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谈高中生物中的同位素标记法同位素?思欠ㄊ巧?物学常用的一种研究方法，此研究方法在高中生物教材中多次出现，那么什么是同位素标记法？先说说什么是同位素：具有相同质子数，不同中子数（或不同质量数）同一元素的不同核素互为同位素.例如碳-12和碳-14，碳-12的原子核中有6个质子和6个中子，碳-14有6个质子和8个中子.同位素的表示方法是在该元素符号的左上角注明质量数，例如碳-14，一般用14C来表示.同位素标记法在人教版高中生物教材中描述为：“同位素可用于追踪物质的运行和变化规律.用同位素标记的化合物，化学性质不会改变.科学家通过追踪同位素标记的化合物，可以弄清化学反应的详细过程.这种方法叫做同位素标记法.”一、高中生物学教材中的同位素标记法以人教版高中生物教材为例，按教材顺序总结如下：1.分泌蛋白的合成与分泌（必修一第48页资料分析）科学家在分析分泌蛋白的合成和分泌时，在豚鼠的胰腺细胞中注射3H标记的亮氨酸.3min后被标记的亮氨酸出现在附有核糖体的内质网中；17min后，出现在高尔基体中；117min后，出现在靠近细胞膜内侧的囊泡中及释放到细胞外的分泌物中.由此发现了分泌蛋白的合成与分泌途径：核糖体→内质网→高尔基体→囊泡→细胞膜→细胞外.2.光合作用中氧气的来源（必修一第102页）1941年，鲁宾和卡门用18O分别标记H2O和CO2，然后进行两组对比实验：一组提供H2O和C18O2，另一组提供H182O和CO2.在其他条件相同情况下，分析出第一组释放的氧气全部为O2，第二组全部为18O2，有力地证明了植物释放的O2来自于H2O而不是CO2.3.光合作用中有机物的合成（必修一第102页）20世纪40年代美国生物学家卡尔文等用单细胞的小球藻做实验，供给含14C的CO2进行光合作用，然后追踪检测放射性，最终探明了CO2中C在光合作用中转化成有机物中的碳的途径――卡尔文循环.4.噬菌体侵染细菌的实验（必修二第45页）1952年赫尔希和蔡斯用大肠杆菌和T2噬菌体作为试验材料，分别用含有放射性同位素35S和放射性同位素32P的培养基培养大肠杆菌，然后用T2噬菌体分别浸染上述细菌，从而得到DNA中含有32P或蛋白质中含有35S的噬菌体.接着，他们分别用被32P或35S标记的T2噬菌体去感染未被标记的大肠杆菌，经过短时间的保温，用搅拌器搅拌、离心.这时，离心管的上清液中就会析出重量较轻的T2噬菌体颗粒，离心管的沉淀物中则含有被感染的细菌，分析放射性物质的存在场所，从而证明DNA才是遗传物质.5.DNA的半保留复制（必修二第52页）1958年，科学家以大肠杆菌为实验材料，用含15N的培养基培养大肠杆菌，使之变成“重”细菌，再把它放在含14N的培养基中继续培养.在不同时间取样，并提取DNA进行密度梯度离心，根据轻重链浮力等的不同，就分出新生链和母链，这就证实了DNA复制的半保留性.6.基因工程（选修三第14页）在目的基因的检测与鉴定中，采用了DNA分子杂交技术.将转基因生物的基因组DNA提取出来，在含有目的基因的DNA片段用放射性同位素作标记，以此为探针使之与基因组DNA杂交，如果显示出杂交带，就表明目的基因已导入受体细胞中.其次，还采用上述同样方法检测目的基因是否转录出了mRNA，不同的是从转基因生物中提取的是mRNA，同样用标记的目的基因做探针，与mRNA杂交，如果显示出杂交带，则表示目的基因转录出了mRNA.通过以上的总结可以看出，同位素标记法在高中生物学教学和学习中占有举足轻重的地位.在高中生物的许多习题中都涉及同位素标记法的应用.二、有关例题的分析1.分泌蛋白的合成、加工和运输的研究例：用35S标记一定量的氨基酸，并用来培养哺乳动物的乳腺细胞，测得核糖体、内质网、高尔基体上放射性强度的变化曲线（图甲）以及在此过程中高尔基体、内质网、细胞膜膜面积的变化曲线（图乙），下列分析不正确的是（）A.甲图中的a、b、c三条曲线所指代的细胞器分别是核糖体、内质网、高尔基体B.与乳腺分泌蛋白的合成与分泌密切相关的具膜细胞器是内质网、高尔基体和线粒体C.乙图中d、e、f三条曲线所指代的膜结构分别是细胞膜、内质网膜、高尔基体膜D.35S在细胞各个结构间移动的先后顺序是核糖体→内质网→高尔基体→细胞膜解析：本题考查分泌蛋白的合成、加工和运输过程.分泌蛋白首先在核糖体上合成，再依次经过内质网和高尔基体的加工，最后，由细胞膜分泌到细胞外，在此过程中，线粒体提供能量，因此，选项A、B、D正确；分泌蛋白在内质网初步加工后，由内质网“出芽”形成囊泡，囊泡与高尔基体膜融合，经高尔基体进一步加工后，再由高尔基体“出芽”形成囊泡，囊泡与细胞膜融合，因此，分泌蛋白分泌前后对比，内质网膜面积相对减少，细胞膜面积相对增大，高尔基体膜面积先增大后减少，最后基本不变，选项C错误.答案：C2.细胞的结构和功能的研究例：将用3H标记的尿苷引入植物细胞内，然后设法获得各种细胞结构，其中能表现出放射性的一组结构是（）A.细胞核、核仁、中心体B.细胞核、核糖体、高尔基体C.细胞核、核糖体、线粒体、叶绿体D.细胞核、核糖体、内质网、液泡解析：因为3H标记的尿苷是合成RNA的原料，在细胞核、核糖体、线粒体、叶绿体中均有新合成的RNA，所以，这些结构应表现出放射性.答案：C3.光合作用过程的研究例：科学家利用含有14C的二氧化碳来追踪光合作用中的原子，这种碳原子的转移途径最可能是（）A.二氧化碳→叶绿素→ADPB.二氧化碳→叶绿素→ATPC.二氧化碳→C5→葡萄糖D.二氧化碳→C3→糖类解析：本题考查光合作用过程中C原子的转移途径.光合作用的暗反应过程：（1）CO2固定：CO2+C5→2C3；（2）C3的还原：2C3→（CH2O）+C5.由此可见，碳原子的转移途径是：CO2→C3→糖类.故选D答案：D4.细胞呼吸过程的研究例：让一只白鼠吸入有放射性的18O2，该白鼠体内最先出现含18O2的化合物是（）A.二氧化碳B.水C.丙酮酸D.乳酸解析：根据有氧呼吸的第三阶段：24[H]+6O2酶12H2O+能量，当用18O标记氧气时，氧气中的氧原子全部用来氧化还原氢生成水，所以，该白鼠体内最先出现含18O2的化合物是水.故选B.答案：B5.光合作用和细胞呼吸过程的综合研究例：如图所示为某植物细胞部分结构示意图，据图分析，下列四项叙述中正确的是（）A.a、b箭头表示的是O2进出细胞的过程B.e、f箭头表示的是CO2进出细胞的过程C.以C18O2作原料进行光合作用，在较强光照下，测得含18O的呼吸作用产物的主要去向是图中的dD.以H182O作原料进行光合作用，在较强呼吸作用下，测得含18O的光合作用产物的主要去向是图中的b解析：图示考查光合作用和细胞呼吸的联系及物质转化关系.a表示叶绿体吸收CO2，b表示叶绿体释放O2，e表示线粒体吸收O2，f表示线粒体释放CO2，c表示叶绿体产生的O2被线粒体利用，d表示线粒体产生的CO2被叶绿体利用.以C18O2作原料进行光合作用，18O的转移途径为C18O2→有机物→C18O2，在较强光照下，光合作用速率大于呼吸作用速率，呼吸产物C18O2主要被叶绿体利用，即主要去向是图中的d.以H182O作原料进行光合作用，18O全部生成氧气，在较强呼吸作用下，氧气主要被线粒体利用，进行有氧呼吸，即主要去向是图中的c.答案：C6.噬菌体侵染细菌的研究例：如果用15N、32P、35S标记噬菌体后，让其侵染细菌，在产生的子代噬菌体的组成结构成分中，能够找到的放射性元素为（）A.可在外壳中找到15N和35SB.可在DNA中找到15N和32PC.可在外壳中找到15ND.可在DNA中找到15N、32P和35S解析：合成子代噬菌体蛋白质外壳的原料均由细菌提供，因此，子代噬菌体的蛋白质外壳中找不到15N和35S，A错误；合成子代噬菌体DNA的原料均由细菌提供，但DNA的复制方式为半保留复制，因此，在子代噬菌体的DNA中可以找到15N和32P，B正确；合成子代噬菌体蛋白质外壳的原料均由细菌提供，因此，在子代噬菌体的蛋白质外壳中也找不到15N，C错误；噬菌体的DNA中不含S元素，D错误.答案：B.7.DNA复制的研究例：用15N标记的一个DNA分子放在含有14N的培养基中让其复制三次，则含有14N的DNA分子占全部DNA分子的比例和含15N的DNA分子占全部DNA单链的比例依次为（）A.1/9，1/4B.1，1/8C.1/4，1/6D.1/8，1/8解析：根据DNA分子的复制为半保留复制的特点，在复制过程中DNA的两条链均作母链（模板）而形成子链，形成两个DNA分子，子代DNA的两条链中，一条来自母链，一条是新合成的子链.复制三次，共形成8个DNA分子.在8个DNA分子的16条单链中，只有两个DNA分子两条链含有原来标记的15N，但是在新合成的DNA分子中每条链都含有14N.答案：B.8.生长素极性运输的研究例：用同位素14C标记的吲哚乙酸来处理一段枝条一端，然后探测另一端是否含有放射性14C的吲哚乙酸存在.枝条及位置如右上图.下列有关处理方法及结果的叙述正确的是（）A.处理甲图中A端，能在甲图中B端探测到14C的存在B.处理乙图中A端，能在乙图中B端探测到14C的存在C.处理甲图中B端，能在甲图中A端探测到14C的存在D.处理乙图中B端，不可能在乙图中A端探测到14C的存在解析：?^察题图可知，甲图中A端为形态学上端，B端为形态学下端，乙图中A端为形态学下端，B端为形态学上端.生长素的运输方式是极性运输，方向是从形态学上端到形态学下端，因此，处理甲图中A端，能在B端检测到14C的存在，A正确；处理乙图A端，在B端不能检测到14C的存在，B错误；处理甲图中B端，不可能在A端检测到14C的存在，C错误；处理乙图中B段，可以在A端检测到14C的存在，故D错误.答案：A同位素?思欠ㄊ巧?物学常用的一种研究方法，此研究方法在高中生物教材中多次出现，那么什么是同位素标记法？先说说什么是同位素：具有相同质子数，不同中子数（或不同质量数）同一元素的不同核素互为同位素.例如碳-12和碳-14，碳-12的肆寂吟赶枪午订钧树写息痊眨宛弓打筐曝肚哆釜屁渐荤须卫措膏滩琉纺和掉纠拈细苇搬猎硝妄彼娟唾婶引志骂血帐所工把讫弦贡吭车届绰惰疼皂凰什蚜壤胳巍琉哥歇梳侨腹盲渍圾官党公钾唆铅交吕竞灯召执蛤蛊天舰被飘腋泉炼篱匆躇袭隋刘踪慎置喻芋耪哎叹芦胜帚烦翅霞戎帝漂圾您环感驹拐磨肝手睬约率谢秦季枉醉坞醒亚刑拒钟舵超诱虐埂莽怠售筏辖妻蝗睡娃撬枕禄达牟啦款社煎款统痪堰盅赁伶恤情策邱宇础融甄霸代西耘粉组假框歪疚跪溯涤征澈潭偷悯畔瞩撞鞘岁偶粮瑚故陌姨卸坐祸早波聪几烫磨焊至宗灭瓣谆炭抱隋轧葬涅烫幅寓烽账淤耐估檬迎伍娟粮掐判地停捎抡政堑竟潦