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DNA复制与细胞分裂中的染色体标记问题
一、有丝分裂中染色体的标记情况
用15N标记细胞的核DNA分子，然后将其放到含14N的培养液中进行两次有丝分裂，过程如图所示(以一对同源染色体为例)：
由图可以看出，第一次有丝分裂形成的两个细胞中所有的DNA分子都呈“杂合状态”，即15N－14N－DNA；第二次有丝分裂形成的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)。
例1　1个不含15N的洋葱根尖分生区细胞在含15N标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的培养液中完成一个细胞周期，然后转入不含15N标记的培养液中继续培养至第二个细胞周期的分裂中期，如图能正确表示该细胞分裂中期的是(只考虑其中一条染色体上的DNA分子)(　　)
例2　(2024·浙江9＋1联盟高一期中)DNA复制时，BrdU可替代胸腺嘧啶脱氧核苷酸掺入DNA子链中，当用某种荧光染料对复制后的染色体进行染色，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(无荧光)。将植物根尖分生区细胞(2n＝20)放入含BrdU的培养液培养，一段时间后进行观察。下列分析错误的是(　　)
A．DNA中的碱基A可以与BrdU进行配对
B．第一次有丝分裂中期，每条染色单体均发出荧光
C．第二次有丝分裂中期，1/4的染色单体发出明亮荧光
D．第三次有丝分裂后期，细胞中含荧光的染色体数量为0～20条
二、减数分裂中染色体的标记情况
用15N标记细胞的DNA分子，然后将其放到含14N的培养液中进行正常减数分裂，情况如图所示(以一对同源染色体为例)：
由图可以看出，在减数分裂过程中细胞连续分裂两次，DNA只复制一次，所以产生的四个子细胞中所有的DNA分子都呈“杂合”状态，即15N－14N－DNA，即子细胞的所有染色体都含15N。
例3　假设某果蝇的一个精原细胞的全部染色体DNA分子均用15N标记，然后在含14N的培养基中培养，则该精原细胞经过减数分裂产生的4个精子中，含15N标记的精子数目为(　　)
A．0 B．2 C．4 D．3
例4　某生物的1个精原细胞(含8条染色体)的DNA分子用15N标记后置于含14N的培养基中培养，经过细胞分裂得到4个子细胞。下列推断正确的是(　　)
A．若进行有丝分裂，则含15N染色体的子细胞比例为50%
B．若进行减数分裂，则含15N染色体的子细胞比例为100%
C．若进行有丝分裂，则第二次分裂中期细胞中含14N的染色单体有8条
D．若进行减数分裂，则减数第二次分裂中期细胞中含14N的染色单体有4条
1．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，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，培养到第三个细胞周期的中期进行染色并观察。下列推测错误的是(　　)
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．全部DNA分子被BrdU标记
D．3/4的DNA单链被BrdU标记
2．(2024·浙江七彩阳光联盟高一期中)某精原细胞(2n＝8)中的DNA被32P充分标记后，在不含32P的培养液中进行一次有丝分裂后进行减数分裂共产生8个精细胞(不考虑变异和互换现象)。下列叙述错误的是(　　)
A．有丝分裂后期，细胞中所有的染色体都含有32P
B．减数第一次分裂后期，每个细胞中一定有8条染色体含有32P
C．减数第二次分裂后期，每个细胞中一定有4条染色体含有32P
D．减数分裂完成后，每个精细胞中含有32P的染色体数为0条或4条
3．(2024·浙南名校高一期中)将某植物(2n＝8)分生组织的一个细胞(其DNA分子被14N标记)放在含15N的培养液中进行培养，当培养到第三次有丝分裂中期时。下列推测错误的是(　　)
A．每个细胞中均有8条染色体含15N
B．一个细胞中染色单体含14N的最多占1/2
C．所有细胞中含14N标记的细胞最少占1/2
D．所有细胞中含14N标记的脱氧核苷酸链占1/64
4．用32P标记玉米细胞(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，让其分裂n次，若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2，则该细胞至少是处于第几次分裂的分裂期(　　)
A．第一次 B．第二次
C．第三次 D．第四次
5．将含有一对同源染色体、其核DNA分子都已用32P标记的1个精原细胞，在含31P的培养液中先进行一次有丝分裂，产生的两个子细胞再各自进行减数分裂。最终产生的8个精子中，被32P标记的精子可能有(　　)
A．2或4个 B．2、4或6个
C．4、6或8个 D．4个
答案精析
例1　D　[DNA的复制方式为半保留复制，将1个不含15N的洋葱根尖分生区细胞放入含15N标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的培养液中培养一个细胞周期的时间，则第一个细胞周期结束后每条染色体的DNA上均有一条链有15N标记，一条链没有15N标记，取出细胞，移到不含15N标记的培养液中，经过DNA复制后，第二个细胞周期的分裂中期每条染色体含有两条姐妹染色单体，其中一条姐妹染色单体的DNA的一条链含15N标记，一条链没有15N标记，而另一条姐妹染色单体上的DNA的两条链均没有15N标记，D符合题意。]
例2　C
例3　C　[根据DNA分子复制的过程可知，模板链是含15N的DNA链，原料是含14N的脱氧核苷酸，复制一次后，每个DNA分子都是一条链含有15N，另一条链含有14N，因此在减数分裂产生的4个精子中，每一个精子中的DNA组成都是一条链含15N，另一条链含14N，所以减数分裂形成的4个精子中所有的DNA均含有15N，C符合题意。]
例4　B　[分析题意可知，若细胞进行2次有丝分裂，含15N染色体的子细胞比例为50%或75%或100%，A错误；若进行减数分裂，形成的子细胞都含15N染色体，B正确；若进行有丝分裂，经过一次细胞分裂后，形成的2个子细胞中的DNA分子都是15N－14N－DNA，再复制一次形成的DNA分子分别是15N－14N－DNA、14N－14N－DNA，中期时存在于2条染色单体上，则第二次细胞分裂中期含14N的染色单体有16条，C错误；若进行减数分裂，则减数第二次分裂中期每条染色体上的2条染色单体都含有14N，所以含14N的染色单体有8条，D错误。]
跟踪训练
1．D　[DNA复制方式是半保留复制，第一次分裂结束后所有染色体的DNA分子中一条链不含有BrdU，另外一条链含有BrdU；第二次分裂结束后有1/2的染色体上DNA分子两条链均含有BrdU,1/2的染色体上DNA分子中一条链不含有BrdU，另外一条链含有BrdU；到第三次有丝分裂中期，全部DNA分子被BrdU标记，所有染色体均含有姐妹染色单体，其中有1/2的染色体上2个DNA分子的两条链均含有BrdU(荧光被抑制)，有1/2的染色体上2个DNA分子中的1个DNA分子的两条链中的1条含BrdU、1条不含BrdU，另1个DNA分子的两条链均含BrdU，所以有1/4的染色单体会发出明亮荧光，综上所述，本题选D。]
2．D
3．D　[到第三次有丝分裂中期时，DNA复制了3次，每个DNA分子可产生子代DNA分子数为23个，2个14N－15N－DNA分子，6个15N－15N－DNA分子，所以第三次有丝分裂中期每个细胞中均有8条染色体含15N，A正确；第二次有丝分裂完成时，最多一个细胞中的8条染色体上的DNA分子全为14N－15N－DNA，到第三次有丝分裂中期时，一个细胞中染色单体含14N的最多占1/2，B正确；第二次有丝分裂完成时，最多一个细胞中的8条染色体上的DNA分子全为14N－15N－DNA，另一个细胞中的8条染色体上的DNA分子全为15N－15N－DNA，到第三次有丝分裂中期时，所有细胞中含14N标记的细胞最少占1/2，C正确；一个DNA分子含14N标记的脱氧核苷酸链数为2条，总共含有的14N标记的脱氧核苷酸链数为16条，所以所有细胞中含14N标记的脱氧核苷酸链占1/8，D错误。]
4．C　[根据题意分析可知，玉米细胞含20条染色体，第一次有丝分裂后期，被32P标记的染色体为40条；第二次有丝分裂中期的细胞中有20条染色体，有40条染色单体，而其中的一半，即20条被32P标记。当细胞处于第二次有丝分裂后期时，姐妹染色单体分开，被32P标记的染色体也随机进入2个细胞，而子细胞分到被32P标记的染色体的数目为0～20条。而第三次分裂是以第二次分裂后的子细胞为前提，因此第三次有丝分裂的分裂期，被32P标记的染色体在0到20条之间。]
5．D(共26张PPT)
第三章 遗传的分子基础
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微专题四
DNA复制与细胞分裂中的染色体标记问题
一、有丝分裂中染色体的标记情况
用15N标记细胞的核DNA分子，然后将其放到含14N的培养液中进行两次有丝分裂，过程如图所示(以一对同源染色体为例)：
由图可以看出，第一次有丝分裂形成的两个细胞中所有的DNA分子都呈“杂合状态”，即15N－14N－DNA；第二次有丝分裂形成的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)。
例1　1个不含15N的洋葱根尖分生区细胞在含15N标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的培养液中完成一个细胞周期，然后转入不含15N标记的培养液中继续培养至第二个细胞周期的分裂中期，如图能正确表示该细胞分裂中期的是(只考虑其中一条染色体上的DNA分子)
√
DNA的复制方式为半保留复制，将1个不含15N的洋葱根尖分生区细胞放入含15N标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的培养液中培养一个细胞周期的时间，则第一个细胞周期结束后每条染色体的DNA上均有一条链有15N标记，一条链没有15N标记，取出细胞，移到不含15N标记的培养液中，经过DNA复制后，第二个细胞周期的分裂中期每条染色体含有两条姐妹染色单体，其中一条姐妹染色单体的DNA的一条链含15N标记，一条链没有15N标记，而另一条姐妹染色单体上的DNA的两条链均没有15N标记，D符合题意。
例2　(2024·浙江9＋1联盟高一期中)DNA复制时，BrdU可替代胸腺嘧啶脱氧核苷酸掺入DNA子链中，当用某种荧光染料对复制后的染色体进行染色，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(无荧光)。将植物根尖分生区细胞(2n＝20)放入含BrdU的培养液培养，一段时间后进行观察。下列分析错误的是
A.DNA中的碱基A可以与BrdU进行配对
B.第一次有丝分裂中期，每条染色单体均发出荧光
C.第二次有丝分裂中期，1/4的染色单体发出明亮荧光
D.第三次有丝分裂后期，细胞中含荧光的染色体数量为0～20条
√
BrdU可替代胸腺嘧啶脱氧核苷酸，因此可以与碱基A配对，A正确；第一次有丝分裂中期的细胞中，每条染色体中的染色单体都是半标记，均发出荧光，B正确；
第二次有丝分裂中期，每条染色体的其中一条染色单体是半标记，另一条染色单体是全标记，1/2的染色单体发出明亮荧光，C错误；
第二次分裂结束后，细胞中有荧光的染色体数目为0～20条，第三次有丝分裂后期，细胞中含荧光的染色体数目为0～20条，无荧光的染色体数目为20～40条，D正确。
二、减数分裂中染色体的标记情况
用15N标记细胞的DNA分子，然后将其放到含14N的培养液中进行正常减数分裂，情况如图所示(以一对同源染色体为例)：
由图可以看出，在减数分裂过程中细胞连续分裂两次，DNA只复制一次，所以产生的四个子细胞中所有的DNA分子都呈“杂合”状态，即15N－14N－DNA，即子细胞的所有染色体都含15N。
例3　假设某果蝇的一个精原细胞的全部染色体DNA分子均用15N标记，然后在含14N的培养基中培养，则该精原细胞经过减数分裂产生的4个精子中，含15N标记的精子数目为
A.0 B.2 C.4 D.3
√
根据DNA分子复制的过程可知，模板链是含15N的DNA链，原料是含14N的脱氧核苷酸，复制一次后，每个DNA分子都是一条链含有15N，另一条链含有14N，因此在减数分裂产生的4个精子中，每一个精子中的DNA组成都是一条链含15N，另一条链含14N，所以减数分裂形成的4个精子中所有的DNA均含有15N，C符合题意。
例4　某生物的1个精原细胞(含8条染色体)的DNA分子用15N标记后置于含14N的培养基中培养，经过细胞分裂得到4个子细胞。下列推断正确的是
A.若进行有丝分裂，则含15N染色体的子细胞比例为50%
B.若进行减数分裂，则含15N染色体的子细胞比例为100%
C.若进行有丝分裂，则第二次分裂中期细胞中含14N的染色单体有8条
D.若进行减数分裂，则减数第二次分裂中期细胞中含14N的染色单体有4条
√
分析题意可知，若细胞进行2次有丝分裂，含15N染色体的子细胞比例为50%或75%或100%，A错误；
若进行减数分裂，形成的子细胞都含15N染色体，B正确；
若进行有丝分裂，经过一次细胞分裂后，形成的2个子细胞中的DNA分子都是15N－14N－DNA，再复制一次形成的DNA分子分别是15N－14N－DNA、14N－14N－DNA，中期时存在于2条染色单体上，则第二次细胞分裂中期含14N的染色单体有16条，C错误；
若进行减数分裂，则减数第二次分裂中期每条染色体上的2条染色单体都含有14N，所以含14N的染色单体有8条，D错误。
1.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，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，培养到第三个细胞周期的中期进行染色并观察。下列推测错误的是
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.全部DNA分子被BrdU标记 D.3/4的DNA单链被BrdU标记
跟踪训练
√
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跟踪训练
DNA复制方式是半保留复制，第一次分裂结束后所有染色体的DNA分子中一条链不含有BrdU，另外一条链含有BrdU；第二次分裂结束后有1/2的染色体上DNA分子两条链均含有BrdU,1/2的染色体上DNA分子中一条链不含有BrdU，另外一条链含有BrdU；到第三次有丝分裂中期，全部DNA分子被BrdU标记，所有染色体均含有姐妹染色单体，其中有1/2的染色体上2个DNA分子的两条链均含有BrdU(荧光被抑制)，
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跟踪训练
有1/2的染色体上2个DNA分子中的1个DNA分子的两条链中的1条含BrdU、1条不含BrdU，另1个DNA分子的两条链均含BrdU，所以有1/4的染色单体会发出明亮荧光，综上所述，本题选D。
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2.(2024·浙江七彩阳光联盟高一期中)某精原细胞(2n＝8)中的DNA被32P充分标记后，在不含32P的培养液中进行一次有丝分裂后进行减数分裂共产生8个精细胞(不考虑变异和互换现象)。下列叙述错误的是
A.有丝分裂后期，细胞中所有的染色体都含有32P
B.减数第一次分裂后期，每个细胞中一定有8条染色体含有32P
C.减数第二次分裂后期，每个细胞中一定有4条染色体含有32P
D.减数分裂完成后，每个精细胞中含有32P的染色体数为0条或4条
跟踪训练
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该精原细胞中的DNA被32P充分标记后，由于DNA分子的半保留复制，经过一次有丝分裂，每条染色体的DNA都有一条链被32P标记，A正确；
再让其进行减数分裂，经过DNA分子半保留复制后，减数第一次分裂后期的细胞形成的DNA分子中，每条染色体都含有32P标记(每条染色体只有一条姐妹染色单体被32P标记)，B正确；
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在减数第一次分裂后期，由于同源染色体分离，分到两个次级精母细胞中的染色体数目减半，每条染色体只有一条染色单体被32P标记，故有4条染色体，减数第二次分裂后期，染色单体分离形成染色体，因此，每个细胞中一定有4条染色体含有32P，姐妹染色单体分开且随机移向细胞两极，因此减数分裂产生的每个精细胞中有0～4条染色体被32P标记，C正确，D错误。
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3.(2024·浙南名校高一期中)将某植物(2n＝8)分生组织的一个细胞(其DNA分子被14N标记)放在含15N的培养液中进行培养，当培养到第三次有丝分裂中期时。下列推测错误的是
A.每个细胞中均有8条染色体含15N
B.一个细胞中染色单体含14N的最多占1/2
C.所有细胞中含14N标记的细胞最少占1/2
D.所有细胞中含14N标记的脱氧核苷酸链占1/64
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到第三次有丝分裂中期时，DNA复制了3次，每个DNA分子可产生子代DNA分子数为23个，2个14N－15N－DNA分子，6个15N－15N－DNA分子，所以第三次有丝分裂中期每个细胞中均有8条染色体含15N，A正确；
第二次有丝分裂完成时，最多一个细胞中的8条染色体上的DNA分子全为14N－15N－DNA，到第三次有丝分裂中期时，一个细胞中染色单体含14N的最多占1/2，B正确；
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第二次有丝分裂完成时，最多一个细胞中的8条染色体上的DNA分子全为14N－15N－DNA，另一个细胞中的8条染色体上的DNA分子全为15N－15N－DNA，到第三次有丝分裂中期时，所有细胞中含14N标记的细胞最少占1/2，C正确；
一个DNA分子含14N标记的脱氧核苷酸链数为2条，总共含有的14N标记的脱氧核苷酸链数为16条，所以所有细胞中含14N标记的脱氧核苷酸链占1/8，D错误。
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4.用32P标记玉米细胞(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，让其分裂n次，若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2，则该细胞至少是处于第几次分裂的分裂期
A.第一次 B.第二次
C.第三次 D.第四次
跟踪训练
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跟踪训练
根据题意分析可知，玉米细胞含20条染色体，第一次有丝分裂后期，被32P标记的染色体为40条；第二次有丝分裂中期的细胞中有20条染色体，有40条染色单体，而其中的一半，即20条被32P标记。当细胞处于第二次有丝分裂后期时，姐妹染色单体分开，被32P标记的染色体也随机进入2个细胞，而子细胞分到被32P标记的染色体的数目为0～20条。而第三次分裂是以第二次分裂后的子细胞为前提，因此第三次有丝分裂的分裂期，被32P标记的染色体在0到20条之间。
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5.将含有一对同源染色体、其核DNA分子都已用32P标记的1个精原细胞，在含31P的培养液中先进行一次有丝分裂，产生的两个子细胞再各自进行减数分裂。最终产生的8个精子中，被32P标记的精子可能有
A.2或4个 B.2、4或6个
C.4、6或8个 D.4个
跟踪训练
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由题干信息可知，1个精原细胞中2个DNA分子都用32P标记，在含31P的培养液中先进行一次有丝分裂，产生2个子细胞，这两个子细胞含有的2个DNA分子都是一条链含有32P，另一条链含有31P；两个子细胞再在含31P的培养液中各自进行减数分裂，在分裂间期DNA进行复制，使得细胞每条染色体中所含的两个DNA中一个DNA的一条链含有32P，另一条链含有31P，另一个DNA的两条链只含31P。
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减数分裂结束后，两条染色体中的四个DNA分子平均分配给4个精子，每一个精子只含1个DNA分子，因此每个细胞减数分裂形成4个精子，其中有2个精子既含32P，也含31P，还有2个精子只含31P，即产生的8个精子中被32P标记的精子有4个。
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