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同位素示蹤法是利用放射性元素作為示蹤劑對研究對象進行標(biāo)記的微量分析方法，即把放射性同位素的原子參到其他物質(zhì)中去，讓它們一起運動、遷移，再用放射性探測儀器進行追蹤，就可知道放射性原子通過什么路徑，運動到哪里了，是怎樣分布的。從而研究細胞內(nèi)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(jié)構(gòu)和功能、化學(xué)物質(zhì)的變化、反應(yīng)機理等。用于示蹤技術(shù)的放射性同位素一般是用于構(gòu)成細胞化合物的重要元素。如3H、 一、各種同位素及其在中學(xué)生物學(xué)中的應(yīng)用 1．氫的同位素 已知氫有三種同位素，即氕、氘和氚，氕和氘是穩(wěn)定的同位素，而氚具有放射性，能夠發(fā)射負(fù)B射線，因而可以通過探測器進行追蹤。3H標(biāo)記化合物是指用放射性3H取代化合物中的穩(wěn)定同位素氕或氘，并以3H作為標(biāo)記的放射性標(biāo)記化合物。例如，在高中生物學(xué)中，介紹科學(xué)家在研究分泌蛋白的合成和分泌時，曾經(jīng)做過這樣一個實驗：他們在豚鼠的胰臟腺泡細胞中注射3H標(biāo)記的亮氨酸，3min后，被標(biāo)記的氨基酸出現(xiàn)在附著有核酸體的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中，17min后，出現(xiàn)在高爾基體中，117min后，出現(xiàn)在靠近細胞膜內(nèi)側(cè)的運輸?shù)鞍踪|(zhì)的小泡中，以及釋放到細胞外的分泌物中，這個實驗說明分泌蛋白在附著于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的核糖體中合成之后，是按照內(nèi)質(zhì)網(wǎng)葉高爾基體一細胞膜的方向運輸?shù)?，從而證明了細胞內(nèi)的各種生物膜在功能上是緊密聯(lián)系的。 2．C的同位素 自然界中碳元素有三種同位素，即穩(wěn)定同位素 3.氧的同位素 自然界中氧元素有三種同位素，即16O、170、180，它們都不具有放射性，因此不能通過放射性進行追蹤。在示蹤研究中，常用18代替化合物中的16進行標(biāo)記，最后通過質(zhì)譜儀測定代謝物的質(zhì)量的方法進行確定。例如在教材中，介紹的魯賓和卡門的實驗，研究光合作用中釋放的氧到底是來自于水，還是來自于二氧化碳。他們用氧的同位素18分別標(biāo)記H2 O和C02 ，使它們分別成為H2 18O和C1802，然后進行兩組光合作用實驗：第一組向綠色植物提供 H2 18O和C02，第二組向同種綠色植物提供H2 18O和C1802。在相同條件下，他們對兩組光合作用釋放的氧進行了分析，結(jié)果表明第一組釋放的氧全部是18O，第二組釋放的氧全部是02，從而證明了光合作用釋放的氧全部來自水。 4. P的同位素磷是一個簡單的元素，除了質(zhì)量數(shù)為31的一種穩(wěn)定性同位素外，還有幾個放射性同位素，其質(zhì)量數(shù)為29、30、32、33和34；但只有質(zhì)量數(shù)為32和33_的同位素存在足夠長的時間可以作為示蹤物之用，32和33都可以發(fā)射負(fù)B射線。在教材中介紹了用32標(biāo)記噬菌體的DNA，然后用被標(biāo)記的噬菌體去感染細菌的實驗。由于DNA中含有P元素，因而用放射性的32P取代DNA中的P，就使得DNA具有可識別性，從而和細菌的DNA相區(qū)別開來。 5.S的同位素硫的同位素32、33、34、35和36中，除35外，其它放射性同位素的半衰期都很短，因此在放射性同位素示蹤法中，用的多是35。教材中同樣是在介紹噬菌體侵染細菌的實驗中，介紹了35S的標(biāo)記應(yīng)用。即是用35S標(biāo)記噬菌體的蛋白質(zhì)外殼來顯示其最后的存在部位。由于蛋白質(zhì)含有S 元素，而DNA中不含S元素，可以把蛋白質(zhì)和DNA區(qū)別開來。 除了課本中介紹的這些實驗中涉及到同位素標(biāo)記法的應(yīng)用之外，在一些習(xí)題中也經(jīng)常涉及到。例如用 N的同位素15標(biāo)記核苷酸研究DNA的半保留復(fù)制；利用N的同位素15N標(biāo)記氨基酸，研究其在動植物體內(nèi)的轉(zhuǎn)移途徑；用3K標(biāo)記的培養(yǎng)基來研究礦質(zhì)元素在植物體內(nèi)的運輸途徑等。 二、“同位素示蹤法”基礎(chǔ)練習(xí) 3H練習(xí) 1．將植物細胞在3H標(biāo)記的尿苷存在下培育數(shù)小時，然后收集細胞，經(jīng)適當(dāng)處理后獲得各種細胞器。放射性將主要存在于：?。ā 。?/span> A．葉綠體和高爾基體 B．細胞核和液泡 C．細胞核和內(nèi)質(zhì)網(wǎng) D．線粒體和葉綠體 2．用3H標(biāo)記葡萄糖中的氫，經(jīng)有氧呼吸后，下列物質(zhì)中可能有3H的是?。ā 。?/span> A、H2O B、CO2 C、C2H5OH D、C3H6O3 3．愈傷組織細胞在一種包含所有必需物質(zhì)的培養(yǎng)基中培養(yǎng)了幾個小時，其中一種化合物具有放射性（ 3H標(biāo)記）。當(dāng)這些細胞被固定后進行顯微鏡檢，利用放射自顯影技術(shù)發(fā)現(xiàn)放射性集中于細胞核、線粒體和葉綠體中。因此，可以肯定被標(biāo)記的化合物是?。ā 。?/span> A 一種氨基酸 B 尿嘧啶核苷 C 胸腺嘧啶脫氧核苷酸 D 葡萄糖 4．（多選）下列生物學(xué)研究選擇的技術(shù)（方法）恰當(dāng)?shù)氖恰。ā 。?/span> A．用 3H標(biāo)記的尿嘧啶核糖核苷酸研究DNA的復(fù)制 B．用利用紙層析法提取葉綠體中的色素 C．用標(biāo)志重捕法進行鼠的種群密度的調(diào)查 D．用無毒的染料研究動物胚胎發(fā)育的過程 5．為了促進有絲分裂物質(zhì)對細胞分裂的促進作用，將小鼠的肝細胞懸浮液分成等細胞數(shù)的甲、乙兩組，在甲組的培養(yǎng)液中加入 3H標(biāo)記的胸腺嘧啶脫氧核苷（ 3H-TdR）；乙組中加入等劑量的 3H-TdR加入促進有絲分裂物質(zhì)。培養(yǎng)一段時間后，分別測定甲、乙兩組細胞的總放射強度。據(jù)此回答下列問題： （1）細胞內(nèi) 3H-TdR參與合成的生物大分子是 ，該種分子所在的細胞結(jié)構(gòu)名稱是 ， 。 （2）乙組細胞的總放射性強度比甲組的 ，原因是 。 （3）細胞利用 3H-TdR合成生物大分子的過程發(fā)生在細胞周期的 期。 （4）在上述實驗中選用3H-TdR的原因是 。 答案：1、D 2、Ａ 3、C 4、CD 5、（1）DNA 染色體 線粒體 （2）高 乙組細胞分裂旺盛，產(chǎn)生的細胞含有由胸腺嘧啶脫氧核苷合成的胸腺嘧啶脫氧核苷酸等為原料合成的DNA。（3）間 （4）合成胸腺嘧啶脫氧核苷酸的原料，胸腺嘧啶脫氧核苷酸又是合成DNA的原料。 1．若用 14C 標(biāo)記CO2 分子，則放射性物質(zhì)在C4植物光合作用過程中將會依次出現(xiàn)在?。ā 。?/span> A．C5、C4 、（CH2 O） B．C5、C3、（CH2 O） C．C3、C4、（CH2 O） D．C4 、C3、（CH2 O） 2．用同位素標(biāo)記追蹤血液中的某些葡萄糖分子，若該分子流經(jīng)人的腎臟后又由腎靜脈流出，則該分子很可能穿過幾層細胞膜??。ā 。?/span> A 2層 B 4層 C 6層 D 0層或8層 3．科學(xué)家利用“同位素標(biāo)記法”搞清了許多化學(xué)反應(yīng)的詳細過程。下列說法正確的是?。ā 。?/span> A．用14C 標(biāo)記CO2 最終探明了CO2 中碳元素在光合作用中的轉(zhuǎn)移途徑 B．用18O標(biāo)記H2 O和CO2 有力地證明了CO2 是光合作用的原料 C．用15N標(biāo)記核苷酸搞清了分裂期染色體形態(tài)和數(shù)目的變化規(guī)律 4．用同位素14C 標(biāo)記的吲哚乙酸來處理一段枝條一端，然后探測另一端是否含有放射性14C 的吲哚乙酸存在。枝條及位置如右下圖。下列有關(guān)處理方法及結(jié)果的敘述正確的是?。ā 。?/span> A．處理圖甲中A端，不可能在圖甲中的B端探測到14C 的存在 B．處理圖乙中A端，能在圖乙中的B端探測到14C 的存在 C．處理圖乙中B端，能在圖乙中的A端探測到14C 的存在 D．處理圖甲中B端，能在圖甲中的A端探測到14C 的存在 15N練習(xí)
A．蠶豆根尖細胞分裂的一個細胞周期為19．3h B．非等位基因的自由組合可發(fā)生在19．3～21．3h C．0～2h 期間，DNA分子始終處于解旋狀態(tài) D．高爾基體、線粒體、葉綠體在細胞分裂過程中活動旺盛 2．將用 15N 標(biāo)記的尿嘧啶核苷酸引入某種綠色植物細胞內(nèi)，一段時間后，下列各組結(jié)構(gòu)中，放射性較強的一組結(jié)構(gòu)是 （ ?。?/span>
A．細胞核、核仁、中心體 B．細胞膜、核糖體、高爾基體 C．細胞核、核糖體、線粒體、葉綠體 D．細胞核、核糖體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、液 3．假設(shè)將含有一對同源染色體的精原細胞的DNA分子用 15N 標(biāo)記，并供給含 14N 的原料。該細胞經(jīng)減數(shù)分裂產(chǎn)生的四個精子中，含 15N 標(biāo)記的DNA的精子占全部精子的比例為?。ā 。?/span> A．0 B．25% C．50% D．100% 4．如果用 15N 、 32P、 35S標(biāo)記噬菌體后，讓其侵染細菌，在產(chǎn)生的子代噬菌體的組成結(jié)構(gòu)成分中，能夠找到的放射性元素為?。ā 。?/span> A．可在外殼中找到 15N 和 35S B．可在DNA中找到 15N 和 32P C．可在外殼中找到 15N D．可在DNA中找到 15N 、 32P和 35S 5．從某腺體的細胞中提取一些細胞器，放入含有 15N 氨基酸的培養(yǎng)液中（培養(yǎng)液還具備這些細胞器完成其功能所需要的物質(zhì)和條件），連續(xù)取樣測定 標(biāo)記的氨基酸在這些細胞器中的數(shù)量，下圖中正確的是?。ā 。?/span> 6．給某種蔬菜施含放射性同位素15N的氮肥，植物吸收后主要用于合成蛋白質(zhì)。人食用該種蔬菜后，通過代謝， 15N 最終出現(xiàn)在 中?！。ā 。?/span> A 氨基酸 B 氨 C尿素 D 蛋白質(zhì) 7．用放射性 15N 標(biāo)記的(NH4)2 SO4 給水稻施肥，并將施用該種肥料后水稻的稻谷飼料喂豬，對豬的唾液和尿液定時進行放射性同位素的跟蹤檢測。結(jié)果，在豬的唾液和尿液中均能檢測到有 15N 存在。根據(jù)以上實例，請回答下列有關(guān)問題： ⑴在(NH4)2 SO4中摻入 15N 的用途是 。 ⑵把色素濾液放在光源和分光鏡之間，則可見在光譜上出現(xiàn)了黑色線或暗帶，黑線和暗帶主要集中在 。 ⑶(NH4)2 SO4中的N進入豬細胞內(nèi)的簡要過程是 。 ⑷ 15N 進入 唾液和尿液的物質(zhì)變化過程的主要區(qū)別 。 ⑸與唾液中含 15N 的物質(zhì)的合成和分泌有關(guān)的細胞器 。 答案：1、A 2、C 3、D 4、B 5、B 6、C 7、⑴ 作為示蹤原子 ⑵ 紅光區(qū)和藍紫光區(qū)⑶水稻根吸收的氮與光合作用的產(chǎn)物形成稻谷內(nèi)的蛋白質(zhì)，稻谷內(nèi)蛋白質(zhì)經(jīng)豬消化、吸收，進入豬細胞內(nèi) ⑷前者是合成唾液淀粉酶為同化作用，后者是氨基酸經(jīng)脫氨基作用后氨基的轉(zhuǎn)化過程 ⑸核糖體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體 18O練習(xí) 1．在一個密封的玻璃鐘罩內(nèi)，有綠色植物，并養(yǎng)有以此為食的小動物，罩內(nèi)的O2 用 18O 原子為標(biāo)記，每天給予光照，若干時間后， 18O 可在下列哪項自身有機物中出現(xiàn)?。ā 。?/span> A．只在植物體中 B．動植物體內(nèi)均有 C．只在動物體內(nèi) D．動植物體內(nèi)均無 2．在光照充足的環(huán)境里，將黑藻放入含有 18O 的水中，過一段時間后，分析 18O 放射性的存在，最有可能的是（ ）
A．在植物體內(nèi)的葡萄糖中發(fā)現(xiàn) B．在植物體內(nèi)的淀粉中發(fā)現(xiàn) C．在植物體內(nèi)的脂肪、蛋白質(zhì)、淀粉中均可發(fā)現(xiàn) D．在植物體周圍的空氣中發(fā)現(xiàn) 3、將一株水培草莓用鐘罩罩住，在培養(yǎng)液中添加H2 18O ，追蹤 18O 的所在。先在草莓根毛細胞里發(fā)現(xiàn) ，這是植物細胞對水的 作用，繼而鐘罩壁上凝結(jié)有 ，這是植物的 作用所致。在光照的情況下，罩內(nèi)空氣中又出現(xiàn) ，這是依賴于植物的 作用，將鐘罩再次移到黑暗環(huán)境后 氣體減少了，而罩壁上凝結(jié)的 反而增加了，這是植物的 作用所致。 花盆用塑料袋包扎起來，并用玻璃鐘罩密封（如右圖），在適宜的溫度下光照1小時。請回答： （1）此時，甲罩壁上出現(xiàn)許多含 18O 的水珠，這些水珠是經(jīng)植物體的 作用產(chǎn)生的。甲罩內(nèi)還有許多 18O2 ，這是植物體進行 將H2 18O分解成 和 的結(jié)果。 （2）乙罩壁上出現(xiàn)許多含 18O 的水珠，這些是植物吸收C 18O2 進行 作用產(chǎn)生的。 （3）將甲裝置移入黑暗環(huán)境中，幾小時后，罩內(nèi)的 18O2 逐漸減少，減少的 18O2 被轉(zhuǎn)移到植物體內(nèi)形成了 。這一生理過程的主要意義是 。 答案：1、B 2、D 3、H2 18O 滲透 H2 18O 蒸騰 O2 光合作用 O2 H2 18O 呼吸作用 4．（1）蒸騰 光合作用 [H] 18O2 （2）光合（3）水 為植物的各項生命活動提供能量 32P、35S練習(xí) 1．下列那一種方法能為T2 噬菌體的DNA作上32P標(biāo)記?。ā 。?/span> A．用含 32P標(biāo)記的大腸桿菌培養(yǎng) B．用含32P標(biāo)記的植物細胞培養(yǎng) C．用含 32P標(biāo)記的動物細胞培養(yǎng) D．用含32P標(biāo)記的固體培養(yǎng)基培養(yǎng) 2．把菜豆幼苗放在含32P的培養(yǎng)液中培養(yǎng)，一小時后測定表明，幼苗各部分都含32P。然后將該幼苗轉(zhuǎn)移到不含32P的培養(yǎng)液中，數(shù)天后32P ?。ā 。?/span> A 不在新的莖葉中 B 主要在新的莖葉中 C 主要在老的莖葉中 D 主要在老的根中 3．噬菌體是一類細菌病毒。下列關(guān)于噬菌體侵染細菌的實驗相關(guān)敘述中不正確的是 （ ?。?/span> A．該實驗不能證明蛋白質(zhì)不是遺傳物質(zhì) B．侵染過程的原料、ATP、酶、場所等條件均由細菌提供 C．為確認(rèn)何種物質(zhì)注入細菌體內(nèi)，可用32P、 35S共同標(biāo)記一組噬菌體的DNA和蛋白質(zhì) D．連續(xù)培養(yǎng)噬菌體n代，則含母鏈的DNA應(yīng)占子代DNA總數(shù)的1/2(n-1) 4．用 35S標(biāo)記的大腸桿菌T2 噬菌體去侵染32P標(biāo)記DNA的細菌，則新產(chǎn)生的噬菌體中 ?。ā 。?/span> A．全部含有 35S，32P B．全部含有32P，不含 35S C．部分含有 35S，不含32P D．部分含有32P，不含 35S 5．用含有 35S標(biāo)記氨基酸的培養(yǎng)基培養(yǎng)動物細胞，該細胞能合成并分泌一種含 35S蛋白質(zhì)。 (1)請寫出 35S在細胞各結(jié)構(gòu)間移動的先后順序(用"→"表示先后順序)。 (2)寫出上述蛋白質(zhì)合成和分泌過程中相關(guān)細胞器的功能。 答案：1、A 2、B 3、C 4、B 5、（1）核糖體→內(nèi)質(zhì)網(wǎng)→高爾基體→小泡→細胞膜（→胞外）；（2）核糖體是蛋白質(zhì)合成的場所；內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與蛋白質(zhì)合成有關(guān)，是蛋白質(zhì)運輸通道；高爾基體是蛋白質(zhì)加工和轉(zhuǎn)運的場所。 其它標(biāo)記 1．診斷苯丙酮尿癥選用的探針是?。ā 。?/span> A．32P半乳糖苷轉(zhuǎn)移酶基因 B．熒光標(biāo)記的苯丙氨酸羥化酶 C． 3H苯丙氨酸羥化酶基因 D．熒光標(biāo)記的B-珠蛋白基 2．放射性同位素標(biāo)記法一般不應(yīng)用于?。ā 。?/span> A．基因診斷 B．修復(fù)有缺陷的基因 D．探究C3 、C4 植物固定CO2 的途徑 3．用放射性同位素分別標(biāo)記U和T的培養(yǎng)基培養(yǎng)蠶豆根尖分生區(qū)細胞，觀察其有絲分裂周期為20小時，根據(jù)這兩種堿基被細胞利用的速率，繪制成的曲線如右圖所示。下列對此結(jié)果的分析中，不正確的是?。ā 。?/span> A．b點時刻，細胞正大量合成RNA B．d點時刻，細胞中DNA含量達到最高值 C．c-e階段，細胞內(nèi)最容易發(fā)生基因突變 D．處于a-c階段的細胞數(shù)目較多 4、一系列實驗證明細胞模具有流動性。熒光抗體免疫標(biāo)記實驗就是其中的一個典型例子。下圖表示了人、鼠細胞融合的過程，研究中分別將帶有綠色熒光、能與人體細胞膜上HLA抗原特異性結(jié)合的抗體和帶有紅色熒光、能與小鼠細胞膜上H-2抗原特異性結(jié)合的抗體放入細胞培養(yǎng)液中，對人、鼠細胞進行標(biāo)記。下列有關(guān)該實驗的敘述不正確的是?。ā 。?/span> A．要使實驗現(xiàn)象明顯，可以適當(dāng)提高細胞培養(yǎng)液的溫度 B．選取不同生物細胞進行融合是因為不同生物細胞表面抗原差異較大 C．實驗表明不同種細胞可以雜交，而同種生物細胞不能進行融合 D．實驗結(jié)果可以直接證明細胞膜上的蛋白質(zhì)分子可以運動 答案：1、C 2、B 3、B 4、C |
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