人教版 (新课标)高中生物 必修2 第三章《基因的本质》复习课件

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第3章基因的本质同位素标记法的实验应用及分析 1.概述同位素标记法是用同位素标记化合物，让它们一起运动、迁移，再用探测仪器进行追踪，可以明白化学反应的详细过程的方法。2．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。3．应用分析(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噬菌体侵染大肠杆菌的实验中，用32P标记噬菌体的DNA，大肠杆菌内发现放射性物质；35S标记噬菌体的蛋白质，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。(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。4．注意事项用同位素标记法进行一些科学实验的探究时，应注意标记元素的种类及标记对象的正确选择，否则会导致实验结果不准确，实验操作不严密，甚至导致实验的失败。比如此方法在遗传物质证明实验中，标记元素及标记对象的选择非常重要，下面几种情况均不能达到实验目的。(1)若用32P和35S标记寄主细胞而病毒未被标记，则在子代病毒的核酸和外壳中均有标记元素。(2)若用C、H、O、N等标记病毒而寄主细胞未被标记，则只在子代病毒的核酸中有标记元素。(3)若用C、H、O、N等标记寄主细胞而病毒未被标记，则在子代病毒的核酸和外壳中均可找到标记元素。肺炎双球菌转化实验和噬菌体侵染细菌实验的比较1．实验设计思路比较2.两个实验遵循相同的实验设计原则——对照原则（1）肺炎双球菌转化实验中的相互对照：（2）噬菌体侵染细菌实验中的相互对照：3．实验结论(或目的)比较肺炎双球菌转化实验的结论：证明DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质。噬菌体侵染细菌实验的结论：证明DNA是遗传物质，不能证明蛋白质不是遗传物质，因为蛋白质没有进入细菌体内。1．由碱基种类及比例可分析判断核酸的种类：(1)若有U无T，则该核酸为RNA。(2)若有T无U，且A＝T，G＝C，则该核酸一般为双链DNA。(3)若有T无U，且A≠T，G≠C，则该核酸为单链DNA。2．DNA分子多样性的计算：DNA分子多样性与碱基的数目和排列顺序有关，如果一个DNA分子含有的碱基对数为n，则最多可形成DNA的种类为4n种。有关碱基的计算及其应用3．DNA复制中有关的计算(1)若取一个全部N原子都被15N标记的DNA分子(0代)，转移到含14N的培养基中培养(复制)n代。①子代DNA分子中，含14N的有2n个，只含14N的有(2n－2)个，做题时应看准是“含”，还是“只含”。②无论复制多少次，含15N的DNA分子数始终是2个，含15N的链始终是2条。做题时，应看准是“DNA分子数”，还是“链数”。(2)若一亲代DNA分子有某种脱氧核苷酸m个，经过n次复制需消耗游离的该种脱氧核苷酸数目为m×(2n－1)个。第n次复制，需该种脱氧核苷酸数为m·2n－1。做题时应看准是“n次复制”，还是“第n次复制”。【例1】在氮源为14N的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA分子均为14N­DNA(对照)；在氮源为15N的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA分子均为15N­DNA(亲代)。将亲代大肠杆菌转移到含14N的培养基上，连续繁殖两代(Ⅰ和Ⅱ)，用某种离心方法分离得到的结果如下图所示。请分析：(1)由实验结果测第一代(Ⅰ)细菌DNA分子中一条链是________，另一条链是________。(2)将第一代(Ⅰ)细菌转移到含15N的培养基上繁殖一代，将所得到细菌的DNA用同样的方法分离，请参照上图，将DNA分子可能出现在试管中的位置画出。【解析】解题时，分清亲代被标记的元素与培养基中被标记的元素分别是什么，再注意问第几代时，DNA复制了多少次等问题。亲代DNA的两条脱氧核苷酸链都含有15N，复制时，这两条链都作为模板，得到的Ⅰ代的两个DNA分子中，都有一条链含15N，另一条链含14N，即全部处在中位置(全中)。将它们放在含15N的培养基上培养，DNA复制时，以14N链为模板得到的DNA含14N和15N，处在中位置；以15N链为模板得到的DNA全部都含15N，处在重位置。【答案】　(1)含14N的　含15N的　(2)如下图所示【例2】在荧光显微镜下观察被标记的某动物的睾丸细胞，等位基因A、a被分别标记为红、黄色，等位基因B、b被分别标记为蓝、绿色。①③细胞都处于染色体向两极移动的时期。不考虑基因突变和交叉互换，下列有关推测合理的是（ ）A．①时期的细胞中向每一极移动的都有红、黄、蓝、绿色荧光点，各2个B．③时期的细胞中向每一极移动的都有红、黄、蓝、绿色荧光点，各1个C．图中所示的这个精原细胞产生的另三个精细胞的基因型为a、a、ABbD．图中①时期和②时期的细胞都可发生A与A的分离和A与a的分离【解析】有丝分裂后期，着丝点分裂，染色体平均分为两组移向两极，每一极都有红、黄、蓝、绿色荧光点各1个，故A错误。减数第一次分裂后期，联会的同源染色体彼此分离，应含有红或黄、蓝或绿色荧光点各2个。减数第二次分裂后期，着丝点分裂，每一极都有红或黄、蓝或绿色荧光点各1个，故B错误。有丝分裂后期会发生A与A、a与a、B与B、b与b的分离，不可能发生A与a、B与b的分离。减数第一次分裂后期，联会的同源染色体彼此分离，其上的等位基因彼此分离，即发生A与a、B与b的分离；减数第二次分裂后期，着丝点分裂，发生A与A(或a与a)、B与B(或b与b)的分离。故D错误。【答案】C1．如果用3H、15N、32P、35S标记噬菌体后，让其侵染细菌，在产生的子代噬菌体的结构成分中，能够找到的放射性元素为（ ）A．可在外壳中找到3H、15N、35SB．可在DNA中找到32P、15N、3HC．可在外壳中找到15N、35SD．可在DNA中找到15N、32P、35S【解析】由于3H、15N均可标记噬菌体的DNA和蛋白质外壳，而32P只标记噬菌体DNA，35S只标记噬菌体的蛋白质外壳，在其侵染细菌过程中，只有DNA分子进入细菌细胞，蛋白质外壳没有进入，利用细菌的脱氧核苷酸和氨基酸合成噬菌体的DNA和蛋白质外壳，所以产生的子代噬菌体只有DNA分子上有3H、15N、32P，没有35S。【答案】B2．现将含有两对同源染色体且核DNA都已用32P标记的一个细胞，放在不含32P的培养基中培养，若该细胞连续进行4次有丝分裂，则含32P的子细胞数量最少和最多分别是(不考虑交叉互换)（ ）A．2，16 B．2，8C．4，8 D．4，16【解析】两对同源染色体含32P的DNA单链有8条，复制形成的每个染色单体都有一个DNA单链被32P标记，第一次分裂后形成的两个细胞都含有32P标记的四条单链，每个细胞再经过连续3次有丝分裂，分别带有32P的四条单链随机进入到8个子细胞中，因此含32P的细胞最少数是2，最多数是8。【答案】B3．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H2O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【解析】用18O标记H2O和CO2，用来探究光合作用释放的氧气的来源；分裂期染色体形态和数目的变化规律不能用15N来标记观察；32P是DNA的特征元素，即用32P标记噬菌体的DNA并以此侵染细菌证明了DNA是遗传物质。【答案】A4．将大肠杆菌置于含15N的培养基中培养一段时间，然后把DNA被15N完全标记的大肠杆菌作为亲代，转移到只含14N的普通培养基培养，使其繁殖两代形成4个新个体，则它们的DNA中含14N的链与15N的链的比是（ ）A．3∶1 B．2∶1C．1∶1 D．7∶1【解析】本题考查“大肠杆菌只有一个DNA分子”以及对“DNA分子具有双链结构”和“DNA半保留复制”的理解。15N标记的DNA有两条含15N的链，当利用含14N的培养基来培养时，根据半保留复制的特点，新形成的2个DNA分子上应各有一条含15N的链和一条含14N的链。没有了15N的来源，不论以后复制多少次，含15N的链永远只有2条，而增加的新链都是含14N的链。而题中形成了4个新个体，含有4个DNA分子共8条单链，只有2条含15N，其余6条均含14N，14N链∶15N链＝6∶2＝3∶1。【答案】A5．假如某一DNA分子中含有1 000个碱基对，将该DNA分子放在用32P标记的脱氧核苷酸的培养液中培养让其复制n次，则子代DNA分子的平均分子量比原来增加（ ）A．1 000 B．2 000C．1 000×(2n－1)/(2n－1) D．1 000×(2n－1)/2n【解析】DNA的基本组成单位为脱氧核苷酸，用32P标记后，每一个基本组成单位的分子量增加1，所以一个DNA分子的分子量共增加2 000。复制n次后共增加2 000×(2n－1)，则子代DNA平均分子量比原来增加2 000×(2n－1)/2n＝1 000×(2n－1)/(2n－1)。【答案】C6．为了探究某物质(X)的作用，研究者提出了如下实验思路：(1)实验分组：甲组：培养液＋Y细胞＋3H­TdR(3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷)＋生理盐水乙组：培养液＋Y细胞＋3H­TdR＋X(用生理盐水配制)每组设置若干个重复样品。(2)分别测定两组的CRD(细胞内的放射性强度)，求每组的平均值。(3)将各样品在适宜条件下培养合适时间后，测定其CRD，求每组平均值并进行统计分析。(要求与说明：答题时用X、CRD、3H­TdR表示相关名词；Y细胞是能增殖的高等动物体细胞)请回答：(1)实验目的： __________________________________。(2)预测实验结果及结论：______________________________________________________________________________________________________________________________。(3)实验中采用3H­TdR的原因： ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。【解析】由题干要求可知实验是为了探究物质X的作用，根据实验材料用的是Y细胞和3H­TdR可以推知实验目的是探究X对DNA复制(细胞增殖)的影响。由于是探究实验，因此实验的结果与结论是未知的，要分析各种存在的可能。3H­TdR是组成胸腺嘧啶脱氧核苷酸的原料，胸腺嘧啶脱氧核苷酸是DNA的基本组成单位之一，可根据CRD变化来判断细胞增殖(DNA合成)情况。【答案】 (1)探究X对Y细胞增殖(DNA合成)的影响(2)如果乙组CRD明显高于甲组，说明X对Y细胞增殖(DNA合成)有促进作用；如果乙组CRD明显低于甲组，说明X对Y细胞增殖(DNA合成)有抑制作用；如果乙组细胞的CRD与甲组基本相同，说明X对Y细胞增殖(DNA合成)无影响。(3)3H­TdR是DNA合成的原料之一，可根据CRD变化来判断细胞增殖(DNA合成)情况。