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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
【答案】C
【详解】A、T 是DNA 特有的碱基，U 是RNA 特有的碱基，故用同位素分别标记T 和U，可用于探究
流感病毒的遗传物质是DNA 还是RNA，A 正确；
B、用同位素3H 标记亮氨酸，发现3H 标记亮氨酸依次出现在核糖体→内质网→高尔基体→细胞外，
由此发现了分泌蛋白的合成和分泌过程，B 正确；
1
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C、由于实验中只能检测放射性有无，而不能检测放射性物质是哪种，故应用18O 分别对H2O 和
CO2 中的O 进行标记，以证明光合作用产生的O2 来自 H2O，C 错误；
D、用荧光标记法进行人鼠细胞膜融合实验及其他相关实验，可证明细胞膜具有流动性，D 正确。
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（
）
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
【答案】D
【详解】A、题中显示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，因此，若阻断
DNA 连接酶的活性，则会导致短片段无法连接，故正在增殖的大肠杆菌中会出现短片段子链的积
累，该结果支持科学家提出的半不连续复制模型，A 正确；
B、将正在增殖的大肠杆菌与放射性同位素3H 标记的胸苷混合，较短时间即可出现具有放射性的
短片段子链，该实验结果支持科学家提出的半不连续复制模型，B 正确；
C、将正在增殖的大肠杆菌与放射性同位素3H 标记的胸苷混合，较长时间后测定，长片段子链的
比例会增加，这在连续复制的情况下也是同样的结果，因此，该实验结果支持科学家提出的半不
连续复制模型，C 正确；
D、将15N 培养的大肠杆菌移到14N 培养基中，提取DNA 进行密度梯度离心，子一代DNA 出现在中
带位置，该实验结论与科学家提出的半不连续复制模型无关，因为即使是连续复制也是上述的实
验结果，D 错误。
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（ ）
2
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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
【答案】B
【详解】A、一个mRNA 可以结合多个核糖体同时进行多条相同肽链的翻译过程，因此在一个mRNA
分子上可以同时合成多条被14 C 标记的多肽链，A 错误；
B、*Cys-tRNACys 可以被无机催化剂镍还原成*Ala-tRNACys，因此新合成的肽链中，原来Cys 的
位置会被替换为14C 标记的Ala，B 正确；
C、反密码子与密码子根据碱基互补配对原则进行配对，C 错误；
D、合成肽链过程中存在 A 与 U、C 与 G 碱基互补配对方式，D 错误。
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
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
【答案】C
【详解】A、据图可知：“逆反”减数分裂时，同源染色体在减数分裂Ⅱ分离，姐妹染色单体在减
数分裂I 分离，A 错误；
B、据题意可知，此卵原细胞共产生8 个子细胞，先进行一次有丝分裂，然后又进行一次“逆反”
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减数分裂，因此只能形成2 个卵细胞，B 错误；
C、据题意可知：一个卵原细胞共产生8 个细胞，先进行一次有丝分裂，然后又进行一次“逆反”
减数分裂，该卵原细胞一个染色体两端均插入14C 标记的基因A1 和13C 标记的基因A2，在普通
12C 培养液中培养，形成的2 个卵原细胞均有一个染色体两端均插入14C 标记的基因A1 和13C 标
记的基因A2，然后这两个卵原细胞分别进行一次“逆反”减数分裂，其中一个卵原细胞在减数第
一次分裂时，由于含插入基因的四分体发生一次互换、发生同源染色体上的非姐妹染色单体的交
叉互换，且姐妹染色单体分离，可能产生的子细胞是一条染色体同时含14C 标记和含13C 标记的
细胞和两条染色体都不含14C 标记和13C 标记的细胞，另一个卵原细胞进行减数第一次分裂时，
可能产生的子细胞是一条染色体含14C 标记和一条染色体含13C 标记的细胞和两条染色体都不含
14C 标记和13C 标记的细胞，然后这两个卵原细胞分别进行减数第二次分裂的同源染色体分离，
最终可能形成有1 个卵细胞同时含有13C 标记和14C 标记、1 个卵细胞含13C 标记，C 正确；
D、据C 项分析可知，有可能两个卵原细胞在减数第一次分裂时都产生的是一条染色体同时含14C
标记和含13C 标记的细胞和两条染色体都不含14C 标记和13C 标记的细胞，这样就可能形成2 个
卵细胞同时含有13C 标记和14C 标记，但其余6 个极体应该是都不含14C 标记和13C 标记，D 错误。
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
【答案】B
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【详解】A、CO2 在叶绿体基质中经碳（暗）反应最终生成淀粉，A 正确；
B、由于实验过程中自变量为有无14CO2 处理，右半叶属于对照组，左半叶为实验组，故不用加一
个用14C 处理右半叶的对照组，B 错误；
C、由图2 可知，14CO2 处理左半叶，含14C 的光合产物在果穗行间的分布比右半叶差异大，C 正
确；
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，D 正确。
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
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
【答案】C
【详解】A、无论是放射性同位素标记还是稳定性同位素标记均属于同位素示踪法，A 错误；
B、18O 不具有放射性，B 错误；
C、每组原料中18O 标记的比例为该实验中的自变量，C 正确；
D、该实验将水中0.85%的水进行标记，并不代表只有0.85%的水参与产物氧气的生成，D 错误。
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
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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
【答案】B
【详解】A、亲代的DNA 为全重，其亲代细菌DNA 分子2 条链都是15N，在含14N 的培养基上繁殖
一代，Ⅰ代细菌DNA 分子中一条链是14N，另一条链是15N，A 正确；
B、根据半保留复制特点，亲代细菌DNA 分子2 条链都是15N，Ⅱ代细菌含15N 的DNA 分子有2 个，
占全部4 个DNA 分子的1/2，B 错误；
C、由于1 个含有14N 的DNA 分子，其相对分子质量为a，则每条链的相对分子质量为a/2； 1 个
含有15N 的DNA 分子，其相对分子质量为b，则每条链相对分子质量为b/2；亲代细菌DNA 分子2
条链都是15N，将亲代大肠杆菌转移到含14N 的培养基上，连续繁殖三代，得到子三代共8 个DNA
分子，这8 个DNA 分子共16 条链，只有2 条是含有15N 的，14 条是含有14N 的，因此总相对分子
质量为b/2×2+a/2×14=b+7a，所以每个DNA 的平均相对分子质量为（7a+b）/8，C 正确；
D、由实验第一代的结果（DNA 带为全中带）和第二代的结果（一半中带、一半轻带），证明了
DNA 复制方式为半保留复制，D 正确。
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
【答案】C
【详解】A、引物的作用是作为DNA 复制开始时DNA 聚合酶的结合位点，在细胞外的条件下，只有
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通过引物，DNA 才可以开始进行复制，因此提取胎儿DNA 样品后，扩增DNA 需要添加特定的引物，
A 正确；
B、据图可知，正常血红蛋白基因 (HbA) 中含有Mst ⅡI 限制酶的酶切位点，而贫血症基因
(Hbs) 中没有，用 Mst ⅡI 限制酶处理DNA 不充分，正常血红蛋白基因 (HbA) 中中间位置可能
没有被切割，结果可能与贫血症基因 (Hbs) 结果一样，因此可能把正常人误判为携带者，B 正确；
C、凝胶电泳中，DNA 分子量越大跑得越慢，因此图乙-c 中两个DNA 条带间的距离与切割后DNA
分子量的大小有关，与荧光标记序列长短无关，C 错误；
D、据图可知，出现图乙-aDNA 条带表示含有正常血红蛋白基因 (HbA) ，出现图乙-bDNA 条
带表示含有贫血症基因 (Hbs) ，出现图乙-cDNA 条带表示含有贫血症基因 (Hbs) 和正常
血红蛋白基因 (HbA)，因此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，D
正确。
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
【答案】B
【详解】A、科学家用荧光标记人和小鼠细胞表面的蛋白质分子，进行小鼠细胞和人细胞融合的实
验，表明细胞膜具有流动性，A 正确；
B、用带有荧光标记的特定分子与基因结合，可用以研究基因在染色体上的位置，B 错误；
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，最终证明
了DNA 是遗传物质，C 正确；
D、用3H 标记亮氨酸注射到豚鼠胰腺腺泡细胞中，可以通过放射性的走向研究分泌蛋白的合成和
运输途径，D 正确。
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
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
【答案】B
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【详解】A、若同源染色体位于细胞两极，说明此时细胞所处的时期是减数第一次分裂后期或末期，
细胞中出现4 个黄色荧光点和2 个绿色荧光点，则该雄性昆虫的基因型可能为__X-Y，为正常雄性，
非性逆转形成，A 不符合题意；
B、若某细胞同源染色体位于细胞两极，则该细胞处于减数第一次分裂后期或末期，细胞中出现4
个黄色荧光点和4 个绿色荧光点，则该生物的基因型为__X-X-，基因型为雌性，表现型却为雄性，
为性逆转形成，B 符合题意；
C、若细胞中有染色单体但无同源染色体，说明此时细胞所处的时期为减数第二次分裂的前期或中
期，此时出现2 个黄色荧光点和2 个绿色荧光点，说明此细胞中含有一条X 染色体，则该雄性昆
虫的基因型可能是__X-X-或__X-Y，无法确定其是否由性逆转形成，C 不符合题意；
D、若细胞中有染色单体但无同源染色体，细胞中出现2 个黄色荧光点和0 个绿色荧光点，说明此
细胞中含有的性染色是Y，则该昆虫的基因型可能是__X-Y，为正常雄性，非性逆转形成，D 错
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
【答案】BC
【详解】A、利用抗原-抗体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，A
错；
B、荧光素标记在核酸探针上，利用核酸探针直接与细胞或组织中的核酸进行进行杂交，实际上是
利用核酸探针与细胞或组织中的核酸碱基互补配对，即荧光原位杂交技术的原理利用了碱基互补
配对的原则，B 正确；
C、运用荧光原位杂交技术，可以通过染色体上荧光的位置来确定DNA 序列在染色体的位置，C 对；
D、摩尔根利用果蝇杂交实验证明了白眼基因位于X 染色体上，没有使用该技术，D 错误。
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
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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
【答案】CD
【详解】A、若rRNA 携带噬菌体蛋白质的信息，则噬菌体侵染细菌后，以轻培养基为原料合成了
新的轻核糖体，同时被32P 标记，实验结果如图1，A 错误；
B、若游离的RNA 携带噬菌体蛋白质的信息，则新合成的32P 标记的噬菌体RNA 应该与细胞内原有
的重核糖体结合，实验结果如图2，B 错误；
C、若rRNA 携带噬菌体蛋白质的信息，则噬菌体侵染细菌后，以轻培养基为原料合成了新的轻核
糖体，同时被32P 标记，实验结果如图1，C 正确；
D、若游离的RNA 携带噬菌体蛋白质的信息，则新合成的32P 标记的噬菌体RNA 应该与细胞内原有
的重核糖体结合，实验结果如图2，D 正确。
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
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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__________________________________。
【答案】 病毒 蛋白质和DNA B ① B 不能 C DNA 是遗传物
质 15N 32P 设法将蛋白质和DNA 分离开，单独观察其遗传功能
【详解】（1）噬菌体是一种病毒，只含有核酸（DNA）和到蛋白质，没有细胞结构。
（2）噬菌体没有独立生存的能力，如果要用35S 和32P 分别标记噬菌体，需要先用35S 和32P 的
培养基培养细菌，再分别用上述细菌培养噬菌体。
故选B。
（3）32P 标记噬菌体的DNA，DNA 分子中的磷酸基团含有P 元素，所以标记位置对应图甲的①。
（4）35S 标记噬菌体的蛋白质外壳，蛋白质外壳没有进入大肠杆菌，所以经过培养、搅拌、离心、
检测，放射性比较高的为上清液B，由于蛋白质外壳没有进入大肠杆菌，不能观察其转化作用，
所以不能说明蛋白质不是遗传物质。
（5）32P 标记噬菌体的DNA，用其侵染大肠杆菌，DNA 进入了大肠杆菌内部，经培养、搅拌、离
心、检测，放射性比较高的为沉淀物C，该实验结果说明了DNA 是遗传物质。
（6）由于15N 在亲代噬菌体DNA 和蛋白质都有，32P 只存在于亲代噬菌体DNA，35S 只存在亲代噬
菌体蛋白质；噬菌体侵染细菌，蛋白质外壳没有进入细菌，其DNA 进入细菌，以自身DNA 为模板，
利用细菌提供原料，所以可在子代噬菌体的DNA 中找到15N 和32P。
（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
思路上的共同点是设法将蛋白质和DNA 分离开，单独观察其遗传功能。
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。
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(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
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。______________
【答案】(1)免疫监视和免疫自稳功能
(2)乳腺癌细胞从细胞毒性T 细胞中获取线粒体，来增强自身代谢能力，同时使免疫细胞的能量供
应减少，以减弱机体的免疫能力
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(3)线粒体在细胞毒性T 细胞和癌细胞间的运输具有双向性，但主要是从细胞毒性T 细胞运向癌细
胞
(4)较对照组而言，敲除纳米管形成相关基因（Sec3，Sec5）后，线粒体转移率显著下降
(5)CTL 线粒体被转移后，影响正常功能，从而降低免疫能力；BBC 增殖率增加，加大了免疫的难
度
【详解】（1）免疫系统具有免疫防御、免疫监视和免疫自稳功能，机体能够识别和清除癌细胞，
体现了免疫监视和免疫自稳功能。
（2）由表可知，经16 小时后，乳腺癌细胞也被绿色荧光标记，可能细胞毒性T 细胞中线粒体转
移到乳腺癌细胞中，由此推测乳腺癌细胞从细胞毒性T 细胞中获取线粒体，来增强自身代谢能力，
同时使免疫细胞的能量供应减少，以减弱机体的免疫能力。
（3）标记CTL 时，共同培养后BCC 中大量细胞被标记，标记BCC 时，共同培养后CTL 中只有少量
细胞被标记，说明线粒体在细胞毒性T 细胞和癌细胞间的运输具有双向性，但主要是从细胞毒性
T 细胞运向癌细胞。
（4）据图2 可知，较对照组而言，敲除纳米管形成相关基因（Sec3，Sec5）后，线粒体转移率显
著下降，说明线粒体通过纳米管进行胞间转移的。
（5）由题意及图3 可知，与CTL 混合培养后，BBC 的耗氧量及增殖率明显上升，一是CTL 线粒体
被转移后，影响正常功能，从而降低免疫能力，二是BBC 增殖率增加，加大了免疫的难度。
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