細(xì)胞分裂中的DNA標(biāo)記問題

安徽 汪興蘭

細(xì)胞分裂中的DNA標(biāo)記問題

安徽 汪興蘭

細(xì)胞分裂是高中生物知識的重點(diǎn)和難點(diǎn)，結(jié)合放射性同位素標(biāo)記法研究DNA分子經(jīng)半保留復(fù)制后在細(xì)胞分裂中的去向，對學(xué)生而言更是難上加難。下面以幾道例題來分析細(xì)胞分裂中DNA標(biāo)記問題的常見思路。

一、有絲分裂中的標(biāo)記染色體和標(biāo)記細(xì)胞的數(shù)目變化

【例1】現(xiàn)將含有一對同源染色體且核DNA都已用15N標(biāo)記的一個細(xì)胞，放在不含15N的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，若該細(xì)胞連續(xù)進(jìn)行兩次有絲分裂，則含15N的子細(xì)胞數(shù)目可能是（不考慮交叉互換） （ ）

A. 2 B. 3

C. 4 D. 以上都有可能

【解析】以深色表示用15N標(biāo)記的DNA鏈，淺色表示未標(biāo)記的DNA鏈，即表示一條染色體中的DNA雙鏈均被15N標(biāo)記，表示DNA雙鏈中只有一條鏈被標(biāo)記，表示DNA雙鏈均未被標(biāo)記，構(gòu)建模型如下圖：

由此可見，最后形成的4個子細(xì)胞有三種情況：第一種情況是4個子細(xì)胞都是第二種情況是2個子細(xì)胞是1個子細(xì)胞是1個子細(xì)胞是第三種情況是2個子細(xì)胞是另2個子細(xì)胞是

【答案】D

【變式1】用32P標(biāo)記玉米體細(xì)胞（含20條染色體）的DNA分子雙鏈，再將這些細(xì)胞轉(zhuǎn)入不含32P的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，在第二次細(xì)胞分裂中期、后期及所產(chǎn)生的子細(xì)胞中被32P標(biāo)記的染色體數(shù)分別為 （ ）

A. 20、40、20

B. 20、20、20

C. 20、20、0～20

D. 20、40、0～20

【解析】在有絲分裂過程中，每條染色體的行為變化是一致的。當(dāng)題目涉及多條染色體而又無法一一畫圖時，一般思路是以一條染色體為研究對象來代表整體。玉米體細(xì)胞兩次有絲分裂過程中染色體和DNA的標(biāo)記情況可用下圖模型進(jìn)行解析：

由此可見，在第二次分裂中期，玉米細(xì)胞的20條染色體全含32P，第二次分裂后期40條染色體中有20條含32P，第二次分裂所產(chǎn)生的子細(xì)胞所含20條染色體中，帶32P的為0～20條。

【答案】C

【變式2】某生物細(xì)胞內(nèi)有一對同源染色體，如圖所示（a與a′、b與b′為姐妹染色單體，著絲點(diǎn)分裂后成為子染色體，細(xì)胞在有絲分裂過程中，子染色體a可與b′組合進(jìn)入一個子細(xì)胞，也可與b組合進(jìn)入一個子細(xì)胞，兩種可能性在概率上是相等的）。若選取1 000個該生物細(xì)胞作為研究對象，用15N標(biāo)記這對同源染色體上的DNA分子，再放入不含15N標(biāo)記的培養(yǎng)液中培養(yǎng)（細(xì)胞分裂同步），則完成1次分裂、2次分裂、3次分裂所得子細(xì)胞中最可能含15N標(biāo)記的細(xì)胞個數(shù)分別為 （ ）

A. 2 000、3 000、5 000

B. 1 000、2 000、4 000

C. 2 000、3 000、3 500

D. 2 000、3 000、4 500

【解析】因?yàn)镈NA分子2條鏈均被15N標(biāo)記，經(jīng)過1次復(fù)制后，DNA分子為15N||14N，所以完成1次分裂所得2 000個子細(xì)胞都含15N。第2次分裂時，細(xì)胞中DNA分子（15N||14N）復(fù)制后一半為14N||14N，一半為15N||14N，約有一半（1 000個）細(xì)胞選擇第一種分裂方式，產(chǎn)生的2 000個子細(xì)胞有一半（1 000個）含15N；約有一半（1 000個）細(xì)胞選擇第二種分裂方式，含15N的子染色體分別進(jìn)入2個子細(xì)胞，產(chǎn)生的2 000個子細(xì)胞都含15N，所以4 000個子細(xì)胞中共有3 000個含15N標(biāo)記。同理，在第3次分裂中含15N的細(xì)胞約有一半細(xì)胞選擇第一種分裂方式，還有一半選擇第二種分裂方式，8 000個子細(xì)胞中有3 500個含15N標(biāo)記。具體過程可以用下圖模型來表示：

【答案】C

二、減數(shù)分裂中的標(biāo)記染色體和標(biāo)記細(xì)胞的數(shù)目變化

【例2】如果將含有n對同源染色體的精原細(xì)胞的DNA分子用15N標(biāo)記，并提供14N的原料，則該精原細(xì)胞產(chǎn)生的4個精細(xì)胞中含15N的有_______個，每個精細(xì)胞中含15N標(biāo)記的染色體有_______條。

【解析】減數(shù)分裂過程中的DNA只復(fù)制一次，若親代DNA被標(biāo)記，經(jīng)半保留復(fù)制后，所有子代DNA均為15N||14N，即子代DNA均帶標(biāo)記，子代染色體均帶標(biāo)記，子細(xì)胞均帶標(biāo)記。可參看如下圖示：

【答案】4 n

【變式】如果將含有1對同源染色體的精原細(xì)胞的2個DNA分子都用15N標(biāo)記，放在僅含14N的原料中培養(yǎng)，該細(xì)胞進(jìn)行1次有絲分裂再進(jìn)行一次減數(shù)分裂，產(chǎn)生的8個精細(xì)胞中（無交叉互換），含15N、14N的精細(xì)胞所占比例依次是 （ ）

A. 50% 100%

B. 25% 50%

C. 25% 100%

D. 50% 50%

【解析】方法一：圖示法

方法二：首尾法，“首”即親代DNA，“尾”即子代DNA。因親代只有一對染色體，2個DNA分子，共4條DNA單鏈，經(jīng)兩次復(fù)制（1次有絲分裂和1次減數(shù)分裂）后只能進(jìn)入4個DNA子代，而每個精細(xì)胞中只含1個DNA，故8個精細(xì)胞中有4個精細(xì)胞含有親代15N鏈。

【答案】A

安徽省滁州中學(xué)）