各种同位素及其在中学生物学中的应用.doc

各种同位素及其在中学生物学中的应用1.氢的同位素在必修1中，介绍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：他们在豚鼠的胰脏腺泡细胞中注射3H标记的亮氨酸，3min后，被标记的氨基酸出现在附着有核酸体的内质网中，17min后，出现在高尔基体中，117min后，出现在靠近细胞膜内侧的运输蛋白质的小泡中，以及释放到细胞外的分泌物中，这个实验说明分泌蛋白在附着于内质网上的核糖体中合成之后，是按照内质网叶高尔基体一细胞膜的方向运输的，从而证明了细胞内的各种生物膜在功能上是紧密联系的2．C的同位素如必修1介绍了科学家卡尔文用含有14C的二氧化碳来追踪光合作用中的C原子的转移途径是：二氧化碳一三碳化合物一糖类3.氧的同位素自然界中氧元素有三种同位素，即16O、170、180，它们都不具有放射性，因此不能通过放射性进行追踪在示踪研究中，常用18代替化合物中的16进行标记，最后通过质谱仪测定代谢物的质量的方法进行确定例如在教材中，介绍的鲁宾和卡门的实验，研究光合作用中释放的氧到底是来自于水，还是来自于二氧化碳他们用氧的同位素18分别标记H2 O和C02 ，使它们分别成为H2 18O和C1802，然后进行两组光合作用实验：第一组向绿色植物提供 H2 18O和C02，第二组向同种绿色植物提供H2 18O和C1802。

在相同条件下，他们对两组光合作用释放的氧进行了分析，结果表明第一组释放的氧全部是18O，第二组释放的氧全部是02，从而证明了光合作用释放的氧全部来自水4. P的同位素在必修2中介绍了赫尔希和蔡斯用32P标记噬菌体的DNA，然后用被标记的噬菌体去感染细菌的实验由于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具有可识别性，从而和细菌的DNA相区别开来5.S的同位素教材中同样是在介绍噬菌体侵染细菌的实验中，介绍了35S的标记应用即是用35S标记噬菌体的蛋白质外壳来显示其最后的存在部位由于蛋白质含有S 元素，而DNA中不含S元素，可以把蛋白质和DNA区别开来6.N的同位素例如用 N的同位素15标记核苷酸研究DNA的半保留复制；利用N的同位素15N标记氨基酸，研究其在动植物体内的转移途径7.K的同位素 用40k标记的培养基来研究矿质元素在植物体内的运输途径等练习1．将植物细胞在3H标记的尿苷存在下培育数小时，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2．用3H标记葡萄糖中的氢，经有氧呼吸后，下列物质中可能有3H的是　（　　）A、H2O 　　B、CO2 　　C、C2H5OH 　　D、C3H6O33．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4．（多选）下列生物学研究选择的技术（方法）恰当的是　（　　）A．用 3H标记的尿嘧啶核糖核苷酸研究DNA的复制　　B．用利用纸层析法提取叶绿体中的色素C．用标志重捕法进行鼠的种群密度的调查　　　　　D．用无毒的染料研究动物胚胎发育的过程　　　5．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CO2 最终探明了CO2 中碳元素在光合作用中的转移途径B．用18O标记H2 O和CO2 有力地证明了CO2 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是遗传物质答案：1、D 2、Ａ 3、C 4、CD 5、A 高中生物中的颜色反应检验的物质所用的试剂呈现的颜色淀粉碘液蓝色还原性糖斐林试剂砖红色脂肪苏丹Ⅲ(或苏丹Ⅳ)橘黄色(红色)蛋白质双缩脲试剂紫色DNA甲基绿绿色RNA吡罗红红色染色体龙胆紫(醋酸洋红)紫色(酒精橙色的重铬酸钾(酸性条件)灰绿二氧化碳澄清的石灰水(溴麝香草酚蓝)变浑浊(蓝到绿到黄)线粒体健那绿蓝绿色生物学中的有关计算题归类解析1与蛋白质合成有关的计算题 （1）与氨基酸、肽键、肽链、水分子数目有关的计算题例1某激素由A、B两条肽链按一定方式构成，现已知这两条肽链中共有氨基酸n个，那么这激素中肽键个数应是 A.n+1 B.n C.n-1 D.n-2【解析】：本题是一道会考题，考查学生对知识的概括能力和抽象思维能力。

学生可以根据题目所示明的有两条肽链，每条肽链中至少有一个氨基和一个羧基未参与组成肽键，所以氨基酸数目和肽键数目就相差1个，两条肽链，那么当然就是n-2了或者学生可以根据平时掌握的氨基酸、肽键和肽链的关系，即氨基酸数目=肽键（或脱去的水分子）数目+肽链数目，马上找到正确答案D （2）与氨基酸、信使RNA上的碱基、DNA（基因）上的碱基有关的计算题 例2一条多肽链中有氨基酸1000个，则作为合成该多肽链模板的信使RNA和用来转录该信使RNA的基因分别至少有碱基 （ ） A．3000个和3000个 B.1000个和3000个 C．1000个和4000个 D.3000个和6000个【解析】：本题是一道较常见的有关氨基酸和碱基之间关系的计算题，主要考查学生对知识的理解运用能力和知识的迁移能力学生掌握了它们的关系：氨基酸个数：RMA 上的碱基数目：DNA 上的碱基数目=1：3：6 ，学生马上可以指出正确答案：D2．与细胞分裂有关的计算题（1）细胞分裂中的染色体、DNA、染色单体、四分体数目的计算题例3．某生物的卵细胞中有6 个染色体，在初级卵母细胞中，应有同源染色体对数、着丝点数、染色单体数分别是 （ ） A．3、12、24 B.6、24、48 C.3、6 、12 D.6、12、24 【解析】：本题主要考查学生对细胞分裂中染色体的行为的理解，由于在减数分裂中卵细胞的染色体数目为6个，则生物体细胞中染色体数为12个，在细胞减数分裂中初级卵母细胞中同源染色体为6对，着丝点个数即为细胞中染色体的个数则为12，由于初级卵母细胞已经通过染色体的复制，所以染色单体数目为24，故本题的正确答案为D。

2）有关细胞分裂产生配子种类的计算例4．若动物的初级精母细胞中同源染色体的对数为n,在不发生互换的条件下，经非同源染色体自由组合产生的配子种类将有 （ ）A．2n种 B.4n 种 C.n2 种 D.2n种【解析】：本题是考查学生的对细胞分裂过程中产生的配子种类的理解，因为在一对同源染色体产生配子时有2种，2对同源染色体产生的配子种类有4种，3对同源染色体产生的配子有8种，由此可知n对同源染色体产生的配子有2n种3．与细胞DNA复制、转录有关的计算题（1）与DNA复制时所需的原料有关的计算题例5．某双链DNA分子共含有碱基1400个, 其中一条单链上（A+T）:（C+G）=2：5.问该DNA分子连续复制两次共需游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的数目是 A.300个 B.400个 C.600个 D.1200个【解析】:本题是考查学生对DNA复制有关知识的理解,考查学生对知识的运用能力.由于在DNA分子中碱基1400个，在一条单链上(A+T)/(C+G)=2:5,所以在DNA分子中A+T的总数为400个.根据碱基互补配对原则,A=T=200个;DNA分子连续复制两次形成4个DNA分子,因此共需要胸腺嘧啶脱氧核苷酸的数目为600个.(2)与DNA分子的子代有关的计算题 例6．经 N(15 )标记的1个DNA分子，放入N(14 )的培养基中培养,经4次复制后，子代中含N(15 )的DNA占 ( )A.1/6 B.1/8 C.1/4 D.1/2【解析】:本题主要考查学生对DNA的复制是半保留复制的理解,解本题时学生只要知道复制4次形成有16个DNA分子而含有N(15 ) 标记的DNA分子有2个故占子代DNA的1/8.(3)DNA 与RNA之间碱基的计算例7．某信使RNA分子的碱基中，U占20%，A占10%，则转录该信使RNA的DNA片段中C占多少 （ ）A．35% B.30% C.70% D.无法确定【解析】：本题主要考查学生对DNA和RNA之间的关系，由于RNA上的A+U=30%，所以C+G=70%，其模板链上的C+G=70%，同理DNA上的C+G=70%，因此DNA上的C为35%。

4）有关DNA结构的计算题例8．某种DNA的分子量为2.8×109，一个互补成对的脱氧核苷酸的平均分子量为670 ，试计算这个DNA有多长？（每个核苷酸对的长度为0.34nm）【解析】：本题是考查学生对DNA结构的理解，根据已知条件DNA中含有的核苷酸对有2.8×109/670 =4.2×106 个，因此DNA的长度为4.2×106×0.34nm=1.428mm4．有关遗传规律中概率的计算题例9．父母正常，生了个有白化病的女儿，若再生一胎是正常的男孩的几率为（ ） A．1/8 B.3/8 C. 1/4 D. 3/4【解析】：本题是一道典型求解遗传概率的问题由于父母正常但女儿白化，说明父母是携带者，因此产生正常男孩的几率为1/4×1/2=1/85．与生物新陈代谢有关的计算题例10. 藻和草履虫在光下生长于同一溶液中，已知草履虫每星期消耗0.10 mol 葡萄糖，藻每星期消耗0.12 mol 葡萄糖现在该溶液中每星期葡萄糖的净产量为0.25 mol这一溶液中每星期氧的净产量是多少？ （ ）A.0.03mol B.0.60mol C.1.32mol D.0.18mol【解析】:本题是一道与生物新陈代谢有关的计算题，主要考查学生对新陈代谢中有关光合作用与呼吸作用的理解。

由于藻能够进行光合作用，同时也进行呼吸作用，草履虫只进行呼吸作用，根据光合作用和呼吸作用的总方程式，两种呼吸作用共消耗6×（0.10+0.12）=1.32mol氧，光合作用净合成0.25mol葡萄糖,应产生6×0.25=1.50mol氧，所以氧的净产量为1.5-1.32=0.18mol.6.生态学中的有关计算问题（1）生态系统中有关能量传递问题例11．海洋生态系统中，某一小型肉食性鱼类同化作用固定了1kg的能量，则从理论上计算至少应消耗绿色植物光合作用固定的太阳能 （ ）A.5kg B.10kg C.25kg D.100kg【解析】:本题主要考查学生对生态系统中能量传递规律，即从一营养级到下一营养级是1/10 –1/5传递，因此从绿色植物到小型肉食性鱼类需传递两次，将有1/25 –1/100的能量传递，则肉食性鱼类同化作用固定了1kg的能量时需至少消耗绿色植物光合。