噬菌体用35S对其蛋白质外壳进行标记、另一组用32P对噬菌体的核酸进行标记。

噬菌体在侵染细菌时、只是把遗传物质DNA注入细菌、因此如果标记的是蛋白质、则上清液放射性高、沉淀物放射性很低；如果标记的是DNA、则上清液放射性很低、沉淀物放射性高。

综上所述、此组实验中标记的是DNA、即DNA中的P元素。

此实验过程中、离心的目的是让上清液中析出重量较轻的T2噬菌体颗粒、沉淀物中留下被感染的大肠杆菌。

（3）由于DNA分子的复制是半保留复制、一个用15N标记的DNA在含14N的培养基上培养、复制1次后、每个DNA分子的一条链含15N、一条链含14N、离心后对应图中的b、复制2次后、产生4个DNA分子、其中含15N和14N的DNA分子为2个、只含14N的DNA分子为2个、离心后对应图中的c。

[答案]　

（1）3H标记的亮氨酸　3H标记的尿嘧啶核糖核苷酸　

（2）P　让上清液中析出重量较轻的T2噬菌体颗粒、沉淀物中留下被感染的大肠杆菌　（3）c　DNA复制方式为半保留复制、15N15NDNA分子复制两次后、子代中1/2为15N14NDNA、1/2为14N14NDNA、离心结果与c相符

DNA半保留复制与细胞分裂综合中的同位素标记法

（20xx·深圳模拟）不含放射性标记的蚕豆根尖细胞在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的培养基中完成一个细胞周期、然后在不含放射性标记的培养基中继续分裂至中期、其染色体的放射性标记分布情况是（　　）

A．每条染色体中都只有一条单体被标记

B．每条染色体的两条单体都被标记

C．只有半数的染色体中一条单体被标记

D．每条染色体的两条单体都不被标记

[审题指导]　

（1）确定亲代DNA分子标记情况。

根据题干信息和DNA半保留复制的特点、可确定亲代DNA分子（未被标记）→放入含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的培养基中完成一个细胞周期、所得子代DNA分子均有一条链被标记。

（2）确定原料的标记情况：

放入不含放射性标记的培养基培养至中期、所得子代DNA分子一半未被标记、一半只有一条链被标记。

A　[不含放射性标记的根尖细胞在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸培养基上完成一个细胞周期后、子细胞中的核DNA分子都是一条链被3H标记、另一条链未被标记；然后子细胞在不含放射性标记的培养基中继续分裂至中期、每个核DNA分子复制形成的两个DNA分子（其中一个被标记、另一个未被标记）分别位于一条染色体的两条姐妹染色单体上、A正确。

]

1．有丝分裂与DNA复制的关系

如果用15N标记细胞中的核DNA分子、然后将细胞放在正常环境（含14N）中培养、让其进行两次有丝分裂、结果染色体中的DNA标记情况如图所示：

这样来看、最后形成的4个子细胞有3种情况：

第1种情况是4个细胞都是；第2种情况是2个细胞是、1个细胞是、1个细胞是；第3种情况是2个细胞是、2个细胞是。

2．减数分裂与DNA复制的关系

如果用15N标记细胞中的核DNA分子、然后将细胞放在正常环境（含14N）中培养、让其进行减数分裂、结果染色体中的DNA标记情况如图所示：

由图可以看出、减数分裂过程中细胞虽然连续分裂2次、但DNA只复制1次、所以4个子细胞均为

、细胞中所有DNA分子均呈杂合状态。

3．解题步骤

第一步

画出含一条染色体的细胞图、下方画出该条染色体上的1个DNA分子、用竖实线表示含同位素标记

第二步

画出复制一次、分裂一次的子细胞染色体图、下方画出染色体上的DNA链、未被标记的新链用竖虚线表示

第三步

再画出第二次复制（分裂）后的细胞的染色体组成和DNA链的情况

第四步

若继续推测后期情况、可想象着丝点分裂、染色单体分开的局面、并进而推测子细胞染色体的情况

1．用32P标记玉米体细胞（含20条染色体）的DNA分子双链、再将这些细胞转入不含32P的培养基中培养、让其分裂1次……N次。

若一个细胞中的染色体总条数和被32P标记的染色体条数分别是40条和2条、则这至少是第几次分裂的分裂期（　　）

A．第1次　B．第2次C．第3次D．第4次

C　[由染色体总条数为40条可知是分裂后期、若是第1次有丝分裂后期、被32P标记的染色体条数应为40条；若是第2次有丝分裂后期、被32P标记的染色体条数应为20条；若是第3次有丝分裂后期、被32P标记的染色体条数应为0～20条。

]

2．（20xx·合肥模拟）小鼠有20对染色体、若用3H胸腺嘧啶脱氧核苷酸标记小鼠精原细胞的染色体DNA分子、再在不含有标记的培养液中连续分裂2代、下列判断错误的是（　　）

A．第一次分裂中期、含有3H的DNA单链有80条

B．在形成的第1代子细胞中、所有染色体均含有3H

C．第二次分裂后期、含有3H的染色体有40条

D．在形成的第2代子细胞中、所有染色体均含有3H

D　[DNA复制是以亲代DNA分子为模板合成子代DNA分子的过程。

DNA复制过程是边解旋边复制；DNA复制特点是半保留复制。

第一次分裂的中期、细胞内DNA单链有80条被3H标记、A正确；在形成的第1代子细胞中、所有染色体的一条链被3H标记、B正确；第二次分裂的后期、细胞内有40条染色体被3H标记、C正确；在形成的第2代子细胞中、有一半染色体的一条链被3H标记、有一半染色体没有被3H标记、D错误。

]

3．（20xx·大兴期末测试）将果蝇精原细胞（2N＝8）的DNA分子用15N标记后、置于含14N的培养基中培养、经过连续两次分裂后、下列推断正确的是（　　）

A．若进行有丝分裂、则第二次分裂中期的细胞中有8条染色单体含14N

B．若进行有丝分裂、则两次分裂结束后含15N的子细胞所占比例为1/2

C．若进行减数分裂、则第二次分裂中期的细胞中有4条染色单体含14N

D．若进行减数分裂、则两次分裂结束后所有子细胞的染色体均含有15N

D　[如果进行有丝分裂、经过一次细胞分裂后、形成的2个子细胞中的DNA分子都是15N－14N、再复制一次形成的2个DNA分子分别是15N－14N、14N－14N、中期时DNA存在于2条染色单体上、则第二次分裂中期含14N的染色单体有16条、A错误；若进行两次有丝分裂、第一次分裂得到的子细胞中所有的染色体上DNA都是15N－14N、第二次分裂中期时单体上的DNA分子分别是15N－14N、14N－14N、得到的子细胞中一半有标记或全部有标记、或

有标记、B错误；若进行减数分裂、第一次分裂中期的染色体组成都是15N－14N、则第二次分裂中期的细胞中有4条染色体、8条姐妹染色单体、每条单体都含14N、C错误；如果进行减数分裂、形成的子细胞都有15N染色体、D正确。

]