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　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　单元归纳提升课
(对应学生用书第133页)
同位素示踪法在高中生物学实验中的应用
[题型特点]
同位素示踪法是生物学实验中经常应用的一项重要方法，它可以研究细胞内的元素或化合物的来源、组成、分布和去向等，进而了解细胞的结构和功能、化学物质的变化、反应机理等。在近三年的高考理综生物考试中多以选择题的形式考查同位素示踪法的应用。试题常以高中生物学教材中有多处涉及到放射性同位素应用的实验为载体进行命题。
[技法点拨]
1．方法应用
用来研究细胞内的元素或化合物的来源、组成、分布和去向等，进而了解细胞的结构和功能、化学物质的变化、反应机理等。一般常用的标记元素如3H、14C、15N、18O、32P、35S。
2．研究基本过程
3．应用归类分析
(1)标记某元素，追踪其转移途径。如用18O标记HO，光合作用只产生18O2；再用18O标记C18O2，光合作用只产生O2；证明光合作用产生的氧气中的氧原子全部来自于H2O，而不是来自CO2。
(2)标记特征元素，探究化合物的作用。如T2噬菌体侵染细菌的实验中，用32P标记噬菌体的DNA，大肠杆菌内发现放射性物质；35S标记蛋白质，大肠杆菌内未发现放射性物质；证明了DNA是噬菌体的遗传物质。
(3)标记特征化合物，探究详细生理过程，研究生物学原理。如用3H标记亮氨酸，探究分泌蛋白的分泌过程；用3H标记胸腺嘧啶脱氧核苷酸，研究有丝分裂过程中染色体的变化规律；用15N标记DNA，证明了DNA复制的特点是半保留复制。
[解题模板]
　光合作用是地球上最重要的化学反应。同位素标记法的引入，为探寻和建立光合作用的化学反应过程，做出了巨大的贡献。
(1)1941年，鲁宾用同位素标记法追踪光合作用中O2的来源。
　　　　
鲁宾用HO和普通的CO2进行小球藻光合作用实验①(见图A)，结果放出的O2具有放射性。若用C18O2和普通的H2O进行光合作用实验②(见图B)，结果产生的O2不具有放射性。综合实验①②，可获得的结论是___________ ___
________________________________________ ________。
(2)美国科学家卡尔文用同位素标记法来追踪CO2是如何转变成碳水化合物的。
①卡尔文给小球藻悬浮液通入14CO2，光照一定时间(从1秒到数分钟)后杀死小球藻，同时提取产物并分析。实验发现，仅仅30秒的时间，二氧化碳已经转化为许多种类的化合物。想要探究CO2转化成的第一个产物是什么，可能的实验思路是____________________________________________。
②实验发现，在光照下物质A和物质B的浓度很快达到饱和并保持稳定。此时突然中断CO2的供应，A、B物质的变化如图C所示。以上实验说明，固定二氧化碳的化合物是________，二氧化碳转化的第一个产物是________。
【研析】　本题以同位素标记法为切入点，通过O、C元素的来源、去向考查光合作用的原理、应用及考生的识图能力。具体解答过程如下：
审题 信息1：由图A CO2＋HO→18O2和图B C18O2＋H2O→O2—可知，光合作用释放的O2来源于H2O信息2：由“仅仅30秒的时间，二氧化碳已经转化为许多种类的化合物”—只有尽可能缩短光照时间，才有可能在提取的产物中检测到有放射性的化合物是第一个产物信息3：由设问(2)②中的两个问题“固定二氧化碳的化合物”、“二氧化碳转化的第一个产物”—可知物质A、B的变化曲线与条件变化时的二氧化碳的固定有关
破题 思考1：光合作用反应式中产物O2中氧元素的来源思考2：光合作用暗反应的具体过程思考3：条件骤变对光合产物量的变化的分析
答题 (1)忽略设问(2)中的关键信息“仅仅30秒”，造成答实验思路时没有从缩短光照时间的角度答题(2)未提取出设问(2)②中的一个关键信息“二氧化碳的固定”，导致条件变化引起的A、B物质的变化时从暗反应的整个过程去分析，得不到正确解答
【答案】　(1)光合作用释放的O2来源于H2O，而不是CO2　(2)①缩短光照时间，当检测到有放射性的化合物只有一种时，这个化合物就是第一个产物　②B　A
[对应练习]
1．(2012·北京高考改编)研究者推测“细胞分裂素能够引起营养物质向细胞分裂素所在部位运输”。为证明此推测，用下图所示插条去除B叶后进行实验，实验组应选择的操作最少包括(　　)
a．用细胞分裂素溶液涂抹A1叶
b．用细胞分裂素溶液涂抹A2叶
c．用14C－淀粉溶液涂抹A1叶
d．用14C－淀粉溶液涂抹A2叶
e．用14C－氨基酸溶液涂抹A2叶
f．用14C－细胞分裂素溶液涂抹A2叶
g．检测A1叶的放射性强度
A．a、d、e　　　　　　 B．a、b、g
C．b、d、e、g D．a、e、g
【解析】　　据实验目的“细胞分裂素能够引起营养物质向细胞分裂素所在部位运输”，通读选项，可知g一定要选，因为只有g是检测因变量，根据g，可推出，A1叶涂细胞分裂素，A2叶涂被标记的营养物质。
【答案】　D
2．(2012·山东高考改编)用14C标记的葡萄糖研究肝细胞内糖代谢的过程中，发现血浆中的白蛋白亦出现放射性。在白蛋白合成和分泌过程中，依次出现放射性的细胞结构是
(　　)
A．核糖体、内质网、高尔基体
B．核糖体 、线粒体、内质网、高尔基体
C．核糖体、内质网、高尔基体、细胞膜
D．核糖体、高尔基体、内质网
【解析】　　白蛋白与胰岛素、胰高血糖素、抗体等都属于细胞的分泌蛋白，其合成、加工和分泌过程，依次经过的细胞结构是核糖体、内质网、高尔基体与细胞膜。
【答案】　C
3．(2013·河北省保定市高三二模)有关下列实验的说法正确的(　　)
①脂肪鉴定　 ②噬菌体侵染细菌实验　
③证明DNA半保留复制 ④叶绿体中色素的提取和分离
A．①②均使用光学显微镜
B．①④均使用无水乙醇
C．③④均使用离心技术
D．②③均使用同位素标记法
【解析】　　噬菌体侵染细菌实验未使用光学显微镜；脂肪鉴定用到的乙醇体积分数为50%，不是无水乙醇；叶绿体中色素的提取和分离实验没有用到离心技术。噬菌体侵染细菌实验中对噬菌体的蛋白质外壳、核酸分别用35S、32P进行标记，证明DNA半保留复制实验中用15NH4Cl对DNA进行了标记。
【答案】　D
4．放射性同位素自显影技术被用于研究细胞有丝分裂过程中DNA和RNA的变化。下图表示洋葱根尖细胞处于有丝分裂各阶段细胞中DNA和mRNA的含量变化。试据图回答有关问题：
(1)在放射性同位素标记研究中，为区别DNA和RNA，选择标记的合成原料依次是______________________，研究中应选择的测量材料是洋葱根尖的__________，你的依据是__________________________________________________。
(2)在细胞分裂的a时期细胞中的mRNA主要用于指导合成_______________________________________________。
试解释处于分裂期的细胞中mRNA含量较低的最可能原因：_____________________________________________。
(3)图示c时期细胞核DNA、染色体与染色单体数目之比为_______，这种比例将维持到细胞分裂的__________才可能开始变化。
(4)依据图示，细胞中核糖体活动旺盛的时期可能是____________。
(5)图中细胞核DNA减半的原因是_________________。
【解析】　　(1)DNA和RNA的区别之一为碱基的组成不完全相同，DNA和RNA特有的核苷酸分别为胸腺嘧啶脱氧核苷酸、尿嘧啶核糖核苷酸，因此需要用放射性同位素依次标记两种物质。(2)a为DNA复制前期，此时期的特点是为DNA复制做好物质准备，此时期转录形成的mRNA，主要用于合成与DNA复制有关的蛋白质。在分裂期细胞核DNA存在于高度螺旋化的染色体中，不能解旋、转录形成mRNA，因此分裂期的细胞中mRNA含量较低。
(3)图示c时期为DNA复制后期，染色体复制完成，每条染色体有两条染色单体，因此细胞核DNA、染色体与染色单体数目比例为2∶1∶2，到分裂后期随着姐妹染色单体的分开，这种比例发生变化，三者比例为1∶1∶0。(4)核糖体是合成蛋白质的场所，所以细胞分裂过程中核糖体功能活跃的时期是a、c。(5)有丝分裂的末期，随着染色体平均地分配到两个子细胞中，使细胞核中DNA减少一半。
【答案】　(1)胸腺嘧啶脱氧核苷酸、尿嘧啶核糖核苷酸　分生区　根尖中仅分生区细胞可能分裂　(2)与DNA复制有关的蛋白质　分裂期细胞核DNA存在于高度螺旋化的染色体中，不能解旋、转录形成mRNA　(3)2∶1∶2　后期　(4)a、c　(5)染色体平均分配到两个子细胞核中

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