2021高考生物一輪復習 第6單元 遺傳的分子基礎(chǔ) 素養(yǎng)加強課6 同位素標記法及其應用教學案 新人教版必修2

素養(yǎng)加強課6 同位素標記法及其應用 同位素標記法在高中生物實驗中的應用歸納(2016·全國卷)在有關(guān)DNA分子的研究中，常用32P來標記DNA分子。用、和表示ATP或dATP(d表示脫氧)上三個磷酸基團所處的位置(APPP或dAPPP)?；卮鹣铝袉栴}：(1)某種酶可以催化ATP的一個磷酸基團轉(zhuǎn)移到DNA末端上，同時產(chǎn)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“”“”或“”)位上。(2)若用帶有32P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“”“”或“”)位上。(3)將一個某種噬菌體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(yǎng)基中培養(yǎng)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_。審題指導(1)弄清ATP中帶有32P的磷酸基團的三個位置APPP。(2)弄清兩個實驗的目的，一個是讓某種酶催化ATP的一個磷酸基團轉(zhuǎn)移到DNA末端上，另一個是用帶有32P的dATP作為DNA合成的原料。(3)根據(jù)DNA分子半保留復制的特點解釋含有32P的噬菌體所占比例為2/n的原因。解析(1)根據(jù)題干信息可知，該酶能將ATP水解成ADP和磷酸基團(P)，同時將P基團轉(zhuǎn)移到DNA末端上。因此需將32P標記到ATP的位上。(2)DNA生物合成的原料為脫氧核苷酸。將dATP兩個高能磷酸鍵都水解后的產(chǎn)物為dAP(腺嘌呤脫氧核苷酸)，該產(chǎn)物為合成DNA的原料。因此需將32P標記到dATP的位上。(3)一個含有32P標記的噬菌體雙鏈DNA分子經(jīng)半保留復制后，標記的兩條單鏈只能分配到兩個噬菌體的雙鏈DNA分子中，因此在得到的n個噬菌體中只有2個帶有標記。答案(1)(2)(3)一個含有32P標記的噬菌體雙鏈DNA分子經(jīng)半保留復制后，標記的兩條單鏈只能分配到兩個噬菌體的雙鏈DNA分子中，因此在得到的n個噬菌體中只有2個帶有標記1同位素標記法在高中生物學實驗中的應用(1)探究光合作用中元素(原子)的轉(zhuǎn)移：美國科學家魯賓和卡門用18O分別標記H2O和CO2，證明光合作用釋放的氧氣全部來自水。卡爾文等用14C標記的CO2供小球藻進行光合作用，追蹤檢測其放射性，探明了CO2中的碳在光合作用中轉(zhuǎn)化成有機物中碳的途徑。(2)證明DNA是遺傳物質(zhì)：赫爾希和蔡斯分別用放射性同位素標記蛋白質(zhì)和DNA的特征元素，即用32P標記噬菌體的DNA，用35S標記噬菌體的蛋白質(zhì)，證明DNA是噬菌體的遺傳物質(zhì)。(3)研究分泌蛋白的合成和運輸：用3H標記亮氨酸，研究分泌蛋白在細胞中的合成、運輸與分泌途徑，證明分泌蛋白在附著于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的核糖體中合成之后，按照內(nèi)質(zhì)網(wǎng)高爾基體細胞膜的方向運輸，從而證明了細胞內(nèi)的各種生物膜在功能上是緊密聯(lián)系的。(4)證明DNA分子進行半保留復制：用含有15N標記的NH4Cl培養(yǎng)液培養(yǎng)大腸桿菌，讓大腸桿菌繁殖幾代，再將大腸桿菌轉(zhuǎn)移到含14N的普通培養(yǎng)液中培養(yǎng)，然后在不同時刻收集大腸桿菌并提取DNA，再通過密度梯度離心來區(qū)別親代與子代DNA，從而證明DNA的復制是以半保留的方式進行的。(5)研究生長素的極性運輸：證明植物生長素的極性運輸時，用同位素14C標記莖形態(tài)學上端的生長素(吲哚乙酸)，可在莖的形態(tài)學下端檢測到放射性同位素14C，而標記莖形態(tài)學下端的生長素，在莖的形態(tài)學上端檢測不到放射性同位素14C，說明植物生長素只能從形態(tài)學上端運輸?shù)叫螒B(tài)學下端。2與熒光標記法的區(qū)別(1)常用的熒光蛋白有綠色和紅色兩種綠色熒光蛋白(GFP)常用的是來源于發(fā)光水母的一種功能獨特的蛋白質(zhì)，藍光或近紫外光照射，發(fā)射綠色熒光。紅色熒光蛋白來源于珊瑚蟲，是一種與綠色熒光蛋白同源的熒光蛋白，在紫外光的照射下可發(fā)射紅色熒光。(2)人教版教材中用到的熒光標記法必修1P67“細胞融合實驗”：這一實驗很有力地證明了細胞膜的結(jié)構(gòu)特點是具有一定的流動性。必修2P30“基因在染色體上的實驗證據(jù)”：通過現(xiàn)代分子生物學技術(shù)，運用熒光標記的手段，可以很直觀地觀察到某一基因在染色體上的位置。1(2016·全國卷)在前人進行的下列研究中，采用的核心技術(shù)相同(或相似)的一組是()證明光合作用所釋放的氧氣來自水用紫外線等處理青霉菌選育高產(chǎn)青霉素菌株用T2噬菌體侵染大腸桿菌證明DNA是遺傳物質(zhì)用甲基綠和吡羅紅對細胞染色，觀察核酸的分布ABC DB采用的是同位素標記法，其中是為兩組植物分別提供HO和CO2、H2O和C18O2檢測產(chǎn)生氧氣的標記情況，是分別用32P和35S標記的噬菌體侵染大腸桿菌，檢測子代噬菌體的標記情況；采用的是誘變技術(shù)，采用的是混合染色技術(shù)。故采用的核心技術(shù)相同(或相似)的是和，B項符合題意。2(2019·濰坊期中)物理學和化學方法可用于生物學的研究。下列有關(guān)敘述錯誤的是()A沃森和克里克利用X射線衍射法研究并推算出了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)B科學家通過熒光標記的人、鼠細胞融合實驗證明了細胞膜具有流動性C赫爾希和蔡斯利用放射性同位素標記和離心技術(shù)證明DNA是遺傳物質(zhì)D科學家運用同位素示蹤和離心技術(shù)證實了DNA的半保留復制A在遺傳物質(zhì)的研究歷史上，沃森和克里克以威爾金斯和其同事富蘭克林提供的DNA衍射圖譜的有關(guān)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，推算出DNA分子呈螺旋結(jié)構(gòu)。3(2019·成都市測試)同位素標記法是生物科學研究中常用的方法。下列敘述錯誤的是()A用C標記的CO2供給小球藻進行光合作用可證明碳的轉(zhuǎn)化途徑B將3H標記的亮氨酸注射到胰腺腺泡細胞中可證明生物膜間有聯(lián)系C用14C或18O標記的噬菌體分別侵染細菌可證明DNA是遺傳物質(zhì)D將被15N標記的細菌轉(zhuǎn)移到含14N的培養(yǎng)液中可證明DNA的復制方式C用32P或35S標記的噬菌體分別侵染細菌可證明DNA是遺傳物質(zhì)。4(2019·晉中調(diào)研)同位素標記法在遺傳學的研究中發(fā)揮了重要作用。請根據(jù)所學知識回答下列問題：(1)現(xiàn)提供3H標記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸、尿嘧啶核糖核苷酸以及亮氨酸，若要研究抗體的合成與轉(zhuǎn)運，應選擇_；若要驗證抗體合成所需的直接模板，應選擇_。(2)為探究T2噬菌體的遺傳物質(zhì)，用放射性同位素標記的T2噬菌體侵染未被標記的大腸桿菌，經(jīng)短時間保溫培養(yǎng)、攪拌離心，檢測到上清液中的放射性很低。此組實驗標記的元素是_，離心的目的是_。(3)科學家將15N標記的DNA分子(15N15N­DNA)放到含14N的培養(yǎng)液中培養(yǎng)，讓其復制3次。將親代DNA和每次復制產(chǎn)物置于試管進行離心，結(jié)果如圖。其中代表復制2次后的分層結(jié)果是_(填字母)，理由是_。解析(1)抗體的化學本質(zhì)是蛋白質(zhì)，其基本組成單位是氨基酸，因此若要研究抗體的合成與轉(zhuǎn)運，應選擇3H標記的亮氨酸；抗體是蛋白質(zhì)，其合成的直接模板是mRNA，若要驗證抗體合成所需的直接模板，應選擇3H標記的尿嘧啶核糖核苷酸。(2)噬菌體侵染細菌的實驗分兩組，一組噬菌體用35S對其蛋白質(zhì)外殼進行標記，另一組用32P對噬菌體的核酸進行標記。噬菌體在侵染細菌時，只是把遺傳物質(zhì)DNA注入細菌，因此如果標記的是蛋白質(zhì)，則上清液放射性高，沉淀物放射性很低；如果標記的是DNA，則上清液放射性很低，沉淀物放射性高。綜上所述，此組實驗中標記的是DNA，即DNA中的P元素。此實驗過程中，離心的目的是讓上清液中析出重量較輕的T2噬菌體顆粒，沉淀物中留下被感染的大腸桿菌。(3)由于DNA分子的復制是半保留復制，一個用15N標記的DNA在含14N的培養(yǎng)基上培養(yǎng)，復制1次后，每個DNA分子的一條鏈含15N，一條鏈含14N，離心后對應圖中的b，復制2次后，產(chǎn)生4個DNA分子，其中含15N和14N的DNA分子為2個，只含14N的DNA分子為2個，離心后對應圖中的c。答案(1)3H標記的亮氨酸3H標記的尿嘧啶核糖核苷酸(2)P讓上清液中析出重量較輕的T2噬菌體顆粒，沉淀物中留下被感染的大腸桿菌(3)cDNA復制方式為半保留復制，15N15N­DNA分子復制兩次后，子代中1/2為15N14N­DNA,1/2為14N14N­DNA，離心結(jié)果與c相符 DNA半保留復制與細胞分裂綜合中的同位素標記法(2019·深圳模擬)不含放射性標記的蠶豆根尖細胞在含3H標記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸的培養(yǎng)基中完成一個細胞周期，然后在不含放射性標記的培養(yǎng)基中繼續(xù)分裂至中期，其染色體的放射性標記分布情況是 ()A每條染色體中都只有一條單體被標記B每條染色體的兩條單體都被標記C只有半數(shù)的染色體中一條單體被標記D每條染色體的兩條單體都不被標記審題指導(1)確定親代DNA分子標記情況。根據(jù)題干信息和DNA半保留復制的特點，可確定親代DNA分子(未被標記)放入含3H標記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸的培養(yǎng)基中完成一個細胞周期，所得子代DNA分子均有一條鏈被標記。(2)確定原料的標記情況：放入不含放射性標記的培養(yǎng)基培養(yǎng)至中期，所得子代DNA分子一半未被標記，一半只有一條鏈被標記。A不含放射性標記的根尖細胞在含3H標記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸培養(yǎng)基上完成一個細胞周期后，子細胞中的核DNA分子都是一條鏈被3H標記，另一條鏈未被標記；然后子細胞在不含放射性標記的培養(yǎng)基中繼續(xù)分裂至中期，每個核DNA分子復制形成的兩個DNA分子(其中一個被標記，另一個未被標記)分別位于一條染色體的兩條姐妹染色單體上，A正確。1有絲分裂與DNA復制的關(guān)系如果用15N標記細胞中的核DNA分子，然后將細胞放在正常環(huán)境(含14N)中培養(yǎng)，讓其進行兩次有絲分裂，結(jié)果染色體中的DNA標記情況如圖所示：這樣來看，最后形成的4個子細胞有3種情況：第1種情況是4個細胞都是；第2種情況是2個細胞是,1個細胞是,1個細胞是；第3種情況是2個細胞是,2個細胞是。2減數(shù)分裂與DNA復制的關(guān)系如果用15N標記細胞中的核DNA分子，然后將細胞放在正常環(huán)境(含14N)中培養(yǎng)，讓其進行減數(shù)分裂，結(jié)果染色體中的DNA標記情況如圖所示：由圖可以看出，減數(shù)分裂過程中細胞雖然連續(xù)分裂2次，但DNA只復制1次，所以4個子細胞均為，細胞中所有DNA分子均呈雜合狀態(tài)。3解題步驟第一步畫出含一條染色體的細胞圖，下方畫出該條染色體上的1個DNA分子，用豎實線表示含同位素標記第二步畫出復制一次，分裂一次的子細胞染色體圖，下方畫出染色體上的DNA鏈，未被標記的新鏈用豎虛線表示第三步再畫出第二次復制(分裂)后的細胞的染色體組成和DNA鏈的情況第四步若繼續(xù)推測后期情況，可想象著絲點分裂，染色單體分開的局面，并進而推測子細胞染色體的情況1用32P標記玉米體細胞(含20條染色體)的DNA分子雙鏈，再將這些細胞轉(zhuǎn)入不含32P的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，讓其分裂1次N次。若一個細胞中的染色體總條數(shù)和被32P標記的染色體條數(shù)分別是40條和2條，則這至少是第幾次分裂的分裂期()A第1次B第2次C第3次 D第4次C由染色體總條數(shù)為40條可知是分裂后期，若是第1次有絲分裂后期，被32P標記的染色體條數(shù)應為40條；若是第2次有絲分裂后期，被32P標記的染色體條數(shù)應為20條；若是第3次有絲分裂后期，被32P標記的染色體條數(shù)應為020條。2(2019·合肥模擬)小鼠有20對染色體，若用3H­胸腺嘧啶脫氧核苷酸標記小鼠精原細胞的染色體DNA分子，再在不含有標記的培養(yǎng)液中連續(xù)分裂2代，下列判斷錯誤的是()A第一次分裂中期，含有3H的DNA單鏈有80條B在形成的第1代子細胞中，所有染色體均含有3HC第二次分裂后期，含有3H的染色體有40條D在形成的第2代子細胞中，所有染色體均含有3HDDNA復制是以親代DNA分子為模板合成子代DNA分子的過程。DNA復制過程是邊解旋邊復制；DNA復制特點是半保留復制。第一次分裂的中期，細胞內(nèi)DNA單鏈有80條被3H標記，A正確；在形成的第1代子細胞中，所有染色體的一條鏈被3H標記，B正確；第二次分裂的后期，細胞內(nèi)有40條染色體被3H標記，C正確；在形成的第2代子細胞中，有一半染色體的一條鏈被3H標記，有一半染色體沒有被3H標記，D錯誤。3(2019·大興期末測試)將果蠅精原細胞(2N8)的DNA分子用15N標記后，置于含14N的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，經(jīng)過連續(xù)兩次分裂后，下列推斷正確的是()A若進行有絲分裂，則第二次分裂中期的細胞中有8條染色單體含14NB若進行有絲分裂，則兩次分裂結(jié)束后含15N的子細胞所占比例為1/2C若進行減數(shù)分裂，則第二次分裂中期的細胞中有4條染色單體含14ND若進行減數(shù)分裂，則兩次分裂結(jié)束后所有子細胞的染色體均含有15ND如果進行有絲分裂，經(jīng)過一次細胞分裂后，形成的2個子細胞中的DNA分子都是15N14N，再復制一次形成的2個DNA分子分別是15N14N、14N14N，中期時DNA存在于2條染色單體上，則第二次分裂中期含14N的染色單體有16條，A錯誤；若進行兩次有絲分裂，第一次分裂得到的子細胞中所有的染色體上DNA都是15N14N，第二次分裂中期時單體上的DNA分子分別是15N14N、14N14N，得到的子細胞中一半有標記或全部有標記，或有標記，B錯誤；若進行減數(shù)分裂，第一次分裂中期的染色體組成都是15N14N，則第二次分裂中期的細胞中有4條染色體、8條姐妹染色單體，每條單體都含14N，C錯誤；如果進行減數(shù)分裂，形成的子細胞都有15N染色體，D正確。 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