热点专题突破系列(四)同位素标记法的应用教学文案.ppt

热点专题突破系列（四）,同位素标记法的应用,【三年考情分析】,在近几年的高考试题中,同位素标记法多有涉及。试题的内容多与经典生物学实验联系,有时也设置新情境来进行命题,考查内容涉及细胞内的元素或化合物的来源、组成、分布和去向以及细胞的结构和功能,化学物质的变化、反应机理等。对近三年高考分析如下：,考查点,具体内容,近三年考情统计,化学元素的转移途径,光合作用产生的O,2,来自水、暗反应中碳的去向、细胞呼吸过程中的物质转移,2012北京T29,生理过程及,发生场所,分泌蛋白的分泌过程、DNA的半保留复制,2012山东T5、T24,化合物,的作用,噬菌体侵染细菌实验,2011浙江T31,【分类突破通关】,类型一,元素的转移途径,通关典例(2014宝鸡模拟)同位素的发现为探明许多生命的奥秘起了很重要的作用。,(1)用,18,O标记二氧化碳,使其参与光合作用,再经有氧呼吸,则,18,O转移的途径是(),(2)如果用含,15,N的蛋白质饲料饲养体内不含,15,N的大白鼠,较长一段时间后,从大白鼠的组织中分离出下列物质,其中含有,15,N的是(多选)(),A.脂肪酸B.淀粉酶C.肌糖原D.生长激素,(3)植物光合作用产生的O,2,来自H,2,O,还是来自CO,2,?请写出简单实验思路证明你的结论。,_,_,。,【解题指南】,解答本题需注意以下两点：,(1)识记CO,2,中氧的转移途径：CO,2,(CH,2,O)CO,2,。,(2)知道哪些化合物含有N元素,如氨基酸、蛋白质、核苷酸、核酸、ATP等。,【解析】,(1)二氧化碳在光合作用中参与暗反应，生成有机物(CH,2,O)，有机物(葡萄糖)又在细胞呼吸中首先分解成丙酮酸，丙酮酸在有氧呼吸第二阶段分解成CO,2,，所以二氧化碳中,18,O的转移途径是：C,18,O,2,(CH,2,18,O)C,18,O,2,。,(2)淀粉酶和生长激素是蛋白质类化合物，含有N元素。,(3)本小题的实验设计可用同位素标记法。分别将用同位素,18,O标记的H,2,18,O和C,18,O,2,提供给两组植物进行光合作用实验，分析两组植物光合作用释放的氧气，,18,O,2,仅在提供H,2,18,O的那组植物中产生，即可证明光合作用产生的O,2,来自H,2,O。,答案：,(1)B (2)B、D,(3)来自H,2,O。分别将C,18,O,2,和H,2,18,O提供给两组植物，分析两组植物光合作用释放的氧气，,18,O,2,仅在提供H,2,18,O的那组植物中产生，即可证明上述结论,【通关锦囊】,化学元素转移途径的实例分析,1.光合作用产物中O元素的来源：,(1)若用,18,O标记的H,2,18,O和未标记的CO,2,一起做实验,结果产生的氧气全是,18,O,2,。,(2)若用,18,O标记的C,18,O,2,和未标记的H,2,O一起做实验,结果产生的氧气全是,16,O,2,。,(3)结论：光合作用过程中O,2,中的O全部来自H,2,O。,2.暗反应过程中C元素的去向：,(1)标记方法：用,14,C标记CO,2,中的C。,(2)转移途径：随着,14,CO,2,的固定,14,C首先出现在C,3,中,然后C,3,被还原,14,C进入C,5,和(CH,2,O)中。,3.研究细胞呼吸过程中物质的转移途径：,(1)用,18,O标记氧气(,18,O,2,)，生成的水全部有放射性，生成的二氧化碳全部无放射性，即,18,O,2,H,2,18,O。,(2)用,18,O标记葡萄糖(C,6,H,12,18,O,6,)，生成的二氧化碳全部有放射性，生成的水全部无放射性，即C,6,H,12,18,O,6,C,18,O,2,。,【通关特训】,(2014汕头模拟)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,15,N标记核苷酸搞清了分裂期染色体形态和数目的变化规律,B.用,18,O标记H,2,O和CO,2,有力地证明了CO,2,是光合作用的原料,C.用,14,C标记CO,2,最终探明了CO,2,中碳元素在光合作用中的转移途径,D.用,35,S标记噬菌体的DNA并以此侵染细菌证明了DNA是遗传物质,【解析】,选C。用,15,N标记核苷酸只能搞清核苷酸(或DNA)的数量变化规律;用,18,O标记H,2,O和CO,2,可证明光合作用释放的氧全部来自水;用,32,P标记噬菌体的DNA,用,35,S标记噬菌体的蛋白质,才能证明DNA是遗传物质。,【加固训练】,(2014南京模拟)光合作用是地球上最重要的化学反应。同位素标记法的引入,为探寻和建立光合作用的化学反应过程,做出了巨大的贡献。,(1)1941年,鲁宾用同位素标记法追踪光合作用中O,2,的来源。,鲁宾用H,2,18,O和普通的CO,2,进行小球藻光合作用实验(见图A),结果放出的O,2,具有放射性。若用C,18,O,2,和普通的H,2,O进行光合作用实验(见图B),结果产生的O,2,不具有放射性。综合实验,可获得的结论是,。,(2)美国科学家卡尔文用同位素标记法来追踪CO,2,是如何转变成碳水化合物的。,卡尔文给小球藻悬浮液通入,14,CO,2,光照一定时间(从1秒到数分钟)后杀死小球藻,同时提取产物并分析。实验发现,仅仅30秒的时间,CO,2,已经转化为许多种类的化合物。想要探究CO,2,转化成的第一个产物是什么,可能的实验思路是_,。,实验发现,在光照下物质A和物质B的浓度很快达到饱和并保持稳定。此时突然中断CO,2,的供应,A、B物质的变化如图C所示。以上实验说明,固定CO,2,的化合物是,CO,2,转化成的第一个产物是,。,【解析】,(1)由图A中CO,2,+H,2,18,O,18,O,2,和图B中C,18,O,2,+H,2,OO,2,可知,光合作用释放的O,2,来源于H,2,O。,(2)卡尔文实验中仅30秒的时间,CO,2,已经转化为许多种类的化合物,无法判断哪种化合物是第一个产物,因此要探究CO,2,转化成的第一个产物,只有尽可能缩短光照时间,然后杀死小球藻,同时提取产物分析,当检测到的产物只有一种时,该化合物就是第一个产物。突然中断CO,2,供应,固定CO,2,的化合物的消耗将减少,其含量将逐渐增多(如物质B),而CO,2,转化成的第一个产物将开始减少(如物质A)。,答案：,(1)光合作用释放的O,2,来源于H,2,O,而不是CO,2,(2)缩短光照时间,当检测到的产物只有一种时,这个化合物就是第一个产物BA,类型二,生理过程及发生场所,通关典例(2012山东高考)假设一个双链均被,32,P标记的噬菌体DNA由5 000个碱基对组成,其中腺嘌呤占全部碱基的20%。用这个噬菌体侵染只含,31,P的大肠杆菌,共释放出100个子代噬菌体。下列叙述正确的是(),A.该过程至少需要310,5,个鸟嘌呤脱氧核苷酸,B.噬菌体增殖需要细菌提供模板、原料和酶等,C.含,32,P与只含,31,P的子代噬菌体的比例为149,D.该DNA发生突变,其控制的性状即发生改变,【解题指南】,解答本题的关键是：,(1)题干中的关键信息：1个被,32,P标记的噬菌体;共释放出100个子代噬菌体。,(2)DNA复制n次后需要加入某种脱氧核苷酸的个数=(2,n,-1)1个DNA中的某种脱氧核苷酸数。,(3)1种氨基酸可以由多个密码子编码,所以DNA发生基因突变对应的氨基酸可能不变,控制的性状可能不变。,【解析】,选C。具体分析如下：A项错误,A=T=5 000220%,=2 000个,G=C=5 000230%=3 000个。DNA复制n次后需要,加入鸟嘌呤脱氧核苷酸的个数为(2,n,-1)1个,DNA中的鸟嘌呤,脱氧核苷酸数为993 000=2.9710,5,。B项错误,噬菌体侵染,细菌时,噬菌体的DNA进入作为模板,不需要细菌提供。C项正,确,1个被,32,P标记的噬菌体经半保留复制形成的100个子代中有,2个子代噬菌体含,32,P,98个只含,31,P,所以含,32,P的子代噬菌体与,只含,31,P的子代噬菌体的比例为298=149。D项错误,由于一,种氨基酸可以由多个密码子编码,所以DNA发生基因突变对应,的氨基酸可能不变,控制的性状可能不变。,【通关锦囊】,同位素标记法示踪生理过程及发生场所的分析,1.研究分泌蛋白的合成和运输：,(1)目的：用,3,H标记亮氨酸,探究分泌蛋白在细胞中的合成、运输与分泌途径。,(2)方法：在一次性给予放射性标记的氨基酸的前提下,通过观察细胞中放射性物质在不同时间出现的位置,就可以明确地看出细胞器在分泌蛋白合成和运输中的作用。,(3)转移途径：通过实验说明分泌蛋白在附着于内质网上的核糖体上合成之后,是按照内质网高尔基体细胞膜的方向运输的,从而证明了细胞内的各种膜结构在功能上是紧密联系的。,2.探究DNA分子半保留复制的特点：,(1)DNA分子复制n次后,计算子代DNA分子数、子代DNA分子的脱氧核苷酸链数所占比例。,原理：DNA分子复制过程的特点是半保留复制。,过程：将全部N原子被,15,N标记的DNA分子(0代)转移到含,14,N的培养基中培养(复制)n代后,子代DNA分子总数为2,n,个,脱氧核苷酸链总数为2,n+1,个。,a.不同DNA分子占全部DNA分子之比不同：,只含,15,N的DNA分子所占比例为0;,含,15,N和,14,N的DNA分子所占比例为2/2,n,(或1/2,n-1,);,只含,14,N的DNA分子所占比例为(2,n,-2)/2,n,=1-2/2,n,。,b.不同脱氧核苷酸链占全部脱氧核苷酸链之比也不同：,含,15,N的脱氧核苷酸链所占比例为2/2,n+1,=1/2,n,;,含,14,N的脱氧核苷酸链所占比例为(2,n+1,-2)/2,n+1,=1-1/2,n,。,(2)研究DNA半保留复制的具体过程。,原理：通过放射性标记来“区别”亲代与子代的DNA。,判断依据：放射性物质,15,N的原子量和,14,N的原子量不同,因此由,15,N组成的DNA与由,14,N组成的DNA的相对分子质量不同。,结果。,a.两条链都含,15,N的DNA,离心时为重带。,b.一条链含,15,N、一条链含,14,N的DNA,离心时为中带。,c.两条链都含,14,N的DNA,离心时为轻带。,意义：根据重带、中带、轻带DNA出现的比例可判断DNA复制是全保留复制还是半保留复制。,【通关特训】,1.科学家用,3,H标记的氨基酸培养哺乳,动物的乳腺细胞,测量细胞合成并分,泌乳腺蛋白过程中各种膜结构的面积,变化,结果如右图。下列选项表示a、,b、c所代表的膜结构名称以及放射性标记出现的先后顺序,正确的是(),A.a核糖体b内质网c高尔基体,B.a内质网b高尔基体c细胞膜,C.a高尔基体c内质网b细胞膜,D.a内质网c高尔基体b细胞膜,【解析】,选D。乳腺细胞是分泌细胞,能进行蛋白质的合成、加工和分泌过程,蛋白质在核糖体上合成后,将依次经过内质网、高尔基体、细胞膜等具膜的细胞结构,所以内质网膜面积在此过程中会减小,细胞膜面积将增大,而高尔基体膜面积将基本不变,所以a是内质网、b是细胞膜、c是高尔基体。,2.(2013滨州模拟)蚕豆体细胞染色体数目2n=12,科学家用,3,H标记蚕豆根尖细胞的DNA,可以在染色体水平上研究真核生物的DNA复制方式。实验的基本过程如下：,.将蚕豆幼苗培养在含有,3,H的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的培养基中,培养一段时间后,探测细胞分裂中期染色体的放射性情况。,.当DNA分子双链都被,3,H标记后,再将幼苗移到含有秋水仙素的无放射性的培养基中,培养一段时间后,探测细胞分裂中期染色体的放射性情况。,请回答相关问题：,(1)蚕豆根尖细胞进行的分裂方式是,;秋水仙素能使部分细胞的染色体数目加倍,其作用的机理是_,。,(2)中,在根尖细胞进行第一次分裂时,每条染色体上带有放射性的染色单体有,条,每个DNA分子中,有,条链带有放射性。中,若观察到一个细胞中有24条染色体,且二分之一的染色单体具有放射性,则表明该细胞的DNA在无放射性的培养基中复制了,次,该细胞含有,个染色体组。,(3)上述实验表明,DNA分子的复制方式是,。,【解析】,(1)蚕豆根尖细胞为体细胞,其分裂方式为有丝分裂。秋水仙素使细胞内染色体数目加倍的原理是体细胞在有丝分裂过程中,染色体完成了复制,纺锤体的形成受到抑制,以致染色体不能被拉向两极,于是形成了染色体数目加倍的细胞。,(2)中,第一次有丝分裂中期时,每个DNA分子中都有一条链被,3,H标记,每条染色体上有2条染色单体被,3,H标记。中,第一次分裂中期时,每个DNA分子中都有一条链具有放射性,故所有染色单体都具有放射性;第二次分裂中期时,二分之一的染色单体具有放射性,此时,该细胞含有4个染色体组。,(3)该实验表明DNA分子的复制方式是半保留复制。,答案：,(1)有丝分裂抑制纺锤体的形成,(2)2124(3)半保留复制,类型三,化合物的作用,通关典例(2011浙江高考)为了探究某物质(X)的作用,研究者提出了以下实验思路：,(1)实验分组。,甲组：培养液+Y细胞+,3,H-TdR(,3,H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷)+生理盐水,乙组：培养液+Y细胞+,3,H-TdR+X(用生理盐水配制),每组设置若干个重复样品。,(2)分别测定两组的CRD(细胞内的放射性强度),求每组的平均值。,(3)将各样品在适宜条件下培养合适时间后,测定其CRD,求每组平均值并进行统计分析。,(提示与说明,答题时用X、CRD、,3,H-TdR表示相关名词;Y细胞是能增殖的高等动物体细胞),请回答：,(1)实验目的：,。,(2)预测实验结果及结论：_,。,(3)实验中采用,3,H-TdR的原因是：_,。,【解题指南】,(1)理论基础：胸腺嘧啶脱氧核苷是合成DNA分子的原料。,(2)分析细胞内放射性强度不同的原因：若细胞内放射性强度较大,说明有大量的,3,H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷合成了DNA,通过甲、乙两组放射性强度的比较,确定物质X对DNA分子复制的作用是促进、抑制还是无影响。,【解析】,本题考查实验分析与探究能力。,(1)(2)实验目的是探究物质X对Y细胞增殖(DNA合成)的影响。影响可能有三个方面：促进作用、抑制作用和无影响。通过比较甲、乙两组放射性的强度来判定：如果乙组CRD明显高于甲组,说明物质X对Y细胞增殖(DNA合成)有促进作用;如果乙组CRD与甲组基本相同,说明物质X对Y细胞增殖(DNA合成)无影响;如果乙组CRD明显低于甲组,说明物质X对Y细胞增殖(DNA合成)有抑制作用。,(3)由于,3,H-TdR是合成DNA的原料,所以两组的CRD(细胞内的放射性强度)表示细胞增殖程度。,答案：,(1)探究物质X对Y细胞增殖(DNA合成)的影响,(2)如果乙组CRD明显高于甲组,说明物质X对Y细胞增殖(DNA合成)有促进作用;如果乙组CRD与甲组基本相同,说明物质X对Y细胞增殖(DNA合成)无影响;如果乙组CRD明显低于甲组,说明物质X对Y细胞增殖(DNA合成)有抑制作用,(3),3,H-TdR是合成DNA的原料之一,可根据CRD变化来判断细胞增殖(DNA合成)的情况,【通关锦囊】,运用同位素标记法研究化合物的作用,1.用,3,H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：,(1)标记方法：在处于连续分裂的细胞的分裂期加入,3,H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸。,(2)目的：根据胸腺嘧啶被利用情况,确定DNA合成期的起始点和持续时间。,(3)判断依据：根据放射性元素,3,H在DNA中出现的时间确定合成期的起点;根据放射性元素积累量的最大值的终止时间和起始时间来确定DNA分子复制的持续时间。,2.,35,S、,32,P在证明DNA是遗传物质中的作用：,(1)标记方法：在研究蛋白质和DNA在遗传中的作用时,分别用放射性元素标记蛋白质和DNA的特征元素,如用,32,P标记噬菌体的DNA,在大肠杆菌内发现放射性物质,用,35,S标记噬菌体的蛋白质,在大肠杆菌内未发现放射性物质。,(2)结论：验证噬菌体在侵染细菌的过程中,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。,【通关特训】,(2013嘉兴模拟)在证明DNA是遗传物质的T,2,噬菌体侵染大肠杆菌的实验中,正确的技术手段是(),A.用化学方法把DNA和蛋白质分开,B.用,32,P和,35,S分别标记T,2,噬菌体和大肠杆菌,C.用,32,P和,35,S同时标记T,2,噬菌体,D.用标记过的大肠杆菌培养T,2,噬菌体,【解析】,选D。T,2,噬菌体是专门寄生在细菌中的病毒,无独立的代谢能力,只由蛋白质外壳和中心的核酸组成,应利用其侵染性,分别在含放射性,32,P和,35,S的培养基中培养大肠杆菌,然后用标记过的大肠杆菌再去培养T,2,噬菌体,从而将DNA和蛋白质区分开,但是并没有用化学方法真正地将DNA和蛋白质分开;不能用,32,P和,35,S同时标记T,2,噬菌体,否则区分不开是DNA发挥作用,还是蛋白质发挥作用。,