2021版高考生物一轮复习 第6单元 遗传的分子基础 素养加强课6 同位素标记法及其应用课件 苏教版

第六单元遗传的分子基础素养加强课6同位素标记法及其应用类型一同位素标记法在高中生物实验中的应用归纳(2016·全国卷Ⅰ)在有关DNA分子的研究中，常用32P来标记DNA分子。用α、β和γ表示ATP或dATP(d表示脱氧)上三个磷酸基团所处的位置(A—Pα～Pβ～Pγ或dA—Pα～Pβ～Pγ)。回答下列问题：(1)某种酶可以催化ATP的一个磷酸基团转移到DNA末端上，同时产生ADP。若要用该酶把32P标记到DNA末端上，那么带有32P的磷酸基团应在ATP的________(填“α”“β”或“γ”)位上。(2)若用带有32P的dATP作为DNA生物合成的原料，将32P标记到新合成的DNA分子上，则带有32P的磷酸基团应在dATP的__________(填“α”“β”或“γ”)位上。(3)将一个某种噬菌体DNA分子的两条链用32P进行标记，并使其感染大肠杆菌，在不含有32P的培养基中培养一段时间。若得到的所有噬菌体双链DNA分子都装配成噬菌体(n个)并释放，则其中含有32P的噬菌体所占比例为2/n，原因是_____________________。[审题指导](1)弄清ATP中带有32P的磷酸基团的三个位置A—Pα～Pβ～Pγ。(2)弄清两个实验的目的，一个是让某种酶催化ATP的一个磷酸基团转移到DNA末端上，另一个是用带有32P的dATP作为DNA合成的原料。(3)根据DNA分子半保留复制的特点解释含有32P的噬菌体所占比例为2/n的原因。[解析](1)根据题干信息可知，该酶能将ATP水解成ADP和磷酸基团(Pγ)，同时将Pγ基团转移到DNA末端上。因此需将32P标记到ATP的γ位上。(2)DNA生物合成的原料为脱氧核苷酸。将dATP两个高能磷酸键都水解后的产物为dA—Pα(腺嘌呤脱氧核苷酸)，该产物为合成DNA的原料。因此需将32P标记到dATP的α位上。(3)一个含有32P标记的噬菌体双链DNA分子经半保留复制后，标记的两条单链只能分配到两个噬菌体的双链DNA分子中，因此在得到的n个噬菌体中只有2个带有标记。[答案](1)γ(2)α(3)一个含有32P标记的噬菌体双链DNA分子经半保留复制后，标记的两条单链只能分配到两个噬菌体的双链DNA分子中，因此在得到的n个噬菌体中只有2个带有标记1．同位素标记法在高中生物学实验中的应用(1)探究光合作用中元素(原子)的转移：①美国科学家鲁宾和卡门用18O分别标记H2O和CO2，证明光合作用释放的氧气全部来自水。②卡尔文等用14C标记的CO2供小球藻进行光合作用，追踪检测其放射性，探明了CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径。(2)证明DNA是遗传物质：赫尔希和蔡斯分别用放射性同位素标记蛋白质和DNA的特征元素，即用32P标记噬菌体的DNA，用35S标记噬菌体的蛋白质，证明DNA是噬菌体的遗传物质。(3)研究分泌蛋白的合成和运输：用3H标记亮氨酸，研究分泌蛋白在细胞中的合成、运输与分泌途径，证明分泌蛋白在附着于内质网上的核糖体中合成之后，按照内质网→高尔基体→细胞膜的方向运输，从而证明了细胞内的各种生物膜在功能上是紧密联系的。(4)证明DNA分子进行半保留复制：用含有15N标记的NH4Cl培养液培养大肠杆菌，让大肠杆菌繁殖几代，再将大肠杆菌转移到含14N的普通培养液中培养，然后在不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA，再通过密度梯度离心来区别亲代与子代DNA，从而证明DNA的复制是以半保留的方式进行的。(5)研究生长素的极性运输：证明植物生长素的极性运输时，用同位素14C标记茎形态学上端的生长素(吲哚乙酸)，可在茎的形态学下端检测到放射性同位素14C，而标记茎形态学下端的生长素，在茎的形态学上端检测不到放射性同位素14C，说明植物生长素只能从形态学上端运输到形态学下端。2．与荧光标记法的区别(1)常用的荧光蛋白有绿色和红色两种①绿色荧光蛋白(GFP)常用的是来源于发光水母的一种功能独特的蛋白质，蓝光或近紫外光照射，发射绿色荧光。②红色荧光蛋白来源于珊瑚虫，是一种与绿色荧光蛋白同源的荧光蛋白，在紫外光的照射下可发射红色荧光。(2)人教版教材中用到的荧光标记法①《必修1》P67“细胞融合实验”：这一实验很有力地证明了细胞膜的结构特点是具有一定的流动性。②《必修2》P30“基因在染色体上的实验证据”：通过现代分子生物学技术，运用荧光标记的手段，可以很直观地观察到某一基因在染色体上的位置。1．(2016·全国卷Ⅲ)在前人进行的下列研究中，采用的核心技术相同(或相似)的一组是()①证明光合作用所释放的氧气来自水②用紫外线等处理青霉菌选育高产青霉素菌株③用T2噬菌体侵染大肠杆菌证明DNA是遗传物质④用甲基绿和吡罗红对细胞染色，观察核酸的分布A．①②B．①③C．②④D．③④B[①③采用的是同位素标记法，其中①是为两组植物分别提供H182O和CO2、H2O和C18O2检测产生氧气的标记情况，③是分别用32P和35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌，检测子代噬菌体的标记情况；②采用的是诱变技术，④采用的是混合染色技术。故采用的核心技术相同(或相似)的是①和③，B项符合题意。]2．(2019·潍坊期中)物理学和化学方法可用于生物学的研究。下列有关叙述错误的是()A．沃森和克里克利用X射线衍射法研究并推算出了DNA的双螺旋结构B．科学家通过荧光标记的人、鼠细胞融合实验证明了细胞膜具有流动性C．赫尔希和蔡斯利用放射性同位素标记和离心技术证明DNA是遗传物质D．科学家运用同位素示踪和离心技术证实了DNA的半保留复制A[在遗传物质的研究历史上，沃森和克里克以威尔金斯和其同事富兰克林提供的DNA衍射图谱的有关数据为基础，推算出DNA分子呈螺旋结构。]3．(2019·成都市测试)同位素标记法是生物科学研究中常用的方法。下列叙述错误的是()A．用C标记的CO2供给小球藻进行光合作用可证明碳的转化途径B．将3H标记的亮氨酸注射到胰腺腺泡细胞中可证明生物膜间有联系C．用14C或18O标记的噬菌体分别侵染细菌可证明DNA是遗传物质D．将被15N标记的细菌转移到含14N的培养液中可证明DNA的复制方式C[用32P或35S标记的噬菌体分别侵染细菌可证明DNA是遗传物质。]4．(2019·晋中调研)同位素标记法在遗传学的研究中发挥了重要作用。请根据所学知识回答下列问题：(1)现提供3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸、尿嘧啶核糖核苷酸以及亮氨酸，若要研究抗体的合成与转运，应选择____________；若要验证抗体合成所需的直接模板，应选择___________。(2)为探究T2噬菌体的遗传物质，用放射性同位素标记的T2噬菌体侵染未被标记的大肠杆菌，经短时间保温培养、搅拌离心，检测到上清液中的放射性很低。此组实验标记的元素是________，离心的目的是__________________________________________。(3)科学家将15N标记的DNA分子(15N15N­DNA)放到含14N的培养液中培养，让其复制3次。将亲代DNA和每次复制产物置于试管进行离心，结果如图。其中代表复制2次后的分层结果是________(填字母)，理由是______________________________。[解析](1)抗体的化学本质是蛋白质，其基本组成单位是氨基酸，因此若要研究抗体的合成与转运，应选择3H标记的亮氨酸；抗体是蛋白质，其合成的直接模板是mRNA，若要验证抗体合成所需的直接模板，应选择3H标记的尿嘧啶核糖核苷酸。(2)噬菌体侵染细菌的实验分两组，一组噬菌体用35S对其蛋白质外壳进行标记，另一组用32P对噬菌体的核酸进行标记。噬菌体在侵染细菌时，只是把遗传物质DNA注入细菌，因此如果标记的是蛋白质，则上清液放射性高，沉淀物放射性很低；如果标记的是DNA，则上清液放射性很低，沉淀物放射性高。综上所述，此组实验中标记的是DNA，即DNA中的P元素。此实验过程中，离心的目的是让上清液中析出重量较轻的T2噬菌体颗粒，沉淀物中留下被感染的大肠杆菌。(3)由于DNA分子的复制是半保留复制，一个用15N标记的DNA在含14N的培养基上培养，复制1次后，每个DNA分子的一条链含15N，一条链含14N，离心后对应图中的b，复制2次后，产生4个DNA分子，其中含15N和14N的DNA分子为2个，只含14N的DNA分子为2个，离心后对应图中的c。[答案](1)3H标记的亮氨酸3H标记的尿嘧啶核糖核苷酸(2)P让上清液中析出重量较轻的T2噬菌体颗粒，沉淀物中留下被感染的大肠杆菌(3)cDNA复制方式为半保留复制，15N15N­DNA分子复制两次后，子代中1/2为15N14N­DNA，1/2为14N14N­DNA，离心结果与c相符类型二DNA半保留复制与细胞分裂综合中的同位素标记法(2019·深圳模拟)不含放射性标记的蚕豆根尖细胞在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的培养基中完成一个细胞周期，然后在不含放射性标记的培养基中继续分裂至中期，其染色体的放射性标记分布情况是()A．每条染色体中都只有一条单体被标记B．每条染色体的两条单体都被标记C．只有半数的染色体中一条单体被标记D．每条染色体的两条单体都不被标记[审题指导](1)确定亲代DNA分子标记情况。根据题干信息和DNA半保留复制的特点，可确定亲代DNA分子(未被标记)→放入含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的培养基中完成一个细胞周期，所得子代DNA分子均有一条链被标记。(2)确定原料的标记情况：放入不含放射性标记的培养基培养至中期，所得子代DNA分子一半未被标记，一半只有一条链被标记。A[不含放射性标记的根尖细胞在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸培养基上完成一个细胞周期后，子细胞中的核DNA分子都是一条链被3H标记，另一条链未被标记；然后子细胞在不含放射性标记的培养基中继续分裂至中期，每个核DNA分子复制形成的两个DNA分子(其中一个被标记，另一个未被标记)分别位于一条染色体的两条姐妹染色单体上，A正确。]1．有丝分裂与DNA复制的关系如果用15N标记细胞中的核DNA分子，然后将细胞放在正常环境(含14N)中培养，让其进行两次有丝分裂，结果染色体中的DNA标记情况如图所示：这样来看，最后形成的4个子细胞有3种情况：第1种情况是4个细胞都是；第2种情况是2个细胞是，1个细胞是，1个细胞是；第3种情况是2个细胞是，2个细胞是。2．减数分裂与DNA复制的关系如果用15N标记细胞中的核DNA分子，然后将细胞放在正常环境(含14N)中培养，让其进行减数分裂，结果染色体中的DNA标记情况如图所示：由图可以看出，减数分裂过程中细胞虽然连续分裂2次，但DNA只复制1次，所以4个子细胞均为，细胞中所有DNA分子均呈杂合状态。3．解题步骤第一步画出含一条染色体的细胞图，下方画出该条染色体上的1个DNA分子，用竖实线表示含同位素标记第二步画出复制一次，分裂一次的子细胞染色体图，下方画出染色体上的DNA链，未被标记的新链用竖虚线表示第三步再画出第二次复制(分裂)后的细胞的染色体组成和DNA链的情况第四步若继续推测后期情况，可想象着丝点分裂，染色单体分开的局面，并进而推测子细胞染色体的情况1．用32P标记玉米体细胞(含20条染色体)的DNA分子双链，再将这些细胞转入不含32P的培养基中培养，让其分裂1次……N次。若一个细胞中的染色体总条数和被32P标记的染色体条数分别是40条和2条，则这至少是第几次分裂的分裂期()A．第1次B．第2次C．第3次D．第4次C[由染色体总条数为40条可知是分裂后期，若是第1次有丝分裂后期，被32P标记的染色体条数应为40条；若是第2次有丝分裂后期，被32P标记的染色体条数应为20条；若是第3次有丝分裂后期，被32P标记的染色体条数应为0～20条。]2．(2019·合肥模拟)小鼠有20对染色体，若用3H­胸腺嘧啶脱氧核苷酸标记小鼠精原细胞的染色体DNA分子，再在不含有标记的培养液中连续分裂2代，下列判断错误的是()A．第一次分裂中期，含有3H的DNA单链有80条B．在形成的第1代子细胞中，所