全國通用版2019高考生物二輪復習專題四遺傳的分子基礎變異與進化小專題4同位素標記法與DNA的半保留復制學案.doc

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同位素標記法與DNA的半保留復制 例1　將不含放射性標記的蠶豆根尖細胞在含3H標記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸的培養(yǎng)基中完成一個細胞周期，然后在不含放射性標記的培養(yǎng)基中繼續(xù)分裂至中期，其染色體的放射性標記分布情況是(　　) A．每條染色體中都只有一條單體被標記 B．每條染色體的兩條單體都被標記 C．只有半數(shù)的染色體中一條單體被標記 D．每條染色體的兩條單體都不被標記 答案　A 解析　不含放射性標記的根尖細胞在含3H標記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸培養(yǎng)基上完成一個細胞周期后，子細胞中的核DNA分子都是一條鏈被3H標記，另一條鏈未被標記；然后子細胞在不含放射性標記的培養(yǎng)基中繼續(xù)分裂至中期，每個核DNA分子復制形成的兩個DNA分子(其中一個被標記，另一個未被標記)分別位于一條染色體的兩條姐妹染色單體上，故A正確。 例2　某性原細胞(2n＝16)的DNA全部被32P標記，其在含31P的培養(yǎng)基中進行一次有絲分裂后繼續(xù)進行減數(shù)分裂，下列能正確表示有絲分裂前期(白色柱狀圖)和減數(shù)第一次分裂前期(灰色柱狀圖)每個細胞中含32P的染色單體和核DNA分子數(shù)目的是(　　) 答案　A 解析　運用模型繪圖法，將染色體和核DNA分子從細胞中脫離出來，即只繪制染色體和核DNA分子被標記情況，并只以一條染色體上DNA分子的標記情況為例，繪圖(圖中線條代表核DNA分子中的一條鏈)如下。 該性原細胞在含31P的培養(yǎng)基中進行有絲分裂時，由于DNA的半保留復制，有絲分裂前期的每條染色體上有兩個DNA分子，且DNA分子雙鏈均一條含31P，另一條含32P，故有絲分裂前期含32P的染色單體和核DNA分子數(shù)目分別為32和32；有絲分裂產(chǎn)生的子細胞中每個核DNA分子雙鏈均為一條含31P，另一條含32P，子細胞在含31P的培養(yǎng)基中繼續(xù)進行減數(shù)分裂，則減數(shù)第一次分裂前期每個細胞中含32P的染色單體和核DNA分子數(shù)目分別為16和16。 以一對同源染色體被標記為例 (1)有絲分裂過程圖 通過繪圖，可以直觀地看出：一個細胞經(jīng)過一次有絲分裂，產(chǎn)生了2個子細胞。每個子細胞和親代細胞一樣都含有相同數(shù)目的染色體，并且每個細胞中的每一條染色體上的DNA分子都保留了親代細胞DNA分子的一條鏈，體現(xiàn)了DNA分子半保留復制的特點。經(jīng)過兩次有絲分裂產(chǎn)生了4個子細胞，帶放射性的若都按第一種情況分配，則共有2個子細胞帶放射性；若都按第二種情況分配，則有4個子細胞帶放射性；若按兩種情況分配，則子細胞有3個子細胞帶放射性。 (2)減數(shù)分裂過程圖 通過繪圖，可以直觀地看出：一個性原細胞經(jīng)過減數(shù)分裂，產(chǎn)生了4個子細胞。每個子細胞的染色體數(shù)目較性原細胞減少了一半，并且每個子細胞中的每條染色體上的DNA分子都保留了性原細胞DNA分子的一條鏈，即半保留復制，因此4個配子細胞都帶放射性。 1．取1個含有1對同源染色體的精原細胞，用15N標記細胞核中的DNA，然后放在含14N的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，讓其連續(xù)進行兩次有絲分裂，形成4個細胞，這4個細胞中含15N的細胞個數(shù)所占比例不可能是(　　) A．1 B. C. D. 答案　D 解析　細胞分裂過程中先進行DNA復制。方式是半保留復制。圖示辨析如下： 可以看出，最后形成的4個子細胞有3種情況：第一種情況是4個細胞都是，第二種情況是2個細胞是，1個細胞是，1個細胞是；第三種情況是2個細胞是，另外2個細胞是。 2．將染色體上全部DNA分子雙鏈經(jīng)32P標記的雄性哺乳動物細胞(染色體數(shù)為20)置于不含32P的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，細胞只進行一次分裂。下列推斷中，正確的是(　　) A．若完成一次減數(shù)分裂，則產(chǎn)生的子細胞中有5對同源染色體，每條都含32P B．若完成一次有絲分裂，則產(chǎn)生的子細胞中含20條染色體，其中10條含32P C．若進行減數(shù)分裂，則每個減數(shù)第二次分裂后期細胞中均含2個Y染色體且都含32P D．若進行一次有絲分裂，則分裂中期細胞的染色體上共有40個DNA分子且都含32P 答案　D 解析　減數(shù)分裂結(jié)束，產(chǎn)生的子細胞為生殖細胞，其內(nèi)含有的10條染色體中不存在同源染色體，A錯誤；若進行一次有絲分裂結(jié)束，則產(chǎn)生的子細胞中含20條染色體，20條染色體都含32P，B錯誤；若進行減數(shù)分裂，則每個減數(shù)第二次分裂后期細胞中含2個Y染色體或2個X染色體，且都含32P，C錯誤；若進行一次有絲分裂，則分裂中期細胞的染色體上共有40個DNA分子，且每個DNA分子中都有一條脫氧核苷酸鏈含有32P，D正確。 3．(2018江西四校聯(lián)考)用32P標記某動物精原細胞的全部核DNA，然后將細胞置于含31P的培養(yǎng)液中培養(yǎng)，使其進行一次有絲分裂或減數(shù)分裂(減Ⅰ、減Ⅱ)。下列有關(guān)敘述正確的是(　　) A．有絲分裂前期與減Ⅰ前期細胞中，32P標記的DNA分子數(shù)相同、染色體數(shù)不同 B．有絲分裂后期與減Ⅰ后期細胞中，32P標記的DNA分子數(shù)不同、染色體數(shù)不同 C．有絲分裂中期與減Ⅱ中期細胞中，32P標記的DNA分子數(shù)不同、染色體數(shù)不同 D．有絲分裂后期與減Ⅱ后期細胞中，32P標記的DNA分子數(shù)不同、染色體數(shù)相同 答案　C 4．(2018江西九江十校聯(lián)考)將某精原細胞核中所有DNA分子的兩條鏈都標記上放射性15N，然后放在含14N的培養(yǎng)基上進行培養(yǎng)，分裂成4個子細胞，4個子細胞中含有放射性的情況是(　　) A．若為有絲分裂則含放射性的子細胞為2個或3個或4個，若為減數(shù)分裂則含放射性的子細胞為4個 B．若為有絲分裂則含放射性的子細胞為2個，若為減數(shù)分裂則含放射性的子細胞為4個 C．若為有絲分裂則含放射性的子細胞為2個或3個或4個，若為減數(shù)分裂則含放射性的子細胞為2個或3個或4個 D．若為有絲分裂則含放射性的子細胞為2個，若為減數(shù)分裂則含放射性的子細胞為2個或3個或4個 答案　A 5．(2018江西南昌二中月考)雙鏈DNA是由兩條反向平行的脫氧核苷酸鏈組成的。早在1966年，日本科學家岡崎提出DNA半不連續(xù)復制假說：DNA復制形成互補子鏈時，一條子鏈是連續(xù)形成的，另一條子鏈不連續(xù)即先形成短鏈片段(如圖1)。為驗證這一假說，岡崎進行了如下實驗：讓T4噬菌體在20 ℃時侵染大腸桿菌70 min后，將同位素3H標記的脫氧核苷酸添加到大腸桿菌的培養(yǎng)基中，在2秒、7秒、15秒、30秒、60秒、120秒后，分離T4噬菌體DNA并通過加熱使DNA分子變性、全部解螺旋，再進行密度梯度離心，以DNA單鏈片段分布位置確定片段大小(分子越小離試管口距離越近)，并檢測相應位置DNA單鏈片段的放射性，結(jié)果如圖2。請分析回答： (1)若1個雙鏈DNA片段中有1 000個堿基對，其中胸腺嘧啶350個，該DNA連續(xù)復制四次，在第四次復制時需要消耗________個胞嘧啶脫氧核苷酸。 (2)將3H標記的脫氧核苷酸添加到大腸桿菌的培養(yǎng)基中，最終在噬菌體DNA中檢測到放射性，其原因是___________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)DNA解旋在細胞中需要解旋酶的催化，在體外通過加熱也能實現(xiàn)。解旋酶不能為反應提供能量，但能____________________________。研究表明，在DNA分子加熱解鏈時，DNA分子中G＋C的比例越高，需要解鏈溫度越高的原因是______________________________ ________________________________________________________________________。 (4)圖2中，與60秒結(jié)果相比，120秒結(jié)果中短鏈片段減少的原因是____________________。該實驗結(jié)果為岡崎假說提供的有力證據(jù)是______________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　(1)5 200　(2)標記的脫氧核苷酸被大腸桿菌吸收，為噬菌體DNA復制提供原料，所以在噬菌體DNA中檢測到放射性　(3)降低反應所需要的活化能　在DNA分子中A與T之間有2個氫鍵，C與G之間有3個氫鍵，DNA分子中G＋C的比例越高，氫鍵數(shù)越多，DNA結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定　(4)短鏈片段連接形成長片段　在實驗時間內(nèi)，細胞中均能檢測到較多的短鏈片段 解析　(1)DNA片段中有1 000個堿基對，依據(jù)堿基互補配對原則可推知，在該DNA片段中，A＝T＝350(個)，C＝G＝650(個)。該DNA連續(xù)復制四次，在第四次復制時需要消耗的胞嘧啶脫氧核苷酸數(shù)為24－1650＝5 200(個)。(2)將3H標記的脫氧核苷酸添加到大腸桿菌的培養(yǎng)基中，因3H標記的脫氧核苷酸被大腸桿菌吸收，為噬菌體DNA復制提供原料，所以最終在噬菌體DNA中能檢測到放射性。(3)解旋酶能降低反應所需要的活化能。在每個DNA分子中，堿基對A與T之間有2個氫鍵，C與G之間有3個氫鍵，故DNA分子中G＋C的比例越高，含有的氫鍵數(shù)越多，DNA分子結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定，因此在DNA分子加熱解鏈時，DNA分子中G＋C的比例越高，需要解鏈溫度也越高。(4)分子越小離試管口距離越近。圖2顯示，與60秒結(jié)果相比，120秒結(jié)果中有放射性的單鏈距離試管口較遠，說明短鏈片段減少，其原因是短鏈片段連接形成長片段。在圖示的實驗時間內(nèi)，細胞中均能檢測到較多的短鏈片段，這為岡崎假說提供了實驗證據(jù)。 真題1　(2016全國Ⅲ，32)①基因突變和染色體變異是真核生物可遺傳變異的兩種來源。回答下列問題： (1)基因突變和染色體變異所涉及到的②堿基對的數(shù)目不同，③前者所涉及的數(shù)目比④后者____________。 (2)在⑤染色體數(shù)目變異中，既可發(fā)生以⑥染色體組為單位的變異，也可發(fā)生以____________為單位的變異。 (3)基因突變既⑦可由顯性基因突變?yōu)殡[性基因(隱性突變)，也可由隱性基因突變?yōu)轱@性基因(顯性突變)。若⑧某種自花受粉植物的⑨AA和aa植株分別發(fā)生隱性突變和顯性突變，且在⑩子一代中都得到了?基因型為Aa的個體，則?最早在子__________代中能觀察到該?顯性突變的性狀；?最早在子____________代中能觀察到該?隱性突變的性狀；?最早在子__________代中能分離得到?顯性突變純合子；?最早在子__________代中能分離得到?隱性突變純合子。 [題干信息] 信息 推斷或結(jié)論 ① 此題只考查3種可遺傳變異中的2種，做題時勿需考慮基因重組 ② 堿基對數(shù)不要誤看成基因數(shù)目 ③④ 前者指基因突變，后者指染色體變異，不要前后顛倒看錯順序 ⑤⑥ 只在染色體數(shù)目變異這一范圍做答，即以染色體組為單位和以個別染色體為單位兩個方面，不考慮染色體結(jié)構(gòu)變異方面 ⑦ 基因突變類型有兩大類，AA→Aa為隱性突變，當代突變性狀不出現(xiàn)，aa→Aa為顯性突變，當代突變性狀出現(xiàn) ⑧ 自花受粉植物可通過自交產(chǎn)生子代 ⑨ AA和aa都為純合子，若發(fā)生基因突變都成為雜合子Aa，基因型相同 ⑩? 突變后的個體Aa確定為子一代，不是親代，該信息極為關(guān)鍵，若當成親代，后面題全錯 ????? 強調(diào)最早，結(jié)合后面要求出現(xiàn)是性狀還是基因型的個體，可用Aa自交研究子二代或子三代的情況 解析　(1)基因突變是指DNA分子中發(fā)生的堿基對的替換、增添和缺失，而染色體變異往往會改變基因的數(shù)目和排列順序，所以與基因突變相比，染色體變異所涉及的堿基對數(shù)目更多。(2)在染色體數(shù)目變異中，既可發(fā)生以染色體組為單位的變異，也可發(fā)生以個別染色體為單位的變異。(3)AA植株發(fā)生隱性突變后基因型變?yōu)锳a，而aa植株發(fā)生顯性突變后基因型也變?yōu)锳a，該種植物自花受粉，所以不論是顯性突變還是隱性突變，子一代為Aa時在子二代中的基因型都有AA、Aa和aa三種，故最早可在子一代觀察到該顯性突變的性狀(A_)；最早在子二代中觀察到該隱性突變的性狀(aa)；顯性突變純合子和隱性突變純合子均出現(xiàn)于子二代，且隱性突變純合子一旦出現(xiàn)，即可確認為純合，從而可直接分離出來，而顯性突變純合子的分離，卻需再令其自交一代至子三代，若不發(fā)生性狀分離方可認定為純合子，進而分離出來。 答案　(1)少　(2)染色體　(3)一　二　三　二 [學科素養(yǎng)解讀]　本題考查核心素養(yǎng)中“科學探究”能力；同時具備歸納與概括的思維能力；注重知識之間的橫向聯(lián)系，提升整合構(gòu)建知識網(wǎng)絡的能力。 [思維延伸]　判斷下列有關(guān)生物變異的敘述： (1)在誘導離體菊花莖段形成幼苗的過程中，基因的突變與重組不會同時發(fā)生 (2013四川，1D)(　√　) (2)基因突變與染色體結(jié)構(gòu)變異都可導致堿基序列的改變(2015海南，21C)(　√　) (3)XYY個體的形成及三倍體無子西瓜植株的高度不育均與減數(shù)分裂中同源染色體的聯(lián)會行為有關(guān)(2013安徽，4改編)(　　) (4)秋水仙素通過促進著絲點分裂，使染色體數(shù)目加倍(2014四川，5A)(　　) (5)某男子表現(xiàn)型正常，但其一條14號和一條21號染色體相互連接形成一條異常染色體，如圖甲。減數(shù)分裂時異常染色體的聯(lián)會如圖乙，配對的三條染色體中，任意配對的兩條染色體分離時，另一條染色體隨機移向細胞任一極。則圖甲所示的變異屬于基因重組，如不考慮其他染色體，理論上該男子產(chǎn)生的精子類型有8種 (2013福建，5AC)(　　) 真題2　(2014安徽，31)香味性狀是優(yōu)質(zhì)水稻品種的重要特性之一。 (1)香稻品種甲的①香味性狀受隱性基因(a)控制，其香味性狀的表現(xiàn)是因為______________________________，導致②香味物質(zhì)積累。 (2)水稻③香味性狀與抗病性狀獨立遺傳。抗病(B)對感病(b)為顯性。為選育抗病香稻新品種，進行了一系列雜交實驗。其中，無香味感病與無香味抗病植株雜交的統(tǒng)計結(jié)果如圖所示，則兩個親代的基因型是____________。上述雜交的子代自交，后代群體中④能穩(wěn)定遺傳的有香味抗病植株所占比例為________。 (3)用⑤純合無香味植株作母本與香稻品種甲進行雜交，在F1中偶爾發(fā)現(xiàn)某一植株具有香味性狀。請對此現(xiàn)象給出兩種合理的解釋： ①________________________________________________________________________； ②________________________________________________________________________。 (4)單倍體育種可縮短育種年限。離體培養(yǎng)的花粉經(jīng)⑥脫分化形成________________，最終⑦發(fā)育成單倍體植株，這表明花粉具有發(fā)育成完整植株所需的__________。若要獲得二倍體植株，應在________時期用秋水仙素進行誘導處理。 [題干信息] 信息 推斷或結(jié)論 ① a基因純合時，水稻表現(xiàn)為有香味 ② 香味物質(zhì)不分解 ③ 符合自由組合定律 ④ 控制兩種性狀的基因都純合 ⑤ 出現(xiàn)變異：基因突變或染色體片段缺失 ⑥ 脫分化形成愈傷組織 ⑦ 花粉發(fā)育成單倍體植株體現(xiàn)了植物細胞的全能性 解析　第一步：明確坐標圖中橫、縱坐標的含義。 橫坐標：性狀類型；縱坐標：性狀數(shù)量。 第二步：找準柱狀圖對應量之間的數(shù)量關(guān)系。 抗病(50)∶感病(50)＝1∶1； 無香味(75)∶有香味(25)＝3∶1。 第三步：依據(jù)數(shù)量關(guān)系推斷結(jié)論。 依據(jù)上述比例關(guān)系，結(jié)合信息①和③，推出親代無香味感病和無香味抗病個體的基因型：Aabb、AaBb。 答案　(1)a基因純合，參與香味物質(zhì)代謝的某種酶缺失 (2)Aabb、AaBb　3/64　(3)①某一雌配子形成時，A基因突變?yōu)閍基因?、谀骋淮婆渥有纬蓵r，含A基因的染色體片段缺失　(4)愈傷組織　全部遺傳信息　幼苗 [學科素養(yǎng)解讀]　生物學科素養(yǎng)要求生物學科知識服務于生產(chǎn)實踐——育種，即“社會責任”。 [經(jīng)典再現(xiàn)]　(2015天津，9)白粉菌和條銹菌能分別導致小麥感染白粉病和條銹病，引起減產(chǎn)。采用適宜播種方式可控制感病程度。下表是株高和株型相近的小麥A、B兩品種在不同播種方式下的試驗結(jié)果。 試驗編號 播種方式 植株密度 (106株/公頃) 白粉病 感染程度 條銹病 感染程度 單位面 積產(chǎn)量 A品種 B品種 Ⅰ 單播 4 0 － ＋＋＋ ＋ Ⅱ 單播 2 0 － ＋＋ ＋ Ⅲ 混播 2 2 ＋ ＋ ＋＋＋ Ⅳ 單播 0 4 ＋＋＋ － ＋ Ⅴ 單播 0 2 ＋＋ － ＋＋ 注：“＋”的數(shù)目表示感染程度或產(chǎn)量高低；“－”表示未感染。 據(jù)表回答： (1)抗白粉病的小麥品種是________，判斷依據(jù)是____________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)設計Ⅳ、Ⅴ兩組試驗，可探究____________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ三組相比，第Ⅲ組產(chǎn)量最高，原因是_________________________ ________________________________________________________________________。 (4)小麥抗條銹病性狀由基因T/t控制，抗白粉病性狀由基因R/r控制，兩對等位基因位于非同源染色體上。以A、B品種的植株為親本，取其F2中的甲、乙、丙單株自交，收獲子粒并分別播種于不同處理的試驗小區(qū)中，統(tǒng)計各區(qū)F3中的無病植株比例。結(jié)果如下表： 試驗處理 F3無病植株的比例/% F2植株 無菌水 以條銹 菌進行 感染 以白粉 菌進行 感染 以條銹 菌＋白 粉菌進 行雙感染 甲 100 25 0 0 乙 100 100 75 75 丙 100 25 75 ？ 據(jù)表推測，甲的基因型是______，乙的基因型是________，雙菌感染后丙的子代中無病植株的比例為________。 答案　(1)A　Ⅰ、Ⅱ組小麥未感染白粉病 (2)植株密度對B品種小麥感病程度及產(chǎn)量的影響 (3)混播后小麥感病程度下降 (4)Ttrr　ttRr　18.75%(或3/16) 解析　(1)從Ⅰ和Ⅱ組的試驗結(jié)果可知，抗白粉病的小麥品種是A。(2)分析Ⅲ、Ⅳ兩組試驗，自變量為植株密度，因變量為感病程度及產(chǎn)量，所以Ⅲ、Ⅳ兩組試驗的目的是：探究植株密度對B品種小麥感病程度及產(chǎn)量的影響。(3)從表格可以看出，Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ相比，第Ⅲ組的產(chǎn)量最高，分析表中信息得出結(jié)論：混播后小麥感病程度下降。(4)由表中F3無病植株的比例數(shù)據(jù)可知：甲自交后代中抗條銹病個體占25%，乙自交后代中抗白粉病的個體占75%，可說明抗條銹病為隱性性狀，抗白粉病為顯性性狀。依據(jù)甲自交后代抗白粉病個體比例為0，抗條銹病個體比例為25%，可推測甲的基因型為Ttrr。依據(jù)乙自交后代抗條銹病個體比例為100%，抗白粉病個體比例為75%，可推測乙的基因型為ttRr。根據(jù)丙自交后代中抗條銹病個體占25%，抗白粉病個體占75%，可知丙的基因型為TtRr，其自交后代中無病植株即基因型為ttR_的植株占3/16，即18.75%。