高考生物大一轮复习 专题 同位素示踪法课件 新人教版.ppt

专题同位素示踪法 专题解读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h182o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18o h218o 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c6h1218o6 c18o2 例如将一只实验小鼠放入含有放射性18o2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 分别用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18o2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 典型例题 例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c18o2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 h218o 18o2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 ba 例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20min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 实验三的离心结果 如果dna位于1 2重和1 2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60min 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15n的dna的相对分子质量为b 现将含15n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 1 前三组实验中 第三组结果对得到结论起到了关键作用 但需要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 实验三的离心结果 如果dna位于1 2重带和1 2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是含14n的dna 分布在轻带的位置 而亲代dna的两条链是含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14n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 因为不论是全保留复制还是半保留复制 实验结果都是一样的 都会出现位于1 2重和1 2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中的 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15n 4 假设某大肠杆菌含14n的dna的相对分子质量为a 含15n的dna的相对分子质量为b 将含15n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15n的dna和三个含14n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 不能不论是全保留复制还是半保留复制 实验结果都是一样 3 没有变化15n 4 3a b 4 精要点拨研究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 例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 才发生变化 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2 1 2 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1 1 0 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并转录形成mrna 3 2 1 2后期 4 a c 5 染色体平均分配到两个子细胞核中 巩固练习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 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 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 填选项字母 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 进行对照实验必须遵循单一变量原则 保证无关变量相同且适宜 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的干扰 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 g 2 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 可以表示细胞增殖程度 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 情况 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24h m期时长为1 9h 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 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