同位素標(biāo)記與DNA和染色體標(biāo)記問題

放射性同位素標(biāo)記法是利用放射性元素作為示蹤劑對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行標(biāo)記的微量分析方法，也是高中生物實(shí)驗(yàn)中常用的一種實(shí)驗(yàn)方法，即把放射性同位素的原子摻入到其他物質(zhì)中去，讓它們一起運(yùn)動(dòng)、遷移，再用放射性探測(cè)儀器進(jìn)行追蹤，就可知道放射性原子通過什么路徑，運(yùn)動(dòng)到哪里了，是怎樣分布的。放射性同位素標(biāo)記常用以研究生物相應(yīng)的生理過程。一般常用的放射性元素有：3H、35S、32P、14C等，15N、18O等不且有放射性，15N、18O無放射性，在實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)的目的來選擇好被標(biāo)記的元素。高考題目對(duì)于此知識(shí)點(diǎn)的考查也較多，出題形式有以下常見三類：1、教材基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的延伸、拓展：分泌蛋白的合成和分泌過程，C原子在光合作用過程中的轉(zhuǎn)移途徑，噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)，DNA復(fù)制方式的研究，對(duì)細(xì)胞分化實(shí)質(zhì)的研究等；2、細(xì)胞分裂過程標(biāo)記類：通常標(biāo)記原料，問第幾次分裂某個(gè)時(shí)期含有標(biāo)記的DNA或者染色體數(shù)目，此類題目較為抽象，是難點(diǎn)所在；3、新情境下的應(yīng)用：此類題目與教材知識(shí)有一定聯(lián)系，但并不完全相同，通常需要考生對(duì)試題進(jìn)行綜合分析，并將基礎(chǔ)知識(shí)遷移運(yùn)用。實(shí)驗(yàn)名稱同位素標(biāo)記物探究的問題使用和處理方法如何檢測(cè)分泌蛋白的合成與運(yùn)輸

光合作用O2來源

光合作用有機(jī)物的產(chǎn)生

T2噬菌體侵染細(xì)菌

DNA復(fù)制方式

教材中的經(jīng)典同位素標(biāo)記法實(shí)驗(yàn)，完成表格內(nèi)容

魯賓和卡門實(shí)驗(yàn)141414卡爾文用14CO2，探明了CO2中的碳在光合作用中轉(zhuǎn)化成有機(jī)物中碳。32P標(biāo)記的DNA35S標(biāo)記的蛋白質(zhì)上清液放射性高沉淀物放射性高探究DNA分子復(fù)制的方式

沃森和克里克提出DNA半保留復(fù)制的假說：子代DNA分子中，一條鏈來自親代，另一條鏈為新合成的鏈。怎么利用放射性同位素來區(qū)分親代與子一代、子二代的DNA?例題1：（2015福建高考）在光合作用中，RuBP羧化酶能催化CO2+C5（即RuBP）→2C3。為測(cè)定RuBP羧化酶的活性，某學(xué)習(xí)小組從菠菜葉中提取該酶，用其催化C5與14CO2的反應(yīng)，并檢測(cè)產(chǎn)物14C3的放射性強(qiáng)度。下列分析錯(cuò)誤的是()A．菠菜葉肉細(xì)胞內(nèi)BuBP羧化酶催化上述反應(yīng)的場(chǎng)所是葉綠體基質(zhì)B．RuBP羧化酶催化的上述反應(yīng)需要在無光條件下進(jìn)行C．測(cè)定RuBP羧化酶活性的過程中運(yùn)用了同位素標(biāo)記法D．單位時(shí)間內(nèi)14C3生成量越多說明RuBP羧化酶活性越高【答案】B例題2：小麥旗葉是小麥植株最頂端的一片葉子。研究人員認(rèn)為，在小麥的灌漿過程中，小麥胚乳中的淀粉主要由旗葉提供。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)思路，探究旗葉在小麥灌漿過程中的作用：①僅為小麥

提供

做為光合作用合的原料；②檢測(cè)

。小麥胚乳中含14C淀粉占全部淀粉的比例旗葉14CO2精原細(xì)胞（G1）

中期

子細(xì)胞（精原細(xì)胞）②經(jīng)第一個(gè)細(xì)胞周期產(chǎn)生的子細(xì)胞均繼續(xù)在含31P的培養(yǎng)液中進(jìn)行培養(yǎng)完成第二次有絲分裂，以其中一個(gè)細(xì)胞為例畫出下列相應(yīng)時(shí)期細(xì)胞的核DNA（標(biāo)明每個(gè)DNA雙鏈所含P，譬如實(shí)線“”表示32P，虛線“”表示31P）1、本圖所示每個(gè)子細(xì)胞內(nèi)分別有幾條放射性染色體？放射性染色體在子細(xì)胞的分配還有其他情況嗎？2、本次分裂產(chǎn)生的所有子細(xì)胞中具放射性的可能有幾個(gè)？3、第3次有絲分裂產(chǎn)生的具放射性的子細(xì)胞至少幾個(gè)？最多幾個(gè)？每個(gè)子細(xì)胞內(nèi)放射性染色體的數(shù)量最少？最多？

2、2或1、3

2或3或4

2

804

4、0任務(wù)一：一個(gè)2n=4的精原細(xì)胞，核DNA全部用32P標(biāo)記，然后轉(zhuǎn)移到含31P的培養(yǎng)液中進(jìn)行培養(yǎng)至完成一次有絲分裂，請(qǐng)?jiān)谙聢D畫出相應(yīng)時(shí)期細(xì)胞的核DNA（標(biāo)明每個(gè)DNA雙鏈所含P，譬如實(shí)線“”示32P，虛線“”示31P）（1）DNA復(fù)制與有絲分裂精原細(xì)胞（G1）

中期任務(wù)二：一個(gè)2n=4的精原細(xì)胞，其核DNA全部用32P標(biāo)記，然后轉(zhuǎn)移到含31P的培養(yǎng)液中進(jìn)行培養(yǎng)至完成一次減數(shù)分裂，請(qǐng)?jiān)谙聢D中畫出相應(yīng)時(shí)期細(xì)胞的核DNA（DNA雙鏈中32P、31P標(biāo)注方法同上）。（2）DNA復(fù)制與減數(shù)分裂精原細(xì)胞(G1)初級(jí)精母細(xì)胞（MⅠ）次級(jí)精母細(xì)胞（MⅡ）精細(xì)胞DNA復(fù)制（2）DNA復(fù)制與減數(shù)分裂1.幾個(gè)子細(xì)胞有放射性？每個(gè)子細(xì)胞內(nèi)分別有幾條放射性染色體？2.若染色體數(shù)為2n，將相應(yīng)數(shù)據(jù)填入表格后，尋找規(guī)律4

2DNA復(fù)制次數(shù)子細(xì)胞

總數(shù)

有_______個(gè)子細(xì)胞含32P標(biāo)記的DNA/染色體每個(gè)子細(xì)胞內(nèi)含有_____個(gè)

32P標(biāo)記DNA/染色體1次

2次

3次

2~42

482每個(gè)DNA均含32P（放射性）（一條32P鏈，一條31P鏈）0~2n0~2n

2~8【小結(jié)】DNA復(fù)制與有絲分裂（染色體為2n的體細(xì)胞）DNA復(fù)制次數(shù)子細(xì)胞

總數(shù)有_______個(gè)子細(xì)胞含32P標(biāo)記的DNA/染色體每個(gè)子細(xì)胞內(nèi)含有_____個(gè)32P標(biāo)記DNA/染色體1次

44n每個(gè)DNA/染色體均含32P（一條32P鏈，一條31P鏈）規(guī)律

若親代細(xì)胞所有DNA均放射性標(biāo)記且DNA只復(fù)制1次，則產(chǎn)生子代DNA分子全帶放射性，一次有絲分裂產(chǎn)生的2個(gè)子細(xì)胞；以及一次減數(shù)分裂連續(xù)分裂2次產(chǎn)生的4個(gè)子細(xì)胞，所有子細(xì)胞均帶放射性?！拘〗Y(jié)】DNA復(fù)制與減數(shù)分裂（染色體為2n的精原細(xì)胞）答案為D20、20、0～20 例題8：.（2022·東臺(tái)模擬）圖甲表示基因型為AaBb的某高等雌性動(dòng)物處于細(xì)胞分裂不同時(shí)期的圖像，圖乙表示該動(dòng)物細(xì)胞分裂的不同時(shí)期染色體數(shù)目變化曲線，圖丙表示該動(dòng)物形成生殖細(xì)胞的過程圖解，圖丁表示該動(dòng)物某細(xì)胞中染色體與基因的位置關(guān)系。請(qǐng)據(jù)圖分析回答：（4）圖丙中，若Ⅰ細(xì)胞（卵原細(xì)胞）一對(duì)同源染色體中的一條染色體的DNA雙鏈已被放射性同位素32P標(biāo)記，之后Ⅰ細(xì)胞在31P的環(huán)境中正常完成圖丙的分裂，則由③細(xì)胞產(chǎn)生的子細(xì)胞中含32P的細(xì)胞所占比例可能為

?。

答案：（4）0或1答案為B例題11：（2019·浙江高考）在含有BrdU的培養(yǎng)液中進(jìn)行DNA復(fù)制時(shí)，BrdU會(huì)取代胸苷摻入到新合成的鏈中，形成BrdU標(biāo)記鏈。當(dāng)用某種熒光染料對(duì)復(fù)制后的染色體進(jìn)行染色，發(fā)現(xiàn)含半標(biāo)記DNA（一條鏈被標(biāo)記）的染色單體發(fā)出明亮熒光，含全標(biāo)記DNA（兩條鏈均被標(biāo)記