[2020高考生物复习江苏]实验素养提升4 同位素标记法的应用

[技能必备]

高中生物涉及的同位素的应用总结如下:

实验目的标记物标记物转移情况实验结论

研究光合作用过

程中物质的利用

H182O H182O→18O2光合作用的反应物

H2O的O以O2的形

式放出,CO2中的C

用于合成有机物

14CO2

14CO2→14C3→

（14CH2O）

探究生物的遗传

物质

亲代噬菌体中

的32P（DNA）、

35S（蛋白质）

子代噬菌体检测到放

射性32P,未检测到35S

DNA是遗传物质

验证DNA的复制

方式

亲代双链用

15N标记

亲代DNA→子一代

DNA的一条链含15N

DNA的复制方式为

半保留复制

生长素的极性运

输

含14C的生长

素

标记物在形态学上端,

在形态学下端可检测

到标记物,反之不行

生长素只能从植物

体的形态学上端运

输到形态学下端

研究分泌蛋白的

合成和分泌过程

用3H标记的

亮氨酸

核糖体→内质网→高

尔基体→细胞膜

各种细胞器既有明

确的分工,相互之间

又协调配合

探究DNA复制、

转录的原料

3H或15N（胸

腺嘧啶脱氧核

苷酸、尿嘧啶

核糖核苷酸）

标记的胸腺嘧啶脱氧

核苷酸主要集中在细

胞核,尿嘧啶核糖核苷

酸主要集中在细胞质

标记的胸腺嘧啶脱

氧核苷酸用于合成

DNA,尿嘧啶核糖核

苷酸用于合成RNA

1.图中a、b、c、d为细胞器,3H—亮氨酸参与图示过程合成3H—X.据图分析,下列叙述正确的是（）

A.葡萄糖在c中被彻底分解成无机物

B.a、c中均能产生水

C.c、b、d三种具膜细胞器在图中所示过程中可以通过囊泡发生联系

D.3H—X通过细胞膜需要载体和ATP

解析a、b、c、d分别是核糖体、内质网、线粒体和高尔基体.葡萄糖不能直接在线粒体中分解成无机物,A错误；a中能发生氨基酸的脱水缩合,线粒体内膜上能进行有氧呼吸的第三阶段,都能产生水,B正确；在分泌蛋白的合成、加工和运输过程中,线粒体仅提供ATP,不与其他细胞器发生结构上的联系,C错误；分泌蛋白运出细胞膜的方式是胞吐,需要ATP但不需要载体,D错误.

答案 B

2.下列哪项实验或研究成果没有运用同位素示踪技术（）

A.光合作用过程产生的氧气中的氧来自水

B.CO2中的碳经卡尔文循环转化成有机物中的碳

C.噬菌体侵染细菌的实验证明DNA是遗传物质

D.生物学家研究患者遗传家系推测红绿色盲的遗传方式

解析1941年鲁宾和卡门用氧的同位素18O分别标记H2O和CO2,证明光合作用释放的氧气来自水；20世40年代,美国科学家卡尔文利用14C标记CO2,探明了CO2转化成有机物的途径,这一途径就是卡尔文循环；噬菌体侵染细菌的实验中,分别用32P和35S标记噬菌体,跟踪进入细菌内的化学物质是蛋白质还是DNA,从而证明DNA是遗传物质；生物学家研究患者遗传家系推测红绿色盲的遗传方式,没有使用同位素示踪技术.

答案 D

3.细菌在15N培养基中繁殖数代后,使细菌DNA的含氮碱基皆含有15N,然后再移入14N培养基中培养,抽取其子代的DNA经高速离心分离,如图①～⑤为可能的结果,下列叙述错误的是（）

A.第一次分裂的子代DNA应为⑤

B.第二次分裂的子代DNA应为①

C.第三次分裂的子代DNA应为③

D.亲代的DNA应为⑤

解析亲代DNA为15N—15N,经第一次复制所形成的子代DNA应均为15N—14N,应如图②所示.

答案 A

4.进行光合作用的植物细胞在光照和高O2与低CO2情况下进行的生化过程如图所示,科学家将这一过程称为光呼吸,以区别于黑暗环境中的细胞呼吸.现以小麦细胞为研究材料,请结合所学知识,回答下列相关问题:

（1）小麦在黑暗环境中进行细胞呼吸的场所是.如果将空气中的氧标记成18O2,18O首先出现在（填物质名称）中.

（2）光呼吸与光合作用暗反应相比,两者均利用了作为原料；除图中所示物质及酶外,后者生成最终产物还需要（填物质名称）的参与. （3）为探究光呼吸的产物与场所,请利用同位素标记法设计实验,简要写出实验思路和预期实验结果.（要求:实验包含可相互印证的甲、乙两个组）

解析（1）细胞呼吸的场所是细胞质基质和线粒体.O2在线粒体中与[H]结合生成水.（2）根据图示可知,光呼吸与光合作用暗反应都利用C5作为原料,暗反应过程中生成最终产物的过程还需要光反应提供的[H]和ATP的参与.（3）图中显示在高浓度的O2环境中进行光呼吸,场所主要有线粒体和叶绿体,因此根据O2中O 的去向可探究光呼吸的场所和产物,以区别光合作用过程的暗反应.

答案（1）细胞质基质和线粒体水

（2）C5[H]和ATP

（3）实验思路:

甲组:将小麦细胞置于光照较强和C18O2浓度较高的环境中培养一段时间后检测18O出现的场所及物质.

乙组:将小麦细胞置于光照较强和18O2浓度较高的环境中培养一段时间后检测18O出现的场所及物质.

预期实验结果:甲组中的18O出现在叶绿体基质中,在糖类可检测到18O.乙组中的18O出现在线粒体和叶绿体基质中,在CO2和糖类中均可检测到18O.（答案合理即可）