2020高中生物必修2： 实验素养提升4 同位素标记法的原理与应用

[技能必备]

理解含义

同位素标记法也叫同位素示踪法，它可以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。

同位素是具有相同原子序数但质量数不同的核素。同一元素的不同核素之间互称为同位素。例如，氢有如1H、2H、3H三种核素互称同位素。同位素可分为稳定性同位素和放射性同位素两类，稳定性同位素是原子核结构稳定，不会发生衰变的同位素。放射性同位素是原子核不稳定会自发衰变的同位素。

同位素示踪法即同位素标记法，包括稳定性同位素示踪法和放射性同位素示踪法。放射性同位素示踪法在实践中运用较广，因为其灵敏度高，且容易测定。常用的放射性同位素有3H、14C、32P、35S、131I、42K等。如对孕妇及儿童某些疾病诊断中，要将食物或药物成分用示踪剂标记，就不能使用或多或少具有毒副作用的

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放射性同位素，而只能使用对人体无害，使用安全的稳定性同位素。常用的稳定同位素有2H、13C、15N和18O等。高中生物学教材中涉及的鲁宾和卡门研究光合作用氧气来源的实验中，就是用18O分别标记CO2和H2O。还有梅塞尔森做的DNA半保留复制实验中，是用15N标记亲代的DNA分子。

[技能提升]

1.(2019·山师附中模拟)下列关于同位素示踪法的叙述错误的是( )

A.将用14N标记了DNA的大肠杆菌在含有15N的培养基中繁殖一代，若子代大肠杆菌的DNA分子中既有14N，又有15N，则可说明DNA的半保留复制

B.将洋葱根尖培养在含同位素标记的胸腺嘧啶的培养液中，经过一次分裂，子代细胞中的放射性会出现在细胞质和细胞核中

C.用DNA探针进行基因鉴定时，如果待测DNA是双链，则需要采用加热的方法使其形成单链，才可用于检测

D.由噬菌体侵染细菌实验可知，进入细菌体内的是噬菌体的DNA，而不是噬菌体的蛋白质，进而证明了DNA是噬菌体的遗传物质

解析将用14N标记了DNA的大肠杆菌在含有15N的培养基中繁殖一代，无论DNA复制方式是半保留复制、全保留复制还是混合复制，子一代大肠杆菌的DNA 分子中都既有14N，又有15N，所以由此不能证明DNA的复制方式是半保留复制，A错误；胸腺嘧啶是合成DNA的原料，而DNA主要分布在细胞核中，此外在

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洋葱根尖细胞的细胞质(线粒体)中也含有少量DNA，所以子代细胞中的放射性会出现在细胞质和细胞核中，B正确；DNA探针是单链DNA，用于检测双链DNA 时，需先将双链DNA打开形成单链，才能进行检测，C正确；噬菌体侵染细菌时，只有DNA进入细菌细胞中，所以噬菌体侵染细菌实验证明了DNA是遗传物质，但不能证明蛋白质不是遗传物质，D正确。

答案 A

2.(2019·山东威海模拟)下列关于同位素标记法应用的叙述，正确的是( )

A.用15N标记的尿嘧啶培养根尖细胞，放射性只出现在分生区细胞中

B.若DNA为半保留复制，则以15N标记的脱氧核苷酸为原料培养未被标记的DNA，所得子一代DNA离心后，放射性只出现在中带

C.用3H标记的亮氨酸培养浆细胞，标记元素依次出现的结构为：核糖体→内质网→线粒体→高尔基体→细胞膜→细胞外

D.用14CO2供小球藻进行光合作用，14C转移的途径为：14CO2→14C5→(14CH2O)

解析根尖细胞都可进行转录过程，需要利用尿嘧啶合成RNA，因此所有根尖细胞都会出现放射性，A错误；分泌蛋白的合成和分泌依次经过的结构包括：核糖体→内质网→高尔基体→细胞膜，C错误；光合作用中14C转移的途径为：14CO2→14C3→(14CH2O)，D错误。

答案 B

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3.(2019·北京四中模拟)下图为科学家设计的DNA合成的同位素示踪实验，利用大肠杆菌探究DNA的复制过程，下列叙述正确的是( )

A.比较试管①和②的结果即可证明DNA复制为半保留复制

B.实验中没有采用放射性同位素示踪的研究方法

C.可用噬菌体代替大肠杆菌进行上述实验，且提取DNA更方便

D.大肠杆菌在含有15NH4Cl的培养液中生长若干代，细胞中只有DNA含15N

解析比较试管①和②的结果不能证明DNA复制为半保留复制，A错误；本实验是利用密度梯度离心来证明DNA的半保留复制，B正确；噬菌体是病毒，不能用培养液培养，可用活细胞培养，C错误；大肠杆菌可利用15NH4Cl中的N元素合成含N化合物，如DNA、ATP等，D错误。

答案 B

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4.(2019·山东名校联盟)回答下列与同位素标记有关的问题。

(1)利用15N标记的氨基酸研究唾液腺细胞中的唾液淀粉酶的合成和分泌，则含15N化合物首先出现的具膜细胞器为________。

(2)若动物吸入18O2，含放射性的化合物最先出现在________(物质)中。

(3)选择生长状态相同的甲、乙两组根尖细胞，分别用3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸和3H标记的尿嘧啶核糖核苷酸的培养基进行短时间培养，理论上分析带有放射性标记的细胞比例较大的是________组，原因是________________________。

(4)T2噬菌体侵染细菌的实验中，用35S标记T2噬菌体的蛋白质，搅拌的目的是_____________________________________________________________________，

搅拌不充分带来的结果是_______________________________________________。

(5)假定染色体条数为10(不含3H)的某生物体细胞，在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸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培养至后期，一个细胞内移向某一极的染色体有________条，其中带有3H标记的有________条。

解析(1)唾液淀粉酶属于分泌蛋白质，分泌蛋白质合成与分泌过程为：核糖体合成蛋白质→内质网进行粗加工→内质网“出芽”形成囊泡→高尔基体进行再加工形成成熟的蛋白质→高尔基体“出芽”形成囊泡→细胞膜。利用15N标记氨基酸则15N首先出现的具膜细胞器是内质网，最终含15N的唾液淀粉酶以胞吐方式从

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