2025届高考生物一轮复习：细胞分裂过程中的DNA、染色体同位素标记分析

细胞分裂过程中的DNA、染色体同位素标记分析 一、有丝分裂中染色体的标记情况(以n对同源染色体为例) 1.过程：将15N标记DNA分子的细胞，放到含14N的培养液中进行两次有丝分裂，情况如图所示。 2.结果分析： ①第一次有丝分裂形成的两个子细胞中所有DNA分子都呈“杂合状态”，即为15N/14N－DNA，子细胞的所有染色体都含15N。 ②第二次有丝分裂形成的四个子细胞有多种可能性，可能子细胞的所有染色体都含15N，也可能子细胞的所有染色体都不含15N。即子细胞含有15N的染色体为0～2n条(体细胞染色体为2n条)。 【规律总结】进行有丝分裂，若只复制一次，产生的子染色体都带有15N标记，若复制两次，产生的子染色体只有一半带有15N标记。 【典例1】玉米(2n＝20)一个体细胞中的每条染色体DNA双链均被32P标记，如果把该细胞放置在不含32P的培养液中培养，使其连续分裂，将会在第几次分裂中出现每个细胞的中期和后期分别有20条被标记的染色体(　　) A．第一次 B．第二次 C．第三次 D．第四次 解析：选B。玉米一个体细胞中有20条染色体DNA双链被32P标记，由于DNA进行半保留复制，导致复制形成的40个DNA分子中均含有一条被标记的脱氧核苷酸链，因此第一次有丝分裂中期，有20条被标记的染色体；在第一次有丝分裂后期，由于着丝粒的分裂，染色体数目加倍为40条，此时40条染色体上均有标记，此后进行第二次有丝分裂，由于此时的染色体中每个DNA分子均是只有一条单链带有32P标记，经过复制后产生的每个染色体中的2个DNA分子中，均是只有1个DNA分子带有标记(且只有一条单链带有标记)，因此在第二次有丝分裂中期的细胞中有20条染色体有标记。进入有丝分裂后期，由于着丝粒分裂，染色体数目暂时加倍，此时一个细胞中含有的40条染色体中只有20条带有标记，B正确。 【典例2】在含有BrdU的培养液中进行DNA复制时，BrdU会取代胸苷掺入到新合成的链中，形成BrdU标记链。当用某种荧光染料对复制后的染色体进行染色时，发现含半标记DNA(一条链被标记)的染色单体发出明亮荧光，含全标记DNA(两条链均被标记)的染色单体荧光被抑制(无明亮荧光)。若将一个细胞置于含BrdU的培养液中，培养到第二个细胞周期的中期进行染色并观察。下列推测正确的是(　　) A．1/2的染色体荧光被抑制 B．1/4的染色单体发出明亮荧光 C．1/2的DNA分子被BrdU标记 D．3/4的DNA单链被BrdU标记 解析：选D。第二次有丝分裂中期，所有的染色体中都有一条染色单体的一条链的DNA中含有BrdU，因此每条染色体中都有一条染色单体能发出明亮荧光，A、B错误；新DNA分子的合成是以BrdU为原料进行的，因此新合成的DNA分子全部被BrdU标记，C错误；细胞复制2次，1个DNA分子形成4个DNA分子，共8条链，只有2条链没被标记，因此被BrdU标记的DNA单链共有6条，比例为3/4，D正确。 【典例3】用32P标记某玉米体细胞(正常体细胞含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，完成了两次有丝分裂。下列叙述错误的是(　　) A．在第一次细胞分裂的中期，一个细胞中的染色体总数和被32P标记的染色体数分别是20和20 B．在第一次分裂完成后，形成的两个子细胞中染色体上的DNA都是有一条链含32P，另一条链不含32P C．在第二次细胞分裂的后期，一个细胞中的染色体总数和被32P标记的染色体数分别是40和40 D．在第二次分裂完成后，形成的四个子细胞中含32P的染色体数从0到20都有可能 解析：选C。第二次分裂前的分裂间期，DNA进行复制，形成的染色体中一个DNA的两条链均不含32P，另一个DNA中一条链含32P，另一条链不含32P。在第二次有丝f分裂的后期，一个细胞中的染色体总数是40，因此被32P标记的染色体数是20，C错误。 【方法技巧】解答有丝分裂中DNA和染色体标记严把“四关” 二、减数分裂中染色体的标记情况(以n对同源染色体为例) 1.过程：将15N标记DNA分子的细胞，放到含14N的培养液中进行减数分裂，正常情况如图所示。 2.结果分析： 在减数分裂过程中细胞连续分裂两次，DNA只复制一次，所以四个子细胞中所有的DNA分子都呈“杂合状态”，即15N/14N－DNA，子细胞的所有染色体都含15N。 【典例1】果蝇(2n=8)的一个精原细胞的核DNA的两条链均带有32P标记，在不含32P的培养液中培养，依次选取甲、乙、丙、丁四个不同时期的细胞观察，结果如图。不考虑染色体结构变异，下列叙述正确的是（  ） A．甲细胞可能处于前期I，正在发生同源染色体联会 B．形成乙细胞至少经历2次DNA复制和1次着丝粒分裂 C．丙细胞中不含同源染色体，也不含姐妹染色单体 D．若丁细胞与正常卵细胞受精，产生的后代染色体数目异常 【点拨】在减数分裂前，每个精原细胞的染色体复制一次，而细胞在减数分裂过程中连续分裂两次，最后形成四个精细胞。这两次分裂分别叫作减数分裂Ⅰ和减数分裂Ⅱ。 解析：选B。甲细胞中32P标记的染色体：32P标记的核DNA=8:16，则甲细胞可能处于减数第一次分裂（前、中、后、末），有丝分裂前期和中期，因此甲细胞不一定正在发生同源染色体联会，A错误；乙细胞中32P标记的染色体数为8，32P标记的核DNA数为9，甲、乙、丙、丁是四个不同时期的细胞，推测先发生一次有丝分裂，乙细胞处于减数分裂Ⅰ后期，发生了同源染色体中非姐妹染色单体的互换，形成细胞乙过程至少经历了2次DNA复制和1次着丝粒分裂，B正确；丙细胞中32P标记的染色体数为4，可能处于减数第二次前期和中期，不含同源染色体，但含姐妹染色单体，C错误；若丁细胞（染色体数目为3）与正常卵细胞（染色体数目为4）受精，产生的后代（染色体数目为7）染色体数目异常，D正确。 【典例2】如图A点时用32P标记果蝇精原细胞所有DNA的双链，然后置于只含31P的培养液中培养，发生了a、b连续两个分裂过程。下列相关叙述正确的是(　　) A．CD段细胞中一定有2条Y染色体 B．GH段细胞中可能有2条Y染色体 C．GH段细胞中含32P的染色体一定有8条 D．IJ段细胞中含32P的染色体可能有8条 解析：选C。CD段细胞中着丝粒没分裂时只有1条Y染色体，着丝粒分裂后有2条Y染色体，A错误；GH段细胞中着丝粒不分裂，因此细胞中一定只有1条Y染色体，B错误；由于DNA分子是半保留复制，经过一次有丝分裂后产生的细胞中的DNA都是一条链为32P，一条链为31P；再经减数分裂前的间期DNA复制后，每条染色体上的2个DNA分子中一条链为32P，三条链为31P，因此GH段细胞中含32P的染色体一定有8条，C正确；IJ段细胞处于减数分裂Ⅱ前期和中期时，只有4条染色体，因此含32P的染色体有4条(每条染色体上的2个DNA分子中一条链为32P，三条链为31P)，着丝粒分裂后，含32P的染色体仍为4条，D错误。 【典例3】将全部DNA分子双链均被32P标记的雄性动物细胞(染色体数为2n)置于不含32P的培养基中培养。经过连续3次细胞分裂后产生8个子细胞，检测子细胞的情况。下列推断正确的是(　　) A．若只进行有丝分裂，则含32P染色体的子细胞比例一定为1/2 B．若进行一次有丝分裂再进行一次减数分裂，则含32P染色体的子细胞比例至少占1/2 C．若子细胞中的染色体都含32P，则一定进行有丝分裂 D．若子细胞中的染色体都不含32P，则一定进行减数分裂 解析：选B。若进行有丝分裂，第一次分裂前的间期染色体复制（DNA复制），由于DNA的半保留复制，每条染色体（含1个32P标记DNA）复制后成为1条含2条单体（每条单体含1个DNA，该DNA的两条链:1条32P标记，1条没有）的染色体，结果第一次形成的2个子细胞都含32P标记的染色体（每条染色体含1个DNA，该DNA的两条链:1条32P标记，1条没有）；第二次分裂前的间期染色体（DNA）复制, 每条染色体复制后成为1条含2条单体（1条单体32P标记，1条没有）的染色体，由于后期染色单体分离是随机的，有可能刚好各一半32P标记染色体分别进入2个子细胞，也可能全部32P标记染色体进入1个子细胞，还可能多种不确定情况，A错误，若进行减数分裂，第一次分裂是成对同源染色体分离，由于每条染色体上的2条单体都含32P，因此形成的2个次级精母细胞每条染色体上的2条单体都含32P，都含32P，这样第二次分裂是单体分离，形成的4个精细胞每条染色体都含32P，B正确。若子细胞中的染色体都含32P，可能是有丝分裂，也可能是减数分裂，C错误。若子细胞中的染色体不都含32P，则一定进行有丝分裂，D错误。 【典例4】若取某动物（2n=4）的精原细胞，使其全部DNA的双链均被32P标记，然后将精原细胞放入不含放射性元素的培养液中培养，若干次有丝分裂后进行减数分裂。某子细胞如图所示，其中①～④表示染色体，A/a、B/b表示基因，若形成该细胞过程中只发生了1次基因突变或染色体互换，不发生染色体畸变。下列叙述错误的是（    ） A．若有丝分裂仅进行1次，则①③可能都带有放射性 B．若有丝分裂仅进行1次，则③④可能都带有放射性 C．若有丝分裂仅进行2次，则①④可能都不带有放射性 D．若有丝分裂仅进行2次，则②④可能都带有放射性 【点拨】减数第一次分裂过程：（1）减数第一次分裂前的间期：染色体进行复制。（2）减数第一次分裂：①前期：联会，同源染色体上的非姐妹染色单体互换；②中期：成对的同源染色体排列在赤道板上；③后期：同源染色体分离，非同源染色体自由组合；④末期：细胞质分裂。（3）减数第二次分裂过程：①前期：核膜、核仁逐渐解体消失，出现纺锤体和染色体；②中期：染色体形态固定、数目清晰；③后期：着丝粒分裂，姐妹染色单体分开成为染色体，并均匀地移向两极；④末期：核膜、核仁重建、纺锤体和染色体消失。 解析：选D。图示细胞为减数第二次分裂后期的细胞。精原细胞既可以进行有丝分裂，又可以进行减数分裂，当精原细胞进行第一次有丝分裂后，得到两个细胞，每个细胞中的4条染色体上的DNA都是一条有放射性，一条没有放射性。此时得到的2个子细胞若进行减数分裂，则减数第二次分裂后期每个细胞都为2条染色体有放射性，有放射性的染色体上的DNA两条链是一条有放射性，一条没有放射性，则③④可能都带有放射性；①③为两条姐妹染色单体分离后形成的子染色体，若其在减数第一次分裂时发生过互换，则①③可能都带有放射性，A、B正确；若进行一次有丝分裂后继续进行第二次有丝分裂，DNA此时复制两次，第二次有丝分裂得到的子细胞的4条染色体放射性标记情况可能是0～4条，得到的细胞进行减数分裂，则减数第二次分裂后期每个细胞中染色体的放射性标记情况是0条（①④可能都不带有放射性）、1条或2条放射性标记。由于“形成该细胞过程中只发生了1次基因突变或交叉互换，不发生染色体畸变”，结合图示可知，染色体①③发生过基因突变或互换，则②④为正常的姐妹染色单体分离后形成的子染色体，②④中有1条具有放射性或均无放射性，C正确，D错误。 1 学科网（北京）股份有限公司 $$