專題4同位素標記法的應用用3H標記亮氨酸用18O、14C、3H作為示蹤原子來研究光合作用過程中某些物質的變化過程用18O作為示蹤原子研究細胞呼吸過程中物質的轉變途徑研究礦質元素的吸收部位時，常用放射性同位素32P細胞的分裂期用3H標記胸腺嘧啶脫氧核苷酸探究DNA分子半保留復制的特點15N在研究蛋白質和DNA在遺傳中的作用時，分別放射性標記蛋白質和DNA的特征元素，用32P標記噬菌體的DNA，大腸桿菌內發現放射性物質，用35S標記噬菌體的蛋白質在研究甲狀腺腺體與甲狀腺激素、促甲狀腺激素的分泌時，一般選用131I進行同位素原子的示蹤標記基礎知識點一般常用的放射性元素有：15N、3H、32P、14C、18O、35S（1）用放射性元素

35S、32P

分別標記噬菌體，可以驗證噬菌體侵染細菌的過程，DNA分子能保持連續性，從而說明DNA是生物的遺傳物質。（２）用放射性元素

15N

標記研究DNA的復制過程，可以說明DNA具有半保留復制的特點。（３）用3H標記氨基酸，可以研究氨基酸在細胞內合成分泌蛋白質所經途徑。氨基酸→核糖體→內質網→高爾基體→經細胞膜分泌到細胞外（４）用放射性元素18O研究光合作用的氧氣來源于H2O。H218O+CO2→18O2H2O+C18O2→O2（５）研究光合作用中碳的同化途徑的方法14CO2→C3→C6。（６）用放射性元素32P標記胸腺嘧啶可以研究DNA的合成去向及細胞分裂情況。（7）用放射性元素32P標記尿嘧啶可以研究RNA的合成去向及蛋白質的合成情況。基礎知識點變式訓練-1(2011·江蘇)關于“噬菌體侵染細菌的實驗”的敘述，正確的是：（）A．分別用含有放射性同位素35S和放射性同位素32P的培養基培養噬菌體B．分別用35S和32P標記的噬菌體侵染未被標記的大腸桿菌，進行長時間的保溫培養C．用35S標記噬菌體的侵染實驗中，沉淀物存在少量放射性可能是攪拌不充分所致D．32P、35S標記的噬菌體侵染實驗分別說明DNA是遺傳物質、蛋白質不是遺傳物質答案C解析：本題考查在遺傳物質的探索過程中，噬菌體侵染細菌的實驗，意在考查考生對實驗的方法、步驟及結果的分析能力。A、錯誤，噬菌體營寄生生活，不能用培養基直接培養；B、錯誤，保溫時間不能過長，若保溫時間太長則可能有含32P子代的噬菌體釋放出來，離心后存在于上清液中，導致上清液中也能檢測到放射性；C、正確，35S標記的是噬菌體的蛋白質，理論上應存在于上清液中，但可能因攪拌不充分而使部分噬菌體仍吸附在細菌表面，離心后存在于沉淀物中；D、錯誤，本實驗可說明DNA是遺傳物質，但不能證明蛋白質不是遺傳物質。變式訓練-2有人以豌豆完整植株為材料研究植物側芽的生長受生長素（IAA）及其他物質的共同影響，進行了以下實驗：實驗一：分組進行去除頂芽、去頂并在切口涂抹IAA處理后，定時測定側芽長度，見圖1；實驗二：用14CO2飼喂葉片，測定去頂8h時側芽附近14C放射性強度和IAA含量，見圖2．據圖分析，下列說法錯誤的是（）圖1圖2變式訓練-2A． 實驗一中，去頂32h時Ⅲ組側芽長度明顯小于Ⅱ組，原因可能是人工涂抹的IAA起到抑制作用B． 實驗二中，a、b兩組側芽附近14C放射性強度差異明顯，說明去頂后往側芽分配的光合產物增加C． 去頂8h時Ⅰ組和Ⅱ組側芽附近的IAA濃度關系為Ⅰ組等于Ⅱ組D． 去頂8h時Ⅱ組側芽長度明顯大于Ⅰ組可能原因是生長素濃度降低，抑制生長的效果被解除答案D解析：A、實驗一中，去頂32h時，Ⅲ組側芽長度明顯小于Ⅱ組，其原因是人工涂抹的IAA后，導致側芽部位生長素濃度過高，起到抑制作用．A正確；B、實驗二中，14CO2進入葉綠體后，首先能檢測到含14C的有機物是C3化合物，該物質被還原成糖類需要光反應提供AP和[H]，a、b兩組側芽附近14C信號強度差異明顯，說明去頂后往側芽分配的光合產物增加．B正確；C、綜合兩個實驗的數據推測，去頂8h時Ⅰ組、Ⅱ組和Ⅲ組側芽附近的IAA濃度關系為：Ⅰ組等于Ⅱ組，但大于Ⅲ組，C正確；D、去頂8h時Ⅱ組側芽長度明顯大于Ⅰ組，據圖2可知，II組去頂后IAA的含量并沒有降低，去頂后往側芽分配的光合產物增多，促進側芽的生長．D錯誤．變式訓練-３有關DNA分子的研究中，常用32P來標記DNA分子。用α、β和γ表示ATP或dATP（d表示脫氧）上三個磷酸基團所處的位置（A-Pα~Pβ~Pγ或dA-Pα~Pβ~Pγ）。回答下列問題；（1）某種酶可以催化ATP的一個磷酸基團轉移到DNA末端上，同時產生ADP.若要用該酶把32P標記到DNA末端上，那么帶有32P的磷酸基團應在ATP的

（填“α”“β”或γ”）位上。（2）若用帶有32P標記的dATP作為DNA生物合成的原料，將32P標記到新合成的DNA分子上，則帶有32P的磷酸基團應在dATP的

（填“α”“β”或γ”）位上。（3）將一個帶有某種噬菌體DNA分子的兩條鏈用32P進行標記，并使其感染大腸桿菌，在不含有32P的培養基中培養一段時間。若得到的所有噬菌體雙鏈DNA分子都裝配成噬菌體（n個）并釋放，則其中含有32P的噬菌體所占比例為2/n,原因是

。答案（1）γ（3分）（2）α（3分）（3）DNA復制有半保留特點（2分），最初兩條32P親代鏈最終分開在兩個子代噬菌體中（2分）解析：（1）ATP分子中遠離A的高能磷酸鍵容易斷裂和重新生成，故某種酶可以催化ATP的一個磷酸基團轉移到DNA末端上，同時產生ADP．那么該酶作用的磷酸基團應在ATP的γ位上．（2）合成DNA的原料應該是4種脫氧核苷酸，每個脫氧核苷酸都是一分子磷酸、一分子脫氧核糖、一分子含氮堿基組成，其中磷酸和脫氧核糖之間的化學鍵是普通磷酸鍵，用帶有32P標記的dATP作為DNA生物合成的原料，將32P標記到新合成的DNA分子上（合成過程中，dATP要脫掉兩個高能磷酸鍵），則帶有32P的磷酸基團應在dATP的α位上．（3）因為一個含32P標記的噬菌體雙鏈DNA分子經半保留復制后，標記的兩條單鏈只能分配到2個噬菌體的雙鏈DNA分子中，因此得到的n個噬菌體中，只有2個帶標記．變式訓練-４某基因（14N）含有3000個堿基，腺嘌呤占35%。若該DNA分子用15N同位素標記過的四種游離脫氧核苷酸為原料復制3次，再將全部復制產物進行密度梯度離心，得到甲圖結果；如果將全部復制產物加入解旋酶再離心，得到乙圖結果。下列有關分析正確的是（）A.X層全部是僅含14N的基因B.W層中含15N標記的胞嘧啶6300個C.X層中含有的氫鍵數是Y層的1/3D.W層與Z層的核苷酸數之比是1∶4答案Ｃ解析：Ａ、第一次離心后，應有三種DNA，第一種是兩條鏈全部為15N，第二種是一條含14N一條含15N，第三種是全部為14N，所以X層應都是第二種，故錯誤。Ｂ、因為一個DNA中含有3000個堿基，腺嘌呤占35%，那么胞嘧啶占15%，故胞嘧啶的堿基數為450個。復制3次一共得到8個DNA，這樣需要的胞嘧啶數為450×7=3150個，故錯誤。C、復制得到的DNA所含有的堿基數都是相同的，那么氫鍵數也應該是相同的，X層有2個DNA，Y層有6個DNA，這樣它們的氫鍵數之比即為DNA數之比，即X層中含有的氫鍵數：Y層中含有的氫鍵數=1：3。X層中含有的氫鍵數是Y層的1/3倍，故正確。D、復制后的8個DNA一共含有16條鏈，其中14N的鏈2條（分布在Z層)，15N的鏈14條（分布在W層）。因為該基因含有3000個堿基，故每條鏈的核苷酸數為1500，這樣Z層的核苷酸數為1500×2=3000，W層的核苷酸數為1500×14=21000個，故W層與Z層的核苷酸數之比為7：1，故錯誤。變式訓練-５將染色體上全部DNA分子雙鏈經32P標記的雄性哺乳動物細胞（染色體數為20）置于不含32P的培養基中培養．細胞只進行一次分裂，下列推斷中，正確的是（）A、若減數分裂結束，則產生的子細胞中有5對同源染色體，每條都含32PB、若完成一次有絲分裂，則產生的子細胞中含20條染色體，其中10條含32PC、若進行減數分裂，則每個減Ⅱ后期細胞中均含2個Y染色體且都含32PD、若進行一次有絲分裂，則分裂中期細胞的染色體上共有40個DNA分子且都含32P答案D解析：A、減數分裂結束，同源染色體分離，因此子細胞中不存在同源染色體，A錯誤；B、若進行一次有絲分裂產生的子細胞中含20條染色體，20條染色體上的DNA分子均有一條脫氧核苷酸鏈被標記，即20條染色體都含標記，B錯誤；C、若進行減數分裂，則只有一個減Ⅱ后期細胞中含2個Y染色體且都含32P，C錯誤；D、若進行一次有絲分裂，在分裂中期細胞的染色體上共有40個DNA分子，且每個DNA分子均有一條脫氧核苷酸鏈被標記，D正確．變式訓練-６（2014?江蘇）為研究吲哚乙酸（IAA）與脫落酸（ABA）的運輸特點，用放射性同位素14C標記IAA和ABA開展如圖所示的實驗．請回答下列問題：（1）若圖中AB為莖尖切段，瓊脂塊①和②中出現較強放射性的是______（填序號）；瓊脂③塊和④中均出現了較強放射性，說明ABA在莖尖的運輸______（填“是”或“不是”）極性運輸．若先用某種抑制劑（不破壞IAA、不影響細胞呼吸）處理莖尖切段，再重復上述實驗，結果瓊脂塊①和②中放射性強度相近，該抑制劑的作用機理可能是______．變式訓練-６（2）若圖中AB為成熟莖切段，瓊脂塊①、②、③和④均出現較強放射性，說明IAA在成熟莖切段中的運輸______（填“是”或“不是”）極性運輸．（3）適宜的激素水平是植物正常生長的保證．黃豆芽伸長胚軸的提取液，加入IAA溶液中可顯著降解IAA，但提取液沸水浴處理冷卻后，不再降解IAA，說明已伸長胚軸中含有______．研究已證實光也有降解IAA的作用．這兩條IAA降解途徑，對于種子破土出芽后的健壯生長______（填“有利”、“不利”或“無影響”）．答案（1）①不是抑制劑與運輸IAA的載體結合（2）不是（3）IAA氧化(降解)酶有利解析：（1）對照圖示A為形態學上端，B為形態學下端，IAA在幼嫩的植物組織中發生極性運輸，即只能由形態學上端向形態學下端運輸，故①②中放射性強的是①；瓊脂塊③④中都出現較強放射性，說明脫落酸不進行極性運輸。IAA的極性運輸屬于主動運輸，用某種抑制劑處理莖尖后，瓊脂塊①②的放射強度相近說明不能進行極性運輸了，考慮該抑制劑不破壞IAA也不影響細胞呼吸供能，那么很可能是該抑制劑與運輸IAA的載體結合抑制了IAA與之結合。（2）IAA在幼嫩的植物組織中進行極性運輸，在成熟植物組織中(如韌皮部)進行非極性運輸。（3）沸水能使蛋白質變性，黃豆芽伸長胚軸的提取液能降解IAA，說明其中含有降解IAA的酶，沸水浴后酶失活不能再降解IAA。適宜的激素濃度是植物正常生長的保證，低濃度IAA促進生長而高濃度IAA會抑制生長，種子破土而出的芽尖在光照后IAA適當降解有利于促進其快速生長。變式訓練-７如圖不是光合作用和有氧呼吸過程中C、H、O、三種元素的轉移途徑以及能量轉換過程。圖中序號表示相關的生理過程。下列敘述錯誤的是（）A．在元素轉移途徑中，④與⑧、⑦與⑨表示的生理過程相同B．在元素轉移途徑中，能在小麥根尖成熟區細胞中發生的生理過程有②③⑥⑦⑨