专题三 同位素示踪法实验大题过关

培养液中唯一氮源 繁殖代数 培养产物 操作 离心结果 14NH4Cl 15NH4Cl 14NH4Cl 14NH4Cl 多代 A 多代 B 一代 B的子Ⅰ代 两代 B的子Ⅱ代 1/2轻带（14N/14N）1/2中带（15N/14N） 提取DNA并离心 仅为轻带（14N/14N） 仅为重带（15N/15N） 仅为中带（15N/14N） 请分析并回答： ⑴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。

⑵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。

⑶分析讨论：

① 若子Ⅰ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。

②将子Ⅰ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。

③若在同等条件下将子Ⅱ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。

④若某次实验的结果中，子Ⅰ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）①“轻”DNA为14N/14N，“重”DNA为15N/15N，据表，“重带”DNA来自于B代。①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。②将子Ⅰ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。③将子Ⅱ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】⑴多 15 NH4Cl ⑵ 3 1 2 ⑶①B 半保留 ②不能 ③ 没有变化 轻 ④15N

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：

Ⅰ．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。

Ⅱ．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：

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（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）Ⅰ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。

Ⅱ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。 ①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。 ②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。 ③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， A．Hershey和M．Chase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。 ①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。 ②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

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①____________________，②________________________________。

【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）①基因突变 间 ②无限增殖 抗原 糖蛋白 ③噬菌体的遗传物质是DNA 核糖体→内质网→高尔基体 （2）①b 呆小症 ②B （3）①植被的严重破坏 ②化学燃料的大量燃烧

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3．含有P或P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①②③分别表示轻、中、重三种DNA分子的位置，请回答下列问题：

⑴ G0、Gl、G2三代DNA离心后的试管分别是图中的： G0 ，Gl ，G2 。

⑵ G2代在①、②、③3条带中DNA数的比例是 。 ⑶ 图中①、②两条带中DNA分子所含的同位素磷分别是：条带①________，条带② ____________。 【解析】（1）由于①表示轻链DNA分子的位置、②表示中链DNA分子的位置、③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，①、②、③3条带中DNA数的比例是0﹕1﹕1。 （3）根据（1）的DNA分子的分析，①中的DNA分子两条单链DNA分子都不含有有32P，②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】⑴ A；B；D ⑵ 0﹕1﹕1 ⑶ 31P； 31P、32P 4．回答下列与噬菌体侵染细菌实验有关的问题：

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Ⅰ．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 _____。 Ⅱ．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： ①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____________ __________ ____。 ②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。 Ⅱ．（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）①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。②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。

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