2024届人教版高中生物一轮复习素养加强课6同位素标记法及其应用学案2

这是一份2024届人教版高中生物一轮复习素养加强课6同位素标记法及其应用学案2，共10页。

提升点1　同位素标记法在高中生物实验中的应用归纳

1．同位素标记法在高中生物中的应用总结
实验目的
标记物
标记物转移情况
实验结论
研究分泌蛋白的合成和分泌过程
用3H标记的亮氨酸
核糖体→内质网→高尔基体→细胞膜
各种细胞器既有明确的分工，相互之间又协调配合
研究光合作用过程中物质的利用
HO
HO→18O2
光合作用的反应物H2O的O以O2的形式放出，CO2中的C用于合成有机物
14CO2
14CO2→14C3→
(14CH2O)
探究生物的遗传物质
亲代噬菌体中的32P(DNA)、
35S(蛋白质)
子代噬菌体检测到放射性32P，未检测到35S
DNA是遗传物质
验证DNA
的复制
方式
亲代双链用15N标记
亲代DNA→子一代DNA的一条链含15N
DNA的复制方式为半保留复制
探究DNA
复制、转
录的原料
3H或15N标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸、尿嘧啶核糖核苷酸
标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸主要集中在细胞核，尿嘧啶核糖核苷酸主要集中在细胞质
标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸用于合成DNA，尿嘧啶核糖核苷酸用于合成RNA
生长素的极性运输
含14C的生长素
标记物在形态学上端，在形态学下端可检测到标记物，反之不行
生长素只能从植物体的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)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．(2022·江苏盐城三模)同位素标记法是生物学研究过程中常采用的技术手段。下列有关叙述错误的是(　　)
A．用3H标记亮氨酸可研究分泌蛋白的合成和分泌过程
B．用32P标记T2噬菌体，应先用含32P的培养基培养大肠杆菌
C．常用的同位素14C、3H、18O、15N、32P、35S中，具有放射性的是18O、15N
D．用HO供植物生命活动，可在其周围空气中检测到18O2
C　[氨基酸是蛋白质的基本组成单位，用3H标记亮氨酸可研究分泌蛋白的合成和分泌过程，A正确。T2噬菌体是病毒，不能直接用培养基进行培养，由于其专门寄生在大肠杆菌细胞内，故用32P标记T2噬菌体，应先用含32P的培养基培养大肠杆菌，B正确。生物学研究中常用的同位素有的具有放射性，如14C、32P、3H、35S等；有的不具有放射性，是稳定同位素，如15N、18O等，C错误。由于水能在光反应阶段被分解，并释放出氧气，故用HO供植物生命活动，可在其周围空气中检测到18O2，D正确。]
2．(2022·河南郑州三模)某研究人员使用放射性同位素32P标记的脱氧腺苷三磷酸(dATP，dA—Pα～Pβ～Pγ)等材料制备了含有32P标记的DNA片段M(两条链均被标记)。下列叙述错误的是(　　)
A．dATP去掉两个磷酸基团后是构成DNA的基本组成单位之一
B．制备DNA片段M时，所用dATP的γ位磷酸基团中的磷必须是32P
C．DNA片段M放入不含标记的环境中复制n代后，含32P的脱氧核苷酸链占总链数的1/2n
D．制备DNA片段M过程中，dATP既提供了原料又提供了能量
B　[dATP去掉两个磷酸基团后是腺嘌呤脱氧核苷酸，是构成DNA的基本组成单位之一，A正确；制备DNA片段M时，需要dATP脱掉β和γ位上的两个磷酸基团，故制备DNA片段M时，所用dATP的γ位磷酸基团中的磷可以不用32P，B错误；双链都含32P的DNA分子在不含标记的环境中复制n代后，子代DNA分子中含32P的脱氧核苷酸链占总链数的比为2/(2n×2)＝1/2n，C正确；dATP中含有高能磷酸键，可以提供能量，断裂两个高能磷酸键后是腺嘌呤脱氧核苷酸，故制备DNA片段M过程中，dATP既提供了原料又提供了能量，D正确。]
3．(2022·山东淄博二模)同位素标记法是生物学研究的常用技术。下列关于同位素的应用实例，说法正确的是(　　)
A．用14C标记CO2探明了CO2中碳元素在光合作用过程中的转移途径
B．小白鼠吸入18O2后呼出的二氧化碳不含有18O，尿液中含有HO
C．用32P标记噬菌体的DNA并以此侵染细菌意在证明蛋白质不是遗传物质
D．探究DNA复制方式时，15N15N－DNA位于离心管的底部，放射性强于15N14N－DNA
A　[用14C标记CO2，再用放射性探测仪器进行追踪，就可知道14C通过什么路径，运动到哪里了，从而探明了CO2中碳元素在光合作用过程中的转移途径，A正确；小白鼠吸入的氧气参与有氧呼吸的第三阶段，生成HO，HO又可以参与有氧呼吸的第二阶段，生成CO2，所以呼出的CO2会含有18O，同时HO还可以经肾脏随尿排出，所以小白鼠吸入18O2后呼出的CO2可以含有18O，尿液中也含有HO，B错误；用32P标记噬菌体的DNA并以此侵染细菌不能证明蛋白质不是遗传物质，C错误；探究DNA复制方式时，用15N标记DNA,15N没有放射性，D错误。]
4．(2022·重庆一模)T2噬菌体和大肠杆菌是分子遗传学的重要研究材料。当T2噬菌体感染大肠杆菌后，会抑制细菌DNA的复制和表达。20世纪50年代，“谁是DNA和蛋白质之间的遗传信使”存在两种学说：克里克认为核糖体中稳定的rRNA就是信使，简称为“rRNA假说”。1948年有科学家报道，当噬菌体侵染细菌后会立即产生大量不稳定的RNA，且位于核糖体处合成蛋白质。布伦纳等科学家据此认为rRNA不是信使，而是另一种新的信使RNA，简称为“mRNA假说”，并设计如图所示实验进行检验。

第一步：将大肠杆菌在含15N、13C、31P－U(尿嘧啶)的培养基培养若干代，提取部分大肠杆菌核糖体，进行密度梯度离心，在靠近离心管A底部的位置有一条核糖体带。
第二步：将大肠杆菌转移到含14N、12C、32P－U培养基中培养，同时加入噬菌体侵染大肠杆菌。然后提取大肠杆菌细胞中的核糖体进行离心，通过观察离心管B中核糖体的带数和放射性的有无来确定支持哪个假说成立。最终的实验结果支持了布伦纳等团队的“mRNA假说”。请回答下列问题：
(1)步骤1中将大肠杆菌在含15N、13C、31P－U的培养基培养若干代的目的是_________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(2)根据“mRNA假说”，布伦纳推断：T2噬菌体侵染细菌后新合成的mRNA应该与侵染前细菌的核糖体(简称旧核糖体)结合在一起合成蛋白质，则“第二步”离心只能得到一条核糖体带，且有放射性。有放射性的原因是_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(3)根据“rRNA假说”，T2噬菌体侵染后应先合成新的rRNA组建成核糖体然后再合成蛋白质，则“第二步”离心后得到的结果：①有几条核糖体带？②核糖体带有无放射性？请绘制和标注在下图的离心管图上。

(4)1952年，赫尔希和蔡斯以T2噬菌体侵染大肠杆菌的同位素标记实验的方法确证了“遗传物质是DNA”的结论，支持该结论的重要实验结果是__________________________________________。
[解析]　(1)步骤1中将大肠杆菌在含15N、13C、31P－U的培养基培养若干代的目的是使核糖体中的蛋白质和RNA被15N、13C、31P－U等原料充分渗入，以便于噬菌体侵染后大肠杆菌中的核糖体进行对比。(2)根据“mRNA假说”，布伦纳推断：T2噬菌体侵染细菌后新合成的mRNA应该与侵染前细菌的核糖体(简称旧核糖体)结合在一起合成蛋白质，则“第二步”离心只能得到一条核糖体带，且有放射性。有放射性的原因是32P－U参与噬菌体DNA的转录过程，新合成的mRNA以32P－U为原料。(3)根据“rRNA假说”，T2噬菌体侵染后应先合成新的rRNA组建成核糖体然后再合成蛋白质，则“第二步”离心后，有旧核糖体和新核糖体对应的两条核糖体带，且新合成的核糖体含有14N、12C、32P－U，密度较轻且带有放射性。(4)1952年，赫尔希和蔡斯用32P、35S分别标记两组T2噬菌体的DNA和蛋白质外壳，用两组噬菌体分别侵染大肠杆菌，发现子代噬菌体只含有32P，不含35S，确证了“遗传物质是DNA”的结论。
[答案]　(1)使核糖体中的蛋白质和RNA被15N、13C、31P－U等原料充分渗入　(2)新合成的mRNA以32P－U为原料
(3)

(4)子代噬菌体只含有32P，不含35S
提升点2　DNA半保留复制与细胞分裂综合中的同位素标记法

1．DNA分子半保留复制图像及解读

2．有丝分裂中核DNA和染色体的标记情况分析
有丝分裂过程中DNA复制一次细胞分裂一次，如图为连续分裂两次的过程图(以一条染色体为例)。

由图可以看出，第一次有丝分裂形成的两个子细胞中所有核DNA分子均由一条亲代DNA链和一条子链组成；第二次有丝分裂后最终形成的子细胞中含亲代DNA链的染色体条数是0～2n(以体细胞染色体数为2n为例)。
3．减数分裂中核DNA和染色体的标记情况分析
在减数分裂过程中，DNA复制一次，细胞连续分裂两次。如图是一次减数分裂的结果(以一对同源染色体为例)。

由图可以看出，减数分裂过程中细胞虽然连续分裂两次，但DNA只复制一次，所以四个子细胞中所有核DNA分子均由一条亲代DNA链和一条利用原料合成的子链组成。

1．(2022·北京海淀二模)将DNA双链都被15N标记的大肠杆菌放在以14NH4Cl为唯一氮源的培养基中培养，连续分裂3次。下列相关叙述，不合理的是(　　)
A．本实验利用14N和15N区分不同密度的DNA
B．DNA的复制方式为半保留复制
C．大肠杆菌的DNA复制遵循碱基互补配对原则
D．分裂3次形成的子代DNA中有1/8不含14N
D　[由于15N与14N的原子量不同，形成的DNA的相对质量不同，故本实验利用14N和15N区分不同密度的DNA，A正确；DNA分子的复制方式是半保留复制，即新合成的子代DNA中都有一条链来自亲代DNA，B正确；大肠杆菌的DNA复制遵循碱基互补配对原则，即A与T配对，G与C配对，C正确；由于复制的原料为14N(14NH4Cl)，故分裂3次形成的子代DNA中都含14N，D错误。]
2．(2022·四川宜宾模拟)某雄性动物细胞(染色体数为46条)的DNA双链均被15N标记，将该细胞置于含14N的培养基中培养，经两次连续分裂后形成4个大小相等的子细胞。下列有关说法正确的是(　　)
A．若子细胞中染色体数都为46条，则这46条染色体的DNA双链一定为14N/14N
B．若子细胞中染色体数都为23条，则这23条染色体的DNA双链一定为15N/14N
C．若子细胞中染色体数都为46条，则这46条染色体的DNA双链一定为15N/14N
D．若子细胞中染色体数都为23条，则这23条染色体的DNA双链一定为14N/14N
B　[若子细胞中染色体数为46，则这两次分裂进行的是有丝分裂，由于DNA复制方式为半保留复制，因此第一次有丝分裂形成的两个子细胞中的46个DNA双链均为15N/14N，经过第二次分裂间期复制后，细胞中的每条染色体含有的两个染色单体中的DNA一个双链是15N/14N，一个双链是14N/14N，到第二次有丝分裂后期，经过着丝点分裂后的细胞中含有的92条染色体中只有46个DNA双链为15N/14N，另外的46个染色体上的DNA双链为14N/14N，再加上有丝分裂后期分开的染色体随机进入不同的细胞中，因此经过第二次有丝分裂形成的四个子细胞中含有的46条染色体上的DNA中不一定都为14N/14N，而是这46条染色体含有的DNA中表现为双链14N/14N的数目可能为0～46条，A错误；若子细胞中染色体数为23，则经过的这两次分裂为减数分裂，由于该过程中DNA只复制了一次，根据DNA半保留复制的特点，这23条染色体的DNA双链一定都为15N/14N，B正确；根据A项分析可知，若子细胞中染色体数都为46条，则该子细胞是经过两次有丝分裂后产生的，子细胞中的这46条染色体的DNA双链为15N/14N类型的可能性为0～46条，C错误；根据B项分析可知，若子细胞中染色体数都为23条，则表示经过的分裂方式为减数分裂，由于只经过了一次DNA复制过程，则这23条染色体的DNA双链一定都为15N/14N，D错误。]
3．(2022·山东济南模拟)将两个两条链均被3H标记的M基因导入某动物(2n＝40)精原细胞的染色体中，然后置于不含3H的培养液中培养，经过两次细胞分裂后产生4个子细胞，测定子细胞的染色体被标记情况。不考虑交叉互换和染色体变异，下列叙述错误的是(　　)
A．4个子细胞中被3H标记的染色体总条数最多为4条，最少为2条
B．产生的子细胞中被3H标记的染色体数可能为0、1、2
C．若4个子细胞中只有3个含有3H，则一定进行了有丝分裂
D．若4个子细胞中只有2个含有3H，则一定进行了减数分裂
D　[若两个M基因插入两条染色体中，则共有4条DNA单链被标记，则该精原细胞进行两次有丝分裂或一次减数分裂，含3H的染色体共有4条，则4个子细胞中被标记染色体的总条数为4条；若2个M基因插入同一条染色体上，则4个子细胞中被标记染色体的总条数为2条，A正确。M基因可能插入一条或两条染色体上，则有丝分裂和减数分裂产生的子细胞中被3H标记的染色体数可能为0、1、2，B正确。有丝分裂可能出现4个子细胞中只有3个含有3H，而减数分裂不会，C正确。有丝分裂和减数分裂产生的4个子细胞都可能是2个含有3H，还有两个不含3H，D错误。]