专题12 同位素标记法在实验中的应用（含答案）

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专题12 同位素标记法在实验中的应用
【典例精讲】
典例1：如果用3H、15N、32P、35S标记噬菌体后，让其侵染未被标记的细菌，在产生的子代噬菌体的组成成分中，能够找到的放射性元素为（　　）
A.可在外壳中找到3H、15N和35S
B.可在DNA中找到3H、15N和32P
C.可在外壳中找到15N、35S
D.可在DNA中找到15N、32P、35S
典例2：生命科学研究常利用同位素标记特定的化合物,追踪或显示物质运行和变化过程。下列各项所选择使用的同位素及相关结论不正确的是（ ）
组别 同位素 应用
A 35S 标记噬菌体，证明DNA是遗传物质
B 15N 标记DNA分子，证明DNA分子半保留复制方式
C 14C 标记CO2，得知碳原子在光合作用中的转移途径
D 18O 标记H2O，证明光合作用所释放的氧气全部来自于H2O
【方法点拨】
1.噬菌体亲子代个体与细菌之间的同位素标记关系
DNA 蛋白质 DNA和蛋白质
亲代噬菌体 32P 35S 14C、3H、18O、15N
培养细菌 31P 32S 12C、2H、16O、14N
子代噬菌体 32P、31P 32S C、H、O、N两种都有
（1）该实验不能标记C、H、O、N这些DNA和蛋白质共有的元素，否则无法将DNA和蛋白质分开。
（2）35S和32P不能同时标记在同一噬菌体上。
2.高中生物常用同位素示踪法案例
放射性元素 标记物质 研究内容 结论
14C CO2 暗反应中碳的转移途径 CO2→C3→有机物
3H 亮氨酸 分泌蛋白的合成、分泌过程 核糖体→内质网→高尔基体→细胞膜
18O H2O和CO2 光合作用中O2的来源 产生的O2来自于H2O，而不是CO2
15N DNA DNA的复制 DNA半保留复制
32P DNA 生物的遗传物质 DNA是生物的遗传物质
35S 蛋白质
【题型训练】
1. 有关“T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验”，下列说法正确的是（　　）
A.用含32P的培养基直接培养T2噬菌体，可以标记其DNA
B.用含32P标记的T2噬菌体进行实验，离心所得上清液放射性很高
C.用含32P标记的T2噬菌体进行实验，所得子代噬菌体均有放射性
D.用含32P标记的T2噬菌体进行实验，证明了DNA是噬菌体的遗传物质
2. 某团队从下表①～④实验组中选择两组，模拟T2噬菌体侵染大肠杆菌实验，验证DNA是遗传物质。结果显示：第一组实验检测到放射性物质主要分布在沉淀物中，第二组实验检测到放射性物质主要分布在上清液中。该团队选择的第一、二组实验分别是（　）
组别
T2噬菌体 大肠杆菌
① 未标记 15N标记
② 32P标记 35S标记
③ 3H标记 未标记
④ 35S标记 未标记
A.①和④ B.②和③ C.②和④ D.④和③
3. 关于同位素标记法的叙述，错误的是（　　）
A.给小白鼠提供18O2，一段时间后，在其尿液中能检测到18O
B.给植物浇灌H218O，一段时间后在周围空气中的O2、CO2、水蒸气中都能检测到18O
C.核DNA分子的两条链都用15N标记的一个精原细胞，放入含14N的培养液中完成一次减数分裂形成的四个精细胞都含有15N
D.分别用含有35S和32P的两种培养基培养细菌，再用上述细菌分别培养病毒，检测子代病毒的放射性可区分是DNA病毒还是RNA病毒
4. 某研究小组进行“探究DNA复制方式”的实验，结果如下图所示。其中培养大肠杆菌的唯一氮源是14NH4Cl或15NH4Cl，①②③表示离心管顺序编号，条带表示大肠杆菌DNA离心后在离心管中的分布位置。下列叙述错误的是（　　）
A.本实验运用了同位素标记技术和密度梯度离心技术
B.①是大肠杆菌在14NH4Cl的培养液中培养的结果
C.②中大肠杆菌的DNA都含14N/15N
D.实验结果说明DNA的复制方式是半保留复制
【答案】
典例1：【答案】B
【解析】噬菌体是DNA病毒，由蛋白质外壳和DNA组成，蛋白质和DNA都含C、H、O、N四种元素，其中蛋白质中含有S元素，DNA含P元素；当用3H、15N、32P、35S标记噬菌体后，让其侵染未被标记的细菌，蛋白质外壳留在外面，故在产生的子代噬菌体的蛋白质外壳和DNA中都能找到3H、15N，而无35S元素，A、C、D错误；因侵染时只有DNA进入细菌体内，故子代噬菌体中还可找到的放射性元素是32P，B正确。
典例2：【答案】A
【解析】用35S标记噬菌体的蛋白质外壳，用32P标记噬菌体的DNA，分别侵染细菌，最终证明DNA是遗传物质，故A错误；15N标记DNA分子，证明了DNA分子的复制方式是半保留复制，故B正确；卡尔文用14C标记CO2，研究出碳原子在光合作用中的转移途径，即CO2→C3→有机物，故C正确；鲁宾和卡门用18O标记水，证明光合作用所释放的氧气全部来自于水，故D正确．故选A．
【题型训练】
1.【答案】D
【解析】 T2噬菌体是病毒，没有细胞结构，不能在培养基上独立生存，A错误；32P标记的是T2噬菌体的DNA，噬菌体在侵染细菌时只有DNA进入细菌，并随着细菌离心到沉淀物中，因此用含32P标记的T2噬菌体进行实验，离心所得上清液放射性很低，B错误；32P标记的是T2噬菌体的DNA，噬菌体在侵染细菌时只有DNA进入细菌，并作为模板控制子代噬菌体的合成，合成子代噬菌体的原料均由细菌提供，根据DNA半保留复制特点，所得子代噬菌体只有少数具有放射性，C错误；用含32P标记的T2噬菌体进行实验，证明了DNA是噬菌体的遗传物质，D正确。
2.【答案】C
【解析】噬菌体侵染细菌时，只有DNA进入细菌，蛋白质外壳没有进入，为了区分DNA和蛋白质，可用32P标记噬菌体的DNA，用35S标记噬菌体的蛋白质外壳，根据第一组实验检测到放射性物质主要分布在沉淀物中，说明亲代噬菌体的DNA被32P标记，根据第二组实验检测到放射性物质主要分布在上清液中，说明第二组噬菌体的蛋白质被35S标记，即C正确。
3.【答案】D
【解析】给小白鼠提供18O2，经过有氧呼吸，可以形成放射性的水，经过体液循环则在其尿液中可以检测到H218O，A正确；
给植物浇灌H218O，H218O参与光反应形成18O2，H218O参与有氧呼吸第二阶段产生C18O2，因此一段时间后植物周围含18O的物质有水蒸气、O2和CO2，B正确；
DNA复制为半保留复制，新合成的子代DNA都包含一条DNA母链和一条子链，合成的子代DNA分子都含有15N﹣14N，完成一次减数分裂形成的四个精细胞都含有15N，C正确；
分别用含有35S和32P的两种培养基培养细菌，S是蛋白质的特征元素，P是DNA的特征元素。不能区分DNA病毒还是RNA病毒，D错误。
4.【答案】B
【解析】本实验培养大肠杆菌的唯一氮源是14NH4Cl或15NH4Cl，氮元素被标记，通过离心使在不同培养基上生长繁殖的大肠杆菌的DNA分层，A项正确；①中只有重密度带，说明①中DNA两条单链都含有15N，B项错误；②中只有中密度带，说明②中DNA两条单链一条含有15N，一条含有14N，C项正确；①中DNA两条单链都含有15N，经过复制离心后为②，再复制离心后为③，说明开始时大肠杆菌DNA双链被15N标记，放到含14N的培养基中培养，复制一次后为②，②中DNA两条单链一条含有15N，一条含有14N，②中DNA再复制一次，形成的4个DNA中，其中两个DNA中各有一条单链含有15N，一条单链含有14N，另外两个DNA的两条单链都含有14N，离心出现中密度带和轻密度带，实验结果说明DNA的复制方式是半保留复制，D项正确。
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