细胞分裂中的DNA标记问题

安徽 汪兴兰

细胞分裂中的DNA标记问题

安徽 汪兴兰

细胞分裂是高中生物知识的重点和难点，结合放射性同位素标记法研究DNA分子经半保留复制后在细胞分裂中的去向，对学生而言更是难上加难。下面以几道例题来分析细胞分裂中DNA标记问题的常见思路。

一、有丝分裂中的标记染色体和标记细胞的数目变化

【例1】现将含有一对同源染色体且核DNA都已用15N标记的一个细胞，放在不含15N的培养基中培养，若该细胞连续进行两次有丝分裂，则含15N的子细胞数目可能是（不考虑交叉互换） （ ）

A. 2 B. 3

C. 4 D. 以上都有可能

【解析】以深色表示用15N标记的DNA链，浅色表示未标记的DNA链，即表示一条染色体中的DNA双链均被15N标记，表示DNA双链中只有一条链被标记，表示DNA双链均未被标记，构建模型如下图：

由此可见，最后形成的4个子细胞有三种情况：第一种情况是4个子细胞都是第二种情况是2个子细胞是1个子细胞是1个子细胞是第三种情况是2个子细胞是另2个子细胞是

【答案】D

【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，在第二次细胞分裂中期、后期及所产生的子细胞中被32P标记的染色体数分别为 （ ）

A. 20、40、20

B. 20、20、20

C. 20、20、0～20

D. 20、40、0～20

【解析】在有丝分裂过程中，每条染色体的行为变化是一致的。当题目涉及多条染色体而又无法一一画图时，一般思路是以一条染色体为研究对象来代表整体。玉米体细胞两次有丝分裂过程中染色体和DNA的标记情况可用下图模型进行解析：

由此可见，在第二次分裂中期，玉米细胞的20条染色体全含32P，第二次分裂后期40条染色体中有20条含32P，第二次分裂所产生的子细胞所含20条染色体中，带32P的为0～20条。

【答案】C

【变式2】某生物细胞内有一对同源染色体，如图所示（a与a′、b与b′为姐妹染色单体，着丝点分裂后成为子染色体，细胞在有丝分裂过程中，子染色体a可与b′组合进入一个子细胞，也可与b组合进入一个子细胞，两种可能性在概率上是相等的）。若选取1 000个该生物细胞作为研究对象，用15N标记这对同源染色体上的DNA分子，再放入不含15N标记的培养液中培养（细胞分裂同步），则完成1次分裂、2次分裂、3次分裂所得子细胞中最可能含15N标记的细胞个数分别为 （ ）

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】因为DNA分子2条链均被15N标记，经过1次复制后，DNA分子为15N||14N，所以完成1次分裂所得2 000个子细胞都含15N。第2次分裂时，细胞中DNA分子（15N||14N）复制后一半为14N||14N，一半为15N||14N，约有一半（1 000个）细胞选择第一种分裂方式，产生的2 000个子细胞有一半（1 000个）含15N；约有一半（1 000个）细胞选择第二种分裂方式，含15N的子染色体分别进入2个子细胞，产生的2 000个子细胞都含15N，所以4 000个子细胞中共有3 000个含15N标记。同理，在第3次分裂中含15N的细胞约有一半细胞选择第一种分裂方式，还有一半选择第二种分裂方式，8 000个子细胞中有3 500个含15N标记。具体过程可以用下图模型来表示：

【答案】C

二、减数分裂中的标记染色体和标记细胞的数目变化

【例2】如果将含有n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4个精细胞中含15N的有_______个，每个精细胞中含15N标记的染色体有_______条。

【解析】减数分裂过程中的DNA只复制一次，若亲代DNA被标记，经半保留复制后，所有子代DNA均为15N||14N，即子代DNA均带标记，子代染色体均带标记，子细胞均带标记。可参看如下图示：

【答案】4 n

【变式】如果将含有1对同源染色体的精原细胞的2个DNA分子都用15N标记，放在仅含14N的原料中培养，该细胞进行1次有丝分裂再进行一次减数分裂，产生的8个精细胞中（无交叉互换），含15N、14N的精细胞所占比例依次是 （ ）

A. 50% 100%

B. 25% 50%

C. 25% 100%

D. 50% 50%

【解析】方法一：图示法

方法二：首尾法，“首”即亲代DNA，“尾”即子代DNA。因亲代只有一对染色体，2个DNA分子，共4条DNA单链，经两次复制（1次有丝分裂和1次减数分裂）后只能进入4个DNA子代，而每个精细胞中只含1个DNA，故8个精细胞中有4个精细胞含有亲代15N链。

【答案】A

安徽省滁州中学）