高考生物二轮复习遗传的分子基础变异和进化重要题型5同位素示踪法与细胞分裂DNA的半保留复制教案Word格式.docx

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1/4

3/4

3

1/4中部，

3/4上部

16

1/8

7/8

n

2n

2/2n中部，

1－2/2n上部

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

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

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

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）

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。

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

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。

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

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

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

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

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

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

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。

8．取1个含有1对同源染色体的精原细胞，用15N标记细胞核中的DNA，然后放在含14N的培养基中培养，让其连续进行两次有丝分裂，形成4个细胞，这4个细胞中含15N的细胞个数所占比例不可能是（　　）

A．1B.

C.

D.

解析　细胞分裂过程中先进行DNA复制。

方式是半保留复制。

图示辨析如下：

可以看出，最后形成的4个子细胞有3种情况：

，第二种情况是2个细胞是

9．将某精原细胞核中所有DNA分子的两条链都标记上放射性15N，然后放在含14N的培养基上进行培养，分裂成4个子细胞，4个子细胞中含有放射性的情况是（　　）

A．若为有丝分裂则含放射性的子细胞为2个或3个或4个，若为减数分裂则含放射性的子细胞为4个

B．若为有丝分裂则含放射性的子细胞为2个，若为减数分裂则含放射性的子细胞为4个

C．若为有丝分裂则含放射性的子细胞为2个或3个或4个，若为减数分裂则含放射性的子细胞为2个或3个或4个

D．若为有丝分裂则含放射性的子细胞为2个，若为减数分裂则含放射性的子细胞为2个或3个或4个

10．日本科学家冈崎提出DNA半不连续复制假说：

DNA复制形成互补子链时，一条子链是连续形成的，另一条子链不连续即先形成短链片段（如图1）。

为验证这一假说，冈崎进行了如下实验：

让T4噬菌体在20℃时侵染大肠杆菌70min后，将同位素3H标记的脱氧核苷酸添加到大肠杆菌的培养基中，在2秒、7秒、15秒、30秒、60秒、120秒后，分离T4噬菌体DNA并通过加热使DNA分子变性、全部解螺旋，再进行密度梯度离心，以DNA单链片段分布位置确定片段大小（分子越小离试管口距离越近），并检测相应位置DNA单链片段的放射性，结果如图2。

请分析回答：

（1）若1个双链DNA片段中有1000个碱基对，其中胸腺嘧啶350个，该DNA连续复制四次，在第四次复制时需要消耗________个胞嘧啶脱氧核苷酸。

（2）将3H标记的脱氧核苷酸添加到大肠杆菌的培养基中，最终在噬菌体DNA中检测到放射性，其原因是_______________________________________________________________________。

（3）DNA解旋在细胞中需要解旋酶的催化，在体外通过加热也能实现。

解旋酶不能为反应提供能量，但能________________________________。

研究表明，在DNA分子加热解链时，DNA分子中G＋C的比例越高，需要的解链温度越高的原因是____________________。

（4）图2中，与60秒结果相比，120秒结果中短链片段减少的原因是______________________。

该实验结果为冈崎假说提供的有力证据是__________________________________________。

答案　

（1）5200　

（2）标记的脱氧核苷酸被大肠杆菌吸收，为噬菌体DNA复制提供原料，所以在噬菌体DNA中检测到放射性　（3）降低反应所需要的活化能　在DNA分子中A与T之间有2个氢键，C与G之间有3个氢键，DNA分子中G＋C的比例越高，氢键数越多，DNA结构越稳定　（4）短链片段连接形成长片段　在实