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） guokai2058@ 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】 B 2.（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。①③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. ①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. ③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. ②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。①③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. ①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. ③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①时期和②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 A B 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】 B 2．（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20 C．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（ ） A．0条 B．10条 C．20条 D．40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】 C 3．(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(　　) A．0个 B．1个 C．2个 D．4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】　A 4.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