專題4同位素標(biāo)記法的應(yīng)用備戰(zhàn)2022年高考生物重難點專題專項突破

專題4同位素標(biāo)記法的應(yīng)用用3H標(biāo)記亮氨酸用18O、14C、3H作為示蹤原子來研究光合作用過程中某些物質(zhì)的變化過程用18O作為示蹤原子研究細(xì)胞呼吸過程中物質(zhì)的轉(zhuǎn)變途徑研究礦質(zhì)元素的吸收部位時，常用放射性同位素32P細(xì)胞的分裂期用3H標(biāo)記胸腺嘧啶脫氧核苷酸探究DNA分子半保留復(fù)制的特點15N在研究蛋白質(zhì)和DNA在遺傳中的作用時，分別放射性標(biāo)記蛋白質(zhì)和DNA的特征元素，用32P標(biāo)記噬菌體的DNA，大腸桿菌內(nèi)發(fā)現(xiàn)放射性物質(zhì)，用35S標(biāo)記噬菌體的蛋白質(zhì)在研究甲狀腺腺體與甲狀腺激素、促甲狀腺激素的分泌時，一般選用131I進(jìn)行同位素原子的示蹤標(biāo)記基礎(chǔ)知識點一般常用的放射性元素有：15N、3H、32P、14C、18O、35S（1）用放射性元素

35S、32P

分別標(biāo)記噬菌體，可以驗證噬菌體侵染細(xì)菌的過程，DNA分子能保持連續(xù)性，從而說明DNA是生物的遺傳物質(zhì)。（２）用放射性元素

15N

標(biāo)記研究DNA的復(fù)制過程，可以說明DNA具有半保留復(fù)制的特點。（３）用3H標(biāo)記氨基酸，可以研究氨基酸在細(xì)胞內(nèi)合成分泌蛋白質(zhì)所經(jīng)途徑。氨基酸→核糖體→內(nèi)質(zhì)網(wǎng)→高爾基體→經(jīng)細(xì)胞膜分泌到細(xì)胞外（４）用放射性元素18O研究光合作用的氧氣來源于H2O。H218O+CO2→18O2H2O+C18O2→O2（５）研究光合作用中碳的同化途徑的方法14CO2→C3→C6。（６）用放射性元素32P標(biāo)記胸腺嘧啶可以研究DNA的合成去向及細(xì)胞分裂情況。（7）用放射性元素32P標(biāo)記尿嘧啶可以研究RNA的合成去向及蛋白質(zhì)的合成情況。基礎(chǔ)知識點變式訓(xùn)練-1(2011·江蘇)關(guān)于“噬菌體侵染細(xì)菌的實驗”的敘述，正確的是：（）A．分別用含有放射性同位素35S和放射性同位素32P的培養(yǎng)基培養(yǎng)噬菌體B．分別用35S和32P標(biāo)記的噬菌體侵染未被標(biāo)記的大腸桿菌，進(jìn)行長時間的保溫培養(yǎng)C．用35S標(biāo)記噬菌體的侵染實驗中，沉淀物存在少量放射性可能是攪拌不充分所致D．32P、35S標(biāo)記的噬菌體侵染實驗分別說明DNA是遺傳物質(zhì)、蛋白質(zhì)不是遺傳物質(zhì)答案C解析：本題考查在遺傳物質(zhì)的探索過程中，噬菌體侵染細(xì)菌的實驗，意在考查考生對實驗的方法、步驟及結(jié)果的分析能力。A、錯誤，噬菌體營寄生生活，不能用培養(yǎng)基直接培養(yǎng)；B、錯誤，保溫時間不能過長，若保溫時間太長則可能有含32P子代的噬菌體釋放出來，離心后存在于上清液中，導(dǎo)致上清液中也能檢測到放射性；C、正確，35S標(biāo)記的是噬菌體的蛋白質(zhì)，理論上應(yīng)存在于上清液中，但可能因攪拌不充分而使部分噬菌體仍吸附在細(xì)菌表面，離心后存在于沉淀物中；D、錯誤，本實驗可說明DNA是遺傳物質(zhì)，但不能證明蛋白質(zhì)不是遺傳物質(zhì)。變式訓(xùn)練-2有人以豌豆完整植株為材料研究植物側(cè)芽的生長受生長素（IAA）及其他物質(zhì)的共同影響，進(jìn)行了以下實驗：實驗一：分組進(jìn)行去除頂芽、去頂并在切口涂抹IAA處理后，定時測定側(cè)芽長度，見圖1；實驗二：用14CO2飼喂葉片，測定去頂8h時側(cè)芽附近14C放射性強度和IAA含量，見圖2．據(jù)圖分析，下列說法錯誤的是（）圖1圖2變式訓(xùn)練-2A． 實驗一中，去頂32h時Ⅲ組側(cè)芽長度明顯小于Ⅱ組，原因可能是人工涂抹的IAA起到抑制作用B． 實驗二中，a、b兩組側(cè)芽附近14C放射性強度差異明顯，說明去頂后往側(cè)芽分配的光合產(chǎn)物增加C． 去頂8h時Ⅰ組和Ⅱ組側(cè)芽附近的IAA濃度關(guān)系為Ⅰ組等于Ⅱ組D． 去頂8h時Ⅱ組側(cè)芽長度明顯大于Ⅰ組可能原因是生長素濃度降低，抑制生長的效果被解除答案D解析：A、實驗一中，去頂32h時，Ⅲ組側(cè)芽長度明顯小于Ⅱ組，其原因是人工涂抹的IAA后，導(dǎo)致側(cè)芽部位生長素濃度過高，起到抑制作用．A正確；B、實驗二中，14CO2進(jìn)入葉綠體后，首先能檢測到含14C的有機物是C3化合物，該物質(zhì)被還原成糖類需要光反應(yīng)提供AP和[H]，a、b兩組側(cè)芽附近14C信號強度差異明顯，說明去頂后往側(cè)芽分配的光合產(chǎn)物增加．B正確；C、綜合兩個實驗的數(shù)據(jù)推測，去頂8h時Ⅰ組、Ⅱ組和Ⅲ組側(cè)芽附近的IAA濃度關(guān)系為：Ⅰ組等于Ⅱ組，但大于Ⅲ組，C正確；D、去頂8h時Ⅱ組側(cè)芽長度明顯大于Ⅰ組，據(jù)圖2可知，II組去頂后IAA的含量并沒有降低，去頂后往側(cè)芽分配的光合產(chǎn)物增多，促進(jìn)側(cè)芽的生長．D錯誤．變式訓(xùn)練-３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(tuán)所處的位置（A-Pα~Pβ~Pγ或dA-Pα~Pβ~Pγ）?；卮鹣铝袉栴}；（1）某種酶可以催化ATP的一個磷酸基團(tuán)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(tuán)應(yīng)在ATP的

（填“α”“β”或γ”）位上。（2）若用帶有32P標(biāo)記的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(tuán)應(yīng)在dATP的

（填“α”“β”或γ”）位上。（3）將一個帶有某種噬菌體DNA分子的兩條鏈用32P進(jìn)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

。答案（1）γ（3分）（2）α（3分）（3）DNA復(fù)制有半保留特點（2分），最初兩條32P親代鏈最終分開在兩個子代噬菌體中（2分）解析：（1）ATP分子中遠(yuǎn)離A的高能磷酸鍵容易斷裂和重新生成，故某種酶可以催化ATP的一個磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移到DNA末端上，同時產(chǎn)生ADP．那么該酶作用的磷酸基團(tuán)應(yīng)在ATP的γ位上．（2）合成DNA的原料應(yīng)該是4種脫氧核苷酸，每個脫氧核苷酸都是一分子磷酸、一分子脫氧核糖、一分子含氮堿基組成，其中磷酸和脫氧核糖之間的化學(xué)鍵是普通磷酸鍵，用帶有32P標(biāo)記的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（合成過程中，dATP要脫掉兩個高能磷酸鍵），則帶有32P的磷酸基團(tuán)應(yīng)在dATP的α位上．（3）因為一個含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2個噬菌體的雙鏈DNA分子中，因此得到的n個噬菌體中，只有2個帶標(biāo)記．變式訓(xùn)練-４某基因（14N）含有3000個堿基，腺嘌呤占35%。若該DNA分子用15N同位素標(biāo)記過的四種游離脫氧核苷酸為原料復(fù)制3次，再將全部復(fù)制產(chǎn)物進(jìn)行密度梯度離心，得到甲圖結(jié)果；如果將全部復(fù)制產(chǎn)物加入解旋酶再離心，得到乙圖結(jié)果。下列有關(guān)分析正確的是（）A.X層全部是僅含14N的基因B.W層中含15N標(biāo)記的胞嘧啶6300個C.X層中含有的氫鍵數(shù)是Y層的1/3D.W層與Z層的核苷酸數(shù)之比是1∶4答案Ｃ解析：Ａ、第一次離心后，應(yīng)有三種DNA，第一種是兩條鏈全部為15N，第二種是一條含14N一條含15N，第三種是全部為14N，所以X層應(yīng)都是第二種，故錯誤。Ｂ、因為一個DNA中含有3000個堿基，腺嘌呤占35%，那么胞嘧啶占15%，故胞嘧啶的堿基數(shù)為450個。復(fù)制3次一共得到8個DNA，這樣需要的胞嘧啶數(shù)為450×7=3150個，故錯誤。C、復(fù)制得到的DNA所含有的堿基數(shù)都是相同的，那么氫鍵數(shù)也應(yīng)該是相同的，X層有2個DNA，Y層有6個DNA，這樣它們的氫鍵數(shù)之比即為DNA數(shù)之比，即X層中含有的氫鍵數(shù)：Y層中含有的氫鍵數(shù)=1：3。X層中含有的氫鍵數(shù)是Y層的1/3倍，故正確。D、復(fù)制后的8個DNA一共含有16條鏈，其中14N的鏈2條（分布在Z層)，15N的鏈14條（分布在W層）。因為該基因含有3000個堿基，故每條鏈的核苷酸數(shù)為1500，這樣Z層的核苷酸數(shù)為1500×2=3000，W層的核苷酸數(shù)為1500×14=21000個，故W層與Z層的核苷酸數(shù)之比為7：1，故錯誤。變式訓(xùn)練-５將染色體上全部DNA分子雙鏈經(jīng)32P標(biāo)記的雄性哺乳動物細(xì)胞（染色體數(shù)為20）置于不含32P的培養(yǎng)基中培養(yǎng)．細(xì)胞只進(jìn)行一次分裂，下列推斷中，正確的是（）A、若減數(shù)分裂結(jié)束，則產(chǎn)生的子細(xì)胞中有5對同源染色體，每條都含32PB、若完成一次有絲分裂，則產(chǎn)生的子細(xì)胞中含20條染色體，其中10條含32PC、若進(jìn)行減數(shù)分裂，則每個減Ⅱ后期細(xì)胞中均含2個Y染色體且都含32PD、若進(jìn)行一次有絲分裂，則分裂中期細(xì)胞的染色體上共有40個DNA分子且都含32P答案D解析：A、減數(shù)分裂結(jié)束，同源染色體分離，因此子細(xì)胞中不存在同源染色體，A錯誤；B、若進(jìn)行一次有絲分裂產(chǎn)生的子細(xì)胞中含20條染色體，20條染色體上的DNA分子均有一條脫氧核苷酸鏈被標(biāo)記，即20條染色體都含標(biāo)記，B錯誤；C、若進(jìn)行減數(shù)分裂，則只有一個減Ⅱ后期細(xì)胞中含2個Y染色體且都含32P，C錯誤；D、若進(jìn)行一次有絲分裂，在分裂中期細(xì)胞的染色體上共有40個DNA分子，且每個DNA分子均有一條脫氧核苷酸鏈被標(biāo)記，D正確．變式訓(xùn)練-６（2014?江蘇）為研究吲哚乙酸（IAA）與脫落酸（ABA）的運輸特點，用放射性同位素14C標(biāo)記IAA和ABA開展如圖所示的實驗．請回答下列問題：（1）若圖中AB為莖尖切段，瓊脂塊①和②中出現(xiàn)較強放射性的是______（填序號）；瓊脂③塊和④中均出現(xiàn)了較強放射性，說明ABA在莖尖的運輸______（填“是”或“不是”）極性運輸．若先用某種抑制劑（不破壞IAA、不影響細(xì)胞呼吸）處理莖尖切段，再重復(fù)上述實驗，結(jié)果瓊脂塊①和②中放射性強度相近，該抑制劑的作用機理可能是______．變式訓(xùn)練-６（2）若圖中AB為成熟莖切段，瓊脂塊①、②、③和④均出現(xiàn)較強放射性，說明IAA在成熟莖切段中的運輸______（填“是”或“不是”）極性運輸．（3）適宜的激素水平是植物正常生長的保證．黃豆芽伸長胚軸的提取液，加入IAA溶液中可顯著降解IAA，但提取液沸水浴處理冷卻后，不再降解IAA，說明已伸長胚軸中含有______．研究已證實光也有降解IAA的作用．這兩條IAA降解途徑，對于種子破土出芽后的健壯生長______（填“有利”、“不利”或“無影響”）．答案（1）①不是抑制劑與運輸IAA的載體結(jié)合（2）不是（3）IAA氧化(降解)酶有利解析：（1）對照圖示A為形態(tài)學(xué)上端，B為形態(tài)學(xué)下端，IAA在幼嫩的植物組織中發(fā)生極性運輸，即只能由形態(tài)學(xué)上端向形態(tài)學(xué)下端運輸，故①②中放射性強的是①；瓊脂塊③④中都出現(xiàn)較強放射性，說明脫落酸不進(jìn)行極性運輸。IAA的極性運輸屬于主動運輸，用某種抑制劑處理莖尖后，瓊脂塊①②的放射強度相近說明不能進(jìn)行極性運輸了，考慮該抑制劑不破壞IAA也不影響細(xì)胞呼吸供能，那么很可能是該抑制劑與運輸IAA的載體結(jié)合抑制了IAA與之結(jié)合。（2）IAA在幼嫩的植物組織中進(jìn)行極性運輸，在成熟植物組織中(如韌皮部)進(jìn)行非極性運輸。（3）沸水能使蛋白質(zhì)變性，黃豆芽伸長胚軸的提取液能降解IAA，說明其中含有降解IAA的酶，沸水浴后酶失活不能再降解IAA。適宜的激素濃度是植物正常生長的保證，低濃度IAA促進(jìn)生長而高濃度IAA會抑制生長，種子破土而出的芽尖在光照后IAA適當(dāng)降解有利于促進(jìn)其快速生長。變式訓(xùn)練-７如圖不是光合作用和有氧呼吸過程中C、H、O、三種元素的轉(zhuǎn)移途徑以及能量轉(zhuǎn)換過程。圖中序號表示相關(guān)的生理過程。下列敘述錯誤的是（）A．在元素轉(zhuǎn)移途徑中，④與⑧、⑦與⑨表示的生理過程相同B．在元素轉(zhuǎn)移途徑中，能在小麥根尖成熟區(qū)細(xì)胞中發(fā)生的生理過程有②③⑥⑦⑨