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專題06 同位素標記法在遺傳分子基礎和細胞基礎的應用 1．有絲分裂與DNA復制 （1）過程圖解(一般只研究一條染色體) ①復制一次(母鏈標記，培養(yǎng)液不含同位素標記)，如圖： ②轉至不含放射性培養(yǎng)液中再培養(yǎng)一個細胞周期，如圖： （2）規(guī)律總結：若只復制一次，產(chǎn)生的子染色體都帶有標記；若復制兩次，產(chǎn)生的子染色體只有一半帶有標記。 2．減數(shù)分裂與DNA復制 （1）過程圖解：減數(shù)分裂一般選取一對同源染色體為研究對象，如圖： （2）規(guī)律總結：由于減數(shù)分裂沒有細胞周期，DNA只復制一次，因此產(chǎn)生的子染色體都帶有標記。 1．若將處于G1期的胡蘿卜愈傷組織細胞置于含3H標記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸培養(yǎng)液中，培養(yǎng)至第二次分裂中期。下列有關敘述正確的是 A．每條染色體中的兩條染色單體均含3H B．每個DNA分子的兩條脫氧核苷酸鏈均含3H C．每個DNA分子中只有一條脫氧核苷酸鏈含3H D．所有染色體的DNA分子中，含3H的脫氧核苷酸鏈占總鏈數(shù)的1/4 【答案】A 【解析】若將處于G1期的胡蘿卜愈傷組織細胞置于含3H標記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸培養(yǎng)液中，在間期的S期時DNA復制1次，所以第一次細胞分裂完成后得到的2個子細胞中DNA分子都只有1條鏈被標記，培養(yǎng)至第二次分裂中期，每條染色體中的兩條染色單體均含3H標記，A正確。第二次分裂中期，1/2的DNA分子的兩條脫氧核苷酸鏈均含3H，1/2的DNA分子一條脫氧核苷酸鏈含3H，BC錯誤。所有染色體的DNA分子中，含3H的脫氧核苷酸鏈占總鏈數(shù)的3/4，D錯誤。 2．將染色體上全部DNA分子雙鏈經(jīng)32P標記的雄性哺乳動物細胞(染色體數(shù)為20)置于不含32P的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，細胞只進行一次分裂。下列推斷中，正確的是 A．若完成一次減數(shù)分裂，則產(chǎn)生的子細胞中有5對同源染色體，每條都含32P B．若完成一次有絲分裂，則產(chǎn)生的子細胞中含20條染色體，其中10條含32P C．若進行減數(shù)分裂，則每個減數(shù)第二次分裂后期細胞中均含2個Y染色體且都含32P D．若進行一次有絲分裂，則分裂中期細胞的染色體上共有40個DNA分子且都含32P 【答案】D 3．赫爾希和蔡斯做噬菌體侵染細菌實驗時，分別用35S、32P標記的噬菌體去侵染未被標記的細菌，若噬菌體在細菌體內復制了三次，下列敘述正確的是 A．用32P和35S標記同一噬菌體的DNA和蛋白質 B．噬菌體侵染細菌時，只將35S注入細菌細胞中 C．在子代噬菌體中，含32P的噬菌體占總數(shù)的1/4 D．該實驗可以證明DNA是噬菌體的主要遺傳物質 【答案】C 【解析】為了能分開觀察DNA和蛋白質在遺傳中的作用，應用32P和35S分別標記不同的噬菌體；噬菌體侵染細菌的過程中，進入細胞內部的是噬菌體的DNA(含P)，蛋白質(含S)外殼留在外部；由于DNA的復制是半保留復制，復制三代，含有32P的子代噬菌體占全部噬菌體的比例為2/8＝1/4；噬菌體侵染細菌的實驗可以證明DNA是遺傳物質，不能證明DNA是主要的遺傳物質。 4．將一個由100個堿基組成的DNA分子(設為親代DNA)放在含有被3H標記的脫氧胸苷(3H－dT)的培養(yǎng)液中進行復制，一段時間后測得子二代的放射性強度(放射性強度＝含3H的堿基總數(shù)/DNA分子中的堿基總數(shù))為30%。則親代DNA分子中含有的胸腺嘧啶的數(shù)量為 A．10 B．20 C．30 D．40 【答案】D 【解析】設每個DNA分子中含有x個胸腺嘧啶，則子二代的放射性強度＝(22－1)x/(22100)＝30%，解得：x＝40(個)。 5．用15N標記某細菌中的DNA分子，然后將細菌轉移到含14N的培養(yǎng)基中培養(yǎng)。假設該細菌在含14N的培養(yǎng)基上連續(xù)分裂三次，在產(chǎn)生的新的DNA分子中，含15N的DNA與只含14N的DNA的比值是 A．1∶3 B．1∶2 C．1∶1 D．1∶7 【答案】A 6．某基因(14N)含有3000個堿基，腺嘌呤占35%。若該DNA分子用15N同位素標記過的四種游離脫氧核苷酸為原料復制3次，將全部復制產(chǎn)物進行密度梯度離心，得到圖甲結果；如果將全部復制產(chǎn)物加入解旋酶處理后再離心，則得到圖乙結果。下列有關分析正確的是 A．X層全部是僅含14N的基因 B．W層中含15N標記的胞嘧啶6300個 C．X層中含有的氫鍵數(shù)是Y層的1/3 D．W層與Z層的核苷酸數(shù)之比是1∶4 【答案】C 7．將細菌在含15N的培養(yǎng)基中繁殖很多代后，換到含14N的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，經(jīng)過兩次的分裂后進行分析。下列有關子代DNA的敘述，錯誤的是 A．全部子代DNA分子內均含有14N B．半數(shù)的子代DNA分子兩條鏈都含14N C．全部子代DNA分子的兩條鏈中，一條鏈含14N，另一條鏈含15N D．并非所有子代的DNA分子內都含有15N 【答案】C 【解析】由于細菌在含15N的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，故親代DNA分子兩條鏈都含15N，由于DNA分子的復制是半保留復制，因此依據(jù)這一特點來分析，DNA復制時以14N為原料，子一代DNA分子全部是一條鏈含15N，一條鏈含14N；子一代繼續(xù)培養(yǎng)，子二代DNA中一半DNA分子兩條鏈都含14N，一半DNA分子是一條鏈含15N，一條鏈含14N。根據(jù)前面的分析，ABD正確，C錯誤。 8．將一個不含放射性同位素32P標記的大腸桿菌（擬核DNA呈環(huán)狀，共含有m個堿基，其中有a個胸腺嘧啶）放在含有32P標記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸的培養(yǎng)基中培養(yǎng)一段時間，檢測到如圖I、Ⅱ兩種類型的DNA（虛線表示含有放射性的脫氧核苷酸鏈）。下列有關該實驗的結果預測與分析，正確的是 A．DNA第二次復制產(chǎn)生的子代DNA有I、Ⅱ兩種類型，比例為1︰3 B．DNA復制后分配到兩個子細胞時，其上的基因遵循基因分離定律 C．復制n次需要胞嘧啶的數(shù)目是（2n﹣1） D．復制n次形成的放射性脫氧核苷酸單鏈的數(shù)目是為2n+1﹣2 【答案】D 【解析】DNA第二次復制產(chǎn)生的子代DNA共4個，有I、Ⅱ兩種類型，比例為1︰1，A錯誤；大腸桿菌是原核生物，而基因的分離定律適用于真核生物，B錯誤；由題干可知，T=a個，故C=m/2-a，復制n次，需要胞嘧啶的數(shù)目是（m/2-a）（2n-1），C錯誤；復制n次，脫氧核苷酸單鏈的數(shù)目是2n+1，不含放射性的脫氧核苷酸單鏈有2條，故含放射性的脫氧核苷酸單鏈的數(shù)目是2n+1-2，D正確。 9．用3H標記蠶豆根尖分生區(qū)細胞的DNA分子雙鏈，再將這些細胞轉入含秋水仙素但不含3H的普通培養(yǎng)基中培養(yǎng)。若秋水仙素對細胞連續(xù)發(fā)揮作用，則相關敘述不正確的是 A．秋水仙素可抑制紡錘體的形成，但不影響著絲點的正常分裂 B．通過對細胞中不含單體時的染色體計數(shù)，可推測DNA復制的次數(shù) C．通過檢測DNA鏈上3H標記出現(xiàn)的情況，可推測DNA的復制方式 D．細胞中DNA第二次復制完成時，每條染色體的單體均帶有3H標記 【答案】D 10．取小鼠睪丸中的一個精原細胞，在含3H標記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸培養(yǎng)基中完成一個細胞周期，然后在不含放射性標記的培養(yǎng)基中繼續(xù)完成減數(shù)分裂過程。下列有關敘述正確的是 A．初級精母細胞中每條染色體的兩條染色單體都被標記 B．次級精母細胞中每條染色體都被標記 C．只有半數(shù)精細胞中有被標記的染色體 D．所有精細胞的全部染色體中，被標記的染色體數(shù)與未被標記的染色體數(shù)相等 【答案】D 【解析】一個精原細胞在含3H標記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸培養(yǎng)基中完成一個細胞周期后，形成的子細胞中每條染色體的DNA分子中都只有一條單鏈被標記。將該子細胞放在不含放射性標記的培養(yǎng)基中完成減數(shù)分裂過程中，初級精母細胞中每條染色體上只有一條染色單體被標記；在減數(shù)第二次分裂后期，次級精母細胞中只有一半染色體被標記；由于在減數(shù)第二次分裂后期著絲點分裂后，被標記的染色體和未被標記的染色體進行隨機結合后移向細胞兩極，因此，含被標記的染色體的精細胞占全部精細胞的比例不能確定，但所有精細胞的全部染色體中有一半染色體是被標記的。 11．取1個含有1對同源染色體的精原細胞，用15N標記細胞核中的DNA，然后放在含14N的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，讓其連續(xù)進行兩次有絲分裂，形成4個細胞，這4個細胞中含15N的細胞個數(shù)可能是 A．2 B．3 C．4 D．前三項都對 【答案】D 【解析】繪制圖示如下： 這樣來看，最后形成的4個子細胞有3種情況：第一種情況是4個細胞都是；第2種情況是2個細胞是，1個細胞是，1個細胞是；第3種情況是2個細胞是，另外2個細胞是。 12．用32P標記了玉米體細胞(含20條染色體)的DNA分子雙鏈。再將這些細胞轉入不含32P的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，在第二次細胞分裂完成后每個細胞中被32P標記的染色體條數(shù)是 A．0條 B．20條 C．大于0小于20條 D．以上都有可能 【答案】D 13．在有關DNA分子的研究中，常用32P來標記DNA分子。用α、β和γ表示ATP或dATP（d表示脫氧）上三個磷酸基團所處的位置（A-Pα~Pβ~Pγ或dA-Pα~Pβ~Pγ）?；卮鹣铝袉栴}： （1）某種酶可以催化ATP的一個磷酸基團轉移到DNA末端上，同時產(chǎn)生ADP。若要用該酶把32P標記到DNA末端上，那么帶有32P的磷酸基團應在ATP的_________（填“α”、“β”或“γ”）位上。 （2）若用帶有32P標記的dATP作為DNA生物合成的原料，將32P標記到新合成的DNA分子上，則帶有32P的磷酸基團應在dATP的____________（填“α”、“β”或“γ”）位上。 （3）將一個帶有某種噬菌體DNA分子的兩條鏈用32P進行標記，并使其感染大腸桿菌，在不含有32P的培養(yǎng)基中培養(yǎng)一段時間。若得到的所有噬菌體雙鏈DNA分子都裝配成噬菌體（n個）并釋放，則其中含有32P的噬菌體所占比例為2/n，原因是___________________________________。 【答案】（1）γ （2）α （3）一個含有32P 標記的噬菌體雙鏈DNA分子經(jīng)半保留復制后，標記的兩條單鏈只能分配到兩個噬菌體的雙鏈DNA分子中，因此在得到的n個噬菌體中只有2個帶有標記 【解析】（1）某種酶可以催化ATP的一個磷酸基團轉移到DNA末端上，同時產(chǎn)生ADP。ATP水解時，遠離腺苷的高能磷酸鍵斷裂，產(chǎn)生ADP和Pi，釋放的能量用于生物體的生命活動。據(jù)此并結合題意可知：若要用該酶把32P標記到DNA末端上，那么帶有32P的磷酸基團應在ATP的γ位上。（2）dA-Pα～Pβ～Pγ（d表示脫氧）脫去Pβ和Pγ這兩個磷酸基團后，余下的結構為腺嘌呤脫氧核苷酸，是DNA的基本組成單位之一。因此，若用帶有32P標記的dATP作為DNA生物合成的原料，將32P標記到新合成的DNA分子上，則帶有32P的磷酸基團應在dATP的α位上。（3）每個噬菌體只含有1個DNA分子。噬菌體侵染大腸桿菌時，噬菌體的DNA進入到大腸桿菌的細胞中，而蛋白質外殼仍留在大腸桿菌細胞外；在噬菌體的DNA的指導下，利用大腸桿菌細胞中的物質來合成噬菌體的組成成分。已知某種噬菌體DNA分子的兩條鏈都用32P進行標記，該噬菌體所感染的大腸桿菌細胞中不含有32P。綜上所述并依據(jù)DNA分子的半保留復制可知：一個含有32P標記的雙鏈DNA分子經(jīng)半保留復制后，標記的兩條單鏈只能分配到兩個噬菌體的雙鏈DNA分子中，因此在得到的n個噬菌體中只有兩個帶有標記，即其中含有32P的噬菌體所占比例為2/n。