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高考生物二輪復習微專題學案
10　高中生物常用技術方法與生物科學史歸納
高中生物常用技術方法歸納
(一)同位素標記法與熒光標記法
同位素標記法用的是某個元素的同位素作為標記,熒光標記法是用熒光蛋白等熒光物質作為標記。如果再進一步,可以說前者多為原子水平的標記,后者多是分子水平的標記。
同位素分兩類,即穩定同位素和放射性同位素。穩定同位素幾乎測不到放射性,因此不能用放射性來檢測,實際操作中多使用質量變化的方法來檢測,如18O、15N;而14C、32P、3H、35S具有放射性。
(1)教材中用到同位素標記法的地方
放射性同位素:
①《必修1》P51“分泌蛋白的合成和運輸”(3H標記亮氨酸)。
②《必修1》P104探究CO2如何轉變為糖類(14C標記CO2)。
③《必修2》P44經典實驗“噬菌體侵染細菌的實驗”(35S和32P分別標記噬菌體蛋白質外殼和DNA)。
穩定同位素:
④《必修1》P102“探索光合作用原理的部分實驗”(18O分別標記H2O、CO2)。
⑤《必修2》P54“證明DNA半保留復制的實驗”(15N標記DNA)。
此外
⑥《選擇性必修3》P50利用“同位素或熒光標記的單克隆抗體”作為診斷試劑。
(2)教材中用到熒光標記法的地方
①《必修1》P43“細胞融合實驗”:這一實驗很有力地證明了細胞膜具有流動性。
②《必修2》P87利用紅色熒光標記野生馬鈴薯的染色體組成。
③《選擇性必修3》P50利用“同位素或熒光標記的單克隆抗體”作為診斷試劑。
④《選擇性必修3》P93“從社會中來”利用熒光蛋白進行生命活動的檢測、腫瘤的示蹤研究。
例1 同位素標記法是生物學研究中常用的方法。下列相關敘述錯誤的是 (　)
A.用32P標記的核糖核苷酸培養干細胞,在細胞核和細胞質中均能檢測到放射性
B.適宜光照條件下,用14C標記的CO2供小球藻進行光合作用,放射性首先出現在C5中
C.向豚鼠的胰腺腺泡細胞中注射3H標記的亮氨酸,高爾基體中的放射性強度先增大后減小
D.將DNA被15N標記的大腸桿菌在含14N的培養液中培養,繁殖兩代后帶15N標記DNA的個體所占比例為1/2
例2 熒光標記技術常用于生物科學的研究。利用熒光標記試劑與被研究對象(核酸、蛋白質、多肽等大分子)吸附或共價結合后,其熒光特性發生改變,從而反映出有關研究對象性能的信息。下列有關熒光標記技術應用的說法中,不合理的是 (　)
A.可采用熒光標記技術研究細胞骨架在細胞中的分布
B.可用熒光標記的亮氨酸研究分泌蛋白的合成和運輸
C.可采用熒光標記技術研究基因在染色體上的位置
D.可采用熒光標記技術研究染色體上端粒的數目
(二)假說—演繹法
假說—演繹法,就是在觀察和分析基礎上提出問題后,通過推理和想象提出解釋問題的假說,根據假說進行演繹推理,推出預測的結果,再通過實驗來檢驗,如果實驗結果與預測相符,則假說成立。
教材中利用假說—演繹法的實驗:孟德爾的一對相對性狀雜交實驗;孟德爾的兩對相對性狀雜交實驗;摩爾根果蠅雜交實驗;DNA半保留復制的證明。
例3 [2023·山東濰坊模擬] 假說—演繹法是科學研究中常用的一種方法,下列說法正確的是 (　)
A.中心法則的提出和證實不適合運用假說—演繹法
B.科學家探究DNA的半保留復制方式運用了假說—演繹法
C.孟德爾的豌豆雜交實驗中,假說的核心內容是雌雄配子的隨機結合
D.摩爾根的果蠅雜交實驗中,驗證假說的實驗為F1的紅眼雌果蠅與白眼雄果蠅交配
(三)模型與建模
1.物理模型:以實物或圖畫形式直觀地表達認識對象的特征。最常見的是教材上的生物結構圖、示意圖,還有一些人工構建的實體模型。如制作DNA雙螺旋結構模型;真核生物細胞的三維結構模型等。需要注意的是模型的科學性、準確性是第一位的,其次才是模型的美觀與否;照片(包括實物照片、顯微照片等)不是物理模型。
2.概念模型:以圖示、符號和文字組成的示意圖或化學方程式等形式對事物的規律和特點進行描述,如光合作用的示意圖和反應式、達爾文自然選擇學說解釋模型、人體細胞與外界環境的物質交換模型、血糖調節模型、體溫調節模型、水鹽平衡調節模型、生態系統結構模型等。
3.數學模型:用來描述一個系統或它的性質的數學形式。常見的有兩種,①曲線圖:如種群增長的“J”形曲線和“S”形曲線,DNA、RNA、染色體的數目變化的坐標曲線。優點:形象、直觀。②數學公式:如“J”形增長模型,t年后,種群數量為Nt=N0λt。優點:比較準確。
例4 建構模型是生物學研究的重要方法之一,下列選項中錯誤的是 (　)
A.羅伯特森拍攝的細胞膜的暗—亮—暗三層結構的電鏡照片屬于物理模型
B.某課外小組利用廢舊物品制作的生物膜模型為物理模型
C.對達爾文的自然選擇學說的解釋模型屬于概念模型
D.林德曼通過對賽達伯格湖的能量流動進行定量分析,建立了數學模型
例5 [2023·海南海口模擬] 模型構建是生命科學教學、科研的一種重要方法。如圖是生物概念模型,相關分析錯誤的是 (　)
A.若圖示為基因工程,則C為重組質粒,D為受體細胞
B.若圖示為食物網,則D可能是次級消費者、第二營養級
C.若圖示為核移植技術,則B可能為去核卵母細胞
D.若圖示為試管嬰兒技術,C~D中需要用到胚胎移植技術
(四)其他常用方法
1.差速離心法和密度梯度離心法
(1)差速離心法:采取逐漸提高離心速率分離不同大小顆粒的方法。
(2)密度梯度離心法:用一定的介質在離心管內形成連續或不連續的密度梯度,將細胞混懸液或勻漿置于介質的頂部,通過重力或離心力的作用使細胞或物質分層、分離。
(3)教材中的離心法總結歸納:
差速離心法——分離各種細胞器、制備細胞膜等。
密度梯度離心法——用15N標記DNA,證明DNA半保留復制(重帶、輕帶、中帶等)。
離心法——噬菌體侵染細菌實驗。
2.DNA片段的瓊脂糖凝膠電泳鑒定
(1)原理:在凝膠中DNA分子的遷移速率與凝膠的濃度、DNA分子的大小和構象等有關。
(2)鑒定:凝膠中的DNA分子通過染色,可以在波長為300 nm的紫外燈下被檢測出來。
例6 染色質是以一定長度的核小體為基本單位構成的。將大鼠肝細胞中分離出的染色質用非特異性核酸酶水解后再去除染色質蛋白,對得到的DNA片段進行瓊脂糖凝膠電泳,結果如圖所示。若先將染色質中的蛋白質去掉后用同樣的非特異性核酸酶處理,則得到隨機長度的DNA片段。據此分析,下列有關敘述錯誤的是 (　)
A.凝膠中的DNA分子通過染色,可以在波長為300 nm的紫外燈下被檢測出來
B.染色質中的蛋白質可能對DNA具有保護作用
C.構成核小體的基本單位是脫氧核糖核苷酸
D.在凝膠中DNA分子的遷移速率與凝膠濃度、DNA分子的大小和構象等有關
例7 [2023·北京海淀區二模] 通過差速離心法從大鼠肝臟中分離得到破碎的質膜和呈小泡狀的內質網。通過密度梯度離心法進一步分離,測定不同密度的組分中磷脂、蛋白質和RNA的含量,結果如圖甲。在顯微鏡下觀察密度為1.130 g/cm3和1.238 g/cm3的組分,結果如圖乙。
依據上述結果作出的推測,不合理的是 (　)
A.質膜和光面內質網主要在圖乙a的組分中
B.圖乙b的組分中小黑點為核糖體
C.據圖甲推測質膜可能有較高的蛋白質含量
D.圖乙b的組分中含有DNA分子
[歸納總結] 教材實驗中用到的其他方法
分離綠葉中的色素——紙層析法
探究酵母菌的呼吸方式——對比實驗法和產物檢測法
高中教材涉及的重要科學史
例8 下列有關科學史的敘述正確的是 (　)
A.摩爾根通過果蠅雜交實驗,運用假說—演繹法發現了基因在染色體上呈線性排列
B.噬菌體侵染大腸桿菌實驗和證明DNA半保留復制的實驗都用到了放射性同位素標記法
C.格里菲思通過肺炎鏈球菌轉化實驗證明了DNA是遺傳物質
D.DNA衍射圖譜對沃森和克里克構建DNA雙螺旋結構模型起到了重要作用
例9 生物科學史蘊含著科學家的思維和智慧。將兩種或多種組分“分離”研究的思路是常用的一種科學思維方法。下列有關經典實驗的敘述錯誤的是 (　)
A.畢希納將研磨過濾后的酵母菌提取液與葡萄糖混合產生了酒精,證明釀酒中發酵沒有活細胞的參與也能進行
B.希爾分離出葉綠體制成懸浮液,加入鐵鹽或其他氧化劑,證明葉綠體在光照下可以釋放出氧氣
C.赫爾希和蔡斯用差速離心法將噬菌體的DNA和蛋白質分離,證明DNA是噬菌體的遺傳物質
D.班廷和貝斯特結扎狗的胰管進行實驗,證明胰島素由胰島分泌
高考生物二輪復習微專題學案
10　高中生物常用技術方法與生物科學史歸納（參考答案）
例1　B　[解析] 核糖核苷酸參與RNA的合成,RNA在細胞核中合成后會被轉運到細胞質中,故在細胞核和細胞質中均能檢測到放射性,A正確;CO2參與暗反應階段,與C5反應生成C3,因此放射性首先出現在C3中,B錯誤;胰腺腺泡細胞中內質網會對亮氨酸參與合成的肽鏈進行初步加工,然后以囊泡的形式運輸到高爾基體,該過程高爾基體的放射性強度增大,之后在高爾基體中加工為成熟的蛋白質,然后以囊泡形式運輸到細胞膜并分泌出去,該過程高爾基體的放射性強度減小,C正確;DNA分子為半保留復制,繁殖兩代后大腸桿菌的數目為4個,帶15N標記DNA的個體所占的比例為1/2,D正確。
例2　B　[解析] 細胞骨架由蛋白質纖維組成,可采用熒光標記技術研究細胞骨架在細胞中的分布,A正確;可用同位素標記的亮氨酸研究分泌蛋白的合成和運輸,B錯誤;運用熒光標記的手段,可以很直觀地觀察到基因在染色體上呈線性排列,C正確;每條染色體的兩端都有一段特殊序列的DNA—蛋白質復合體,稱為端粒,科學家用黃色熒光標記端粒,可以追蹤端粒在每次細胞分裂后的變化,以此研究端粒變化與細胞活動的關系,D正確。
例3　B　[解析] 假說—演繹法的基本步驟:提出問題→作出假說→演繹推理→實驗驗證→得出結論,具有科學性和嚴謹性,中心法則的提出和證實也適合用假說—演繹法,A錯誤;科學家以大腸桿菌為實驗材料,運用同位素標記法設計了巧妙的實驗,實驗結果與根據假說—演繹推導的預期現象一致,證實了DNA的半保留復制,B正確;孟德爾的豌豆雜交實驗中,假說的核心內容是生物在產生配子時,成對的遺傳因子彼此分離,不成對的遺傳因子自由組合,C錯誤;摩爾根的果蠅雜交實驗中,驗證假說的實驗為F1的紅眼雄果蠅與白眼雌果蠅交配,D錯誤。
例4　A　[解析] 羅伯特森拍攝的細胞膜的暗—亮—暗三層結構的電鏡照片是事物的真實反映,不屬于物理模型,A錯誤;某課外小組利用廢舊物品制作的生物膜模型以實物的形式呈現,為物理模型,B正確;構建達爾文自然選擇學說的解釋模型屬于概念模型,C正確;林德曼對賽達伯格湖的能量流動進行定量分析,體現各營養級之間的能量傳遞效率,建立了數學模型,D正確。
例5　B　[解析] 若圖示為基因工程,則C為重組質粒,是目的基因和載體相連形成的,D為受體細胞,為重組質粒的表達提供條件,A正確;若圖示為食物網,則D可能是次級消費者、第三營養級,B錯誤;動物細胞核移植,經常移植到去核卵母細胞中,若圖示為核移植技術,則B可能為去核卵母細胞,此時A可能是細胞核供體細胞,C正確;若圖示為試管嬰兒技術,C為早期胚胎培養,D為胚胎移植,D正確。
例6　C　[解析] 凝膠中的DNA分子經染色后,對波長為300 nm的紫外光吸收性強,可在波長為300 nm的紫外燈下被檢測出來,A正確;由圖可知,染色質用非特異性核酸酶處理后再去除染色質蛋白,得到的是幾種固定長度的DNA片段,但若先將染色質中的蛋白質去掉后用同樣的非特異性核酸酶處理,則得到隨機長度的DNA片段,說明染色質中的蛋白質可能對DNA具有保護作用,B正確;染色質是以一定長度的核小體為基本單位構成的,核小體的組成成分是蛋白質和DNA,其基本單位是脫氧核糖核苷酸和氨基酸,C錯誤;在凝膠中DNA分子的遷移速率與凝膠濃度、DNA分子的大小和構象等有關,D正確。
例7　D　[解析] 密度為1.130 g/cm3的組分主要含有磷脂、蛋白質,質膜和光面內質網的主要成分是蛋白質和磷脂,則質膜和光面內質網主要在圖乙a的組分中,A不符合題意;密度為1.238 g/cm3的組分主要含有RNA,核糖體的成分主要是RNA和蛋白質,則圖乙b的組分中小黑點為核糖體,B不符合題意;據圖甲含有磷脂,可知其主要是生物膜成分,并且蛋白質的含量也很高,則推測質膜可能有較高的蛋白質含量,C不符合題意;離心的結果中含有磷脂、蛋白質和RNA,不含有DNA,所以圖乙b的組分中沒有DNA分子,D符合題意。
例8　D　[解析] 摩爾根通過果蠅雜交實驗,運用假說—演繹法發現了基因在染色體上,A錯誤;噬菌體侵染大腸桿菌實驗用到了放射性同位素標記法,證明DNA半保留復制的實驗用的是密度梯度離心法和15N同位素標記法(但15N沒有放射性),B錯誤;格里菲思通過肺炎鏈球菌轉化實驗提出了轉化因子一詞,并不知道轉化因子是DNA,C錯誤;DNA衍射圖譜對沃森和克里克構建DNA雙螺旋結構模型起到了重要作用,D正確。
例9　C　[解析] 赫爾希和蔡斯的實驗依賴噬菌體的侵染過程,將DNA和蛋白質分離,C錯誤。
21世紀教育網 www.21cnjy.com 精品試卷·第 2 頁 （共 2 頁）
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