专题三同位素示踪法实验大题过关.doc

专题三 同位素示踪法实验大题过关 本专题考情分析 同位素示踪法是利用放射性核素作为示踪剂对研究对象进行标记的微量分析方法，即把放射性同位素的原子添加到其他物质中去，让它们一起运动、迁移，再用放射性探测仪器进行追踪，就可知道放射性原子通过什么路径，运动到哪里了，是怎样分布的。同位素示踪法是生物学实验中经常应用的一项重要方法，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，在近年的高考试题中，同位素示踪法多有涉及。一、同位素示踪法实验大题相关知识必备1研究分泌蛋白的合成和运输 用3H标记亮氨酸，探究分泌性蛋白质在细胞中的合成、运输与分泌途径。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。例如，通过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，是按照内质网高尔基体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探究光合作用中元素的转移 利用放射性同位素18O、14C、3H作为示踪原子来研究光合作用过程中某些物质的变化过程，从而揭示光合作用的机理。例如，美国的科学家鲁宾和卡门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18O分别标记H2O和CO2，使它们分别成为H218O和C18O2，然后进行两组光合作用实验：第一组向绿色植物提供H218O和CO2，第二组向同种绿色植物提供H2O和C18O2。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18O2，第二组释放的氧全部是O2，从而证明了光合作用释放的氧全部来自水。另外，卡尔文等用14C标记的CO2，供小球藻进行光合作用，追踪检测其放射性，探明了CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径。3研究细胞呼吸过程中物质的转变途径 利用18O作为示踪原子研究细胞呼吸过程中物质的转变途径，揭示呼吸作用的机理。例如，用18O标记的氧气（18O2），生成的水全部有放射性，生成的二氧化碳全部无放射性，即18OH218O。用18O标记的葡萄糖（C6H1218O6），生成的二氧化碳全部有放射性，生成的水全部无放射性，即C6H1218O6C18O2。例如将一只实验小鼠放入含有放射性18O2气体的容器内，18O2进入细胞后，最先出现的放射性化合物是水。4证明DNA是遗传物质 在研究蛋白质和DNA在遗传中的作用时，分别放射性标记蛋白质和DNA的特征元素，用32P标记噬菌体的DNA，大肠杆菌内发现放射性物质，用35S标记噬菌体的蛋白质，大肠杆菌内未发现放射性物质；从而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。5探究DNA分子半保留复制的特点 通过放射性标记来“区别”亲代与子代的DNA，如放射性标记15N，因为放射性物质15N的原子量和14N的原子量不同，因此DNA的相对分子质量不同。如果DNA分子的两条链都是15N，则离心时为重带；如果DNA分子的一条链是15N，一条链是14N，则离心时为中带；如果DNA分子的两条链都是14N，则离心时为轻带。因此可以根据重带、中带、轻带DNA出现的比例，判断DNA复制是全保留复制还是半保留复制。6研究物质循环方面的问题 在生态系统中，组成生物体的C、H、O、N、P、S等元素，不断进行着从无机环境到生物群落，又从生物群落到无机环境的循环过程。如果用放射性同位素标记参与物质循环的这些元素，就可以追踪物质的转移途径。例如用35S标记SO2、用14C标记CO2追踪硫循环和碳循环中S和C的转移途径。7研究生长素的极性运输证明植物生长素的极性运输时，用同位素14C标记茎形态学上端的生长素（吲哚乙酸），可在茎的形态学下端探测到放射性同位素14C，而标记茎形态学下端的生长素，则在茎的形态学上端探测不到放射性同位素，说明植物生长素只能从形态学的上端运输到形态学的下端。二、考查中经常出现的关键解题规律总结1方法应用 用来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。一般常用的标记元素如3H、14C、15N、18O、32P、35S 2研究基本过程3应用归类分析 (1)标记某元素，追踪其转移途径。如用18O标记H218O，光合作用只产生18O 2；再用18O标记C18O2，光合作用只产生O2；证明光合作用产生的氧气中的氧原子全部来自于H2O，而不是来自CO2。 (2)标记特征元素，探究化合物的作用。如T2噬菌体侵染细菌的实验中，用32P标记噬菌体的DNA，大肠杆菌内发现放射性物质；35S标记蛋白质，大肠杆菌内未发现放射性物质；证明了DNA是噬菌体的遗传物质。 (3)标记特征化合物，探究详细生理过程，研究生物学原理。如用3H标记亮氨酸，探究分泌蛋白的分泌过程；用3H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；用15N标记DNA，证明了DNA复制的特点是半保留复制。 三、分析典型例题，明确考题类型1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，作出了巨大的贡献。(1)1941年，鲁宾用同位素标记法追踪光合作用中O2的来源。鲁宾用H218O和普通的CO2进行小球藻光合作用实验(见图A)，结果放出的O2具有放射性。若用C 18O2和普通的H2O进行光合作用实验(见图B)，结果产生的O2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CO2是如何转变成碳水化合物的。卡尔文给小球藻悬浮液通入14CO2，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，二氧化碳已经转化为许多种类的化合物。想要探究CO2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CO2的供应，A、B物质的变化如图C所示。以上实验说明，固定二氧化碳的化合物是 ，二氧化碳转化的第一个产物是 。 【解析】(1)由图A CO2+H2 18O18 O2和图B C18O2+H2O+O2可知，光合作用释放的O2来源于H2O。(2)卡尔文实验中仅30秒的时间内，CO2已经转化为许多种类的物质，无法判断哪种化合物是第一个产物，因此要探究CO2转化的第一个产物，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CO2供应，固定CO2的化合物的消耗将减少，其含量将逐渐增多(如物质B)，而CO2转化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O2来源于H2O，而不是CO2 (2)缩短光照时间，当检测到的化合物只有一种时，这个化合物就是第一个产物 B A 【点评】关于光合作用的元素去向问题的分析最关键的就是H2O中O元素的去向，根据光反应中H2O的光解可知，H2O中O元素的去向到了氧气中，只要把握住H2O中O元素的去向，其它的C、H等元素根据化学方程式就可以迎刃而解。 2（2012湖北百所名校联考）某研究性学习小组以细菌为实验对象，运用同位素示踪技术及密度梯度离心法对有关DNA复制的方式进行了探究(已知培养用的细菌大约每20 min分裂一次，产生子代，实验结果见相关图示)。请回答下列问题：(1)综合分析本实验的DNA离心结果，前三组实验中，第 组结果对得到的结论起到了关键作用，但需把它与第 组和第 组的结果进行比较，才能说明DNA分子的复制方式。(2)分析讨论：若实验三的离心结果为：如果DNA位于l2重和l2轻带位置，则是 复制；如果DNA位于全中带位置，则是 复制。为了进一步得出结论，该小组设计了实验四，请分析：如果DNA位于 (位置及比例，下同)带位置，则是全保留复制；如果DNA位于 带位置，则是半保留复制。若将实验三得到的DNA双链分开后再离心，其结果 (填“能”或“不能”)判断DNA的复制方式。为什么? 。 (3)实验得出结论：DNA复制方式为半保留复制。若将实验四的实验时间改为60 min，离心后密度带的数量和位置是否发生变化？ 。若实验三的结果中，子一代DNA的“中带”比以往实验结果的“中带”略宽，可能的原因是新合成的DNA单链中的N尚有少部分为 。 (4)假设某大肠杆菌含14N的DNA的相对分子质量为a，含l5N的DNA的相对分子质量为b，现将含l5N的DNA的大肠杆菌培养在含14N的培养基中，子二代DNA的相对分子质量平均为 。 【解析】前三组实验中，第三组结果对得到的结论起到了关键作用，但需把它与第一组轻带和第二组重带的结果进行比较，才能说明DNA分子的复制方式是半保留复制。（2）若实验三的离心结果为：如果DNA位于l2重带和l2轻带位置，则是全保留复制，因为全保留复制产生的子代是两条链含l4N的DNA，分布在轻带的位置，而亲代DNA的两条链含15N的，位于重带位置； 如果DNA位于全中带位置，则是半保留复制，子代DNA都是一条链含l4N一条链含15N，所以处于中带位置。同理，实验四中如果DNA位于1/4轻带和3/4重带位置，则是全保留复制；如果DNA位于1/2中带和1/2重带位置，则是半保留复制。 若将实验三得到的DNA双链分开后再离心，其结果不能判断DNA的复制方式。因为不论是全保留还是半保留，实验结果都是一样的，都会出现位于l2重和l2轻带位置。(3)若将实验四的实验时间改为60min，细菌分裂三次，因为DNA复制方式为半保留复制，离心后密度带的数量和位置没有发生变化，还是在重带和中带位置。若实验三的结果中，子一代DNA的“中带”比以往实验结果的“中带”略宽，可能的原因是新合成的DNA单链中的N尚有少部分为l5N。(4)假设某大肠杆菌含l4N的DNA的相对分子质量为a，含l5N的DNA的相对分子质量为b，将含l5N的DNA的大肠杆菌培养在含14N的培养基中，在子二代中有两个中带DNA和两个轻带DNA，相当于一个含l5N的DNA和三个含l4N的DNA，总质量为3a+b,则四个DNA的平均相对分子质量为（3a+b）/4。 【答案】（1）三 一 二 （2）全保留 半保留 1/4轻和3/4重 1/2中和1/2重 不能 不论是全保留还是半保留，实验结果都是一样 （3）没有变化 15N（4）（3a+b）/4 【点评】研究DNA分子复制的问题主要把握两点：就是DNA半保留复制的模型，新合成的DNA分子含有母链和子链。在研究时，要用到离心法，DNA分子越重，则DNA分子的位置就越靠近试管的底部。3放射性同位素自显影技术被用于研究细胞有丝分裂过程中DNA和RNA的变化。下图表示洋葱根尖细胞处于有丝分裂各阶段细胞中DNA和mRNA的含量变化。试据图回答有关问题：(1)在放射性同位素标记研究中，为区别DNA和RNA，选择标记的合成原料依次是 ,研究中应选择的测量材料是洋葱根尖的,你的依据是 。(2)在细胞分裂的a时期细胞中的mRNA主要用于指导合成 。试解释处于分裂期的细胞中mRNA含量较低的最可能原因： 。(3)图示c时期细胞核DNA、染色体与染色单体数目之比为,这种比例将维持到细胞分裂的才可能开始变化。(4)依据图示，细胞中核糖体活动旺盛的时期可能是 。(5)图中细胞核DNA减半的原因是 。 【解析】(1)DNA和RNA的区别之一为碱基的组成不完全相同，DNA和RNA特有的核苷酸分别为胸腺嘧啶脱氧核苷酸、尿嘧啶核糖核苷酸，因此需要用放射性同位素依次标记两种物质。(2)a为DNA复制前期，此时期的特点是为DNA复制做好物质准备，此时期转录形成的mRNA，主要用于合成与DNA复制有关的蛋白质。在分裂期细胞核DNA存在于高度螺旋化的染色体中，不能解旋、转录形成mRNA，因此分裂期的细胞中mRNA含量较低。(3)图示c时期为DNA复制后期，染色体复制完成，每条染色体有两条染色单体，因此细胞核DNA、染色体与染色单体数目比例为212，到分裂后期随着姐妹染色单体的分开，这种比例发生变化，三者比例为110。(4)核糖体是合成蛋白质的场所，所以细胞分裂过程中核糖体功能活跃的时期是a、c。(5)有丝分裂的末期，随着染色体平均地分配到两个子细胞中,使细胞核中DNA减少一半。 【答案】(1)胸腺嘧啶脱氧核苷酸、尿嘧啶核糖核苷酸分生区根尖中仅分生区细胞可能分裂(2)与DNA复制有关的蛋白质分裂期细胞核DNA存在于高度螺旋化的染色体中,不能解旋、转录形成mRNA(3)212后期(4)a、c(5)染色体平均分配到两个子细胞核中 【点评】在分析化合物用放射性元素标记时，应该熟悉每一种化合物的元素组成，找出各种化合物组成中特殊的元素，就可以作为标记的元素。四、赏析高考试题，把握复习方向 1.（2012北京）为研究细胞分裂素的生理作用，研究者将菜豆幼苗制成的插条插入蒸馏水中(图1)，对插条的处理方法及结果见图2。（1） 细胞分裂素是一种植物激素。它是由植物体的特定部位_，再被运输到作用部位，对生长发育起_作用的_有机物。（2）制备插条时除去根系和幼芽的主要目的是_，插条插在蒸馏水中而不是营养液中培养的原因是_。（3）从图2中可知，对插条进行的实验处理包括_。（4）在实验I中，对A叶进行实验处理，导致B叶_。该实验的对照处理是_。（5）实验III、IV的结果表明，B叶的生长与A叶的关系是：_。（6）研究者推测“细胞分裂素能够引起营养物质向细胞分裂素所在部位运输”。为证明此推测，用图1所示插条去除B叶后进行实验，实验组应选择的操作最少包括_(填选项前的符号).a用细胞分裂素溶液涂抹A1叶 b用细胞分裂素溶液涂抹A2叶c用14C淀粉溶液涂抹A1叶 d用14C淀粉溶液涂抹A2叶e用14C氨基酸溶液涂抹A2叶f用14C细胞分裂素溶液涂抹A2叶g检测A1叶的放射性强度 【解析】（1）考查植物激素的概念，识记类知识。（2）考查实验探究能力，进行对照实验必需遵循单一变量原则，保证无关变量相同而适宜，以减少无关变量对实验结果的干扰。读懂题意，依题作答，从题干可知，自变量为细胞分裂素，B叶面积相对值为因变量，其他则为无关变量，除去根系和幼芽，是因为根系和幼芽能够合成生长素等激素，因此除去可以减少根系和幼芽产生的植物激素对实验结果干扰；插条插在蒸馏水中而不是营养液中，比较两者的不同在于后者含有各种营养物质，外来的营养物质会对实验结果造成干扰。（3）考查实验探究能力，分析实验处理方法，可以用比较分析法。对比、组可知不同点在于用细胞分裂素分别处理A、B叶片，对比、组可知不同点在于不同插条上去除不同数目的A叶。（4）考查实验探究能力，分析实验结果和对照处理方法。据组的实验结果可知，实验处理结果是B叶面积相对值更小，说明B叶的生长受抑制。对照处理的方法包括空白对照，如果用溶液处理，则对照组为单纯溶剂处理，所以应该为用蒸馏水同样处理A叶。（5）考查实验探究能力，分析实验结果。对比、组的实验可知，组的A叶片数少，而实验结果不管对照组还是实验组，组的B叶面积相对值更小，说明A叶数量越少，B叶生长越慢。（6）考查实验探究能力，能够简单设计实验。据实验目的“细胞分裂素能够引起营养物质向细胞分裂素所在部位运输”，通读选项，可知g一定要选，因为只有g是检测因变量，根据g，可推出，A1叶涂细胞分裂素，A2叶涂被标记的营养物质。【答案】(1)产生调节 微量的(2)减少内源激素的干扰 外来营养物质会对实验结果造成干扰(3)用细胞分裂素分别处理A、B叶片；不同插条上去除不同数目的A叶(4)生长受抑制 用蒸馏水同样处理A叶(5)A叶数量越少，B叶生长越慢(6)a、e、g2.（2012山东）哺乳动物肝细胞内糖代谢的部分过程如图所示。（1）图中X物质为_。在有氧条件下，该物质和水彻底氧化分解成二氧化碳和H，该过程在_中进行。（2）血糖浓度升高时，葡萄糖进入肝细胞后可合成_，多余的葡萄糖还可转化成_以储存能量。（3）胰腺中_分泌的胰高血糖素，与肝细胞膜上的受体结合后调节糖代谢过程，这反映了细胞膜具有_的功能。（4）用14C标记的葡萄糖研究肝细胞内糖代谢的过程中，发现血浆中的白蛋白亦出现放射性。在白蛋白合成和分泌过程中，依次出现放射性的细胞器是_。 【解析】本题综合考查糖代谢及调节，细胞的结构与功能的基础知识。（1）在葡萄糖彻底氧化分解过程中，葡萄糖在细胞质基质中分解，产生丙酮酸和少量H并释放少量能量；在有氧条件下，丙酮酸进入线粒体，在线粒体基质中与水彻底分解成CO2，并产生大量H和释放少量的能量，这是有氧呼吸的第二阶段；H和O2在线粒体内膜上结合生成H2O并释放大量的能量，这是有氧呼吸的第三阶段。（2）进入肝细胞中的葡萄糖，可彻底氧化分解成CO2和H2O并释放能量，多余的葡萄糖可转化为肝糖原，再多余的葡萄糖可转化为脂肪而储存能量或氨基酸等物质。（3）调节血糖浓度的激素主要是胰岛B细胞分泌的胰岛素和胰岛A细胞分泌的胰高血糖素。二者都需与细胞膜上的受体识别并结合而发挥调节作用，这体现了细胞膜具有“进行细胞间的信息交流”的功能。（4）白蛋白与胰岛素、胰高血糖素、抗体等都属于细胞的分泌蛋白，其合成、加工和分泌过程依次经过的细胞器是核糖体、内质网与高尔基体，依次经过的细胞结构是核糖体、内质网、高尔基体与细胞膜，与此相关的细胞结构还有细胞核与线粒体等。 【答案】（1）丙酮酸 线粒体基质 （2）肝糖原（或肝糖元） 脂肪 （3）胰岛A细胞 细胞间信息交流（或细胞间信息传递） （4）核糖体、内质网、高尔基体3（2011浙江)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+3H-TdR(3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷)+生理盐水乙组：培养液+Y细胞3H-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CRD，求每组平均值并进行统计分析。 （要求与说明：答题时用X、CRD、3H-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3H-TDR的原因是： 。 【解析】本题考查对实验分析与探究能力。根据要求与说明：答题时用X、CRD、3H-TDR表示相关名词，Y细胞是能增殖的高等动物体细胞等，说明实验目的是探究物质X对Y细胞增殖（DNA合成）的影响。影响有三个方面：促进作用、抑制作用和无影响。通过比较甲、乙两组含放射性物质的强度来判定：如果乙组CRD明显高于甲组，说明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X对Y细胞增殖（DNA合成）有抑制作用。由于3H-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X对Y细胞增殖（DNA合成）有抑制作用（3）3H-TDR是DNA合成的原料之一，可根据CRD变化来判断细胞增殖（DNA合成） 4（2010江苏）细胞周期包括分裂间期(分为G1期、S期和G2期)和分裂期(M期)。下图标注了甲动物（体细胞染色体数为12）肠上皮细胞的细胞周期各阶段的时长及DNA含量。请回答下列问题：（1）若用含放射性同位素的胸苷（DNA复制的原料之一）短期培养甲动物肠上皮细胞后，处于S期的细胞都会被标记。洗脱含放射性同位素的胸苷，换用无放射性的新鲜培养液培养，定期检测。预计最快约 h后会检测到被标记的M期细胞。（2）从被标记的M期细胞开始出现到其所占M期细胞总数的比例达到最大值时，所经历的时间为 期的时间，处于该期的一个细胞中染色体数目的变化情况是 。（3）若向甲动物肠上皮细胞培养液中加入过量胸苷，处于S期的细胞立刻被抑制，而处于其他时期的细胞不受影响。预计加入过量胸苷约 h后，细胞都将停留在S期。（4）乙动物肠上皮细胞的细胞周期时长为24 h，M期时长为l.9 h。若要在显微镜下观察细胞有丝分裂过程中染色体形态的变化，选用 (填“甲”或“乙”)动物肠上皮细胞更合适。（5）在光学显微镜下观察，同处于分裂末期的动物肠上皮细胞与洋葱根尖细胞，形态上最主要的区别是 。 【解析】本题借助细胞周期的DNA含量变化曲线考查细胞周期及分裂期特点，同时考查学生的识图判断能力。 （1）根据题意S期细胞被标记，洗脱放射性的胸苷后，S期的细胞经G2期变化后变为M期细胞，故最短时间为G2时期，即2.2h。 （2）细胞间期细胞数目最多，因此从M期细胞开始出现，到其所占M期细胞总数比例最大值，即变为间期细胞，故经历的时间为分裂期的时间，即M期的时间。因染色体只在分裂后期加倍，故分裂期染色体数目变化为12-24-12。 （3）加入过量胸苷后，只有处于S期的细胞被抑制；刚结束S期的细胞，再次经过G2、M、G1期后再次到达S期后受到抑制，经历时间为2.2+1.8+3.4=7.4h。其他各期细胞达到S期的时间均短于该时间，故加入胸苷后7.4h后细胞都停留在S期。（4）从图可知，甲动物分裂期所占时间比例为1.8/(3.4+7.9+2.2+1.8)=1.8/15.3=11.8%；乙动物分裂期的比例是1.9/24=8%，观察染色体形态变化主要是观察分裂期的细胞，而分裂期细胞数目的增多与其所占细胞周期的时间的比例呈正相关，因此选甲动物作为观察材料。 （5）洋葱根尖细胞为高等植物细胞，与动物细胞相比，有细胞壁，因此分裂末期两者的主要区别是动物细胞的细胞质从中央向内凹陷，缢裂为两个；而植物细胞中央出现细胞板。 【答案】（1）2.2 （2）M 122412 （3）7.4 (4)甲 （5）动物肠上皮细胞膜从中部凹陷，细胞缢裂；洋葱根尖细胞在中央形成细胞板5.（2010北京）科学家以大肠杆菌为实验对象，运用同位素示踪技术及密度梯度离心方法进行了DNA复制方式的探索实验，实验内容及编辑好：我觉得这题和典例分析的第二题差别还是很大的，您在看看？结果见下表。此题与分析典型例题第一题很像。组别1组2组3组4组培养液中唯一氮源14NH4Cl15NH4Cl14NH4Cl14NH4Cl繁殖代数多代多代一代两代培养产物ABB的子代B的子代操作提取DNA并离心离心结果仅为轻带（14N/14N）仅为重带（15N/15N）仅为中带（15N/14N）1/2轻带（14N/14N）1/2中带（15N/14N） 请分析并回答： 要得到DNA中的N全部被放射性标记的大肠杆菌B，必须经过 代培养，且培养液中的 是唯一氮源。 综合分析本实验的DNA离心结果，第 组结果对得到结论起到了关键作用。但需把它与第 组和第 组的结果进行比较，才能说明DNA分子的复制方式是 复制。 分析讨论： 若子代DNA的离心结果为“轻”和“重”两条密度带，则“重带”DNA来自于 ，据此可判断DNA分子的复制方式不是 复制。 将子代DNA双链分开后再离心，其结果 （选填“能”或“不能”）判断 DNA的复制方式。 若在同等条件下将子代继续培养，子n代DNA离心的结果是：密度带的数量和位置 ，放射性强度发生变化的是 带。 若某次实验的结果中，子代DNA的“中带”比以往实验结果的“中带”略宽，可能的原因是新合成DNA单链中的N尚有少部分为 。 【解析】（1）由表可知，DNA 在15 NH4Cl为唯一氮源的培养基中培养多代，可得到大肠杆菌B。（2）若证明DNA的复制为半保留复制，则需证明后代DNA的两条链，一条链是原来的，另一条链是新合成的，第3组结果与第1组、第2组的结果对比可以证实。（3）“轻”DNA为14N/14N，“重”DNA为15N/15N，据表，“重带”DNA来自于B代。的结果是后代DNA的两条链或全是原来的，或全是新合成的，说明DNA分子的复制方式不是半保留复制。将子代DNA双链分开后再离心，无法判断后代DNA的两条链的来源，不能判断DNA的复制方式。将子代继续培养，子n代DNA的情况是有2个为15N/14N DNA，其余全为14N/14N DNA，所以子n代DNA离心的结果是，密度带的数量和位置没有变化，放射性强度发生变化的是轻带。（4）“中带”为15N/14N DNA，“中带”略宽，说明新合成DNA单链中的N还有少部分为15N。 【答案】多 15 NH4Cl 3 1 2 B 半保留 不能 没有变化 轻 15N五、冲关检测，你能行！本测试共有13道简答题。1（2012福建模拟）蚕豆体细胞染色体数目2N=12，科学家用3H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3H的胸腺嘧啶核苷的培养基上，培养一段时间后，观察细胞分裂中期染色体的放射性情况。当DNA分子双链都被3H标记后，再将根移到含有秋水仙素的非放射性培养基中，培养一段时间后，观察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，每一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，若观察到一个细胞具有24条染色体，且二分之一的染色单体具有放射性，则表明该细胞的染色体在无放射性的培养基上复制 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，纺锤体的形成受到破坏，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）由于DNA的复制为半保留复制，第一次分裂完成时，每个DNA分子中都有一条链被3H标记，每一条染色体上有2条染色单体被3H标记。当DNA分子双链都被3H标记后，再将根移到含有秋水仙素的非放射性培养基中，观察到一个细胞具有24条染色体，且二分之一的染色单体具有放射性，则表明该细胞的染色体在无放射性的培养基上复制2次，该细胞含有4个染色体组。（3）上述实验证明DNA分子的复制是半保留复制。 【答案】（1）有丝分裂 抑制纺锤体的形成 （2） 2 1 2 4 （3）半保留复制2（2012山东预测）2011年3月11日13时46分，发生在日本东北的9.0级大地震引发了海啸，海啸使日本福岛第一核电站受损引发的核泄漏引起国际社会的广泛关注。分析回答下列相关问题：（1）放射性物质在衰变时会释放离子辐射，这种辐射可以对人体内部化学环境造成严重伤害，它会打断人体组织的各种原子和分子间的化学键，人体会自动对此作出反应，尝试对这种损害进行修复。但有时候这种伤害将是非常广泛而严重的，修复几乎不可能。并且在自动修复过程中还存在发生错误的可能性。各种人群对核辐射的敏感性排序依次为：胎儿儿童青壮年老人。原因在于核辐射诱发的生物变异属于 ，这种变异发生于细胞分裂的 期，而胎儿和儿童生长迅速，细胞分裂也更加频繁，细胞在对损伤进行自动修复时也就有更大的几率出现错误，从而导致严重后果。辐射对人体健康的长期影响最严重的方面是它会引发癌症，相对于正常细胞而言，癌细胞具有 特点。正常细胞癌变后在人体内将成为 ，而成为效应T细胞的攻击对象。癌细胞容易在体内转移与其细胞膜上 等物质减少有关。放射性同位素标记法在生物学研究中发挥了重要作用，如1952年， AHershey和MChase分别用32P和35S标记的噬菌体侵染细菌，证明了_。利用15N标记的亮氨酸研究分泌蛋白的分泌过程所经历的细胞器依次为_。（2）此次核危机引发了人们的补碘潮，日美国家的人们大量购买碘化钾片，在我国则被少数不法商人利用诱导了加碘盐的抢购潮。服用碘化钾片仅可以预防放射性的I131辐射对人体的伤害，其作用机理是用碘片中的碘先饱和甲状腺，放射性的I131便无法在甲状腺中富集。但不是所有的人都适合服用碘片。如对碘过敏的人、孕妇、肾功能不全者等，且服用碘片的防护作用只有24小时。碘在人体中主要参与甲状腺激素的合成。人体甲状腺细胞以图一中曲线_所示的方式吸收碘。孕妇过量服用碘片会损伤胎儿甲状腺，人在幼年时期因甲状腺受损导致该激素分泌不足，则会患_。这体现了人体体液调节对神经调节的影响作用。现用体重等方面大体相同的三组兔子进行实验。将含有I131的注射液注射到A、B、C三组兔子的体内，然后，定时测定兔子甲状腺的放射量。实验结果如图二所示。4d后，向A组兔子注射无放射性的甲状腺激素，向B组兔子注射无放射性的促甲状腺激素，向C组兔子注射生理盐水。第二次注射后，三组兔子中甲状腺放射量下降速度最快的是_ _组。（3）目前，地球大气中二氧化碳浓度有升高的趋势，其根本原因是_，_。 【解析】（1）辐射诱变引发的变异属于基因突变，主要发生在细胞分裂的间期即DNA复制时期；癌细胞的特点是无限增殖，由于细胞膜上的糖蛋白减少，因此癌细胞容易扩散和转移；细胞癌变后成为抗原，是效应T细胞的攻击对象；噬菌体侵染细菌时将蛋白质外壳留在外面，而DNA进入到细菌内部，说明DNA是遗传物质而蛋白质则不是；分泌蛋白的合成场所核糖体，在高尔基体和内质网上加工成熟后，由细胞膜分泌出去；（2）碘以主动运输方式被转运，因此为曲线b所示方式，幼年时缺碘会患呆小症；促甲状腺激素促进甲状腺激素和合成和分泌，因此B组中放射性碘的利用最多，甲状腺放射量下降速度最快。（3）大气中的二氧化碳升高导致温室效应，形成的原因是人类对化学燃料的大量燃烧以及植被破坏造成。 【答案】（1）基因突变 间 无限增殖 抗原 糖蛋白 噬菌体的遗传物质是DNA 核糖体内质网高尔基体 （2）b 呆小症 B （3）植被的严重破坏 化学燃料的大量燃烧3含有32P或31P的磷酸，两者化学性质几乎相同，都可参与DNA分子的组成，32P比31P质量大。现将某哺乳动物的细胞放在含有31P磷酸的培养基中，连续培养数代后得到G0代细胞。然后将G0代细胞移至含有32P磷酸的培养基中培养，经过第1、2次细胞分裂后，分别得到Gl、G2代细胞。再从G0、Gl、G2代细胞中提取出DNA，经密度梯度离心后得到结果如下图。由于DNA分子质量不同，因此在离心管内的分布不同。若分别表示轻、中、重三种DNA分子的位置，请回答下列问题： G0、Gl、G2三代DNA离心后的试管分别是图中的： G0 ，Gl ，G2 。 G2代在、3条带中DNA数的比例是 。 图中、两条带中DNA分子所含的同位素磷分别是：条带_，条带_。 【解析】（1）由于表示轻链DNA分子的位置、表示中链DNA分子的位置、表示重链DNA分子的位置，DNA分子在试管中离心以后，轻链在试管的最上方，中链在试管的中部，重链在试管的底部。G0的两条单链都不含有有32P的，所以G0表示的是轻链，在试管的最上方；Gl是DNA一次分裂以后，所以Gl的两条单链DNA分子中一条含有32P，另一条含有31P，所以Gl表示的是中链，位于试管的中部；G2是G1经过复制以后得到的，这时得到的DNA分子中，其中的一半DNA的两条单链都含有32P，位于试管底部，另外一半DNA分子的两条单链和G1 相同，所以G2的一半DNA分子位于试管的中部，一半位于试管的底部。所以G0、Gl、G2三代DNA离心后的试管分别是图中的A、B、D。（2）G2代对应的试管是D，在试管D中，、3条带中DNA数的比例是011。（3）根据（1）的DNA分子的分析，中的DNA分子两条单链DNA分子都不含有有32P，的DNA分子中的两条单链DNA分子中一条含有32P，另一条含有31P。 【答案】 A；B；D 011 31P； 31P、32P 4回答下列与噬菌体侵染细菌实验有关的问题：1952年，赫尔希和蔡斯利用同位素标记完成了著名的噬菌体侵染细菌的实验，下面是实验的部分步骤：（1）写出以上实验的部分操作步骤：第一步_ _ _ _。第二步：_ 。(2)若要大量制备用35S标记的噬菌体，需先用35S的培养基培养_ _，再用噬菌体去感染 _。在赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌实验中，用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌，在理论上，上清液中不含放射性，下层沉淀物中具有很高的放射性；而实验的实际最终结果显示：在离心上层液体中，也具有一定的放射性，而下层的放射性强度比理论值略低。(1)在赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌实验中，采用的实验方法是_ _。(2)在理论上，上层液放射性应该为0，其原因是_ _ _ _。(3)由于实验数据和理论数据之间有较大的误差，由此对实验过程进行误差分析：在实验中，从噬菌体和大肠杆菌混合培养，到用离心机分离，这一段时间如果过长，会使上清液的放射性含量升高，其原因是_ _ _。在实验中，如果有一部分噬菌体没有侵染到大肠杆菌细胞内，将_（填“是”或“不是”）误差的来源，理由是_ _ _。(4)噬菌体侵染细菌的实验证明了 。 【解析】I（1）赫尔希和蔡斯利用同位素标记完成了著名的噬菌体侵染细菌的实验，根据实验结果可以看出，标记的是S元素，所以在第一步中首先用35S元素标记噬菌体，标记的方法将噬菌体放在含有35S的培养基的细菌中进行培养。第二步就是用被35S标记的噬菌体去侵染没有被35S标记的大肠杆菌。（2）制备用35S标记的噬菌体的方法很巧妙，先用35S的培养基培养大肠杆菌，然后用噬菌体去感染被35S标记的大肠杆菌，这样噬菌体的合成蛋白质外壳的原料来自于大肠杆菌，所以噬菌体的外壳也就被标记了。 （1）在赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌实验中，采用的实验方法是同位素标记法（同位素示踪法）。（2）理论上讲，噬菌体已将含32P的DNA全部注入大肠杆菌内，上清液中只含噬菌体蛋白质外壳，而蛋白质的外壳不含有放射性元素，所以不具有放射性。（3）测量放射性含量的时间要把握好，必须要噬菌体的DNA注入到大肠杆菌体内，并且大肠杆菌未裂解死亡的时候，否则噬菌体在大肠杆菌内增殖后释放出来，经离心后分布于上清液中。如果没有侵入大肠杆菌的噬菌体经离心后分布于上清液中使上清液出现放射性。(4)很多同学回答DNA是主要的遗传物质，这样的答案不对，因为本题中没有提到RNA是遗传物质，所以本题的答案只能是噬菌体侵染细菌的实验证明了DNA是遗传物质。 【答案】I(1）第一步：用35S标记噬菌体的蛋白质外壳第二步：把35S标记的噬菌体与细菌混合(2)大肠杆菌 被35S标记的大肠杆菌(1)同位素标记法（同位素示踪法）(2)理论上讲，噬菌体已将含32P的DNA全部注入大肠杆菌内，上清液中只含噬菌体蛋白质外壳(3)噬菌体在大肠杆菌内增殖后释放出来，经离心后分布于上清液中 是 没有侵入大肠杆菌的噬菌体经离心后分布于上清液中使上清液出现放射性(4) DNA是遗传物质5科学家在研究DNA分子复制方式时进行了如下的实验研究（已知培养用的细菌大约每20分钟分裂一次）。实验一：14N细菌14N培养基20分钟破碎细胞离心结果全为轻链DNA；实验二：15N细菌15N培养基20分钟破碎细胞离心结果全为重链DNA； 实验三：15N细菌14N培养基20分钟破碎细胞离心结果全为中链DNA。（1）复制过程除需要模板DNA、脱氧核苷酸外，还需要 、 等（答两点）。（2）实验结果证明DNA复制方式为 ，其中实验一和实验二起 作用。（3）若用15N标记的细菌的DNA作模板，用含14N的培养基培养，在上面的坐标图中画出连续培养细菌60分钟过程中，第二代和第四代细菌中含15N和14N的DNA的含量的柱状图。（1