专题03 同位素标记法在实验中的应用-备战高考生物实验专项突破

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专题03 同位素标记法在实验中的应用

同位素标记法
(1)概念：借助同位素(用于追踪物质的运行和变化规律的元素)，科学家通过追踪放射性同位素标记的化合物，可以弄清化学反应的详细过程，叫做同位素标记法。
(2)解读
①原理：同一元素的不同同位素之间的原子序数、在元素周期表中的位置、化学行为和化学性质一致，例如1H、2H、3H三种同位素标记的亮氨酸，化学性质不会改变。
②分类：所用的同位素有自然存在的，也有人工制造的，有的有放射性，有的无放射性，所以可分为放射性同位素标记和非放射性同位素标记。
③常用的标记元素及化合物追踪过程


④标记对象及探究目的
a．若标记的小分子物质如亮氨酸、碱基、核苷酸或CO2用于合成反应，则一般用于追踪该小分子物质在某一过程中的转移途径。
b．若标记的小分子物质如H2O、C6H12O6用于分解反应，则多用于追踪原子的去向。
c．若标记大分子物质如蛋白质、DNA，则多用于追踪其随时间的转移在空间的分布。

一、单选题
1．同位素标记法是生物学常用的一种研究方法，下列相关叙述正确的是（       ）
A．赫尔希和蔡斯用35S标记噬菌体的蛋白质时，标记元素可能位于蛋白质的肽键中
B．用18O分别标记H2O和CO2证实了光合作用产生的氧气全部来自于反应物的CO2
C．用含有3H标记的尿嘧啶核苷酸的营养液培养洋葱的根尖，可以在细胞核和线粒体处检测到较强的放射性，而在核糖体处则检测不到
D．用15N标记的DNA置于含I4N的核苷酸作原料的溶液中进行复制，经密度梯度离心后可以分析得出DNA半保留复制的特点
【答案】D
【解析】
【分析】
放射性同位素标记法是利用放射性元素作为示踪剂对研究对象进行标记的微量分析方法，也是高中生物实验中常用的一种实验方法，即把放射性同位素的原子参到其他物质中去，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，以研究生物相应的生理过程，一般常用的同位素有：15N、3H、35S、32P、14C、18O等，在实验时应根据实验的目的来选择好被标记的元素。
【详解】
A、根据氨基酸的结构简式C2H4O2NR可知，氨基酸的元素组成是C、H、O、N，若存在其他元素，则在R基中，因此，若用35S标记噬菌体的蛋白质时，标记元素在氨基酸的R基中，不会存在于肽键中，A错误；
B、用18O分别标记H2O和CO2证实了光合作用产生的氧气全部来自于反应物的H2O，B错误；
C、尿嘧啶核糖核苷酸是RNA合成的原料，RNA的合成是DNA的转录过程，细胞核是转录的主要场所，转录出的信使RNA参与翻译过程，翻译过程发生在核糖体上，且线粒体中含有DNA，其中也能进行转录和翻译过程，因此，可以在细胞核和线粒体处检测到较强的放射性，且在核糖体处也能检测到，C错误；
D、用15N标记的DNA置于含14N的核苷酸作原料的溶液中进行复制，经密度梯度离心后，根据分子量不同的DNA出现的位置以及占比，可以分析得出DNA半保留复制的特点，D正确。
故选D。
2．下列关于生物科学史的叙述，错误的是（　　）
A．辛格和尼科尔森通过电镜观察到细胞膜的流动镶嵌模型
B．卡尔文和同事利用14C标记的CO2阐明光合作用中碳的转变途径
C．科学家发现在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂，在光照下会发生水的光解、产生氧气，这个实验可以直接证明叶绿体是光合作用的细胞器
D．伞藻嫁接实验和核移植实验说明生物体形态结构的建成主要与细胞核有关
【答案】C
【解析】
【分析】
光合作用的部分发现历程：
（1）恩格尔曼采用水绵、好氧细菌和极细光束进行对照实验，发现光合作用的场所是叶绿体；
（2）鲁宾和卡门采用同位素标记法进行实验证明光合作用释放的O2来自水；
（3）卡尔文采用同位素标记法探明了CO2的固定过程中碳元素的转移途径。
【详解】
A、流动镶嵌模型是通过观察等手段之后建立起来的结构模型，在显微镜下不可能看到，A错误；
B、卡尔文和同事利用14C标记的CO2供小球藻进行光合作用，最终探明了CO2中的碳是如何转化为有机物中的碳的，即阐明了光合作用中碳的转变途径，B正确；
C、科学家发现在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂，在光照下可以释放出氧气，这个实验可以直接证明叶绿体是光合作用的细胞器，C正确；
D、伞形帽伞藻上长出了菊花帽，菊花帽伞藻上长出了伞形帽，伞藻嫁接实验和核移植实验说明生物体形态结构的建成主要与细胞核有关，D正确。
故选A。
3．在科学家对光合作用的探索历程中，下列哪一项叙述不准确（       ）
A．恩格尔曼的实验直接证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用释放氧气
B．鲁宾和卡门用18O标记H2O进行实验，证明了光合作用的氧气来自于水
C．希尔通过实验发现，离体叶绿体在适宜条件下也能发生水的光解
D．卡尔文用放射性同位素示踪技术探明了CO2中碳的去向
【答案】B
【解析】
【分析】
光合作用的发现历程：
（1）普利斯特利通过实验证明植物能净化空气；
（2）梅耶根据能量转换与守恒定律明确指出植物进行光合作用时光能转换为化学能；
（3）萨克斯通过实验证明光合作用的产物除了氧气外还有淀粉；
（4）恩格尔曼采用水绵、好氧细菌和极细光束进行对照实验，发现光合作用的场所是叶绿体；
（5）鲁宾和卡门采用同位素标记法进行实验证明光合作用释放的O2来自水；
（6）卡尔文采用同位素标记法探明了CO2的固定过程中碳元素的转移途径。
【详解】
A、恩格尔曼以水绵为实验材料，证明光合作用是发生在叶绿体的受光部位，即叶绿体能吸收光能用于光合作用释放氧气，A正确；
B、鲁宾和卡门分别用18O标记H2O和CO2进行实验，证明光合作用中氧气来自于水，B错误；
C、希尔利用离体叶绿体在适当条件下进行 实验，发现其中能发生水的光解并产生氧气，C正确；
D、卡尔文采用同位素标记法探明了CO2的固定过程中碳元素的转移途径，D正确。
故选B。
4．下列有关探索光合作用原理的实验的叙述，错误的是
A．恩格尔曼利用水绵和需氧细菌证明了O2产生部位为类囊体薄膜
B．希尔发现离体的叶绿体在适当条件下能发生水的光解并产生O2
C．鲁宾和卡门运用同位素示踪法证明了光合作用产生的O2中氧元素来自水
D．卡尔文运用14C标记的14CO2确定了暗反应过程中碳原子的转移途径
【答案】A
【解析】
【分析】
光合作用的发现历程：
（1）普利斯特利通过实验证明植物能净化空气；
（2）梅耶根据能量转换与守恒定律明确指出植物进行光合作用时光能转换为化学能；
（3）萨克斯通过实验证明光合作用的产物除了氧气外还有淀粉；
（4）恩格尔曼采用水绵、好氧细菌和极细光束进行对照实验，发现光合作用的场所是叶绿体；
（5）鲁宾和卡门采用同位素标记法进行实验证明光合作用释放的O2来自水；
（6）卡尔文采用同位素标记法探明了CO2的固定过程中碳元素的转移途径。
【详解】
A、恩格尔曼的实验通过观察需氧细菌在水绵表面的分布，直接证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放出氧气，A错误；
B、希尔在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂，在光照下可释放氧气，说明离体叶绿体在适当条件下能进行水的光解，产生氧气，B正确；
C、鲁宾和卡门利用同位素示踪的方法，用18O分别标记两组实验中的H2O和CO2，证明光合作用产生的O2中的O全部来自H2O，C正确；
D、卡尔文用放射性14C标记CO2，通过追踪放射性去向，证明了光合作用中C的转移途径，即卡尔文循环，D正确。
故选A。
5．通过设置两个或两个以上的实验组，通过对结果的比较分析，来探究某种因素与实验对象的关系，这样的实验叫做对比实验。对比实验和对照实验都是科学探究中常用的方法。下列关于生物科学实验的叙述，正确的是（       ）
A．鲁宾和卡门设计对比实验证明了光合作用释放的氧气来自水
B．对比实验遵循对照原则和单一变量原则，需要设置空白对照组
C．对比实验属于验证实验，每个实验组的实验结果都是已知的
D．萨克斯通过天竺葵实验证明光合作用的产物有淀粉是对比实验
【答案】A
【解析】
【分析】
对比实验指设置两个或两个以上的实验组，通过对比结果的比较分析，来探究各种因素与实验对象的关系，这样的实验称为对比实验。对比实验不设对照组，均为实验组。
【详解】
A、鲁宾和卡门分别标记水和二氧化碳中的氧元素来做对比，通过实验证明了光合作用释放的氧气来自水，是对比实验，A正确;
B、对比实验遵循对照原则和单一变量原则，不需要设置空白对照组，B错误；
C、对比实验不是验证实验，每个实验组的实验结果都是未知的，C错误；
D、萨克斯通过天竺葵实验证明光合作用的产物有淀粉是对照实验，不是对比实验，D错误；
故选A。
【点睛】
本题考查对比实验相关概念。
6．下列有关实验叙述正确的是（       ）
A．用35S标记噬菌体侵染大肠杆菌后，搅拌不充分会导致沉淀物中放射性偏低
B．探究温度对淀粉酶活性影响的实验，斐林试剂、碘液均可用来检测实验结果
C．观察有丝分裂实验中的解离液是15%盐酸和95%酒精的混合液
D．利用同位素标记法将人鼠细胞融合实验证明细胞膜具有一定的流动性
【答案】C
【解析】
【分析】
1、上清液和沉淀物中都有放射性的原因分析：①用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌，上清液中有少量放射性的原因：a．保温时间过短，部分噬菌体没有侵染到大肠杆菌细胞内，经离心后分布于上清液中，使上清液出现放射陡。b．保温时间过长，噬菌体在大肠杆菌内增殖后释放子代，经离心后分布于上清液中，也会使上清液的放射性含量升高。②用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌，沉淀物中也有少量放射性的原因：由于搅拌不充分，有少量35S的噬菌体蛋白质外壳吸附在细菌表面，随细菌离心到沉淀物中，使沉淀物中出现少量的放射性。
2、斐林试剂是由甲液（质量浓度为0.1g/mL氢氧化钠溶液）和乙液（质量浓度为0.05 g/mL硫酸铜溶液）组成，用于鉴定还原糖，使用时要将甲液和乙液混合均匀后再加入含样品的试管中，且需水浴加热。
【详解】
A、用35S标记噬菌体侵染大肠杆菌后，原则上沉淀物应该没有放射性，搅拌不充分会导致沉淀物中出现少量放射性，A错误；
B、斐林试剂检测还原糖需要水浴加热，会改变反应的温度，因此如果究温度对淀粉酶活性的影响，不能选择斐林试剂检测实验结果，B错误；
C、观察有丝分裂实验中的解离液是15%盐酸和95%酒精1:1的混合液，C正确；
D、利用荧光标记法将人鼠细胞融合实验证明细胞膜具有一定的流动性，D错误。
故选C。
7．关于实验中减少实验误差的方法，下列有关叙述错误的是（　　）
A．探究生长素类似物促进插条生根的最适浓度，正式实验前进行预实验以减小实验误差
B．探究光照强弱对光合作用强度影响的实验中，对叶圆片进行抽气处理
C．细胞大小与物质运输的关系实验中，每种大小的琼脂块各取多块
D．探究温度对淀粉酶活性影响实验中，酶和底物应分别保温后再混合
【答案】A
【解析】
【分析】
真实值与测量值之间的差异叫误差，误差存在是不可避免的，但可以减小误差，可以采用改进测量方法、选用精密度高的测量工具、多次测量求平均值等方法来减小误差。
【详解】
A、探究生长素类似物促进插条生根的最适浓度，正式实验前进行预实验，可以为正式实验摸索条件，也可以检验实验设计的科学性和可行性，以免由于设计不周，盲目开展实验而造成不必要的浪费，预实验不能减小实验误差，A错误；
B、探究光照强弱对光合作用强度影响的实验中，对叶原片进行抽气处理，去掉叶片中原有气体的干扰，进而减少实验误差，B正确；
C、细胞大小与物质运输的关系实验中，每种大小的琼脂块各取多块，增加重复实验减小误差，C正确；
D、探究温度对淀粉酶活性影响实验中，每组都先对酶溶液和淀粉溶液分别保温，混合后继续保温，防止混合后迅速发生化学反应，减少实验误差，D正确。
故选A。
8．下列有关课本实验的叙述不合理的是（       ）
A．用哺乳动物的成熟红细胞，观察细胞的吸水和失水
B．用新鲜的黑藻小叶，观察细胞中叶绿体的形态和分布
C．用盐酸处理后的口腔细胞，滴加健那绿观察线粒体的分布
D．用T2噬菌体侵染大肠杆菌，证明DNA是遗传物质
【答案】C
【解析】
【分析】
1、哺乳动物成熟的红细胞无细胞核和众多的细胞器。
2、叶肉细胞中的叶绿体，呈绿色、扁平的椭球形或球形，散布于细胞质中，可以在高倍显微镜下观察它的形态。
3、健那绿是活性染料，可将线粒体染成蓝绿色。
【详解】
A、哺乳动物成熟的红细胞无细胞核和众多的细胞器，呈中央微凹的圆饼状，可用其观察细胞的吸水和失水，若吸水细胞会膨胀甚至涨破，若失水细胞会皱缩，A正确；
B、新鲜的黑藻小叶中含有叶绿体，可以将新鲜黑藻小叶制成装片观察叶绿体的形态和分布，B正确；
C、盐酸会杀死细胞，健那绿能将活细胞内的线粒体染成蓝绿色，观察细胞内的线粒体，需要保持细胞的活性，C错误；
D、赫尔希和蔡斯采用同位素标记法，用T2噬菌体侵染大肠杆菌，证明DNA是遗传物质，D正确。
故选C。
9．如果用3H、15N、32P、35S标记噬菌体后，让其侵染未被标记的细菌，在产生的子代噬菌体的组成成分中，能够找到的放射性元素为（       ）
A．可在外壳中找到3H、15N和35S
B．可在外壳中找到15N、35S
C．可在DNA中找到15N、32P、35S
D．可在DNA中找到3H、15N和32P
【答案】D
【解析】
【分析】
噬菌体是DNA病毒，必须寄生在活细胞内。当其侵染细菌时，会利用细菌内的物质为原料合成自身的蛋白质外壳和遗传物质。
【详解】
分析题干，该噬菌体的蛋白质外壳由3H、15N、35S标记，遗传物质DNA由3H、15N、32P标记，让该噬菌体侵染未被标记的细菌，会以自身DNA为模板，利用细菌内的物质为原料合成噬菌体的蛋白质外壳和DNA，所以在产生的子代噬菌体中，其DNA内可以找到放射性元素3H、15N和32P，D正确，ABC错误；
故选D。
10．赫尔希和蔡斯设计了同位素标记的噬菌体侵染未被标记的大肠杆菌的实验，以下叙述正确的是（       ）
A．该实验中32P标记组和35S标记组都是实验组，该实验是对比实验
B．35S标记的一组，搅拌离心后上清液和沉淀物中的放射性受保温时间长短的影响
C．32P标记的一组，搅拌离心后上清液和沉淀物中的放射性不受保温时间长短的影响
D．赫尔希和蔡斯通过该实验证明了噬菌体和大肠杆菌的遗传物质都是DNA
【答案】A
【解析】
【分析】
1、噬菌体的繁殖过程：吸附→注入（注入噬菌体的DNA）→合成（控制者：噬菌体的DNA；原料：细菌的化学成分）→组装→释放。
2、T2噬菌体侵染细菌的实验步骤：分别用35S或32P标记噬菌体→噬菌体与大肠杆菌混合培养→噬菌体侵染未被标记的细菌→在搅拌器中搅拌，然后离心，检测上清液和沉淀物中的放射性物质。
【详解】
A、该实验是对比实验，实验中32P标记组和35S标记组都是实验组，A正确；
B、35S标记的是噬菌体的蛋白质外壳，蛋白质外壳较轻，离心后分布在上清液中，如果沉淀中存在放射性，可能是搅拌不充分，噬菌体吸附在细菌表面，离心后跟随细菌一起留在沉淀中，故35S标记的一组，搅拌离心后上清液和沉淀物中的放射性受搅拌时间的影响，B错误；
C、32P标记是噬菌体的DNA，离心后应该分布在沉淀，如果在上清液中出现放射性，可能是培养时间较短，部分噬菌体还没有侵染细菌，离心后到上清液中；也可能是培养时间过长，噬菌大肠杆菌细胞内大量繁殖，细菌裂解，子代噬菌体被释放出来，离心后出现在上清液中，故32P标记的一组，搅拌离心后上清液和沉淀物中的放射性受保温时间长短的影响，C错误；
D、赫尔希和蔡斯通过该实验证明了噬菌体的遗传物质是DNA，D错误。
故选A。
11．生物学研究中用到了很多科学方法，下列关于有关科学方法说法合理的是（       ）
A．沃森和克里克运用构建概念模型的方法研究的结构
B．肺炎链球菌的体外转化实验中的自变量的控制利用了减法原理
C．孟德尔运用假设-演绎法证明了基因位于染色体上
D．科学家用放射性同位素示踪法和差速离心法证明了具有半保留复制的特点
【答案】B
【解析】
【分析】
孟德尔运用假设-演绎法揭示了基因的分离定律和自由组合定律，摩尔根用假设-演绎法证明了基因位于染色体上。沃森和克里克运用构建物理模型的方法研究 DNA 的结构。
【详解】
A、沃森和克里克运用构建物理模型的方法研究 DNA 的结构，A错误；
B、艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验利用了自变量控制中的“减法原理”，进而证明DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质，B正确；
C、摩尔根用假设-演绎法证明了基因位于染色体上，C错误；
D、科学家用同位素示踪法和密度梯度离心法证明了 DNA 具有半保留复制的特点，D错误。
故选B。
12．下列有关实验操作和实验方法的叙述，正确的是（       ）
A．洋葱根尖依次经过解离、染色、漂洗、制片等操作后，只能在部分分生区细胞中观察到染色体
B．观察低温诱导染色体数目变化的实验中，卡诺氏液处理过的根尖需用清水冲洗后再进行解离
C．现代分子生物学技术通过荧光标记法确定了基因在染色体上的位置
D．科学家运用同位素示踪技术和差速离心法证明了DNA 的半保留复制
【答案】C
【解析】
【分析】
1、观察细胞有丝分裂实验的步骤：解离（解离液由盐酸和酒精组成，目的是使细胞分散开来）、漂洗（洗去解离液，便于染色）、染色（用龙胆紫、醋酸洋红等碱性染料）、制片（该过程中压片是为了将根尖细胞压成薄层，使之不相互重叠影响观察）和观察（先低倍镜观察，后高倍镜观察）
2、低温诱导染色体数目加倍实验的原理：低温能抑制纺锤体的形成，使子染色体不能移向细胞两极，从而引起细胞内染色体数目加倍；该实验采用的试剂有卡诺氏液（固定）、改良苯酚品红染液（染色），体积分数为15%的盐酸溶液和体积分数为95%的酒精溶液（解离）。
【详解】
A、用洋葱根尖分生区细胞观察有丝分裂和低温诱导染色体数目变化实验制作装片的顺序都是：取材→解离→漂洗→染色→制片，A错误；
B、低温诱导洋葱根尖分生区细胞染色体数目变化实验中，卡诺氏液处理根尖后，需用体积分数为95%的酒精冲洗两次，B错误；
C、现代分子生物学技术运用荧光标记法确定基因在染色体上的位置，C正确；
D、证明DNA的半保留复制运用了同位素示踪技术和密度梯度离心法，D错误。
故选C。
13．选择正确的科学研究方法有助于实验目的的达成，下列实验中对实验方法的选择和运用不合理的是（       ）
选项
实验方法
实验目的
A
荧光标记法
测定基因在染色体上的位置
B
抽样检测法
测定海水中某种单细胞藻类的种群密度
C
放射性同位素标记法
研究分泌蛋白的合成、运输及分泌过程
D
差速离心法
探究DNA的复制方式
A．A B．B C．C D．D
【答案】D
【解析】
【分析】
同位素标记可用于示踪物质的运行和变化规律，通过追踪同位素标记的化合物，可以弄清楚化学 反应的详细过程。
【详解】
A、近代分子生物学技术能够用特定的分子，与染色体上的某一个基因结合，这个分子又能被带有荧光标记的物质识别，通过荧光显示，就可以知道基因在染色体上的位置，A正确；
B、一定体积的海水中单细胞藻类的数量很多，故可用抽样检测的方法来测定种群密度，B正确；
C、用3H标记的亮氨酸可以研究分泌蛋白的合成、运输及分泌过程，C正确；
D、探究DNA的复制方式时使用的是密度梯度离心法，D错误。
故选D。
14．下列关于高中教材中的实验描述错误的是（       ）
A．探究分泌蛋白的分泌过程和细胞膜具有流动性的实验均运用了荧光标记法
B．探究光合作用中O2的来源和DNA复制方式的实验均运用了同位素标记法
C．“观察根尖分生组织细胞的有丝分裂”和“观察DNA和RNA在细胞中的分布”实验中盐酸的作用不同
D．T2噬菌体侵染大肠杆菌和肺炎双球菌体外转化实验的思路都是将蛋白质和DNA分开，再观察它们各自的作用
【答案】A
【解析】
【分析】
T2噬菌体侵染大肠杆菌实验：用被35S和32P标记的噬菌体分别去侵染未标记的细菌，然后测定宿主细胞的同位素标记。当用35S标记的噬菌体侵染细菌时，测定结果显示，宿主细胞内很少有同位素标记，而大多数35S标记的噬菌体蛋白质附着在宿主细胞的外面。当用32P标记的噬菌体感染细菌时，测定结果显示宿主细胞的外面的噬菌体外壳中很少有放射性同位素32P，而大多数放射性同位素32P在宿主细胞内。以上实验表明，噬菌体在侵染细菌时，进入细菌内的主要是DNA，而大多数蛋白质在细菌的外面。可见，在噬菌体的生活史中，只有DNA是在亲代和子代之间具有连续性的物质。因此，DNA是遗传物质。
【详解】
A、探究分泌蛋白分泌过程的实验利用3H标记的亮氨酸追踪其路径，探究细胞膜具有流动性是利用荧光标记蛋白质来验证生物膜的结构特点，A错误；
B、探究光合作用中O2的来源（H218O和C18O2）和DNA复制方式（14N、15N）的实验均运用了同位素标记法，B正确；
C、“观察根尖分生组织细胞的有丝分裂”实验中用到了质量分数为15%的盐酸，其与体积分数为95%的酒精混合配制成解离液，使组织细胞相互分离，“观察DNA和RNA在细胞中的分布”实验中用到了质量分数为8%的盐酸，其作用为改变细胞膜的通透性，加速染色剂进入细胞，同时使染色质中的蛋白质和DNA分离，有利于DNA与染色剂结合，C正确；
D、T2噬菌体侵染大肠杆菌（用被35S和32P标记的噬菌体分别去侵染未标记的细菌）和肺炎双球菌体外转化实验（用DNA和蛋白质分别与R型一起培养），实验思路都是将蛋白质和DNA分开，再观察它们各自的作用，D正确。
故选A。
15．下列有关同位素标记法及其应用的叙述，错误的是（       ）
A．证实DNA半保留复制的实验过程中运用了同位素标记法
B．给苹果植株提供14CO2，果实细胞在缺氧时会出现14C2H5OH
C．卡尔文循环中，14C的转移途径是14CO2→14C3→（14CH2O）
D．小白鼠吸入18O2后，在其呼出的气体中不能检测到C18O2
【答案】D
【解析】
【分析】
在DNA的半保留复制，分泌蛋白的合成和分泌过程，光合作用的过程等探究过程中，均运用了同位素标记法。
【详解】
A、证实DNA半保留复制的实验过程中运用了同位素标记法标记N元素，A正确；
B、B、给苹果植株提供14CO2，会通过光合作用进入糖类中，含14C的糖类再参与呼吸作用，果实细胞在缺氧时会出现l4C2H5OH，B正确；
C、卡尔文循环中，二氧化碳中的碳先通过二氧化碳的固定，出现在C3中，再通过C3的还原，进入糖类等有机物中，C正确；
D、小白鼠吸入18O2后，会通过呼吸作用进入水中，含18O的水再参与呼吸作用，会产生C18O2， D错误。
故选D。
16．“探究DNA的复制过程”实验中，科学家设计了以NH4Cl为氮源培养大肠杆菌的同位素示踪实验，下列叙述错误的是（       ）
A．可先将大肠杆菌放入以15NH4Cl为唯一氮源的培养液中培养
B．15N -15N-DNA、15N-14N-DNA、14N-14N-DNA的密度各不相同
C．可对每一代大肠杆菌直接做密度梯度离心，无需破碎细胞处理
D．分析子一代与子二代的离心结果可得出DNA分子的复制方式
【答案】C
【解析】
【分析】
由于15N与14N的原子量不同，形成的DNA的相对质量不同，DNA分子的两条链都是15N，DNA分子的相对质量最大，离心后分布在试管的下端；如果DNA分子的两条链都是14N，相对质量最轻，离心后分布在试管上端；如果DNA分子的一条链是14N，另一条链是15N，相对分子质量介于二者之间，离心后分布在试管中部；若是DNA分子的复制是分散复制，不论复制几次，离心后的条带只有一条，然后根据实验出现的条带推断DNA分子的复制方式。
【详解】
A、DNA分子的元素组成包括C、H、O、N、P，可将大肠杆菌放入以15NH4Cl为唯一氮源的培养液中获得双链被15N标记的DNA分子，A正确；
B、离心后15N -15N-DNA为重密度带、15N-14N-DNA为中密度带、14N-14N-DNA为轻密度带，故三者的密度各不相同，B正确；
C、需要将每一代大肠杆菌破碎，释放出DNA分子进行密度梯度离心，会出现密度带，C错误；
D、子一代均为中密度带，子二代1/2中密度带、1/2轻密度带，说明DNA分子的复制方式是半保留复制，D正确。
故选C。
17．科学家利用“同位素标记法”弄清了许多化学反应的详细过程。下列说法正确的是
A．用15N标记核苷酸弄清了分裂期染色体形态和数目的变化规律
B．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
C．用14C标记CO2供给小球藻进行光合作用可用于证明碳的转化途径
D．用18O分别标记H2O和CO2后同时供给同一植物，可证明光合作用释放的O2来自水
【答案】C
【解析】
【分析】
放射性同位素标记法在生物学中具有广泛的应用：（1）用35S标记噬菌体的蛋白质外壳，用32P标记噬菌体的DNA，分别侵染细菌，最终证明DNA是遗传物质；（2）用3H标记氨基酸，探明分泌蛋白的合成与分泌过程；（3）15N标记DNA分子，证明了DNA分子的复制方式是半保留复制；（4）卡尔文用14C标记CO2，研究出碳原子在光合作用中的转移途径，即CO2→C3→有机物；（5）鲁宾和卡门用18O标记水，证明光合作用所释放的氧气全部来自于水。
【详解】
A、假设15N标记的是脱氧核苷酸，被标记的染色体只能对数目的变化规律进行研究，而对染色体形态没有办法进行变化规律的研究，A错误；
B、用32P标记噬菌体的DNA并以此侵染细菌证明了DNA是遗传物质，B错误；
C、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CO2→C3→（CH2O），C正确；
D、用18O分别标记H2O和CO2进行两组实验，一组提供H218O和CO2，另一组提供H2O和C18O2供给同种植物，而非同时，D错误。
故选C。
18．下图表示利用大肠杆菌探究 DNA复制方式的实验，下列叙述正确的是（       ）

A．转移到含14NH4Cl的培养液中，无论细胞分裂几次均不会出现试管①中的 DNA带
B．随着复制次数的增加，试管③中的b带比重增加，a带比重降低
C．该实验可以证明 DNA在复制过程中是边解旋边复制
D．大肠杆菌的DNA复制主要在细胞核中进行，但复制产生的DNA主要分布于细胞质中
【答案】A
【解析】
【分析】
DNA复制是指DNA双链在细胞分裂以前进行的复制过程，从一个原始DNA分子产生两个相同DNA分子的生物学过程。DNA复制是通过名为半保留复制的机制来得以顺利完成的。
【详解】
A、转移到含14NH4Cl的培养液中，DNA进行半保留复制，无论细胞分裂几次均不会出现试管①中的 DNA带（两条链均为15N），A正确；
B、随着细胞分裂次数的增加，试管③中a带的比例会增加，b带的比例会降低，B错误；
C、该实验只能证明DNA的复制方式是半保留复制，不能证明 DNA在复制过程中是边解旋边复制，C错误；
D、大肠杆菌属于原核生物，细胞中无成形的细胞核，D错误。
故选A。
19．同位素标记可用于示踪物质的运行和变化规律。利用放射性同位素标记时，通常应用放射性元素可以发出射线的原理并结合放射自显影技术以显示实验结果；利用稳定同位素标记时，区分不同分子则主要依据其分子量差异。科学家将大肠杆菌的DNA全部用15N进行标记，然后将其转移到含14NHCl的培养液中培养繁殖三代，测定各代DNA分子，实验结果如图所示。下列说法正确的是（       ）

A．图中阴影是利用放射自显影技术显示的结果
B．A显示15N/15N—DNA分子所在的位置
C．若将亲代DNA分子与子二代DNA分子混合后测定，可以出现3条带
D．若将子三代DNA分子进行热变性后测定，可以出现3条带
【答案】C
【解析】
【分析】
DNA分子复制时，以DNA的两条链为模板，合成两条新的子链，每个DNA分子各含一条亲代DNA分子的母链和一条新形成的子链，称为半保留复制。
【详解】
A、15N不具有放射性，故图中阴影不是利用放射自显影技术显示的结果，A错误；
B、A出现的时间比B要晚，位置比B低，再根据DNA半保留复制方式，推测A不是显示15N/15N—DNA分子所在的位置，B错误；
C、亲代DNA分子两条链含15N，子二代的DNA，有的DNA一条链含有15N，一条链含14N，有的DNA两条链都含有14N，故若将亲代DNA分子与子二代DNA分子混合后测定，可以出现3条带，C正确；
D、子三代DNA分子，有的DNA一条链含有15N，一条链含14N，有的DNA两条链都含有14N，热变形后DNA形成单链，可以出现2条带，D错误。
故选C。
20．下列物质或结构与其“分离”方法对应正确的是（       ）
A．纸层析法——绿叶中色素的提取和分离
B．差速离心法——将细胞中的各种细胞器分离开来
C．离心——使T2噬菌体外壳蛋白与DNA分开
D．密度梯度离心——使含15N的细菌与不含15N的细菌分层分布
【答案】B
【解析】
【分析】
高中实验所涉及的方法：
绿叶中色素的提取和分离——无水乙醇提取色素，纸层析法分离色素；
分离各种细胞器的方法——差速离心法；
T2噬菌体侵染细菌实验中，搅拌的目的是使吸附在细菌上的T2噬菌体与细菌分开，离心的目的使T2噬菌体外壳蛋白与细菌分开。
验证DNA的半保留复制方式实验时，先收集并破碎细菌释放出DNA，再用密度梯度离心是不同DNA分开。
【详解】
A、分离绿叶中的色素用纸层析法，提取绿叶中色素用无水乙醇，A错误；
B、分离细胞器的方法用差速离心法，B正确；
C、通过搅拌使吸附在细菌上的T2噬菌体与细菌分开，离心的目的使T2噬菌体外壳蛋白与细菌分开，C错误；
D、验证DNA的半保留复制方式实验时，先破碎细菌释放出DNA，再用密度梯度离心，使含15N的DNA与不含15N的DNA分层分布，且不同含量的15N的DNA 也会分层分布，D错误。
故选B。
21．科学家们为了达到研究的目的，用了许多不同的实验方法，下列史实与实验方法不匹配的是（       ）
A．科学家证明DNA的半保留复制模式——密度梯度离心法
B．噬菌体侵染细菌实验——放射性同位素标记法
C．科学家提出基因在染色体上的假说——荧光标记法
D．摩尔根得到基因在染色体上的实验证据——假说—演绎法
【答案】C
【解析】
【分析】
科学的研究方法：
1、假说-演绎法：在观察和分析基础上提出问题以后，通过推理和想像提出解释问题的假说，根据假说进行演绎推理，再通过实验检验演绎推理的结论。如果实验结果与预期结论相符，就证明假说是正确的，反之，则说明假说是错误的。例如孟德尔的豌豆杂交实验、摩尔根研究的伴性遗传等。
2、类比推理法：类比推理指是根据两个或两类对象在某些属性上相同，推断出它们在另外的属性上（这一属性已为类比的一个对象所具有，另一个类比的对象那里尚未发现）也相同的一种推理。萨顿的假说“基因在染色体上”运用了类比推理法。
3、放射性同位素标记法：放射性同位素可用于追踪物质运行和变化的规律，例如噬菌体侵染细菌的实验。
【详解】
A、科学家探究DNA半保留复制方式的实验运用了同位素示踪法和密度梯度离心法，A不符合题意；
B、赫尔希和蔡斯噬菌体侵染细菌实验中用35S和32P分别标记蛋白质和DNA，即使用了同位素标记法，B不符合题意；
C、萨顿运用了类比推理的方法提出了基因位于染色体上的假说，C符合题意；
D、摩尔根证明基因位于染色体上，运用了假说—演绎法，D不符合题意。
故选C。
二、非选择题
22．1958年，生物学家梅塞尔森和斯塔尔以大肠杆菌为实验材料，运用同位素标记技术和密度梯度离心法成功证实了DNA分子的复制方式为半保留复制。

(1)大肠杆菌DNA分子可以精确复制的原因是_________________。
(2)将DNA分子用15N标记的大肠杆菌培养在含有14NH4C1的普通培养液中，经历两次分裂后提取子代细菌DNA进行密度梯度离心，其在试管中的分布为_________(用右图中标号描述)；若将上述提取的DNA分子热变性处理后再进行密度梯度离心，则试管中条带的位置为____________(用右图中标号描述)。
(3)病毒DNA有双链和单链之分。有些单链DNA病毒也会感染人或动物引发疾病，并且容易变异，所以研究病毒DNA是双链还是单链非常必要。新发现一种能引发猪瘟的DNA病毒，欲利用同位素标记技术和密度梯度离心法研究该病毒的DNA是双链还是单链结构，请简要写出实验方案。
实验思路：___________________________________________________________________
实验结果及结论：_____________________________________________________________
【答案】(1)具有规则的双螺旋结构，遵循碱基互补配对原则
(2)     一半位于①位置，一半位于②位置     ①和③
(3)     将待测病毒接种到用含15N的培养基培养的猪胚细胞中，培养一段时间；提取病毒DNA分子进行密度梯度离心，记录离心后试管中DNA的位置     若DNA分子分别在试管中间和底部形成条带，则病毒的DNA为双链；若DNA分子分别在试管上部和底部形成条带，则病毒的DNA为单链
【解析】
【分析】
1、DNA复制时间：有丝分裂和减数分裂间期。
2、DNA复制条件：模板（DNA的双链）、能量（ATP水解提供）、酶（解旋酶和DNA聚合酶等）、原料（游离的脱氧核苷酸）。
3、DNA复制过程和特点：边解旋边复制，半保留复制。
4、DNA复制结果：一条DNA复制出两条DNA。
5、DNA复制意义：通过复制，使亲代的遗传信息传递给子代，使前后代保持一定的连续。
(1)
由于DNA具有规则的双螺旋结构，且严格遵循碱基互补配对原则，因而大肠杆菌DNA分子可以精确复制。
(2)
由于DNA是半保留复制，经历两次分裂后产生4 个细胞，提取子代细菌DNA进行密度梯度离心，其在试管中的分布为一半位于①位置，一半位于②位置。若将上述提取的DNA分子热变性处理，DNA双链解链，再进行密度梯度离心，则试管中条带的位置为①和③。
(3)
由于要研究的是病毒的DNA是双链还是单链结构，所以实验思路为：将待测病毒接种到用含15N的培养基培养的猪胚细胞中，培养一段时间；提取病毒DNA分子进行密度梯度离心，记录离心后试管中DNA的位置。实验结果及结论：如果DNA分子分别在试管中间和底部形成条带，则病毒的DNA为双链；如果DNA分子分别在试管上部和底部形成条带，则病毒的DNA为单链。
【点睛】
本题考查DNA的复制过程，要求学生识记相关实验，并能结合题图和信息来准确作答。
23．为了验证光合作用产生的O2中的氧原子来自水，某小组设计了如图所示的装置，制备了三组含有不同18O百分比的碳酸氢盐和水，在密闭条件下供给相同且适宜的光照，三组实验中18O百分比的相关数值如表所示。回答下列问题：


碳酸氢盐中18O的百分比
水中18O的百分比
产生的O2中18O的百分比
实验1
0.61
0.84
0.84
实验2
0.40
0.20
0.20
实验3
0.57
0.20
0.20
(1)上图所示实验的自变量是________实验装置中加入NaHCO3溶液的目的是________，一段时间后用注射器收集的气体是________。
(2)上述实验成功的关键是运用了____技术。实验中的小球藻和蓝藻在结构上的本质区别是________。
(3)比较表中的实验结果，可以得出实验结论： _______。
【答案】(1)     不同18O百分比的碳酸氢盐和水     为小球藻的光合作用提供CO2     O2
(2)     同位素标记     小球藻有核膜包被的细胞核，而蓝藻没有
(3)产生的O2中18O的百分比与水中18O的百分比一致（相同），证明光合作用产生的O2中的氧原子来自水
【解析】
【分析】
根据题意可知，该实验的目的是验证光合作用产生的O2中的氧原子来自水，小组设计了三组含有不同18O百分比的碳酸氢盐和水，因此该实验的自变量为不同18O百分比的碳酸氢盐和水；结合表格中的信息可知因变量为产生的O2中18O的百分比。
(1)
根据题意和图示分析可知，该实验的自变量为不同18O百分比的碳酸氢盐和水，实验装置中加入NaHCO3溶液为小球藻光合作用提供二氧化碳，小球藻通过光合作用释放了氧气，因此一段时间后用注射器收集的气体是氧气。
(2)
根据题意和表格中信息可知，该实验运用了同位素标技术，这是实验取得成功的关键。小球藻属于真核生物，蓝藻属于原核生物，因此小球藻和蓝藻在结构上的本质区别是小球藻有核膜包被的细胞核，而蓝藻没有。
(3)
根据表中数据分析可知，产生的O2中18O的百分比与水中18O的百分比一致（相同），所以光合作用产生的O2中的氧原子来自水，而不是二氧化碳。
【点睛】
本题以实验的形式考查光合作用的知识点，要求学生掌握光合作用的过程和探索历程中科学家的实验，把握同位素标记技术的应用，能够结合题意，正确判断实验的自变量和因变量，通过表格信息的分析，获取有效信息，得出实验的结论。
24．科学家运用同位素标记、密度梯度离心等方法研究DNA复制的机制。请回答问题：
(1)研究者用蚕豆根尖进行实验，主要步骤如下：
步骤A
将蚕豆根尖置于含放射性3H标记胸腺喀啶的培养液中，培养大约一个细胞周期的时间。
在第一个、第二个和第三个细胞周期取样，检测中期细胞染色体上的放射性分布。
步骤B
取出根尖，洗净后转移至不含放射性物质的培养液中，继续培养大约两个细胞周期的时间。
①步骤A目的是标记细胞中的__________分子。若依据“DNA半保留复制”假说推测，DNA分子复制的产物应符合甲图中的__________（选甲图中字母填写）。

②若第二个细胞周期的放射性检测结果符合乙图中的__________（选乙图中字母填写），且第三个细胞周期的放射性检测结果符合乙图中的__________（选乙图中字母填写），则假说成立。
(2)研究者为进一步确定“DNA半保留复制”的假说﹐将两组大肠杆菌分别在15NH4Cl培养液和14NH4Cl培养液中繁殖多代，培养液中的氮可被大肠杆菌用于合成四种__________分子，作为DNA复制的原料，最终得到含15N的大肠杆菌和含14N的大肠杆菌。
(3)实验一：从含15N的大肠杆菌和含14N的大肠杆菌中分别提取亲代DNA，混合后放在100℃条件下进行热变性处理，然后进行密度梯度离心，再测定离心管中混合的DNA单链含量，结果如图a所示。

热变性处理导致DNA分子中碱基对之间的__________发生断裂，形成两条DNA单链，因此图a中出现两个峰。
(4)实验二：研究人员将含15N的大肠杆菌转移到14NH4Cl培养液中，繁殖一代后提取子代大肠杆菌的DNA（F1DNA），将F1DNA热变性处理后进行密度梯度离心，离心管中出现的两个条带对应图b中的两个峰。若将未进行热变性处理的F1DNA进行密度梯度离心，则离心管中只出现一个条带。据此分析，F1DNA是由__________（选填①-④中的序号）组成，作出此判断的依据是__________（选填⑤-⑦中的序号，多选）。
①两条15N-DNA单链
②两条14N-DNA单链
③两条既含15N、又含有14N的DNA单链
④一条15N-DNA单链、一条14N-DNA单链
⑤双链的F1DNA密度梯度离心结果只有一个条带，排除“全保留复制”
⑥单链的F1DNA密度梯度离心结果有两个条带，排除“弥散复制”
⑦图b与图a中两个峰的位置相同，支持“半保留复制”
【答案】(1)     DNA     a     e     e和f
(2)脱氧核苷酸
(3)氢键
(4)     ④     ⑤⑥⑦
【解析】
【分析】
DNA的复制是半保留复制，即以亲代DNA分子的每条链为模板，合成相应的子链，子链与对应的母链形成新的DNA分子，样一个DNA分子经复制形成两个子代DNA分子，且每个子代DNA分子都含有一条母链。
(1)
胸腺嘧啶是合成DNA的原料，因此第一步目的是标记细胞中DNA分子。依据“DNA半保留复制”假说推测，DNA分子复制形成的子代DNA分子种有一条链为亲代链，另一条链为新合成的子链，即图甲中的a。若假说成立，即DNA分子的复制方式为半保留复制，则第二个细胞周期的放射性检测结果是每条染色体含有两条染色单体，其中一条单体含有放射性，另一条单体不含放射性，即符合图乙中的e；第三个细胞周期的放射性检测结果是有一半染色体不含放射性，另一半染色体的姐妹染色单体中，有一条单体含有放射性，另一条单体不含放射性，即符合图中的e和f。
(2)
脱氧核糖核苷酸分子是DNA复制的原料，脱氧核糖核苷酸组成元素是C、H、O、N、P，培养液中的氮可被大肠杆菌用于合成四种脱氧核糖核苷酸。
(3)
DNA分子中碱基对之间以氢键相连，热变性处理导致DNA分子中碱基对之间的氢键发生断裂，形成两条DNA单链。
(4)
将DNA被N标记的大肠杆菌移到14N培养基中培养，因合成DNA的原料中含14N，所以新合成的DNA链均含14N。根据半保留复制的特点，第一代的2个DNA分子都应一条链含15N，一条链含14N，故选④。若将未进行热变性处理的F1 DNA进行密度梯度离心，则离心管中只出现一个条带，将F1 DNA热变性处理后进行密度梯度离心，则离心管中出现的两种条带，即14N条带和15N条带，对应图b中的两个峰。若为全保留复制，则双链的F1 DNA，1个DNA分子两条链都是14N，1个DNA分子两条链都是15N，密度梯度离心结果有2个条带，1个14N条带，1个15N条带，而本实验双链的F1 DNA密度梯度离心结果只有一个条带，排除“全保留复制”。若为弥散复制则单链的F1 DNA密度梯度离心结果只有1个条带，而本实验单链的F1 DNA密度梯度离心结果有两个条带，排除“弥散复制”。从含15N的大肠杆菌和含14N的大肠杆菌中分别提取亲代DNA，即一个2条链l5N的DNA分子和一个2条链都是14N的DNA分子，混合后放在100° C条件下进行热变性处理，成单链，然后进行密度梯度离心，应该含有2个条带，1个14N条带, 1个15N条带，如图a，将DNA被15N标记的大肠杆菌移到14N培养基中培养，因合成DNA的原料中含14N，所以新合成的DNA链均含14N。根据半保留复制的特点，第一代的2个DNA分子都应一条链含15N，一条链含14N，如图b，图b与图a中两个峰的位置相同，支持“半保留复制”。
【点睛】
本题主要考查DNA分子的半保留复制，掌握DNA分 子复制方式，能够根据题干信息推断每一代DNA分子中含14N的DNA分子数目和含15N的DNA分子数目，再进行相关的计算；其次还要求考生掌握离心后形成的轻带、中带和重带的含义。