熱點專題7　同位素標記法

（本欄目對應學生用書P148）熱點專題7同位素標記法［熱點歸納］1.同位素標記法在高中生物學實驗中的應用（1）探究光合作用中元素（原子）的轉移。①美國科學家魯賓和卡門用18O分別標記H2O和CO2

證明光合作用釋放的氧氣全部來自水；②卡爾文等用14C標記的CO2供小球藻進行光合作用，追蹤檢測其放射性，探明了CO2中的碳在光合作用中轉化成有機物中碳的途徑。（2）證明DNA是遺傳物質。赫爾希和蔡斯分別用放射性同位素標記蛋白質和DNA的特征元素，即用32P標記噬菌體的DNA，用35S標記噬菌體的蛋白質，證明DNA是噬菌體的遺傳物質。（3）研究分泌蛋白的合成和運輸。用3H標記亮氨酸，研究分泌蛋白在細胞中的合成、運輸與分泌途徑，證明分泌蛋白在核糖體合成之后，按照內質網→高爾基體→細胞膜的方向運輸，從而證明了細胞內的各種生物膜在功能上是緊密聯系的。（4）證明DNA分子進行半保留復制。用含有15N標記的NH4Cl培養液培養大腸桿菌，讓大腸桿菌繁殖幾代，再將大腸桿菌轉移到含有14N的普通培養液中培養，然后在不同時刻收集大腸桿菌并提取DNA，再通過密度梯度離心來區別親代與子代DNA，從而證明DNA的復制是以半保留的方式進行的。（5）研究生長素的極性運輸。證明植物生長素的極性運輸時，用同位素14C標記莖形態學上端的生長素（吲哚乙酸），可在莖的形態學下端檢測到放射性同位素14C，而標記莖形態學下端的生長素，在莖的形態學上端檢測不到放射性同位素14C，說明植物生長素只能從形態學上端運輸到形態學下端。2.熒光標記法（1）常用的熒光蛋白有綠色和紅色兩種：①綠色熒光蛋白（GFP）常用的是來源于發光水母的一種功能獨特的蛋白質，藍光或近紫外光照射時，其發射綠色熒光；②紅色熒光蛋白來源于珊瑚蟲，是一種與綠色熒光蛋白同源的熒光蛋白，在紫外光的照射下可發射紅色熒光。（2）運用到熒光標記法的實驗：①“細胞融合實驗”：這一實驗證明了細胞膜的結構特點是具有一定的流動性；②“基因在染色體上的實驗證據”：通過現代分子生物學技術，運用熒光標記的手段，直接觀察到某一基因在染色體上的位置。【典例】（2024年貴州貴陽階段練習）同位素標記法是生物學實驗中常用的研究方法。下列實驗中可以通過檢測對應同位素放射性達到實驗目的的是

（）A.用15N標記大腸桿菌的DNA，證明DNA的半保留復制B.用35S和32P同時標記T2噬菌體，證明DNA是遺傳物質C.用3H標記胸腺嘧啶脫氧核苷酸，研究真核細胞轉錄的場所D.用14C標記CO2，追蹤卡爾文循環中碳元素的轉移路徑D【解析】15N是穩定同位素，不具有放射性，A錯誤；證明DNA是T2噬菌體的遺傳物質實驗需要用35S和32P分別標記T2噬菌體，B錯誤；轉錄需要的原料是核糖核苷酸，標記脫氧核苷酸無法進行該研究，C錯誤；卡爾文用14C標記的14CO2研究CO2生成的產物，追蹤卡爾文循環中碳的轉化途徑，D正確。［高考試練］1.（2024年吉林模擬預測）2023年8月24日日本政府啟動福島核污染水第一次排海，這是一場人為破壞海洋環境的災難。核污染水中的放射性同位素碘-129可通過食物鏈進入人體，甲狀腺細胞能將氨基酸和碘合成甲狀腺球蛋白，如圖是其合成甲狀腺球蛋白并分泌到細胞外的過程。下列表述錯誤的是

（）A.②③⑤⑥⑦都含有磷脂分子B.用同位素標記法標記氨基酸，被標記的物質依次出現在③⑦②⑥④C.④的組成元素有C、H、O、N、I，分泌過程需要⑤的協助D.碘-129引起低甲狀腺激素癥可能是因為放射性射線殺死了部分甲狀腺細胞B【解析】圖中②③⑤⑥⑦分別為高爾基體、內質網、線粒體、囊泡、細胞核，都是具膜的結構，而膜的主要成分是磷脂和蛋白質，故②③⑤⑥⑦都含有磷脂分子，A正確；分泌蛋白的合成與分泌過程：核糖體合成蛋白質→內質網進行粗加工→內質網“出芽”形成囊泡→高爾基體進行再加工形成成熟的蛋白質→高爾基體“出芽”形成囊泡→細胞膜，氨基酸是合成蛋白質的原料，用同位素標記法標記氨基酸，被標記的物質依次出現在①③②④，B錯誤；該細胞為甲狀腺細胞，能將氨基酸和碘合成甲狀腺球蛋白，④甲狀腺球蛋白的主要組成元素有C、H、O、N、I，其分泌過程是胞吐，需要⑤線粒體供能，C正確；甲狀腺可分泌甲狀腺激素，碘-129引起低甲狀腺激素癥可能是因為放射性射線殺死了部分甲狀腺細胞，D正確。2.如圖為某同學利用同位素標記法研究變形蟲細胞核功能的實驗，據此推斷不正確的是（）A.RNA首先在細胞核中合成，然后釋放到細胞質中B.細胞核可能通過控制RNA的合成間接控制細胞的代謝C.若核質分離較長時間后進行移植，則B組實驗細胞質中可能無含15N的RNAD.A組換用15N標記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸進行實驗，可得到相同的實驗結果D

【解析】根據圖中信息可知，首先在細胞核中發現有含15N的RNA，核移植之后，含有15N

RNA的細胞核的重組細胞的細胞質中含15N的RNA，這說明RNA首先在細胞核中合成，然后釋放到細胞質中，A正確；根據A選項可推知，細胞核可能通過控制RNA的合成間接控制細胞的代謝，B正確；核質分離較長時間后會死亡，因此若核質分離較長時間后進行移植，則B組實驗細胞質中無含15N的RNA，C正確；15N標記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸是合成DNA的原料，而細胞核中的DNA不能進入細胞質中，因此A組培養液換用15N標記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸進行實驗，得到的實驗結果不同，D錯誤。3.（2024年山東濱州階段練習）在探索DNA是遺傳物質的過程中，科學家們用到了多種科學技術和方法，如同位素標記法、遺傳轉化法等。遺傳轉化法是指同源或異源的游離DNA（質粒或染色體DNA）被細菌的細胞攝取，并得以表達的基因轉移過程，如圖所示。下列有關揭示DNA是遺傳物質的過程分析不正確的是

（）A.用32P標記的噬菌體侵染未標記的細菌，子代噬菌體均有放射性B.艾弗里的肺炎鏈球菌轉化實驗采用了自變量控制中的“減法原理”C.上述遺傳轉化法實驗的原理是基因重組D.保溫時間不影響35S在上清液和沉淀物中的分布，攪拌不夠充分會影響A【解析】噬菌體合成DNA所需的原料是由細菌提供的，若用32P標記的噬菌體侵染未標記的細菌，做模板的親代噬菌體是少數的，新合成的子代噬菌體數量多，因此子代噬菌體部分有放射性，A錯誤；與常態比較，人為去除某種影響因素的稱為“減法原理”，在艾弗里及其同事的肺炎鏈球菌轉化實驗中，每個實驗組特異性地去除了一種物質，從而鑒定出DNA是遺傳物質，利用了“減法原理”，B正確；由圖可知，S型細菌的S基因整合到了R型細