DNA分子复制染色体标记问题

第九章 DNA和染色体的复制1、若将在含14N正常培养基中生长的大肠杆菌接种到只含有15N的培养基中培养一代，那么细菌DNA中14N与15N将如何分布？答:由于DNA进行半保留复制，母链的DNA将保留14N并将其作为模板合成新的子链，新的子链将带有15N。

因此，新和成的每一条DNA双螺旋结构将含有一条轻链与一条重链，如下图所示。

2、将被3H标记的腺苷添加到某小鼠细胞培养基中，且该细胞之前未接受过任何辐射。

若3H 腺苷添加的时期为细胞进入S期时，那么之后的第一个细胞分裂中期中染色体DNA的放射活性将如何表达？答:每一条即将分裂的染色体都包含一条从一端复制延伸经过中心粒再到另一端的DNA分子。

该DNA分子将进行半保留复制。

但是在分裂中期，新的双链螺旋结构将由端粒连接，表现为姐妹染色体，如图所示。

3、DNA聚合酶只能够在含有模板链与引物链时合称DNA。

为什么？这两条链的功能分别是什么？答:DNA聚合酶仅能够延伸含有自由3’-OH的DNA链，其机制是DNA的延伸需要一个亲核攻击的过程，该过程为3’-OH的三磷酸脱氧核苷酸前体进行焦磷酸酶减弱。

含有3’-OH的为引物链，其延伸过程即为合成过程。

模板链确定合成链的引物序列。

新链将对模板链进行完全复制。

4、如何利用放射性自显影来区分单向DNA复制过程与双向DNA复制过程？答:若将细胞在含有3H腺苷的培养基中进行短期培养之后将其接种于不含放射性元素的培养基中进行后续培养（脉冲追踪实验），单向或者双向复制的DNA将含有不同的标签图形，这些图形将通过涉嫌性自显影来进行区分，如图所示：5、为什么体细胞在进行有限的细胞分裂之后将停止分裂？若它们持续分裂将发生什么？癌细胞是如何克服这一障碍？答:大多数的体细胞含有极少的或者不含有端粒酶活性，其结果就是在每次体细胞分裂之后染色体的端粒将越来越短。

如果体细胞在缺少端粒酶的情况下持续分裂，染色体将丢失其端粒，那么靠近端粒的基因也将随之丢失，从而导致细胞死亡。

小微专题——DNA复制与细胞分裂中染色体标记问题一、减数分裂与基因重组1．知识梳理1.减数分裂与有丝分裂中染色体标记情况分析(1)减数分裂中染色体标记情况分析如果用3H标记细胞中的DNA分子，然后将细胞放在正常环境中培养，让其进行减数分裂，结果染色体中的DNA标记情况如图所示：由图可以看出，减数分裂过程中细胞虽然连续分裂2次，但DNA只复制1次，所以四个子细胞中所有DNA分子均呈杂合状态，即“3H//1H”。

(2)有丝分裂中染色体标记情况分析如果用3H标记细胞中的DNA分子，然后将细胞放在正常环境中培养，连续进行2次有丝分裂，与减数分裂过程不同，因为有丝分裂是复制1次分裂1次，因此这里实际上包含了2次复制。

由图可以看出，第一次有丝分裂形成的两个子细胞中所有DNA分子均呈杂合状态，即“3H//1H”。

第二次有丝分裂复制后的染色体上两条单体中只有一条单体含有3H，即DNA分子为“3H//1H”，而另一条单体只有1H，即DNA分子为“1H//1H”，在后期时两条单体的分离是随机的，所以最终形成的子细胞中可能都含有3H，也可能不含3H，含有3H的染色体条数是0～2n条(体细胞染色体条数是2n)。

2.四步法解决细胞分裂中染色体标记问题画出含一条染色体的细胞图，下方画出该条染色体上的1个DNA分子，用竖实第一步线表示含同位素标记第二步画出复制一次，分裂一次的子细胞染色体图，下方画出染色体上的DNA链，未被标记的新链用竖虚线表示第三步再画出第二次复制(分裂)后的细胞的染色体组成和DNA链的情况若继续推测后期情况，可想象着丝点分裂，染色单体分开的局面，并进而推测子第四步细胞染色体的情况2．例题将某精原细胞(2n＝8)的DNA分子用15N标记后置于含14N的培养基中培养，经过连续两次细胞分裂，并检测分裂过程和分裂后细胞中的情况。

下列推断正确的是()A．若这两次分裂为有丝分裂，则含15N染色体的子细胞比例为1/2B．若这两次分裂为有丝分裂，则第二次分裂中期含14N的染色单体有8条C．若这两次分裂为减数分裂，则减Ⅰ中期含14N的染色单体有8条D．若这两次分裂为减数分裂，则子细胞中每条染色体均含15N例题剖析：(1)若进行两次有丝分裂，则进行2次DNA分子的复制，如下图所示(以一条染色体为例)：第一次有丝分裂形成的两个子细胞中所有染色体上的DNA分子均呈杂合状态，即“15N//14N”，第二次有丝分裂复制后的染色体上两条染色单体中只有一条染色单体含有15N，DNA分子为“15N//14N”，而另一条染色单体只含有14N，DNA分子为“14N//14N”，在后期时两条染色单体的分离是随机的，所以最终形成的子细胞的染色体中可能都含有15N，也可能不含15N，含有15N的染色体条数是0～8条。

DNA分子的复制✹教材知识梳理1．概念：以亲代DNA为模板，合成子代DNA的过程。

2．时间：有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期。

3．过程4．特点(1)复制方式为半保留复制。

(2)边解旋边复制.5．DNA分子精确复制的原因(1）DNA分子的双螺旋结构提供精确的模板.（2)碱基互补配对原则保证复制准确进行。

6．意义：使遗传信息从亲代传给子代，保持了遗传信息的连续性。

一、选择题1．若用32P标记某干细胞的一个DNA分子双链，然后在不含32P的培养液中培养，在第五次细胞分裂结束后被32P标记的细胞个数和染色体条数分别是（）A．1个1条B．2个2条 C．2个4条 D．32个32条【答案】B【分析】有丝分裂中被32P标记的染色体数的分析：以1个DNA分子为例,双链被32P标记，转入不含32P的培养液中培养，由于DNA 具有半保留复制的特点，无论进行多少次有丝分裂，最终永远只有2个DNA分子中都有1条链被32P标记。

【详解】根据DNA分子复制的特点得知，最终有两条DNA分子含有最初32P标记的母链，其形成的染色体为两条；而随着细胞分裂，姐妹染色单体分开，分别进入两个子细胞，最终有两个细胞含被32P标记的DNA,B正确。

故选B.2．把含14N的大肠杆菌培养在氮源为15N的培养液中。

完成一次细胞分裂后,再放回氮源为14N的环境中培养,DNA复制一次后，将大肠杆菌进行密度梯度离心，分离DNA，如果DNA是以半保留方式复制，则DNA组成分析应为（）A．3/4轻氮型、1/4中间型B．1/4轻氮型、3/4中间型C．1/2中间型、1/2重氮型D．1/2轻氮型、1/2中间型【答案】D【分析】含14N的DNA放在15N环境中复制一次，则形成的DNA一条链中含14N，另一条链中含15N，再返回原环境,一个中间型DNA 复制两次，形成四个DNA，这四个DNA中有3个DNA的两条链均是14N ，1个DNA的一条链中含14N，另一条链中含15N.【详解】将含14N的大肠杆菌转移到含15N的培养液中,完成一次细胞分裂后所形成的2个子代DNA分子都是中间型，再放回原环境中复制一次后，形成4个DNA分子，其中有2个DNA分子的一条链含15N,另一条链含14N；另外2个DNA分子两条链均含14N，所以子代DNA组成分析为1/2轻氮型、1/2中间型。

难点加强专题(二）细胞分裂与遗传变异的过程一减数分裂与可遗传变异的关系重错误!错误!错误!1．减数分裂与基因突变在减数第一次分裂前的间期，DNA分子复制过程中，如复制出现差错,则会引起基因突变，此时可导致姐妹染色单体上含有等位基因，这种突变能通过配子传递给下一代，如图所示.2．减数分裂与基因重组(1）非同源染色体上非等位基因自由组合导致基因重组（自由组合定律)。

在减数第一次分裂后期，可因同源染色体分离,非同源染色体自由组合而出现基因重组，如图A与B或A与b组合。

(2）同源染色体非姐妹染色单体交叉互换导致基因重组。

在减数第一次分裂四分体时期,可因同源染色体的非姐妹染色单体间交叉互换而导致基因重组，如A原本与B组合，a与b组合,经重组可导致A与b组合,a与B组合。

3．减数分裂与染色体变异在减数分裂过程中，由于一些原因也会出现染色体结构变异和数目变异的配子，可通过配子将这些变异传递给下一代，现分析如下：如果减数第一次分裂异常，则所形成的配子全部不正常；如果减数第二次分裂中的一个次级精母细胞分裂异常,则所形成的配子有的正常，有的不正常.如图所示：4．XXY与XYY异常个体成因分析(1）(2）XYY成因：父方减Ⅱ异常，即减Ⅱ后期Y染色体着丝点分裂后两条Y染色体共同进入同一精细胞。

错误!错误!错误!错误!例1 下图中甲、乙为精原细胞在减数分裂过程中产生的两个细胞,下列叙述正确的是（ D ）A．甲细胞中存在A、a基因可能是因为交叉互换或基因突变B．甲细胞分裂结束形成的每个子细胞中各含有两个染色体组C．乙图细胞处于减数第二次分裂后期，其子细胞为精细胞或第二极体D．乙图细胞已开始胞质分裂，细胞中染色体数与体细胞的相同［解析］甲、乙两细胞均处于减Ⅱ后期，甲图中存在A、a基因，若为交叉互换的结果，则乙图中也应该有A、a基因,A错误；甲图细胞分裂结束形成的子细胞只含有一个染色体组,B错误；精原细胞的减数分裂不能形成极体，C错误；乙图细胞处于减Ⅱ后期，此时细胞已开始胞质分裂，细胞中染色体数目与体细胞相同,D正确。

细胞分裂过程中染色体的标记问题分析1958年Meselson和Stahl利用氮标记技术在大肠杆菌中首次证实了DNA的半保留复制，他们将大肠杆菌放在含有15N标记的NH4Cl培养基中繁殖了15代，使所有的大肠杆菌DNA被15N所标记，可以得到15N-DNA。

然后将细菌转移到含有14N标记的NH4Cl培养基中进行培养，在培养不同代数时，收集细菌，裂解细胞，用氯化铯(CsCl)密度梯度离心法法观察DNA所处的位置。

由于15N-DNA的密度比普通DNA(14N-DNA)的密度大，在氯化铯密度梯度离心时，两种密度不同的DNA分布在不同的区带如下图所示。

从而证明了DNA的复制时半保留复制。

在新高考评价背景下，这一结论往往结合细胞分裂的情境命题，考查考生综合运用能力和科学思维素养。

很多学生对这类题目不知从哪里分析解答，一直是困扰师生的一个难题。

很多老师对这类题目进行了“巧用图解，突破DNA复制与细胞分裂中染色体标记问题”的探讨。

但由于过程繁琐，虽然老师反复降解仍有很多学生不能较好解答此类题目。

我的做法抛开分裂过程，重点关注复制次数，化解难点。

具体做法是以两条链都被标记的DNA分子在没有标记元素的条件下复制为出发点，构建第一次复制、第二次复制后着丝点分裂前每条染色体上两条染色单体标记情况，及着丝点分裂后每条染色体产生的两条子染色体的标记情况模型。

在对上面图解分析后，我们不难看出：若是真核生物染色体上DNA双链都被标记，在没有标记元素的条件下复制一次，所产生的每条染色体上两条染色单体都具有放射性，着丝点分裂后产生的两条染色体都具有放射性；第二次复制，所产生的每条染色体上只有一条染色单体都具有放射性，着丝点分裂后产生的两条染色体只有一条具有放射性。

结果如下表（以一条染色体上的DNA双链都被标记，在不含标记元素的条件下复制为例）：复制次数着丝点分裂前每条染色体的染色单体着丝点分裂形成的两条染色体第一次复制两条染色单体都被标记两条染色体都被标记第二次复制一条染色单体被标记，一条不被标记一条染色体被标记，一条不被标记经过这样的分析，在结合有丝分裂和减数分裂染色体的行为，对题目就不难作出回答。

帮你解决有关染色体和DNA的疑难问题1 染色体水平层次习题例1 2004年全国卷（理综）一个初级精母细胞在减数分裂的第一次分裂时，有一对同源染色体不发生分离；所形成的次级精母细胞减数分裂的第二次分裂正常。

另一个初级精母细胞减数分裂的第一次分裂正常；减数分裂的第二次分裂时，在两个次级精母细胞中，有一个次级精母细胞的1条染色体的姐妹染色单体没有分开。

以上两个初级精母细胞可产生染色体数目不正常的配子（以下简称为不正常的配子）。

上述两个初级精母细胞减数分裂的最终结果应当是：A 两者产生的配子全部都不正常B 两者产生一半不正常的配子，后者产生的配子者不正常C 两者都只能产生一半不正常的配子D 前者产生全部不正常的配子, 后者只产生一半不正常的配子解析此题主要考查减数分裂过程中染色体变异知识，考查学生对减数分裂图象的理解能力、迁移应用能力。

本题如果指导学生从减数分裂图象入手，就能顺利实现知识迁移，使复杂的问题简单化。

假设该物种生物体细胞含有染色体数目2N= 4 ，解题过程如图所示。

图1 减数第一次分裂异常图2 减数第二次分裂时有一个次级精母细胞分裂异常从上面图示过程可以清楚地看到，减数第一次分裂异常，一个初级精母细胞产生四个精细胞(配子)都不正常；减数第二次分裂过程中，有一个次级精母细胞分裂异常，结果，一个初级精母细胞产生四个精细胞（配子），一半正常一半不正常。

显而易见，正确答案为D。

从上面图示过程发现：图象信息迁移必需建立在对图象信息所表达的内容和含义理解的基础之上，对图象信息进行变换，才会得出正确的结论，实现学习迁移。

再看看下面几个习题。

练习1 2004年江苏卷（生物）在细胞正常分裂情况下，雄性果蝇精巢中一定含有两个Y染色体的是：A 减数第一次分裂的初级精母细胞B 减数第二次分裂的次级精母细胞C 有丝分裂中期的精原细胞D有丝分裂后期的精原细胞练习2 2001年广东卷（生物）某一生物有四对同源染色体。

假设一个初级精母细胞在产生精细胞的过程中，其中一个次级精母细胞在分裂后期有一对姐妹染色单体移向了同一极。

生物DNA的结构与复制试题答案及解析1.基因芯片技术涉及生命科学、信息学、微电子学等众多的学科，固定在芯片上的各个探针是已知的单链DNA分子，而待测DNA分子用同位素或能发光的物质标记。

如果这些待测的DNA分子中正好有能与芯片上的DNA配对的，它们就会结合起来，并在结合的位置发出荧光或者射线，出现“反应信号”，下列说法中错误的是( )A．基因芯片的工作原理是碱基互补配对B．待测的DNA分子首先要解旋变为单链，才可用基因芯片测序C．待测的DNA分子可不经过任何处理直接用基因芯片测序D．由于基因芯片技术可以检测未知DNA碱基序列，因而具有广泛的应用前景，好比能识别的“基因身份证”【答案】C【解析】DNA配对原料碱基互补配对，故A正确。

待测的DNA分子首先要解旋变为单链，才能与DNA探针杂交，故B正确。

待测的DNA分子用同位素或能发光的物质标记，才能在与芯片上的DNA配对时发出信号，故C错。

基因芯片技术可以检测未知DNA碱基序列，能够用来识别不同DNA，故D正确。

2.双链DNA分子含有400个碱基，其中一条链上A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4。

则有关该DNA分子的叙述，错误的是()A．该DNA分子的一个碱基改变，不一定会引起子代性状的改变B．该DNA分子连续复制两次，需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸180个C．该DNA分子中4种含氮碱基A∶T∶G∶C＝3∶3∶7∶7D．该DNA分子中的碱基排列方式共有4200种【答案】D【解析】由于密码子具有简并性，该DNA分子的一个碱基改变，不一定会引起子代性状的改变。

该DNA分子中一条链上A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，因此整个DNA分子中A＋T的比例是3/10，根据碱基互补配对原则，A和T所占的比例均是15%，整个DNA分子共有A 60个，该DNA分子连续复制两次，得到4个DNA分子，其中共需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸180个。

同理可推，整个DNA分子中G和C所占比例均是35%，该DNA分子中4种含氮碱基A∶T∶G∶C＝3∶3∶7∶7。

一、有丝分裂中染色体的标记情况用15N标记细胞的DNA分子，然后将其放到含14N的培养液中进行两次有丝分裂，情况如图所示(以一对同源染色体为例)：由图可以看出，第一次有丝分裂形成的两个细胞中所有的DNA分子都呈“杂合状态”，即15N/14N－DNA；第二次有丝分裂形成的子细胞有多种可能性，可能子细胞的所有染色体都含15N，也可能子细胞的所有染色体都不含15N。

即子细胞含有15N的染色体为0～2n条(体细胞染色体为2n条)。

例11个不含15N的洋葱根尖分生区细胞在含15N标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的培养液中完成一个细胞周期，然后转入不含15N标记的培养液中继续培养至第二个细胞周期的分裂中期，下图能正确表示该细胞分裂中期的是(只考虑其中一条染色体上的DNA分子)()答案 D解析DNA的复制方式为半保留复制，将1个不含15N的洋葱根尖分生区细胞放入含15N标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的培养液中培养一个细胞周期的时间，则第一个细胞周期结束后每条染色体的DNA上均有一条链有15N标记，一条链没有15N标记，取出细胞，移到不含15N 标记的培养液中，经过DNA复制后，第二个细胞周期的分裂中期每条染色体含有两条染色单体，其中一条染色单体的DNA的一条链含15N标记，一条链没有15N标记，而另一条染色单体上的DNA的两条链均不含有15N标记，D项正确。

例2用32P标记了某玉米体细胞(正常体细胞含20条染色体)的DNA分子双链，再将这些细胞转入不含32P的培养基中培养，完成了两次细胞分裂。

下列有关叙述错误的是() A．在第一次细胞分裂的中期，一个细胞中的染色体总数和被32P标记的染色体数分别是20和20B．在第二次细胞分裂的后期，一个细胞中的染色体总数和被32P标记的染色体数分别是40和40C．在第一次分裂完成后，形成的两个子细胞中染色体上的DNA都是有一条链含32P，另一条链不含32PD．在第二次分裂完成后，形成的四个子细胞中含32P的染色体数从0到20都有可能答案 B解析第二次分裂前的间期，DNA进行复制，形成的染色体中一个DNA的两条链均含31P，另一个DNA中一条链含有32P，另一条链含31P，在第二次细胞分裂的后期，一个细胞中的染色体总条数是40，被32P标记的染色体条数是20，B错误。