【生物】2020届一轮复习人教版第六单元同位素标记在高中生物实验中的应用归类作业 8页

素能提升课7　同位素标记在高中生物实验中的应用归类 ‎1．探究光合作用中元素(原子)的转移 ‎(1)美国科学家鲁宾和卡门用18O分别标记H2O和CO2，证明光合作用释放的氧气全部来自水。‎ ‎(2)卡尔文等用14C标记的CO2供小球藻进行光合作用，追踪检测其放射性，探明了CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径。‎ ‎2．证明DNA是遗传物质 赫尔希和蔡斯分别用放射性同位素标记蛋白质和DNA的特征元素，即用32P标记噬菌体的DNA，用35S标记噬菌体的蛋白质，证明DNA是噬菌体的遗传物质。‎ ‎3．研究分泌蛋白的合成和运输 用3H标记亮氨酸，研究分泌蛋白在细胞中的合成、运输与分泌途径，证明分泌蛋白在附着于内质网上的核糖体中合成之后，按照内质网→高尔基体→细胞膜的方向运输，从而证明了细胞内的各种生物膜在功能上是紧密联系的。‎ ‎4．证明DNA分子进行半保留复制 用含有15N标记的NH4Cl培养液培养大肠杆菌，让大肠杆菌繁殖几代，再将大肠杆菌转移到14N的普通培养液中培养，然后在不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA，再通过密度梯度离心来区别亲代与子代DNA，从而证明DNA的复制是以半保留的方式进行的。‎ ‎5．研究生长素的极性运输 证明植物生长素的极性运输时，用同位素14C 标记茎形态学上端的生长素(吲哚乙酸)，可在茎的形态学下端检测到放射性同位素14C，而标记茎形态学下端的生长素，在茎的形态学上端检测不到放射性同位素14C，说明植物生长素只能从形态学上端运输到形态学下端。‎ ‎[例]　放射性同位素标记技术在生物学研究中有广泛的应用，以下关于同位素标记法应用错误的是(　　)‎ A．鲁宾和卡门用18O分别标记H2O和CO2，证明了光合作用释放的O2来自于水 B．卡尔文用14C标记的CO2供应小球藻进行光合作用，探明了暗反应中碳的转移途径 C．科学家向豚鼠胰腺腺泡细胞中注射3H标记的亮氨酸，揭示了基因控制蛋白质合成的过程 D．赫尔希和蔡斯用32P、35S分别标记噬菌体DNA和蛋白质，证明了DNA是遗传物质 解析：鲁宾和卡门用18O分别标记了H2O和CO2，证明了光合作用释放的O2来自于水，A项正确；卡尔文用14C标记的CO2供应小球藻进行光合作用，探明了暗反应中碳的转移途径，B项正确；科学家向豚鼠胰腺腺泡细胞中注射3H标记的亮氨酸，揭示了分泌蛋白的合成、分泌过程，C项错误；赫尔希和蔡斯用32P、35S分别标记噬菌体DNA和蛋白质，证明了DNA是遗传物质，D项正确。‎ 答案：C ‎1．在生命科学发展过程的经典实验中，用到放射性同位素标记法的是(　　)‎ A．萨克斯证明光合作用的产物中有淀粉 B．摩尔根证明基因位于染色体上 C．T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验 D．用烟草花叶病毒证明RNA也是遗传物质 解析：萨克斯证明光合作用产物中有淀粉使用的是碘液染色法；摩尔根用假说—演绎法证明了基因在染色体上；证明烟草花叶病毒的RNA也是遗传物质使用的是病毒拆分实验。‎ 答案：C ‎2．科学家在研究蚕豆根尖分生区细胞的有丝分裂周期时，分别用放射性同位素15N标记胸腺嘧啶脱氧核苷酸(15NTdR)，用32P标记尿嘧啶核糖核苷酸(32PUdR)，把两种核苷酸被细胞利用的速率绘成曲线如下图所示。已知蚕豆有丝分裂周期为20 h。下列对结果的分析不正确的是(　　)‎ A．B点时，细胞正在大量合成RNA B．D点时，细胞中DNA含量达到最大值 C．CE阶段，细胞容易发生基因突变 D．蚕豆有丝分裂周期中分裂期时间不超过6 h 解析：D点时利用胸腺嘧啶脱氧核苷酸的速率最大，但D点到E点，15N—TdR仍然被利用，说明该阶段仍合成DNA，E点时细胞中DNA含量最高。‎ 答案：B ‎3．(2019·株洲质检)研究人员将含14N－DNA的大肠杆菌转移到15NH4Cl培养液中，培养24 h后提取子代大肠杆菌的DNA。将DNA 热变性处理，即解开双螺旋，变成单链；然后进行密度梯度离心，管中出现的两种条带分别对应下图中的两个峰，则大肠杆菌的细胞周期为(　　)‎ A．4 h　　　　　 B．6 h C．8 h D．12 h 解析：将含14N—DNA的大肠杆菌转移到15NH4Cl培养液中，培养24 h后提取子代大肠杆菌的DNA，DNA变性离心后，得到14N—DNA占，15N—DNA占，则子代DNA共8条，繁殖了3代，细胞周期为＝8，C正确。‎ 答案：C ‎4.(2018·浙江卷)某研究小组进行“探究DNA的复制过程”的活动，结果如图所示。其中培养大肠杆菌的唯一氮源是14NH4Cl或15NH4Cl，a、b、c表示离心管编号，条带表示大肠杆菌DNA离心后在离心管中的分布位置。下列叙述错误的是(　　)‎ A．本活动运用了同位素示踪和密度梯度离心技术 B．a管的结果表明该管中的大肠杆菌是在含14NH4Cl的培养液中培养的 C．b管的结果表明该管中的大肠杆菌的DNA都是15N 14N－DNA D．实验结果说明DNA分子的复制是半保留复制的 解析：本活动中使用了14N和15N，即采用了同位素示踪技术，3个离心管中的条带是经密度梯度离心产生的，A正确。a管中只有重带，即15N15N－DNA，表明该管中的大肠杆菌是在含15NH4Cl的培养液中培养的，B错误。b管中只有中带，即DNA都是15N14N—DNA，C正确。c管中具有中带(15N14N－DNA)，轻带(14N14N—DNA)，综合a、b、c三支管可推测，a管中为亲代DNA：15N15N－DNA，b管中为在含14N的培养基上复制一代后的子代DNA：15N14N－DNA，c管中为在含14N的培养基上复制两代后的子代DNA：15N14N－DNA、14N14N－DNA，据实验结果，可说明DNA分子的复制是半保留复制，D正确。‎ 答案：B ‎5．(2019·晋中调研)同位素标记法在遗传学的研究中发挥了重要作用。请根据所学知识回答：‎ ‎(1)现提供3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸、尿嘧啶核糖核苷酸以及亮氨酸，若要研究抗体的合成与转运，应选择________________；若要验证抗体合成所需的直接模板，应选择____________________‎ ‎_____________________________________________________。‎ ‎(2)为探究T2噬菌体的遗传物质，用放射性同位素标记的T2‎ 噬菌体侵染未被标记的大肠杆菌，经短时间保温培养、搅拌离心，检测到上清液中的放射性很低。此组实验标记的元素是________，离心的目的是____________________________________________________‎ ‎_____________________________________________________。‎ ‎(3)科学家将15N标记的DNA分子(15N15N－DNA)放到14N的培养液中培养，让其复制三次。将亲代DNA和每次复制产物置于试管进行离心，结果如图。其中代表复制两次后的分层结果是________(填字母)，理由是__________________________________________‎ ‎____________________________________________________‎ ‎_____________________________________________________。‎ 解析：(1)抗体的化学本质是蛋白质，其基本组成单位是氨基酸，因此若要研究抗体的合成与转运，应选择3H标记的亮氨酸；抗体是蛋白质，其合成的直接模板是mRNA，若要验证抗体合成所需的直接模板，应选择3H标记的尿嘧啶核糖核苷酸。(2)噬菌体侵染细菌的实验分两组，一组噬菌体用35S对其蛋白质外壳进行标记，另一组用32P对噬菌体的核酸进行标记。噬菌体在侵染细菌时，只是把遗传物质DNA注入细菌，因此如果标记的是蛋白质，则上清液放射性高，沉淀物放射性很低；如果标记的是DNA，则上清液放射性很低，沉淀物放射性高。综上所述，标记的是DNA，即DNA中的P元素。此实验过程中，离心的目的是让上清液中析出重量较轻的T2噬菌体颗粒，沉淀物中留下被感染的大肠杆菌。(3)由于DNA分子的复制是半保留复制，一个用15N标记的DNA在14N的培养基上培养，复制一次后，每个DNA分子的一条链含15N，一条链含14N，离心后对应图中的b，复制二次后，产生4个DNA分子，其中含15N和14N的DNA分子为2个，只含14N的DNA分子为2个，离心后对应图中的c。‎ 答案：(1)3H标记的亮氨酸　3H标记的尿嘧啶核糖核苷酸　(2)P ‎　让上清液中析出重量较轻的T2噬菌体颗粒，沉淀物中留下被感染的大肠杆菌　(3)c　DNA复制方式为半保留复制，15N15N—DNA分子复制两次后，子代中为15N14N－DNA，为14N14N－DNA，离心结果与c相符。‎ ‎6．(2019·南昌模拟)通常DNA分子复制从一个复制起始点开始，有单向复制和双向复制，如下图所示：‎ 放射性越高的3H—胸腺嘧啶脱氧核糖核苷(3H—脱氧胸苷)，在放射自显影技术的图像上，感光还原的银颗粒密度越高。请利用放射性自显影技术、低放射性3H—脱氧胸苷和高放射性3H－脱氧胸苷，设计实验以确定大肠杆菌DNA复制的方向，简要写出：‎ ‎(1)实验思路：_________________________________________‎ ‎____________________________________________________。‎ ‎(2)预测实验结果和得出结论：____________________________‎ ‎____________________________________________________。‎ 解析：(1)依题意可知：该实验的目的是确定大肠杆菌DNA复制的方向。实验原理是：①放射性越高的3H胸腺嘧啶脱氧核糖核苷(3H脱氧胸苷)，在放射自显影技术的图像上，感光还原的银颗粒密度越高。②3H脱氧胸苷是DNA复制的原料；依据DNA的半保留复制，利用3H标记的低放射性和高放射性的脱氧胸苷使新形成的同一条DNA子链上出现低放射性区段和高放射性区段。③利用放射性自显影技术，检测子链上银颗粒密度的高低及其分布来判断DNA复制的方向。综上分析可知该实验思路为：复制开始时，首先用含低放射性3H脱氧胸苷培养基培养大肠杆菌，一段时间后转移到含有高放射性 ‎3H脱氧胸苷的培养基中继续培养，用放射自显影技术观察复制起点和复制起点两侧银颗粒密度情况。(2)依据实验思路可知：若DNA分子复制为单向复制，则复制起点处银颗粒密度低，远离复制起点的一侧银颗粒密度高。若DNA分子复制为双向复制，则复制起点处银颗粒密度低，复制起点的两侧银颗粒密度高。‎ 答案：(1)复制开始时，首先用含低放射性3H脱氧胸苷培养基培养大肠杆菌，一段时间后转移到含有高放射性3H脱氧胸苷的培养基中继续培养，用放射自显影技术观察复制起点和复制起点两侧银颗粒密度情况　(2)若复制起点处银颗粒密度低，一侧银颗粒密度高，则DNA分子复制为单向复制；若复制起点处银颗粒密度低，复制起点的两侧颗粒密度高，则DNA分子复制为双向复制