高中生物专项练习：同位素示踪法与细胞分裂、DNA的半保留复制

考点2同位素示踪法与细胞分裂、DNA的半保留复制

'命题研究考法归纳

命题点一同位素示踪法在DNA复制中的应用

1.（2018•浙江4月选考）某研究小组进行“探究DNA的复制过程”的活动，结果如图所示。

其中培养人肠杆菌的唯一氮源是i"NH4cl或1SNH4CLa、b、c表示离心管编号，条带表示人

肠杆菌DNA离心后在离心管中的分布位置。下列叙述错误的是（）

A.本活动运用了同位素示踪和密度梯皮离心技术

,4

B.a管的结果表明该管中的大肠杆菌是在含NH4C1的培养液中培养的

C.b管的结果表明该管中的大肠杆菌的DNA都是,5N-,4N-DNA

D.实验结果说明DNA分子的复制是半保留复制的

答案B

,4,5W

解析由题意“培养大肠杆菌的唯一氮源是NH4C1或NH4CI和“条带表示大肠杆菌

DNA离心后在离心管中的分布位置“可知，本活动运用了同位素示踪和密度梯度离心技术，

A正确；分析图示可知，a管中的DNA密度最大，表明该管中的大肠杆菌是在含iSNHCl的

培养液中培养的，B错误：b管中的DNA密度介于a、c管中的之间，表明该管中的大肠杆

菌的DNA都是HN-^N-DNA,C正确；实脸结果说明DNA分子的复制是半保留复制，D

正确。

【知能回扣】

⑴探究DNA的复制过程活动

①实验材料：大肠杆菌。

②实验方法：同位素示踪技术和密度梯度超速离心技术。

③实验假设：DNA分子以半保留的方式复制。

④实验过程：如图所示

大肠忏菌在以isNHQl为唯一

氮源为培养液中繁殖多代，使

DNA双链被充分标记转入以为唯

一鼠源的培养液中

a.立即取出2日~

b.繁殖一代后取出a，W

c.繁盛两代后取出/\

提取DNA并离心|

$

轻带

中

带

重

带

⑤实验结果：与预期的相符。

a.立即取出，提取DNA一离心一全部重带("N*N)。

b.繁殖一代后取出，提取DNAf离心f全部中带("N/ifN)。

c.繁殖两代后取出，提取DNA-离心-*1/2轻带、1/2中带。

⑥实脸结论：DNA的复制是以半保留方式进行的。

(2)已知某一双链DNA分子用I5N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“NH4cl的培养基中培养(进行DNA复制)，若干代后，其DNA分子数、脱氧核

音酸集数及相关比例如表:

DNA分子的特点DNA中脱氧核甘酸链的特点

不同DNA分子占全部DNA不同脱氧核甘酸链

分细胞中DNA

世分子的比例占全部链的比例

子分子离心后脱氧核甘

代含l4Ns只含

总在离心管中只含吸酸链总数含15N

,5N杂合,4N含,4N的链

数的位置分子的链

分子分子

01全在下部100210

12全在中部01041/21/2

1/2中部，1/2

2401/21/281/43/4

上部

1/4中部，3/4

3801/43/4161/87/8

上部

・■■■■■■■■

•・・••

•.••.

・.■■■・・■■

■■■■・・■■

・■.■■・・■.

2/2”中部，2/2"(或1-

n2"02""1/2〃1-1；2n

1-272”上部l/2rt-1)2/2"

2.（2020・金华期末）对于DNA的复制方式，科学家最初有三种假设：全保留复制、半保留复制、

,5

分散复制，如图所示。为了探究DNA的复制方式，科学家将大肠杆菌放入以NH4C1为唯

,4

一氮源的培养液中培养若干代，再转入以NH4C1为唯一氮源的培养液中培养。下列关于实

验操作和结果的分析，正价的是（）

双链DNA分（■

全保留且制II1111

平保留更制II1111

分散第制II1111

A.大肠杆菌分裂一次后，三种复制方式对应的DNA离心结果各不相同

B.根据半保留复制方式，可推测复制三次后含I5N的DNA分子占1/8

C.可根据培乔时间和细菌的数目来判断人肠杆菌增殖的代数

D.实验中密度梯度离心的对象是大肠杆菌

答案C

解析分析题图可知，大物杆菌分裂一次后，半保留复制和分散复制对应的DNA离心结果

相同，A错误；根据半保留复制方式，可推测丸制三次后含的DNA分子占2/23=1㈤，B

错误；实验中密度梯度离心的对象是大肠杆菌的DNA,D错误。

,5,4

3.（2021•名校联盟新高考创新卷）研究人员将含N-DNA的大肠杆菌转移到含NH4C1的培

养液中，培养x分钟后提取子代大肠杆菌的DNA进行热变性处理，然后进行密度梯度离心,

离心管中出现的两个条带分别对应图中的两个峰。下列分析正确的是（）

密度低

密度高

A.热变性处理导致DNA分子中的磷酸二酯键断裂

B.根据条带的位置和数目可以判断DNA的复制方式

C.根据实验结果推测4分钟内大肠杆菌细胞最多分裂一次

D.未经热变性处理的子代DNA进行密度梯度离心后也能出现两个条带

答案C

命题点二考查细胞分裂中DNA的标记问题

4.(2021•浙江1月选考)现建立“动物精原细胞(2n=4)有丝分裂和减数分裂过程”模型。1个

精原细胞(假定DNA中的P元素都为32p,其他分子不含巧＞)在不含32P的培养液中正常培养,

分裂为2个子细胞,其中一个子细胞发育为细胞①。细胞①和②的染色体组成如图所示,H(h)、

R(r)是其中的两对基因，细胞②和③处于相同的分裂时期。下列叙述正确的是()

A.细胞①形成过程中没有发生基因重组

B.细胞②中最多有两条染色体含有32P

C,细胞②和细胞③中含有32P的染色体数相等

D.细胞④〜⑦中含32P的核DNA分子数可能分别是2、I、1、1

答案D

解析由题图可知，细胞①中同源染色体的非姐妹染色单体之间发生了交叉互换，A错误：

由题意可知，细胞①中的4条染色体均含32p,但每条染电体中的两条染色单体，一条含32p,

一条不含32p,又因①中同源染色体的非姐妹染色单体之间发生了交叉互换，因此含H、h基

因的4条染色单体中可能有3条染色单体含32p,所以细胞②中最多有3条染色体含犯P,B

错误：细胞②和细胞③中含有32P的染包体数可能相同，即均为2,也可能不同，即一个为2,

另一个为3,C错误；由于细胞①中同源染色体的非姐妹染色单体之间发生交叉互换，细胞

④〜⑦中含32P的核DNA分子数可能分别是2、1、1、1,D正确。

【知能回扣】DNA复制与细胞分裂的关系(以,5N标记为例)

(1)有丝分裂过程

DNA被"N标记第一次分裂前期第一次分裂后期第一次分裂形

成的子细胞

第二次分裂前期第二次分裂后期

第二次分裂形成的子细胞

①一个细胞经过一次有丝分裂，产生了两个子细胞，每个子细胞和亲代细胞一样都含有相同

数目的染色体，并且每个细胞中的每一条染色体上的DNA分子都保留了亲代细胞DNA分子

的一■条链1N）,体现了DNA分子半保留复制的特点。

②连续分裂两次，形成4个子细胞，有3种情况出现：第一种情况是4个子细胞都是,5N-14N.

,4N—,4N；第二种情况是2个细胞是,5N—,4N.,4N—,4N,1个细胞是,5N—,4N.,5N—14N,I

个细胞是"N—MN、MN—MN；第三种情况是2个细胞是I5N」4N、I5N—MN,另外2个细

胞是I"N—I’N、UN—"N。

（2）减数分裂过程（以精原细胞为例）

一个精原细胞经过减数分裂，产生了四个精细胞。每个精细胞的染色体数目较精原细胞减少

了一半，并且每个精细胞中的每条染色体上的DNA分子都保留了精原细胞DNA分子的二条

链（精细胞DNA两条链均为"N—"N、AN-UN）,即半保留复制。

5.（2021•浙江5月五校联考）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（不考虑交又互换）（）

A.2,16B,2,8C.4,8D.4,16

答案B

解析第一次有丝分裂间期一对同源染色体上的DNA复制，由于DNA的半保留复制，复制

后的4个DNA（每个DNA各含1条32P标记的母链和1条不含32P标记的子链）分别在4条染

色单体上，就是这4条染色单体都有32p,第一次分裂形成的2个细胞各含2条32P标记的染

色体（每条染色体各含1个有1条32P标记的母链和1条不含32P标记的子链组成的DNA）；

进行第二次有丝分裂，每个细胞中1条染色体（1个DNA）复制，结果形成的2条染色单体

（1条染色单体含32P标记的DNA,另一条含没有32P标记的DNA）,另一条染色体复制结果

也一样，这样第二次分裂每个细胞有4条染色单体（2条32P标记，2条没有），就1个细胞来

说，染色单体的分离和组合是随机的：①1条含32P标记的染色体和1条无32P标记的柒色体

组合，另一条含32P标记的染色体和另1条无32P标记的柒色体组合，形成的2个子细胞都有

'①；②2条含32P标记的染色体组合，2条无32P标记的柒色体组合，形成的2个子细胞1个

有32Hl个没有。另一个细胞的第二次分裂也是这2种情况，组合起来的子细胞有3种情况：

各1个32p；1个32p+2个32p；2个32p+2个32p。同理可推：细胞连续进行4次有丝分裂，

含32P的子细胞数量最少和最多分别是2和8个。

6.某性原细胞（2n=16）的DNA全部被32P标记，其在含有31P的培养基中进行一次有丝分裂

后继续进行减数分裂，下列能正确表示有丝分裂前期（白色柱状图）和减数第一次分裂前期（灰

色柱状图）每个细胞中含有32P的染色单体和DNA数目的是（）

答案A

解析下图表示分裂过程中1条染色体上DNA的标记变化情况，其他染色体标记变化情况

与之相同。

.UpVp32P31PT2p3lpA2p31P*pAlp?2pJlp.Vp31P:Up31P

该性原细胞在含有31P的培维基中进行有丝分裂时，DNA的半保留复制使每条染色体中含有

两个DNA,且DNA双链均为一条含有3甲，另一条含有32p,故有丝分裂前期含有32P的染

色单体和DNA数目分别为32和32;有丝分裂产生的子细胞中每个DNA双链均为一条含有

31P,另一条含有32p,子细胞在含有31P的培恭基中继续进行减数分裂，则减数第一次分裂前

期每个细胞中含有32P的柒色单体和DNA数目分别为16和16o

命题点三同位素示踪法的应用

7.下列有关同位素示踪实验的叙述，错误的是（）

A.若小鼠吸入"02,则在其尿液中可以检测到H40,呼出的二氧化碳中也可能含有I'。

B.用35s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"N进行标记，正常情况下，在该细胞

分裂形成的精细胞中，含的精子所占比例为50%

,4,4

D.给水稻提供CO2,体内可以存在C的转移途径为14co2fMe3-"C6Hl2。6

答案c

解析1然）2标记以后1Ko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,s0又可以出现在二氧化碳中，A正确；若将该精原细胞的一个DNA分子的一条链用

I5N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若成的4个精细胞中有1个含l5N,即含l5N的精细胞所占的比例

为25%,C错误；水稻叶肉细胞吸收I4CCh进行光合作月合成葡萄糖，体内可以存在14c的

转移途径为1(02一1七3-1y6Hl2。6,D正确。

【知能回扣】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。一般常月的标记元素有3H、"C、L$N、180、

32p、35s等。

(2)归类分析

①标记某元素，追踪其转移途径。如用第0标记水，光合作用只产生建02；再用1*0标记二

氧化碳，光合作用只产生。2,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T?噬菌体侵染细菌的实脸中，用32P标记噬菌体

的DNA,细菌内发现放射性物质；用35s标记噬菌体的蛋白质，细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标记胸腺喀嗅脱氧核甘酸，研究有丝分裂过程中染色体的变化规律;

用I5N标记DNA,证明了DNA复制的特点是半保留复制。

8.1941年，鲁宾和卡门为了研究光合作用产生的氧气是否来自水，设计了如图A的装置，

得到了图B所示的氧气中,8O百分比的三个实验结果。下列叙述正确的是()

12

小球藻、E

NaHCO,溶液超