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(共56张PPT)
素养加强课5 同位素标记法及其应用
必修2　遗传与进化
第五单元　遗传的分子基础
1．放射性同位素标记法在高中生物学实验中的应用
提升点1　同位素标记法在高中生物学实验中的应用归纳
实验目的 标记物 标记物转移情况 实验结论
研究分泌蛋白的合成和分泌过程　　 用3H标记的亮氨酸 核糖体→内质网→高尔基体→细胞膜 各种细胞器既有明确的分工，相互之间又协调配合
实验目的 标记物 标记物转移情况 实验结论
研究光合作用中CO2如何转变为糖类 14CO2 14CO2→14C3→ (14CH2O) 光合作用过程中CO2首先固定在C3中
探究生物的遗传物质　　　 亲代噬菌体中的32P (DNA)、35S(蛋白质) 子代噬菌体检测到32P，未检测到35S DNA是遗传物质
实验目的 标记物 标记物转移情况 实验结论
探究DNA复制、转录的原料 3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸、尿嘧啶核糖核苷酸 标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸主要集中在细胞核，尿嘧啶核糖核苷酸主要集中在细胞质 标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸用于合成DNA，尿嘧啶核糖核苷酸用于合成RNA
生长素的极性运输 含14C的生长素 标记物在形态学上端，在形态学下端可检测到标记物，反之不行 生长素只能从植物体的形态学上端运输到形态学下端
2．稳定同位素标记法在高中生物学实验中的应用
实验目的 标记物 标记物的检测 实验结论
研究光合作用中氧气的来源 分别给小球藻提供H2O、C18O2和O、CO2 检测小球藻释放O2的密度 光合作用释放的O2来自H2O
证明DNA分子半保留复制方式 亲代DNA双链用15N标记，以14N为原料进行复制 分别检测亲代、子一代、子二代DNA分子的密度 DNA的复制方式为半保留复制
3．与荧光标记法的区别
(1)常用的荧光蛋白有绿色和红色两种
①绿色荧光蛋白(GFP)常用的是来源于发光水母的一种功能独特的蛋白质，蓝光或近紫外光照射，发出绿色荧光。
②红色荧光蛋白来源于珊瑚虫，是一种与绿色荧光蛋白同源的荧光蛋白，在紫外光的照射下可发出红色荧光。
(2)人教版教材中用到的荧光标记法
《必修1》　P43“荧光标记的小鼠细胞和人细胞融合实验”。这一实验有力地证明了细胞膜的结构特点——具有一定的流动性。
1．(2024·湖北八市联考)同位素标记可用于示踪物质的运行和变化规律。下列同位素标记法的应用实例，正确的是(　　)
A．用18O分别标记H2O和CO2，研究光合作用中O2的来源
B．用3H标记胸腺嘧啶脱氧核苷酸，研究真核细胞转录的场所
C．用32P标记亮氨酸，追踪分泌蛋白的合成和运输过程
D．用15N标记DNA，通过检测放射性强度变化证明DNA半保留复制
√
A　[可用18O分别标记H2O和CO2来研究光合作用中O2的来源，A正确；转录的过程(产生RNA)不需要胸腺嘧啶脱氧核苷酸，所以不可用3H标记胸腺嘧啶脱氧核苷酸研究真核细胞转录的场所，B错误；亮氨酸中不含有P，所以不能用32P标记亮氨酸，追踪分泌蛋白的合成和运输过程，C错误；15N和14N是稳定同位素，没有放射性，不可通过检测15N的放射性强度来探究DNA分子的复制方式，D错误。]
2．(2024·江苏南通联考)标记技术在生物学实验中应用广泛。下列相关叙述正确的是(　　)
A．含15N的细菌在含14NH4Cl的培养液中培养，子二代细菌的DNA离心会出现两条条带
B．荧光标记的小鼠细胞和人细胞融合实验证明构成膜的磷脂分子能侧向移动
C．噬菌体侵染大肠杆菌实验中，32P标记的一组侵染实验上清液中放射性很高
D．卡尔文等用14C标记CO2，探明了碳在光合作用中经C5和C3转化为糖类
√
A　[含15N的细菌在含14NH4Cl的培养液中培养，由于DNA进行半保留复制，子一代的DNA均为15N/14N，子二代的DNA为15N/14N、14N/14N，子二代细菌的DNA离心会出现两条条带(中带和轻带)，A正确；荧光标记的小鼠细胞和人细胞融合实验证明构成膜的蛋白质分子能侧向移动，B错误；噬菌体侵染大肠杆菌实验中，32P标记的是噬菌体的DNA，侵染时噬菌体的DNA进入大肠杆菌，因此沉淀物中放射性很高，C错误；卡尔文等用14C标记CO2，探明了碳在光合作用中经C3转化为糖类和再生成C5，D错误。]
1．DNA分子复制后DNA的存在位置与去向
(1)2个子DNA位置：当1个DNA分子复制形成2个新DNA分子后，这2个子DNA位于两条姐妹染色单体上，且由着丝粒连在一起。(如图所示)
提升点2　同位素标记法在DNA半保留复制与细胞分裂综合中的应用
(2)子DNA去向：在有丝分裂后期或减数分裂Ⅱ后期，当着丝粒分裂时，两条姐妹染色单体分开，分别移向细胞两极，此时子DNA随染色单体分开而分开。
2．有丝分裂中染色体标记情况
(1)过程图解(一般只研究一条染色体)
复制一次(母链标记，培养液不含标记同位素)：
转至不含放射性培养液中再培养一个细胞周期：
(2)规律总结：若只复制一次，产生的子染色体都带有标记；若复制两次，产生的子染色体只有一半带有标记。
3．减数分裂中染色体标记情况分析
(1)过程图解：减数分裂一般选取一对同源染色体为研究对象，如下图(母链标记，培养液不含标记同位素)：
(2)规律总结：由于减数分裂DNA只复制一次，细胞分裂两次，因此产生的子染色体都带有标记。
1．(2024·广东梅州质检)研究人员将马铃薯(2n＝24)的一个细胞中的一个染色体组的DNA用3H标记，另一个染色体组用32P标记，然后放在不含放射性的培养液中培养，使其连续进行两次细胞分裂(不考虑互换)。下列说法错误的是(　　)
A．若进行有丝分裂，则子细胞中可能有12条染色体带32P标记
B．若进行有丝分裂，则子细胞中可能2个有放射性，2个没有放射性
C．若进行减数分裂，则子细胞中可能均含有3H和32P
D．若进行减数分裂，则子细胞中可能3个有放射性，1个没有放射性
√
D　[若进行有丝分裂，可能会出现有丝分裂后期所有32P标记的染色体移向同一极的情况，所以子细胞中可能有12条染色体带32P标记，A正确；若进行有丝分裂，分裂一次后子细胞中的染色体都是一条链有放射性一条链没有放射性，第二次分裂时，可能出现含有放射性的染色体都移向同一极，不含有放射性的染色体都移向另一极的情况，所以子细胞中可能2个有放射性，2个没有放射性，B正确；若进行减数分裂，由于3H、32P分别标记不同染色体组，即3H、32P分别位于同源染色体上。减数分裂Ⅰ时，同源染色体相互分开非同源染色体自由组合进入不同子细胞，不考虑互换的情况下，子细胞中可能均含有3H、32P，C正确；若进行减数分裂，经过染色体复制之后，细胞中的染色单体都是一条链有放射性一条链没有放射性，也就是分裂产生的子染色体都有放射性，故减数分裂产生的4个细胞都有放射性，D错误。]
2．(2024·湖南长郡中学检测)某性原细胞(2n＝16)的DNA全部被32P标记，其在含31P的培养基中进行一次有丝分裂后继续进行减数分裂，下列能正确表示有丝分裂前期(白色柱状图)和减数分裂Ⅰ前期(灰色柱状图)每个细胞中含32P的染色单体和核DNA分子数目的是(　　)
A　　　　　　　　B
C　　　　　　　　D
√
A　[绘制染色体和核DNA分子被标记情况，并只以一条染色体上DNA分子的标记情况为例，绘制下图(图中线条代表核DNA分子中的一条链)。
该性原细胞在含31P的培养基中进行有丝分裂时，由于DNA的半保留复制，有丝分裂前期的每条染色体上有两个DNA分子，且DNA分子双链均为一条含31P，另一条含32P，故有丝分裂前期含32P的染色单体和核DNA分子数目分别为32和32；有丝分裂产生的子细胞中每个核DNA分子双链均为一条含31P，另一条含32P，子细胞在含31P的培养基中继续进行减数分裂，则减数分裂Ⅰ前期每个细胞中含32P的染色单体和核DNA分子数目分别为16和16。综上所述，A符合题意，B、C、D不符合题意。]
(教师用书独具)
1．(2024·福建厦门质检)以下关于同位素或荧光标记技术的应用，叙述正确的是(　　)
A．利用同位素15N标记的碱基，确定噬菌体的遗传物质是DNA
B．利用同位素或荧光标记的单克隆抗体，定位诊断肿瘤
C．利用同位素标记的DNA片段，鉴定特定蛋白质
D．利用荧光标记的CO2，追踪卡尔文循环中碳元素的转移路径
素养加强集训(五)　同位素标记法及其应用
题号
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√
B　[噬菌体侵染细菌实验中，分别用35S和32P标记噬菌体的蛋白质和DNA，证明噬菌体侵染细菌时，DNA进入细菌，蛋白质外壳留在细菌外，从而证明DNA是遗传物质，A错误；利用同位素或荧光标记的单克隆抗体，根据抗原抗体的特异性结合定位诊断肿瘤，B正确；利用同位素标记的DNA片段，鉴定特定DNA，C错误；利用14C标记的CO2，追踪卡尔文循环中碳元素的转移路径，D错误。]
题号
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2．(2024·北京海淀区期中)下列生命现象的研究中，同位素应用不正确的是(　　)
A．3H，追踪分泌蛋白在细胞内的合成与运输
B．16O和18O，追踪光合作用中氧气的来源
C．35S，验证DNA复制方式为半保留复制
D．32P和35S，确定噬菌体的遗传物质是DNA
题号
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√
C　[用含有3H标记的某种氨基酸追踪分泌蛋白在细胞内的合成与运输，A正确；鲁宾与卡门利用同位素18O分别标记二氧化碳和水，再分别提供给两组小球藻进行光合作用，检测两组实验释放的氧气是否为18O2，以此追踪光合作用中氧气的来源，B正确；DNA的组成元素为C、H、O、N、P，没有S，因此不能用35S验证DNA的复制方式，C错误；噬菌体的DNA中含有P，蛋白质中含有S，用32P和35S分别标记后的噬菌体侵染未标记的大肠杆菌，可以确定噬菌体的遗传物质，D正确。]
题号
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3．(2024·深圳福田中学检测)同位素标记技术常用于遗传学的研究。下列有关说法正确的是(　　)
A．利用35S证明烟草花叶病毒的遗传物质是RNA而不是蛋白质
B．DNA半保留复制的探究实验中，用15N标记的NH4Cl培养大肠杆菌
C．利用32P研究基因的转录、翻译机制以及DNA分子结构模型
D．T2噬菌体侵染细菌实验中，需要用35S和32P共同标记同一T2噬菌体
题号
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√
B　[证明烟草花叶病毒的遗传物质是RNA还是蛋白质时，关键是要把RNA和蛋白质分开，没有用到同位素标记技术，A错误；用15N标记的NH4Cl培养大肠杆菌，由于15N的DNA链和含14N的DNA链的质量不同，离心后其在离心管中的位置不同，故可以判断DNA的复制方式，B正确；研究DNA分子结构模型不需要使用同位素标记法，运用的是构建物理模型的方法来研究DNA分子结构，C错误；T2噬菌体侵染细菌实验中，需要用35S和32P分别标记不同的T2噬菌体，D错误。]
题号
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4．(2024·广东佛山质检)将变形虫培养在含有3H标记的胆碱(一种构成磷脂的成分)的培养基中。一段时间后，将带有放射性标记的细胞核取出，移植到未标记的去核变形虫中，追踪观察一个细胞周期，发现原有的放射性标记平均分配到子细胞的核膜上。下列叙述正确的是(　　)
A．细胞核供体变形虫中含有放射性标记的结构只有细胞核
B．在重组变形虫细胞分裂的中期、后期检测不到放射性
C．在前期核膜解体后，其结构成分磷脂分子也会被分解
D．该实验证明母细胞解体的核膜参与了子细胞的核膜重建
题号
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√
D　[3H标记的胆碱是一种构成磷脂的成分，则供体变形虫细胞中所有的膜结构都有放射性标记，A错误；虽然细胞分裂前期核膜解体，但是核膜的成分没有消失，所以在重组变形虫细胞分裂的中期、后期能检测到放射性，B错误；在前期核膜解体后，其结构成分磷脂分子不会被分解，C错误；根据题干信息“将带有放射性标记的细胞核取出，移植到未标记的去核变形虫中，追踪观察一个细胞周期，发现原有的放射性标记平均分配到子细胞的核膜上”，说明母细胞的核膜参与了子细胞核膜的构建，D正确。]
题号
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5．(2024·湖南长沙一中检测)同位素标记法是生物学实验中常用的方法，下列各项表示利用该方法进行物质转移路径的探究，相关叙述正确的是(　　)
A．用14C标记CO2，卡尔文循环中14C的转移路径为14CO2→14C3→14C5→(14CH2O)
B．给浆细胞提供15N标记的氨基酸，15N的转移路径为细胞核→核糖体→内质网→高尔基体→核糖体
C．在含15N标记的尿嘧啶核糖核苷酸的培养液中培养洋葱根尖，15N的转移路径可为细胞质→细胞核→核糖体
D．用35S标记的T2噬菌体侵染大肠杆菌，35S的传递路径是亲代T2噬菌体→子代T2噬菌体
题号
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√
C　[14C在卡尔文循环中的转移路径为14CO2→14C3 ，A错误；
成熟的浆细胞可通过不同的方式向胞外分泌抗体，15N标记的氨基酸经载体蛋白运输进入细胞内，细胞质中的氨基酸被tRNA运输到核糖体上，在核糖体中参与翻译过程，不进入细胞核，B错误；15N标记的尿嘧啶核糖核苷酸可参与转录过程，培养液中15N标记的尿嘧啶核糖核苷酸可先进入细胞质，再进入细胞核中参与转录，转录生成的mRNA与核糖体结合作为翻译的模板，C正确；在T2噬菌体亲、子代之间传递的物质是DNA，35S标记的是T2噬菌体的蛋白质，子代T2噬菌体中不含35S，D错误。]
题号
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6．(2024·江苏盐城模拟)用同位素作为示踪元素标记的化合物化学性质不变，人们可以据此对有关的一系列生命活动进行追踪观测。下列有关此类实验的叙述，错误的是(　　)
A．给玉米叶片提供C18O2，玉米的根细胞中可能会产生含18O的酒精
B．给小球藻提供14CO2一段时间后，14C可出现在C3、(CH2O)等化合物中
C．用35S标记甲硫氨酸，附着在内质网上的核糖体与游离的核糖体都可能出现放射性
D．用含15N标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的营养液培养仅含14N的大肠杆菌，一次细胞分裂后所获得的DNA链均含有15N
题号
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√
D　[给玉米叶片提供C18O2，形成的有机物中含18O，所以玉米根细胞中会产生含18O的酒精，A正确；给小球藻提供14CO2，14C在光合作用中的转移途径是
14CO2→14C3 ，B正确；分泌蛋白先在游离的核糖体上合成，然后
核糖体转移到内质网成为附着的核糖体，并在内质网、高尔基体内进行加工，最后分泌到细胞外，甲硫氨酸是蛋白质合成的原料，因此用35S标记甲硫氨酸，附着在内质网上的核糖体与游离的核糖体都可能出现放射性，C正确；用含15N标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的营养液培养仅含14N的大肠杆菌，一次细胞分裂后所获得的DNA链中一半含有15N，D错误。]
题号
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7．(2024·湖南长郡中学月考)科学家以大肠杆菌为实验材料，设计如下的实验：①在含15N的培养液中培养大肠杆菌若干代，使其DNA均被15N标记，在试管中离心结果如图Ⅰ；②转至含14N的培养液继续培养；③取出每代大肠杆菌的DNA样本，离心。某生物学小组绘制可能结果如图Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ。下列有关叙述正确的是(　　)
题号
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A．酵母菌比大肠杆菌更适合作为本实验的材料
B．将图Ⅳ对应时期的DNA样本加热后立刻离心，试管中条带数量不会发生变化
C．图Ⅱ可表示转入含14N的培养液中繁殖的第二代
D．仅根据图Ⅱ和图Ⅳ的条带分布就能证明DNA复制的方式是半保留复制
√
题号
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B　[大肠杆菌为原核生物，遗传物质简单、繁殖速度快，故相对于酵母菌，更适合作为本实验的材料，A错误；转入含14N的培养液中繁殖的第二代，得到4个DNA分子，其中2个DNA分子的两条链均为14N，另外2个DNA分子一条链为14N，一条链为15N，故图Ⅳ可表示转入含14N的培养液中繁殖的第二代，将图Ⅳ对应时期的DNA样本加热后立刻离心，试管中条带数量不会发生变化，仍有2条，分别是14N和15N带，B正确，C错误；根据图Ⅰ、Ⅲ、ⅣDNA条带的位置能证明DNA复制的方式是半保留复制，D错误。]
题号
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8．(2024·湖南长郡中学月考)将果蝇(2N＝8)的精原细胞的所有染色体DNA链都用放射性同位素32P标记，再置于含31P的培养液中培养。实验期间收集细胞甲、乙、丙、丁，统计样本放射性标记的染色体数和核DNA数。不考虑突变及互换。根据表格情况分析，下列叙述正确的是(　　)
题号
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细胞 31P标记染色体数 32P标记DNA数
甲 8 16
乙 8 8
丙 4 8
丁 16 6
A．细胞甲可能处于第二次有丝分裂中期
B．细胞乙可能处于减数分裂Ⅱ中期
C．细胞丙可能处于一次有丝分裂后的减数分裂Ⅱ后期
D．细胞丁可能处于第三次有丝分裂后期
√
题号
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D　[第一次有丝分裂结束后，每条染色体上的DNA都是一条链有32P标记，一条链有31P标记，在进行到第二次有丝分裂的中期时，每条染色体上有2个DNA分子，但只有一个DNA分子有32P标记，因此此时32P标记DNA数与32P标记染色体数是相等的，都是8个，应是31P标记染色体数是8个，32P标记DNA数也是8个，A错误；减数分裂过程中DNA只复制了一次，则减数分裂Ⅱ中期每条染色体上有2个DNA分子，每个DNA分子都是一条链被31P标记，一条链被32P标记，应是31P标记染色体数为4条，32P标记DNA数为8条，B错误；第一次有丝分裂结束后，每条染色体上的DNA都是一条链有32P标记，
题号
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一条链有31P标记，再进行到减数分裂，DNA又复制一次，每条染色体上只有一个DNA分子有32P标记，则减数分裂Ⅱ后期，32P标记DNA数与32P标记染色体数是相等的，都是4个，应是31P标记染色体数是8个，32P标记DNA数是4个，C错误；第二次有丝分裂结束后，每个细胞中32P标记的染色体数目情况多样，可在0～8之间，可能6条32P标记的染色体进入同一个细胞，则该细胞进行到第三次有丝分裂后期时，32P标记染色体数和32P标记DNA数都为6，每条染色体都含有31P，31P的染色体有16条，D正确。]
题号
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9．(2024·河北联合调研)同位素或荧光标记是生物学研究中的常用方法，下列有关实验表述错误的是(　　)
题号
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选项 研究的问题 标记 观察指标或结果
A 细胞因子发挥作用的靶细胞 3H标记辅助性T细胞分泌的细胞因子 放射性可集中出现在B细胞、细胞毒性T细胞的细胞膜上
B 光合产物的运输 14C标记CO2 带有放射性的糖从水稻叶片运输到稻穗
√
题号
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选项 研究的问题 标记 观察指标或结果
C 有丝分裂 基因型为Aa的精原细胞，红色、绿色荧光分别标记A、a(培养基不含荧光标记) 2个子细胞中1个不带荧光，另一个带两种荧光
D 减数分裂Ⅰ的染色体行为 用红色、绿色荧光分别标记一对同源染色体的着丝粒 荧光点的移动位置
C　[在体液免疫，辅助性T细胞分泌的细胞因子可作用于B细胞，在细胞免疫过程中，辅助性T细胞分泌的细胞因子可作用于细胞毒性T细胞，因此用3H标记细胞因子后，可观察到放射性集中出现在B细胞、细胞毒性T细胞的细胞膜，A正确；在光合作用的碳反应过程中，被14C标记的二氧化碳中的碳元素的转移途径为：14CO2→14C3→糖类，带有14C的光合产物糖类可从产生部位叶片运输至稻穗中储存，因此可检测到带有放射性的糖从水稻叶片运输到稻穗，B正确；在有丝分裂过程中，遗传物质复制一次，细胞分裂一次，精原细胞的
题号
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A、a基因分别被红色、绿色荧光标记，因DNA复制是半保留复制，子代DNA的一条链是亲代被标记的母链，另一条是新合成的不含荧光标记的子链，因此复制结束后的子代A、A、a、a基因均带荧光，即通过有丝分裂，复制的DNA平均分配到两个子细胞后，两个子细胞中均含有被标记的A、a基因，故两个子细胞中均带两种荧光，C错误；减数分裂Ⅰ过程中，重要的染色体行为是同源染色体分离，非同源染色体自由组合，因此用红色、绿色荧光分别标记一对同源染色体的着丝粒，可通过观察荧光点的移动位置来判断同源染色体的行为变化，D正确。]
题号
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10．(2024·广东深圳一模)研究人员用基因型为AABB与aabb的植株杂交产生F1，对F1的花粉粒进行荧光标记，用红色荧光标记A基因，绿色荧光标记B基因。已知F1不存在配子致死的情况，对F1中有荧光的花粉粒统计其颜色及数目，结果如下表(注：红色荧光与绿色荧光叠加显示为黄色荧光)。下列分析不正确的是(　　)
题号
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荧光颜色 黄色 绿色 红色
花粉粒数目 8 000 499 501
A．基因重组型花粉粒的占比约为1/17
B．该方法可以最直观地验证分离定律
C．出现该结果最可能的原因是基因突变
D．F1自交后代的基因型可能有9种
√
题号
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C　[已知用红色荧光标记A基因，绿色荧光标记B基因，红色荧光与绿色荧光叠加显示为黄色荧光。据表格中数据可知，F1的花粉粒出现三种情况，AB∶A∶B＝16∶1∶1，由此可知，A、B基因位于一条染色体上。则在F1个体的细胞中，A、B基因位于一条染色体上，a、b基因位于另一条同源染色体上，F1个体在减数分裂产生花粉时部分细胞发生了同源染色体上非姐妹染色单体片段的互换，产生了基因型为Ab、aB的花粉。因此，F1个体产生的花粉应该有4种：同时含A、B基因的花粉粒、含A、b基因的花粉粒、含a、B基因的花粉粒、同时含a、b的花粉粒。由于同时含a、b的花粉没有被荧光标
题号
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记，所以在进行实验结果统计时无法统计。结合表格数据可知花粉粒的基因型和比例为：AB∶Ab∶aB∶ab＝16∶1∶1∶16。其中，基因重组型花粉粒为Ab和aB的花粉粒，占比为(1＋1)÷(16＋1＋1＋16)＝1/17。由于子一代能产生4种配子，因此F1自交后代的基因型可能有9种，综合以上分析，A、D正确；等位基因位于同源染色体上，统计红色和非红色的比例以及绿色和非绿色的比例，可最直观地验证分离定律，B正确；出现该结果最可能的原因是F1个体在减数分裂产生花粉时部分细胞发生了同源染色体上非姐妹染色单体片段的互换，C错误。]
题号
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11．(2024·重庆巴蜀中学期中)关于DNA合成原料的来源，科学家曾提出三种假说：①细胞内自主合成；②从培养基中摄取；③二者都有。为验证三种假说，设计如下实验：将大肠杆菌在含15N标记的脱氧核苷酸培养基中培养一代，然后对提取的DNA进行离心，记录离心后试管中DNA的位置。图甲、乙、丙表示DNA在离心管中的可能位置。下列叙述正确的是(　　)
题号
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A．大肠杆菌的拟核DNA含有两个游离的磷酸基团
B．离心后离心管不同位置的DNA放射性强度不同
C．若支持观点①，则实验结果应为图丙所示结果
D．若支持观点②，则实验结果应为图乙所示结果
√
C　[大肠杆菌的拟核DNA为环状DNA，不含游离的磷酸基团，A错误。15N不具有放射性，B错误。将大肠杆菌在15N标记的脱氧核苷酸培养基中培养一代的时间，然后利用密度梯度离心分离提取DNA，若合成DNA的原料是细胞内自主合成，则合成的DNA没有15N标记，离心后DNA均为14N，位于顶部，对应图丙；若合成DNA的原料是从培养基中摄取，则得到的子代DNA分子一条链是15N，一条链是14N，离心后位于中部，对应图甲，C正确，D错误。]
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12．(2024·广东清远南阳中学月考)荧光标记染色体上的着丝粒可研究染色体的行为和数量变化。取一个正在分裂的果蝇细胞用不同颜色的荧光标记其中两条染色体的着丝粒(分别用“ ”和“ ”表示)，在荧光显微镜下观察到它们的移动路径如图甲箭头所示；图乙是该细胞分裂过程中染色体数与核DNA数之比的变化曲线。下列相关叙述正确的是(　　)
题号
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题号
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A．若该细胞中有5种不同形态的染色体，则该果蝇是雌果蝇
B．该细胞分裂后形成的子细胞中有4条染色体，8个核DNA分子
C．当荧光点移动到③所示位置时，该细胞处于减数分裂Ⅰ末期
D．图甲所示过程中染色体数与核DNA数目之比对应图乙的EF段
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√
B　[果蝇为XY性别决定型生物，体细胞中含有3对常染色体和1对性染色体，常染色体的形态两两相同，性染色体X和Y形态不同，若该细胞中有5种不同形态的染色体，说明该果蝇为雄果蝇，A错误；果蝇有8条染色体，减数分裂Ⅰ末期时细胞一分为二，产生的子细胞中染色体数目减半，含有4条染色体，8条染色单体，8个核DNA分子，B正确；当荧光点移动到③赤道板所示位置时，两条染色体的着丝粒整齐地排列在赤道板的两侧，所以可以判断该时期为减数分裂Ⅰ中期，C错误；图甲所示过程为减数分裂Ⅰ过程，该过程中染色体数与DNA数目之比对应图乙的CD段，D错误。]
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谢 谢 ！提升点1　同位素标记法在高中生物学实验中的应用归纳
1．放射性同位素标记法在高中生物学实验中的应用
实验目的 标记物 标记物转移情况 实验结论
研究分泌 蛋白的合 成和分泌 过程 用3H标记的亮氨酸 核糖体→内质网→高尔基体→细胞膜 各种细胞器既有明确的分工，相互之间又协调配合
研究光合 作用中CO2 如何转变 为糖类 14CO2 14CO2→14C3→(14CH2O) 光合作用过程中CO2首先固定在C3中
探究生物 的遗传物 质 亲代噬菌体中的32P(DNA)、35S(蛋白质) 子代噬菌体检测到32P，未检测到35S DNA是遗传物质
探究DNA 复制、转 录的原料 3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸、尿嘧啶核糖核苷酸 标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸主要集中在细胞核，尿嘧啶核糖核苷酸主要集中在细胞质 标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸用于合成DNA，尿嘧啶核糖核苷酸用于合成RNA
生长素的 极性运输 含14C的 生长素 标记物在形态学上端，在形态学下端可检测到标记物，反之不行 生长素只能从植物体的形态学上端运输到形态学下端
2．稳定同位素标记法在高中生物学实验中的应用
实验目的 标记物 标记物的检测 实验结论
研究光合作用中氧气的来源 分别给小球藻提供H2O、C18O2和H182O、CO2 检测小球藻释放O2的密度 光合作用释放的O2来自H2O
证明DNA分子半保留复制方式 亲代DNA双链用15N标记，以14N为原料进行复制 分别检测亲代、子一代、子二代DNA分子的密度 DNA的复制方式为半保留复制
3．与荧光标记法的区别
(1)常用的荧光蛋白有绿色和红色两种
①绿色荧光蛋白(GFP)常用的是来源于发光水母的一种功能独特的蛋白质，蓝光或近紫外光照射，发出绿色荧光。
②红色荧光蛋白来源于珊瑚虫，是一种与绿色荧光蛋白同源的荧光蛋白，在紫外光的照射下可发出红色荧光。
(2)人教版教材中用到的荧光标记法
《必修1》　P43“荧光标记的小鼠细胞和人细胞融合实验”。这一实验有力地证明了细胞膜的结构特点——具有一定的流动性。
1．(2024·湖北八市联考)同位素标记可用于示踪物质的运行和变化规律。下列同位素标记法的应用实例，正确的是(　　)
A．用18O分别标记H2O和CO2，研究光合作用中O2的来源
B．用3H标记胸腺嘧啶脱氧核苷酸，研究真核细胞转录的场所
C．用32P标记亮氨酸，追踪分泌蛋白的合成和运输过程
D．用15N标记DNA，通过检测放射性强度变化证明DNA半保留复制
2．(2024·江苏南通联考)标记技术在生物学实验中应用广泛。下列相关叙述正确的是(　　)
A．含15N的细菌在含14NH4Cl的培养液中培养，子二代细菌的DNA离心会出现两条条带
B．荧光标记的小鼠细胞和人细胞融合实验证明构成膜的磷脂分子能侧向移动
C．噬菌体侵染大肠杆菌实验中，32P标记的一组侵染实验上清液中放射性很高
D．卡尔文等用14C标记CO2，探明了碳在光合作用中经C5和C3转化为糖类提升点2　同位素标记法在DNA半保留复制与细胞分裂综合中的应用
1．DNA分子复制后DNA的存在位置与去向
(1)2个子DNA位置：当1个DNA分子复制形成2个新DNA分子后，这2个子DNA位于两条姐妹染色单体上，且由着丝粒连在一起。(如图所示)
(2)子DNA去向：在有丝分裂后期或减数分裂Ⅱ后期，当着丝粒分裂时，两条姐妹染色单体分开，分别移向细胞两极，此时子DNA随染色单体分开而分开。
2．有丝分裂中染色体标记情况
(1)过程图解(一般只研究一条染色体)
复制一次(母链标记，培养液不含标记同位素)：
转至不含放射性培养液中再培养一个细胞周期：
(2)规律总结：若只复制一次，产生的子染色体都带有标记；若复制两次，产生的子染色体只有一半带有标记。
3．减数分裂中染色体标记情况分析
(1)过程图解：减数分裂一般选取一对同源染色体为研究对象，如下图(母链标记，培养液不含标记同位素)：
(2)规律总结：由于减数分裂DNA只复制一次，细胞分裂两次，因此产生的子染色体都带有标记。
1．(2024·广东梅州质检)研究人员将马铃薯(2n＝24)的一个细胞中的一个染色体组的DNA用3H标记，另一个染色体组用32P标记，然后放在不含放射性的培养液中培养，使其连续进行两次细胞分裂(不考虑互换)。下列说法错误的是(　　)
A．若进行有丝分裂，则子细胞中可能有12条染色体带32P标记
B．若进行有丝分裂，则子细胞中可能2个有放射性，2个没有放射性
C．若进行减数分裂，则子细胞中可能均含有3H和32P
D．若进行减数分裂，则子细胞中可能3个有放射性，1个没有放射性
2．(2024·湖南长郡中学检测)某性原细胞(2n＝16)的DNA全部被32P标记，其在含31P的培养基中进行一次有丝分裂后继续进行减数分裂，下列能正确表示有丝分裂前期(白色柱状图)和减数分裂Ⅰ前期(灰色柱状图)每个细胞中含32P的染色单体和核DNA分子数目的是(　　)
A　　　　　　　　B
C　　　　　　　　D
素养加强课5　同位素标记法及其应用
提升点1
素能训练
1．A　[可用18O分别标记H2O和CO2来研究光合作用中O2的来源，A正确；转录的过程(产生RNA)不需要胸腺嘧啶脱氧核苷酸，所以不可用3H标记胸腺嘧啶脱氧核苷酸研究真核细胞转录的场所，B错误；亮氨酸中不含有P，所以不能用32P标记亮氨酸，追踪分泌蛋白的合成和运输过程，C错误；15N和14N是稳定同位素，没有放射性，不可通过检测15N的放射性强度来探究DNA分子的复制方式，D错误。]
2．A　[含15N的细菌在含14NH4Cl的培养液中培养，由于DNA进行半保留复制，子一代的DNA均为15N/14N，子二代的DNA为15N/14N、14N/14N，子二代细菌的DNA离心会出现两条条带(中带和轻带)，A正确；荧光标记的小鼠细胞和人细胞融合实验证明构成膜的蛋白质分子能侧向移动，B错误；噬菌体侵染大肠杆菌实验中，32P标记的是噬菌体的DNA，侵染时噬菌体的DNA进入大肠杆菌，因此沉淀物中放射性很高，C错误；卡尔文等用14C标记CO2，探明了碳在光合作用中经C3转化为糖类和再生成C5，D错误。]
提升点2
素能训练
1．D　[若进行有丝分裂，可能会出现有丝分裂后期所有32P标记的染色体移向同一极的情况，所以子细胞中可能有12条染色体带32P标记，A正确；若进行有丝分裂，分裂一次后子细胞中的染色体都是一条链有放射性一条链没有放射性，第二次分裂时，可能出现含有放射性的染色体都移向同一极，不含有放射性的染色体都移向另一极的情况，所以子细胞中可能2个有放射性，2个没有放射性，B正确；若进行减数分裂，由于3H、32P分别标记不同染色体组，即3H、32P分别位于同源染色体上。减数分裂Ⅰ时，同源染色体相互分开非同源染色体自由组合进入不同子细胞，不考虑互换的情况下，子细胞中可能均含有3H、32P，C正确；若进行减数分裂，经过染色体复制之后，细胞中的染色单体都是一条链有放射性一条链没有放射性，也就是分裂产生的子染色体都有放射性，故减数分裂产生的4个细胞都有放射性，D错误。]
2．A　[绘制染色体和核DNA分子被标记情况，并只以一条染色体上DNA分子的标记情况为例，绘制下图(图中线条代表核DNA分子中的一条链)。
该性原细胞在含31P的培养基中进行有丝分裂时，由于DNA的半保留复制，有丝分裂前期的每条染色体上有两个DNA分子，且DNA分子双链均为一条含31P，另一条含32P，故有丝分裂前期含32P的染色单体和核DNA分子数目分别为32和32；有丝分裂产生的子细胞中每个核DNA分子双链均为一条含31P，另一条含32P，子细胞在含31P的培养基中继续进行减数分裂，则减数分裂Ⅰ前期每个细胞中含32P的染色单体和核DNA分子数目分别为16和16。综上所述，A符合题意，B、C、D不符合题意。]
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