熱點專題突破系列四同位素標記法的應用【三年考情分析】在近幾年的高考試題中,同位素標記法多有涉及。試題的內容多與經典生物學實驗聯系,有時也設置新情境來進行命題,考查內容涉及細胞內的元素或化合物的來源、組成、分布和去向以及細胞的結構和功能,化學物質的變化、反應機理等。對近三年高考分析如下：熱點專題突破系列四同位素標記法的應用考查點具體內容近三年考情統(tǒng)計化學元素的轉移途徑光合作用產生的O2來自水、暗反應中碳的去向、細胞呼吸過程中的物質轉移2012北京T29生理過程及發(fā)生場所分泌蛋白的分泌過程、DNA的半保留復制2012山東T5、T24化合物的作用噬菌體侵染細菌實驗2011浙江T31熱點專題突破系列四同位素標記法的應用【分類突破通關】類型一元素的轉移途徑通關典例(2014·寶雞模擬)同位素的發(fā)現為探明許多生命的奧秘起了很重要的作用。(1)用18O標記二氧化碳,使其參與光合作用,再經有氧呼吸,則18O轉移的途徑是(

)熱點專題突破系列四同位素標記法的應用(2)如果用含15N的蛋白質飼料飼養(yǎng)體內不含15N的大白鼠,較長一段時間后,從大白鼠的組織中分離出下列物質,其中含有15N的是(多選)(

)A.脂肪酸B.淀粉酶C.肌糖原D.生長激素(3)植物光合作用產生的O2來自H2O,還是來自CO2?請寫出簡單實驗思路證明你的結論。________________________________________________________________________________________________________

。熱點專題突破系列四同位素標記法的應用【解題指南】解答本題需注意以下兩點：(1)識記CO2中氧的轉移途徑：CO2→(CH2O)→CO2。(2)知道哪些化合物含有N元素,如氨基酸、蛋白質、核苷酸、核酸、ATP等。熱點專題突破系列四同位素標記法的應用【解析】(1)二氧化碳在光合作用中參與暗反應，生成有機物(CH2O)，有機物(葡萄糖)又在細胞呼吸中首先分解成丙酮酸，丙酮酸在有氧呼吸第二階段分解成CO2，所以二氧化碳中18O的轉移途徑是：C18O2→(CH218O)→C18O2。(2)淀粉酶和生長激素是蛋白質類化合物，含有N元素。(3)本小題的實驗設計可用同位素標記法。分別將用同位素18O標記的H218O和C18O2提供給兩組植物進行光合作用實驗，分析兩組植物光合作用釋放的氧氣，18O2僅在提供H218O的那組植物中產生，即可證明光合作用產生的O2來自H2O。熱點專題突破系列四同位素標記法的應用答案：(1)B(2)B、D(3)來自H2O。分別將C18O2和H218O提供給兩組植物，分析兩組植物光合作用釋放的氧氣，18O2僅在提供H218O的那組植物中產生，即可證明上述結論熱點專題突破系列四同位素標記法的應用【通關錦囊】化學元素轉移途徑的實例分析1.光合作用產物中O元素的來源：(1)若用18O標記的H218O和未標記的CO2一起做實驗,結果產生的氧氣全是18O2。(2)若用18O標記的C18O2和未標記的H2O一起做實驗,結果產生的氧氣全是16O2。(3)結論：光合作用過程中O2中的O全部來自H2O。2.暗反應過程中C元素的去向：(1)標記方法：用14C標記CO2中的C。(2)轉移途徑：隨著14CO2的固定,14C首先出現在C3中,然后C3被還原,14C進入C5和(CH2O)中。熱點專題突破系列四同位素標記法的應用3.研究細胞呼吸過程中物質的轉移途徑：(1)用18O標記氧氣(18O2)，生成的水全部有放射性，生成的二氧化碳全部無放射性，即18O2→H218O。(2)用18O標記葡萄糖(C6H1218O6)，生成的二氧化碳全部有放射性，生成的水全部無放射性，即C6H1218O6→C18O2。熱點專題突破系列四同位素標記法的應用【通關特訓】(2014·汕頭模擬)科學家利用同位素標記法搞清了許多化學反應的詳細過程。下列說法正確的是(

)A.用15N標記核苷酸搞清了分裂期染色體形態(tài)和數目的變化規(guī)律B.用18O標記H2O和CO2有力地證明了CO2是光合作用的原料C.用14C標記CO2最終探明了CO2中碳元素在光合作用中的轉移途徑D.用35S標記噬菌體的DNA并以此侵染細菌證明了DNA是遺傳物質熱點專題突破系列四同位素標記法的應用【解析】選C。用15N標記核苷酸只能搞清核苷酸(或DNA)的數量變化規(guī)律;用18O標記H2O和CO2可證明光合作用釋放的氧全部來自水;用32P標記噬菌體的DNA,用35S標記噬菌體的蛋白質,才能證明DNA是遺傳物質。熱點專題突破系列四同位素標記法的應用【加固訓練】(2014·南京模擬)光合作用是地球上最重要的化學反應。同位素標記法的引入,為探尋和建立光合作用的化學反應過程,做出了巨大的貢獻。(1)1941年,魯賓用同位素標記法追蹤光合作用中O2的來源。熱點專題突破系列四同位素標記法的應用熱點專題突破系列四同位素標記法的應用魯賓用H218O和普通的CO2進行小球藻光合作用實驗①(見圖A),結果放出的O2具有放射性。若用C18O2和普通的H2O進行光合作用實驗②(見圖B),結果產生的O2不具有放射性。綜合實驗①②,可獲得的結論是

。(2)美國科學家卡爾文用同位素標記法來追蹤CO2是如何轉變成碳水化合物的。①卡爾文給小球藻懸浮液通入14CO2,光照一定時間(從1秒到數分鐘)后殺死小球藻,同時提取產物并分析。實驗發(fā)現,僅僅30秒的時間,CO2已經轉化為許多種類的化合物。想要探究CO2轉化成的第一個產物是什么,可能的實驗思路是____________

。熱點專題突破系列四同位素標記法的應用②實驗發(fā)現,在光照下物質A和物質B的濃度很快達到飽和并保持穩(wěn)定。此時突然中斷CO2的供應,A、B物質的變化如圖C所示。以上實驗說明,固定CO2的化合物是

,CO2轉化成的第一個產物是

。熱點專題突破系列四同位素標記法的應用【解析】(1)由圖A中CO2+H218O→18O2和圖B中C18O2+H2O→O2可知,光合作用釋放的O2來源于H2O。(2)①卡爾文實驗中僅30秒的時間,CO2已經轉化為許多種類的化合物,無法判斷哪種化合物是第一個產物,因此要探究CO2轉化成的第一個產物,只有盡可能縮短光照時間,然后殺死小球藻,同時提取產物分析,當檢測到的產物只有一種時,該化合物就是第一個產物。②突然中斷CO2供應,固定CO2的化合物的消耗將減少,其含量將逐漸增多(如物質B),而CO2轉化成的第一個產物將開始減少(如物質A)。熱點專題突破系列四同位素標記法的應用答案：(1)光合作用釋放的O2來源于H2O,而不是CO2(2)①縮短光照時間,當檢測到的產物只有一種時,這個化合物就是第一個產物②B

A熱點專題突破系列四同位素標記法的應用類型二生理過程及發(fā)生場所通關典例(2012·山東高考)假設一個雙鏈均被32P標記的噬菌體DNA由5000個堿基對組成,其中腺嘌呤占全部堿基的20%。用這個噬菌體侵染只含31P的大腸桿菌,共釋放出100個子代噬菌體。下列敘述正確的是(

)A.該過程至少需要3×105個鳥嘌呤脫氧核苷酸B.噬菌體增殖需要細菌提供模板、原料和酶等C.含32P與只含31P的子代噬菌體的比例為1∶49D.該DNA發(fā)生突變,其控制的性狀即發(fā)生改變熱點專題突破系列四同位素標記法的應用【解題指南】解答本題的關鍵是：(1)題干中的關鍵信息：1個被32P標記的噬菌體;共釋放出100個子代噬菌體。(2)DNA復制n次后需要加入某種脫氧核苷酸的個數=(2n-1)×1個DNA中的某種脫氧核苷酸數。(3)1種氨基酸可以由多個密碼子編碼,所以DNA發(fā)生基因突變對應的氨基酸可能不變,控制的性狀可能不變。熱點專題突破系列四同位素標記法的應用【解析】選C。具體分析如下：A項錯誤,A=T=5000×2×20%=2000個,G=C=5000×2×30%=3000個。DNA復制n次后需要加入鳥嘌呤脫氧核苷酸的個數為(2n-1)×1個,DNA中的鳥嘌呤脫氧核苷酸數為99×3000=2.97×105。B項錯誤,噬菌體侵染細菌時,噬菌體的DNA進入作為模板,不需要細菌提供。C項正確,1個被32P標記的噬菌體經半保留復制形成的100個子代中有2個子代噬菌體含32P,98個只含31P,所以含32P的子代噬菌體與只含31P的子代噬菌體的比例為2∶98=1∶49。D項錯誤,由于一種氨基酸可以由多個密碼子編碼,所以DNA發(fā)生基因突變對應的氨基酸可能不變,控制的性狀可能不變。熱點專題突破系列四同位素標記法的應用【通關錦囊】同位素標記法示蹤生理過程及發(fā)生場所的分析1.研究分泌蛋白的合成和運輸：(1)目的：用3H標記亮氨酸,探究分泌蛋白在細胞中的合成、運輸與分泌途徑。(2)方法：在一次性給予放射性標記的氨基酸的前提下,通過觀察細胞中放射性物質在不同時間出現的位置,就可以明確地看出細胞器在分泌蛋白合成和運輸中的作用。(3)轉移途徑：通過實驗說明分泌蛋白在附著于內質網上的核糖體上合成之后,是按照內質網→高爾基體→細胞膜的方向運輸的,從而證明了細胞內的各種膜結構在功能上是緊密聯系的。熱點專題突破系列四同位素標記法的應用2.探究DNA分子半保留復制的特點：(1)DNA分子復制n次后,計算子代DNA分子數、子代DNA分子的脫氧核苷酸鏈數所占比例。①原理：DNA分子復制過程的特點是半保留復制。②過程：將全部N原子被15N標記的DNA分子(0代)轉移到含14N的培養(yǎng)基中培養(yǎng)(復制)n代后,子代DNA分子總數為2n個,脫氧核苷酸鏈總數為2n+1個。a.不同DNA分子占全部DNA分子之比不同：只含15N的DNA分子所占比例為0;含15N和14N的DNA分子所占比例為2/2n(或1/2n-1);只含14N的DNA分子所占比例為(2n-2)/2n=1-2/2n。熱點專題突破系列四同位素標記法的應用b.不同脫氧核苷酸鏈占全部脫氧核苷酸鏈之比也不同：含15N的脫氧核苷酸鏈所占比例為2/2n+1=1/2n;含14N的脫氧核苷酸鏈所占比例為(2n+1-2)/2n+1=1-1/2n。(2)研究DNA半保留復制的具體過程。①原理：通過放射性標記來“區(qū)別”親代與子代的DNA。②判斷依據：放射性物質15N的原子量和14N的原子量不同,因此由15N組成的DNA與由14N組成的DNA的相對分子質量不同。熱點專題突破系列四同位素標記法的應用③結果。a.兩條鏈都含15N的DNA,離心時為重帶。b.一條鏈含15N、一條鏈含14N的DNA,離心時為中帶。c.兩條鏈都含14N的DNA,離心時為輕帶。④意義：根據重帶、中帶、輕帶DNA出現的比例可判斷DNA復制是全保留復制還是半保留復制。熱點專題突破系列四同位素標記法的應用【通關特訓】1.科學家用3H標記的氨基酸培養(yǎng)哺乳動物的乳腺細胞,測量細胞合成并分泌乳腺蛋白過程中各種膜結構的面積變化,結果如右圖。下列選項表示a、b、c所代表的膜結構名稱以及放射性標記出現的先后順序,正確的是(

)核糖體→b內質網→c高爾基體內質網→b高爾基體→c細胞膜高爾基體→c內質網→b細胞膜內質網→c高爾基體→b細胞膜熱點專題突破系列四同位素標記法的應用【解析】選D。乳腺細胞是分泌細胞,能進行蛋白質的合成、加工和分泌過程,蛋白質在核糖體上合成后,將依次經過內質網、高爾基體、細胞膜等具膜的細胞結構,所以內質網膜面積在此過程中會減小,細胞膜面積將增大,而高爾基體膜面積將基本不變,所以a是內質網、b是細胞膜、c是高爾基體。熱點專題突破系列四同位素標記法的應用2.(2013·濱州模擬)蠶豆體細胞染色體數目2n=12,科學家用3H標記蠶豆根尖細胞的DNA,可以在染色體水平上研究真核生物的DNA復制方式。實驗的基本過程如下：Ⅰ.將蠶豆幼苗培養(yǎng)在含有3H的胸腺嘧啶脫氧核苷酸的培養(yǎng)基中,培養(yǎng)一段時間后,探測細胞分裂中期染色體的放射性情況。Ⅱ.當DNA分子雙鏈都被3H標記后,再將幼苗移到含有秋水仙素的無放射性的培養(yǎng)基中,培養(yǎng)一段時間后,探測細胞分裂中期染色體的放射性情況。熱點專題突破系列四同位素標記法的應用請回答相關問題：(1)蠶豆根尖細胞進行的分裂方式是

;秋水仙素能使部分細胞的染色體數目加倍,其作用的機理是_______________

。(2)Ⅰ中,在根尖細胞進行第一次分裂時,每條染色體上帶有放射性的染色單體有

條,每個DNA分子中,有

條鏈帶有放射性。Ⅱ中,若觀察到一個細胞中有24條染色體,且二分之一的染色單體具有放射性,則表明該細胞的DNA在無放射性的培養(yǎng)基中復制了

次,該細胞含有

個染色體組。(3)上述實驗表明,DNA分子的復制方式是

。熱點專題突破系列四同位素標記法的應用【解析】(1)蠶豆根尖細胞為體細胞,其分裂方式為有絲分裂。秋水仙素使細胞內染色體數目加倍的原理是體細胞在有絲分裂過程中,染色體完成了復制,紡錘體的形成受到抑制,以致染色體不能被拉向兩極,于是形成了染色體數目加倍的細胞。(2)Ⅰ中,第一次有絲分裂中期時,每個DNA分子中都有一條鏈被3H標記,每條染色體上有2條染色單體被3H標記。Ⅱ中,第一次分裂中期時,每個DNA分子中都有一條鏈具有放射性,故所有染色單體都具有放射性;第二次分裂中期時,二分之一的染色單體具有放射性,此時,該細胞含有4個染色體組。(3)該實驗表明DNA分子的復制方式是半保留復制。熱點專題突破系列四同位素標記法的應用答案：(1)有絲分裂抑制紡錘體的形成(2)2

1

2

4

(3)半保留復制熱點專題突破系列四同位素標記法的應用類型三化合物的作用通關典例(2011·浙江高考)為了探究某物質(X)的作用,研究者提出了以下實驗思路：(1)實驗分組。甲組：培養(yǎng)液+Y細胞+3H-TdR(3H標記的胸腺嘧啶脫氧核苷)+生理鹽水乙組：培養(yǎng)液+Y細胞+3H-TdR+X(用生理鹽水配制)每組設置若干個重復樣品。(2)分別測定兩組的CRD(細胞內的放射性強度),求每組的平均值。熱點專題突破系列四同位素標記法的應用(3)將各樣品在適宜條件下培養(yǎng)合適時間后,測定其CRD,求每組平均值并進行統(tǒng)計分析。(提示與說明,答題時用X、CRD、3H-TdR表示相關名詞;Y細胞是能增殖的高等動物體細胞)熱點專題突破系列四同位素標記法的應用請回答：(1)實驗目的：

。(2)預測實驗結果及結論：____________________________

。(3)實驗中采用3H-TdR的原因是：______________________

。熱點專題突破系列四同位素標記法的應用【解題指南】(1)理論基礎：胸腺嘧啶脫氧核苷是合成DNA分子的原料。(2)分析細胞內放射性強度不同的原因：若細胞內放射性強度較大,說明有大量的3H標記的胸腺嘧啶脫氧核苷合成了DNA,通過甲、乙兩組放射性強度的比較,確定物質X對DNA分子復制的作用是促進、抑制還是無影響。熱點專題突破系列四同位素標記法的應用【解析】本題考查實驗分析與探究能力。(1)(2)實驗目的是探究物質X對Y細胞增殖(DNA合成)的影響。影響可能有三個方面：促進作用、抑制作用和無影響。通過比較甲、乙兩組放射性的強度來判定：如果乙組CRD明顯高于甲組,說明物質X對Y細胞增殖(DNA合成)有促進作用;如果乙組CRD與甲組基本相同,說明物質X對Y細胞增殖(DNA合成)無影響;如果乙組CRD明顯低于甲組,說明物質X對Y細胞增殖(DNA合成)有抑制作用。(3)由于3H-TdR是合成DNA的原料,所以兩組的CRD(細胞內的放射性強度)表示細胞增殖程度。熱點專題突破系列四同位素標記法的應用答案：(1)探究物質X對Y細胞增殖(DNA合成)的影響(2)如果乙組CRD明顯高于甲組,說明物質X對Y細胞增殖(DNA合成)有促進作用;如果乙組CRD與甲組基本相同,說明物質X對Y細胞增殖(D