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尖子生突破7—同位素的利用和荧光标记法
应用一：利用C、H、P、S 元素同位素的放射性
（生物学中常用放射性同位素标记某一前体物质，然后使用放射性自显影技术确定与追踪这些物
质在细胞中的转路径及分布情况）
14C：利用14C 标记的CO2阐明光合作用中碳的转变途径，即卡尔文循环。
3H：利用3H 标记的氨基酸示踪蛋白质合成的途径。
32P 和35S：利用32P 和35S 标记的DNA 和蛋白质确定DNA 是遗传物质。
应用二：利用O、N 元素同位素的密度
（稳定性同位素一般只用于测量分子质量或密度梯度离心技术来区分不同的原子或者分子）
180：利用18O 标记的CO2和H2O，确定光合作用产物O2中O 的来源。
15N:利用15N 标记的脱氧核苷酸，确定DNA 的复制方式。
应用三：荧光标记法
荧光标记法是利用荧光蛋白或荧光染料作为特定的标志物对研究对象进行分析标记的分析方
法。如人鼠细胞融合实验、研究细胞分裂与端粒的关系、荧光标记显示基因在染色体上的位置、
基因与DNA 的关系等。
一、单选题
1．同位素或荧光标记技术在生物学领域中应用广泛，下列叙述错误的是（ ）
A．用同位素分别标记T 和U，可用于探究流感病毒的遗传物质是DNA 还是RNA
B．用同位素3H 标记亮氨酸，追踪并发现了分泌蛋白的合成和分泌过程
C．用18O 同时对H2O 和CO2 中的O 进行标记，可用于证明光合作用产生的O2 来自H2O
D．用荧光标记法进行人鼠细胞膜融合实验可证明细胞膜上某些蛋白是可以运动的
2．关于DNA 复制过程中两条子链是如何延伸的，有科学家提出半不连续复制模型，其中延伸方向
与解链方向相反的短片段子链将由DNA 连接酶连接。以下不是该模型确立所依据的证据的是（
）
1
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A．阻断DNA 连接酶的活性，正在增殖的大肠杆菌中会出现短片段子链的积累
B．将正在增殖的大肠杆菌与用放射性同位素3H 标记的胸苷混合，较短时间内即可出现具有放射
性的短片段子链
C．将正在增殖的大肠杆菌与用放射性同位素3H 标记的胸苷混合，较长时间后测定，长片段子链
所占的比例会增加
D．将大肠杆菌在含15N 的培养液中培养若干代后，转移到含14N 的培养液中，提取DNA 进行密度
梯度离心，子一代DNA 出现在中带位置
3．在体外用 14C 标记半胱氨酸-tRNA 复合物中的半胱氨酸（Cys），得到*Cys-tRNACys，再用无
机催化剂镍将其中的半胱氨酸还原成丙氨酸（Ala），得到*Ala-tRNACys（如图，tRNA 不变）。
如果该*Ala-tRNACys 参与翻译过程，那么下列说法正确的是（ ）
A．一个 mRNA 分子上不能同时合成多条被14C 标记的肽链
B．新合成的肽链中，原来 Cys 的位置会被替换为14C 标记的 Ala
C．反密码子与密码子的配对由 tRNA 上结合的氨基酸决定
D．合成肽链过程中存在 A 与 T、C 与 G 碱基互补配对方式
4．某生物的卵原细胞在培养液中既能进行有丝分裂也能进行减数分裂。研究人员在该生物卵原细
胞进行减数分裂过程中，发现了“逆反”减数分裂现象。将
一个双链均被14C 标记的基因A1 和一个双链均被13C 标记的
基因A2 插入一个卵原细胞的一条染色体的两端。将此卵原
细胞在普通12C 培养液中培养，先完成一次有丝分裂。再发
生如图所示的“逆反”减数分裂，共产生8 个子细胞。下列
叙述正确的是（ ）
A．“逆反”减数分裂时，同源染色体在MI 分离，姐妹染色单体在MII 分离
B．8 个子细胞中，最多有4 个卵细胞同时含有13C 标记和14C 标记
2
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C．8 个子细胞中，可能有1 个卵细胞同时含有13C 标记和14C 标记，1 个卵细胞只含13C 标记
D．8 个子细胞中，可能有2 个卵细胞同时含有13C 标记和14C 标记，6 个极体含有13C 标记
5．将玉米以叶脉为界分为左半叶和右半叶（如图1），用14CO2 处理左半叶，成熟后收获果穗逐
行测其14C 放射性强度和每行籽粒总重量，如图2 所示。
注：黑白柱：每行籽粒总重量（mg） 黑柱：每行籽粒14C 总放射性（cpm）
下列相关叙述不正确的是（ ）
A．CO2 经碳（暗）反应最终生成淀粉 B．该实验应加一个用14C 处理右半叶的对照组
C．14CO2 处理左半叶，含14C 的光合产物在果穗行间的分布差异大
D．该实验的结果显示，植物光合产物的运输具有半侧分布的现象
6．同位素可分为放射性同位素和稳定性同位素。放射性同位素可被探测仪器检测到特征射线，从
而追踪被标记的元素或化合物在体内或体外的位置、数量及其转变等；稳定性同位素如18O、
13C、15N 等不释放射线，但可以利用其与普通相同元素的质量之差，通过仪器测定，所以也可作
为示踪剂。如表所示为鲁宾和卡门的实验过程和结果。下列分析正确的是（ ）
光合作用的物质变化
1 组
2 组
3 组
原料
水中18O 比率
0．85%
20%
20%
CO2 中18O 比率
0．61%
0．
04%
0．57%
产物
氧气中含18O 比率
0．85%
20%
20%
（注：比率指被18O 标记的物质占所有该物质的比例）
A．该实验利用的是稳定性同位素，不属于同位素示踪法
B．该实验通过追踪18O 的放射性，得到氧气中的氧全部来自水
C．每组原料中18O 标记的比例为该实验中的自变量
3
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D．由1 组实验可知，反应物中只有0．85%的水参与氧气的生成
7．在氮源为14N 和15N 的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA 分子分别为14N－DNA(相对分子质量
为a)和15N－DNA(相对分子质量为b)。将亲代大肠杆菌转移到
含14N 的培养基上，再连续繁殖两代(Ⅰ和Ⅱ)，用某种离心方
法分离得到的结果如图所示。下列对此实验的叙述不正确的是
（ ）
A．Ⅰ代细菌DNA 分子中一条链是14N，另一条链是15N
B．Ⅱ代细菌含15N 的DNA 分子占全部DNA 分子的1/4
C．预计Ⅲ代细菌DNA 分子的平均相对分子质量为(7a＋b)/8
D．上述实验结果证明DNA 复制方式为半保留复制
8．镰刀形细胞贫血症是一种单基因遗传病，由正常血红蛋白基因 (HbA) 突变为镰刀形 细胞
贫血症基因 (Hbs) 引起， HbA 和 Hbs 的某片段如图甲。对胎儿基因检测的主要原理是：
Mst Ⅱ限制酶处理扩增后的 DNA; 加热使酶切片段解旋，用荧光标记的 CTGACTCCT 序列与其
杂交；凝胶电泳分离。图乙是凝胶电泳后荧光出现的三种可能性下列叙述错误的是（ ）
A．提取胎儿DNA 样品后，扩增DNA 需要添加特定的引物
B．用 Mst ⅡI 限制酶处理DNA 不充分，可能把正常人误判为携带者
C．荧光标记序列越长，图乙-c 中两个DNA 条带间的距离越大
D．若某胎儿检测结果为图乙-b， 则该胎儿为镰刀形细胞贫血症患者
9．“标记法”是生物学研究中的常用方法。下列有关叙述错误的是（ ）
A．用不同荧光标记人和小鼠细胞表面的蛋白质分子，可用以研究细胞膜的流动性
B．用带有荧光标记的特定分子与基因结合，可用以研究基因中的脱氧核苷酸序列
C．用35S、32P 分别标记T2 噬菌体的蛋白质和DNA，可用以研究T2 噬菌体的遗传物质
D．用3H 标记亮氨酸注射到豚鼠胰腺腺泡细胞中，可用以研究分泌蛋白的合成和运输
10．A/a 和B/b 基因分别位于某二倍体昆虫的常染色体和X 染色体上，且存在a 基因纯合时会使雌
4
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性逆转为雄性的现象。研究小组用黄色荧光标记A/a，用绿色荧光标记B/b，在显微镜下观察，能
够说明雄果蝇为性逆转形成的是（ ）
A．若某细胞中出现4 个黄色荧光点2 个绿色荧光点，且同源染色体位于细胞两极
B．若某细胞中出现4 个黄色荧光点4 个绿色荧光点，且同源染色体位于细胞两极
C．若某细胞中出现2 个黄色荧光点2 个绿色荧光点，且有染色单体但无同源染色体
D．若某细胞中出现2 个黄色荧光点0 个绿色荧光点，且有染色单体但无同源染色体
二、多选题
11．原位杂交技术是指将标记的核酸探针与细胞或组织中的核酸进行杂交。在放射性原位杂交技
术的基础上，以荧光标记取代同位素标记，又发展起来了荧光原位杂交技术，下列说法正确的是
（ ）
A．利用原位杂交技术可以检测基因工程中目的基因是否表达出相应的蛋白质
B．荧光原位杂交技术的原理利用了碱基互补配对的原则
C．荧光原位杂交技术能确定DNA 序列在染色体的位置
D．摩尔根利用该技术证明了基因位于染色体上
12．关于指导蛋白质合成的模板，科学家曾提出两种假说：（1）核糖体以其rRNA 作为模板指导
蛋白质合成；（2）另一类游离的RNA 进入核糖体作为模板指导蛋白质合成。为验证两种假说，设
计如下实验：用同位素13C 和15N 标记细菌细胞，此时产生的是重核糖体，然后用T2 噬菌体感染
细菌，并同时将其转移到含12C 和l4N 的轻培养基中培养，轻培养基中还加入32P 以标记噬菌体
RNA。最后利用密度梯度离心分离轻、重核糖体，并检测32P 放射性。根据上述两种假说推测可能
得到的实验结果如图所示。下列叙述正确的是（ ）
A．若rRNA 携带噬菌体蛋白质的信息，则实验结果如图2
B．若游离的RNA 携带噬菌体蛋白质的信息，则实验结果如图1
C．若rRNA 携带噬菌体蛋白质的信息，则实验结果如图1
D．若游离的RNA 携带噬菌体蛋白质的信息，则实验结果如图2
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三、综合题
13．下图是赫尔希与蔡斯的噬菌体侵染细菌实验的经典实验过程，请回答以下问题：
（1）噬菌体是一种_______________（填生物类型），其成分由_______________组成。
（2）赫尔希与蔡斯用35S 和32P 分别标记噬菌体时，做法正确的是________。
A．分别用35S 和32P 的人工培养基培养噬菌体
B．分别用35S 和32P 的培养基培养细菌，再分别用上述细菌培养噬菌体
C．分别用35S 和32P 注入鸡胚，再用噬菌体感染鸡胚
D．分别用35S 和32P 的动物血清培养噬菌体
（3）图乙中用32P 标记噬菌体的DNA，标记元素所在部位对应于图甲的________（填序号）。
（4）若用35S 标记噬菌体侵染大肠杆菌，经培养、搅拌、离心、检测，放射性比较高的为
____________（填B 或C），该实验过程________（填“能”或“不能”）说明蛋白质不是遗传
物质。
（5）若用32P 标记噬菌体侵染大肠杆菌，经培养、搅拌、离心、检测，放射性比较高的为
________（填B 或C），该实验结果说明______________________________。
（6）如果用15N、32P、35S 共同标记噬菌体后，让其侵染未被标记的大肠杆菌，在产生的子 代
噬菌体中，能够找到的标记元素为_________________。
（7）艾弗里的肺炎双球菌体外转化实验和赫尔希与蔡斯的噬菌体侵染细菌实验这两个实验在设计
思路上的共同点是__________________________________。
14．癌细胞可以躲避免疫系统的攻击，目前的免疫疗法只对少部分患者有效，且效果欠佳。研究
者推测癌细胞的免疫逃逸可能存在其他机制，并进行了相应研究。
(1)机体能够识别和清除癌细胞，体现了免疫系统的______________功能。
(2)基于线粒体在免疫细胞内的重要作用，研究者用红色荧光标记乳腺癌细胞（BCC）和细胞毒性
T 细胞（CTL），用绿色荧光标记细胞毒性T 细胞中的线粒体，将其和乳腺癌细胞混合培养。16
6
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个小时后，再次检测两种细胞中的荧光，结果如下表1 所示。由此推测______________。
表1
细胞毒性T 细胞
乳腺癌细胞
0 小时
红色、绿色荧
光
红色荧光
16 小时
红色、绿色荧
光
红色、绿色荧光
(3)研究者用荧光分别标记细胞毒性T 细胞与乳腺癌细胞的线粒体，检测含荧光标记的细胞在混合
培养细 胞中的占比（结果如图1）发现，线粒体在细胞毒性T 细胞和癌细胞间的运输特点是
______。
(4)用电子显微观察发现，肿瘤细胞和免疫细胞之间存在纳米管样结构。研究者推测，线粒体通过
这种纳米管进行胞间转移。研究团队靶向敲除了纳米管形成相关基因（Sec3，Sec5）后，检测相
关数据如图2。据 图分析，支持上述推测的依据是______________。
(5)为检验异源线粒体能否提升乳腺癌细胞的代谢能力，分别检测不同培养条件下乳腺癌细胞的耗
氧量（OCR），及其在48h 内的增殖能力，结果如图3。此外，研究发现与乳腺癌细胞混合培养的
细胞毒性T 细胞 功能显著减弱。
请结合上述研究，从物质与能量观的角度，分析这种“损人利己”的逃逸机制可以帮助癌细胞逃
避免疫系统攻击的原因。______________
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