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文檔簡介
2023年生物一輪復習疑難專項突破專項10同位素標記法的應用分析一、同位素標記法在高中生物學實驗中的作用專項梳理1.同位素標記法的應用原理同位素可用于追蹤物質(zhì)的運行和變化規(guī)律。用同位素標記的化合物,化學性質(zhì)不會改變??茖W家通過追蹤同位素標記的化合物,可以弄清化學反應的詳細過程。2.實例分析研究方向標記元素或物質(zhì)結(jié)果分析分泌蛋白的合成和分泌一次性給予3H標記的某一氨基酸,如亮氨酸放射性不同時間依次出現(xiàn)的細胞結(jié)構(gòu):核糖體→內(nèi)質(zhì)網(wǎng)→高爾基體光合作用中某些物質(zhì)的變化過程18O標記水(H218O)生成的氧氣(18O2)研究方向標記元素或物質(zhì)結(jié)果分析光合作用中某些物質(zhì)的變化過程18O標記二氧化碳(C18O2)生成的葡萄糖(C6H1218O6)、部分水(H218O)18O、14C標記二氧化碳(14C18O2)生成的三碳化合物(14C3)、葡萄糖(14C6H1218O6)、水(H218O)細胞呼吸過程中某些物質(zhì)的變化過程18O標記氧氣(18O2)生成的水(H218O),即18O2→H218O18O標記葡萄糖(C6H1218O6)生成的二氧化碳(C18O2),即C6H1218O6→C18O2有絲分裂過程3H標記胸腺嘧啶確定DNA合成期的起始點和持續(xù)時間續(xù)表研究方向標記元素或物質(zhì)結(jié)果分析有絲分裂過程32P和35S分別標記核苷酸和氨基酸確定分裂間期DNA復制、蛋白質(zhì)合成噬菌體侵染細菌的實驗32P和35S分別標記噬菌體的DNA和蛋白質(zhì)外殼根據(jù)上清液或沉淀物中的放射性來“區(qū)別”蛋白質(zhì)、DNA在進入細胞并產(chǎn)生子代中的作用DNA復制方式15N標記DNA雙鏈(原料為14N)復制1次后離心,均為中帶(15N/14N)為半保留復制;1/2重帶(15N/15N)、1/2輕帶(14N/14N)為全保留復制基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯標記尿嘧啶核糖核苷酸(RNA的特征堿基為U)、氨基酸依據(jù)放射性位置確定轉(zhuǎn)錄、翻譯的場所續(xù)表3.與熒光標記法的區(qū)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(fā)光水母的一種功能獨特的蛋白質(zhì),藍光或近紫外光照射,發(fā)射綠色熒光。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(fā)射紅色熒光。2)人教版教材中用到熒光標記法①必修1P67“細胞融合實驗”:這一實驗很有力地證明了細胞膜的結(jié)構(gòu)特點是具有一定的流動性。②必修2P30“基因在染色體上的實驗證據(jù)”:通過現(xiàn)代分子生物學技術(shù),運用熒光標記的手段,可以很直觀地觀察到某一基因在染色體上的位置。專項微練1.
[2020江蘇,20,2分]同位素可用于追蹤物質(zhì)的運行和變化規(guī)律。在生物科學史中,下列科學研究<zzd>未采用</zzd>同位素標記法的是(
)A.
卡爾文(M.Calvin)等探明CO2中的碳在光合作用中的轉(zhuǎn)化途徑B.
赫爾希(A.D.Hershey)等利用T2噬菌體侵染大腸桿菌證明DNA是遺傳物質(zhì)C.
梅塞爾森(M.Meselson)等證明DNA進行半保留復制D.
溫特(F.W.Went)證明胚芽鞘產(chǎn)生促進生長的化學物質(zhì)D[解析]
卡爾文等探明CO2中的碳在光合作用中的轉(zhuǎn)化途徑時,用14C標記了CO2中的碳,A不符合題意;赫爾希等利用T2噬菌體侵染大腸桿菌證明DNA是遺傳物質(zhì)的實驗中,采用35S、32P分別標記T2噬菌體,B不符合題意;梅塞爾森等證明DNA進行半保留復制時,利用15N標記DNA,C不符合題意;溫特證明胚芽鞘產(chǎn)生促進生長的化學物質(zhì)時并沒有采用同位素標記法,D符合題意。2.
[2020山東煙臺適應性練習]下列是應用同位素示蹤法進行的幾種研究,其中錯誤的是(
)A.
將一個T2噬菌體的DNA和蛋白質(zhì)分別用32P和35S標記進而證明DNA是遺傳物質(zhì)B.
用含3H標記的胸腺嘧啶的營養(yǎng)液培養(yǎng)洋蔥根尖,在核糖體上不能檢測到放射性C.
用單細胞綠藻做14CO2示蹤實驗,不同時間點對放射性碳分析可研究暗反應的途徑D.
用放射性同位素標記某種氨基酸進行示蹤,可研究分泌蛋白合成、加工和分泌的途徑A[解析]
T2噬菌體侵染細菌實驗中分別用32P標記DNA、35S標記蛋白質(zhì)的T2噬菌體侵染細菌,做了兩組實驗,而不是用一個噬菌體做實驗,A錯誤;胸腺嘧啶是合成DNA的原料,用含3H標記的胸腺嘧啶的營養(yǎng)液培養(yǎng)洋蔥根尖,在核糖體上檢測不到放射性,B正確;用單細胞綠藻做14CO2示蹤實驗,不同時間點對放射性碳分析可得出暗反應的途徑是14CO2→14C3→(14CH2O),C正確;用放射性同位素標記某種氨基酸進行示蹤,可得出分泌蛋白合成、加工和分泌的途徑,即核糖體→內(nèi)質(zhì)網(wǎng)→高爾基體→細胞膜,D正確。3.
通常DNA分子復制從一個復制起始點開始,有單向復制和雙向復制,如圖所示。放射性越高的3H—胸腺嘧啶脫氧核糖核苷(3H—脫氧胸苷),在放射性自顯影技術(shù)的圖像上,感光還原的銀顆粒密度越高。請利用放射性自顯影技術(shù)、低放射性3H—脫氧胸苷和高放射性3H—脫氧胸苷,設計實驗以確定大腸桿菌DNA復制的方向,簡要寫出:1)
實驗思路。[答案]
實驗思路:復制開始時,首先用含低放射性3H—脫氧胸苷培養(yǎng)基培養(yǎng)大腸桿菌,一段時間后轉(zhuǎn)移到含有高放射性3H—脫氧胸苷的培養(yǎng)基中繼續(xù)培養(yǎng),用放射性自顯影技術(shù)觀察復制起點和復制起點兩側(cè)感光還原的銀顆粒密度情況。(其他答案合理即可)2)
預測實驗結(jié)果和得出結(jié)論。[答案]
預期實驗結(jié)果和結(jié)論:若復制起點處感光還原的銀顆粒密度低,一側(cè)感光還原的銀顆粒密度高,則DNA分子復制為單向復制;若復制起點處感光還原的銀顆粒密度低,復制起點的兩側(cè)感光還原的銀顆粒密度高,則DNA分子復制為雙向復制。(其他答案合理即可)二、科學思維——細胞分裂過程中的染色體和DNA標記問題1.DNA分子復制后DNA存在位置與去向(1)2個子DNA位置:當1個DNA分子復制后形成2個新DNA分子后,這2個子DNA恰位于兩條姐妹染色單體上,且由著絲點連在一起。(如圖所示)(2)子DNA去向:在有絲分裂后期或減數(shù)第二次分裂后期,當著絲點分裂時,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。專項梳理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(yǎng)液不含標記同位素):轉(zhuǎn)至不含放射性培養(yǎng)液中再培養(yǎng)一個細胞周期:(2)規(guī)律總結(jié):若只復制一次,產(chǎn)生的子染色體都帶有標記;若復制兩次,產(chǎn)生的子染色體只有一半帶有標記。3.減數(shù)分裂中染色體標記情況分析(1)過程圖解:減數(shù)分裂一般選取一對同源染色體為研究對象,如下圖(母鏈標記,培養(yǎng)液不含標記同位素):(2)規(guī)律總結(jié):由于減數(shù)分裂沒有細胞周期,DNA只復制一次,因此產(chǎn)生的子染色體都帶有標記。4.
用32P標記某植物體細胞(含12條染色體)的DNA分子雙鏈,再將這些細胞轉(zhuǎn)入不含32P的培養(yǎng)基中培養(yǎng),在第二次細胞分裂的中期一個細胞中染色體攜帶32P標記的情況是
(
)A.帶有32P標記的DNA分子數(shù)與染色體數(shù)相同B.帶有32P標記的染色體有6條C.每條染色體的兩條姐妹染色單體均帶有32P標記D.每條染色體中帶有32P標記的DNA單鏈為0條或1條專項微練[解析]依題意和DNA分子的半保留復制,在第一次有絲分裂結(jié)束后,每個子細胞中含有的12條染色體,每條染色體上所含有的雙鏈DNA分子中只有一條鏈被32P標記;在第二次有絲分裂的間期DNA分子完成復制后,每條染色體含2個DNA分子,這2個DNA分子分別位于組成該染色體的2條姐妹染色單體上,其中只有一條染色單體上的DNA被32P標記,所以有絲分裂中期的細胞中有12條被標記的染色體,與帶有32P標記的DNA分子數(shù)相同,A正確;由A項分析可知,第二次細胞分裂中期一個細胞中,帶有32P標記的染色體有12條,每條染色體的兩條姐妹染色單體中只有一條帶有32P標記,每條染色體中帶有32P標記的DNA單鏈為1條,B、C、D錯誤。[答案]
A5.(2022·北京模擬)用32P標記了果蠅精原細胞DNA分子的雙鏈,再將這些細胞置于只含31P的培養(yǎng)液中培養(yǎng),發(fā)生了如圖A→D和D→H的兩個細胞分裂過程。下列相關敘述正確的是
(
)A.BC段細胞中一定有2條Y染色體B.EF段細胞中可能有2條Y染色體C.EF段細胞中含32P的染色體一定有8條D.FG段細胞中含32P的染色體可能有8條解析:BC段包括有絲分裂的前期、中期、后期,處于有絲分裂前期和中期的細胞中有1條Y染色體,A錯誤;D→H表示減數(shù)分裂過程,EF段為減數(shù)第一次分裂,細胞中有1條Y染色體,B錯誤;果蠅的精原細胞中有8條染色體,依據(jù)DNA的半保留復制方式可知,用32P標記果蠅精原細胞DNA分子的雙鏈,再將這些細胞置于只含31P的培養(yǎng)液中培養(yǎng),在A→D段完成一個細胞周期后,每個子細胞中染色體上的核DNA分子均為1條鏈含32P,1條鏈含31P,在D→E段的減數(shù)第一次分裂前的間期,每一個核DNA分子經(jīng)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32P,另1條鏈含31P,另1個DNA分子的2條鏈都含有31P,這2個DNA分子分別位于1條染色體的2條姐妹染色單體上,所以在EF段減數(shù)第一次分裂的細胞中含32P的染色體一定有8條,C正確;FG段表示減數(shù)第二次分裂過程,由于在減數(shù)第一次分裂過程中同源染色體分離,分別進入不同的次級精母細胞中,因此FG段細胞中含32P的染色體有4條,D錯誤。6.
[2021河北石家莊二中月考]將蠶豆根尖置于含放射性3H標記胸腺嘧啶的培養(yǎng)液中,培養(yǎng)一個細胞周期的時間。取出根尖,移至不含放射性物質(zhì)的培養(yǎng)液中,繼續(xù)培養(yǎng)兩個細胞周期的時間。在第一個、第二個和第三個細胞周期取樣,檢測中期細胞染色體上的放射性分布。下列判斷不正確的是(
)A.
第一個細胞周期中的染色體均如甲所示B.
第二個細胞周期中的染色體均如乙所示C.
第三個細胞周期中1/4的染色體如丙所示D.
圖丙所示染色體僅出現(xiàn)在第三個細胞周期C[解析]
第一個細胞周期的中期,每一個染色體都含有兩條染色單體,每條染色單體中有一個DNA分子,每個DNA分子的一條鏈含有放射性,另一條鏈沒有放射性,染色體均如甲所示,A正確;第二個細胞周期的中期,每一個染色體都含有兩個DNA分子,共4條單鏈,一個DNA分子的一條鏈含有放射性,另3條鏈沒有放射性,染色體均如乙所示,B正確;第三個細胞周期中1/2的染色體如丙所示,1/2的染色體如乙所示,C錯誤;圖丙所示染色體僅出現(xiàn)在第三個細胞周期,D正確。7.
[2021廣東梅州第二次調(diào)研考試]讓人的一個精原細胞在被3H標記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸培養(yǎng)基中完成一次有絲分裂形成2個精原細胞,然后在不含放射性標記的培養(yǎng)基中繼續(xù)完成減數(shù)分裂形成8個精細胞(無交叉互換),下列敘述錯誤的是(
)A.
在細胞有絲分裂中,細胞內(nèi)放射性迅速升高的時期是分裂間期B.
在細胞有絲分裂形成的兩個精原細胞的全部染色體中,都具有放射性C.
減數(shù)第一次分裂形成的4個次級精母細胞的全部染色體中,一半具有放射性D.
減數(shù)第二次分裂最終形成的8個精細胞的全部染色體中,一半具有放射性C[解析]
在有絲分裂間期,進行相關蛋白質(zhì)的合成和DNA復制,以親代DNA分子的兩條鏈為模板,3H標記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸等為原料,合成子代DNA分子,在該時期細胞內(nèi)放射性迅速升高,A正確。染色體復制完成后,一條染色體包括兩條染色單體,每條染色單體中DNA分子均是只有1條鏈被3H標記,故有絲分裂形成的2個精原細胞的全部染色體都具有放射性,B正確。減數(shù)分裂前的間期染色體復制完成后,一條染色體包括兩條染色單體,其中一條染色單體中的DNA分子有1條鏈被3H標記,1條鏈未被3H標記,另一條染色單體中的DNA分子的2條鏈均未被3H標記。減數(shù)第一次分裂形成的次級精母細胞染色體數(shù)目減半,但著絲點未分裂,染色單體未分開,故全部染色體都具有放射性,C錯誤。減數(shù)第二次分裂后期,著絲點分裂,染色單體分開,故最終形成的8個精細胞的全部染色體中,一半具有放射性,D正確。8.
[2021湖北黃岡二模]蠶豆根尖細胞(2N=12)在含3H標記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸培養(yǎng)基中完成一個細胞周期,然后在不含放射性標記的培養(yǎng)基中繼續(xù)分裂至中期,其染色體的放射性標記分布情況是(
)A.
每條染色體的兩條單體都被標記
B.
每條染色體中都只有一條單體被標記C.
只有半數(shù)的染色體中一條單體被標記
D.
每條染色體的兩條單體都不被標記B[解析]
蠶豆根尖細胞在含3H標記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸培養(yǎng)基中完成一個細胞周期,根據(jù)DNA的半保留復制原則,分裂產(chǎn)生的細胞的染色體都含有放射性,然后在不含放射性標記的培養(yǎng)基中繼續(xù)分裂至中期,共用著絲點的兩條染色單體中,只有一條單體被標記,也就是每條染色體中都只有一條單體被標記。9.
[2020山東濰坊二模]將果蠅一個普通的精原細胞放在含3H標記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸的培養(yǎng)液中,讓其進行減數(shù)分裂并產(chǎn)生四個精子。取一個精子與正常的無放射性的卵細胞結(jié)合形成受精卵,轉(zhuǎn)入無放射性的培養(yǎng)液中繼續(xù)培養(yǎng)。分析此過程,以下說法不正確的是(
)A.
減數(shù)第一次分裂前期形成的四分體中都含有四個被3H標記的DNA分子B.
這四個精子都含3H,每個精子中被標記的染色體數(shù)為4條C.
受精卵第一次有絲分裂后期含3H標記的染色體數(shù)為4條D.
受精卵第一次有絲分裂產(chǎn)生的子細胞含3H標記的染色體數(shù)都為4條D[解析]
四分體是一對同源染色體配對形成的結(jié)構(gòu),減數(shù)第一次分裂前期形成的四分體中都含有四個被3H標記的DNA分子,A正確;果蠅體細胞含8條染色體,精子中的染色體數(shù)目減半,這四個精子都含3H,每個精子中被標記的染色體數(shù)為4條,B正確;受精卵含8條染色體,4條被標記,4條未標記,轉(zhuǎn)入無放射性的培養(yǎng)液中繼續(xù)培養(yǎng)。受精卵第一次有絲分裂后期有16條染色體,含3H標記的染色體數(shù)為4條,C正確;
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