2020届高考生物艺考生大二轮总复习 热点五 放射性同位素在生物实验中的应用教学案

-1-热点五放射性同位素在生物实验中的应用[规律方法·会总结]1．主要应用用来研究细胞内的元素或化合物的来源、组成、分布和去向等，进而了解细胞的结构和功能、化学物质的变化、反应机理等。一般常用的标记元素有3H、14C、15N、18O、32P、35S等。2．归类分析(1)标记某元素，追踪其转移途径。如用18O标记H182O，光合作用只产生18O2；再用18O标记C18O2，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。(2)标记特征元素，探究化合物的作用。如在T2噬菌体侵染细菌的实验中，用32P标记噬菌体的DNA，大肠杆菌内发现放射性物质；用35S标记蛋白质，大肠杆菌内未发现放射性物质，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。(如：以有丝分裂为例)：[技能提升·会应用]1．有人试图通过实验来了解H5N1禽流感病毒侵入家禽的一些过程，设计了如下图所示的实验。一段时间后，检测子代H5N1病毒的放射性及S、P元素。下列对结果的预测中，最可能发生的是()-2-A．全部无全部35S全部31PB．全部有全部35S少数32P，多数31PC．少数有全部32S少数32P，多数31PD．全部有全部32S少数32P，多数31P解析：B[本题考查了学科核心素养的科学探究，难度适中。由于用32P和35S分别标记上下两行细胞，H5N1侵染后，从上面一行中取到的H5N1大多数带有32P，下面一行细胞中没有32P，只有35S，子代H5N1病毒都有放射性，所有子代含有的S是35S，而含有的P只有少数为32P，大多数是31P，B项正确。]2．图甲表示加热杀死的S型细菌与R型活菌混合注射到小鼠体内后两种细菌的含量变化，图乙表示噬菌体侵染细菌实验的部分操作步骤。下列有关叙述错误．．的是()A．图乙中，沉淀物中新形成的子代噬菌体具有放射性B．图甲中，后期出现的大量S型细菌是由R型细菌转化并增殖而来的C．图甲中，ab对应时间段内，小鼠体内还没有形成大量抗R型细菌抗体D．图乙中若用32P标记亲代噬菌体，裂解后子代噬菌体中少部分具有放射性解析：A[本题考查了学科核心素养的科学探究，难度适中。图乙中，用于侵染的噬菌体的蛋白质外壳被35S标记，但蛋白质外壳不进入大肠杆菌，沉淀物中新形成的子代噬菌体没有放射性，A项错误；图甲中，后期出现的大量S型细菌是由加热杀死的S型细菌含有的转化因子使R型细菌转化并增殖而来的，B项正确；图甲中，ab对应时间段内，R型菌大量繁殖，小鼠体内还没有形成大量抗R型细菌抗体，C项正确；图乙中用32P标记亲代噬菌体的DNA，由于DNA进行半保留复制，裂解后子代噬菌体中少部分具有放射性，D项正确。]3．将染色体上全部DNA分子双链经32P标记的雄性哺乳动物细胞(染色体数为20)置于不含32P的培养基中培养，细胞只进行一次分裂。下列推断中，正确的是()-3-A．若完成一次减数分裂，则产生的子细胞中有5对同源染色体，每条都含32PB．若完成一次有丝分裂，则产生的子细胞中含20条染色体，其中10条含32PC．若进行减数分裂，则每个减数第二次分裂后期细胞中均含2个Y染色体且都含32PD．若进行一次有丝分裂，则分裂中期细胞的染色体上共有40个DNA分子且都含32P解析：D[减数分裂结束，产生的子细胞为生殖细胞，其内含有的10条染色体中不存在同源染色体，A错误。若进行一次有丝分裂结束，则产生的子细胞中含20条染色体，20条染色体都含32P，B错误。若进行减数分裂，则每个减数第二次分裂后期细胞中含2个Y染色体或2个X染色体，且都含32P，C错误。若进行一次有丝分裂，则分裂中期细胞的染色体上共有40个DNA分子，且每个DNA分子中都有一条脱氧核苷酸链含有32P，D正确。]4．下列有关放射性同位素示踪实验的叙述，错误的是()A．小鼠吸入18O2，则在其尿液中可以检测到H182O，呼出的CO2也可能含有18OB．用32S标记甲硫氨酸，附着在内质网上的核糖体与游离的核糖体都可能出现放射性C．将某精原细胞中的某条染色体上的DNA的一条链用15N进行标记，正常情况下，在该细胞分裂形成的精细胞中，含15N的精子所占比例为50%D．给水稻提供14CO2，体内可以存在14C的转移途径14CO2→14C3→(14CH2O)解析：C[18O2标记以后放射性元素首先出现在H2O中，但是水又可以作为反应物，如果水作为反应物，那么放射性元素又可以出现在CO2中，A正确；用32S标记甲硫氨酸，如果是分泌蛋白，附着在内质网上的核糖体将出现放射性，如果不是分泌蛋白也可以在游离的核糖体上出现放射性，B正确；若将该精原细胞的一个DNA分子一条链用15N标记，由于减数分裂过程中DNA分子只复制一次，且DNA分子的复制方式是半保留复制，所以该细胞减数分裂形成的4个精子细胞中有1个含15N，即含15N的精细胞所占的比例为25%，C错误，水稻叶肉细胞吸收C18O2进行光合作用合成葡萄糖，体内可存在14C的转移途径14CO2→14C3→(CH2O)，D正确。]5．取1个含有1对同源染色体的精原细胞，用15N标记细胞核中的DNA，然后放在含14N的培养基中培养，让其连续进行两次有丝分裂，形成4个细胞，这4个细胞中含15N的细胞个数所占比例不可能是()A．1B.12C.34D.14解析：D[细胞分裂过程中先进行DNA复制。方式是半保留复制。图示辨析如下：-4-可以看出，最后形成的4个子细胞有3种情况：第一种情况是4个细胞都是，第二种情况是2个细胞是,1个细胞是,1个细胞是；第三种情况是2个细胞是，另外2个细胞是。]6．某研究性学习小组以细菌为实验对象，运用同位素示踪技术及密度梯度离心法对有关DNA复制的方式进行了探究(已知培养用的细菌大约每20min分裂一次，产生子代，实验结果见相关图示)。请回答下列问题：(1)实验三的离心结果为：如果DNA位于1/2重带和1/2轻带位置，则是__________复制；如果DNA位于全中带位置，则是__________复制。为了进一步得出结论，该小组设计了实验四，请分析：如果DNA位于______(位置及比例，下同)带位置，则是全保留复制；如果DNA位于__________带位置，则是半保留复制。(2)若将实验三得到的DNA双链分开后再离心，其结果__________(填“能”或“不能”)判断DNA的复制方式。为什么？__________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)若实验三的离心结果为：如果DNA位于1/2重带和1/2轻带位置，则是全保留复制，因为全保留复制产生的子代是两条链含14N的DNA，分布在轻带位置，而亲代DNA的两-5-条链含15N，位于重带位置；如果DNA位于全中带位置，则是半保留复制，子代DNA都是一条链含14N，一条链含15N，所以处于中带位置，同理，实验四中如果DNA位于1/4轻带和3/4重带位置，则是全保留复制；如果DNA位于1/2中带和1/2重带位置，则是半保留复制。(2)若将实验三得到的DNA双链分开后再离心，其结果不能判断DNA的复制方式。因为不论是全保留复制还是半保留复制，实验结果都是一样的，都会出现位于1/2中带和1/2重带位置。答案：(1)全保留半保留1/4轻带和3/4重1/2中带和1/2重(2)不能不论是全保留复制还是半保留复制，实验结果都是一样的