2016高考生物(新课标)大一轮复习配套课件 专题 同位素示踪法(共60张PPT).ppt
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1、新课标新课标生物生物高三总复习高三总复习高考调研专题 同位素示踪法新课标新课标生物生物高三总复习高三总复习高考调研u专题解读同位素示踪法是利用放射性核素作为示踪剂对研究对象进行标记的微量分析方法,即把放射性同位素的原子添加到其他物质中去,让它们一起运动、迁移,再用放射性探测仪器进行追踪,就可知道放射性原子通过什么路径,运动到哪里了,是怎样分布的。同位素示踪法是生物学实验中经常应用的一项重要方法,它可以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、反应机理等,在近年的高考试题中,同位素示踪法多有涉及。新课标新课标生物生物高三总复习高三总复习高考调研
2、一、同位素示踪法实验大题相关知识必备1.研究分泌蛋白的合成和运输用3H标记亮氨酸,探究分泌性蛋白质在细胞中的合成、运输与分泌途径。在一次性给予放射性标记的氨基酸的前提下,通过观察细胞中放射性物质在不同时间出现的位置,就可以明确地看出细胞器在分泌蛋白合成和运输中的作用。例如,通过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,是按照内质网高尔基体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。新课标新课标生物生物高三总复习高三总复习高考调研2.探究光合作用中元素的转移利用放射性同位素18O、14C、3H作为示踪原子来研究光合作用过程中某些物质的变化过程,从而揭示光合作用
3、的机理。例如,美国的科学家鲁宾和卡门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18O分别标记H2O和CO2,使它们分别成为H218O和C18O2,然后进行两组光合作用实验:第一组向绿色植物提供H182O和CO2,第二组向同种绿色植物提供H2O和C18O2。在相同条件新课标新课标生物生物高三总复习高三总复习高考调研下,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18O2,第二组释放的氧全部是O2,从而证明了光合作用释放的氧全部来自水。另外,卡尔文等用14C标记的CO2,供小球藻进行光合作用,追踪检测其放射性,探明了CO2中的碳在光合作用中转化
4、成有机物中碳的途径。新课标新课标生物生物高三总复习高三总复习高考调研3.研究细胞呼吸过程中物质的转变途径利用18O作为示踪原子研究细胞呼吸过程中物质的转变途径,揭示呼吸作用的机理。例如,用18O标记的氧气(18O2),生成的水全部有放射性,生成的二氧化碳全部无放射性,即18OH218O。用18O标记的葡萄糖(C6H1218O6),生成的二氧化碳全部有放射性,生成的水全部无放射性,即C6H1218O6 C18O2。例如将一只实验小鼠放入含有放射性18O2的容器内,18O2进入细胞后,最先出现的放射性化合物是水。新课标新课标生物生物高三总复习高三总复习高考调研4.证明DNA是遗传物质在研究蛋白质和
5、DNA在遗传中的作用时,分别用放射性标记蛋白质和DNA的特征元素,用32P标记噬菌体的DNA,大肠杆菌内发现放射性物质,用35S标记噬菌体的蛋白质,大肠杆菌内未发现放射性物质;从而验证噬菌体在侵染细菌的过程中,进入细菌体内的是噬菌体的DNA,而不是噬菌体的蛋白质,进而证明了DNA是噬菌体的遗传物质。新课标新课标生物生物高三总复习高三总复习高考调研5.探究DNA分子半保留复制的特点通过放射性标记来“区别”亲代与子代的DNA,如放射性标记15N,因为放射性物质15N的原子量和14N的原子量不同,因此DNA的相对分子质量不同。如果DNA分子的两条链都是15N,则离心时为重带;如果DNA分子的一条链是
6、15N,一条链是14N,则离心时为中带;如果DNA分子的两条链都是14N,则离心时为轻带。因此可以根据重带、中带、轻带DNA出现的比例,判断DNA复制是全保留复制还是半保留复制。新课标新课标生物生物高三总复习高三总复习高考调研6.研究物质循环方面的问题在生态系统中,组成生物体的C、H、O、N、P、S等元素,不断进行着从无机环境到生物群落,又从生物群落到无机环境的循环过程。如果用放射性同位素标记参与物质循环的这些元素,就可以追踪物质的转移途径。例如用35S标记SO2、用14C标记CO2追踪硫循环和碳循环中S和C的转移途径。新课标新课标生物生物高三总复习高三总复习高考调研7.研究生长素的极性运输证
7、明植物生长素的极性运输时,用同位素14C标记茎形态学上端的生长素(吲哚乙酸),可在茎的形态学下端探测到放射性同位素14C;而标记茎形态学下端的生长素,则在茎的形态学上端探测不到放射性同位素,说明植物生长素只能从形态学的上端运输到形态学的下端。新课标新课标生物生物高三总复习高三总复习高考调研二、考查中经常出现的关键解题规律总结1.方法应用用来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、反应机理等。一般常用的标记元素如:3H、14C、15N、18O、32P、35S。新课标新课标生物生物高三总复习高三总复习高考调研 2.研究基本过程新课标新课标生物生
8、物高三总复习高三总复习高考调研3.应用归类分析(1)标记某元素,追踪其转移途径。如用18O标记H218O,光合作用只产生18O2再用18O标记C18O2,光合作用只产生O2;证明光合作用产生的氧气中的氧原子全部来自于H2O,而不是来自CO2。(2)标记特征元素,探究化合物的作用。如T2噬菌体侵染细菌的实验中,用32P标记噬菌体的DNA,大肠杆菌内发现放射性物质;35S标记蛋白质,大肠杆菌内未发现放射性物质;证明了DNA是噬菌体的遗传物质。新课标新课标生物生物高三总复习高三总复习高考调研(3)标记特征化合物,探究详细生理过程,研究生物学原理。如用3H标记亮氨酸,探究分泌蛋白的分泌过程;用3H标记
9、胸腺嘧啶脱氧核苷酸,研究有丝分裂过程中染色体的变化规律;用15N标记DNA,证明了DNA复制的特点是半保留复制。新课标新课标生物生物高三总复习高三总复习高考调研u典型例题【例1】光合作用是地球上最重要的化学反应。同位素标记法的引入,为探寻和建立光合作用的化学反应过程,作出了巨大的贡献。(1)1941年,鲁宾用同位素标记法追踪光合作用中O2的来源。新课标新课标生物生物高三总复习高三总复习高考调研鲁宾用H218O和普通的CO2进行小球藻光合作用实验(见图A),结果放出的O2具有放射性。若用C18O2和普通的H2O进行光合作用实验(见图B),结果产生的O2不具有放射性。综合实验,可获得的结论是_。新
10、课标新课标生物生物高三总复习高三总复习高考调研(2)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。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,二氧化碳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_。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,固定二氧化碳的化合物是_,二氧化碳转化的第一个产物是_。新课标新课标生物生物高三总复习高三总复习高考调研【解析】(1)由图A:
11、CO2+H218O18O2和图B:C18O2+H2OO2可知,光合作用释放的O2来源于H2O。(2)卡尔文实验中仅30秒的时间内,CO2已经转化为许多种类的物质,无法判断哪种化合物是第一个产物,因此要探究CO2转化的第一个产物,只有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。突然中断CO2供应,固定CO2的化合物的消耗将减少,其含量将逐渐增多(如物质B),而CO2转化的第一个产物将开始减少(如物质A)。【答案】(1)光合作用释放的O2来源于H2O,而不是CO2(2)缩短光照时间,当检测到的化合物只有一种时,这个化合物就是第一个产物 B
12、 A新课标新课标生物生物高三总复习高三总复习高考调研【例2】(2012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:新课标新课标生物生物高三总复习高三总复习高考调研(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:实验三的离心结果:如果DNA位于1/2重和1/2轻带位置,则是_复制;如果DNA位于全中带位置,
13、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。新课标新课标生物生物高三总复习高三总复习高考调研若将实验三得到的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
14、相对分子质量为a,含15N的DNA的相对分子质量为b,现将含15N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_。新课标新课标生物生物高三总复习高三总复习高考调研【解析】(1)前三组实验中,第三组结果对得到结论起到了关键作用,但需要把它与第一组轻带和第二组重带的结果进行比较,才能说明DNA分子的复制方式是半保留复制。(2)实验三的离心结果:如果DNA位于1/2重带和1/2轻带位置,则是全保留复制,因为全保留复制产生的子代是两条链是含14N的DNA,分布在轻带的位置,而亲代DNA的两条链是含15N的,位于重带位置;如果DNA位于全中带位新课标新课标生物生物高三总复
15、习高三总复习高考调研置,则是半保留复制,子代DNA都是一条链含14N一条链含15N,所以处于中带位置。同理,实验四中如果DNA位于1/4轻带和3/4重带位置,则是全保留复制;如果DNA位于1/2中带和1/2重带位置,则是半保留复制。若将实验三得到的DNA双链分开后再离心,其结果不能判断DNA的复制方式。因为不论是全保留复制还是半保留复制,实验结果都是一样的,都会出现位于1/2重和1/2轻带位置。新课标新课标生物生物高三总复习高三总复习高考调研(3)若将实验四的实验时间改为60 min,细菌分裂三次,因为DNA复制方式为半保留复制,离心后密度带的数量和位置没有发生变化,还是在重带和中带位置。若实
16、验三的结果中,子一代DNA中的“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15N。(4)假设某大肠杆菌含14N的DNA的相对分子质量为a,含15N的DNA的相对分子质量为b,将含15N的DNA的大肠杆菌培养在含14N的培养基中,在子二代中有两个中带DNA和两个轻带DNA,相当于一个含15N的DNA和三个含14N的DNA,总质量为3a+b,则四个DNA的平均相对分子质量为(3a+b)/4。新课标新课标生物生物高三总复习高三总复习高考调研【答案】(1)三 一 二(2)全保留 半保留 1/4轻和3/4重 1/2中和1/2重 不能不论是全保留复制还是半保留复制
17、,实验结果都是一样(3)没有变化15N(4)(3a+b)/4新课标新课标生物生物高三总复习高三总复习高考调研精要点拨研究DNA分子复制的问题主要把握两点:就是DNA半保留复制的模型,新合成的DNA分子含有母链和子链。在研究时,要用到离心法,DNA分子越重,则DNA分子的位置就越靠近试管的底部。新课标新课标生物生物高三总复习高三总复习高考调研【例3】放射性同位素自显影技术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mRNA的含量变化。试据图回答有关问题:新课标新课标生物生物高三总复习高三总复习高考调研(1)在放射性同位素标记研究中,为区别
18、DNA和RNA,选择标记的合成原料依次是_,研究中应选择的测量材料是洋葱根尖的_,你的依据是_ _。(2)在细胞分裂的a时期细胞中的mRNA主要用于指导合成_。试解释处于分裂期的细胞中mRNA含量较低的最可能原因:_。新课标新课标生物生物高三总复习高三总复习高考调研(3)图示c时期细胞核DNA、染色体与染色单体数目之比为_,这种比例将维持到细胞分裂的_才发生变化。(4)依据图示,细胞中核糖体活动旺盛的时期可能是_。(5)图中细胞核DNA减半的原因是_。新课标新课标生物生物高三总复习高三总复习高考调研【解析】(1)DNA和RNA的区别之一为碱基的组成不完全相同,DNA和RNA特有的核苷酸分别为胸
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