专题5 考点2 同位素示踪法与细胞分裂、DNA的半保留复制-【步步高】2024年高考生物大二轮专题复习与增分策略（新高考，浙江专用）

考点二　同位素示踪法与细胞分裂、DNA的半保留复制 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，22)某研究小组进行“探究DNA的复制过程”的活动，结果如图所示。其中培养大肠杆菌的唯一氮源是14NH4Cl或15NH4Cl，a、b、c表示离心管编号，条带表示大肠杆菌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技术和密度梯度离心技术 B．a管的结果表明该管中的大肠杆菌是在含14NH4Cl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15N－14N－DNA D．实验结果说明DNA分子的复制是半保留复制 答案　B 解析　由题意“培养大肠杆菌的唯一氮源是14NH4Cl或15NH4Cl”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技术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15NH4Cl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DNA密度之间，表明该管中的大肠杆菌的DNA都是15N－14N－DNA，C正确。 归纳提升　(1)探究DNA的复制过程 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 ⑤实验结果：与预期的相符。 a．立即取出，提取DNA→离心→全部重带(15N/15N)。 b．繁殖一代后取出，提取DNA→离心→全部中带(14N/15N)。 c．繁殖两代后取出，提取DNA→离心→1/2轻带(14N/14N)、1/2中带(14N/15N)。 ⑥实验结论：DNA分子的复制是以半保留的方式进行的。 (2)已知某一双链DNA分子用15N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14NH4Cl的培养基中培养(进行DNA复制)，若干代后，其DNA分子数、脱氧核苷酸链数及相关比例如表： 世 代 DNA分子的特点 DNA中脱氧核苷酸链的特点 分子总数 细胞中DNA分子离心后在离心管中的位置 不同DNA分子占全部DNA分子的比例 脱氧核苷酸链总数 不同脱氧核苷酸链占全部链的比例 含15N的链 含14N的链 只含15N分子 含14N、15N杂合分子 只含14N分子 0 1 全在下部 l 0 0 2 1 0 1 2 全在中部 0 1 0 4 1/2 1/2 2 4 1/2中部，1/2上部 0 1/2 1/2 8 1/4 3/4 3 8 1/4中部，3/4上部 0 1/4 3/4 16 1/8 7/8 n 2n 2/2n中部，1－2/2n上部 0 2/2n(或1/2n－1) 1－2/2n 2n＋1 1/2n 1－1/2n (2023·台州高三质检)阅读下列材料，完成2、3小题。 关于DNA分子的复制方式曾有三种假说：全保留复制、半保留复制和分散复制，科学家以大肠杆菌为实验材料，运用密度梯度离心、DNA紫外光吸收光谱等方法对此进行研究，实验基本操作及结果如图： 注：大肠杆菌约20分钟繁殖一代；紫外光吸收光谱的峰值位置即为离心管中DNA的主要分布位置，峰值越大，表明该位置的DNA数量越多；在培养到6、13、20分钟时，分别取样，提取大肠杆菌DNA，经密度梯度离心后，测定紫外光吸收光谱，结果如图2中b、c、d所示。 据图回答下列问题： 2．下列关于实验过程的叙述，错误的是(　　) A．培养液中的氮元素主要用于合成四种脱氧核苷酸 B．实验过程中需要提取亲代DNA分子，用于对照 C．实验过程中密度梯度离心的速度不会影响实验结果 D．本实验不可以通过测定放射性强度来最终确定DNA的复制方式 答案　C 解析　实验过程中需要提取亲代DNA分子，用于与子代DNA进行对照，B正确；实验过程中密度梯度离心的速度会影响实验结果，因此要控制适当的离心速度，C错误；14N和15N都没有放射性，因此本实验不能通过测定放射性强度来最终确定DNA的复制方式，D正确。 3．本实验延长至40分钟，预期实验结果正确的是(　　) A．若为全保留复制，则峰值个数为2，一个峰值出现在P点位置，另一个出现在Q点位置 B．若为半保留复制，则峰值个数为2，一个峰值出现在Q点位置，另一个出现在Q点上方位置 C．若为分散复制，则峰值多个，均出现在Q点上方位置 D．若将实验产物加热至100 ℃后再离心，无论是哪种复制方式，每个峰值均等大 答案　B 解析　大肠杆菌约20分钟繁殖一代，本实验延长至40分钟，则复制了两代，若DNA为全保留复制，则40分钟后(DNA复制两代)会出现15N/15N—DNA和14N/14N—DNA两种DNA分子，显示出的紫外光吸收光谱为2个峰值，一个15N/15N—DNA峰值出现在P点的位置，另一个14N/14N—DNA峰值出现在Q点(15N/14N—DNA)上方，A错误；若为半保留复制，则40分钟后(DNA复制两代)会出现15N/14N—DNA和14N/14N—DNA两种DNA分子，出现的两个峰值一个在Q点位置，另一个在Q点上方位置，B正确；若为分散复制，则峰值只有1个，出现在Q点上方位置，C错误；若将实验产物加热至100 ℃后再离心，则得到DNA单链，全保留和半保留每个峰值均等大，但与分散复制峰值不同，D错误。 命题点二　考查细胞分裂中DNA的标记问题 4．将马蛔虫(2n＝4)的甲、乙两个精原细胞核DNA双链用32P标记，接着置于含31P的培养液中培养，在特定的条件下甲细胞进行两次连续的有丝分裂、乙细胞进行减数分裂。下列相关叙述正确的是(　　) A．甲在第一个细胞周期后，含32P的细胞数为2，且每个细胞中含有32P的染色体数为0～4 B．甲在第二个细胞周期后，含32P的细胞数为2～4，且每个细胞含有32P的染色体数为0～4 C．乙在减数第一次分裂后，含32P的细胞数为2，且每个细胞中含有32P的染色体数为0～2 D．乙在减数第二次分裂后，含32P的细胞数为2～4，且每个细胞中含有32P的染色体数为0～2 答案　B 解析　一个细胞周期中DNA分子只进行一次半保留复制，因此甲在第一个细胞周期后，全部细胞均含32P，且每个细胞中的每条染色体都含有32P，即每个细胞中含有32P的染色体数为4，A错误；第一个细胞周期结束形成的2个子细胞的每个DNA分子都有一条链含有32P，另一条链含有31P。在第二个细胞周期中，DNA分子又进行了一次半保留复制，则形成的8个DNA分子中，有4个DNA分子是一条链含有32P，另一条链含有31P，另外4个DNA分子都只含31P，而在有丝分裂后期，姐妹染色单体分开后随机移向两极，因此甲在第二个细胞周期后，有2个或3个或4个细胞含32P，且每个细胞含有32P的染色体数为0～4，B正确；减数分裂过程中只进行一次半保留复制，乙在减数第一次分裂后，含32P的细胞数为2，每个细胞中的每条染色体都含有32P，即每个细胞中含有32P的染色体数为2，C错误；乙在减数第二次分裂后，含32P的细胞数为4，每个细胞中的每条染色体都含有32P，即每个细胞中含有32P的染色体数为2，D错误。 归纳提升　DNA复制与细胞分裂的关系(以15N标记为例) (1)有丝分裂过程 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(15N)，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15N—14N、14N—14N；第二种情况是2个细胞是15N—14N、14N—14N,1个细胞是15N—14N、15N—14N,1个细胞是14N—14N、14N—14N；第三种情况是2个细胞是15N—14N、15N—14N，另外2个细胞是14N—14N、14N—14N。 (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分子的一条链(精细胞DNA均为15N—14N)，体现了DNA分子半保留复制的特点。 5．(2023·丽水高三联考)性别决定类型为XY型的某动物(2n＝4)基因型为AABb，其体内一个性原细胞(核DNA全部被32P标记)在含31P的培养液中先进行一次有丝分裂，再进行减数分裂，形成了1个如图所示的细胞，其中①②分别代表染色体(不考虑染色体畸变)。下列叙述中错误的是(　　) A．①和②分别含有A和a，一定是基因突变的结果 B．该细胞中一定有5个含32P标记的核DNA分子 C．图中细胞一定为初级精母细胞，含有4套遗传信息 D．形成图中细胞的过程中一定经历了1次胞质分裂 答案　B 解析　A和a属于等位基因，位于同源染色体上，题干中给出该动物基因型为AABb，新出现的a一定是基因突变的结果，A正确；核DNA全部被32P标记的含有4条染色体的性原细胞，在含31P的培养液中先进行一次有丝分裂，产生的新的性原细胞中，染色体上的DNA都是一条链含32P，一条链含31P，该性原细胞再进行减数分裂，图示说明发生了同源染色体中非姐妹染色单体之间的交叉互换，减数第一次分裂后期(因为图中同源染色体正在分离)含32P标记的核DNA分子数有4个或5个，B错误；图中细胞处于减数第一次分裂后期，细胞质均等分裂，一定为初级精母细胞，含有4套遗传信息，C正确；图中细胞是一个性原细胞进行一次有丝分裂后形成的，所以形成图中细胞的过程中一定经历了1次胞质分裂，D正确。 6．(2023·绍兴高三调研)某二倍体生物(2n＝4)减数分裂过程中产生了如图甲所示的细胞，染色体数目变化如图乙。不考虑基因突变的情况下，下列叙述正确的是(　　) A．图甲细胞位于图乙1时期，其为初级精母细胞或第一极体 B．图乙的3时期一个细胞内有2个染色体组，2对同源染色体 C．若图甲细胞中A和a基因所在的染色体未分离，则可能会产生4种不同类型的配子 D．若性原细胞4条染色体均被32P标记且图甲细胞中有2条染色体含32P，则该性原细胞DNA至少复制了3次 答案　D 解析　图甲细胞同源染色体分离，属于减数第一次分裂后期，对应图乙的1时期，由于图甲细胞为均等分裂，因此为初级精母细胞，A错误；图乙的3时期是减数第二次分裂后期，由于减数第一次分裂同源染色体分离，因此进行减数第二次分裂的细胞中没有同源染色体，由图甲可知，细胞中有2个染色体组，处于减数第二次分裂后期的细胞中也有2个染色体组，但没有同源染色体，B错误；若图甲细胞中A和a基因所在的染色体未分离，则可能会产生AaB、b(或Aab、B)2种不同类型的配子，C错误；若性原细胞4条染色体均被32P标记，经过一次有丝分裂，细胞中4条染色体都是一条DNA链含32P，另一条链不含32P，再经过一次有丝分裂，形成的细胞中可以只有2条染色体含32P(一条DNA链含32P，另一条链不含32P)，然后经过减数分裂前的间期，DNA复制，进入减数第一次分裂后期，即形成图甲中有2条染色体含32P的细胞，D正确。 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18O2，则在其尿液中可以检测到H218O，呼出的CO2中也可能含有18O 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15N进行标记，正常情况下，在该细胞分裂形成的精细胞中，含15N的精细胞所占比例为50% D．给水稻提供14CO2，体内可以存在14C的转移途径为14CO2→14C3→14C6H12O6 答案　C 解析　小鼠吸入18O2之后，18O首先出现在水中，若水作为反应物参与细胞呼吸，那么18O又可以出现在CO2中，A正确；若将该精原细胞的一个DNA分子的一条链用15N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形成的4个精细胞中有1个含15N，即含15N的精细胞所占的比例为25%，C错误；水稻叶肉细胞吸收14CO2进行光合作用合成葡萄糖，体内可以存在14C的转移途径为14CO2→14C3→14C6H12O6，D正确。 归纳提升　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。一般常用的标记元素有3H、14C、15N、18O、32P、35S等。 (2)归类分析 ①标记某元素，追踪其转移途径。如用18O标记水，光合作用只产生18O2；再用18O标记二氧化碳，光合作用只产生O2，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T2噬菌体侵染细菌的实验中，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标记胸腺嘧啶脱氧核苷酸，研究有丝分裂过程中染色体的变化规律；用15N标记DNA，证明了DNA复制方式是半保留复制。 8．(2023·宁波高三质检)同位素标记法可用于示踪物质的运行和变化规律。下列实验所用同位素性质与其他三个实验不同的是(　　) A．鲁宾和卡门研究光合作用中O2来源的实验 B．卡尔文探明CO2中的碳是如何转化为有机物中的碳的实验 C．赫尔希和蔡斯证实了DNA是遗传物质的噬菌体侵染细菌的实验 D．帕拉德探究分泌蛋白在豚鼠胰腺腺泡细胞内合成、运输、分泌过程的实验 答案　A 解析　鲁宾和卡门用18O标记H2O或CO2，然后检测释放的O2中是否有18O2，研究光合作用中O2的来源，18O不属于放射性同位素；卡尔文用14C标记CO2，研究出碳原子在光合作用中的转移途径，14C属于放射性同位素；赫尔希和蔡斯利用35S标记的噬菌体和32P标记的噬菌体分别侵染细菌，证明了DNA是噬菌体的遗传物质，35S、32P都是放射性同位素；帕拉德向豚鼠的胰腺腺泡细胞注射3H标记的亮氨酸，随后检测放射性标记的物质先后出现在哪些结构，研究分泌蛋白合成和运输的过程，3H属于放射性同位素。综上分析可知，A符合题意。 9．(2023·台州高三联考)某人模拟了T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验，进行了以下两组实验：①用3H标记的噬菌体侵染35S标记的大肠杆菌；②用14C标记的噬菌体侵染未标记的大肠杆菌。以上两组实验经过适当时间保温后进行搅拌、离心等操作，以下说法正确的是(　　) A．①组实验35S标记的大肠杆菌是由含35S的培养基直接培养获得 B．①组实验子代噬菌体的蛋白质外壳均含3H、35S C．②组实验的放射性主要出现在沉淀物中 D．②组实验子代噬菌体的蛋白质外壳含14C 答案　A 解析　大肠杆菌是原核生物，可以直接用培养基培养，要想获得35S标记的大肠杆菌，就用含35S的培养基直接培养，A正确；①组实验亲代噬菌体的蛋白质用3H标记，但亲代噬菌体的蛋白质外壳不进入大肠杆菌，大肠杆菌用35S标记，噬菌体侵染大肠杆菌后原料是由大肠杆菌提供，所以子代噬菌体的蛋白质外壳只含35S，B错误；②组实验14C可标记噬菌体的蛋白质和DNA，用14C标记的噬菌体侵染未标记的大肠杆菌，蛋白质外壳在悬浮液中，含有放射性，DNA侵入大肠杆菌中，也含有放射性，所以悬浮液和沉淀物都有放射性，C错误；②组实验用14C标记的噬菌体侵染未标记的大肠杆菌，原料不含14C，所以子代噬菌体蛋白质外壳不含14C，D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $$