二單元解題指導

單元命題指導同位素示蹤法在高中生物學實驗中的應用同位素示蹤法是生物學實驗中經常應用的一項重要方法，它可以研究細胞內的元素或化合物的來源、組成、分布和去向等，進而了解細胞的結構和功能、化學物質的變化、反應機理等。在近幾年的高考理綜生物考試中多以選擇題的形式考查同位素示蹤法的應用。試題常以高中生物學教材中有多處涉及到放射性同位素應用的實驗為載體進行命題。1．方法應用用來研究細胞內的元素或化合物的來源、組成、分布和去向等，進而了解細胞的結構和功能、化學物質的變化、反應機理等。一般常用的標記元素如3H、14C、15N、18O、32P、35S。3．應用歸類分析(1)標記某元素，追蹤其轉移途徑。如用18O標記H218O，光合作用只產生18O2；再用18O標記C18O2，光合作用只產生O2；證明光合作用產生的氧氣中的氧原子全部來自于H2O，而不是來自CO2。如2012北京T29等(2)標記特征元素，探究化合物的作用。如T2噬菌體侵染細菌的實驗中，用32P標記噬菌體的DNA，大腸桿菌內發(fā)現放射性物質；35S標記蛋白質，大腸桿菌內未發(fā)現放射性物質；證明了DNA是噬菌體的遺傳物質。如2011浙江T31(3)標記特征化合物，探究詳細生理過程，研究生物學原理。如用3H標記亮氨酸，探究分泌蛋白的分泌過程；用3H標記胸腺嘧啶脫氧核苷酸，研究有絲分裂過程中染色體的變化規(guī)律；用15N標記DNA，證明了DNA復制的特點是半保留復制。如2011山東T5等(2015·南京市高三模擬)光合作用是地球上最重要的化學反應。同位素標記法的引入，為探尋和建立光合作用的化學反應過程，做出了巨大的貢獻。(1)1941年，魯賓用同位素標記法追蹤光合作用中O2的來源。魯賓用H218O和普通的CO2進行小球藻光合作用實驗①(見圖A)，結果放出的O2具有放射性。若用C18O2和普通的H2O進行光合作用實驗②(見圖B)，結果產生的O2不具有放射性。綜合實驗①②，可獲得的結論是_____________。(2)美國科學家卡爾文用同位素標記法來追蹤CO2是如何轉變成碳水化合物的。①卡爾文給小球藻懸浮液通入14CO2，光照一定時間(從1秒到數分鐘)后殺死小球藻，同時提取產物并分析。實驗發(fā)現，僅僅30秒的時間，二氧化碳已經轉化為許多種類的化合物。想要探究CO2轉化成的第一個產物是什么，可能的實驗思路是_________________________________________。②實驗發(fā)現，在光照下物質A和物質B的濃度很快達到飽和并保持穩(wěn)定。此時突然中斷CO2的供應，A、B物質的變化如圖C所示。以上實驗說明，固定二氧化碳的化合物是________，二氧化碳轉化的第一個產物是________。[研析]

本題以同位素標記法為切入點，通過O、C元素的來源、去向考查光合作用的原理、應用及考生的識圖能力。具體解答過程如下：審題圖示信息1：由圖ACO2＋H218O→18O2和圖BC18O2＋H2O→O2—可知，光合作用釋放的O2來源于H2O文字信息2：由“僅僅30秒的時間，二氧化碳已經轉化為許多種類的化合物”—只有盡可能縮短光照時間，才有可能在提取的產物中檢測到有放射性的第一個光合作用產物圖示信息3：由圖C停止CO2供應時B的量升高，A的量下降—可知固定CO2的化合物為B，CO2轉化的第一個產物為A。破題思考1：熟練標出光合作用反應式中產物O2中氧元素的來源思考2：準確表述光合作用暗反應的具體過程思考3：條件驟變(如停止CO2供應)對光合產物含量變化的分析答題(1)忽略設問(2)中的關鍵信息“僅僅30秒”，造成答實驗思路時沒有從縮短光照時間的角度答題(2)設問(2)②中“中斷CO2的供應”可延伸理解為突然停止CO2供應時，與CO2發(fā)生反應的化合物的含量由于不被消耗而導致含量升高。[答案]

(1)光合作用釋放的O2來源于H2O，而不是CO2

(2)①縮短光照時間，當檢測到有放射性的化合物只有一種時，這個化合物就是第一個產物②B

A若含18O的氨基酸在甲狀腺細胞內的代謝過程中產生了H182O，那么水中的18O最可能來自于氨基酸的(

)A．—R

B．—OHC．—COOH D．—CH3[解析]

此題考查氨基酸脫水

縮合過程，兩個氨基酸的結合產生水，其中的氫來自氨基和羥基，氧只來自羧基。[答案]

C2．(2014·河北薊縣二中高三一模)科學家利用同位素標記法，弄清了許多發(fā)生在生物體內的化學反應的詳細過程，下列說法正確的是(

)A．用15N標記核苷酸弄清了分裂期染色體的數量變化B．用18O標記H2O和CO2有力的證明了CO2是光合作用的原料C．用14C標記CO2探明了CO2中碳元素在光合作用中的轉移途徑D．用35S標記噬菌體的DNA，并以此噬菌體去侵染細菌，證明了DNA是遺傳物質[解析]

用15N標記核苷酸弄清了分裂期DNA的數量變化；用18O標記H2O，探明了光合作用中產生的O2來自于H2O；美國科學家卡爾文等用小球藻做實驗：用14C標記CO2探明了CO2中碳元素在光合作用中的轉移途徑；用35S標記噬菌體的蛋白質，DNA中不含S，并以此噬菌體去侵染細菌，證明蛋白質不是遺傳物質。[答案]

C3．(2015·福州期末統(tǒng)測改編)如圖為某同學利用同位素標記法研究變形蟲細胞核功能的實驗，據此推斷不正確的是(

)A．RNA首先在細胞核中合成，然后釋放到細胞質當中B．細胞核可能通過控制RNA的合成間接控制細胞的代謝C．若核質分離較長時間后進行移植，則B組實驗細胞質中無15N的RNAD．A組培養(yǎng)液換用15N標記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸進行實驗，可得到相同的實驗結果[解析]

15N標記的尿嘧啶是合成RNA的原料，由圖可知，在細胞核中首先發(fā)現被15N標記的RNA，后再在重組細胞的細胞質中發(fā)現被15N標記的RNA，說明RNA首先在細胞核中合成，然后釋放到細胞質當中，故A正確；細胞核可以通過控制RNA的合成來控制蛋白質的合成，進而控制細胞的代謝，故B正確；若核質分離較長時間后進行移植，則被15N標記的RNA就會進入A組的細胞質中，這樣導致B組實驗細胞質中無15N的RNA，故C錯誤；

15N標記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸是合成DNA的原料，A組培養(yǎng)液換用15N標記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸進行實驗，在細胞核中首先發(fā)現被15N標記的DNA，但DNA不進入細胞質，所以在細胞質中沒有被15N標記的DNA，故D錯誤。[答案]

D4．用噬菌體去感染體內含大量3H的細菌，待細菌解體后(

)A．僅子代噬菌體的DNA含3HB．僅子代噬菌體的蛋白質外殼含3HC．子代噬菌體的蛋白質外殼和DNA中均能發(fā)現3HD．子代噬菌體的DNA和蛋白質外殼均不含3H[解析]

3H標記的是細菌的DNA和蛋白質及所有含H的化合物，而噬菌體蛋白質外殼合成的原料和DNA復制的原料均來自細菌體內。[答案]

C5．(2012·北京高考改編)研究者推測“細胞分裂素能夠引起營養(yǎng)物質向細胞分裂素所在部位運輸”。為證明此推測，用下圖所示插條去除B葉后進行實驗，實驗組應選擇的操作最少包括(

)a．用細胞分裂素溶液涂抹A1葉b．用細胞分裂素溶液涂抹A2葉c．用14C－淀粉溶液涂抹A1葉d．用14C－淀粉溶液涂抹A2葉e．用14C－氨基酸溶液涂抹A2葉f．用14C－細胞分裂素溶液涂抹A2葉g．檢測A1葉的放射性強度A．a、d、e