高考生物二轮复习 遗传的分子基础变异和进化 重要题型 同位素示踪法与细胞分裂DNA的半保留复制教案.docx
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高考生物二轮复习遗传的分子基础变异和进化重要题型同位素示踪法与细胞分裂DNA的半保留复制教案
重要题型5 同位素示踪法与细胞分裂、DNA的半保留复制
1.同位素示踪法和离心技术证明DNA的半保留复制
已知某一DNA分子用15N标记(0代),将含有该标记DNA分子的细胞(或某种细菌)转移到只含14N的培养基中培养(进行DNA复制),若干代后,其DNA分子数、脱氧核苷酸链数及相关比例如表:
世代
DNA分子的特点
DNA中脱氧核苷酸链的特点
分子总数
细胞中DNA分子离心后在离心管中的位置
不同DNA分子占全部DNA分子的比例
脱氧核苷酸链总数
不同脱氧核苷酸链占全部链的比例
只含15N分子
含14N、15N杂合分子
只含14N分子
含15N的链
含14N的链
0
1
全在下部
l
0
0
2
1
0
1
2
全在中部
0
1
0
4
1/2
1/2
2
4
1/2中部,
1/2上部
0
1/2
1/2
8
1/4
3/4
3
8
1/4中部,
3/4上部
0
1/4
3/4
16
1/8
7/8
n
2n
2/2n中部,
1-2/2n上部
0
2/2n(或1/2n-1)
1-2/2n
2n+1
1/2n
1-1/2n
2.利用图示法理解细胞分裂与DNA复制的相互关系
这样来看,最后形成的4个子细胞有3种情况:
第一种情况是4个细胞都是
;第二种情况是2个细胞是
,1个细胞是
,1个细胞是
;第三种情况是2个细胞是
,另外2个细胞是
。
3.放射性同位素在生物实验中的应用
(1)主要应用
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。
一般常用的标记元素有3H、14C、15N、18O、32P、35S等。
(2)归类分析
①标记某元素,追踪其转移途径。
如用18O标记水,光合作用只产生18O2;再用18O标记二氧化碳,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水,而不是来自二氧化碳。
②标记特征元素,探究化合物的作用。
如在T2噬菌体侵染细菌的实验中,用32P标记噬菌体的DNA,大肠杆菌内发现放射性物质;用35S标记蛋白质,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。
题组一 考查DNA的复制
1.(2018·浙江“七彩阳光”联盟)下列有关“探究DNA的复制过程”活动的叙述,正确的是( )
A.培养过程中,大肠杆菌将利用NH4Cl中的N合成DNA主链的基本骨架
B.将大肠杆菌放在以15NH4Cl为唯一氮源的培养液中培养若干代,所获得的大肠杆菌的核糖体中含有15N
C.通过对第二代大肠杆菌DNA进行密度梯度离心,得出DNA复制的特点为半保留复制
D.将15N—15N—DNA的大肠杆菌转移到14NH4Cl培养液中繁殖一代后,若将提取的子代大肠杆菌DNA解旋处理后进行密度梯度离心,离心管中将只出现1个条带
答案 B
解析 培养过程中,大肠杆菌将利用NH4Cl中的N合成含氮碱基进而形成DNA两条链之间的碱基对,A错误;核糖体中含有RNA,RNA中含有碱基,将大肠杆菌放在以15NH4Cl为唯一氮源的培养液中培养若干代,所获得的大肠杆菌的核糖体中含有15N,B正确;通过对亲代、第一代、第二代大肠杆菌DNA进行密度梯度离心,对比分析才可得出DNA复制的特点为半保留复制,C错误;将15N—15N—DNA的大肠杆菌转移到14NH4Cl培养液中繁殖一代后,若将提取的子代大肠杆菌DNA解旋处理后进行密度梯度离心,离心管中将出现轻、重2个条带,D错误。
2.(2018·金丽衢十二校联考)如图所示是研究DNA复制方式的实验,根据这些实验结果进行的推论,正确的是( )
菌种:
大肠杆菌
培养条件与方法:
(1)用含15N的培养基培养若干代,使DNA均被15N标记(甲图)。
(2)转至14N的培养基培养,每30min繁殖一代。
(3)取出每代DNA样本,并离心分层。
A.乙是转入14N培养基中复制一代的结果
B.乙是转入14N培养基中复制二代的结果
C.出现丁的结果至少需要60min
D.戊图表示复制三代后不再具有15N标记的DNA
答案 C
解析 已知亲本双链都是15N,根据DNA分子半保留复制的特点,子一代都是一条链含14N,一条链含15N,位于试管的中部,如图丙所示,A项错误;子二代形成的四个DNA分子中,两个具有最初的母链,处于中带,还有两个不含15N,位于轻带,如图丁所示,B项错误;出现丁的结果,DNA复制了两次,所以最少经过了60min,C项正确;无论复制多少次,都有两个DNA分子含有15N,D项错误。
题组二 考查细胞分裂中染色体标记问题
3.(2017·浙江4月选考)若将处于G1期的胡萝卜愈伤组织细胞置于含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸培养液中,培养至第二次分裂中期。
下列叙述正确的是( )
A.每条染色体中的两条染色单体均含3H
B.每个DNA分子的两条脱氧核苷酸链均含3H
C.每个DNA分子中均只有一条脱氧核苷酸链含3H
D.每条染色单体上DNA分子的两条脱氧核苷酸链含3H
答案 A
解析 若将处于G1期的胡萝卜愈伤组织细胞置于含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸培养液中,在间期的S期时DNA复制1次,所以第一次细胞分裂完成后得到的2个子细胞都是每一条染色体的DNA都只有1条链被标记,培养至第二次分裂中期,每条染色体中的两条染色单体均含3H。
4.(2018·邵阳一模)将某一经3H充分标记核DNA的雄性动物细胞(染色体数为2n)置于不含3H的培养基中培养,经过连续两次正常细胞分裂后。
下列有关说法不正确的是( )
A.若进行有丝分裂,则子细胞含3H的核DNA分子数可能为n
B.若进行减数分裂,则子细胞含3H的染色体数为n
C.第一次分裂结束时,子细胞中染色体都含3H
D.若子细胞中有的染色体不含3H,则原因是同源染色体彼此分离
答案 D
解析 “将某一经3H充分标记核DNA的雄性动物细胞(染色体数为2n)置于不含3H的培养液中培养”,若细胞分裂两次,DNA复制两次,则有丝分裂后期,所有染色体一半被标记,一半未被标记,由于分裂成两个子细胞时,染色体的分配是随机的,所以若进行有丝分裂,则子细胞含3H的染色体数可能为n,A项正确;若进行减数分裂,因为DNA只复制1次,所以子细胞的n条染色体都被标记,B项正确;第一次分裂结束时,因为DNA只复制1次,所以子细胞中染色体都含3H,C项正确;若子细胞中有的染色体不含3H,则该细胞进行的是有丝分裂,不可能出现同源染色体彼此分离,D项错误。
题组三 考查染色体染色问题
5.BrdU(5溴尿嘧啶脱氧核苷)与胸腺嘧啶脱氧核苷结构类似,可与碱基A配对。
经吉姆萨染料染色,DNA的一条单链掺有BrdU则着色深,两条单链都掺有BrdU则着色浅。
将玉米体细胞(含20条染色体)放入含有BrdU的培养液中培养并用吉姆萨染料染色,则第二次细胞分裂的中期时,一个细胞中染色体的染色情况是( )
A.全被染成深色
B.全被染成浅色
C.每条染色体中一条染色单体为深色,另一条为浅色
D.每个DNA分子中一条链为深色,另一条链为浅色
答案 C
解析 在第一个分裂周期中,由于DNA半保留复制的特点,形成的每条染色体的染色单体中的DNA只有一条单链掺有BrdU,所以均染成深色。
在第二个分裂周期的中期,每条染色体中含有2个DNA,4条链,含有亲代链是1条,则有3条脱氧核苷酸链含有BrdU,所以每条染色体的染色单体一条为深色,一条为浅色。
6.在荧光显微镜下观察被标记的基因型为AaBb的小鼠的睾丸细胞,等位基因A、a被分别标记为红色、黄色,等位基因B、b被分别标记为蓝色、绿色,两对基因位于两对常染色体上。
下列推测不合理的是( )
A.视野中可以观察到3种不同特征的分裂中期的细胞
B.初级精母细胞中都有红、黄、蓝、绿荧光点,各2个
C.次级精母细胞中向每一极移动的都有红、黄、蓝、绿荧光点,各1个
D.若产生的精细胞中观察到3个荧光点,则最可能是分裂后期有1对染色体未正常分开
答案 C
解析 睾丸中既有进行有丝分裂的细胞,也有进行减数分裂的细胞,其中处于有丝分裂中期、减数第一次分裂中期和减数第二次分裂中期的细胞都可以观察到,A项正确;初级精母细胞是处于减数第一次分裂过程中的细胞,DNA已复制,同源染色体尚未分离,每个初级精母细胞中都有红、黄、蓝、绿荧光点,各2个,B项正确;次级精母细胞是处于减数第二次分裂过程中的细胞,同源染色体已经分离,红与黄、蓝与绿不可能同时出现,C项错误;精细胞中等位基因只有一个,所以正常情况下,荧光点只有两个,若出现了3个荧光点,则最可能是分裂后期有1对染色体未正常分开,D项正确。
题组四 考查放射性同位素在生物实验中的应用
7.下列有关放射性同位素示踪实验的叙述,错误的是( )
A.若小鼠吸入18O2,则在其尿液中可以检测到H218O,呼出的二氧化碳中也可能含有18O
B.用32S标记甲硫氨酸,附着在内质网上的核糖体与游离的核糖体都可能检测到放射性
C.将某精原细胞中某条染色体上的DNA的一条链用15N进行标记,正常情况下,在该细胞分裂形成的精细胞中,含15N的精子所占比例为50%
D.给水稻提供14CO2,体内可以存在14C的转移途径为14CO2→14C3→(14CH2O)
答案 C
解析 18O2标记以后放射性元素首先出现在水中,但是水又可以作为反应物,如果水作为反应物,那么放射性元素又可以出现在二氧化碳中,A正确;用32S标记甲硫氨酸,如果是分泌蛋白,附着在内质网上的核糖体将检测到放射性,如果不是分泌蛋白,也可以在游离的核糖体上检测到放射性,B正确;若将该精原细胞的一个DNA分子的一条链用15N标记,由于减数分裂过程中DNA分子只复制一次,且DNA分子的复制方式是半保留复制,所以该细胞减数分裂形成的4个精细胞中有1个含15N,即含15N的精细胞所占的比例为25%,C错误;水稻叶肉细胞吸收14CO2进行光合作用合成葡萄糖,体内可以存在14C的转移途径为14CO2→14C3→(14CH2O),D正确。
8.荧光原位杂交可用荧光标记的特异DNA片段为探针,与染色体上对应的DNA片段结合,从而将特定的基因在染色体上定位。
请回答下列问题:
(1)DNA荧光探针的制备过程如图1所示,DNA酶Ⅰ随机切开了核苷酸之间的____________键从而产生切口,随后在DNA聚合酶Ⅰ的作用下,以荧光标记的________为原料,合成荧光标记的DNA探针。
(2)图2表示探针与待测基因结合的原理。
先将探针与染色体共同煮沸,使DNA双链中________键断裂,形成单链。
随后在降温复性过程中,探针的碱基按照________原则,与染色体上的特定基因序列形成较稳定的杂交分子。
图中两条姐妹染色单体中最多可有________条荧光标记的DNA片段。
(3)A、B、C分别代表不同来源的一个染色体组,已知AA和BB中各有一对同源染色体可被荧光探针标记。
若植物甲(AABB)与植物乙(AACC)杂交,则其F1有丝分裂中期的细胞中可观察到______个荧光点;在减数第一次分裂形成的两个子细胞中分别可观察到______个荧光点。
答案
(1)磷酸二酯 脱氧核苷酸
(2)氢 碱基互补配对 4 (3)6 2和4
解析
(1)由图1可知,DNA酶Ⅰ使DNA链断裂,作用于相邻脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键;DNA探针的本质是荧光标记的DNA片段,合成原料为脱氧核苷酸。
(2)通过热变性,使DNA碱基对之间的氢键断裂,复性时能重新形成氢键,并且遵循碱基互补配对原则,形成杂交DNA分子。
两条姐妹染色单体,含有四条模板链,可与四个被标记的DNA探针结合形成4个荧光标记的杂交DNA分子。
(3)植物甲(AABB)形成的配子染色体组成为AB与植物乙(AACC)的配子(AC),受精后合子染色体组成为(AABC),又由于AA和BB中各有一对同源染色体可被荧光探针标记,则AABC将会有3条染色体被标记,6条染色单体,可以观察到6个荧光点。
AABC减数分裂时,AA两个染色体组可以正常联会,并且同源染色体分离,减数第一次分裂形成的两个子细胞分别获得一个A染色体组,而B染色体组内的没有同源染色体存在,B中的染色体随机进入两个子细胞中,因此其中一个子细胞含有A和B染色体组内2条能被标记的染色体,标记4条染色单体,可以看到4个荧光点;另一子细胞只含有A中1条能被标记的染色体,2条染色单体,可以观察到2个荧光点。
1.(2018·浙江“七彩阳光”模拟)蚕豆(6对染色体)根尖细胞在含2H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷培养基中完成若干个细胞周期,然后转入仅含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷培养基中完成一个细胞周期,再转入仅含2H标记的培养基中继续进行下一个细胞周期。
下列有关此时每个细胞中染色体的叙述,错误的是( )
A.前期时,每个DNA分子都含2H标记
B.中期时,每个细胞中都有12个DNA分子含3H标记
C.后期时,每个细胞含3H标记的染色体与含2H标记的染色体之比为1∶2
D.末期时,细胞每一极均有6条染色体含3H标记
答案 D
解析 将蚕豆(6对染色体)根尖细胞在含2H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷培养基中完成若干个细胞周期,则蚕豆的DNA都被标记上了2H。
再将蚕豆根尖细胞在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷培养基中完成一个细胞周期,根据DNA半保留复制的特点,可知,此阶段分裂产生的细胞中DNA的一条链含有放射性2H、另一条链含有放射性3H。
然后在含放射性标记2H的培养基中继续分裂至前期,共用着丝粒的两条染色单体的两个DNA分子中,一个DNA含2H、3H,另一个DNA两条链都是2H,即每个DNA都含2H标记,A正确;中期时,每个细胞中都有12个DNA分子含3H标记,B正确;后期时,每个细胞含3H标记的染色体与含2H标记的染色体之比为1∶2,C正确;末期时,细胞每一极含3H标记的染色体可能有0~12条,D错误。
2.(2018·海南单科,15)现有DNA分子的两条单链均只含有14N(表示为14N14N)的大肠杆菌,若将该大肠杆菌在含有15N的培养基中繁殖两代,再转到含有14N的培养基中繁殖一代,则理论上DNA分子的组成类型和比例分别是( )
A.有15N14N和14N14N两种,其比例为1∶3
B.有15N15N和14N14N两种,其比例为1∶1
C.有15N15N和14N14N两种,其比例为3∶1
D.有15N14N和14N14N两种,其比例为3∶1
答案 D
解析 将含有14N14N的大肠杆菌置于含有15N的培养基中繁殖两代后,由于DNA半保留复制,得到的子代DNA为2个15N15N—DNA和2个14N15N—DNA,再将其转到含有14N的培养基中繁殖一代,会得到6个15N14N—DNA和2个14N14N—DNA,比例为3∶1,D正确。
3.成年雄性小鼠的初级精母细胞中有20个四分体,将该小鼠的一个分裂旺盛的未标记的体细胞放入32P标记的培养液中培养,当该细胞进入有丝分裂后期时,下列分析正确的是( )
A.有80条染色体被32P标记
B.含有32P标记的染色体占染色体数的1/2
C.有2组中心体,20对同源染色体
D.每条染色体上的DNA分子的两条链均被32P标记
答案 A
解析 已知成年雄性小鼠的初级精母细胞中有20个四分体,说明体细胞中含有20对同源染色体,40条染色体。
将该小鼠的一个分裂旺盛的未标记的体细胞放入32P标记的培养液中培养,根据DNA分子的半保留复制,产生的每一条染色单体上都有一条链含有放射性,所以当该细胞进入有丝分裂后期时,80条染色体都有被32P标记的放射性,A项正确、B项错误;后期有40对同源染色体,C项错误;每条染色体上的DNA分子只有一条链被32P标记,D项错误。
4.某基因(14N)含有3000个碱基,腺嘌呤占35%。
若该DNA分子用15N同位素标记过的游离脱氧核苷酸为原料复制3次,再将全部复制产物置于试管内离心,进行密度分层,得到的结果如图1所示;然后加入解旋酶再离心,得到的结果如图2所示。
则下列有关分析完全正确的是( )
①X层全部是含14N的基因
②W层中含15N标记的胞嘧啶3150个
③W层与Z层的核苷酸数之比为8∶1
④X层中含有的氢键数是Y层的1/3
A.①B.①③C.②④D.②③④
答案 C
解析 根据题意分析可知,X层全部是一条链含14N,另一条链含15N的基因,①错误;W层中含15N标记的胞嘧啶为7×450=3150(个),②正确;W层与Z层的核苷酸数之比为14∶2=7∶1,③错误;X层中含有2个DNA分子,Y层中含有6个DNA分子,因此X层中含有的氢键数是Y层的1/3,④正确。
5.如图为T4噬菌体感染大肠杆菌后,大肠杆菌内放射性RNA与T4噬菌体DNA及大肠杆菌DNA的杂交结果。
下列叙述错误的是( )
A.可在培养基中加入3H—尿嘧啶用以标记RNA
B.参与分子杂交的放射性RNA为相应DNA的转录产物
C.第0min时,与DNA杂交的RNA来自T4噬菌体及大肠杆菌的转录
D.随着感染时间增加,噬菌体DNA的转录增加,细菌基因活动受到抑制
答案 C
解析 尿嘧啶是RNA特有的碱基,可以用3H—尿嘧啶标记RNA,A正确;参与分子杂交的放射性RNA为相应DNA的转录产物,B正确;在第0min时,大肠杆菌还没有感染T4噬菌体,所以在大肠杆菌体内不存在T4噬菌体的DNA,也不会发生其DNA的转录,C错误;从图中可以看出,随着感染时间增加,和T4噬菌体DNA杂交的放射性RNA所占百分比越来越高,说明噬菌体DNA的转录增加,而和大肠杆菌DNA杂交的放射性RNA所占百分比越来越低,说明其转录受到抑制,D正确。
6.蚕豆根尖细胞在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷培养基中完成一个细胞周期,然后在不含放射性标记的培养基中继续分裂至中期,其染色体的放射性标记分布情况是( )
A.每条染色体的两条单体都被标记
B.每条染色体中都只有一条单体被标记
C.只有半数的染色体中一条单体被标记
D.每条染色体的两条单体都不被标记
答案 B
解析 由于DNA分子的复制方式为半保留复制,在有放射性标记的培养基中完成一个细胞周期后,每个DNA分子中有一条链含放射性。
继续在无放射性的培养基中培养至中期时,每条染色体上的两条染色单体中,都只有一条染色单体的DNA分子有放射性。
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)。
将在15N培养基上生长的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),用离心方法分离得到的结果如下图所示。
下列对此实验的叙述正确的是( )
A.Ⅰ代细菌DNA分子中两条链都是14N
B.Ⅱ代细菌含15N的DNA分子占全部DNA分子的
C.预计Ⅲ代细菌DNA分子的平均相对分子质量为
D.上述实验Ⅰ代→Ⅱ代的结果能证明DNA的复制方式为半保留复制
答案 C
解析 Ⅰ代细菌DNA分子中一条链是14N,另一条链是15N,A项错误;Ⅱ代细菌含15N的DNA分子有2个,占全部(4个)DNA分子的
,B项错误;由于1个含有14N的DNA分子的相对分子质量为a,则每条链的相对分子质量为
;1个含有15N的DNA分子的相对分子质量为b,则每条链的相对分子质量为
。
将亲代大肠杆菌转移到含14N的培养基上,连续繁殖三代,得到共8个DNA分子,这8个DNA分子共16条链,只有2条是含15N的,14条是含14N的,因此总相对分子质量为
×2+
×14=b+7a,所以每个DNA分子的平均相对分子质量为
,C项正确;实验Ⅰ代→Ⅱ代的结果不能证明DNA的复制方式为半保留复制,通过对亲代、Ⅰ代、Ⅱ代大肠杆菌DNA进行密度梯度离心,对比分析才可得出DNA的复制方式为半保留复制,D项错误。