专题33-同位素标记法的应用

专题1：同位素示踪法的应用

【同位素】：在中子和质子组成的原子核内，质子数相同，中子数不同的这一类原子称为同位素。同位素包括稳定同位素和放射性同位素。稳定同位素是指原子核结构稳定，不会发生衰变的同位素，如15N，18O等。放射性同位素是指原子核不稳定会发生衰变，发出α射线或β射线或γ射线的同位素，如3H、14C、32P、35S、131I等。

（1）放射性同位素标记：利用放射性同位素标记某一特定物质，然后用放射自显影技术来检测和追踪物质的运行和变化规律，可用于研究细胞内的元素或化合物的来源、组成、分布和去向等，进而了解细胞的结构和功能、化学物质的变化和反应机理等。

（2）稳定同位素标记：使用稳定同位素标记，虽然不能用放射自显影技术来显现、追踪同位素的去向，但可用测量分子质量或密度梯度离心技术来区别不同的物质。

一、研究分泌蛋白的合成、加工与运输过程

【资料1】：科学家在研究分泌蛋白的合成和分泌时，曾经做过这样一个实验：在豚鼠的胰脏腺泡细胞中注射3H标记的亮氨酸，3min后，放射性出现在粗面内质网中，17min后，出现在高尔基体中，117min后，出现在靠近质膜内侧的运输蛋白质的小泡中，最后出现在释放到细胞外的分泌物中。

实验结论：。

1.如图为某动物细胞结构示意图，如果让该细胞吸收含同位素15N标记的氨基酸，同位素示踪可以发现，这种氨基酸首先出现在图中哪一序号所示的细胞器中（）

2.用放射性同位素标记的某种氨基酸培养胰腺细胞得到带有放射性的胰岛素。如果用仪器测试放射性在细胞中出现的顺序，这个顺序最可能是（）

①线粒体②核糖体③内质网④染色体⑤高尔基体⑥细胞膜⑦细胞核

A.①③④⑦⑥

B.⑥②③⑤⑥

C.②③⑤①⑥

D.⑥②⑦④⑤

3.从某腺体的细胞中提取一些细胞器，放入含有15N 氨基酸的培养液中（培养液还具备这些细胞器完成其功能所需要的物质和条件），连续取样测定标记的氨基酸在这些细胞器中的数量，下图中正确的是（）

4.下图表示用3H-亮氨酸标记细胞内的分泌蛋白，追踪不同时间具有放射性的分泌蛋白颗粒在细胞内的分布情况和运输过程。其中正确的是（）

二、研究光合作用和呼吸作用过程中原子的转移途径

【资料2】：光合作用所释放的O2，究竟来自CO2，还是来自H2O。1939年，美国科学家鲁宾和卡门利用同位素标记法进行了探究。他们用氧的同位素18O分别标记H2O和CO2，使它们分别成为H218O和C18O2。然后进行两组实验：第一组向植物提供H2O和C18O2；第二组向同种植物提供H218O和CO2。在其他条件都相同的情况下，他们分析了两组实验释放的氧气。结果表明，第一组释放的氧气全部是O2；第二组释放的氧气全部是18O2。

实验结论：。

【资料3】：美国科学家卡尔文用同位素标记法来追踪CO2是如何转变成碳水化合物的。①卡尔文给小球藻悬浮液通入14CO2，光照一定时间（从1秒到数分钟）后杀死小球藻，同时提取产物并分析。实验发现，仅仅30秒的时间，CO2已经转化为许多种类的化合物。想要探究CO2转化成的第一个产物是什么，可能的实验思路是。②实验发现，在光照下物质A和物质B的浓度很快达到饱和并保持稳定。此时突然中断CO2的供应，A、B物质的变化如图C所示。以上实验说明，固定CO2的化合物是，CO2转化成的第一个产物是。

例题：（2016年·浙江卷）下面是关于植物光合作用的问题。请回答：

（1）光反应发生在叶绿体的________中，H2O在光反应中裂解为________________。（2）若以14CO2作为光合作用的原料，在卡尔文循环中首先出现含14C的三碳化合物是

________，该三碳化合物在NADPH的氢和ATP的_________等物质存在的情况下，被还原为三碳糖磷酸。

（3）给某植物提供C18O2和H2O，释放的氧气中含有18O是由于____________________，H218O又作为原料参与了光合作用之故。

（4）植物光合作用光饱和点可通过测定不同下的光合速率来确定。在一定条件下，某植物在温度由25 ℃降为5 ℃的过程中光饱和点逐渐减小，推测该植物在光照充足时的光合作用最适温度________（选填：＜、≤、＝、≥、＞）25 ℃。

5.若用14C 标记CO2 分子，则放射性物质在植物光合作用过程中将会依次出现在（）A．C5、CO2、C3 、（CH2 O）B．C3、C5、（CH2 O）

C．CO2、C3、（CH2 O）D．CO2 、C3、C5、（CH2 O）

6.卡尔文等人在小球藻培养液中通入14CO2，再给予不同的光照时间后，将小球藻磨碎后从中提取并分析放射性物质。预测实验结果是（）

A.光照时间越长，三碳化合物的积累越多

B.光照时间越长，五碳化合物的积累越多

C.光照时间越长，产生的放射性物质的种类越多

D.无论光照时间长短，放射性物质都会集中分布在类囊体膜上

7.在光照充足的环境里，将黑藻放入含有18O 的水中，过一段时间后，分析18O的存在，最有可能的是（）

A.在植物体内的葡萄糖中发现

B.在植物体内的淀粉中发现

C.在植物体内的脂肪、蛋白质、淀粉中均可发现

D.在植物体周围的空气中发现

8.用含18O的葡萄糖进行有氧呼吸，其过程中18O转移的途径是（）

A.葡萄糖→丙酮酸→水

B.葡萄糖→丙酮酸→氧气

C.葡萄糖→氧气→水

D.葡萄糖→丙酮酸→二氧化碳

9.葡萄糖是细胞进行有氧呼吸最常利用的物质。将一只实验小鼠放入含18O2气体的容器内，18O

进入细胞后，最先出现含18O的化合物是（）

2

A.丙酮酸

B.乳酸

C.二氧化碳

D.水

10.让一只实验鼠吸入18O2，该鼠体内产生的物质不可能出现18O的是（）

①丙酮酸②二氧化碳③水④葡萄糖

Ａ.①④Ｂ.②④Ｃ.②③Ｄ.①②

【补充扩展】：C3途径和C4途径

11.在光照下，供给玉米离体叶片少量的14CO2，随着光合作用时间的延续，在光合作用固定CO2形成的C3化合物和C4化合物中，14C含量变化示意图正确的是（）

12.光照条件下，给C3植物和C4植物叶片提供14CO2，然后检测叶片中的14C。下列有关检测结果的叙述，错误的是（）

A.从C3植物的淀粉和C4植物的葡萄糖中可检测到14C

B.在C3植物和C4植物呼吸过程产生的中间产物中可检测到14C

C.随光照强度增加，从C4植物叶片中可检测到含14C的C4大量积累

D.在C3植物叶肉组织和C4植物维管束鞘的C3中可检测到14C

13.给在温室中生长的玉米植株提供14CO2，光合作用开始很短内，在叶肉细胞中有绝大多数的14C出现在含有4个碳的有机酸（C4）中。一段时间后，叶肉细胞内C4中的14C逐渐减少，而在维管束鞘细胞中C3内的14C逐渐增多。下列对玉米固定CO2过程的叙述正确的是（）

A.通过C4和C3途径，依次在维管束鞘细胞和叶肉细胞的叶绿体中完成

B.通过C4和C3途径，依次在叶肉细胞和维管束鞘细胞的叶绿体中完成

C.通过C4途径，在维管束鞘细胞的叶绿体中完成

D.通过C4途径，在叶肉细胞的叶绿体中完成

三、噬菌体侵染细菌的实验：证明DNA是遗传物质

【资料4】：回答下列与噬菌体侵染细菌实验有关的问题：

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）以上实验结果说明：。

（3）若要大量制备用35S标记的噬菌体，需先用含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：在离心后的上清液中，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，上清液放射性应该为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：

a.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。

b.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）噬菌体侵染细菌实验证明了。

（5）上述实验中，（填“能”或“不能”）用15N来标记噬菌体的DNA，理由是。

14.（2015年10月·浙江选考）下列关于用32P标记的T2噬菌体侵染35S标记的大肠杆菌实验的叙述，错误

．．的是（）

A.子代噬菌体的DNA控制子代噬菌体的蛋白质合成

B.合成子代噬菌体外壳的原料来自大肠杆菌，子代噬菌体外壳都含35S

C.合成子代噬菌体DNA的原料来自大肠杆菌，子代噬菌体DNA都不含32P

D.大肠杆菌的DNA中嘌呤碱基之和与嘧啶碱基之和的比值与噬菌体的相同

15.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35S

B.可在DNA中找到15N和32P

C.可在外壳中找到15N

D.可在DNA中找到15N、32P和35S 16．在证明DNA是遗传物质的T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验中，正确的技术手段是（）

A.用化学方法把DNA和蛋白质分开

B.用32P和35S分别标记T2噬菌体和大肠杆菌

C.用32P和35S同时标记T2噬菌体

D.用标记过的大肠杆菌培养T2噬菌体

17.在证明DNA是生物遗传物质的实验中，用35S标记的T2噬菌体侵染未标记的大肠杆菌,以下对于沉淀物中含有少量放射性现象的解释，正确的是（）

A.经搅拌与离心后有少量含35S的T2噬菌体吸附在大肠杆菌上

B.离心速度太快，含35S的T2噬菌体有部分留在沉淀物中

C.T2噬菌体的DNA分子上含有少量的35S

D.少量含有35S的蛋白质进入大肠杆菌

18．（2019年1月·浙江学考）假设T2噬菌体的DNA含1000个碱基对，其中胞嘧啶占全部碱基的30%。一个32P标记的T2噬菌体侵染细菌，释放出50个子代噬菌体。下列叙述正确的是（）

A.子代噬菌体中最多有2个32P标记的噬菌体

B.噬菌体增殖过程所需的原料、模板、酶等全部由细菌提供

C.用含32P的培养基可直接培养出32P标记的T2噬菌体

D.产生这些子代噬菌体共消耗了9800个胸腺嘧啶脱氧核苷酸

19.（2018年7月·浙江学考）1952年，Hershey和Chase用32P和35S标记的T2噬菌体完成了噬菌体侵染细菌实验。该实验用到的关键技术是（）

A.转基因技术

B.病毒的感染与重建技术

C.DNA的提取技术

D.放射性同位素示踪技术

20.假设一个双链均被32P标记的噬菌体DNA由5 000个碱基对组成，其中腺嘌呤占全部碱基的20%。用这个噬菌体侵染只含31P的大肠杆菌，共释放出100个子代噬菌体。下列叙述正确的是（）

A.该过程至少需要3×105个鸟嘌呤脱氧核苷酸

B.噬菌体增殖需要细菌提供模板、原料和酶等

C.含32P与只含31P的子代噬菌体的比例为1:49

D.该DNA发生突变，其控制的性状即发生改变

21.（2016·全国Ⅰ卷）在有关DNA分子的研究中，常用32P来标记DNA分子。用α、β和γ表示ATP或dATP（d表示脱氧）上三个磷酸基团所处的位置（A-Pα～Pβ～Pγ或dA-Pα～Pβ～Pγ）。回答下列问题:

（1）某种酶可以催化ATP的一个磷酸基团转移到DNA末端上，同时产生ADP。若要用该酶把32P标记到DNA末端上，那么带有32P的磷酸基团应在ATP的（填“α”“β”或“γ”）位上。

（2）若用带有32P的dATP作为DNA生物合成的原料，将32P 标记到新合成的DNA分子上，则带有32P的磷酸基团应在dATP的（填“α”“β”或“γ”）位上。

（3）将一个某种噬菌体DNA分子的两条链用32P进行标记，并使其感染大肠杆菌，在不含有32P的培养基中培养一段时间。若得到的所有噬菌体双链DNA分子都装配成噬菌体（n 个）并释放，则其中含有32P的噬菌体所占比例为2/n，原因。

四、研究DNA的复制方式：半保留复制

【资料5】：（2012年·湖北百所名校联考）某研究性学习小组以细菌为实验对象，运用同位素示踪技术及密度梯度离心法对有关DNA复制的方式进行了探究（已知培养用的细菌大约每20 min分裂一次，产生子代，实验结果见相关图示）。请回答下列问题：

（1）综合分析本实验的DNA离心结果，前三组实验中，第组结果对得到的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。

（2）分析讨论：

①若实验三的离心结果为：如果DNA位于l/2重和l/2轻带位置，则是复制；如果DNA位于全中带位置，则是复制。为了进一步得出结论，该小组设计了实验四，请分析：如果DNA位于（位置及比例，下同）带位置，则是全保留复制；如果DNA位于带位置，则是半保留复制。

②若将实验三得到的DNA双链分开后再离心，其结果（填“能”或“不能”）判断DNA 的复制方式。为什么? 。

（3）实验得出结论：DNA复制方式为半保留复制。若将实验四的实验时间改为60 min，离心后密度带的数量和位置是否发生变化？。若实验三的结果中，子一代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的DNA单链中的N尚有少部分为。

（4）假设某大肠杆菌含14N的DNA的相对分子质量为a，含l5N的DNA的相对分子质量为b，现将含l5N的DNA的大肠杆菌培养在含14N的培养基中，子二代DNA的相对分子质量平均为。

22. （2018年4月·浙江选考）某研究小组进行“探究DNA 的复制过程”的活动，结果如图所示。其中培养大肠杆菌的唯一氮源是14NH 4Cl 或15NH 4Cl ，a 、b 、c 表示离心管编号，条带表示大肠杆菌的DNA 离心后在离心管中的分布位置。下列叙述错误的是（ ）

A. 本活动运用了同位素示踪和密度梯度离心技术

B. a 管的结果表明该管中的大肠杆菌是在含14NH 4Cl 的培养液中培养的

C. b 管的结果表明该管中的大肠杆菌的DNA 都是15N-14N-DNA

D. 实验结果说明DNA 分子的复制是半保留复制

23.假设某大肠杆菌含14N 的DNA 的相对分子质量为a ，若将其长期培养在含15N 的培养基中便得到含15N 的DNA ，相对分子质量为b ；现将含15N 的大肠杆菌再培养在14N 的培养基中，子二代DNA 的相对分子质量平均为（ ）

A ．（a+b ）/2

B ．（a+b ）/4

C ．（3a+b ）/4

D ．（3b+a ）/4

24.在一个密闭容器里，用含有同位素13C 的脱氧核苷酸合成一个双链DNA 分子，然后加入 普通的含12C 的脱氧核苷酸，经n 次复制以后，所得的DNA 分子中，分别含12C 和13C 的 脱氧核苷酸链数之比为（ ）

A ．2n : 1

B ．（2n -2）: n

C ．（2n -2）: 2

D ．（2n -1）: 1

25.将一个用15N 标记的DNA 放到14N 的培养基上培养，让其连续复制三

次，将每次复制产物置于试管内进行离心，复制1次、2次、3次后的分

层结果分别是下图中的（ ）

A. c 、e 、f

B. a 、e 、b

C. a 、b 、d

D. c 、d 、f

26.用15N 标记含有100个碱基对的DNA 分子，其中有胞嘧啶60个，该DNA 分子在14N 的培养基中连续复制4次。下列有关判断错误．．

的是（ ） A ．含有15N 的DNA 分子有两个 B ．含有14N 的DNA 分子占15/16

C ．复制过程中需腺嘌呤脱氧核苷酸320个

D ．复制结果共产生32个DNA 分子

27.在生命科学研究中，“放射性同位素示踪”是经常使用的研究手段。某生物科研所做了如下几个科学实验，请仔细阅读分析并回答有关问题。

（1）将大肠杆菌的DNA 分子用3H 标记后，放在普通培养基上繁殖8代，那么在子代中含1H 的DNA 分子的比例是_______。

（2）科研人员合成了一段含15N 的特定DNA 片段。用它作为探针，利用_____________原理，可检测待测标本中的遗传信息。

（3）科学家用14C 的CO 2来追踪光合作用的碳原子，这种碳原子的转移途径是________。

（4）赫尔希和蔡斯如何培养32P 噬菌体的 。

28.科学家利用“同位素标记法”搞清了许多化学反应的详细过程。下列说法正确的是（ ）

A.用14C 标记CO 2 最终探明了CO 2 中碳元素在光合作用中的转移途径

B.用18O 标记H 2 O 和CO 2 有力地证明了CO 2 是光合作用的原料

C.用15N 标记核苷酸搞清了分裂期染色体形态和数目的变化规律

D.用35S 标记噬菌体的DNA 并以此侵染细菌证明了DNA 是遗传物质

29.放射性同位素示踪法是生物学研究过程中常采用的技术手段。下面是几个放射性同位素示踪实验，对其结果的叙述不正确．．．

的是（ ） A.给玉米提供14CO 2，则14C 的转移途径大致是14CO 2→14C 4→14C 3→（14CH 2O ）

B.用含有3H 标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的营养液培养液培养洋葱的根尖，可以在细胞 核和线粒体处检测到较强的放射性，而在核糖体处则检测不到

C.要得到含32P 的噬菌体，必须先用含32P 的培养基培养细菌

D.小白鼠吸入18O 2后呼出的二氧化碳不会含有18O ，但尿液中会含有少量的H 218O

30.（2016年·全国卷Ⅲ）在前人进行的下列研究中，采用的核心技术相同（或相似）的一组是（）

①证明光合作用所释放的氧气来自水

②用紫外线等处理青霉菌选育高产青霉素菌株

③用T2噬菌体侵染大肠杆菌证明DNA是遗传物质

④用甲基绿和吡罗红对细胞染色，观察核酸的分布

A.①②

B.①③

C.②④

D.③④

31.放射性同位素标记技术在生物学研究中有广泛的应用，以下关于同位素标记法应用错误的是（）

A.鲁宾和卡门用18O分别标记H2O和CO2，证明了光合作用释放的O2来自水

B.卡尔文用14C标记的CO2供应小球藻进行光合作用，探明了碳反应中碳的转移途径

C.科学家向豚鼠胰腺腺泡细胞中注射3H标记的亮氨酸，揭示了基因控制蛋白质合成的过程

D.赫尔希和蔡斯用32P、35S分别标记噬菌体DNA和蛋白质，证明了DNA是遗传物质

32.同位素标记技术在生物科学研究中得到广泛应用，以下运用不恰当的是（）

A.用15N标记的噬菌体侵染未标记的大肠杆菌，探究控制生物性状的遗传物质是否为DNA

B.用15N或32P标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸，研究有丝分裂过程中DNA的复制方式

C.用3H标记的亮氨酸注射到豚鼠的胰腺腺泡细胞中，研究分泌蛋白的合成、加工和分泌

过程

D.用18O标记H2O、14C标记CO2，分别研究光合作用中O2的来源和C的转移途径

33.同位素标记法常用于追踪物质运行和变化规律的研究，下列相关叙述不正确的是（）

A.给小鼠供应18O2，其呼出气体中可能含有C18O2

B.用含3H标记的尿嘧啶核糖核苷酸的营养液培养洋葱根尖，只能在分生区细胞中检测到

放射性

C.用15N标记DNA分子，可用于研究DNA分子的半保留复制

D.用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌，保温、搅拌、离心后可检测到沉淀物中放射性很高

五、研究细胞内DNA和RNA的分布

34.将植物细胞在3H标记的尿苷存在下温育数小时，然后收集细胞，经适当处理后获得各种细胞器。放射性将主要存在于（）

A．叶绿体和高尔基体B．细胞核和液泡

C．细胞核和内质网D．线粒体和叶绿体

35.愈伤组织细胞在一种包含所有必需物质的培养基中培养了几个小时，其中一种化合物具有放射性（3H标记）。当这些细胞被固定后进行显微镜检，利用放射自显影技术发现放射性集中于细胞核、线粒体和叶绿体中。因此，可以肯定被标记的化合物是（）

A.一种氨基酸

B.尿嘧啶核苷

C.胸腺嘧啶脱氧核苷酸

D.葡萄糖

36.将用15N 标记的尿嘧啶核苷酸引入某种绿色植物细胞内，一段时间后，下列各组结构中，放射性较强的一组结构是（）

A.细胞核、核仁、中心体

B.细胞膜、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

37.同位素标记法是生物学研究中的常用方法，若以3H标记的腺嘌呤脱氧核苷酸为实验材料进行某项研究，该研究不可能是（）

A.测定肺癌细胞的分裂速率

B.测定人体内肝细胞合成蛋白质的速率

C.研究生物细胞中腺嘌呤的代谢途径

D.比较不同组织细胞DNA复制的情况

38.给某种蔬菜施含同位素15N的氮肥，植物吸收后主要用于合成蛋白质。人食用该种蔬菜后，通过代谢，15N最终出现在中。（）

A.氨基酸

B.氨

C.尿素

D.蛋白质

六、细胞分裂中的同位素标记

39.用放射性同位素分别标记U和T的培养基培养蚕豆根尖分生区细胞，观察其有丝分裂周期为20小时，根据这两种碱基被细胞利用的速率，绘制成的曲线如右图所示。下列对此结果的分析中，不正确的是（）

A. b点时刻，细胞正大量合成RNA

B. d点时刻，细胞中DNA含量达到最高值

C. c-e阶段，细胞内最容易发生基因突变

D.处于a-c阶段的细胞数目较多

40.假设将含有一对同源染色体的精原细胞的DNA分子用15N 标记，并供给含14N 的原料。该细胞经减数分裂产生的四个精子中，含15N 标记的DNA的精子占全部精子的比例为（）

A．0 B．25% C．50% D．100%

41.某DNA被32P标记的精原细胞在不含32P的培养液中经过一次有丝分裂，产生两个精原细胞，其中一个接着进行一次减数分裂，则其四分体时期的一对同源染色体上的DNA组成示意图正确的是（）

42.将在H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的培养液中培养一段时间后的蚕豆根尖转入普通培

养液中继续培养，在第二个细胞周期的分裂中期，每个细胞中（）

A.每条染色体的两条单体都被3H标记

B.每条染色体都只有一条单体被3H标记

C.有一半染色体中的一条单体被3H标记

D.每条染色体的两条单体都未被3H标记

43.将一个含有两对同源染色体，且DNA分子双链都已用32P标记的精原细胞，放在普通培养液中进行两次分裂，得到4个两两相同的子细胞。下列有关叙述正确的是（）

A.第一次分裂中，每条染色体中有一条染色单体含32P

B.第一次分裂中，半数的染色体中有一条染色单体含32P

C.第二次分裂中，半数的染色体含32P

D.两次分裂得到的4个子细胞中所有的染色体都含32P

44.小鼠的睾丸中一个精原细胞在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸培养基中完成一个细胞

周期，然后在不含放射性标记的培养基中继续完成减数分裂过程，其染色体的放射性标记分布情况是（）

A.初级精母细胞中每条染色体的两条单体都被标记

B.次级精母细胞中每条染色体都被标记

C.只有半数精细胞中有被标记的染色体

D.产生的四个精细胞中的全部染色体,被标记数与未被标记数相等

45.用32P标记玉米体细胞（含20条染色体）的DNA分子双链，再将这些细胞转入不含32P 的培养基中培养，让其分裂n次，若一个细胞中的染色体总条数和被32P标记的染色体条数分别是40条和2条，则该细胞至少是处于第几次分裂的分裂期？（）

A.第一次

B.第二次

C.第三次

D.第四次

46.将蚕豆根尖置于含放射性3H标记胸腺嘧啶的培养液中，培养一个细胞周期的时间，取出根尖，移至不含放射性物质的培养液中，继续培养两个细胞周期的时间。在第一个、第二个和第三个细胞周期取样，检测中期细胞染色体上的放射性分布。下列判断不正确的是（）A.第一个细胞周期中的染色体均如甲所示

B.第二个细胞周期中的染色均如乙所示

C.第三个细胞周期中1/4的染色体如丙所示

D.图丙所示染色体仅出现在第三个细胞周期

47.将某雄性动物细胞的精原细胞（染色体数为2n）培养在含放射性32P的培养液中，完成减数分裂产生精子。将某个精子与正常卵细胞（无放射性）结合形成受精卵，随后转入无32P标记的培养液中继续培养。关于此过程的叙述，错误的是（）

A.减数第一次分裂前期中含有32P标记的四分体有n个

B.每个精细胞中含有32P标记的染色体数都为n个

C.受精卵第一次有丝分裂中期含32P标记的染色体数为n个

D.受精卵第一次分裂结束后的子细胞含有32P标记的染色体有n个

48.用35P标记了玉米体细胞（含20条染色体）的DNA分子双链，再将这些细胞转入不含35P的培养基中培养，在第二次细胞分裂的中期、后期，一个细胞中的染色体总条数和被35P 标记的染色体条数分别是（）

A.中期20和20、后期40和20

B.中期20和10、后期40和20

C.中期20和20、后期40和10

D.中期20和10、后期40和10

49.（2017年4月·浙江选考）若将处于G1期的胡萝卜愈伤组织细胞置于含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷培养液中，培养至第2次分裂中期。下列叙述正确的是（）

A.每条染色体中的两条染色单体均含3H

B.每个DNA分子的两条脱氧核苷酸链均含3H

C.每个DNA分子中均只有一条脱氧核苷酸链含3H

D.每条染色单体均只有一个DNA分子的两条脱氧核苷酸链含3H

50.BrdU可替代胸腺嘧啶脱氧核苷酸掺入到DNA复制时的子链中。在特殊染色的染色单体中，若DNA只有一条单链掺有BrdU，则显深色，若DNA的两条单链都掺有BrdU，则显浅色，无BrdU的DNA不显色。将某肿瘤细胞置于BrdU培养基上培养至第二次分裂中期，经染色制片，在显微镜下观察每条染色体的姐妹染色单体的显色情况，相关分析正确的（）

A.1/2的染色体显深色，1/2的染色体显浅色

B.1/4的染色体显深色，3/4的染色体显浅色

C.每条染色体中，一条染色单体显深色，一条染色单体显浅色

D.一半染色体中，一条染色单体显深色，一条染色单体显浅色

51.BrdU能替代T与A配对，而渗入新合成的DNA链中。当用姬姆萨染料染色时，不含BrdU的链为深蓝色，含BrdU的链为浅蓝色。现将植物根尖分生组织放在含有BrdU的培养液中进行培养，下图a～c依次表示加入BrdU后连续3次细胞分裂中期，来自1条染色体的各染色体的显色情况（阴影表示深蓝色，非阴影为浅蓝色）。有关说法正确的是（）

A.1个DNA复制3次所产生的DNA分别位于2条染色体上

B. b图每条染色体均有1个DNA的2条脱氧核苷酸链都含BrdU

C.1个染色体形成2条染色单体时，DNA还没有复制

D. c图中有2条染色单体的所有脱氧核苷酸链都不含BrdU

52.（2019年4月·浙江选考）在含有BrdU的培养液中进行DNA复制时，BrdU会取代胸苷掺入到新合成的链中，形成BrdU标记链。当用某种荧光染料对复制后的染色体进行染色，发现含半标记DNA（一条链被标记）的染色单体发出明亮荧光，含全标记DNA（两条链均被标记）的染色单体荧光被抑制（无明亮荧光）。若将一个细胞置于含BrdU的培养液中，培养到第三个细胞周期的中期进行染色并观察。下列推测错误的是（）

A. 1/2的染色体荧光被抑制

B. 1/4的染色单体发出明亮荧光

C. 全部DNA分子被BrdU标记

D. 3/4的DNA单链被BrdU标记

53.在研究细胞周期时，可以用BrdU进行标记。将细胞置于含有BrdU的某种培养基中培养，当细胞的DNA复制时，BrdU可替代胸腺嘧啶脱氧核苷酸掺入到DNA的子链中。将处于不同细胞周期的中期细胞进行常规制片，经特殊染色后，在显微镜下观察每条染色体的姐妹染色单体的着色情况。由于掺入BrdU的情况不同，着色的深浅也不同：在染色单体中，若DNA只有一条单链掺有BrdU，则着色深；若DNA的两条单链都掺有BrdU，使DNA双链螺旋程度降低，从而着色浅。请分析回答：

（1）若观察到置于含有BrdU的某种培养基中培养的细胞中所有染色体上的两条姐妹染色单体着色深，则该细胞正处于第个细胞周期的中期。

（2）若细胞中所有染色体上的两条姐妹染色单体一条着色深，一条着色浅，则该细胞正处于第个细胞周期的中期。判断的理由是。（3）科学研究表明，在细胞周期中，染色体的两条姐妹染色单体之间可能发生部分交换。若用显微镜观察，如何判断姐妹染色单体已发生了部分交换？答：。（4）当细胞完成一个细胞周期后，将可能有以下三种变化：①继续进入下一个细胞周期；

②暂停分裂，但保留分裂能力；③停止分裂，分化成特定功能的细胞。癌细胞、效应T细胞、记忆B细胞分别属于哪一类型？（填序号）。

54.为了研究促进有丝分裂物质对细胞分裂的促进作用，将小鼠的肝细胞悬浮液分成等细胞数的甲、乙两组，在甲组的培养液中只加入3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷（3H-TdR）；乙组中加入等剂量的3H-TdR并加入促进有丝分裂物质。培养一段时间后，分别测定甲、乙两组细胞的总放射强度。据此回答下列问题：

（1）细胞内3H-TdR参与合成的生物大分子是，该种分子所在的细胞结构名称是、。

（2）乙组细胞的总放射性强度比甲组的，原因是。（3）细胞利用3H-TdR合成生物大分子的过程发生在细胞周期的期。

（4）在上述实验中选用3H-TdR的原因是。

55.（2010年·江苏卷）细胞周期包括分裂间期（分为G1期、S期和G2期）和分裂期（M期）。下图标注了甲动物（体细胞染色体数为12）肠上皮细胞的细胞周期各阶段的时长及DNA含量。请回答下列问题：

（1）若用含放射性同位素的胸苷（DNA复制的原料之一）短期培养甲动物肠上皮细胞后，处于S期的细胞都会被标记。洗脱含放射性同位素的胸苷，换用无放射性的新鲜培养液培

养，定期检测。预计最快约 h后会检测到被标记的M期细胞。

（2）从被标记的M期细胞开始出现到其所占M期细胞总数的比例达到最大值时，所经历的时间为期的时间，处于该期的一个细胞中染色体数目的变化情况是。（3）若向甲动物肠上皮细胞培养液中加入过量胸苷，处于S期的细胞立刻被抑制，而处于其他时期的细胞不受影响。预计加入过量胸苷约 h后，细胞都将停留在S期。（4）乙动物肠上皮细胞的细胞周期时长为24 h，M期时长为l.9 h。若要在显微镜下观察细胞有丝分裂过程中染色体形态的变化，选用（填“甲”或“乙”）动物肠上皮细胞更合适。

（5）在光学显微镜下观察，同处于分裂末期的动物肠上皮细胞与洋葱根尖细胞，形态上最主要的区别是。

56.同位素标记法被用于研究细胞有丝分裂过程中DNA和RNA的变化。下图表示洋葱根尖细胞处于有丝分裂各阶段细胞中DNA和信使RNA的含量变化。请据图回答有关问题：

（1）在放射性同位素标记研究中，为区别DNA和RNA，选择标记的合成原料依次

是、和。研究中应选择的检测材料是洋葱的部位。（2）试解释处于分裂期的细胞中mRNA含量较低的最可能原因是：。（3）图示c时期细胞核DNA、染色体与染色单体比例为，这种比例将维持到细胞分裂的期才可能开始变化，并变化为。

（4）依据图示，细胞中核糖体活动旺盛的时期可能是（从a~e中选填）。

七、研究植物激素和动物激素的作用

57.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。枝条及位置如右下图。下列有关处理方法及结果的叙述正确的是（）

A.处理图甲中A端，不可能在图甲中的B端探测到14C 的存在

B.处理图乙中A端，能在图乙中的B端探测到14C 的存在

C.处理图乙中B端，能在图乙中的A端探测到14C 的存在

D.处理图甲中B端，能在图甲中的A端探测到14C 的存在

58.某学者曾做过如图a所示的实验，即在天竺葵的同一叶片的不同部位分别滴加一定浓度生长素溶液，水和C14-葡萄糖，待充分作用后，得到如图b所示的结果，其阴影部分表示具有放射性。下列叙述错误的是（）

A.实验结果说明生长素有很强的吸引与调运养分的效应

B.加水是作为实验对照

C.生长素能促进果实的发育可能与它能调运养分有关

D.放射性糖分布不均匀是受单侧光的影响

59.现用体重等方面大体相同的三组兔子进行实验。将含有放射性碘

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。4天后，分别注射①无放射性的甲状腺激素、②

无放射性的促甲状腺激素、③生理盐水，实验结果如图所示。则A、

B、C表示分别注射的是（）

A．②③①B．③②①C．②①③D．③①②

八、荧光标记法：是指利用荧光蛋白或荧光蛋白基因作为标志物对研究对象进行标记的分析方法。

同位素标记法通常采用放射性同位素标记物质中的原子，荧光标记法通常是借助荧光分子来标记蛋白质。常用的荧光蛋白有绿色和红色两种。

①绿色荧光蛋白（GFP）常用的是来源于发光水母的一种功能独特的蛋白质，蓝光或近紫外光照射，发射绿色荧光。

②红色荧光蛋白来源于珊瑚虫，是一种与绿色荧光蛋白同源的荧光蛋白，在紫外光的照射下可发射红色荧光。

【资料6】：荧光显微技术是用荧光显微镜观察被荧光染料处理的生物样品，由于能观察细胞内动态变化，且效果良好，现在得到了广泛的应用。请回答下列问题：

（1）1970年，科学家分别用绿色和红色荧光染料，标记小鼠

和人体细胞膜上的蛋白质，然后将人、鼠细胞融合，并分为

两组。开始时，融合细胞的一半发红色荧光，另一半发绿色

荧光，将其中一组置于37 ℃下处理40 min，两种颜色的荧光

均匀分布；将另一组置于0 ℃下处理40 min，融合细胞仍一

半发红色荧光，一半发绿色荧光。该实验说明，细胞膜具有

流动性，且流动性的大小与_______有关。

（2）如果用黄色荧光染料标记染色体上的端粒，在细胞分裂的分裂期（分裂未完成），一个果蝇体细胞中共有_____个黄色荧光点，一个大肠杆菌细胞中共有_____个黄色荧光点。（3）如果在一对同源染色体上，用相同颜色的荧光染料标记相同或等位基因，用不同颜色的荧光染料标记非等位基因，在四分体时期，一个初级精母细胞中相同颜色的荧光点有____个，并可观察到不同颜色的荧光点在染色体上呈________排列，从而用现代分子生物学技术证明了基因位于染色体上。

60.对性腺组织细胞进行荧光标记，等位基因A、a都被标记为黄色，等位基因B、b都被标记为绿色，在荧光显微镜下观察处于四分体时期的细胞。下列有关推测合理的是（）

A.若这2对基因在1对同源染色体上，则有1个四分体中出现2个黄色、2个绿色荧光点

B.若这2对基因在1对同源染色体上，则有1个四分体中出现4个黄色、4个绿色荧光点

C.若这2对基因在2对同源染色体上，则有1个四分体中出现2个黄色、2个绿色荧光点

D.若这2对基因在2对同源染色体上，则有1个四分体中出现4个黄色、4个绿色荧光点

61.在荧光显微镜下观察被标记的某动物的睾丸细胞，等位基因A、a被分别标记为红、黄色，等位基因B、b被分别标记为蓝、绿色。①③细胞都处于染色体向两极移动的时期。不考虑基因突变和交叉互换，下列有关推测合理的是（）

A.①时期的细胞中向每一极移动都有红、黄、蓝、绿色荧光点，各2个

B.③时期的细胞中向每一极移动都有红、黄、蓝、绿色荧光点，各1个

C.②时期的初级精母细胞中都有红、黄、蓝、绿色荧光点，各2个

D.图中精细胞产生的原因是减数第一次分裂或减数第二次分裂过程异常

九、基因工程：探针与核酸分子杂交

（1）基因诊断：是指用放射性同位素（如32P）、荧光分子等标记的DNA分子作探针，依据DNA分子杂交原理，鉴定被检测样本上的遗传信息，从而达到检测疾病的目的。

（2）核酸探针：是指带有放射性同位素（如32P）、荧光分子等标记的特定已知序列的核酸片段，它能和与其互补的核酸序列杂交，形成双链，所以可用于待测核酸样品中特定基因序列的检测。包括DNA探针和RNA探针。核酸探针具有特异性，高度的敏感性。

（3）核酸分子杂交：互补的核苷酸序列通过碱基配对形成稳定的杂合双链分子的过程。

62. DNA测序是生命科学常规技术，可用于人类基因组和其他许多动物、植物和微生物物种的完整DNA序列的测定。链终止DNA测序法主要步骤是：先向DNA复制体系中加入能够终止新链延伸的某种脱氧核苷酸类似物，以得到各种不同长度的脱氧核苷酸链；再通过电泳呈带（按分子量大小排列），从而读出对应碱基的位置（如下图）。请分析回答：

（1）图中“加热变性”的过程实质是使断裂，人体细胞中完成该过程必需有的催化。

（2）DNA聚合酶的作用是_________________________________________。

（3）若用上述测序方法读出新链中碱基T的位置，则必须加入带标记的_________类似物。（4）采用上述链终止法测定人类基因组DNA中的全部碱基排序，你认为至少要按图中所示模式操作________________次。

63.下图示意一种核酸分析方法，请据此分析回答有关问题：

（1）被分析的材料应属于一条________链。如果它存在另一条互补链，该互补链的将继续列是。

（2）如果选择性断开的位置是碱基G，那么随机出现的被标记片段应有________种，在电泳带上被分离的显示位置应有________处，在泳动方向最先端的片段应是________序列段，与图示泳动位置相比，在同样电泳条件下该片段应位于________的位置上。

（3）应用上述原理分析了某种未知序列核酸的一条单链，结果如下图所示，此结果说明，该核酸的此单链含________个核苷酸，其A:T:G:C＝________，同时也可推断其碱基序列是___________________。

64.基因芯片的测序原理是DNA分子杂交测序方法，即通过与一组已知序列的核酸探针杂交进行核酸序列测定的方法。先在一块芯片表面固定序列已知的核苷酸的探针；当溶液中带有荧光标记的靶核酸序列与基因芯片上对应位置的核酸探针产生互补匹配时，通过确定荧光强度最强的探针位置，获得一组序列完全互补的探针序列。据此可重组出靶核酸的序列

TA TGCAATCTAG（过程见图1）。

若靶核酸序列与八核苷酸的探针杂交后，荧光强度最强的探针位置如图2所示，溶液中靶序列为（）

A．AGCCTAGCTGAA B．TCGGA TCGACTT

C．ATCGACTT D．TAGCTGAA

十、实验设计中的同位素标记

65.在DNA复制开始时，将大肠杆菌放在含低剂量3H标记的脱氧胸苷（3H-dT）的培养基中，3H-dT可掺入正在复制的DNA分子中，使其带有放射性标记。几分钟后，将大肠杆菌转移到含高剂量3H-dT的培养基中培养一段时间。收集、裂解细胞，抽取其中的DNA进行放射性自显影检测，结果如图所示。据图可以做出的推测是（）

A.复制起始区在高放射性区域

B.DNA复制为半保留复制

C. DNA复制从起始点向两个方向延伸

D.DNA复制方向为a→c

66.（2011年·浙江高考）为了探究某物质（X）的作用，研究者提出了以下实验思路：（1）实验分组：

甲组：培养液+Y细胞+3H-TdR（3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷）+生理盐水

乙组：培养液+Y细胞3H-TdR+X（用生理盐水配制）

每组设置若干个重复样品。

（2）分别测定两组的CRD（细胞内的放射性强度），求每组的平均值。

（3）将各样品在适宜条件下培养合适时间后，测定CRD，求每组平均值并进行统计分析。（要求与说明：答题时用X、CRD、3H-TDR表示相关名词；Y细胞是能增殖的高等动物体细胞）请回答：

（1）实验目的：。

（2）预测实验结果及结论：。

（3）实验中采用3H-TdR的原因是：。

67.（2018年·江西南昌二模）通常DNA分子复制从一个复制起始点开始，有单向复制和双向复制，如图所示。

放射性越高的3-胸腺嘧啶脱氧核糖核苷（3H-脱氧胸苷），在放射自显影技术的图像上，感光还原的银颗粒密度越高。请利用放射性自显影技术、低放射性3H-脱氧胸苷和高放射性3H-脱氧胸苷，设计实验以确定大肠杆菌DNA复制的方向，简要写出：

（1）实验思路：

（2）预测实验结果和得出结论。

68.（2017年·全国卷Ⅰ）根据遗传物质的化学组成，可将病毒分为RNA病毒和DNA病毒两种类型。有些病毒对人类健康会造成很大危害，通常，一种新病毒出现后需要确定该病毒的类型。

假设在宿主细胞内不发生碱基之间的相互转换，请利用放射性同位素标记的方法，以体外培养的宿主细胞等为材料，设计实验以确定一种新病毒的类型，简要写出：

（1）实验思路。

（2）预期实验结果及结论即可。（要求：实验包含可相互印证的甲、乙两个组）

参考答案：同位素标记法的应用

尽可能缩短光照时间，然后杀死小球藻，同时提取产物分析，当检测到的产物只有一种时，该化合物就是第一个产物。

（1）类囊体薄膜氧气、H＋和电子（2）三碳酸磷酸基团

（3）C18O2中的部分氧转移到H218O中（4）光照强度≥

用35S标记噬菌体的蛋白质外壳把35S标记的噬菌体与细菌混合

T2噬菌体的蛋白质外壳没有进入细菌体内大肠杆菌

被35S标记的大肠杆菌同位素标记法（同位素示踪法）

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。是

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

DNA是遗传物质不能在DNA和蛋白质中都含有N元素

一个含有32P标记的噬菌体双链DNA分子经半保留复制后，标记的两条单链只能分配到两个噬菌体的双链DNA分子中，因此在得到的n个噬菌体中只有2个带有标记

（1）三一二（2）①全保留半保留1/4轻和3/4重1/2中和1/2重②不能不论是全保留还是半保留，实验结果都是一样

（3）没有变化15N （4）（3a+b）/4

（1）100% （2）DNA杂交（3）14CO2→C3→（CH2O）

（4）用32P的培养基培养细菌，再用噬菌体侵染32P的细菌

（1）1。

（2）2；这时细胞内的所有染色体中，一条染色单体的DNA分子只有一条单链含有BrdU，另一条染色单体的DNA分子则两条单链都含有BrdU。

（3）染色体上着色深的染色单体中含有着色浅的染色单体片段，着色浅的染色单体中含有着色深的染色单体片段。

（4）①③②

（1）DNA 染色体线粒体

（2）高乙组细胞分裂旺盛，产生的细胞含有由胸腺嘧啶脱氧核苷合成的胸腺嘧啶脱氧核苷酸等为原料合成的DNA。

（3）间（4）合成胸腺嘧啶脱氧核苷酸的原料，胸腺嘧啶脱氧核苷酸又是合成DNA的原料。

（1）2.2 （2）M 12→24→12 （3）7.4 （4）甲（5）动物肠上皮细胞膜从中部凹陷，细胞缢裂；洋葱根尖细胞在中央形成细胞板

（1）胸腺嘧脱氧核苷酸尿嘧啶核糖核苷酸根尖分生区

分裂期染色质高度螺旋化，DNA不能解旋2:1:2 后2:2:0 a、c

（1）温度（2）320（3）4线性

（1）DNA单ACGTAACTTGCGTACGA （2）4 4 TG ①最下方

（3）AACGTAGGGTTACCCTGA

（1）氢键解旋酶（2）将单个的脱氧核苷酸聚合成子链

胸腺嘧啶脱氧核苷酸72

（1）实验思路：复制开始时，首先用含低放射性3H-脱氧胸苷培养基培养大肠杆菌，一段时间后转移到含有高放射性3H-脱氧胸苷的培养基中继续培养，用放射自显影技术观察复制起点和复制起点两侧银颗粒密度情况。

（2）预期实验结果和结论：若复制起点处银颗粒密度低，一侧银颗粒密度高，则DNA分子复制为单向复制；若复制起点处银颗粒密度低，复制起点的两侧银颗粒密度高，则DNA 分子复制为双向复制。

（1）探究X对Y细胞增殖（DNA合成）的影响

（2）如果乙组CRD明显高于甲组，说明X对Y细胞增殖（DNA合成）有促进作用。

如果乙组CRD与甲组基本相同，说明X对Y细胞增殖（DNA合成）无影响。

如果乙组CRD明显低于甲组，说明X对Y细胞增殖（DNA合成）有抑制作用（3）3H-TdR是DNA合成的原料之一，可根据CRD变化来判断细胞增殖（DNA合成）

（1）甲组：将宿主细胞培养在含有放射性标记尿嘧啶的培养基中，之后接种新病毒。培养一段时间后收集病毒并检测其放射性。

乙组：将宿主细胞培养在含有放射性标记胸腺嘧啶的培养基中，之后接种新病毒。培养一段时间后并检测其放射性。

（2）结果及结论

若甲组收集的病毒具有放射性，乙组无，即为RNA病毒；反之，为DNA病毒。