"同位素示踪法"基础练习汇编

同位素示踪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，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。从而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。用于示踪技术的放射性同位素一般是用于构成细胞化合物的重要元素。如3H、14C、15N、18O、32P、35S等。

一、各种同位素及其在中学生物学中的应用

1．氢的同位素  已知氢有三种同位素，即氕、氘和氚，氕和氘是稳定的同位素，而氚具有放射性，能够发射负B射线，因而可以通过探测器进行追踪。3H标记化合物是指用放射性3H取代化合物中的稳定同位素氕或氘，并以3H作为标记的放射性标记化合物。例如，在高中生物学中，介绍科学家在研究分泌蛋白的合成和分泌时，曾经做过这样一个实验：他们在豚鼠的胰脏腺泡细胞中注射3H标记的亮氨酸，3min后，被标记的氨基酸出现在附着有核酸体的内质网中，17min后，出现在高尔基体中，117min后，出现在靠近细胞膜内侧的运输蛋白质的小泡中，以及释放到细胞外的分泌物中，这个实验说明分泌蛋白在附着于内质网上的核糖体中合成之后，是按照内质网叶高尔基体一细胞膜的方向运输的，从而证明了细胞内的各种生物膜在功能上是紧密联系的。

2．C的同位素  自然界中碳元素有三种同位素，即稳定同位素12C、13C和放射性同位素14C。14C能够发射 B射线，因此可以用放射性14C取代化合物中它的稳定同位素12C，如教材中介绍了科学家用含有14C的二氧化碳来追踪光合作用中的C原子的转移途径是：二氧化碳一三碳化合物一糖类。

3.氧的同位素  自然界中氧元素有三种同位素，即16O、170、180，它们都不具有放射性，因此不能通过放射性进行追踪。在示踪研究中，常用18代替化合物中的16进行标记，最后通过质谱仪测定代谢物的质量的方法进行确定。例如在教材中，介绍的鲁宾和卡门的实验，研究光合作用中释放的氧到底是来自于水，还是来自于二氧化碳。他们用氧的同位素18分别标记H2 O和C02 ，使它们分别成为H2 18O和C1802，然后进行两组光合作用实验：第一组向绿色植物提供 H2 18O和C02，第二组向同种绿色植物提供H2 18O和C1802。在相同条件下，他们对两组光合作用释放的氧进行了分析，结果表明第一组释放的氧全部是18O，第二组释放的氧全部是02，从而证明了光合作用释放的氧全部来自水。

4. P的同位素磷是一个简单的元素，除了质量数为31的一种稳定性同位素外，还有几个放射性同位素，其质量数为29、30、32、33和34；但只有质量数为32和33_的同位素存在足够长的时间可以作为示踪物之用，32和33都可以发射负B射线。在教材中介绍了用32标记噬菌体的DNA，然后用被标记的噬菌体去感染细菌的实验。由于DNA中含有P元素，因而用放射性的32P取代DNA中的P，就使得DNA具有可识别性，从而和细菌的DNA相区别开来。

5.S的同位素硫的同位素32、33、34、35和36中，除35外，其它放射性同位素的半衰期都很短，因此在放射性同位素示踪法中，用的多是35。教材中同样是在介绍噬菌体侵染细菌的实验中，介绍了35S的标记应用。即是用35S标记噬菌体的蛋白质外壳来显示其最后的存在部位。由于蛋白质含有S 元素，而DNA中不含S元素，可以把蛋白质和DNA区别开来。

除了课本中介绍的这些实验中涉及到同位素标记法的应用之外，在一些习题中也经常涉及到。例如用 N的同位素15标记核苷酸研究DNA的半保留复制；利用N的同位素15N标记氨基酸，研究其在动植物体内的转移途径；用3K标记的培养基来研究矿质元素在植物体内的运输途径等。

二、“同位素示踪法”基础练习

3H练习

1．将植物细胞在3H标记的尿苷存在下培育数小时，然后收集细胞，经适当处理后获得各种细胞器。放射性将主要存在于：　（　　）

A．叶绿体和高尔基体    　B．细胞核和液泡  　  C．细胞核和内质网      　D．线粒体和叶绿体

2．用3H标记葡萄糖中的氢，经有氧呼吸后，下列物质中可能有3H的是　（　　）

A、H2O 　　B、CO2 　　C、C2H5OH 　　D、C3H6O3

3．愈伤组织细胞在一种包含所有必需物质的培养基中培养了几个小时，其中一种化合物具有放射性（ 3H标记）。当这些细胞被固定后进行显微镜检，利用放射自显影技术发现放射性集中于细胞核、线粒体和叶绿体中。因此，可以肯定被标记的化合物是　（　　）

A  一种氨基酸   　 B  尿嘧啶核苷  　  C  胸腺嘧啶脱氧核苷酸   　 D  葡萄糖

4．（多选）下列生物学研究选择的技术（方法）恰当的是　（　　）

A．用 3H标记的尿嘧啶核糖核苷酸研究DNA的复制　　B．用利用纸层析法提取叶绿体中的色素

C．用标志重捕法进行鼠的种群密度的调查　　　　　　D．用无毒的染料研究动物胚胎发育的过程

5．为了促进有丝分裂物质对细胞分裂的促进作用，将小鼠的肝细胞悬浮液分成等细胞数的甲、乙两组，在甲组的培养液中加入 3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷（ 3H-TdR）；乙组中加入等剂量的 3H-TdR加入促进有丝分裂物质。培养一段时间后，分别测定甲、乙两组细胞的总放射强度。据此回答下列问题：

（1）细胞内 3H-TdR参与合成的生物大分子是　　　，该种分子所在的细胞结构名称是　　　　　，　　　　　。

（2）乙组细胞的总放射性强度比甲组的　  ，原因是　　　　　　　　　　　　　　　。

（3）细胞利用 3H-TdR合成生物大分子的过程发生在细胞周期的　　　期。

（4）在上述实验中选用3H-TdR的原因是                                        　。

答案：1、D　2、Ａ　3、C　4、CD　5、（1）DNA  染色体  线粒体  （2）高  乙组细胞分裂旺盛，产生的细胞含有由胸腺嘧啶脱氧核苷合成的胸腺嘧啶脱氧核苷酸等为原料合成的DNA。（3）间  （4）合成胸腺嘧啶脱氧核苷酸的原料，胸腺嘧啶脱氧核苷酸又是合成DNA的原料。

14C练习

1．若用 14C 标记CO2 分子，则放射性物质在C4植物光合作用过程中将会依次出现在　（　　）

A．C5、C4 、（CH2 O）   　 B．C5、C3、（CH2 O）

C．C3、C4、（CH2 O）  　  D．C4 、C3、（CH2 O）

2．用同位素标记追踪血液中的某些葡萄糖分子，若该分子流经人的肾脏后又由肾静脉流出，则该分子很可能穿过几层细胞膜?　（　　）

A  2层   　　 B  4层　  　  C  6层 　　   D  0层或8层

3．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H2 O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

4．用同位素14C 标记的吲哚乙酸来处理一段枝条一端，然后探测另一端是否含有放射性14C 的吲哚乙酸存在。枝条及位置如右下图。下列有关处理方法及结果的叙述正确的是　（　　）

A．处理图甲中A端，不可能在图甲中的B端探测到14C 的存在

B．处理图乙中A端，能在图乙中的B端探测到14C 的存在

C．处理图乙中B端，能在图乙中的A端探测到14C 的存在

D．处理图甲中B端，能在图甲中的A端探测到14C 的存在

答案：1、D　2、D　3、A　4、C

15N练习

1．科学家用 15N 的硝酸盐作为标记物浸泡蚕豆幼苗,追踪蚕豆根尖细胞分裂情况,得到蚕豆根尖分生区细胞连续分裂的有关数据，如下图。下列叙述正确的是　（　　）

A．蚕豆根尖细胞分裂的一个细胞周期为19．3h

B．非等位基因的自由组合可发生在19．3～21．3h

C．0～2h 期间，DNA分子始终处于解旋状态

D．高尔基体、线粒体、叶绿体在细胞分裂过程中活动旺盛

2．将用 15N 标记的尿嘧啶核苷酸引入某种绿色植物细胞内，一段时间后，下列各组结构中，放射性较强的一组结构是　（　　）

A．细胞核、核仁、中心体 　　　　　　B．细胞膜、核糖体、高尔基体

C．细胞核、核糖体、线粒体、叶绿体     　  D．细胞核、核糖体、内质网、液 泡

3．假设将含有一对同源染色体的精原细胞的DNA分子用 15N 标记，并供给含 14N 的原料。该细胞经减数分裂产生的四个精子中，含 15N 标记的DNA的精子占全部精子的比例为　（　　）

A．0      　   B．25%     　     C．50%      　    D．100%

4．如果用 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组成结构成分中，能够找到的放射性元素为　（　　）

A．可在外壳中找到 15N 和 35S   　　　 B．可在DNA中找到 15N 和 32P

C．可在外壳中找到 15N          　　　　D．可在DNA中找到 15N 、 32P和 35S

5．从某腺体的细胞中提取一些细胞器，放入含有 15N 氨基酸的培养液中（培养液还具备这些细胞器完成其功能所需要的物质和条件），连续取样测定

标记的氨基酸在这些细胞器中的数量，下图中正确的是　（　　）

6．给某种蔬菜施含放射性同位素15N的氮肥，植物吸收后主要用于合成蛋白质。人食用该种蔬菜后，通过代谢， 15N 最终出现在         中。　（　　）

A  氨基酸   　　　 B  氨　　　     C尿素 　　　    D  蛋白质

7．用放射性 15N 标记的(NH4)2 SO4  给水稻施肥，并将施用该种肥料后水稻的稻谷饲料喂猪，对猪的唾液和尿液定时进行放射性同位素的跟踪检测。结果，在猪的唾液和尿液中均能检测到有 15N 存在。根据以上实例，请回答下列有关问题：

⑴在(NH4)2 SO4中掺入 15N 的用途是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

⑵把色素滤液放在光源和分光镜之间，则可见在光谱上出现了黑色线或暗带，黑线和暗带主要集中在　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

⑶(NH4)2 SO4中的N进入猪细胞内的简要过程是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

⑷ 15N 进入 唾液和尿液的物质变化过程的主要区别　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

⑸与唾液中含 15N 的物质的合成和分泌有关的细胞器　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

答案：1、A　2、C　3、D　4、B　5、B　6、C　7、⑴ 作为示踪原子    ⑵ 红光区和蓝紫光区⑶水稻根吸收的氮与光合作用的产物形成稻谷内的蛋白质，稻谷内蛋白质经猪消化、吸收，进入猪细胞内   ⑷前者是合成唾液淀粉酶为同化作用，后者是氨基酸经脱氨基作用后氨基的转化过程   ⑸核糖体、内质网、高尔基体

18O练习

1．在一个密封的玻璃钟罩内，有绿色植物，并养有以此为食的小动物，罩内的O2 用 18O 原子为标记，每天给予光照，若干时间后， 18O 可在下列哪项自身有机物中出现　（　　）

A．只在植物体中       　　　　  B．动植物体内均有

C．只在动物体内       　　　　   D．动植物体内均无

2．在光照充足的环境里，将黑藻放入含有 18O 的水中，过一段时间后，分析 18O 放射性的存在，最有可能的是（  ）

A．在植物体内的葡萄糖中发现　　　　　　　　　　　　B．在植物体内的淀粉中发现

C．在植物体内的脂肪、蛋白质、淀粉中均可发现　　　　D．在植物体周围的空气中发现

3、将一株水培草莓用钟罩罩住，在培养液中添加H2 18O ，追踪 18O 的所在。先在草莓根毛细胞里发现  　     ，这是植物细胞对水的  　     作用，继而钟罩壁上凝结有    　   ，这是植物的 　　      作用所致。在光照的情况下，罩内空气中又出现   　     ，这是依赖于植物的    　     作用，将钟罩再次移到黑暗环境后    　    气体减少了，而罩壁上凝结的               反而增加了，这是植物的    　    作用所致。

4．将生长旺盛的两盆绿色植物分别置于两个玻璃钟罩内，甲罩内的花盆浇足含 18O 的水（H2 18O ），乙罩内充足含 18O 的CO2 （C 18O 2 ），将两个

花盆用塑料袋包扎起来，并用玻璃钟罩密封（如右图），在适宜的温度下光照1小时。请回答：

（1）此时，甲罩壁上出现许多含 18O 的水珠，这些水珠是经植物体的  　　　    作用产生的。甲罩内还有许多 18O2 ，这是植物体进行   　　　　   将H2 18O分解成 　　     和 　　     的结果。

（2）乙罩壁上出现许多含 18O 的水珠，这些是植物吸收C 18O2 进行  　　　    作用产生的。

（3）将甲装置移入黑暗环境中，几小时后，罩内的 18O2 逐渐减少，减少的 18O2 被转移到植物体内形成了 　      。这一生理过程的主要意义是                                           。

答案：1、B　2、D

3、H2 18O 　渗透   H2 18O   蒸腾  O2  光合作用   O2 　H2  18O     呼吸作用

4．（1）蒸腾　光合作用  [H]   18O2   （2）光合（3）水  为植物的各项生命活动提供能量

32P、35S练习

1．下列那一种方法能为T2 噬菌体的DNA作上32P标记　（　　）

A．用含 32P标记的大肠杆菌培养　　　B．用含32P标记的植物细胞培养

C．用含 32P标记的动物细胞培养　　　D．用含32P标记的固体培养基培养

2．把菜豆幼苗放在含32P的培养液中培养，一小时后测定表明，幼苗各部分都含32P。然后将该幼苗转移到不含32P的培养液中，数天后32P  　（　　）

A  不在新的茎叶中    　  B  主要在新的茎叶中　　　C  主要在老的茎叶中  　　  D  主要在老的根中

3．噬菌体是一类细菌病毒。下列关于噬菌体侵染细菌的实验相关叙述中不正确的是 　（　　）

A．该实验不能证明蛋白质不是遗传物质

B．侵染过程的原料、ATP、酶、场所等条件均由细菌提供

C．为确认何种物质注入细菌体内，可用32P、  35S共同标记一组噬菌体的DNA和蛋白质

D．连续培养噬菌体n代，则含母链的DNA应占子代DNA总数的1/2(n-1)

4．用  35S标记的大肠杆菌T2  噬菌体去侵染32P标记DNA的细菌，则新产生的噬菌体中  　（　　）

A．全部含有  35S，32P                 　      B．全部含有32P，不含  35S

C．部分含有  35S，不含32P         　      D．部分含有32P，不含  35S

5．用含有  35S标记氨基酸的培养基培养动物细胞，该细胞能合成并分泌一种含  35S蛋白质。

(1)请写出  35S在细胞各结构间移动的先后顺序(用"→"表示先后顺序)。

(2)写出上述蛋白质合成和分泌过程中相关细胞器的功能。

答案：1、A　2、B　3、C　4、B　5、（1）核糖体→内质网→高尔基体→小泡→细胞膜（→胞外）；（2）核糖体是蛋白质合成的场所；内质网与蛋白质合成有关，是蛋白质运输通道；高尔基体是蛋白质加工和转运的场所。

其它标记

1．诊断苯丙酮尿症选用的探针是　（　　）

A．32P半乳糖苷转移酶基因　　　  　B．荧光标记的苯丙氨酸羟化酶

C． 3H苯丙氨酸羟化酶基因　　　　    D．荧光标记的B-珠蛋白基 因

2．放射性同位素标记法一般不应用于　（　　）

A．基因诊断

B．修复有缺陷的基因

C．分泌蛋白分泌过程的研究

D．探究C3 、C4 植物固定CO2 的途径

3．用放射性同位素分别标记U和T的培养基培养蚕豆根尖分生区细胞，观察其有丝分裂周期为20小时，根据这两种碱基被细胞利用的速率，绘制成的曲线如右图所示。下列对此结果的分析中，不正确的是　（　　）

A．b点时刻，细胞正大量合成RNA

B．d点时刻，细胞中DNA含量达到最高值

C．c-e阶段，细胞内最容易发生基因突变

D．处于a-c阶段的细胞数目较多

4、一系列实验证明细胞模具有流动性。荧光抗体免疫标记实验就是其中的一个典型例子。下图表示了人、鼠细胞融合的过程，研究中分别将带有绿色荧光、能与人体细胞膜上HLA抗原特异性结合的抗体和带有红色荧光、能与小鼠细胞膜上H-2抗原特异性结合的抗体放入细胞培养液中，对人、鼠细胞进行标记。下列有关该实验的叙述不正确的是　（　　）

A．要使实验现象明显，可以适当提高细胞培养液的温度

B．选取不同生物细胞进行融合是因为不同生物细胞表面抗原差异较大

C．实验表明不同种细胞可以杂交，而同种生物细胞不能进行融合

D．实验结果可以直接证明细胞膜上的蛋白质分子可以运动

答案：1、C　2、B　3、B　4、C