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微专题5　同位素标记法在生物学实验中的应用
一、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 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．(2025·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．(2025·江苏联考)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
二、同位素标记法在DNA半保留复制与细胞分裂中的综合应用
1．DNA复制后DNA分子的存在位置与去向
(1)2个子代DNA位置：当1个DNA分子复制形成2个新DNA分子后，这2个子代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)子代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)：
转移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。
3．(2025·河南洛阳模拟)选取大蒜(2n＝16)的一个根尖细胞放在含32P的培养液中培养，待其完成两次细胞分裂后进行统计。下列叙述正确的是 (　　)
A．可能有两个细胞中含32P，两个细胞中不含32P
B．可能每个细胞中既有含32P的染色体，也有不含32P的染色体
C．可能有两个细胞中的核DNA分子的两条链都含有32P
D．所有细胞中含32P的染色体均占染色体总数的3/4
4．(2024·浙江6月卷) 某二倍体动物(2n＝4)精原细胞DNA中的P均为32P，精原细胞在不含 32P 的培养液中培养，其中1个精原细胞进行一次有丝分裂和减数第一次分裂后，产生甲～丁4个细胞。这些细胞的染色体和染色单体情况如下图所示。
不考虑染色体变异的情况下，下列叙述正确的是(　　)
A．该精原细胞经历了2次DNA复制和2次着丝粒分裂
B．4个细胞均处于减数第二次分裂前期，且均含有一个染色体组
C．形成细胞乙的过程发生了同源染色体的配对和互换
D．4个细胞完成分裂形成8个细胞，可能有4个细胞不含32P微专题5　同位素标记法在生物学实验中的应用
一、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 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．(2025·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，不可通过检测放射性强度变化来探究DNA分子的复制方式，D错误。]
2．(2025·江苏联考)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。]
二、同位素标记法在DNA半保留复制与细胞分裂中的综合应用
1．DNA复制后DNA分子的存在位置与去向
(1)2个子代DNA位置：当1个DNA分子复制形成2个新DNA分子后，这2个子代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)子代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)：
转移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。
3．(2025·河南洛阳模拟)选取大蒜(2n＝16)的一个根尖细胞放在含32P的培养液中培养，待其完成两次细胞分裂后进行统计。下列叙述正确的是(　　)
A．可能有两个细胞中含32P，两个细胞中不含32P
B．可能每个细胞中既有含32P的染色体，也有不含32P的染色体
C．可能有两个细胞中的核DNA分子的两条链都含有32P
D．所有细胞中含32P的染色体均占染色体总数的3/4
C　[由于DNA复制的特点是半保留复制，经过一次细胞分裂后每个核DNA分子中一条链含32P，另一条链不含32P，形成的两个子细胞中都含有32P；第二次细胞分裂前的间期DNA分子复制完成后，每个细胞中有一半的核DNA分子的两条链均含32P，另一半的核DNA分子只有一条链含32P；在第二次有丝分裂末期，两条链均含32P的DNA可能进入同一个子细胞，这样的子细胞最多会有两个，C正确，A、B、D错误。]
4．(2024·浙江6月卷) 某二倍体动物(2n＝4)精原细胞DNA中的P均为32P，精原细胞在不含 32P 的培养液中培养，其中1个精原细胞进行一次有丝分裂和减数第一次分裂后，产生甲～丁4个细胞。这些细胞的染色体和染色单体情况如下图所示。
不考虑染色体变异的情况下，下列叙述正确的是(　　)
A．该精原细胞经历了2次DNA复制和2次着丝粒分裂
B．4个细胞均处于减数第二次分裂前期，且均含有一个染色体组
C．形成细胞乙的过程发生了同源染色体的配对和互换
D．4个细胞完成分裂形成8个细胞，可能有4个细胞不含32P
C　[题图中的细胞是一个精原细胞进行一次有丝分裂和减数第一次分裂后产生的，据图所示，这些细胞含有染色单体，说明着丝粒没有分裂，因此该精原细胞经历了2次DNA复制和1次着丝粒分裂，A错误；4个细胞还没有进入减数第二次分裂后期(着丝粒分裂)，因此可能处于减数第二次分裂前期或中期，且均含有一个染色体组，B错误；精原细胞进行一次有丝分裂后，产生的子细胞每个DNA上有一条链含有32P，减数分裂完成复制后，每条染色体上有1个单体含有32P，另一个单体不含32P，正常减数第一次分裂结束，每个细胞中应该含有2条染色体、4个染色单体，其中有2个单体含有放射性，但乙细胞有3个染色单体含有放射性，原因是形成乙的过程中发生了同源染色体的配对和互换，C正确；甲、丙、丁完成减数第二次分裂至少产生3个含32P的细胞，乙细胞有3个单体含有32P，完成减数第二次分裂产生的2个细胞都含有32P，因此4个细胞完成分裂形成8个细胞，至多有3个细胞不含32P，D错误。]
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