各种同位素及其在中学生物学中的应用1

各种同位素及其在中学生物学中的应用
1.氢的同位素
在必修1中，介绍科学家在研究分泌蛋白的合成和分泌时，曾经做过这样一个实验：他们在豚鼠的胰脏腺泡细胞中注射3H标记的亮氨酸，3min后，被标记的氨基酸出现在附着有核酸体的内质网中，17min后，出现在高尔基体中，117min后，出现在靠近细胞膜内侧的运输蛋白质的小泡中，以及释放到细胞外的分泌物中，这个实验说明分泌蛋白在附着于内质网上的核糖体中合成之后，是按照内质网叶高尔基体一细胞膜的方向运输的，从而证明了细胞内的各种生物膜在功能上是紧密联系的。

2．C的同位素
如必修1介绍了科学家卡尔文用含有14C的二氧化碳来追踪光合作用中的C原子的转移途径是：二氧化碳一三碳化合物一糖类。

3.氧的同位素
自然界中氧元素有三种同位素，即16O、170、180，它们都不具有放射性，因此不能通过放射性进行追踪。

在示踪研究中，常用18代替化合物中的16进行标记，最后通过质谱仪测定代谢物的质量的方法进行确定。

例如在教材中，介绍的鲁宾和卡门的实验，研究光合作用中释放的氧到底是来自于水，还是来自于二氧化碳。

他们用氧的同位素18分别标记H2 O和C02 ，使它们分别成为H2 18O和C1802，然后进行两组光合作用实验：第一组向绿色植物提供 H2 18O和C02，第二组向同种绿色植物提供H2 18O和C1802。

在相同条件下，他们对两组光合作用释放的氧进行了分析，结果表明第一组释放的氧全部是18O，第二组释放的氧全部是02，从而证明了光合作用释放的氧全部来自水。

4. P的同位素
在必修2中介绍了赫尔希和蔡斯用32P标记噬菌体的DNA，然后用被标记的噬菌体去感染细菌的实验。

由于DNA 中含有P元素，因而用放射性的32P取代DNA中的P，就使得DNA具有可识别性，从而和细菌的DNA相区别开来。

5.S的同位素
教材中同样是在介绍噬菌体侵染细菌的实验中，介绍了35S的标记应用。

即是用35S标记噬菌体的蛋白质外壳来显示其最后的存在部位。

由于蛋白质含有S 元素，而DNA中不含S元素，可以把蛋白质和DNA区别开来。

6.N的同位素
例如用 N的同位素15标记核苷酸研究DNA的半保留复制；利用N的同位素15N标记氨基酸，研究其在动植物体内的转移途径
7.K的同位素用40k标记的培养基来研究矿质元素在植物体内的运输途径等。

练习
1．将植物细胞在3H标记的尿苷存在下培育数小时，然后收集细胞，经适当处理后获得各种细胞器。

放射性将主要存在于：（）
A．叶绿体和高尔基体 B．细胞核和液泡 C．细胞核和内质网 D．线粒体和叶绿体
2．用3H标记葡萄糖中的氢，经有氧呼吸后，下列物质中可能有3H的是（）
A、H2O
B、CO2
C、C2H5OH
D、C3H6O3
3．愈伤组织细胞在一种包含所有必需物质的培养基中培养了几个小时，其中一种化合物具有放射性（ 3H标记）。

当这些细胞被固定后进行显微镜检，利用放射自显影技术发现放射性集中于细胞核、线粒体和叶绿体中。

因此，可以肯定被标记的化合物是（）
A 一种氨基酸
B 尿嘧啶核苷
C 胸腺嘧啶脱氧核苷酸
D 葡萄糖
4．（多选）下列生物学研究选择的技术（方法）恰当的是（）
A．用 3H标记的尿嘧啶核糖核苷酸研究DNA的复制
B．用利用纸层析法提取叶绿体中的色素
C．用标志重捕法进行鼠的种群密度的调查
D．用无毒的染料研究动物胚胎发育的过程
5．科学家利用“同位素标记法”搞清了许多化学反应的详细过程。

下列说法正确的是（）
A．用14C 标记CO2 最终探明了CO2 中碳元素在光合作用中的转移途径
B．用18O标记H2 O和CO2 有力地证明了CO2 是光合作用的原料
C．用15N标记核苷酸搞清了分裂期染色体形态和数目的变化规律
D．用35S标记噬菌体的DNA并以此侵染细菌证明了DNA是遗传物质
答案：1、D 2、Ａ 3、C 4、CD 5、A
高中生物中的颜色反应
1与蛋白质合成有关的计算题
（1）与氨基酸、肽键、肽链、水分子数目有关的计算题
例1某激素由A、B两条肽链按一定方式构成，现已知这两条肽链中共有氨基酸n个，那么这激素中肽键个数应是 A.n+1 B.n C.n-1 D.n-2
【解析】：本题是一道会考题，考查学生对知识的概括能力和抽象思维能力。

学生可以根据题目所示明的有两条肽链，每条肽链中至少有一个氨基和一个羧基未参与组成肽键，所以氨基酸数目和肽键数目就相差1个，两条肽链，那么当然就是n-2了。

或者学生可以根据平时掌握的氨基酸、肽键和肽链的关系，即氨基酸数目=肽键（或脱去的水分子）数目+肽链数目，马上找到正确答案D。

（2）与氨基酸、信使RNA上的碱基、DNA（基因）上的碱基有关的计算题
例2一条多肽链中有氨基酸1000个，则作为合成该多肽链模板的信使RNA和用来转录该信使RNA的基因分别至少有碱基（）
A．3000个和3000个 B.1000个和3000个 C．1000个和4000个 D.3000个和6000个
【解析】：本题是一道较常见的有关氨基酸和碱基之间关系的计算题，主要考查学生对知识的理解运用能力和知识的迁移能力。

学生掌握了它们的关系：氨基酸个数：RMA 上的碱基数目：DNA 上的碱基数目=1：3：6 ，学生马上可以指出正确答案：D。

2．与细胞分裂有关的计算题
（1）细胞分裂中的染色体、DNA、染色单体、四分体数目的计算题
例3．某生物的卵细胞中有6 个染色体，在初级卵母细胞中，应有同源染色体对数、着丝点数、染色单体数分别是（）
A．3、12、24 B.6、24、48 C.3、6 、12 D.6、12、24
【解析】：本题主要考查学生对细胞分裂中染色体的行为的理解，由于在减数分裂中卵细胞的染色体数目为6个，则生物体细胞中染色体数为12个，在细胞减数分裂中初级卵母细胞中同源染色体为6对，着丝点个数即为细胞中染色体的个数则为12，由于初级卵母细胞已经通过染色体的复制，所以染色单体数目为24，故本题的正确答案为D。

（2）有关细胞分裂产生配子种类的计算
例4．若动物的初级精母细胞中同源染色体的对数为n,在不发生互换的条件下，经非同源染色体自由组合产生的配子种类将有（）
A．2n种 B.4n 种 C.n2种 D.2n种
【解析】：本题是考查学生的对细胞分裂过程中产生的配子种类的理解，因为在一对同源染色体产生配子时有2种，2对同源染色体产生的配子种类有4种，3对同源染色体产生的配子有8种，由此可知n对同源染色体产生的配子有2n种。

3．与细胞DNA 复制、转录有关的计算题
（1）与DNA 复制时所需的原料有关的计算题
例5．某双链DNA 分子共含有碱基1400个, 其中一条单链上（A+T ）:（C+G ）=2：5.问该DNA 分子连续复制两次共需游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的数目是 A.300个 B.400个 C.600个 D.1200个
【解析】:本题是考查学生对DNA 复制有关知识的理解,考查学生对知识的运用能力.由于在DNA 分子中碱基1400个，在一条单链上(A+T)/(C+G)=2:5,所以在DNA 分子中A+T 的总数为400个.根据碱基互补配对原则,A=T=200个;DNA 分子连续复制两次形成4个DNA 分子,因此共需要胸腺嘧啶脱氧核苷酸的数目为600个.
(2)与DNA 分子的子代有关的计算题
例6．经 N 15 标记的1个DNA 分子，放入N 14 的培养基中培养,经4次复制后，子代中含N 15
的DNA 占 ( )
A.1/6
B.1/8
C.1/4
D.1/2
【解析】:本题主要考查学生对DNA 的复制是半保留复制的理解,解本题时学生只要知道复制4次形成有16个DNA
分子而含有N 15
标记的DNA 分子有2个故占子代DNA 的1/8.
(3)DNA 与RNA 之间碱基的计算
例7．某信使RNA 分子的碱基中，U 占20%，A 占10%，则转录该信使RNA 的DNA 片段中C 占多少 （ ）
A ．35% B.30% C.70% D.无法确定
【解析】：本题主要考查学生对DNA 和RNA 之间的关系，由于RNA 上的A+U=30%，所以C+G=70%，其模板链上的C+G=70%，同理DNA 上的C+G=70%，因此DNA 上的C 为35%。

（4）有关DNA 结构的计算题
例8．某种DNA 的分子量为2.8×109，一个互补成对的脱氧核苷酸的平均分子量为670 ，试计算这个DNA 有多长？
（每个核苷酸对的长度为0.34nm ）
【解析】：本题是考查学生对DNA 结构的理解，根据已知条件DNA 中含有的核苷酸对有2.8×109/670 =4.2×106 个，
因此DNA 的长度为4.2×106×0.34nm=1.428mm
4．有关遗传规律中概率的计算题
例9．父母正常，生了个有白化病的女儿，若再生一胎是正常的男孩的几率为（ ）
A ．1/8 B.3/8 C. 1/4 D. 3/4
【解析】：本题是一道典型求解遗传概率的问题。

由于父母正常但女儿白化，说明父母是携带者，因此产生正常男孩的几率为1/4×1/2=1/8。

5．与生物新陈代谢有关的计算题
例10. 藻和草履虫在光下生长于同一溶液中，已知草履虫每星期消耗0.10 mol 葡萄糖，藻每星期消耗0.12 mol 葡萄糖。

现在该溶液中每星期葡萄糖的净产量为0.25 mol 。

这一溶液中每星期氧的净产量是多少？ （ ）
A.0.03mol
B.0.60mol
C.1.32mol
D.0.18mol
【解析】:本题是一道与生物新陈代谢有关的计算题，主要考查学生对新陈代谢中有关光合作用与呼吸作用的理解。

由于藻能够进行光合作用，同时也进行呼吸作用，草履虫只进行呼吸作用，根据光合作用和呼吸作用的总方程式，两种呼吸作用共消耗6×（0.10+0.12）=1.32mol 氧，光合作用净合成0.25mol 葡萄糖,应产生6×0.25=1.50mol 氧，所以氧的净产量为1.5-1.32=0.18mol.
6.生态学中的有关计算问题
（1）生态系统中有关能量传递问题
例11．海洋生态系统中，某一小型肉食性鱼类同化作用固定了1kg 的能量，则从理论上计算至少应消耗绿色植物光合作用固定的太阳能 （ ）
A.5kg
B.10kg
C.25kg
D.100kg
【解析】:本题主要考查学生对生态系统中能量传递规律，即从一营养级到下一营养级是1/10 –1/5传递，因此从绿色植物到小型肉食性鱼类需传递两次，将有1/25 –1/100的能量传递，则肉食性鱼类同化作用固定了1kg 的能量时需至少消耗绿色植物光合作用固定的太阳能为25kg.
(2)环境问题中的综合计算题
7、基因频率的计算
(1)、利用种群中一对等位基因组成的各基因型个体数求解
例1 已知人的褐色(A)对蓝色(a)是显性。

在一个有30000人的群体中，蓝眼的有3600人，褐眼的有26400人，其中纯体12000人。

那么，在这个人群中A、a基因频率和AA、Aa、aa基因型频率是多少？
【解析】等位基因成对存在，30000个人中共有基因30000×2=60000个，蓝眼3600含a基因7200个，褐眼26400人，纯合体12000人含A基因24000个，杂合体14400人含（26400-12000）×2=28800个基因，其中A 基因14400个，a基因14400个。

则：
A的基因频率=（24000+14400）/60000=0.64，a的基因频率=7200+14400）/60000=0.36
AA的基因型频率=12000÷30000=0.4，Aa的基因型频率=14400÷30000=0.48，aa的基因型频率=3600÷30000=0.12 例2 据调查，某小学的小学生中，基因型的比例为X B X B（43.32%）、X B X b（7.36%）、X b X b（0.32%）、X B Y（46%）、X b Y（4%），则在该地区X B和X b的基因频率分别是多少？
【解析】 X B频率=42.32%+1/2×7.36%+46%=92% X b的频率=1/2×7.36%+0.32%+4%=8%
练习
1、生物体内的某蛋白质含有两条肽链，由51个氨基酸缩合而成。

现利用酶将其水解为1个七肽、2个五肽、2个八肽和3个六肽。

则关于这些矩肽的说法错误的是（）
A、肽键总数为43
B、总相对分子质量比原蛋白质增加108
C、羧基总数至少有12
D、所含的R基最多20种
2、己知20种氨基酸的平均分子量是128，现有一种蛋白质由3条肽链组成，共有肽键97个，问此蛋白质的分子量最接近于（）
A、12800
B、11054
C、12836
D、14546
3．右图所示食物网存在于某相对封闭的生态系统，若甲（生产者）固定太阳能为Ｎ，能量传递效率为10％，则丁获得的能量（）
A．等于10-1Ｎ B．等于10-２ＮC．少于10-1Ｎ D．多于10-1Ｎ
4．用标志重捕法来估计某个种群的个体数量，例如在对某种鼠群的种群密度的调查中，第一次捕获并标志39只，第二次捕获34只，其中有标志鼠15只，则对该种群的数量估计，哪一项是不正确的（）
A．该种群数量可用N表示B．该种群数量大约为88只
C．该种群数量大约为100只D． N＝ 39×34÷15
5．某同学在某地区调查蒲公英的种群密度，得出5个样本的种群数量分别为4、6、8、8、9株，那么，该地区蒲公英的种群密度（单位株/m2）为 A．35 B．22 C．7 D．6
6．在对某种野兔的调查中，调查范围为1 hm2（公顷），第一次捕获并标记25只野兔，第二次捕获40只野兔，其中有标记的野兔10只，则该野兔种群的种群密度大约为
A．125只/hm2 B．100只/hm2 C．75只/hm2 D．50只/hm2
7. 如果一个人食物有1/2来自绿色植物，1/4来自小型肉食动物，1/4来自羊肉，假如传递效率为10%，那么该人每增加1千克体重，约消耗植物
A．10千克 B．28千克 C．100千克D．280千克
8、右图表示某种绿色植物的非绿色器官在氧浓度分别为a、b、c、d时，CO2的释放量和O2的吸收量的变化情
第3题图
10、右图为某单基因遗传病的两个家族系谱图,若5和7及6和8婚配,则它们的子女患病的概率分别是
A 、1/4,1
B 、0,8/9
C 、1/9,0
D 、
0,1/9
11、从某种生物种群中随机抽出一定数量的个体，其中基因型为AA 的个体占24%，基因型为Aa 的个体占72%，基因型为aa 的个体占4%，基因A 和基因a 的频率分别是( )
A.24% 72%
B.36% 64%
C.57% 43
D.60% 40%
12、在某一个种群中，已调查得知，隐性性状者（等位基因用A 、a 表示）占16%，那么该种群的AA 、Aa 基因型个体出现的概率分别为：
A.0.36、0.48
B.0.36、0.24
C.0.16、0.48
D.0.48、0.36
13、经测定，某RNA 的片段中含有30个碱基，其中A+G 为12个，那么转录该RNA 片段应含C+T 的数量为
A 、30个
B 、24个
C 、20个
D 、12个
14、某种细菌细胞内的DNA 分子中含有20%的（A+T ），那么合成蛋白质时，信使RNA 中的（G+C ）的含量是
A 、80%
B 、40%
C 、60%
D 、20%
15、用15N 充分标志细菌的DNA 分子，再把该细菌移到含的培养基中，四次细胞分裂后，全部为14N 的DNA 分子的细菌占
A 、3/4
B 、7/8
C 、1/8
D 、1/16
答案：1C 2B 3C 4C 5C 6B 7D 8B 9D 10B 11D 12A 13A 14A 15C
高三生物实验专题
一．单选题：本题包括每小题给出的四个选项中，只有一个选项最符合题目要求。

1．在萝卜的紫色块根细胞内，液泡中含有紫红色的花青素。

将块根切成小块放入清水中，水的颜色无明显变化。

若进行加热，则随着水温的增高，水的颜色逐渐变红。

其原因是，水温增高时
A ．细胞壁受到了破坏
B ．花青素的溶解度加大
C ．细胞膜失去了选择透过性
D ．原生质层失去了选择透过性
2．在脂肪酶溶液中加入双缩脲试剂，其结果应该是
A ．橘黄色
B ．砖红色
C ．紫色
D ．红色
3．将一盆栽植物横放于地，则其水平方向的主根近地一侧生长素浓度变化的曲线为（图中虚线表示对根生长既不促进也不抑制的生长素浓度）
4．下列能够表示洋葱表皮细胞在质壁分离及其复原过程中，液泡体积变化的图形是
5
的图像消失，其最可能的原因是
A ．细胞分裂由中期进入后期
B ．使用高倍物镜未调节细准焦螺旋
时间 时间 时间 时间
C．换高倍物镜后视野变暗 D．在低倍物镜下未将物像移至视野中央
6．某学生将2.5％的尿素滴加在载玻片上的蚕豆表皮上，观察到植物细胞的质壁分离。

2小时后企图再次观察时却发现理想的视野找不到了，原因是
A．错拿了对照样品 B．时间过长，细胞壁也收缩了C．溶质颗粒被缓慢吸收，使水分再度进入细胞
D．2小时前观察到的现象是假象
7．某人因身体不适，全身浮肿，去医院作尿液检查，化验师如下操作：①取稀释尿液2ml②加溶液0.1g/mLNaOH 溶液2mL，摇匀③加0.01g/mLCuSO4 3—4滴，摇匀④观察结果：有紫色出现，此病人可能患
A．糖尿病书馆 B．肾小球炎C．脂肪肝D．过敏性皮炎
8．《叶绿体中色素的提取和分离》实验中，在滤纸条上扩散速度最快的是
A．胡萝卜素B．叶黄素 C．叶绿素a D．叶绿素b
9．在叶绿体色素的提取和分离实验中，在研磨时要加入少量丙酮，其作用是
A．让色素溶解 B．防止叶绿素被破坏 C．便于将叶片磨碎 D．促使叶绿体色素分离
10．很多实验中必须先制作玻片标本，然后在显微镜下观察。

下面的实验过程错误的是
A．脂肪鉴定：切取子叶薄片→染色→去浮色→制片→观察
B．有丝分裂观察：解离根尖→染色→漂洗→制片→观察
C．质壁分离观察：撕取鳞片叶表皮→制片→观察→滴加蔗糖溶液→观察
D．细胞质流动观察：取黑藻小叶→制片→观察
11．在光线明亮的实验室里，用白色洋葱表皮细胞做质壁分离实验，在显微镜视野中能清晰看到细胞壁，但看不清楚细胞是否发生质壁分离。

为便于判明，此时应
A.改用凹面反光镜，放大光圈
B. 改用凹面反光镜，缩小光圈
C.改用平面反光镜，放大光圈
D. 改用平面反光镜，缩小光圈
12．为了认识酶作用的特性，以20%过氧化氢溶液为反应底物的一组实验结果如下表。

通过分析实验结果，能够得出相应的结论。

在下列有关结论的描述中，从表中得不到试验依据的一项是
A.从催化反应条件看，酶有温和性
B.从催化活性看，酶变性后失活
C.从催化底物范围看，酶有专一性
D.从催化反应效率看，酶有高效性
13．下面是四位同学的实验操作方法或结果，其中错误的一项是
A．番茄汁中含有丰富的葡萄糖和果糖，可用作还原糖鉴定的替代材料
B．用纸层析法分离叶绿体中的色素，扩散最快的—条色素带呈橙黄色
C．蛋白质与双缩脲试剂作用产生紫色反应
D．显微镜下观察根尖的有丝分裂，在细胞呈正方形的区域易找到分裂期的细胞
14．在开展高中生物研究性学习时，某校部分学生高度近视的家系进行调查，调查结果如下表，请据表分析高度
A．X染色体隐性遗传 B．常染色体隐性遗传C．X染色体显性遗传 D．常染色体显性遗传。