资源简介

2009届高三专题复习-------放射性同位素在生物学中的应用
教学目标：
知识要点 理解 掌握
1、梳理知识的方法 √
2、与放射性同位素相关的各种生物知识 √
3、与放射性同位素有关的综合分析题的解法 √
4、与放射性同位素有关的计算题的解法 √
5、与放射性同位素有关的图表题的解法 √
6、与放射性同位素有关的科普材料信息题的解法 √
教学重点：
1、 梳理知识的思维方法(由网络结构图发散思维引导联想思维能力的训练)
2、 解题过程和解题方法的训练
教学难点：例2和例3的解题过程及方法
教学过程：
一、梳理知识体系，形成网络结构
同位素用于追踪物质运行和变化过程时，叫示踪元素。用示踪元素标记的化合物，其化学性质不变。人们可以根据这种化合物的放射性，对生物体内各种复杂的生理、生化过程进行追踪的方法，就是放射性同位素示踪法。如示踪原子追踪光合作用、呼吸作用的过程、胚胎发育过程、细胞的结构和功能、蛋白质(酶)的形成以及遗传物质的研究等等。14C、18O、15N、3H、32P、35S等都是常用的示踪原子。
2、 同位素技术的考题类型及解法
(1) 学科内综合分析题
例1 同位素示踪技术在生物学的研究中被广泛应用。分析下列有关实验：细胞数目相等的两组小鼠肝细胞，用含有3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的培养液培养，A组加入某物质，B组不加，经过一段时间培养后，洗去培养液，分别取出两组的全部细胞，测量每组的总放射性强度，结果 A组显著大于B组。请回答：A组加入的物质的作用是_______。3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸用于细胞中_________的合成，它在细胞中主要分布的部位是____________。
解析：通过审题可以简略绘图示。 答案：促进细胞分裂 DNA 细胞核
本题主要考查细胞分裂及细胞核内DNA分子复制(时间、场所、原料或组成单位)。
［解综合分析题的思路］：
1、 确认题干的中心知识点(内容)
2、 依题意分解中心知识为各分枝知识
3、 分析各知识点的内在联系，将中心知识变通扩展
4、 针对性作答。
(2) 放射性同位素有关计算题
例2 假设14N的DNA分子的相对分子质量为a，含有15N的该DNA分子的相对分子质量为b，将含有14N的DNA分子置于15N的培养基中连续培养复制二次，所得DNA的相对分子质量平均为______________。
解析：本题考查DNA半保留复制的有关知识。解题方法为图示法(如图所示)：
答案：(a＋3b)/4 扩展：如果复制n次呢→[a+(2n－1)b]╱2n 。15N的DNA置于14N的培养基中连续复制n次，则a与b交换。
放射性同位素有关的计算内容主要有：
1、 生物化石年代的计算
2、 光合作用的物质量的计算
3、 呼吸作用的物质量的计算
4、 DNA分子及碱基数的计算
(3) 坐标图象题
例3 从某腺体的细胞中提取一些细胞器，放入含有14C氨基酸的培养液中，培养液中这些细胞器完成其功能所需的物质和条件，连续取样测定标记的氨基酸在这些细胞器中的数量。下图中正确的描述曲线是( )
解析：本题考查生物图象识别能力和细胞器的功能即与蛋白质合成加工、运输、分泌过程有关的细胞器。(排除法解题)中心体不能形成蛋白质，C、D项错误。而与蛋白质合成加工、运输、分泌有关的细胞器有核糖体、内质网、高尔基体和线粒体。核糖体内把氨基酸合成为多肽链，经过内质网的加工运输到高尔基体分泌到细胞外面去，整个过程都需要线粒体产生的能量ATP。如图，本题解答的关键是曲线的“起点”。选B 。
［解坐标图象题的思路］
1、 识图要“四看”：
一看纵横坐标含义； 二看特殊点(起点、转折点、终点)；
三看变化趋势(规律)； 四看曲线(与坐标)之间的关系。
2、 运用知识“嫁接”分析综合图象与生物学含义。
3、 针对题意运用图象特征解决问题。
(4) 科普材料信息题
例4 6027Co是典型的γ放射源，可用于作物诱变育种，我国应用该方法培育出了许多农作物新品种，如棉花高产品种“鲁棉1号”，年种植面积达到3000多万亩，在我国自己培育的棉花品种中栽培面积最大，γ射线处理作物年主要引起_基因突变__，从而产生可遗传的变异，除γ射线外，用于人工诱变的其它射线还有__紫外线_、__中子流__和__X射线___。
解析： 审题读懂信息材料(如图示)，本题的中心知识点是“诱变育种”。科普信息题的特点是具有综合性、时代性、先进性。大纲考纲要求“读懂自然科学的资料，看懂图、表所包含的信息，能从文字、图表中提取所需的信息并从中找出规律”。要求考生具备“获取信息，处理信息，解决问题的能力”。其解题思路是：
1、 阅读材料，读懂并接受信息。
2、 处理提炼有用材料。
3、 将知识“嫁接”于材料信息中分析解决问题。
三、练习题
1、具有放射性的14C其半衰期为5686年，空气中12C与14C的存量比约为1012∶1.2，活着的生物体内碳的这两种同位素存量比与空气中相同。生物死亡后，不再吸收碳，现有一化石，14C的存量为空气中的1／8，请估算该化石的年代。 ( 距今17058 年 )
解析：“14C的存量为空气中的1／8”即1／23 →经过3次半衰期→3×5686=17058(年)
2、在医疗卫生上，用放射性钴69放出的γ射线治疗肿瘤(称为放疗)，其原理是利用了γ射线的 ( C )
A、电离作用，使肿瘤细胞转化 B、贯穿作用，导致基因突变
C、高能量，杀死肿瘤细胞 D、热作用，减轻病人痛苦
3、动物胚胎学家研究胚胎发育时，用同位素将囊胚时期的植物半球表面的部分细胞作上标记。同位素示踪的结果，这些标记可能出现在蝌蚪的 ( A )
A、肝脏和胰腺 B、骨骼和肌肉 C、心脏和肾脏 D、大脑和小脑
4、下列用同位素示踪法在生物学上的有关实验
(1)如果有18O标记的水浇灌某盆栽植物，并将该盆栽植物置于光照下。一段时间后，在植物体周围的空气中，能够收集到含18O的物质有氧气、水和二氧化碳，它们分别是由__光合作用__、_蒸腾作用__和__呼吸作用_生理过程产生的。
(2)在光照条件下，向培养小球藻的试管中通入用14C标记的浓度为1%的14CO2 第5分钟再通入浓度为2%的14CO2，第15分钟再供给0.003 %14CO25分钟。在这个过程中分别检测小球藻内的葡萄糖、三碳化合物、五碳化合物的放射强度得到如图a、b、c三条曲线，这三条曲线表示的化合物依次是__a三碳化合物__、___b五碳化合物__、___c葡萄糖__。
5、有人用原子示踪法做实验，给绿色植物施用含放射性同位素15N的氮肥，让人吃了这些植物，最后在尿液中检测出15N。下列有关15N的行程分析不正确的是　　　（　B　　）
A. 15N（15NH4+或15NO3-）先交换吸附到植物根细胞表面，再经主动运输到细胞内部
B.经化合作用15N转变成葡萄糖、淀粉，最后转化成植物蛋白
C.人吃进植物蛋白，经消化吸收循环进入各细胞，在细胞内15N参与组织蛋白合成
D.有些组织蛋白分解产生CO2、H2O和尿素，含15N尿素经肾脏以尿的形式排出体外
6、用同位素18O标记的CO2作原料，供给植物进行光合作用。当植物进行有氧呼吸时，在呼吸产物CO2和H2O中，含18O的应是　　　　　　　　　　　　　　（　C　　）
A.H2O B.CO2 C.H2O和CO2 D.H2O或CO2
7、用14C标记的葡萄糖培养去掉细胞壁的植物细胞，3小时后用放射性自显影技术观察，在该植物细胞内含有14C最多的结构最可能是 ( B )
A、核糖体 B、高尔基体 C、内质网 D、细胞核
［B 去掉细胞壁的植物细胞培养一段时间后会再生出细胞壁，其主要成分是纤维素，需要葡萄糖原料，高尔基体与植物细胞壁的形成有关。］
8、某一DNA分子含有800个碱基对，其中含有A600个。该DNA分子连续复制数次后，消耗周围环境中的G的脱氧核苷酸6200个，该DNA分子已经复制了 ( B )
A、4次 B、5次 C、6次 D、7次 ［先求出该DNA分子中含G=C=200个，再由(2n－1)×200=6200求得n=5］
9、葡萄糖是细胞进行有氧呼吸最常用的物质。将一只实验用的小鼠放入含有放射性元素标记的18O2气体的容器内，18O2进入细胞内以后，最先出现具有放射性化合物的是 ( D )
A、丙酮酸 B、乳酸 C、二氧化碳 D、水
10、让实验动物猴吸入混有18O2的空气，该猴体内最先出现含有18O的化合物是( B )
A、 C6H12O6 B、H2O C、C2H5OH D、C3H6O3
11、下列关于核放射性物质进入人体途径示意图的叙述中，正确的是( C )
A、图中表示放射性物质主要通过食物链经消化进入人体的途径有4条
B、图中表示放射性物质通过呼吸道进入人体的途径有2条
C、图中表示放射性溶液通过皮肤进入人体的途径有1条
D、图中表示放射性物质进入人体的途径共有4条
［进入人体的食物链有3条：植物→人，动物→人，水生生物→人。食物经消化进入人体的途径只是1条(消化道)。放射性物质进入人体的途径共有3条(呼吸道、皮肤、消化道进)。］
12、科学家在研究钠通过细胞膜的运输方式时，做了下述实验：先向枪乌贼神经纤维里注入微量的放射性同位素24Na ，不久可测得神经纤维周围溶液中存在24Na。如果在神经纤维膜外溶液中先后加入某药物和ATP，测得周围溶液中24Na的量如下图。据图作出推断，错误的是 ( B )
A、加入某药物后，溶液中24Na 的量不再增加
B、加入ATP后，溶液中24Na 的量增加
C、神经纤维排出24Na需要ATP
D、“某药物”的作用机理是抑制细胞中的呼吸作用
13、若给予放射性同位素标记的氨基酸研究胰腺细胞合成和分泌消化酶的过程，放射性标记先后出现在( C )
A、高尔基体、内质网、核糖体 B、内质网、高尔基体、核糖体
C、核糖体、内质网、高尔基体 D、核糖体、高尔基体、内质网
解析：消化酶的化学体质是蛋白质，氨基酸是组成蛋白质的基本单位，放射性氨基酸进入细胞后，首先在核糖体中合成蛋白质，经内质网运送到高尔基体，经高尔基体加工浓缩再分泌到细胞外。
14、将标记的氨基酸供胰腺用来合成一种酶，酶最终被分泌到胰腺外面，这种酶移动的最可能途径是( B )
A、内质网→高尔基体→细胞核 B、内质网→高尔基体→囊泡与质膜的融合
C、细胞核→内质网→高尔基体 D、内质网→核糖体→囊泡与质膜的融合
15、将用3H标记的尿苷引入某绿色植物细胞内，然后设法获得各种结构，下列哪组结构最能表现出放射性？ ( C )
A、细胞核、核仁和中心体 B、细胞核、核糖体和高尔基体
C、细胞核、核糖体、线粒体和叶绿体 D、细胞核、核糖体、内质网和液泡
解析：尿苷是构成RNA的成分，RNA分布在细胞核、核糖体、线粒体、叶绿体中
16、有示踪原子3H标记四种脱氧核苷酸，将其配制到培养基中培养人的白细胞，待细胞分裂后，发现子代细胞中除细胞核外，细胞质中也探测到3H存在，你认为细胞质中的3H 主要存在于 ( C )
A、叶绿体 B、核糖体 C、线粒体 D、高尔基体
17、在光合作用实验里，如果所用的水中有0.20%的水分子含有18O，二氧化碳有0.68%的二氧化碳分子含有18O，那么，植物进行光合作用释放的氧气中，含有18O的比例为 ( A )
A、 0.2% B、0.44% C、0.64% D、0.88%
解析：(全国高考题)光合作用释放的氧气中的氧全都来自反应物中的水，故光合作用释放的氧气中的氧原子全为18O，因此本题答案为A。
18、给某种蔬菜施用含有放射性同位素15N的氮肥，植物吸收后主要用于合成蛋白质。人食用该种蔬菜后，通过代谢15N最终出现在 ( B )中。
A、氨基酸 B、尿素 C、氨 D、蛋白质
19、用32P标记噬菌体的DNA，用35S标记细菌的蛋白质，用这种噬菌体去侵染大肠杆菌，则新生的噬菌体可含有 ( C )
A、32P B、35S C、32P 和35S D、二者皆无
解析：噬菌体在细菌内以亲代噬菌体DNA为模板，利用细菌的原料复制子代DNA；利用细菌的氨基酸作原料合成子代噬菌体的蛋白质外壳。
20、某科学家做“噬菌体侵染细菌实验”时，用放射性同位素标记噬菌体和细菌的有关结构或物质(如下表所示)。产生的100个子代噬菌体与亲代噬菌体的形状、大小完全一样。
噬菌体 细菌
DNA或核苷酸 32P标记 31P标记
蛋白质或氨基酸 32S标记 35S标记
(1)子代噬菌体的DNA应含有表中的_______和______元素，各占_______个和_____个。
(2)子代噬菌体中，只含有32P的有______个；只含有31P的有_____个；同时含有32P、31P的有_____个。
(3)子代噬菌体的蛋白质分子中都没有______元素，由此说明___________________；子代噬菌体蛋白质都含有______元素，这是因为____________________。
解答：(1) 32P ，31P ，2 ，100 (2) 0 ，98 ， 2 (3) 32S ， 噬菌体侵染时蛋白质外壳没有进入细菌内；35S ，子代噬菌体的外壳(或蛋白质)是在细菌内用35S标记的氨基酸为原料来合成的。
21、(上海高考题)含有32P或31P的磷酸，两者化学性质几乎相同，都可参与DNA分子的组成，但32P比31P质量大。现将某哺乳动物的细胞放在含31P磷酸的培养基中，连续培养数代后得到G0代细胞。然后将G0代细胞移到含有32P磷酸的培养基中培养，经过第1、2次细胞分裂后，分别得到G1 、G2代细胞。再从G0 、G1 、G2 代细胞中提取出DNA，经密度梯度离心后得到结果如图。由于DNA分子质量不同，因此离心管内的分布不同。若①、②、③分别表示轻、中、重三种DNA分子的位置，请回答：
(1) G0 、G1、G2 三代DNA离心后的试管分别是图中的：G0______，G1______，G2 _____。
(2) G2代在①、②、③三条带中DNA数的比例是：_______________。
(3)图中①、②两条带中DNA分子所含同位素磷分别是：条带①_______，条带②______。
(4)上述实验结果证明DNA的复制方式是____________。DNA的自我复制能使生物的______保持相对稳定。
解析：首先应该看懂图解，知道轻、中、重三种DNA划分的标准：由两条链含31P的脱氧核苷酸组成的是轻DNA；由一条含31P的脱氧核苷酸组成的链和另一条含32P的脱氧核苷酸组成的链形成的是中DNA；由两条链含32P的脱氧核苷酸组成的是重DNA。DNA分子的复制是半保留复制，即复制后形成的子代DNA中，每个DNA分子都只含有一条子链，另一条则为母链。根据题意：G0代细胞中的DNA全部是含31P的脱氧核苷酸组成，是轻DNA；G1代是以G0代细胞中的DNA为模板，以含32P的脱氧核苷酸为原料形成的两个DNA分子，每一个DNA分子中，母链含31P，子链含32P，是中DNA；G2代是以G1代DNA为模板，以含32P的脱氧核苷酸为原料形成的4个DNA分子，每2个DNA分子中，母链含31P，子链含32P，是中DNA，另2个DNA分子，母链、子链都含32P，是重DNA。
答案：(1)A B D (2) 0∶1∶1 (3) 31P ， 31P、32P (4) 半保留复制 遗传特性
22、将生长旺盛的植物置于玻璃铁钟罩内，浇足含18O的水分，将花盆用塑料袋包扎并密封，在适宜光照下苦干小时，下列物质中含有18O的是 ( D )
A、氧气 B、水蒸气 C、有机物 D、全都有
解析：H218O是植物的蒸腾作用产生的，18O2是少量的水参与光合作用的光反应，光解成［H］和18O2的结果。由反应式可看出有机物中也有18O 。
所以氧气、水蒸气、有机物中都含有18O。答案为 D。综合光合作用和呼吸作用，其物质循环可表示如下：
23、在氮源为14N的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA分子均为14N –DNA(对照)；在氮源为15N的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA分子均为15N-DNA(亲代)。将亲代大肠杆菌转移到含14N的培养基上，再连续繁殖两代(Ⅰ和Ⅱ)，有某种离心方法分离得到的结果如A图所示。请分析：
(1)由实验结果可推测第一代(Ⅰ)细菌的DNA分子中一条链是______，另一条链是____。
(2)将一代(Ⅰ)细菌转移到含15N的培养基上繁殖一代，将所得到细菌的DNA分子可能出现在试管中的位置在B图中标出。
解析：根据有关生物学知识(同位素示踪法和离心技术证明DNA是半保留复制)进行推导，可知第一代(Ⅰ)细菌的DNA分子为杂种分子；第二代(Ⅱ)细菌的DNA分子中有一半为中型，一半为重型。
答案：(1) 15N母链，14N新链 (2)如C图：
24、与生物膜所特有的表面特性与活性形成无直接关系的是 （ C ）
A、生物膜的粘附（粘附物质如蛋白多糖、糖蛋白等）
B、生物膜的选择通透性（如载体蛋白、通道蛋白等）
C、细胞内许多生物活性物质都是蛋白质（如抗体、血红蛋白、蛋白酶）
D、特异的受体反应（如淋巴细胞的受体蛋白的种类和数目）
25、构成人体的细胞约有230多种，其中胰岛B细胞合成胰岛素，甲状腺细胞合成甲状腺激素；植物的叶肉细胞中含有叶绿素，根尖成熟区表皮细胞形成根毛。正常情况下，分化的细胞还具有一定的寿命。例如，红细胞分化成熟后的寿命约是120天，白细胞的寿命约是12天。下列说法不正确的是 （ D ）
A、现代分子生物学的证据表明，细胞分化是基因选择性表达的结果
B、在个体发育过程中，有序的细胞分化能够增加细胞的类型
C、由不同类型的细胞构成生物体的组织和器官，执行不同的功能
D、自然选择学说认为，因为某种功能的需要而进化产生了各种细胞类型
26、将菜豆植株的顶端切除后，在切口处涂以生长素，结果发现，激活了有机物的运输系统，光合作用产物（同位素标记）向涂有生长素的部位积累。科学家由此推测生长素影响了某种离子的跨膜运输。这种离子最可能是 　　（　B ）
A、PO43— B、K+ C、Na+ D、Ca2+
[离子的跨膜运输是主动运输过程，需要消耗能量ATP，需要Pi 。而与植物离子跨膜运输有关的是钾，动物(肌细胞)钙离子与跨膜运输有关。]
27、右下是人体内部分物质代谢示意图（各种反应均有酶催化）。牛奶中含有丰富的蛋白质，有研究发现空腹喝牛奶，不能充分利用其营养价值。请设计实验，探究空腹喝牛奶时营养物质的利用情况。
（1）资料准备：牛奶中的蛋白质在 的作用下分解在小肠内被吸收。蛋白质的营养价值主要体现在 的种类和数量能否满足机体的需要。右图所示为空腹时，丙氨酸由肌肉进入肝脏，出现左图所示的变化是 。
（2）探究问题：空腹喝下的牛奶中的蛋白质会发生怎样的变化？
（3）提出假设： ；
（4）设计实验： ；
注意：不能用人体做实验，应该用实验动物。
（5）实施实验： ；
（6）实验结果预测： ；
（7）结论： 。
解答：（1）胃蛋白酶、胰蛋白酶、肽酶等 氨基酸 脱氨基
（3）空腹喝下的牛奶中的蛋白质发生了脱氨基作用
（4）用含14N标记的蛋白质液体饲喂动物，检测14N的去向。
（5）①选择生长状态、体形大小等基本一致的小鼠，饥俄12小时使成空腹。分A、B两组
② A组仅饲喂含14N标记的蛋白质液体，B组饲喂的含14N标记的蛋白质液体中添加淀粉等糖类
③ 检测两组小鼠排出的尿液中含14N的物质的种类和数量
（6）①含14N标记的物质在尿液中的含量A组比B组多②含14N标记的物质在尿液中的含量A组不比B组多
③含14N标记的物质在尿液中的含量A组比B组少
（7）情况如①，说明发生了脱氨基作用，空腹喝牛奶营养有损失　
情况如②，说明发生的脱氨基作用属于正常情况，与空腹无关　
　 情况如③，不说明发生的脱氨基作用与空腹有关
28、最初只在一堆垃圾的有机物中测到15N，随后又在附近的植物中测到了15N，再后在其周围生活的动物体内也测到15N(15N的放射性情况见下图)据图回答：
(1) 三种动物中，体内最早有15N的动物是______，它具有放射性的原因是_________。
(2) 在蚂蚁体内较晚检测到放射性的原因是_____。
(3) 放射性元素的半衰期很长，而在上述三种动物体内放射性很快衰减了，其原因是______。
解答：(1)蚱蜢 它以有放射性的植物为食 (2)它以有放射性的蚱蜢或蜘蛛尸体为食 (3)它们通过新陈代谢把放射性物质排到体外
放射性同位素
放射线
半衰期
同位素示踪技术
细胞(结构与功能)
食物链
生物考古
如14C
新陈代谢
放疗
环境污染
诱变育种
DNA
胚胎发育
矿质元素15N
测序
复制
细胞核
基因工程
光合作用
呼吸作用
有机物代谢途径
研究遗传物质
生物膜
细胞器
同位素专题知识体系网络结构图
*T
加某物质
*B
*A
>
DNA数目：A组大于B组
细胞数目：A组大于B组
细胞分裂(次数)：A组大于B组
复制第二次
a
b
b
b
求：DNA质量平均值
复制第一次
转换
(a＋3b)/4
a
b
已知:
15
14
14
15
内质网加工运输
高尔基体加工运输分泌
核糖体
内质网
高尔基体
蛋白质形成
分泌过程：
核糖体合成多肽链
生物学含义
文图转换
0
时间
14C氨基酸数
细胞膜外排
高尔基体
内质网
0
时间
14C氨基酸数
0
时间
14C氨基酸数
0
时间
14C氨基酸数
0
时间
14C氨基酸数
内质网
核糖体
线粒体
核糖体
中心体
中心体
A
B
C
D
γ射线
(高能)
(基因突变)
新品种
诱变育种
中子流
X射线
紫外线
a
c
b
化合物相对量
时间
0.003 %14CO2
1 %14CO2
2 %14CO2
5
15
核试验产生的放射性沉降物或核工业废物
大 气
土壤
植物(粮食、蔬菜)
人体
水源
动物肉、奶
水生生物
水产食品
加入ATP
加入某药物
1
2
1
时间
2
溶液中24Na的量
注入24Na
①
②
③
A
B
C
D
酶
6CO2 +12H2O +能量
C6H12O6 +6O2+6H2O
6CO2 +12H2O
酶
C6H12O6 +6O2+6H2O
暗反应
CH2O
C3
C：
C3
CO2
CO2
呼Ⅱ
呼Ⅰ
光反应
O2
O：
H2O
H2O
呼Ⅲ
H2O
暗反应
光反应
CH2O
［H］
H：
［H］
H2O
呼Ⅰ 呼Ⅱ
呼Ⅲ
各项生命活动
暗反应
光反应
CH2O
ATP
能量流动：
ATP
光能
呼吸作用
A图示：离心分离结果
轻
中
重
全轻
全重
全中
1／2轻1／2 重
Ⅱ
Ⅰ
亲代
对照
14N-DNA
15N-DNA
轻
中
重
B图
轻
中
重
C图
O
10
15
20
25
30
时间
5
A
G
S
蚂蚁
蚱蜢
蜘蛛
放射性的强度
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