1、热点专题系列（五）同位素示踪法的应用及分析在近年的高考试题中,同位素示踪法多有涉及。试题的内容多与经典生物学实验联系,有时也可设置新情境来进行命题,其考查内容涉及细胞内的元素或化合物的来源、组成、分布和去向以及细胞的结构和功能、化学物质的变化、反应机理等。在解答同位素示踪法应用问题时,首先需分清所标记的化合物,根据示踪元素的移动位置判断生化反应的进程,进而了解细胞的结构和功能、化学物质的变化、反应机理等。1.标记某元素,追踪其转移途径如用18O标记H2O,光合作用只产生18O2,再用18O标记CO2,光合作用只产生O2。证明光合作用产生的氧气中的氧原子全部来自于H2O,而不是来自于CO2。卡尔
2、文等用14C标记的14CO2,供小球藻进行光合作用,追踪检测其放射性,证明了CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径。用同位素14C标记,研究生长素的极性运输问题等。2.标记特征元素,探究化合物的作用如T2噬菌体侵染细菌的实验中,用32P标记噬菌体的DNA,发现大肠杆菌体内有放射性物质;用35S标记蛋白质,大肠杆菌内未发现放射性物质。由此证明了DNA是噬菌体的遗传物质。3.标记特征化合物,探究详细生理过程,研究生物学原理如用3H标记亮氨酸,探究分泌蛋白的分泌过程;用3H标记胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸,研究有丝分裂过程中染色体的变化规律;用15N标记DNA,证明了DNA复制的特点是半保留复制。
3、【高考例证】(2012山东高考)假设一个双链均被32P标记的噬菌体DNA由5 000个碱基对组成,其中腺嘌呤占全部碱基的20%。用这个噬菌体侵染只含31P的大肠杆菌,共释放出100个子代噬菌体。下列叙述正确的是()A.该过程至少需要3105个鸟嘌呤脱氧核糖核苷酸B.噬菌体增殖需要细菌提供模板、原料和酶等C.含32P与只含31P的子代噬菌体的比例为149D.该DNA发生突变,其控制的性状即发生改变【解析】选C。A项错误,A=T=5 000220%=2 000,G=C=5 000230%=3 000。一个DNA复制形成100个子代DNA需要鸟嘌呤脱氧核糖核苷酸的个数=993 000=2.97105
4、;B项错误,噬菌体侵染细菌后,噬菌体的DNA作为模板;C项正确,1个被32P标记的噬菌体经半保留复制形成的100个子代有2个含32P,98个只含31P,所以含32P的子代噬菌体与只含31P的子代噬菌体的比例为298=149;D项错误,由于一种氨基酸可以由多个密码子编码,所以DNA发生基因突变,对应的氨基酸可能不变,控制的性状可能不变。1.(2013怀化模拟)某成年雄性小鼠的初级精母细胞中有20个四分体,如取该小鼠的某种干细胞,放入含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸的培养液中培养,当该细胞首次进入有丝分裂后期时()A.被标记的同源染色体移向两极B.被标记的染色体是80条C.此时细胞内的基因表达很
5、活跃D.此时细胞内含有2个染色体组【解析】选B。一个四分体含2条染色体,4条染色单体,4个DNA分子。某成年雄性小鼠的初级精母细胞中有20个四分体,说明其含同源染色体20对。取该小鼠的某种干细胞(体细胞)放入含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸的培养液中培养,有丝分裂间期,染色体复制包括DNA复制和有关蛋白质合成,此时细胞内的基因表达很活跃,有丝分裂后期基因表达不活跃,C错误。由于复制时每条染色单体均被3H标记,该干细胞首次进入有丝分裂后期时,被标记的染色体是80条,B正确。有丝分裂后期,着丝粒分裂,姐妹染色单体分开,同源染色体不分离,同源染色体的分离应发生在减数第一次分裂后期,A错误。有丝分裂
6、后期,细胞内含有4个染色体组,D错误。2.在证明DNA是生物遗传物质的实验中,用35S标记的T2噬菌体侵染未标记的大肠杆菌,以下对于沉淀物中含有少量放射性现象的解释,正确的是()A.经搅拌与离心后有少量含35S的T2噬菌体吸附在大肠杆菌上B.离心速度太快,含35S的T2噬菌体有部分留在沉淀物中C.T2噬菌体的DNA分子上含有少量的35SD.少量含有35S的蛋白质进入大肠杆菌【解析】选A。35S标记的是噬菌体的蛋白质外壳,DNA分子中不含35S,噬菌体的蛋白质外壳不能进入大肠杆菌内,但能吸附在大肠杆菌表面,造成一定的实验误差;是否留在沉淀物中,与物质的相对分子质量有关,本题中T2噬菌体蛋白质外壳
7、相对分子质量相同,与转速太快无关。3.放射性同位素自显影技术可用于研究细胞有丝分裂过程中DNA和RNA的变化。下图表示洋葱根尖细胞处于有丝分裂各阶段细胞中DNA和mRNA的含量变化。试据图回答有关问题。(1)在放射性同位素标记研究中,为区别DNA和RNA,选择标记的合成原料依次是_。研究中应选择的材料是洋葱根尖的_,你的依据是_。(2)在细胞分裂的a时期,细胞中的mRNA主要用于指导合成_。试解释处于分裂期的细胞中mRNA含量较低的最可能原因:_。(3)图示c时期细胞核DNA、染色体与染色单体数目之比为_,这种比例将维持到细胞分裂的_期才可能开始变化。(4)依据图示,细胞中核糖体活动旺盛的时期
8、可能是_。(5)图中细胞核DNA减半的原因是_。【解析】(1)DNA和RNA的区别之一为碱基的组成不完全相同,DNA和RNA特有的碱基分别为胸腺嘧啶、尿嘧啶,因此需要用放射性同位素依次标记胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸、尿嘧啶核糖核苷酸。(2)a为DNA复制前期,此时期的特点是为DNA复制做好物质准备,此时期转录形成的mRNA,主要用于合成与DNA复制有关的蛋白质。在分裂期细胞核DNA存在于高度螺旋化的染色体中,不能解旋、转录形成mRNA,因此分裂期的细胞中mRNA含量较低。(3)图示c时期为DNA复制后期,染色体复制完成,每条染色体有两条染色单体,因此细胞核DNA、染色体与染色单体数目比例为212,到分裂后期随着姐妹染色单体分开,这种比例发生变化,三者比例变为110。(4)核糖体是合成蛋白质的场所,所以细胞分裂过程中核糖体功能活跃的时期是a、c。(5)有丝分裂的末期,随着染色体平均分配到两个子细胞中,细胞核中DNA减半。答案:(1)胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸、尿嘧啶核糖核苷酸分生区 根尖中仅分生区细胞可以分裂(2)与DNA复制有关的蛋白质分裂期细胞核DNA存在于高度螺旋化的染色体中,不能解旋、转录形成mRNA(3)212 后(4)a、c(5)染色体平均分配到两个子细胞中
