高考生物学备课素材：同位素示踪

同位素示踪同位素可用于追踪物质的运行和变化规律，借助同位素原子以研究反应历程的方法称为同位素示踪法。

高考答题模板：作为*****合成原料之一，根据其放射性变化分析该物质变化情况；作为*****合成原料之一，追踪这些物质在细胞中的转移路径及分布情况

用示踪元素标记的化合物，其化学性质不变，与相应的非放射性元素在生物体内所发生的化学变化及生物学过程完全相同，科学家通过追踪元素标记的化合物可以弄清反应历程中学生物学上经常使用的同位是组成细胞的主要元素,即C、H、O、N、P的同位素，它们又分为放射性同位素（如3H、14C、35S、32P）和稳定性同位素（如18O、15N）。

生物学研究中常用放射性同位素标记某一前体物质然后使用放射性自显影技术确定与追踪这些物质在细胞中的转移路径及分布情况,而稳定性同位素在生物学研究中经常用作标记进行于实验,一般只用于测量分子质量或密度梯度离心技术来区别不同的原子或分子,而不能用放射性自显影技术来显示追踪其位置和去向。1.1必修Ⅰ《分子与细胞》模块1.1.1第一章第一节“分子与和离子”，同位素示踪技术的概念及应用举例。还讲到示踪原子不仅用于科学研究，还用于疾病的诊断和治疗。例如，甲状腺可以选择性地吸收碘，通过碘释放的射线破坏甲状腺细胞，使甲状腺肿大得到缓解。因此，碘的放射性同位素就可以用于治疗甲状腺肿大。1.1.2第二章第三节“细胞质”，放射性同位素应用于细胞中的转移路径及分布情况。科学家在研究分泌蛋白的合成和分泌时，在豚鼠的胰脏腺泡细胞中注射3H标记的亮氨酸，3分钟后，放射性出现在粗面内质网中，17分钟后，出现在释放到细胞外的分泌中。1.1.3

第三章第五节“光合作用”，稳定性同位素应用于化学反应中的该原子的转移路径。研究光合作用所释放的O2，究竟来自CO2，还是来自H2O。科学家用18O标记的二氧化碳和水进行实验。结果发现，只有供给H218O时，光合作用所释放的才是18O。1945年以后，碳的放射性同位素14C被发现，于是卡尔文想到，如果让植物以14C标记的CO2为原料进行光合作用，然后寻找14C转变的路径，就可以解决光合作用中的重要问题了。于是他和同事们进行研究，经过努力，1954年完全阐明了光合作用中碳的转变途径，即卡尔文循环。1.2必修Ⅱ《遗传与进化》模块1.2.1第三章第一节“核酸是遗传物质的证据”，放射性同位素应用于其所标记物质转移途径。科学家用放射性同位素35S标记了一部分噬菌体的蛋白质，用放射性同位素32P标记了另一部分噬菌体的DNA。然后，用两种被标记的T2噬菌体分别去侵染细菌。当T2噬菌体在细菌内大量繁殖后，科学家对标记物质进行检测。结果在子代噬菌体中检测到32P。1.2.2第三章第三节“遗传信息的传递”，稳定性同位素探究DNA的复制过程。实验设计者认为，含的双链DNA密度较大，离心后的条带应分布于离心管的下部；含14N的双链DNA密度较小，离心后的条带应分布于离心管的上部；两条链分别含14N和的双链DNA密度应该介于双链均含15N和双链均含14N的DNA之间，离心后的条带应分布于离心管的中部。根据同位素示踪的结果，新合成的双链DNA分子中，有一条链是来自亲代的DNA，另一条链则是新合成的。因此细胞中DNA的复制被称为半保留复制。例1、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）略

（2）略

（3）实验中采用3H-TDR的原因是：答案：H-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）情况

。解析：3H-TDR是DNA合成的原料，培养液中加入3H-TDR，DNA合成时3H-TDR被利用，被利用的越多，细胞内的放射性越高，可根据CRD变化判断细胞增殖情况，所以实验中采用3H-TDR。

2、某哺乳动物体细胞在培养中能够分裂，在培养过程中将适量的3HTdR(3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷)和某促进细胞分裂的药物加入到培养液中，培养一段时间，可观察和测量到()A．G1期变短，该期有大量3HTdR进入细胞核B．S期变长，该期有DNA复制和核糖体的增生C．G2期变短，该期细胞核中有组蛋白D．M期相对较短，该期细胞的核膜始终完整答案：C解析：A选项错误：3H-TdR是合成DNA的原料，大量3H-TdR进入细胞核在S期（DNA复制期）；B选项错误：促进细胞分裂的药物将会使细胞周期缩短，因此S期变短，而且S期无核糖体的增生；C选项正确：促进细胞分裂的药物将会使细胞周期缩短，因此G2期变短；组蛋白与DNA结合后形成染色质；D选项错误：核膜在M期的前期就已经解体，到末期才会重建。

3、下面是关于植物光合作用的问题。请回答：

（1）光反应发生在叶绿体的中,H20在光反应中裂解为

。

（2）

若以14CO2作为光合作用的原料,在卡尔文循环中首先出现含的三碳化合物是

。该三碳化合物在NADPH的氢和ATP的

等物质存在的情况下，被还原为三碳糖磷酸。

（3）给某植物提供C1802和H20,释放的氧气中含有18O是由于

，H218O又作为原料参与了光合作用之故。

(4)略。

答案：（1）类囊体膜中,

O2

H+、电子

。

（2）

三碳酸

。磷酸基团

（3）

C1802的部分氧转移到H2180中

，解析：（1）光合作用的光反应场所是叶绿体的类囊体膜上，水在光反应中裂解为氧气、H+和电子。（2）卡尔文循环的第一个反应是RuBP和CO2结合形成三碳酸，然后三碳酸在NADPH和ATP提供的氢、磷酸基团和能量作用下被还原为三碳糖磷酸。（3）碳反应的过程中也有水的产生，所以CO2参与光合作用会将其中的氧原子转移到水中，而后水又作为原料参与光合作用。

4、若将处于G1期的胡萝卜愈伤组织细胞置于含3H

标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸培养液中，培养至第二次分裂中期。下列叙述正确的是（）

A.每条染色体中的两条染色单体均含3H

B.每个DNA分子的两条脱氧核苷酸链均含3H

C．每个DNA分子中均只有一条脱氧核苷酸链含3H

D．每条染色单体均只有一个DNA

分子的两条脱氧核苷酸链含3H

答案：A解析：A正确，第2次分裂中期时有一半DNA分子只有一条脱氧核苷酸链含3H，另一半DNA分子两条脱氧核苷酸链均含3H,故BCD均错。

5、为了研究海拉细胞的细胞增殖,以总细胞数和细胞分裂指数(细胞群体中分裂细胞所占的百分比)为测定指标,完善实验思路,预测实验结果并进行分析与讨论(要求:细胞培养至培养液中营养物质不足。实验思路涉及的主要用具须写出,但具体操作过程不做要求。实验条件适宜)

回答