2024届高考生物一轮复习第6单元实验探究系列4实验技术在生物学实验中的应用课件

这是一份2024届高考生物一轮复习第6单元实验探究系列4实验技术在生物学实验中的应用课件，共50页。PPT课件主要包含了探究2离心技术，探究3电泳技术，探究4荧光标记法等内容，欢迎下载使用。
探究1 同位素标记技术
(2020·山东等级考模拟)双脱氧核苷三磷酸(ddNTP)与脱氧核苷三磷酸(dNTP)的结构如图所示。已知ddNTP按碱基互补配对的方式加到正在复制的子链中后，子链的延伸立即终止。某同学要通过PCR技术获得被32P标记且以碱基“C”为末端的、不同长度的子链DNA片段。在反应管中已经有单链模板、引物、DNA聚合酶和相应的缓冲液等，还需要加入下列哪些原料(　　)
①dGTP、dATP、dTTP、dCTP②dGTP、dATP、dTTP③α位32P标记的ddCTP④γ位32P标记的ddCTPA．①③B．①④C．②③D．②④
A　解析：据题意可知，此题PCR的目的有二，一是获得被P标记且以碱基“C”为末端的DNA片段，二是不同长度的子链DNA片段。若实现第一个目的，需要α位32P标记的ddCTP，因为ddCTP在脱去2个磷酸基团为PCR过程提供能量的同时，剩下的部分作为DNA合成的原料，终止子链的延长；若实现第二个目的，则还需提供dGTP、dATP、dTTP、dCTP，即四种合成DNA的原料均需提供，因为若缺少dCTP，合成子链时，第一次利用碱基“C”时，PCR就终止，得到的DNA片段是一样长的，得不到不同长度的DNA片段。故选A。
【思维构建】审题指导　(1)ddNTP能够使正在复制的DNA子链延伸终止。(2)要得到被32P标记的以碱基“C”为末端的、不同长度的子链DNA片段。(3)PCR技术合成DNA的原料是dNTP。
1．相关原理同位素标记法是用示踪元素标记化合物，以确定物质的转移途径或对有关的化学反应进行追踪，也称为同位素示踪法。生物学上经常使用的同位素是C、H、O、N、P和S等的同位素，其中18O、15N没有放射性。正确选取上述相关元素用同位素加以标记，让它们一起运动、迁移，再用探测仪器进行追踪，就可知道示踪元素通过什么路径、运动到哪里以及分布如何。
2．高中阶段的同位素标记应用汇总
1．(2021·江西南昌模拟)下列有关科学家的研究方法及结论的叙述中，错误的是(　　)A．格里菲思肺炎链球菌实验和赫尔希、蔡斯的T2噬菌体侵染大肠杆菌实验的思路都是将DNA与蛋白质分开，分别单独、直接地观察它们各自的作用B．卡尔文用14C标记的CO2供应小球藻进行光合作用，探明了暗反应中碳的转移途径C．科学家向豚鼠胰腺腺泡细胞中注射3H标记的亮氨酸，揭示了分泌蛋白的合成与分泌过程D．恩格尔曼利用好氧细菌和水绵进行局部曝光和完全曝光的实验，证明了叶绿体是进行光合作用的场所
A　解析：艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验和赫尔希、蔡斯的T2噬菌体侵染大肠杆菌实验的思路都是将DNA与蛋白质分开，分别单独、直接地观察它们各自的作用，A错误；卡尔文等用14C标记的CO2供应小球藻进行光合作用，然后追踪检测其放射性，最终探明了CO2中的碳元素在光合作用的暗反应中转化为有机物中的碳的转移途径，B正确；科学家在探究分泌蛋白的合成、分泌途径时，用3H标记的亮氨酸注射到豚鼠的胰腺腺泡细胞中，追踪不同时间放射性元素在细胞中的分布情况，揭示了分泌蛋白的合成与分泌过程，C正确；恩格尔曼将载有水绵和好氧细菌的临时装片放在黑暗、无空气的环境中，用极细光束照射水绵，发现细菌只向叶绿体被光束照射的部位集中，如果临时装片暴露在光下，细菌则分布在叶绿体所有受光部位，证明了O2是由叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所，D正确。
2．(2021·福建厦门双十中学检测)14N 和15N 是 N 元素的两种稳定同位素，含15N的DNA比含14N的 DNA 密度大。为探究 DNA 复制的方式，科学家先用含有 15NH4Cl的培养液培养大肠杆菌，繁殖若干代得到的大肠杆菌，其 DNA 几乎都被15N 标记；再将大肠杆菌转移到含有 14NH4Cl 的普通培养液中培养。收集不同时期的大肠杆菌，提取 DNA 并进行离心处理，离心后试管中DNA 的位置如图所示。下列推测不合理的是(　　)A．子代DNA的两条链可能都含有 15NB．1 号带中的DNA的氮元素都是 14NC．实验结果证明DNA的复制方式为半保留复制D．3 号带的 DNA 为亲代大肠杆菌的 DNA
A　解析：由于DNA的复制方式为半保留复制，培养液中含有14NH4Cl，所以子代DNA的两条链不可能都含有15N，A错误；1号带中的DNA的氮元素都是14N，相对质量最轻，离心后分布在试管上端，B正确；2号带位于试管中部，说明DNA分子的一条链含14N，另一条链含15N，证明了DNA的复制方式为半保留复制，C正确；3号带分布在试管的下端，说明DNA分子的两条链都含15N，为亲代大肠杆菌的DNA，D正确。
将细胞膜破坏后形成匀浆，将匀浆放入离心管中，用高速离心机进行差速离心，分离细胞核与线粒体的正确方法应是(　　)A．首先是高速离心，分离出细胞核，然后是低速离心，分离出线粒体B．首先是低速离心，分离出细胞核，然后是高速离心，分离出线粒体C．首先是高速离心，分离出线粒体，然后是低速离心，分离出细胞核D．离心速度不变，线粒体在沉淀物中，细胞核在上清液中B　解析：细胞结构越小，离心时需要的速度越高。由于细胞核的体积和质量远大于线粒体，故需先低速离心分离出细胞核，再高速离心分离出线粒体。
【思维构建】审题指导　(1)离心时先是低速离心，后是高速离心。(2)离心时密度大的物质(或结构)处于离心管的下部，密度小的物质(或结构)位于离心管的上清液中。
1．离心技术是现代生物学技术中常用的一种方法，常用于细胞、血清、蛋白质、核酸及细胞亚显微结构的分离、提纯或浓缩等。(1)差速离心法。差速离心法常用于分离细胞匀浆中的各种细胞器。一般先将细胞(组织)打碎，然后在低温下离心，随着离心速度的增加，越来越小的颗粒就会沉淀下来。(2)密度梯度区带离心法。密度梯度区带离心法是将样品加在惰性梯度介质中进行离心沉降或沉降平衡，在一定的离心力下把颗粒分配到梯度中的某些特定位置上，形成不同区带的分离方法。
2．高中生物学教材中几处涉及离心技术的内容(1)分离细胞匀浆中的各种细胞成分。(2)噬菌体侵染细菌的实验和研究。(3)证明DNA的半保留复制的实验需要将同位素示踪法与离心技术相结合。
1．将鼠的肝细胞磨碎，进行差速离心(即将细胞匀浆放在离心管中，先进行低速离心，使较大颗粒形成沉淀；再用高速离心沉淀上清液中的小颗粒物质，从而将细胞不同的结构逐级分开)，结果如下图所示。在S1～S4及P1～P4中，进行有氧呼吸的细胞器应分布在(　　)A．S2B．S3C．P2D．P4
C　解析：分析图中各种成分可推测，P1为细胞核、细胞骨架，则上清液S1为各种细胞器；P2为棒状颗粒，应为细胞器中的线粒体，则上清液S2为除线粒体以外的细胞器；P3中含小泡，则为除线粒体外的有膜细胞器，上清液S3为无膜细胞器；P4为粒状小体，应为核糖体，上清液S4为剩余的其他细胞器(如中心体)。其中，含有线粒体的成分为S1和P2，因此，进行有氧呼吸的细胞器应分布在S1和P2中。
2．实验一：从含15N的大肠杆菌和含14N的大肠杆菌中分别提取亲代DNA，混合后放在100 ℃条件下进行热变性处理，然后进行密度梯度离心再测定离心管中混合的DNA单链含量，结果如图a所示。实验二：将含15N的大肠杆菌转移到含14NH4Cl的培养液中，繁殖一代后提取子代大肠杆菌的DNA(F1DNA)，将F1DNA热变性处理后进行密度梯度离心，离心管中出现的两个条带对应图b中的两个峰。下列有关分析正确的是(　　)
A．图b结果证明了DNA的复制方式为半保留复制B．若将未进行热变性处理的F1DNA进行密度梯度离心，则离心管中只出现一个条带C．若将未进行热变性处理的F1DNA进行密度梯度离心，则离心管中只出现两个条带D．若实验二繁殖两代，将F2DNA热变性处理后进行密度梯度离心，则离心管中只出现一个条带
B　解析：依靠图b结果不能证明DNA的复制方式为半保留复制，A错误。根据半保留复制的特点，第一代的2个DNA分子都应一条链含15N，一条链含14N，若将未进行热变性处理的F1DNA进行密度梯度离心，则离心管中只出现一个条带，B正确，C错误。若实验二繁殖两代，第二代的4个DNA分子，有两个是一条链含15N，一条链含14N，另外两个是两条链都含14N。将F2DNA热变性处理后进行密度梯度离心，则离心管中出现两种条带，即14N条带和15N条带，D错误。
(2020·山东卷改编)下图表示甲、乙两种单基因遗传病的家系图和各家庭成员基因检测的结果。检测过程中用限制酶处理相关基因得到大小不同的片段后进行电泳，电泳结果中的条带表示检出的特定长度的酶切片段，数字表示碱基对的数目。下列说法错误的是(　　)
A．甲病的致病基因位于常染色体上，乙病的致病基因位于X染色体上B．甲病可能由正常基因发生碱基对的替换导致，替换后的序列不能被MstⅡ识别C．乙病可能由正常基因上的两个BamHⅠ 识别序列之间发生碱基对的缺失导致D．Ⅱ4不携带致病基因、Ⅱ8携带致病基因，两者均不患待测遗传病
A　解析：分析甲病，“无中生有为隐性，隐性遗传看女病，父子都病是伴性”，据此可推出，甲病为常染色体隐性遗传病。设相关基因用A、a表示，则Ⅰ1、Ⅰ2基因型均为Aa，Ⅱ3基因型为aa，结合电泳结果，碱基对数目为1 350的条带对应的是a基因，而A基因能被MstⅡ切割成碱基对数目为1 150、200的两个片段。分析乙病，根据家系图是无法判断遗传方式的，由电泳结果可判断Ⅰ5、Ⅱ8是杂合子，Ⅰ6、Ⅱ7是纯合子，说明乙病可能是常染色体隐性遗传病，也可能是XY同源区段上的隐性遗传病。根据上述分析可知，甲病为常染色体隐性遗传病，乙病可能是常染色体隐性遗传病，也可能是XY同源区段上的隐性遗传病，A错误；甲病可能
是由A基因突变为a基因所致，根据上述分析，A基因可以被MstⅡ切割，a基因不能被MstⅡ切割，说明突变后的基因不能被MstⅡ识别，B正确；乙病家系的电泳结果显示，正常个体Ⅰ5的基因可被BamHⅠ切割成碱基对数目为1.0×104、1.4×104的两种条带，患者Ⅰ6、Ⅱ7的基因只被BamHⅠ切割成碱基对数目为1.0×104的一种条带，这说明碱基对数目为1.0×104的条带对应的是致病基因，碱基对数目为1.4×104的条带对应的是正常基因，所以乙病可能由正常基因上的两个BamH Ⅰ识别序列之间发生碱基对的缺失导致，C正确；根据甲、乙病家系的电泳结果可知，Ⅱ4个体只含有A基因，不患待测遗传病，Ⅱ8个体为杂合子，也不患待测遗传病，D正确。
【思维构建】审题指导　甲病家系：根据系谱图分析，该病为常染色体隐性遗传病。乙病家系：从家系图谱及电泳图分析，乙病可能为常染色体隐性遗传病，致病基因也可能位于XY染色体的同源区段上。
电泳是指带电粒子在电场作用下，向与其携带电荷相反的电极迁移的过程。琼脂糖是从红色海藻中提取的多糖聚合物，加热熔化后再冷却能凝结形成凝胶。核酸是带有负电的生物大分子，在电场作用下会向正电极迁移。在电场强度一定时，核酸分子越大，迁移速率越慢。凝胶电泳是分离、鉴定、纯化核酸和蛋白质的常用方法。DNA标准溶液(marker)是一组已知长度和含量的标准DNA片段混合物，在电泳中用作确定DNA片段长度的参照物。
1．下表列出了某一家庭五个成员的DNA电泳结果简化图谱，其中“—”表示有相应的标记基因。不考虑基因突变，下列相关叙述错误的是(　　)
A．基因Ⅲ和Ⅴ可能位于同一条X染色体上B．基因Ⅱ和Ⅳ可能位于同一条染色体上C．基因Ⅰ、Ⅱ和Ⅳ可能位于常染色体上D．基因Ⅲ和Ⅴ不可能位于Y染色体上
A　解析：据表格内容可知，基因Ⅲ只有父亲有，而母亲没有，且父亲的基因Ⅲ遗传给了女儿，没有遗传给儿子，则基因Ⅲ很有可能位于X染色体上；基因Ⅴ母亲没有，而父亲有，父亲的基因Ⅴ遗传给了女儿1，而没有遗传给女儿2，说明基因Ⅴ不可能位于Y染色体上，也不可能位于X染色体上，最可能位于常染色体上，A错误。分析表中信息，基因Ⅱ和基因Ⅳ的遗传情况一致，说明基因Ⅱ与基因Ⅳ最可能位于同一条染色体上，B正确。基因Ⅰ、Ⅱ和Ⅳ父亲没有，而他的两个女儿中，有的有基因Ⅰ，有的有基因Ⅱ和Ⅳ，说明这3个基因可能位于常染色体上，C正确。基因Ⅲ和Ⅴ都是父亲有，而儿子没有，因此基因Ⅲ和Ⅴ不可能位于Y染色体上，D正确。
2．两个家庭中出现的甲、乙两种单基因遗传病中有一种为伴性遗传病，Ⅱ9患病情况未知。对相关个体的DNA酶切后再进行电泳，可以将不同类型的基因分离。现对部分个体进行检测，结果如下图。下列叙述错误的是(　　)
A．乙病一定为伴X染色体显性遗传病B．若对Ⅰ2的DNA进行酶切和电泳，结果和Ⅰ4一样C．若Ⅱ6与Ⅱ7婚配，后代同时患两种遗传病的概率为1/36D．若对Ⅱ9的DNA进行酶切和电泳，可得到3种或4种条带
C　解析：据图分析，Ⅰ3和Ⅰ4不患甲病，生有患甲病的女儿Ⅱ8，可知甲病为常染色体隐性遗传病；Ⅰ1和Ⅰ2号患乙病，Ⅰ5不患乙病，故乙病为显性遗传病，根据题意可知，乙病一定为伴X染色体显性遗传病，A正确。假设控制乙病的基因为B、b，控制甲病的基因为A、a，进一步分析家系图可知，Ⅰ1基因型为AaXBXb、Ⅰ2基因型为AaXBY、Ⅰ3基因型为AaXbXb、Ⅰ4基因型为AaXBY，故Ⅰ2和Ⅰ4的基因型相同，都为AaXBY，若对Ⅰ2的DNA进行酶切和电泳，结果和Ⅰ4一样，B正确。由以上分析可知，Ⅱ6的基因型及概率为1/3AA、2/3Aa、1/2XBXB、1/2XBXb，Ⅱ7的基因型及概率为1/3AA、2/3Aa、
XbY，若Ⅱ6与Ⅱ7婚配，则生出患两病孩子的概率为2/3×2/3×1/4×(1－1/4)＝1/12，C错误。根据Ⅰ1、Ⅰ3、Ⅰ4的基因型和电泳图可知，基因类型1、2分别表示A、a基因，基因类型3表示B基因，基因类型4表示b基因，由Ⅰ3和Ⅰ4的基因型可推知Ⅱ9的乙病相关基因型为XBXb，由于Ⅱ9的患病情况未知，所以她的甲病相关基因型可能为AA或Aa或aa，因此若对Ⅱ9的DNA进行酶切和电泳，可得到3种或4种条带，D正确。
(2021·重庆南开中学质量检测)某雄蝗虫的基因型为AaXBY，用3种不同颜色的荧光素分别标记该蝗虫一个初级精母细胞中的A、a、B基因，再检测减数分裂各时期细胞的荧光标记。下列判断不正确的是(　　)A．减数分裂Ⅰ后期细胞中存在3种颜色荧光点B．减数分裂Ⅰ产生的两个子细胞中均有3个荧光点C．减数分裂Ⅱ后期一个细胞中的荧光点数可能有2和4两种情况D．减数分裂Ⅱ后期可能出现一个细胞中有3种颜色荧光点
B　解析：精原细胞的基因型为AaXBY，荧光标记后，3种荧光标记各一个；经过复制形成的初级精母细胞中含有2个A，2个a，2个B，故每种荧光标记各2个。减数分裂Ⅰ后期染色体还没进入两个细胞，细胞中存在3种颜色荧光点，A正确；正常情况下，减数分裂Ⅰ后期移向同一极的染色体会含有2个A和Y、2个a和2个B，或者2个a和Y、2个A和2个B，可能出现1种颜色的2个荧光点或2种颜色的4个荧光点，B错误；由于减数分裂Ⅰ完成时细胞内有1种颜色的2个荧光点或2种颜色的4个荧光点，故减数分裂Ⅱ后期一个细胞中的荧光点数可能有2和4两种情况，C正确；若A与a所在的染色体片段发生交换，则次级精母细胞中可能同时出现1个A和1个a及2个B，可出现3种颜色的4个荧光位点，D正确。
【思维构建】审题指导　题干信息：用3种不同颜色的荧光素分别标记该蝗虫一个初级精母细胞中的A、a、B基因，再检测减数分裂各时期细胞的荧光标记。荧光点数目变化：位于DNA分子上的基因随DNA分子的复制而数目增加。荧光点去向变化：随减数分裂Ⅰ后期同源染色体分离，位于同源染色体上的不同颜色荧光点分离；随减数分裂Ⅱ姐妹染色单体分离，位于姐妹染色单体上的相同颜色荧光点分离。
1．荧光标记法的区别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．高中生物学教材中用到的荧光标记法(1)“荧光标记的小鼠细胞和人细胞融合实验”：这一实验有力地证明了细胞膜具有一定流动性的结构特点。(2)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．(2021·湖北十堰期末)T/t和B/b基因分别位于果蝇的常染色体和X染色体上，现已知基因tt纯合时雌果蝇会性逆转成雄果蝇。为了区分某雄果蝇是否由性逆转形成，研究小组用黄色荧光标记T/t，用绿色荧光标记B/b，在显微镜下观察。下列所选观察时期及其对应的荧光数量正确且能够达到目的的是(　　)A．观察减数分裂Ⅰ后期，若某细胞中出现2个黄色荧光点、4个绿色荧光点，则该雄果蝇为性逆转形成的B．观察减数分裂Ⅰ后期，若某细胞中出现4个黄色荧光点、4个绿色荧光点，则该雄果蝇为性逆转形成的C．观察减数分裂Ⅱ后期，若某细胞中出现2个黄色荧光点、2个绿色荧光点，则该雄果蝇为性逆转形成的D．观察减数分裂Ⅱ后期，若某细胞中出现1个黄色荧光点、1个绿色荧光点，则该雄果蝇为性逆转形成的
B　解析：T/t位于果蝇的常染色体上，无论该果蝇是否为性逆转形成的，在减数分裂Ⅰ后期，细胞中都含有4个该基因(4个黄色荧光点)，在减数分裂Ⅱ后期，细胞中都含有2个该基因(2个黄色荧光点)；性逆转形成的雄果蝇(tt)的体细胞中含有2个B/b基因，在减数分裂Ⅰ后期，细胞中含有4个该基因(4个绿色荧光点)，减数分裂Ⅱ后期，细胞中含有2个该基因(2个绿色荧光点)。因此观察减数分裂Ⅰ后期，若细胞中出现4个黄色荧光点、4个绿色荧光点，则该雄果蝇是性逆转形成的，A错误，B正确；观察减数分裂Ⅱ后期，若细胞中出现2个黄色荧光点、2个绿色荧光点，不能说明是否是性逆转形成的，C、D错误。
2．长期以来，关于DNA复制过程中是DNA聚合酶在移动还是DNA链在移动，一直存在争论：一种观点认为是DNA聚合酶沿着DNA链移动；另一种观点则认为是DNA链在移动，而DNA聚合酶相对稳定不动。科学家给枯草芽孢杆菌的DNA聚合酶标上绿色荧光，在不同条件下培养，观察荧光在细胞中的分布，发现绿色荧光只分布在细胞中固定的位点，位点个数如下表所示。下列说法错误的是(　　)
A．DNA复制过程需要脱氧核苷酸为原料，并消耗能量B．DNA聚合酶只能以DNA单链为模板合成其互补链C．上述实验结果中绿色荧光的分布情况支持第二种观点D．根据结果可推测枯草芽孢杆菌的分裂速度：①＜③＜②