高三生物人教版一輪教師用書：必修2 第6單元 素養(yǎng)加強課6 同位素標(biāo)記法及其應(yīng)用 Word版含解析

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1、 同位素標(biāo)記法在高中生物實驗中的應(yīng)用歸納 (2016·全國卷Ⅰ)在有關(guān)DNA分子的研究中，常用32P來標(biāo)記DNA分子。用α、β和γ表示ATP或dATP(d表示脫氧)上三個磷酸基團所處的位置(A—Pα～Pβ～Pγ或dA—Pα～Pβ～Pγ)。回答下列問題： (1)某種酶可以催化ATP的一個磷酸基團轉(zhuǎn)移到DNA末端上，同時產(chǎn)生ADP。若要用該酶把32P標(biāo)記到DNA末端上，那么帶有32P的磷酸基團應(yīng)在ATP的________(填“α”“β”或“γ”)位上。 (2)若用帶有32P的dATP作為DNA生物合成的原料，將32P標(biāo)記到新合成的DNA分子上，則帶有32P的磷酸基團應(yīng)在dA

2、TP的________(填“α”“β”或“γ”)位上。 (3)將一個某種噬菌體DNA分子的兩條鏈用32P進行標(biāo)記，并使其感染大腸桿菌，在不含有32P的培養(yǎng)基中培養(yǎng)一段時間。若得到的所有噬菌體雙鏈DNA分子都裝配成噬菌體(n個)并釋放，則其中含有32P的噬菌體所占比例為2/n，原因是_________________________ _____________________________________________________。 [審題指導(dǎo)]　(1)弄清ATP中帶有32P的磷酸基團的三個位置A—Pα～Pβ～Pγ。(2)弄清兩個實驗的目的，一個是讓某種酶催化ATP的一個磷酸基團轉(zhuǎn)

3、移到DNA末端上，另一個是用帶有32P的dATP作為DNA合成的原料。(3)根據(jù)DNA分子半保留復(fù)制的特點解釋含有32P的噬菌體所占比例為2/n的原因。 [解析]　(1)根據(jù)題干信息可知，該酶能將ATP水解成ADP和磷酸基團(Pγ)，同時將Pγ基團轉(zhuǎn)移到DNA末端上。因此需將32P標(biāo)記到ATP的γ位上。(2)DNA生物合成的原料為脫氧核苷酸。將dATP兩個高能磷酸鍵都水解后的產(chǎn)物為dA—Pα(腺嘌呤脫氧核苷酸)，該產(chǎn)物為合成DNA的原料。因此需將32P標(biāo)記到dATP的α位上。(3)一個含有32P標(biāo)記的噬菌體雙鏈DNA分子經(jīng)半保留復(fù)制后，標(biāo)記的兩條單鏈只能分配到兩個噬菌體的雙鏈DNA分子中，因

4、此在得到的n個噬菌體中只有2個帶有標(biāo)記。 [答案]　(1)γ　(2)α　(3)一個含有32P標(biāo)記的噬菌體雙鏈DNA分子經(jīng)半保留復(fù)制后，標(biāo)記的兩條單鏈只能分配到兩個噬菌體的雙鏈DNA分子中，因此在得到的n個噬菌體中只有2個帶有標(biāo)記 1．同位素標(biāo)記法在高中生物學(xué)實驗中的應(yīng)用 (1)探究光合作用中元素(原子)的轉(zhuǎn)移：①美國科學(xué)家魯賓和卡門用18O分別標(biāo)記H2O和CO2，證明光合作用釋放的氧氣全部來自水。②卡爾文等用14C標(biāo)記的CO2供小球藻進行光合作用，追蹤檢測其放射性，探明了CO2中的碳在光合作用中轉(zhuǎn)化成有機物中碳的途徑。 (2)證明DNA是遺傳物質(zhì)：赫爾希和蔡斯分別用放射性同位素標(biāo)記

5、蛋白質(zhì)和DNA的特征元素，即用32P標(biāo)記噬菌體的DNA，用35S標(biāo)記噬菌體的蛋白質(zhì)，證明DNA是噬菌體的遺傳物質(zhì)。 (3)研究分泌蛋白的合成和運輸：用3H標(biāo)記亮氨酸，研究分泌蛋白在細胞中的合成、運輸與分泌途徑，證明分泌蛋白在附著于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的核糖體中合成之后，按照內(nèi)質(zhì)網(wǎng)→高爾基體→細胞膜的方向運輸，從而證明了細胞內(nèi)的各種生物膜在功能上是緊密聯(lián)系的。 (4)證明DNA分子進行半保留復(fù)制：用含有15N標(biāo)記的NH4Cl培養(yǎng)液培養(yǎng)大腸桿菌，讓大腸桿菌繁殖幾代，再將大腸桿菌轉(zhuǎn)移到含14N的普通培養(yǎng)液中培養(yǎng)，然后在不同時刻收集大腸桿菌并提取DNA，再通過密度梯度離心來區(qū)別親代與子代DNA，從而證明DNA

6、的復(fù)制是以半保留的方式進行的。 (5)研究生長素的極性運輸：證明植物生長素的極性運輸時，用同位素14C標(biāo)記莖形態(tài)學(xué)上端的生長素(吲哚乙酸)，可在莖的形態(tài)學(xué)下端檢測到放射性同位素14C，而標(biāo)記莖形態(tài)學(xué)下端的生長素，在莖的形態(tài)學(xué)上端檢測不到放射性同位素14C，說明植物生長素只能從形態(tài)學(xué)上端運輸?shù)叫螒B(tài)學(xué)下端。 2．與熒光標(biāo)記法的區(qū)別 (1)常用的熒光蛋白有綠色和紅色兩種 ①綠色熒光蛋白(GFP)常用的是來源于發(fā)光水母的一種功能獨特的蛋白質(zhì)，藍光或近紫外光照射，發(fā)射綠色熒光。 ②紅色熒光蛋白來源于珊瑚蟲，是一種與綠色熒光蛋白同源的熒光蛋白，在紫外光的照射下可發(fā)射紅色熒光。 (2)人教版教材

7、中用到的熒光標(biāo)記法 ①《必修1》P67“細胞融合實驗”：這一實驗很有力地證明了細胞膜的結(jié)構(gòu)特點是具有一定的流動性。 ②《必修2》P30“基因在染色體上的實驗證據(jù)”：通過現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)，運用熒光標(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。 1．(2016·全國卷Ⅲ)在前人進行的下列研究中，采用的核心技術(shù)相同(或相似)的一組是(　　) ①證明光合作用所釋放的氧氣來自水 ②用紫外線等處理青霉菌選育高產(chǎn)青霉素菌株 ③用T2噬菌體侵染大腸桿菌證明DNA是遺傳物質(zhì) ④用甲基綠和吡羅紅對細胞染色，觀察核酸的分布 A．①②　　　　　　 B．①③ C．②④ D．③④

8、B　[①③采用的是同位素標(biāo)記法，其中①是為兩組植物分別提供HO和CO2、H2O和C18O2檢測產(chǎn)生氧氣的標(biāo)記情況，③是分別用32P和35S標(biāo)記的噬菌體侵染大腸桿菌，檢測子代噬菌體的標(biāo)記情況；②采用的是誘變技術(shù)，④采用的是混合染色技術(shù)。故采用的核心技術(shù)相同(或相似)的是①和③，B項符合題意。] 2．(2019·濰坊期中)物理學(xué)和化學(xué)方法可用于生物學(xué)的研究。下列有關(guān)敘述錯誤的是(　　) A．沃森和克里克利用X射線衍射法研究并推算出了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu) B．科學(xué)家通過熒光標(biāo)記的人、鼠細胞融合實驗證明了細胞膜具有流動性 C．赫爾希和蔡斯利用放射性同位素標(biāo)記和離心技術(shù)證明DNA是遺傳物質(zhì) D．

9、科學(xué)家運用同位素示蹤和離心技術(shù)證實了DNA的半保留復(fù)制 A　[在遺傳物質(zhì)的研究歷史上，沃森和克里克以威爾金斯和其同事富蘭克林提供的DNA衍射圖譜的有關(guān)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，推算出DNA分子呈螺旋結(jié)構(gòu)。] 3．(2019·成都市測試)同位素標(biāo)記法是生物科學(xué)研究中常用的方法。下列敘述錯誤的是(　　) A．用C標(biāo)記的CO2供給小球藻進行光合作用可證明碳的轉(zhuǎn)化途徑 B．將3H標(biāo)記的亮氨酸注射到胰腺腺泡細胞中可證明生物膜間有聯(lián)系 C．用14C或18O標(biāo)記的噬菌體分別侵染細菌可證明DNA是遺傳物質(zhì) D．將被15N標(biāo)記的細菌轉(zhuǎn)移到含14N的培養(yǎng)液中可證明DNA的復(fù)制方式 C　[用32P或35S標(biāo)記的噬菌

10、體分別侵染細菌可證明DNA是遺傳物質(zhì)。] 4．(2019·晉中調(diào)研)同位素標(biāo)記法在遺傳學(xué)的研究中發(fā)揮了重要作用。請根據(jù)所學(xué)知識回答下列問題： (1)現(xiàn)提供3H標(biāo)記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸、尿嘧啶核糖核苷酸以及亮氨酸，若要研究抗體的合成與轉(zhuǎn)運，應(yīng)選擇____________；若要驗證抗體合成所需的直接模板，應(yīng)選擇____________________。 (2)為探究T2噬菌體的遺傳物質(zhì)，用放射性同位素標(biāo)記的T2噬菌體侵染未被標(biāo)記的大腸桿菌，經(jīng)短時間保溫培養(yǎng)、攪拌離心，檢測到上清液中的放射性很低。此組實驗標(biāo)記的元素是________，離心的目的是______________________

11、________________________ _____________________________________________________。 (3)科學(xué)家將15N標(biāo)記的DNA分子(15N15N-DNA)放到含14N的培養(yǎng)液中培養(yǎng)，讓其復(fù)制3次。將親代DNA和每次復(fù)制產(chǎn)物置于試管進行離心，結(jié)果如圖。其中代表復(fù)制2次后的分層結(jié)果是________(填字母)，理由是____________________________________________ _____________________________________________________。 [解析]　(

12、1)抗體的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)，其基本組成單位是氨基酸，因此若要研究抗體的合成與轉(zhuǎn)運，應(yīng)選擇3H標(biāo)記的亮氨酸；抗體是蛋白質(zhì)，其合成的直接模板是mRNA，若要驗證抗體合成所需的直接模板，應(yīng)選擇3H標(biāo)記的尿嘧啶核糖核苷酸。(2)噬菌體侵染細菌的實驗分兩組，一組噬菌體用35S對其蛋白質(zhì)外殼進行標(biāo)記，另一組用32P對噬菌體的核酸進行標(biāo)記。噬菌體在侵染細菌時，只是把遺傳物質(zhì)DNA注入細菌，因此如果標(biāo)記的是蛋白質(zhì)，則上清液放射性高，沉淀物放射性很低；如果標(biāo)記的是DNA，則上清液放射性很低，沉淀物放射性高。綜上所述，此組實驗中標(biāo)記的是DNA，即DNA中的P元素。此實驗過程中，離心的目的是讓上清液中析出重量較輕的

13、T2噬菌體顆粒，沉淀物中留下被感染的大腸桿菌。(3)由于DNA分子的復(fù)制是半保留復(fù)制，一個用15N標(biāo)記的DNA在含14N的培養(yǎng)基上培養(yǎng)，復(fù)制1次后，每個DNA分子的一條鏈含15N，一條鏈含14N，離心后對應(yīng)圖中的b，復(fù)制2次后，產(chǎn)生4個DNA分子，其中含15N和14N的DNA分子為2個，只含14N的DNA分子為2個，離心后對應(yīng)圖中的c。 [答案]　(1)3H標(biāo)記的亮氨酸　3H標(biāo)記的尿嘧啶核糖核苷酸　(2)P　讓上清液中析出重量較輕的T2噬菌體顆粒，沉淀物中留下被感染的大腸桿菌　(3)c　DNA復(fù)制方式為半保留復(fù)制，15N15N-DNA分子復(fù)制兩次后，子代中1/2為15N14N-DNA,1/2

14、為14N14N-DNA，離心結(jié)果與c相符 DNA半保留復(fù)制與細胞分裂綜合中的同位素標(biāo)記法 (2019·深圳模擬)不含放射性標(biāo)記的蠶豆根尖細胞在含3H標(biāo)記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸的培養(yǎng)基中完成一個細胞周期，然后在不含放射性標(biāo)記的培養(yǎng)基中繼續(xù)分裂至中期，其染色體的放射性標(biāo)記分布情況是 (　　) A．每條染色體中都只有一條單體被標(biāo)記 B．每條染色體的兩條單體都被標(biāo)記 C．只有半數(shù)的染色體中一條單體被標(biāo)記 D．每條染色體的兩條單體都不被標(biāo)記 [審題指導(dǎo)]　(1)確定親代DNA分子標(biāo)記情況。根據(jù)題干信息和DNA半保留復(fù)制的特點，可確定親代DNA分子(未被標(biāo)記)→放入含3H標(biāo)記的胸腺

15、嘧啶脫氧核苷酸的培養(yǎng)基中完成一個細胞周期，所得子代DNA分子均有一條鏈被標(biāo)記。 (2)確定原料的標(biāo)記情況：放入不含放射性標(biāo)記的培養(yǎng)基培養(yǎng)至中期，所得子代DNA分子一半未被標(biāo)記，一半只有一條鏈被標(biāo)記。 A　[不含放射性標(biāo)記的根尖細胞在含3H標(biāo)記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸培養(yǎng)基上完成一個細胞周期后，子細胞中的核DNA分子都是一條鏈被3H標(biāo)記，另一條鏈未被標(biāo)記；然后子細胞在不含放射性標(biāo)記的培養(yǎng)基中繼續(xù)分裂至中期，每個核DNA分子復(fù)制形成的兩個DNA分子(其中一個被標(biāo)記，另一個未被標(biāo)記)分別位于一條染色體的兩條姐妹染色單體上，A正確。] 1．有絲分裂與DNA復(fù)制的關(guān)系 如果用15N標(biāo)記細胞中的核

16、DNA分子，然后將細胞放在正常環(huán)境(含14N)中培養(yǎng)，讓其進行兩次有絲分裂，結(jié)果染色體中的DNA標(biāo)記情況如圖所示： 這樣來看，最后形成的4個子細胞有3種情況：第1種情況是4個細胞都是；第2種情況是2個細胞是,1個細胞是,1個細胞是；第3種情況是2個細胞是,2個細胞是。 2．減數(shù)分裂與DNA復(fù)制的關(guān)系 如果用15N標(biāo)記細胞中的核DNA分子，然后將細胞放在正常環(huán)境(含14N)中培養(yǎng)，讓其進行減數(shù)分裂，結(jié)果染色體中的DNA標(biāo)記情況如圖所示： 由圖可以看出，減數(shù)分裂過程中細胞雖然連續(xù)分裂2次，但DNA只復(fù)制1次，所以4個子細胞均為，細胞中所有DNA分子均呈雜合狀態(tài)。 3．解題步驟

17、 第一步 畫出含一條染色體的細胞圖，下方畫出該條染色體上的1個DNA分子，用豎實線表示含同位素標(biāo)記 第二步 畫出復(fù)制一次，分裂一次的子細胞染色體圖，下方畫出染色體上的DNA鏈，未被標(biāo)記的新鏈用豎虛線表示 第三步 再畫出第二次復(fù)制(分裂)后的細胞的染色體組成和DNA鏈的情況 第四步 若繼續(xù)推測后期情況，可想象著絲點分裂，染色單體分開的局面，并進而推測子細胞染色體的情況 1．用32P標(biāo)記玉米體細胞(含20條染色體)的DNA分子雙鏈，再將這些細胞轉(zhuǎn)入不含32P的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，讓其分裂1次……N次。若一個細胞中的染色體總條數(shù)和被32P標(biāo)記的染色體條數(shù)分別是40條和2條，則這至少是

18、第幾次分裂的分裂期(　　) A．第1次　　　 B．第2次 C．第3次 D．第4次 C　[由染色體總條數(shù)為40條可知是分裂后期，若是第1次有絲分裂后期，被32P標(biāo)記的染色體條數(shù)應(yīng)為40條；若是第2次有絲分裂后期，被32P標(biāo)記的染色體條數(shù)應(yīng)為20條；若是第3次有絲分裂后期，被32P標(biāo)記的染色體條數(shù)應(yīng)為0～20條。] 2．(2019·合肥模擬)小鼠有20對染色體，若用3H-胸腺嘧啶脫氧核苷酸標(biāo)記小鼠精原細胞的染色體DNA分子，再在不含有標(biāo)記的培養(yǎng)液中連續(xù)分裂2代，下列判斷錯誤的是(　　) A．第一次分裂中期，含有3H的DNA單鏈有80條 B．在形成的第1代子細胞中，所有染色體均含有3

19、H C．第二次分裂后期，含有3H的染色體有40條 D．在形成的第2代子細胞中，所有染色體均含有3H D　[DNA復(fù)制是以親代DNA分子為模板合成子代DNA分子的過程。DNA復(fù)制過程是邊解旋邊復(fù)制；DNA復(fù)制特點是半保留復(fù)制。第一次分裂的中期，細胞內(nèi)DNA單鏈有80條被3H標(biāo)記，A正確；在形成的第1代子細胞中，所有染色體的一條鏈被3H標(biāo)記，B正確；第二次分裂的后期，細胞內(nèi)有40條染色體被3H標(biāo)記，C正確；在形成的第2代子細胞中，有一半染色體的一條鏈被3H標(biāo)記，有一半染色體沒有被3H標(biāo)記，D錯誤。] 3．(2019·大興期末測試)將果蠅精原細胞(2N＝8)的DNA分子用15N標(biāo)記后，置于含

20、14N的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，經(jīng)過連續(xù)兩次分裂后，下列推斷正確的是(　　) A．若進行有絲分裂，則第二次分裂中期的細胞中有8條染色單體含14N B．若進行有絲分裂，則兩次分裂結(jié)束后含15N的子細胞所占比例為1/2 C．若進行減數(shù)分裂，則第二次分裂中期的細胞中有4條染色單體含14N D．若進行減數(shù)分裂，則兩次分裂結(jié)束后所有子細胞的染色體均含有15N D　[如果進行有絲分裂，經(jīng)過一次細胞分裂后，形成的2個子細胞中的DNA分子都是15N－14N，再復(fù)制一次形成的2個DNA分子分別是15N－14N、14N－14N，中期時DNA存在于2條染色單體上，則第二次分裂中期含14N的染色單體有16條，A錯誤；若進行兩次有絲分裂，第一次分裂得到的子細胞中所有的染色體上DNA都是15N－14N，第二次分裂中期時單體上的DNA分子分別是15N－14N、14N－14N，得到的子細胞中一半有標(biāo)記或全部有標(biāo)記，或有標(biāo)記，B錯誤；若進行減數(shù)分裂，第一次分裂中期的染色體組成都是15N－14N，則第二次分裂中期的細胞中有4條染色體、8條姐妹染色單體，每條單體都含14N，C錯誤；如果進行減數(shù)分裂，形成的子細胞都有15N染色體，D正確。]