放射性同位素标记和荧光标记与细胞增殖典例剖析.doc

放射性同位素标记和荧光标记与细胞增殖典例剖析河南省许昌高中 郭广郁（461000） 通过以同位素标记或荧光标记等技术为措施，来研究DNA分子复制与细胞增殖的关系，该类试题难度很大，是“教”和“学”过程中经常遇到的难点之一。在教学过程中，本人结合教学实际，采用绘图直观分析与讲解相结合的方法，克服了这一难点，收到了良好的效果。一、荧光标记与细胞增殖1（2009年江苏生物，15）对性腺组织细胞进行荧光标记，等位基因A、a都被标记为黄色，等位基因B、b都被标记为绿色，在荧光显微镜下观察处于四分体时期的细胞。下列有关推测合理的是()A若这2对基因在1对同源染色体上，则有1个四分体中出现2个黄色、2个绿色荧光点B若这2对基因在1对同源染色体上，则有1个四分体中出现4个黄色、4个绿色荧光点C若这2对基因在2对同源染色体上，则有1个四分体中出现2个黄色、2个绿色荧光点D若这2对基因在2对同源染色体上，则有1个四分体中出现4个黄色、4个绿色荧光点【解析】 本题的解题关键是理解四分体的组成。在减数第一次分裂的前期，复制后的同源染色体联会形成四分体，因此，1对等位基因复制后会在同源染色体相同位点上得到4个基因，染色后呈现相同颜色的4个荧光点。因此，这2对基因若位于1对同源染色体上，则该四分体中出现4个黄色、4个绿色荧光点；这2对基因若分别位于2对同源染色体上，则有1个四分体中出现4个黄色荧光点，另1个四分体中出现4个绿色荧光点。【答案】 B2.（2011安徽合肥二模）在荧光显微镜下观察被标记的某动物的睾丸细胞，等位基因A、a被分别标记为红、黄色，等位基因B、b被分别标记为蓝、绿色。细胞都处于染色体向两极移动的时期。不考虑基因突变和交叉互换，下列有关推测合理的是A.时期的细胞中向每一极移动都有红、黄、蓝、绿色荧光点，各2个B.时期的细胞中向每一极移动都有红、黄、蓝、绿色荧光点，各1个C.时期的初级精母细胞中都有红、黄、蓝、绿色荧光点，各2个D.图中精细胞产生的原因是减数第一次分裂或减数第二次分裂过程异常【解析】 细胞有丝分裂间期或减数第一次分裂间期，染色体完成复制，姐妹染色单体形成，此时的每条染色体均为由一个着丝点连接的两条姐妹染色单体组成，因此，处于有丝分裂前期、中期和后期的细胞中，以及初级精母细胞中，都有红、黄、蓝、绿色荧光点，各2个。故C正确。有丝分裂后期，着丝点分裂，姐妹染色单体消失，成为两条子染色体，染色体平均分为两组移向两极，每一极都有红、黄、蓝、绿色荧光点，各1个，故A错误。减数第一次分裂后期，联会的同源染色体彼此分离，所形成的每个次级精母细胞中仅含有一个染色体组，因此，应含有红或黄、蓝或绿色荧光点，各2个。减数第二次分裂后期，着丝点分裂，每一极都有红或黄、蓝或绿色荧光点，各1个，故B错误。正常情况下，减数第一次分裂后期，联会的同源染色体彼此分离，其上的等位基因彼此分离，位于非同源染色体上的非等位基因自由组合，形成基因型AB、ab或Ab、aB的两个次级精母细胞，最终形成基因型为AB、ab或Ab、aB的精细胞，各2个。若减数第一次分裂正常，而减数第二次分裂不正常，则可能会形成基因型为A、ABB、ab、ab或其他异常基因型的精细胞。可见图中基因型ABb精细胞的产生是由于减数第一次分裂异常所致，其原因可能是，减数第一次分裂后期，同源染色体A、a正常分离，而同源染色体B、b未正常分离，从而进入到同一个次级精母细胞中，形成了基因型a和ABb两种次级精母细胞；而减数第二次分裂正常，从而形成基因型为ABb、a的精细胞，各2个。故D错误。【答案】 C【变式1】 （2011福建泉州五中模拟）在荧光显微镜下观察被标记的某动物的睾丸细胞，等位基因A、a被分别标记为红、黄色，等位基因B、b被分别标记为蓝、绿色。细胞都处于染色体向两极移动的时期。不考虑基因突变和交叉互换，下列有关推测合理的是A. 时期的细胞中向每一极移动的都有红、黄、蓝、绿色荧光点，各2个 B. 时期的细胞中向每一极移动的都有红、黄、蓝、绿色荧光点， 各1个 C. 图中所示的这个精原细胞产生的另三个精细胞的基因型为a、a、ABb D. 图中时期和时期的细胞都可发生A与A的分离和A与a的分离【解析】 细胞有丝分裂间期或减数第一次分裂间期，染色体完成复制，姐妹染色单体形成，此时的每条染色体均为由一个着丝点连接的两条姐妹染色单体组成，因此，处于有丝分裂前期、中期和后期的细胞中，以及初级精母细胞中，都有红、黄、蓝、绿色荧光点，各2个。有丝分裂后期，着丝点分裂，姐妹染色单体消失，成为两条子染色体，染色体平均分为两组移向两极，每一极都有红、黄、蓝、绿色荧光点，各1个，故A错误。减数第一次分裂后期，联会的同源染色体彼此分离，所形成的每个次级精母细胞中仅含有一个染色体组，因此，应含有红或黄、蓝或绿色荧光点，各2个。减数第二次分裂后期，着丝点分裂，每一极都有红或黄、蓝或绿色荧光点，各1个，故B错误。图中基因型ABb精细胞的产生是由于减数第一次分裂异常所致，其原因是，减数第一次分裂后期，同源染色体A、a正常分离，而同源染色体B、b未正常分离，从而进入到同一个次级精母细胞中，形成了基因型a和ABb两种次级精母细胞；而减数第二次分裂正常，从而形成基因型为ABb、a的精细胞，各2个。故C正确。有丝分裂后期，着丝点分裂，姐妹染色单体消失，成为两条子染色体，染色体平均分为两组移向两极。因此会发生A与A、a与a、B与B、b与b的分离。有丝分裂分裂过程中，不存在同源染色体的联会和分离现象，不可能发生A与a、B与b的分离。减数第一次分裂后期，联会的同源染色体彼此分离，其上的等位基因彼此分离，即发生A与a、B与b的分离；减数第二次分裂后期，着丝点分裂，发生A与A（或a与a）、B与B（或b与b）的分离。故D错误。【答案】 C【变式2】 在荧光显微镜下观察被标记的小鼠的睾丸细胞，等位基因A、a被分别标记为红、黄色，等位基因B、b被分别标记为蓝、绿色，两对基因位于两对常染色体上。下列不合理的是( )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上荧光点，则最可能发生了染色体变异【解析】 小鼠的精巢中，可进行有丝分裂和减数分裂，故A正确。细胞分裂间期，染色体复制完成，此时的每条染色体均含有两条姐妹染色单体，因此，处于有丝分裂前期、中期和后期的细胞中，以及初级精母细胞中，都有红、黄、蓝、绿色荧光点，各2个。故B正确。减数第一次分裂后期，联会的同源染色体彼此分离，所形成的每个次级精母细胞中仅含有一个染色体组，因此，应含有红或黄、蓝或绿色荧光点，各2个。减数第二次分裂后期，着丝点分裂，每一极都有红或黄、蓝或绿色荧光点，各1个，故C错误。若产生的精细胞中观察到3上荧光点，如图中基因型ABb精细胞。其形成的原因是由于减数第一次分裂异常所致：即减数第一次分裂后期，同源染色体A、a正常分离，而同源染色体B、b未正常分离，从而进入到同一个次级精母细胞中，形成了基因型a和ABb两种次级精母细胞；而减数第二次分裂正常，从而形成基因型为ABb、a的精细胞，各2个。该变异属于染色体数目变异，故D正确。【答案】 C着丝点分裂复制AB一条染色体一条染色体包含两条染色单体两条完全相同的染色体【知识点拨】 解答该类问题时，必须首先弄清楚DNA分子的复制是半保留复制；其次，需要理解染色体、染色单体、DNA数量的关系；第三，充分理解细胞有丝分裂和减数分裂的过程。（1）细胞分裂间期染色体复制，形成了染色单体，此时的两条染色单体由一个着丝点相连，称为一条染色体，此时，染色体:染色单体:DNA=1:2:2。（2）具有两条染色单体的染色体，着丝点分裂后染色单体消失，称为两条子染色体，此时，染色体:染色单体:DNA=1:0:1。二、放射性同位素标记与细胞增殖1（2010山东理综，7）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【命题立意】 考查DNA复制与放射性同位素标记法的综合【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时，由于DNA的半保留复制，所以DNA分子一半含放射性，一半不含放射性，每个染色单体含一个DNA分子，所以一半的染色单体含放射性。【答案】 B2（2006北京理综，4）用32P标记了玉米体细胞（含20条染色体）的DNA分子双链，再将这些细胞转人不含的培养基中培养，在第二次细胞分裂的中期、后期，一个细胞中的染色体总条数和被标记的染色体条数分别是A中期20和20、后期40和20 B中期20和10、后期40和20C中期20和20、后期40和10 D中期20和10、后期40和10【命题意图】 细胞有丝分裂过程中程中DNA 和染色体的数目变化，考查学生的综合运用能力。【解析】 体细胞的分裂方式是有丝分裂，子细胞与母细胞染色体数目相等。用32P标记了DNA分子双链，则细胞内20条染色体的DNA分子双链均被标记。第一次细胞分裂结束后，两个子细胞中的每个染色体的每个DNA分子均有一条链被标记。在第二次细胞分裂时，中期染色体数为20条，均含有被标记的DNA分子，含有40条染色单体（其中含有被标记DNA分子的染色单体为20条）；后期由于着丝点分裂，染色体数数目加倍为40条，含有被标记DNA分子的染色体为20条。【答案】 A【常见错误分析】 细胞分裂方式判断错误。有丝分裂过程中染色体数目变化和DNA半保留复制分析不准确。【变式1】 用32P标记玉米体细胞（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，在第二次细胞分裂的后期，一个细胞中被32P标记的染色体数是（ ）A0条 B10条 C20条 D40条【解析】 在细胞分裂间期，DNA进行复制，由于实在不含32P的培养中，复制出来的DNA不含32P，因此，在第一次分裂结束后，每一个子细胞的20条染色体是由10条含32P和10条不含32P的。在第二次分裂，间期DNA复制，原本10条32P的染色体现在为20条，在第二次分裂的后期，着丝点已经分离，但细胞还未分为两个，所以32P的染色体还是20条。【答案】 C3(2011黄冈)如果将含有1对同源染色体的精原细胞的DNA分子用15N标记，并提供14N的原料，则该精原细胞产生的四个精子中没有放射性同位素15N的有()A0个 B1个C2个 D4个【解析】根据题意，复制后的一对同源染色体的四个DNA分子中的每个DNA分子的一条链上都含有放射性同位素，故产生的四个精子均含有放射性同位素。本题选择A项。【答案】A4.现将含有两对同源染色体且核DNA都已用32P标记的一个细胞，放在不含32P的培养基中培养，若该细胞连续进行4次有丝分裂，则含32P的子细胞数量最少和最多分别是(不考虑交叉互换) ()来源:学#科#网A.2，16 B.2，8 C.4，8 D.4，16【解析】 两对同源染色体含32P的DNA单链有8条，复制形成的每个染色单体都有一个DNA单链被32P标记，第一次分裂后形成的两个细胞都含有32P标记的四条单链，每个细胞再经过连续3次有丝分裂，分别带有32P的四条单链随机进入到8个子细胞中，因此含32P的细胞最少数是2，最多数是8。【答案】 B5(2010启东模拟)某科学家用含32P的培养基培养蚕豆根尖分生区细胞，测得一个细胞中放射性含量变化如右图。下列判断不正确的是 ()ACF不能表示一个细胞周期，但可用它计算一个细胞周期的时间BAB可表示DNA散乱分布于纺锤体中央C在细胞质中不可能检测到放射性D着丝点分裂出现在BC和EF段【解析】 由题干可获取的主要信息有：32P标记蚕豆根尖有丝分裂中DNA分子含量变化。放射性含量是一个细胞内的变化情况，而不是细胞群体的放射性。间期进行物质合成，放射性开始增加，间期结束，放射性达最大，至分裂为两个子细胞，子细胞的放射性同原细胞基本相同。解答本题应先根据一个细胞内放射性变化情况判断细胞周期及其各个时期，再逐项分析。AD或DG表示一个完整的细胞周期，CF从时间上等同于一个细胞周期持续的时间，但不能表示一个细胞周期，故A项正确；AB段，放射性增大至最大，表示DNA散乱分布于纺锤体中央过程，故B项正确；线粒体中含有DNA，因此在细胞质中也能检测到放射性，故C项错误；BC段和EF段中放射性不变化，说明DNA含量未变，可表示前期、中期和后期，故D项正确。【答案】 C6如果将含有一对同源染色体的精原细胞的两个DNA分子都用15N标记，并只供给精原细胞含14N的原料，则该细胞进行减数分裂产生的四个精子中（不考虑交叉互换现象），含15N、14N标记的DNA分子的精子所占比例依次为()A100%、0 B50%、50% C50%、100 D、100%、100%【解析】 因为DNA 是半保留复制，在精原细胞复制形成初级精原细胞的时候，含15N的DNA 双连打开，所以复制后形成的DNA中都是一条含14N的连和另外一条含15N的链，所以最后形成的四个精子中都是含有15N、14N标记的DNA分子的精子。【答案】 D7将某一经3H充分标记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，经过连续两次细胞分裂。下列有关说法正确的是（ A若进行有丝分裂，则子细胞含3H的染色体数一定为NB若进行减数分裂，则子细胞含3H的DNA分子数为N/2C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D若子细胞中染色体都含3H，则细胞分裂过程中可能发生基因重组【解析】 DNA分子的复制是半保留复制。复制后，每个DNA分子中有一条链含3H。若进行有丝分裂，则第一次分裂后所形成的子细胞中，含3H的染色体数均为2N，但每条染色体的DNA分子的两条链均为杂合（3H1H）；继续在无放射性的培养基中培养时，由于DNA的半保留复制，每条染色体的一条染色单体上DNA分子的两条链为杂合的3H1H，另一条染色单体上DNA分子的两条链为纯合的1H1H，即一半染色单体含放射性，或者说含3H的染色体数共有2N，但有丝分裂后期，着丝点分裂，姐妹染色单体成为子染色体后，子染色体的分离具有随机性，因此，含3H的染色体数进入同一个子细胞的数量为02N。故A项错误。若进行减数分裂，则染色体复制一次，细胞连续分裂两次。经过减数第一次分裂，次级精母细胞中染色体数目减半，经过减数第二次分裂所形成的子细胞中，含3H的DNA分子数仍为N。故B项错误。若子细胞中有的染色体不含3H，与分裂次数增加，环境中缺乏原料3H有关。故C项错误。若子细胞中染色体都含3H，则可能是在减数第一次分裂的四分体时期，发生了联会的一对同源染色体的非姐妹染色体之间的交叉互换。故D项正确。【答案】 D三、其他特殊标记与细胞增殖1（2010深圳二模）BrdU能替代T与A配对，而渗入新合成的DNA链中。当用姬姆萨染料染色时，不含BrdU的链为深蓝色，含BrdU的链为浅蓝色。现将植物根尖分生组织放在含有BrdU的培养液中进行培养，下图ac依次表示加入BrdU后连续3次细胞分裂中期，来自1条染色体的各染色体的显色情况（阴影表示深蓝色,非阴影为浅蓝色）。有关说法正确的是abc加BrdUA1个DNA复制3次所产生的DNA分别位于2条染色体上Bb图每条染色体均有1个DNA的2条脱氧核苷酸链都含BrdUC1个染色体形成2条染色单体时，DNA还没有复制 Dc图中有2条染色单体的所有脱氧核苷酸链都不含BrdU 【解析】A项错误，当每次分裂结束后，1个DNA复制3次所产生的8个DNA分别位于8条染色体上；B项正确，b图每条染色体均有1个DNA的2条脱氧核苷酸链都含BrdU，而 1个DNA的其中一条脱氧核苷酸链含BrdU，另一条脱氧核苷酸链不含BrdU；C项不正确，每条姐妹染色体含有两个染色单体，且含有两个DNA；D项错误，c图中有8个DNA，其中有6个DNA的所有脱氧核苷酸链含BrdU，2个DNA的一条脱氧核苷酸链含BrdU。【答案】 B2科学研究表明：在细胞周期中，染色体的两条姐妹染色单体在相同的位置上可能发生部分交换。某同学为了在显微镜下观察这一现象，便进行研究。收集的资料如下：.将细胞置于含有某种BrdU的培养基中培养，细胞能不断增殖。当DNA散乱分布于纺锤体中央时，BrdU可替代胸腺嘧啶脱氧核苷酸掺入到DNA子链中。.由于BrdU掺入的情况不同，经特殊染色后，着色的深浅也不同。在染色单体中，若DNA的一条单链掺有BrdU则染色后着色深；若DNA的两条单链都掺有BrdU，则使DNA双螺