二單元解題指導(dǎo)

單元命題指導(dǎo)同位素示蹤法在高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用同位素示蹤法是生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常應(yīng)用的一項(xiàng)重要方法，它可以研究細(xì)胞內(nèi)的元素或化合物的來源、組成、分布和去向等，進(jìn)而了解細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能、化學(xué)物質(zhì)的變化、反應(yīng)機(jī)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(yīng)用。試題常以高中生物學(xué)教材中有多處涉及到放射性同位素應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)為載體進(jìn)行命題。1．方法應(yīng)用用來研究細(xì)胞內(nèi)的元素或化合物的來源、組成、分布和去向等，進(jìn)而了解細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能、化學(xué)物質(zhì)的變化、反應(yīng)機(jī)理等。一般常用的標(biāo)記元素如3H、14C、15N、18O、32P、35S。3．應(yīng)用歸類分析(1)標(biāo)記某元素，追蹤其轉(zhuǎn)移途徑。如用18O標(biāo)記H218O，光合作用只產(chǎn)生18O2；再用18O標(biāo)記C18O2，光合作用只產(chǎn)生O2；證明光合作用產(chǎn)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(biāo)記特征元素，探究化合物的作用。如T2噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)中，用32P標(biāo)記噬菌體的DNA，大腸桿菌內(nèi)發(fā)現(xiàn)放射性物質(zhì)；35S標(biāo)記蛋白質(zhì)，大腸桿菌內(nèi)未發(fā)現(xiàn)放射性物質(zhì)；證明了DNA是噬菌體的遺傳物質(zhì)。如2011浙江T31(3)標(biāo)記特征化合物，探究詳細(xì)生理過程，研究生物學(xué)原理。如用3H標(biāo)記亮氨酸，探究分泌蛋白的分泌過程；用3H標(biāo)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(biāo)記DNA，證明了DNA復(fù)制的特點(diǎn)是半保留復(fù)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(xué)反應(yīng)。同位素標(biāo)記法的引入，為探尋和建立光合作用的化學(xué)反應(yīng)過程，做出了巨大的貢獻(xiàn)。(1)1941年，魯賓用同位素標(biāo)記法追蹤光合作用中O2的來源。魯賓用H218O和普通的CO2進(jìn)行小球藻光合作用實(shí)驗(yàn)①(見圖A)，結(jié)果放出的O2具有放射性。若用C18O2和普通的H2O進(jìn)行光合作用實(shí)驗(yàn)②(見圖B)，結(jié)果產(chǎn)生的O2不具有放射性。綜合實(shí)驗(yàn)①②，可獲得的結(jié)論是_____________。(2)美國科學(xué)家卡爾文用同位素標(biāo)記法來追蹤C(jī)O2是如何轉(zhuǎn)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(shù)分鐘)后殺死小球藻，同時提取產(chǎn)物并分析。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，僅僅30秒的時間，二氧化碳已經(jīng)轉(zhuǎn)化為許多種類的化合物。想要探究CO2轉(zhuǎn)化成的第一個產(chǎn)物是什么，可能的實(shí)驗(yàn)思路是_________________________________________。②實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在光照下物質(zhì)A和物質(zhì)B的濃度很快達(dá)到飽和并保持穩(wěn)定。此時突然中斷CO2的供應(yīng)，A、B物質(zhì)的變化如圖C所示。以上實(shí)驗(yàn)說明，固定二氧化碳的化合物是________，二氧化碳轉(zhuǎn)化的第一個產(chǎn)物是________。[研析]

本題以同位素標(biāo)記法為切入點(diǎn)，通過O、C元素的來源、去向考查光合作用的原理、應(yīng)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(jīng)轉(zhuǎn)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(chǎn)物中檢測到有放射性的第一個光合作用產(chǎn)物圖示信息3：由圖C停止CO2供應(yīng)時B的量升高，A的量下降—可知固定CO2的化合物為B，CO2轉(zhuǎn)化的第一個產(chǎn)物為A。破題思考1：熟練標(biāo)出光合作用反應(yīng)式中產(chǎn)物O2中氧元素的來源思考2：準(zhǔn)確表述光合作用暗反應(yīng)的具體過程思考3：條件驟變(如停止CO2供應(yīng))對光合產(chǎn)物含量變化的分析答題(1)忽略設(shè)問(2)中的關(guān)鍵信息“僅僅30秒”，造成答實(shí)驗(yàn)思路時沒有從縮短光照時間的角度答題(2)設(shè)問(2)②中“中斷CO2的供應(yīng)”可延伸理解為突然停止CO2供應(yīng)時，與CO2發(fā)生反應(yīng)的化合物的含量由于不被消耗而導(dǎo)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(dāng)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(chǎn)物②B

A若含18O的氨基酸在甲狀腺細(xì)胞內(nèi)的代謝過程中產(chǎn)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(jié)合產(chǎn)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(xué)家利用同位素標(biāo)記法，弄清了許多發(fā)生在生物體內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)的詳細(xì)過程，下列說法正確的是(

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

用15N標(biāo)記核苷酸弄清了分裂期DNA的數(shù)量變化；用18O標(biāo)記H2O，探明了光合作用中產(chǎn)生的O2來自于H2O；美國科學(xué)家卡爾文等用小球藻做實(shí)驗(yàn)：用14C標(biāo)記CO2探明了CO2中碳元素在光合作用中的轉(zhuǎn)移途徑；用35S標(biāo)記噬菌體的蛋白質(zhì)，DNA中不含S，并以此噬菌體去侵染細(xì)菌，證明蛋白質(zhì)不是遺傳物質(zhì)。[答案]

C3．(2015·福州期末統(tǒng)測改編)如圖為某同學(xué)利用同位素標(biāo)記法研究變形蟲細(xì)胞核功能的實(shí)驗(yàn)，據(jù)此推斷不正確的是(

)A．RNA首先在細(xì)胞核中合成，然后釋放到細(xì)胞質(zhì)當(dāng)中B．細(xì)胞核可能通過控制RNA的合成間接控制細(xì)胞的代謝C．若核質(zhì)分離較長時間后進(jìn)行移植，則B組實(shí)驗(yàn)細(xì)胞質(zhì)中無15N的RNAD．A組培養(yǎng)液換用15N標(biāo)記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可得到相同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果[解析]

15N標(biāo)記的尿嘧啶是合成RNA的原料，由圖可知，在細(xì)胞核中首先發(fā)現(xiàn)被15N標(biāo)記的RNA，后再在重組細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中發(fā)現(xiàn)被15N標(biāo)記的RNA，說明RNA首先在細(xì)胞核中合成，然后釋放到細(xì)胞質(zhì)當(dāng)中，故A正確；細(xì)胞核可以通過控制RNA的合成來控制蛋白質(zhì)的合成，進(jìn)而控制細(xì)胞的代謝，故B正確；若核質(zhì)分離較長時間后進(jìn)行移植，則被15N標(biāo)記的RNA就會進(jìn)入A組的細(xì)胞質(zhì)中，這樣導(dǎo)致B組實(shí)驗(yàn)細(xì)胞質(zhì)中無15N的RNA，故C錯誤；

15N標(biāo)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(biāo)記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在細(xì)胞核中首先發(fā)現(xiàn)被15N標(biāo)記的DNA，但DNA不進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，所以在細(xì)胞質(zhì)中沒有被15N標(biāo)記的DNA，故D錯誤。[答案]

D4．用噬菌體去感染體內(nèi)含大量3H的細(xì)菌，待細(xì)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(zhì)外殼含3HC．子代噬菌體的蛋白質(zhì)外殼和DNA中均能發(fā)現(xiàn)3HD．子代噬菌體的DNA和蛋白質(zhì)外殼均不含3H[解析]

3H標(biāo)記的是細(xì)菌的DNA和蛋白質(zhì)及所有含H的化合物，而噬菌體蛋白質(zhì)外殼合成的原料和DNA復(fù)制的原料均來自細(xì)菌體內(nèi)。[答案]

C5．(2012·北京高考改編)研究者推測“細(xì)胞分裂素能夠引起營養(yǎng)物質(zhì)向細(xì)胞分裂素所在部位運(yùn)輸”。為證明此推測，用下圖所示插條去除B葉后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)組應(yīng)選擇的操作最少包括(

)a．用細(xì)胞分裂素溶液涂抹A1葉b．用細(xì)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(xì)胞分裂素溶液涂抹A2葉g．檢測A1葉的放射性強(qiáng)度A．a(chǎn)、d、e