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DNA復制與細胞分裂中的染色體標記問題
一、有絲分裂中染色體的標記情況
用15N標記細胞的核DNA分子，然后將其放到含14N的培養液中進行兩次有絲分裂，過程如圖所示(以一對同源染色體為例)：
由圖可以看出，第一次有絲分裂形成的兩個細胞中所有的DNA分子都呈“雜合狀態”，即15N－14N－DNA；第二次有絲分裂形成的子細胞有多種可能性，可能子細胞的所有染色體都含15N，也可能子細胞的所有染色體都不含15N。即子細胞含有15N的染色體為0～2n條(體細胞染色體為2n條)。
例1　1個不含15N的洋蔥根尖分生區細胞在含15N標記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸的培養液中完成一個細胞周期，然后轉入不含15N標記的培養液中繼續培養至第二個細胞周期的分裂中期，如圖能正確表示該細胞分裂中期的是(只考慮其中一條染色體上的DNA分子)(　　)
例2　(2024·浙江9＋1聯盟高一期中)DNA復制時，BrdU可替代胸腺嘧啶脫氧核苷酸摻入DNA子鏈中，當用某種熒光染料對復制后的染色體進行染色，發現含半標記DNA(一條鏈被標記)的染色單體發出明亮熒光，含全標記DNA(兩條鏈均被標記)的染色單體熒光被抑制(無熒光)。將植物根尖分生區細胞(2n＝20)放入含BrdU的培養液培養，一段時間后進行觀察。下列分析錯誤的是(　　)
A．DNA中的堿基A可以與BrdU進行配對
B．第一次有絲分裂中期，每條染色單體均發出熒光
C．第二次有絲分裂中期，1/4的染色單體發出明亮熒光
D．第三次有絲分裂后期，細胞中含熒光的染色體數量為0～20條
二、減數分裂中染色體的標記情況
用15N標記細胞的DNA分子，然后將其放到含14N的培養液中進行正常減數分裂，情況如圖所示(以一對同源染色體為例)：
由圖可以看出，在減數分裂過程中細胞連續分裂兩次，DNA只復制一次，所以產生的四個子細胞中所有的DNA分子都呈“雜合”狀態，即15N－14N－DNA，即子細胞的所有染色體都含15N。
例3　假設某果蠅的一個精原細胞的全部染色體DNA分子均用15N標記，然后在含14N的培養基中培養，則該精原細胞經過減數分裂產生的4個精子中，含15N標記的精子數目為(　　)
A．0 B．2 C．4 D．3
例4　某生物的1個精原細胞(含8條染色體)的DNA分子用15N標記后置于含14N的培養基中培養，經過細胞分裂得到4個子細胞。下列推斷正確的是(　　)
A．若進行有絲分裂，則含15N染色體的子細胞比例為50%
B．若進行減數分裂，則含15N染色體的子細胞比例為100%
C．若進行有絲分裂，則第二次分裂中期細胞中含14N的染色單體有8條
D．若進行減數分裂，則減數第二次分裂中期細胞中含14N的染色單體有4條
1．在含有BrdU的培養液中進行DNA復制時，BrdU會取代胸苷摻入到新合成的鏈中，形成BrdU標記鏈。當用某種熒光染料對復制后的染色體進行染色，發現含半標記DNA(一條鏈被標記)的染色單體發出明亮熒光，含全標記DNA(兩條鏈均被標記)的染色單體熒光被抑制(無明亮熒光)。若將一個細胞置于含BrdU的培養液中，培養到第三個細胞周期的中期進行染色并觀察。下列推測錯誤的是(　　)
A．1/2的染色體熒光被抑制
B．1/4的染色單體發出明亮熒光
C．全部DNA分子被BrdU標記
D．3/4的DNA單鏈被BrdU標記
2．(2024·浙江七彩陽光聯盟高一期中)某精原細胞(2n＝8)中的DNA被32P充分標記后，在不含32P的培養液中進行一次有絲分裂后進行減數分裂共產生8個精細胞(不考慮變異和互換現象)。下列敘述錯誤的是(　　)
A．有絲分裂后期，細胞中所有的染色體都含有32P
B．減數第一次分裂后期，每個細胞中一定有8條染色體含有32P
C．減數第二次分裂后期，每個細胞中一定有4條染色體含有32P
D．減數分裂完成后，每個精細胞中含有32P的染色體數為0條或4條
3．(2024·浙南名校高一期中)將某植物(2n＝8)分生組織的一個細胞(其DNA分子被14N標記)放在含15N的培養液中進行培養，當培養到第三次有絲分裂中期時。下列推測錯誤的是(　　)
A．每個細胞中均有8條染色體含15N
B．一個細胞中染色單體含14N的最多占1/2
C．所有細胞中含14N標記的細胞最少占1/2
D．所有細胞中含14N標記的脫氧核苷酸鏈占1/64
4．用32P標記玉米細胞(正常體細胞含20條染色體)的DNA分子雙鏈，再將這些細胞轉入不含32P的培養基中培養，讓其分裂n次，若一個細胞中的染色體總數和被32P標記的染色體數分別是40和2，則該細胞至少是處于第幾次分裂的分裂期(　　)
A．第一次 B．第二次
C．第三次 D．第四次
5．將含有一對同源染色體、其核DNA分子都已用32P標記的1個精原細胞，在含31P的培養液中先進行一次有絲分裂，產生的兩個子細胞再各自進行減數分裂。最終產生的8個精子中，被32P標記的精子可能有(　　)
A．2或4個 B．2、4或6個
C．4、6或8個 D．4個
答案精析
例1　D　[DNA的復制方式為半保留復制，將1個不含15N的洋蔥根尖分生區細胞放入含15N標記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸的培養液中培養一個細胞周期的時間，則第一個細胞周期結束后每條染色體的DNA上均有一條鏈有15N標記，一條鏈沒有15N標記，取出細胞，移到不含15N標記的培養液中，經過DNA復制后，第二個細胞周期的分裂中期每條染色體含有兩條姐妹染色單體，其中一條姐妹染色單體的DNA的一條鏈含15N標記，一條鏈沒有15N標記，而另一條姐妹染色單體上的DNA的兩條鏈均沒有15N標記，D符合題意。]
例2　C
例3　C　[根據DNA分子復制的過程可知，模板鏈是含15N的DNA鏈，原料是含14N的脫氧核苷酸，復制一次后，每個DNA分子都是一條鏈含有15N，另一條鏈含有14N，因此在減數分裂產生的4個精子中，每一個精子中的DNA組成都是一條鏈含15N，另一條鏈含14N，所以減數分裂形成的4個精子中所有的DNA均含有15N，C符合題意。]
例4　B　[分析題意可知，若細胞進行2次有絲分裂，含15N染色體的子細胞比例為50%或75%或100%，A錯誤；若進行減數分裂，形成的子細胞都含15N染色體，B正確；若進行有絲分裂，經過一次細胞分裂后，形成的2個子細胞中的DNA分子都是15N－14N－DNA，再復制一次形成的DNA分子分別是15N－14N－DNA、14N－14N－DNA，中期時存在于2條染色單體上，則第二次細胞分裂中期含14N的染色單體有16條，C錯誤；若進行減數分裂，則減數第二次分裂中期每條染色體上的2條染色單體都含有14N，所以含14N的染色單體有8條，D錯誤。]
跟蹤訓練
1．D　[DNA復制方式是半保留復制，第一次分裂結束后所有染色體的DNA分子中一條鏈不含有BrdU，另外一條鏈含有BrdU；第二次分裂結束后有1/2的染色體上DNA分子兩條鏈均含有BrdU,1/2的染色體上DNA分子中一條鏈不含有BrdU，另外一條鏈含有BrdU；到第三次有絲分裂中期，全部DNA分子被BrdU標記，所有染色體均含有姐妹染色單體，其中有1/2的染色體上2個DNA分子的兩條鏈均含有BrdU(熒光被抑制)，有1/2的染色體上2個DNA分子中的1個DNA分子的兩條鏈中的1條含BrdU、1條不含BrdU，另1個DNA分子的兩條鏈均含BrdU，所以有1/4的染色單體會發出明亮熒光，綜上所述，本題選D。]
2．D
3．D　[到第三次有絲分裂中期時，DNA復制了3次，每個DNA分子可產生子代DNA分子數為23個，2個14N－15N－DNA分子，6個15N－15N－DNA分子，所以第三次有絲分裂中期每個細胞中均有8條染色體含15N，A正確；第二次有絲分裂完成時，最多一個細胞中的8條染色體上的DNA分子全為14N－15N－DNA，到第三次有絲分裂中期時，一個細胞中染色單體含14N的最多占1/2，B正確；第二次有絲分裂完成時，最多一個細胞中的8條染色體上的DNA分子全為14N－15N－DNA，另一個細胞中的8條染色體上的DNA分子全為15N－15N－DNA，到第三次有絲分裂中期時，所有細胞中含14N標記的細胞最少占1/2，C正確；一個DNA分子含14N標記的脫氧核苷酸鏈數為2條，總共含有的14N標記的脫氧核苷酸鏈數為16條，所以所有細胞中含14N標記的脫氧核苷酸鏈占1/8，D錯誤。]
4．C　[根據題意分析可知，玉米細胞含20條染色體，第一次有絲分裂后期，被32P標記的染色體為40條；第二次有絲分裂中期的細胞中有20條染色體，有40條染色單體，而其中的一半，即20條被32P標記。當細胞處于第二次有絲分裂后期時，姐妹染色單體分開，被32P標記的染色體也隨機進入2個細胞，而子細胞分到被32P標記的染色體的數目為0～20條。而第三次分裂是以第二次分裂后的子細胞為前提，因此第三次有絲分裂的分裂期，被32P標記的染色體在0到20條之間。]
5．D(共26張PPT)
第三章 遺傳的分子基礎
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微專題四
DNA復制與細胞分裂中的染色體標記問題
一、有絲分裂中染色體的標記情況
用15N標記細胞的核DNA分子，然后將其放到含14N的培養液中進行兩次有絲分裂，過程如圖所示(以一對同源染色體為例)：
由圖可以看出，第一次有絲分裂形成的兩個細胞中所有的DNA分子都呈“雜合狀態”，即15N－14N－DNA；第二次有絲分裂形成的子細胞有多種可能性，可能子細胞的所有染色體都含15N，也可能子細胞的所有染色體都不含15N。即子細胞含有15N的染色體為0～2n條(體細胞染色體為2n條)。
例1　1個不含15N的洋蔥根尖分生區細胞在含15N標記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸的培養液中完成一個細胞周期，然后轉入不含15N標記的培養液中繼續培養至第二個細胞周期的分裂中期，如圖能正確表示該細胞分裂中期的是(只考慮其中一條染色體上的DNA分子)
√
DNA的復制方式為半保留復制，將1個不含15N的洋蔥根尖分生區細胞放入含15N標記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸的培養液中培養一個細胞周期的時間，則第一個細胞周期結束后每條染色體的DNA上均有一條鏈有15N標記，一條鏈沒有15N標記，取出細胞，移到不含15N標記的培養液中，經過DNA復制后，第二個細胞周期的分裂中期每條染色體含有兩條姐妹染色單體，其中一條姐妹染色單體的DNA的一條鏈含15N標記，一條鏈沒有15N標記，而另一條姐妹染色單體上的DNA的兩條鏈均沒有15N標記，D符合題意。
例2　(2024·浙江9＋1聯盟高一期中)DNA復制時，BrdU可替代胸腺嘧啶脫氧核苷酸摻入DNA子鏈中，當用某種熒光染料對復制后的染色體進行染色，發現含半標記DNA(一條鏈被標記)的染色單體發出明亮熒光，含全標記DNA(兩條鏈均被標記)的染色單體熒光被抑制(無熒光)。將植物根尖分生區細胞(2n＝20)放入含BrdU的培養液培養，一段時間后進行觀察。下列分析錯誤的是
A.DNA中的堿基A可以與BrdU進行配對
B.第一次有絲分裂中期，每條染色單體均發出熒光
C.第二次有絲分裂中期，1/4的染色單體發出明亮熒光
D.第三次有絲分裂后期，細胞中含熒光的染色體數量為0～20條
√
BrdU可替代胸腺嘧啶脫氧核苷酸，因此可以與堿基A配對，A正確；第一次有絲分裂中期的細胞中，每條染色體中的染色單體都是半標記，均發出熒光，B正確；
第二次有絲分裂中期，每條染色體的其中一條染色單體是半標記，另一條染色單體是全標記，1/2的染色單體發出明亮熒光，C錯誤；
第二次分裂結束后，細胞中有熒光的染色體數目為0～20條，第三次有絲分裂后期，細胞中含熒光的染色體數目為0～20條，無熒光的染色體數目為20～40條，D正確。
二、減數分裂中染色體的標記情況
用15N標記細胞的DNA分子，然后將其放到含14N的培養液中進行正常減數分裂，情況如圖所示(以一對同源染色體為例)：
由圖可以看出，在減數分裂過程中細胞連續分裂兩次，DNA只復制一次，所以產生的四個子細胞中所有的DNA分子都呈“雜合”狀態，即15N－14N－DNA，即子細胞的所有染色體都含15N。
例3　假設某果蠅的一個精原細胞的全部染色體DNA分子均用15N標記，然后在含14N的培養基中培養，則該精原細胞經過減數分裂產生的4個精子中，含15N標記的精子數目為
A.0 B.2 C.4 D.3
√
根據DNA分子復制的過程可知，模板鏈是含15N的DNA鏈，原料是含14N的脫氧核苷酸，復制一次后，每個DNA分子都是一條鏈含有15N，另一條鏈含有14N，因此在減數分裂產生的4個精子中，每一個精子中的DNA組成都是一條鏈含15N，另一條鏈含14N，所以減數分裂形成的4個精子中所有的DNA均含有15N，C符合題意。
例4　某生物的1個精原細胞(含8條染色體)的DNA分子用15N標記后置于含14N的培養基中培養，經過細胞分裂得到4個子細胞。下列推斷正確的是
A.若進行有絲分裂，則含15N染色體的子細胞比例為50%
B.若進行減數分裂，則含15N染色體的子細胞比例為100%
C.若進行有絲分裂，則第二次分裂中期細胞中含14N的染色單體有8條
D.若進行減數分裂，則減數第二次分裂中期細胞中含14N的染色單體有4條
√
分析題意可知，若細胞進行2次有絲分裂，含15N染色體的子細胞比例為50%或75%或100%，A錯誤；
若進行減數分裂，形成的子細胞都含15N染色體，B正確；
若進行有絲分裂，經過一次細胞分裂后，形成的2個子細胞中的DNA分子都是15N－14N－DNA，再復制一次形成的DNA分子分別是15N－14N－DNA、14N－14N－DNA，中期時存在于2條染色單體上，則第二次細胞分裂中期含14N的染色單體有16條，C錯誤；
若進行減數分裂，則減數第二次分裂中期每條染色體上的2條染色單體都含有14N，所以含14N的染色單體有8條，D錯誤。
1.在含有BrdU的培養液中進行DNA復制時，BrdU會取代胸苷摻入到新合成的鏈中，形成BrdU標記鏈。當用某種熒光染料對復制后的染色體進行染色，發現含半標記DNA(一條鏈被標記)的染色單體發出明亮熒光，含全標記DNA(兩條鏈均被標記)的染色單體熒光被抑制(無明亮熒光)。若將一個細胞置于含BrdU的培養液中，培養到第三個細胞周期的中期進行染色并觀察。下列推測錯誤的是
A.1/2的染色體熒光被抑制 B.1/4的染色單體發出明亮熒光
C.全部DNA分子被BrdU標記 D.3/4的DNA單鏈被BrdU標記
跟蹤訓練
√
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跟蹤訓練
DNA復制方式是半保留復制，第一次分裂結束后所有染色體的DNA分子中一條鏈不含有BrdU，另外一條鏈含有BrdU；第二次分裂結束后有1/2的染色體上DNA分子兩條鏈均含有BrdU,1/2的染色體上DNA分子中一條鏈不含有BrdU，另外一條鏈含有BrdU；到第三次有絲分裂中期，全部DNA分子被BrdU標記，所有染色體均含有姐妹染色單體，其中有1/2的染色體上2個DNA分子的兩條鏈均含有BrdU(熒光被抑制)，
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跟蹤訓練
有1/2的染色體上2個DNA分子中的1個DNA分子的兩條鏈中的1條含BrdU、1條不含BrdU，另1個DNA分子的兩條鏈均含BrdU，所以有1/4的染色單體會發出明亮熒光，綜上所述，本題選D。
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2.(2024·浙江七彩陽光聯盟高一期中)某精原細胞(2n＝8)中的DNA被32P充分標記后，在不含32P的培養液中進行一次有絲分裂后進行減數分裂共產生8個精細胞(不考慮變異和互換現象)。下列敘述錯誤的是
A.有絲分裂后期，細胞中所有的染色體都含有32P
B.減數第一次分裂后期，每個細胞中一定有8條染色體含有32P
C.減數第二次分裂后期，每個細胞中一定有4條染色體含有32P
D.減數分裂完成后，每個精細胞中含有32P的染色體數為0條或4條
跟蹤訓練
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跟蹤訓練
該精原細胞中的DNA被32P充分標記后，由于DNA分子的半保留復制，經過一次有絲分裂，每條染色體的DNA都有一條鏈被32P標記，A正確；
再讓其進行減數分裂，經過DNA分子半保留復制后，減數第一次分裂后期的細胞形成的DNA分子中，每條染色體都含有32P標記(每條染色體只有一條姐妹染色單體被32P標記)，B正確；
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在減數第一次分裂后期，由于同源染色體分離，分到兩個次級精母細胞中的染色體數目減半，每條染色體只有一條染色單體被32P標記，故有4條染色體，減數第二次分裂后期，染色單體分離形成染色體，因此，每個細胞中一定有4條染色體含有32P，姐妹染色單體分開且隨機移向細胞兩極，因此減數分裂產生的每個精細胞中有0～4條染色體被32P標記，C正確，D錯誤。
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3.(2024·浙南名校高一期中)將某植物(2n＝8)分生組織的一個細胞(其DNA分子被14N標記)放在含15N的培養液中進行培養，當培養到第三次有絲分裂中期時。下列推測錯誤的是
A.每個細胞中均有8條染色體含15N
B.一個細胞中染色單體含14N的最多占1/2
C.所有細胞中含14N標記的細胞最少占1/2
D.所有細胞中含14N標記的脫氧核苷酸鏈占1/64
跟蹤訓練
√
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跟蹤訓練
到第三次有絲分裂中期時，DNA復制了3次，每個DNA分子可產生子代DNA分子數為23個，2個14N－15N－DNA分子，6個15N－15N－DNA分子，所以第三次有絲分裂中期每個細胞中均有8條染色體含15N，A正確；
第二次有絲分裂完成時，最多一個細胞中的8條染色體上的DNA分子全為14N－15N－DNA，到第三次有絲分裂中期時，一個細胞中染色單體含14N的最多占1/2，B正確；
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跟蹤訓練
第二次有絲分裂完成時，最多一個細胞中的8條染色體上的DNA分子全為14N－15N－DNA，另一個細胞中的8條染色體上的DNA分子全為15N－15N－DNA，到第三次有絲分裂中期時，所有細胞中含14N標記的細胞最少占1/2，C正確；
一個DNA分子含14N標記的脫氧核苷酸鏈數為2條，總共含有的14N標記的脫氧核苷酸鏈數為16條，所以所有細胞中含14N標記的脫氧核苷酸鏈占1/8，D錯誤。
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4.用32P標記玉米細胞(正常體細胞含20條染色體)的DNA分子雙鏈，再將這些細胞轉入不含32P的培養基中培養，讓其分裂n次，若一個細胞中的染色體總數和被32P標記的染色體數分別是40和2，則該細胞至少是處于第幾次分裂的分裂期
A.第一次 B.第二次
C.第三次 D.第四次
跟蹤訓練
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跟蹤訓練
根據題意分析可知，玉米細胞含20條染色體，第一次有絲分裂后期，被32P標記的染色體為40條；第二次有絲分裂中期的細胞中有20條染色體，有40條染色單體，而其中的一半，即20條被32P標記。當細胞處于第二次有絲分裂后期時，姐妹染色單體分開，被32P標記的染色體也隨機進入2個細胞，而子細胞分到被32P標記的染色體的數目為0～20條。而第三次分裂是以第二次分裂后的子細胞為前提，因此第三次有絲分裂的分裂期，被32P標記的染色體在0到20條之間。
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5.將含有一對同源染色體、其核DNA分子都已用32P標記的1個精原細胞，在含31P的培養液中先進行一次有絲分裂，產生的兩個子細胞再各自進行減數分裂。最終產生的8個精子中，被32P標記的精子可能有
A.2或4個 B.2、4或6個
C.4、6或8個 D.4個
跟蹤訓練
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由題干信息可知，1個精原細胞中2個DNA分子都用32P標記，在含31P的培養液中先進行一次有絲分裂，產生2個子細胞，這兩個子細胞含有的2個DNA分子都是一條鏈含有32P，另一條鏈含有31P；兩個子細胞再在含31P的培養液中各自進行減數分裂，在分裂間期DNA進行復制，使得細胞每條染色體中所含的兩個DNA中一個DNA的一條鏈含有32P，另一條鏈含有31P，另一個DNA的兩條鏈只含31P。
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減數分裂結束后，兩條染色體中的四個DNA分子平均分配給4個精子，每一個精子只含1個DNA分子，因此每個細胞減數分裂形成4個精子，其中有2個精子既含32P，也含31P，還有2個精子只含31P，即產生的8個精子中被32P標記的精子有4個。
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