1、熱點專題系列五同位素示蹤法的運用及分析【調查特點】【調查特點】在近年的高考試題中在近年的高考試題中, ,同位素示蹤法多有涉及。試題的內容多同位素示蹤法多有涉及。試題的內容多與經典生物學實驗聯絡與經典生物學實驗聯絡, ,有時也可設置新情境來進展命題有時也可設置新情境來進展命題, ,其調其調查內容涉及細胞內的元素或化合物的來源、組成、分布和去向查內容涉及細胞內的元素或化合物的來源、組成、分布和去向以及細胞的構造和功能、化學物質的變化、反響機理等。以及細胞的構造和功能、化學物質的變化、反響機理等。【解題指點】【解題指點】在解答同位素示蹤法運用問題時在解答同位素示蹤法運用問題時, ,首先需分清所標志的

2、化合物首先需分清所標志的化合物, ,根據示蹤元素的挪動位置判別生化反響的進程根據示蹤元素的挪動位置判別生化反響的進程, ,進而了解細胞進而了解細胞的構造和功能、化學物質的變化、反響機理等。的構造和功能、化學物質的變化、反響機理等。1.1.標志某元素標志某元素, ,追蹤其轉移途徑追蹤其轉移途徑如用如用18O18O標志標志H2O,H2O,光協作用只產生光協作用只產生18O2,18O2,再用再用18O18O標志標志CO2,CO2,光協光協作用只產生作用只產生O2O2。證明光協作用產生的氧氣中的氧原子全部來自。證明光協作用產生的氧氣中的氧原子全部來自于于H2O,H2O,而不是來自于而不是來自于CO2C

3、O2。卡爾文等用。卡爾文等用14C14C標志的標志的14CO2,14CO2,供小球供小球藻進展光協作用藻進展光協作用, ,追蹤檢測其放射性追蹤檢測其放射性, ,證明了證明了CO2CO2中的碳在光協中的碳在光協作用中轉化成有機物中碳的途徑。用同位素作用中轉化成有機物中碳的途徑。用同位素14C14C標志標志, ,研討生長研討生長素的極性運輸問題等。素的極性運輸問題等。2.2.標志特征元素標志特征元素, ,探求化合物的作用探求化合物的作用如如T2T2噬菌體侵染細菌的實驗中噬菌體侵染細菌的實驗中, ,用用32P32P標志噬菌體的標志噬菌體的DNA,DNA,發現大發現大腸桿菌體內有放射性物質腸桿菌體內有

4、放射性物質; ;用用35S35S標志蛋白質標志蛋白質, ,大腸桿菌內未發大腸桿菌內未發現放射性物質。由此證明了現放射性物質。由此證明了DNADNA是噬菌體的遺傳物質。是噬菌體的遺傳物質。3.3.標志特征化合物標志特征化合物, ,探求詳細生理過程探求詳細生理過程, ,研討生物學原理研討生物學原理如用如用3H3H標志亮氨酸標志亮氨酸, ,探求分泌蛋白的分泌過程探求分泌蛋白的分泌過程; ;用用3H3H標志胸腺嘧標志胸腺嘧啶脫氧核苷酸啶脫氧核苷酸, ,研討有絲分裂過程中染色體的變化規律研討有絲分裂過程中染色體的變化規律; ;用用15N15N標志標志DNA,DNA,證明了證明了DNADNA復制的特點是半

5、保管復制。復制的特點是半保管復制。【高考例證】【高考例證】(2021(2021山東高考山東高考) )假設一個雙鏈均被假設一個雙鏈均被32P32P標志的標志的噬菌體噬菌體DNADNA由由5 0005 000個堿基對組成個堿基對組成, ,其中腺嘌呤占全部堿基的其中腺嘌呤占全部堿基的20%20%。用這個噬菌體侵染只含用這個噬菌體侵染只含31P31P的大腸桿菌的大腸桿菌, ,共釋放出共釋放出100100個子代噬個子代噬菌體。以下表達正確的選項是菌體。以下表達正確的選項是( () )A.A.該過程至少需求該過程至少需求3 3105105個鳥嘌呤脫氧核苷酸個鳥嘌呤脫氧核苷酸B.B.噬菌體增殖需求細菌提供模

6、板、原料和酶等噬菌體增殖需求細菌提供模板、原料和酶等C.C.含含32P32P與只含與只含31P31P的子代噬菌體的比例為的子代噬菌體的比例為149149D.D.該該DNADNA發生突變發生突變, ,其控制的性狀即發生改動其控制的性狀即發生改動【解析】選【解析】選C C。A A項錯誤項錯誤,A=T=5 000,A=T=5 0002 220%=2 000,G=C=5 00020%=2 000,G=C=5 0002 230%=3 00030%=3 000。一個。一個DNADNA復制構成復制構成100100個子代個子代DNADNA需求鳥嘌呤脫需求鳥嘌呤脫氧核苷酸的個數氧核苷酸的個數=99=993 00

7、0=2.973 000=2.97105;B105;B項錯誤項錯誤, ,噬菌體侵染細噬菌體侵染細菌后菌后, ,噬菌體的噬菌體的DNADNA作為模板作為模板;C;C項正確項正確,1,1個被個被32P32P標志的噬菌體經標志的噬菌體經半保管復制構成的半保管復制構成的100100個子代有個子代有2 2個含個含32P,9832P,98個只含個只含31P,31P,所以含所以含32P32P的子代噬菌體與只含的子代噬菌體與只含31P31P的子代噬菌體的比例為的子代噬菌體的比例為298=149; 298=149; D D項錯誤項錯誤, ,由于一種氨基酸可以由多個密碼子編碼由于一種氨基酸可以由多個密碼子編碼, ,

8、所以所以DNADNA發生發生基因突變基因突變, ,對應的氨基酸能夠不變對應的氨基酸能夠不變, ,控制的性狀能夠不變。控制的性狀能夠不變。 【熱點集訓】【熱點集訓】1.(20211.(2021懷化模擬懷化模擬) )某成年雄性小鼠的初級精母細胞中有某成年雄性小鼠的初級精母細胞中有2020個四分體個四分體, ,如取該小鼠的某種干細胞如取該小鼠的某種干細胞, ,放入含放入含3H3H標志的胸標志的胸腺嘧啶脫氧核苷酸的培育液中培育腺嘧啶脫氧核苷酸的培育液中培育, ,當該細胞初次進入有絲當該細胞初次進入有絲分裂后期時分裂后期時( () )A.A.被標志的同源染色體移向兩極被標志的同源染色體移向兩極B.B.被

9、標志的染色體是被標志的染色體是8080條條C.C.此時細胞內的基因表達很活潑此時細胞內的基因表達很活潑D.D.此時細胞內含有此時細胞內含有2 2個染色體組個染色體組【解析】選【解析】選B B。一個四分體含。一個四分體含2 2條染色體條染色體,4,4條染色單體條染色單體,4,4個個DNADNA分子。某成年雄性小鼠的初級精母細胞中有分子。某成年雄性小鼠的初級精母細胞中有2020個四分體個四分體, ,闡明闡明其含同源染色體其含同源染色體2020對。取該小鼠的某種干細胞對。取該小鼠的某種干細胞( (體細胞體細胞) )放入放入含含3H3H標志的胸腺嘧啶脫氧核苷酸的培育液中培育標志的胸腺嘧啶脫氧核苷酸的培

10、育液中培育, ,有絲分裂間有絲分裂間期期, ,染色體復制包括染色體復制包括DNADNA復制和有關蛋白質合成復制和有關蛋白質合成, ,此時細胞內的此時細胞內的基因表達很活潑基因表達很活潑, ,有絲分裂后期基因表達不活潑有絲分裂后期基因表達不活潑,C,C錯誤。由于錯誤。由于復制時每條染色單體均被復制時每條染色單體均被3H3H標志標志, ,該干細胞初次進入有絲分該干細胞初次進入有絲分裂后期時裂后期時, ,被標志的染色體是被標志的染色體是8080條條,B,B正確。有絲分裂后期正確。有絲分裂后期, ,著絲著絲點分裂點分裂, ,姐妹染色單體分開姐妹染色單體分開, ,同源染色體不分別同源染色體不分別, ,同

11、源染色體的同源染色體的分別應發生在減數第一次分裂后期分別應發生在減數第一次分裂后期,A,A錯誤。有絲分裂后期錯誤。有絲分裂后期, ,細細胞內含有胞內含有4 4個染色體組個染色體組,D,D錯誤。錯誤。2.2.在證明在證明DNADNA是生物遺傳物質的實驗中是生物遺傳物質的實驗中, ,用用35S35S標志的標志的T2T2噬菌體噬菌體侵染未標志的大腸桿菌侵染未標志的大腸桿菌, ,以下對于沉淀物中含有少量放射性景以下對于沉淀物中含有少量放射性景象的解釋象的解釋, ,正確的選項是正確的選項是( () )A.A.經攪拌與離心后有少量含經攪拌與離心后有少量含35S35S的的T2T2噬菌體吸附在大腸桿菌上噬菌體

12、吸附在大腸桿菌上B.B.離心速度太快離心速度太快, ,含含35S35S的的T2T2噬菌體有部分留在沉淀物中噬菌體有部分留在沉淀物中C.T2C.T2噬菌體的噬菌體的DNADNA分子上含有少量的分子上含有少量的35S35SD.D.少量含有少量含有35S35S的蛋白質進入大腸桿菌的蛋白質進入大腸桿菌【解析】選【解析】選A A。35S35S標志的是噬菌體的蛋白質外殼標志的是噬菌體的蛋白質外殼,DNA,DNA分子中不分子中不含含35S,35S,噬菌體的蛋白質外殼不能進入大腸桿菌內噬菌體的蛋白質外殼不能進入大腸桿菌內, ,但能吸附在但能吸附在大腸桿菌外表大腸桿菌外表, ,呵斥一定的實驗誤差呵斥一定的實驗誤

13、差; ;能否留在沉淀物中能否留在沉淀物中, ,與物與物質的相對分子質量有關質的相對分子質量有關, ,此題中此題中T2T2噬菌體蛋白質外殼相對分子噬菌體蛋白質外殼相對分子質量一樣質量一樣, ,與轉速太快無關。與轉速太快無關。3.3.放射性同位素自顯影技術可用于研討細胞有絲分裂過程中放射性同位素自顯影技術可用于研討細胞有絲分裂過程中DNADNA和和RNARNA的變化。如圖表示洋蔥根尖細胞處于有絲分裂各階段的變化。如圖表示洋蔥根尖細胞處于有絲分裂各階段細胞中細胞中DNADNA和和mRNAmRNA的含量變化。試據圖回答有關問題。的含量變化。試據圖回答有關問題。(1)(1)在放射性同位素標志研討中在放射

14、性同位素標志研討中, ,為區別為區別DNADNA和和RNA,RNA,選擇標志的選擇標志的合成原料依次是。研討中應選擇的資料是洋蔥根尖合成原料依次是。研討中應選擇的資料是洋蔥根尖的的, ,他的根據是他的根據是 。(2)(2)在細胞分裂的在細胞分裂的a a時期時期, ,細胞中的細胞中的mRNAmRNA主要用于指點合成。主要用于指點合成。試解釋處于分裂期的細胞中試解釋處于分裂期的細胞中mRNAmRNA含量較低的最能夠緣由含量較低的最能夠緣由: : 。(3)(3)圖示圖示c c時期細胞核時期細胞核DNADNA、染色體與染色單體數目之比為、染色體與染色單體數目之比為, ,這種比例將維持到細胞分裂的期才能

15、夠開場變化。這種比例將維持到細胞分裂的期才能夠開場變化。(4)(4)根據圖示根據圖示, ,細胞中核糖體活動旺盛的時期能夠是細胞中核糖體活動旺盛的時期能夠是 。(5)(5)圖中細胞核圖中細胞核DNADNA減半的緣由是減半的緣由是 。【解析】【解析】(1)DNA(1)DNA和和RNARNA的區別之一為堿基的組成不完全一的區別之一為堿基的組成不完全一樣樣,DNA,DNA和和RNARNA特有的堿基分別為胸腺嘧啶、尿嘧啶特有的堿基分別為胸腺嘧啶、尿嘧啶, ,因此需求用因此需求用放射性同位素依次標志胸腺嘧啶脫氧核苷酸、尿嘧啶核糖核苷放射性同位素依次標志胸腺嘧啶脫氧核苷酸、尿嘧啶核糖核苷酸。酸。(2)a(2

16、)a為為DNADNA復制前期復制前期, ,此時期的特點是為此時期的特點是為DNADNA復制做好物質復制做好物質預備預備, ,此時期轉錄構成的此時期轉錄構成的mRNA,mRNA,主要用于合成與主要用于合成與DNADNA復制有關的復制有關的蛋白質。在分裂期細胞核蛋白質。在分裂期細胞核DNADNA存在于高度螺旋化的染色體中存在于高度螺旋化的染色體中, ,不不能解旋、轉錄構成能解旋、轉錄構成mRNA,mRNA,因此分裂期的細胞中因此分裂期的細胞中mRNAmRNA含量較低。含量較低。(3)(3)圖示圖示c c時期為時期為DNADNA復制后期復制后期, ,染色體復制完成染色體復制完成, ,每條染色體有每條染色體有兩條染色單體兩條染色單體, ,因此細胞核因此細胞核DNADNA、染色體與染色單體數目比例為、染色體與染色單體數目比例為212,212,到分裂后期隨著姐妹染色單體分開到分裂后期隨著姐妹染色單體分開, ,這種比例發生變這種比例發生變化化, ,三者比例變為三者比例變為110110。(4)(4)核糖體是合成蛋白質的場所核糖體是合成蛋白質的場所, ,所所以細胞分裂過程中核糖體功能活潑的時期是以細胞分裂過程中核糖體功能活潑的時期是a a、c c。(5)(5)有絲分有絲分裂的末期裂的末期, ,隨著染色體平均分配到兩個子細胞中隨著染色體平均分配到兩個子細胞