同位素标记法
-
2023年3月16日发(作者：再别康桥课件)高三生物同位素标记法专题复习
同位素示踪法是利用放射性元素作为示踪剂对研究对象进行标记的微量分析方法，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。用于示踪技术的放射性同位素一般是用于构成细胞化合物的重要元
素。如3H、14C、15N、18O、32P、35S等。
1．放射性同位素示踪法是生物学研究过程中常采用的技术手段。下面是几个放射性同位素
示踪实验，对其结果的叙述不正确
．．．
的是()
A．给玉米提供14CO
2
，则14C的转移途径大致是14CO
2
→14C
4
→14C
3
→（14CH
2
O）
B．用含有3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的营养液培养液培养洋葱的根尖，可以在细胞核
和线粒体处检测到较强的放射性，而在核糖体处则检测不到
C．要得到含32P的噬菌体，必须先用含32P的培养基培养细菌
D．小白鼠吸入18O
2
后呼出的二氧化碳不会含有18O，但尿液中会含有少量的H
2
18O
2．下面是几个放射性同位素示踪实验，对其结果的叙述不合理的是（）
A．给玉米提供14CO
2
，14C在玉米光合作用中的转移途径大致是：14CO
2
→14C
4
→14C
3
→14C
6
H
12
O
6
B．在含葡萄糖（C
6
H
12
O
6
）和乳糖（14C
12
H
22
O
11
）的培养液中培养大肠杆菌，需一段时
间后才会出现含14C的细菌细胞
C．给水稻叶片提供C18O
2
，水稻根细胞中可产生含18O的酒精
D．小白鼠吸入18O
2
后呼出的二氧化碳一定不含18O，而尿液中有H
2
18O
3．用32P标记玉米体细胞所有染色体上DNA分子的两条链，再将这些细胞转入不含32P的培
养基中进行组织培养。这些细胞在第一次细胞分裂的前、中、后期，一个细胞中被32P标记
的染色体条数和染色体上被32P标记的DNA分子数分别是（）
口表示32P标记的染色体曰表示32P标记的DNA
4.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14C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
B．用18O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15N标记核苷酸搞清了分裂期染色体形态和数目的变化规律
D．用35S标记噬菌体的DNA并以此侵染细菌证明了DNA是遗传物质
前中后前中后
相
对
含
量
2
1
前中后前中后
相
对
含
量
2
1
前中后前中后
相
对
含
量
2
1
前中后前中后
相
对
含
量
2
1
ABCD
a
bc
加BrdU
5．在某细胞培养液中加入32P标记的磷酸分子，短时间内分离出细胞的ATP，发现其含量
变化不大，但部分ATP的末端○
P
已带上放射性标记，该现象不能说明（）
A．ATP中远离A的磷酸容易脱离B．部分32P标志的ATP是重新合成的
C．ATP是细胞内的直接能源物质D．该过程中ATP既有合成又有分解
6．在一个密闭容器里，用含有同位素13C的脱氧核苷酸合成一个双链DNA分子，然后加入
普通的含12C的脱氧核苷酸，经n次复制以后，所得的DNA分子中，分别含12C和13C
的脱氧核苷酸链数之比为（）
A．2n:1B．(2n－2):nC．(2n－2):2D．(2n－1):1
7．如果将含有1对同源染色体的精原细胞的ＤＮＡ分子用15Ｎ标记，并提供14Ｎ的原料，则该
精原细胞产生的四个精子中没有放射性同位素15N的有（）
A．0个B．1个C．2个D．4个
8．科学家用15N的硝酸盐作为标记物浸泡蚕豆幼苗,追踪蚕豆根尖细胞分裂情况,得到蚕豆
根尖分生区细胞连续分裂的有关数据，如下图。下列叙述正确的是（）
A．蚕豆根尖细胞分裂的一个细胞周期为19．3h
B．非等位基因的自由组合可发生在19．3～21．3h
C．0～2h期间，DNA分子始终处于解旋状态
D．高尔基体、线粒体、叶绿体在细胞分裂过程中活动旺盛
9．用32P标记了玉米体细胞（含20条染色体）的DNA分子双链，再将这些细胞转人不含
的培养基中培养，在第二次细胞分裂的中期、后期，一个细胞中的染色体总条数和被标记的
染色体条数分别是（）
A．中期20和20、后期40和20B．中期20和10、后期40和20
C．中期20和20、后期40和10D．中期20和10、后期40和10
10．BrdU能替代T与A配对，而渗入新合成的DNA链中。当用姬姆萨染料染色时，不含
BrdU的链为深蓝色，含BrdU的链为浅蓝色。现将植物根尖分生组织放在含有BrdU的培养
液中进行培养，下图a～c依次表示加入BrdU后连续3次细胞分裂中期，来自1条染色体
的各染色体的显色情况（阴影表示深蓝色,非阴影为浅蓝色）。有关说法正确的是（）
A．1个DNA复制3次所产生的DNA分别位于2条染色体上
B．b图每条染色体均有1个DNA的2条脱氧核苷酸链都含BrdU
C．1个染色体形成2条染色单体时，DNA还没有复制
D．c图中有2条染色单体的所有脱氧核苷酸链都不含BrdU
38.6
分裂
分裂
分裂
0219.3
21.3
40.6
h
11．为了研究酵母菌胞内蛋白质的合成，研究人员在其培养基中添加3H标记的亮氨酸后，
观察相应变化。可能出现的结果有（）
A．细胞核内不出现3H标记B．内质网是首先观察到3H标记的细胞器
C．培养30分钟后，细胞膜上一定能观察到3H标记
D．若能在高尔基体上观察到3H标记，表示可能有分泌蛋白合成
12．光合强度又叫光合速率，它是指单位时间、单位叶面积的CO2吸收量或O2释放量。通常
用CO2毫克·分米-2·小时-1表示。可用来表示某种植物一定
叶面积在测定时间内吸收的CO2量，由此推算出单位叶面积
在单位时间内的CO2吸收量。图示水稻不同叶位的叶片的光
合强度，叶位是指从下往上数的叶片位置（如04表示第四
叶，05表示第五叶）。分析回答：
（1）一般情况下用红外CO2分析仪测定叶片进行光合作用前
后气流中的CO2浓度的变化，所代表的光合强度反映的是叶片的光合强度。
（2）由图中可知第九位叶片光合强度很低，这是由于此处叶片处于，叶片面
积较，而比较旺盛。
（3）如果给这些植物提供14CO2，一段时间后，可以测出第叶位的放射性最
强。
（4）第一到第四叶位的光合强度较低的原因可能是。
13．在生命科学研究中，“放射性同位素示踪”是经常使用的研究手段。某生物科研所做了
如下几个科学实验，请仔细阅读分析并回答有关问题。
(1)将大肠杆菌的DNA分子用3H标记后，放在普通培养基上繁殖8代，那么在子代中含1H
的DNA分子的比例是______________。若其细胞中DNA分子在复制过程中出现差错，那
么该细胞的结构功能____________(填“一定”或“不一定”)发生改变，其可能的原因是
_____________________________________________________________________。
(2)科研人员合成了一段含15N的特定DNA片段。用它作为探针，利用_____________原理，
可检测待测标本中的遗传信息。
(3)科学家用14C的CO
2
来追踪光合作用的碳原子，这种碳原子的转移途径是
_______________。
(4)赫尔希和蔡斯如何培养32P噬菌体的_________________________________。
14．某研究性学习小组为测定田间棉花的光合作用强度，设计如下实验方案：
实验原理：①光合作用强度是指单位时间内单位面积叶片合成的有机物的量。②5%的
三氯乙酸能杀死筛管细胞（筛管是运输有机物的结构）。
实验材料：号牌、5%的三氯乙酸、分析天平、称量皿、记录表、纱布、刀片等。
实验步骤：
第一步：晴天在田间选定有代表性的棉花叶20片，按编号1—20挂号牌。
第二步：将选定叶片的叶柄用5%的三氯乙酸点涂一圈，杀死叶柄筛管细胞。
第三步：按编号顺序分别剪下叶片对称的一半，依次夹人湿润的纱布中，贮于暗处，记
作甲组；4小时后，再按编号顺序以同样的速度剪下另外半片叶，也依次夹于湿润的纱
布中，记作乙组。
第四步：返回实验室后，在同号叶片的对应位置各取1cm2的两个叶块，将两组叶块分
别置于两个称量皿中；将两个称量皿中的叶片分别进行烘干处理，在分析天平上称重，
记录数据，计算结果。
请分析并回答：
（1）将叶柄筛管细胞杀死的目的是。
（2）实验材料不是一片叶片而是20片叶片，目的是。
（3）测定棉花的光合作用强度，除了本实验所用称量干物质的质量外，理论上还可以采
用测定。
（4）第三步中的甲组叶片内C
5
的含量变化情况是。
（5）请用同位素（14C）标记法设计实验，验证植物叶片合成有机物的运输途径，并写
出实验结果。
实验步骤：
①将植物茎（基部无叶部分）的韧皮部和木质部剥离，中间用不透水的蜡纸隔离；
②；
③。
实验结果：。
15．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时单个细胞中DNA和信使RNA的含量变化。
请据图回答：
(1)在放射性同位素标记研究中，为区别DNA和
RNA，最好选择标记的合成原料分别是
________、________，研究中应选择洋葱根
尖的________部分。
(2)c时期细胞核DNA、染色体与染色单
体的比例为________，这种比例将维持到细
胞分裂的________期才开始变化。
(3)由d到e过程中细胞核DNA减少一半的原因是________。
(4)a时期中的mRNA主要用于指导与垒有关的蛋白质的合成。d、e时期细胞中mRNA含
量较低的最可能原因是________。
16、有关高尔基体的功能，科学家们做了大量的实验：
(1)Palade与他的同事Caro、Jamieson用哺乳动物的胰腺细胞做同位素标记实验。给动物
注射氚(3H)标记的亮氨酸，发现标记的亮氨酸首先出现在粗面型内质网上；标记17分钟后，
发现有标记氨基酸的蛋白质出现在高尔基体及其附近的分泌小泡中。
(2)给大鼠喂食富含脂肪的食物，然后在2～3小时内予以杀死。在肝细胞内发现了400埃
左右的脂蛋白颗粒，这些颗粒首先出现在滑面型内质网中，然后进入高尔基体的囊内，并积
累于囊的边缘膨大处，最后从高尔基体囊脱离，形成分泌小泡。
(3)有人用14C标记的葡萄糖培养植物一小段时间后，从组织细胞中分离高尔基体，发现其
中有新合成的非纤维素多糖。
(4)大鼠结肠的一种细胞向肠道分泌一种粘液糖蛋白。给大鼠注射3H—葡萄糖后，15分钟
内就可以看到放射性物质集中到高尔基体中，20分钟后放射性物质开始出现在粘液糖蛋白
中，而4小时后带有放射性标记的粘液糖蛋白被排出到肠腔中。
(5)Whalcy等研究玉米根端细胞有丝分裂时，认为由高尔基体分出小泡，这些小泡在赤道
板区融合而参加细胞壁的形成。
上述实验证明了高尔基体具有哪些功能?
实验(1)表明高尔基体与的运输有关；
实验(2)说明脂类的运输需要的参与；
实验(3)则证明植物的高尔基体能够；
实验(4)说明运输到高尔基体中的蛋白质和在那里的合成的
结合在一起，形成粘液糖蛋白。；
实验(5)则证明植物细胞中高尔基体与的形成有关。
17、用高速离心机打碎小球藻细胞，获得可以进行光合作用的离体叶绿体，进行如下图所示
的实验。请分析回答下列问题：
（1)实验A中离体叶绿体能合成糖类，碳酸氢钠所起的作用是______________________。若
要使该实验中没有糖类产生，烧杯中液体应改为_________________________________。
(2)若要使实验B中离体叶绿体内糖类合成速度明显加快，在光照和C02条件不变且适宜的
情况下，可考虑采用___________的方法。
(3)若要使实验C中离体叶绿体产生糖类，锥形瓶内至少应加入___________和___________。
(4)科学家鲁宾和卡门利用小球藻作实验材料，用180分别标记H20和C02，最终证明光合作
用释放的02来自于H20；科学家卡尔文用14C标记C02供小球藻进行光合作用，探明了卡尔文
循环途径。以上科学家在实验中共同使用了_________________________________技术。
(5)在实验A中，如果所用的水有0.48％含180,C02中有0.68％含18O，释放的氧气中含18O
的氧原子比例为______________________。
18、右图是植物体根尖的有关生命现象示意图。请回答下列问题：
（1）图中表示分裂间期的序号是，该时期细胞进行的主要生理活动是
。
（2）生长素能促进细胞的伸长生长。根尖生长素应由
区的细胞产生，主要作用于区。利用根尖产生的植物激素，如
或其类似物处理材料，有利于观察有丝分裂分裂期图像。
（3）图中③过程除表示了生长现象外还表示了细胞的现象，后一现象出
现的根本原因是。
（4）做用含32P标记的矿质营养液培养植物幼苗的实验时，含32P标记的离子进入根细胞的
方式应为，吸收的32P在植物体内主要用于形成细胞的
（结构）。为使实验结果更科学，实验中必须控制无关变量，除了保证含32p离子的充分供
给，还应保证根尖的（生理作用）。