資源簡介

新人教生物學一輪復習素養加強課
6　同位素標記法及其應用
提升點1　同位素標記法在高中生物學實驗中的應用歸納
1．放射性同位素標記在高中生物學實驗中的應用
實驗目的 標記物 標記物轉移情況 實驗結論
研究分泌蛋白的合成和分泌過程 用3H標記的亮氨酸 核糖體→內質網→高爾基體→細胞膜 各種細胞器既有明確的分工，相互之間又協調配合
研究光合作用中CO2如何轉變為糖類 14CO2 14CO2→14C3→(14CH2O) 光合作用過程中CO2首先固定在C3中
探究生物的遺傳物質　　　 親代噬菌體中的32P(DNA)、35S(蛋白質) 子代噬菌體檢測到32P，未檢測到35S DNA是遺傳物質
探究DNA復制、轉錄的原料 3H標記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸、尿嘧啶核糖核苷酸 標記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸主要集中在細胞核，尿嘧啶核糖核苷酸主要集中在細胞質 標記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸用于合成DNA，尿嘧啶核糖核苷酸用于合成RNA
生長素的極性運輸 含14C的生長素 標記物在形態學上端，在形態學下端可檢測到標記物，反之不行 生長素只能從植物體的形態學上端運輸到形態學下端
2．穩定性同位素標記在高中生物學實驗中的應用
實驗目的 標記物 標記物的檢測 實驗結論
研究光合作用中氧氣的來源 分別給小球藻提供H2O、C18O2 和HO、CO2 檢測小球藻釋放O2的密度 光合作用釋放的O2來自H2O
證明DNA分子半保留復制方式 親代DNA雙鏈用15N標記，以14N為原料進行復制 分別檢測親代、子一代、子二代DNA分子的密度 DNA的復制方式為半保留復制
3．與熒光標記法的區別
(1)常用的熒光蛋白有綠色和紅色兩種
①綠色熒光蛋白(GFP)常用的是來源于發光水母的一種功能獨特的蛋白質，藍光或近紫外光照射，發出綠色熒光。
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出紅色熒光。
(2)人教版教材中用到的熒光標記法
《必修1》　P43“熒光標記小鼠細胞和人細胞細胞融合實驗”。這一實驗很有力地證明了細胞膜的結構特點是具有一定的流動性。
1．(2022·北京海淀區期中)下列生命現象的研究中，同位素應用不正確的是(　　)
A．3H，追蹤分泌蛋白在細胞內的合成與運輸
B．16O和18O，追蹤光合作用中氧氣的來源
C．35S，驗證DNA復制方式為半保留復制
D．32P和35S，確定噬菌體的遺傳物質是DNA
C　[用含有3H標記的某種氨基酸可追蹤分泌蛋白在細胞內的合成與運輸，A不符合題意；魯賓與卡門利用同位素18O分別標記二氧化碳和水，再分別提供給兩組小球藻進行光合作用，檢測兩組實驗釋放的氧氣是否為18O2，以此追蹤光合作用中氧氣的來源，B不符合題意；DNA的組成元素為C、H、O、N、P，沒有S，因此不能用35S驗證DNA復制方式為半保留復制，C符合題意；噬菌體的DNA中含有P，蛋白質中含有S，用32P和35S分別標記后的噬菌體侵染未標記的大腸桿菌，可以確定噬菌體的遺傳物質，D不符合題意。]
2．(2022·江蘇南京一模)下列實驗或操作中，未采用同位素標記法的是(　　)
A．證明光合作用過程中釋放的氧氣來自水
B．單克隆抗體的制備
C．赫爾希和蔡斯的T2噬菌體侵染細菌實驗
D．探明CO2轉化為有機物的途徑
B　[證明光合作用過程中釋放的氧氣來自水的實驗，采用了同位素標記法，用氧的同位素18O分別標記H2O和CO2，證明了光合作用過程中釋放的氧氣全部來自水，A不符合題意；單克隆抗體的制備采用了動物細胞工程中的動物細胞培養及動物細胞融合技術，B符合題意；T2噬菌體侵染細菌的實驗，分別用35S和32P標記蛋白質和DNA，利用了同位素標記法，C不符合題意；探明CO2轉化為有機物的途徑，用碳的同位素14C標記CO2，利用了同位素標記法，D不符合題意。]
(教師用書獨具)
(2021·全國甲卷)用一段由放射性同位素標記的DNA片段可以確定基因在染色體上的位置。某研究人員使用放射性同位素32P標記的脫氧腺苷三磷酸(dATP，dA Pα～Pβ～Pγ，)等材料制備了DNA片段甲(單鏈)，對W基因在染色體上的位置進行了研究，實驗流程的示意圖如下。
回答下列問題：
(1)該研究人員在制備32P標記的DNA片段甲時，所用dATP的α位磷酸基團中的磷必須是32P，原因是_______________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(2)該研究人員以細胞為材料制備了染色體樣品，在混合操作之前去除了樣品中的RNA分子，去除RNA分子的目的是__________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(3)為了使片段甲能夠通過堿基互補配對與染色體樣品中的W基因結合，需要通過某種處理使樣品中的染色體DNA________。
(4)該研究人員在完成上述實驗的基礎上，又對動物細胞內某基因的mRNA進行了檢測，在實驗過程中用某種酶去除了樣品中的DNA，這種酶是________。
[解析]　(1)因為dATP分子中的兩個特殊的化學鍵斷裂后形成的腺嘌呤脫氧核苷酸是組成DNA的基本單位之一，所以只有α位磷酸基團中的磷是32P，才能使DNA合成原料具有放射性，最終使合成的DNA具有32P的放射性。(2)由題意可知，本實驗的目的是用一段由放射性同位素標記的DNA片段確定基因在染色體上的位置，在混合操作之前應去除樣品中的RNA分子，若不去除RNA分子，則RNA會與DNA分子堿基互補配對結合，從而影響DNA與染色體對應位點的DNA結合，導致無法確定基因在染色體上的位置。(3)DNA要先解開雙鏈，片段甲才能通過堿基互補配對與染色體樣品中的W基因結合，因此，需要通過某種處理使樣品中的染色體DNA解旋。(4)因為酶具有專一性，故應用DNA水解酶去除樣品中的DNA。
[答案]　(1)dATP分子中的兩個特殊的化學鍵斷裂后形成的腺嘌呤脫氧核苷酸是組成DNA的基本單位之一，所以α位磷酸基團中的磷是32P，才能使DNA具有32P的放射性　(2)防止RNA分子與DNA分子堿基互補配對結合，從而影響DNA與染色體對應位點的DNA結合　(3)解旋 (4)DNA水解酶(或DNA酶)
提升點2　同位素標記法在DNA半保留復制與細胞分裂綜合中的應用
1．DNA分子復制后DNA的存在位置與去向
(1)2個子DNA位置：當1個DNA分子復制形成2個新DNA分子后，這2個子DNA恰位于兩條姐妹染色單體上，且由著絲粒連在一起。(如圖所示)
(2)子DNA去向：在有絲分裂后期或減數分裂Ⅱ后期，當著絲粒分裂時，兩條姐妹染色單體分開，分別移向細胞兩極，此時子DNA隨染色單體分開而分開。
2．有絲分裂中染色體標記情況
(1)過程圖解(一般只研究一條染色體)
復制一次(母鏈標記，培養液不含標記同位素)：
轉至不含放射性培養液中再培養一個細胞周期：
(2)規律總結：若只復制一次，產生的子染色體都帶有標記；若復制兩次，產生的子染色體只有一半帶有標記。
3．減數分裂中染色體標記情況分析
(1)過程圖解：減數分裂一般選取一對同源染色體為研究對象，如圖(母鏈標記，培養液不含標記同位素)：
(2)規律總結：由于減數分裂DNA只復制一次，細胞分裂兩次，因此產生的子染色體都帶有標記。
1．(2022·湖北武漢調研)將某二倍體生物的精原細胞的全部核DNA分子雙鏈用32P標記，然后置于不含放射性同位素的培養液中培養，一段時間后檢測發現，某個細胞每條染色單體均帶有放射性。該細胞所處的時期不可能是(　　)
A．第一次有絲分裂前期
B．第二次有絲分裂中期
C．減數第一次分裂后期
D．減數第二次分裂前期
B　[因為第一次有絲分裂間期DNA復制了一次，且DNA的復制方式為半保留復制，所以第一次有絲分裂前期每個DNA分子中的一條鏈有放射性，一條沒有放射性，故每條染色單體均帶有放射性，A不符合題意；第二次有絲分裂間期DNA分子又進行了一次復制，得到的每條染色體上一條染色單體有放射性，另外一條染色單體沒有放射性，因此第二次有絲分裂中期一半的染色單體有放射性，一半的染色單體沒有放射性，B符合題意；減數第一次分裂前的間期DNA分子復制了一次，減數第一次分裂后期同源染色體分離，因為DNA分子的復制方式為半保留復制，因此減數第一次分裂后期每條染色體上的染色單體都有放射性，C不符合題意；減數分裂時，DNA復制一次，細胞分裂兩次，根據DNA分子的半保留復制特點可知，減數第二次分裂前期每條染色體上的染色單體都有放射性，D不符合題意。]
2．(2022·山東濟寧鄒城期中)將正常生長的玉米根尖細胞放在含3H標記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸的培養液中，待其經歷一個細胞周期的時間后，再轉入不含3H標記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸的培養液中培養，讓其再經歷一個細胞周期的時間。此時獲得的子細胞內DNA分子的標記情況不可能為(只考慮其中一對同源染色體上的DNA分子)(　　)
①　　　②　　　③　　　④
A．①　　　B．②　　　C．③　　　D．④
B　[依據DNA的半保留復制方式可知，玉米根尖細胞放在含3H標記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸的培養液中，待其完成1個細胞周期后，每個子細胞中的核DNA分子均為1條鏈含3H，1條鏈不含3H；再轉入不含3H標記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸的培養液中培養，在有絲分裂的間期，每一個核DNA分子經過復制后所形成的2個子代DNA分子中，有1個DNA分子的1條鏈含3H，另1條鏈不含3H，另一個DNA分子的2條鏈都不含有3H，這2個DNA分子分別位于每條染色體的2條姐妹染色單體上，在有絲分裂的后期，著絲粒分裂，2條姐妹染色單體分開成為2條子染色體，由于子染色體移向兩極是隨機的，獲得的子細胞內DNA分子的標記情況會出現①③④的結果；②中有一個DNA分子兩條鏈都帶有3H標記，由之前分析可知，不會出現這樣的DNA分子，B正確，A、C、D錯誤。]
(教師用書獨具)
(2022·山東濟南一模)將兩個兩條鏈均被3H標記的M基因導入某動物(2n＝40)精原細胞的染色體中，然后置于不含3H的培養液中培養，經過兩次細胞分裂后產生4個子細胞，測定子細胞的染色體被標記情況。不考慮互換和染色體變異，下列敘述錯誤的是(　　)
A．4個子細胞中被3H標記的染色體總條數最多為4條，最少為2條
B．產生的子細胞中被3H標記的染色體數可能為0、1、2
C．若4個子細胞中只有3個含有3H，則一定進行了有絲分裂
D．若4個子細胞中只有2個含有3H，則一定進行了減數分裂
D　[若兩個M基因插入兩條染色體中，則共有4條DNA單鏈被標記，則該精原細胞進行兩次有絲分裂或減數分裂，含3H的染色體共有4條，則4個子細胞中被標記染色體的總條數為4條；若2個M基因插入同一條染色體上，則4個子細胞中被標記染色體的總條數為2條，A正確。M基因可能插入一條或兩條染色體上，則有絲分裂和減數分裂產生的子細胞中被3H標記的染色體數可能為0、1、2，B正確；有絲分裂可能出現4個子細胞中只有3個含有3H，而減數分裂不會，C正確；有絲分裂和減數分裂產生的4個子細胞都可能是兩個含有3H，還有兩個不含3H，D錯誤。]
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