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专题六：遗传的分子基础之重要题型
重要题型12　DNA复制与细胞分裂中染色体标记问题
一、规律方法
解答本类题目关键在于清楚DNA分子半保留复制的特点，并明确复制后新DNA分子位置、子代DNA分开时间与去向，即复制后的子代DNA位于两姐妹染色单体上，由着丝点连接在一起，在有丝分裂后期或减数第二次分裂后期分开，可采用画图法帮助理解。具体分析如下(以有丝分裂为例)：
二、技能提升
1．取1个含有1对同源染色体的精原细胞，用15N标记细胞核中的DNA，然后放在含14N的培养基中培养，让其连续进行两次有丝分裂，形成4个细胞，这4个细胞中含15N的细胞个数所占比例不可能是(　　)
A．1 B．
C． D．
【答案】D
【解析】细胞分裂过程中先进行DNA复制。方式是半保留复制。图示辨析如下：
可以看出，最后形成的4个子细胞有3种情况：第一种情况是4个细胞都是，第二种情况是2个细胞是，1个细胞是，1个细胞是；第三种情况是2个细胞是，另外2个细胞是。
2．将染色体上全部DNA分子双链经32P标记的雄性哺乳动物细胞(染色体数为20)置于不含32P的培养基中培养，细胞只进行一次分裂。下列推断中，正确的是(　　)
A．若完成一次减数分裂，则产生的子细胞中有5对同源染色体，每条都含32P
B．若完成一次有丝分裂，则产生的子细胞中含20条染色体，其中10条含32P
C．若进行减数分裂，则每个减数第二次分裂后期细胞中均含2个Y染色体且都含32P
D．若进行一次有丝分裂，则分裂中期细胞的染色体上共有40个DNA分子且都含32P
【答案】D
重要题型13　放射性同位素在生物实验中的应用
一、规律方法
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HO，光合作用只产生18O2；再用18O标记C18O2，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于H2O，而不是来自于CO2。
(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，大肠杆菌内发现放射性物质；用35S标记蛋白质，大肠杆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复制的特点是半保留复制。
二、技能提升
1．下列有关放射性同位素示踪实验的叙述，错误的是(　　)
A. 小鼠吸入18O2，则在其尿液中可以检测到HO，呼出的CO2也可能含有18O
B．用32S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出现放射性
C. 将某精原细胞中的某条染色体上的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的精子所占比例为50%
D. 给水稻提供14CO2，体内可以存在14C的转移途径14CO2→14C3→(14CH2O)
【答案】C
2．某研究性学习小组以细菌为实验对象，运用同位素示踪技术及密度梯度离心法对有关DNA复制的方式进行了探究(已知培养用的细菌大约每20 min分裂一次，产生子代，实验结果见相关图示)。请回答下列问题：
(1)若实验三的离心结果为：如果DNA位于1/2重带和1/2轻带位置，则是________复制；如果DNA位于全中带位置，则是________复制。为了进一步得出结论，该小组设计了实验四，请分析：如果DNA位于____________(位置及比例，下同)带位置，则是全保留复制；如果DNA位于____________带位置，则是半保留复制。
(2)若将实验三得到的DNA双链分开后再离心，其结果________(填“能”或“不能”)判断DNA的复制方式。为什么？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
【答案】(1)全保留　半保留　1/4轻和3/4重　1/2中和1/2重　(2)不能　不论是全保留复制还是半保留复制，实验结果都是一样的
【解析】(1)若实验三的离心结果为：如果DNA位于1/2重带和1/2轻带位置，则是全保留复制，因为全保留复制产生的子代是两条链含14N的DNA，分布在轻带位置，而亲代DNA的两条链含15N，位于重带位置；如果DNA位于全中带位置，则是半保留复制，子代DNA 都是一条链含14N ，一条链含15N，所以处于中带位置，同理，实验四中如果DNA 位于1/4轻带和3/4重带位置，则是全保留复制；如果DNA 位于1/2中带和1/2重带位置，则是半保留复制。(2)若将实验三得到的DNA双链分开后再离心，其结果不能判断DNA的复制方式。因为不论是全保留复制还是半保留复制，实验结果都是一样的，都会出现位于1/2中带和1/2重带位置。
专题强化练
1．下列关于探索DNA是遗传物质实验的相关叙述，正确的是(　　)
A．格里菲思实验中肺炎双球菌R型转化为S型是基因突变的结果
B．格里菲思实验证明了DNA是肺炎双球菌的遗传物质
C．赫尔希和蔡斯实验中T2噬菌体的DNA是用32P直接标记的
D．赫尔希和蔡斯实验证明了DNA是T2噬菌体的遗传物质
【答案】D
2．(2017·济宁一模)下列关于肺炎双球菌的体内和体外转化实验以及T2噬菌体侵染大肠杆菌实验的叙述，正确的是(　　)
A．三个实验的设计思路是一致的
B．三个实验都用到了同位素标记法
C．三个实验都不能得出蛋白质不是遗传物质的结论
D．三个实验所涉及生物的遗传物质都是DNA
【答案】D
【解析】三个实验中，只有肺炎双球菌的体外转化实验和噬菌体侵染细菌实验的设计思路相同，A错误；肺炎双球菌的体内和体外转化实验都没有用到放射性同位素标记法，B错误；肺炎双球菌的体外转化实验能得出蛋白质不是遗传物质的结论，C错误；三个实验所涉及的生物有噬菌体、小鼠、细菌，它们的遗传物质都是DNA，D正确。
3．下列关于DNA分子结构的叙述，不正确的是(　　)
A．每个DNA分子一般都含有四种脱氧核苷酸
B．DNA分子中的碱基、磷酸基团、脱氧核糖三者的数量是相等的
C．DNA分子中每个脱氧核糖都连着一个磷酸基团
D．双链DNA分子中碱基A的数目等于碱基T的数目
【答案】C
【解析】每个DNA分子中一般都含有胸腺嘧啶脱氧核苷酸、腺嘌呤脱氧核苷酸、鸟嘌呤脱氧核苷酸、胞嘧啶脱氧核苷酸四种，A项正确；每个DNA分子中碱基数＝磷酸基团数＝脱氧核糖数，B项正确；在DNA分子中只有链末端的脱氧核糖连着一个磷酸基团，其余的脱氧核糖上均连着2个磷酸基团，C项错误；在双链DNA分子中碱基A和碱基T的数目相同，D项正确。
4．早期认为，RNA分子只是一堆像意大利面的柔软条状分子，在DNA和蛋白质之间传递信息。现在，生物学家发现RNA不仅有助于蛋白质的合成，也是控制基因活性和修饰其他RNA的重要物质。结合所学知识，下列相关叙述错误的是(　　)
A．mRNA可以在DNA和蛋白质之间传递信息
B．mRNA、tRNA和rRNA均与蛋白质的合成有关
C．RNA对基因活性的控制很可能是通过与DNA单链形成互补链来实现的
D．细胞内不同RNA具有各自的功能，彼此间互不影响
【答案】D
5．某逆转录病毒侵入哺乳动物的呼吸道上皮细胞内，合成的X蛋白能诱导细胞凋亡。下列相关分析合理的是(　　)
A．X蛋白在病毒的核糖体上合成
B．该病毒遗传信息的传递途径是RNA→蛋白质
C．X蛋白诱导呼吸道上皮细胞中某些基因的表达，进而引起细胞的凋亡
D．逆转录过程需要的逆转录酶、核糖核苷酸、ATP等都来自上皮细胞
【答案】C
【解析】病毒无细胞结构，无核糖体，X蛋白是在呼吸道上皮细胞的核糖体上合成的；该病毒为逆转录病毒，遗传信息的传递途径是RNA→DNA→RNA→蛋白质。上皮细胞的凋亡是X蛋白诱导某些基因表达的结果；逆转录过程需要的是脱氧核苷酸。
6．B基因在人肝脏细胞中的表达产物是含100个氨基酸的B-100蛋白，而在小肠细胞中的表达产物是由前48个氨基酸构成的B-48蛋白。研究发现，小肠细胞中B基因转录出的mRNA靠近中间位置某一CAA密码子上的C被编辑成了U。以下判断错误的是(　　)
A．小肠细胞中编辑后的mRNA第49个密码子是终止密码子UAA
B．B-100蛋白前48个氨基酸序列与B-48蛋白相同
C．B-100蛋白和B-48蛋白的空间结构不同
D．肝脏和小肠细胞中的B基因结构有差异
【答案】D
【解析】小肠细胞中B基因转录出的mRNA靠近中间位置某一CAA密码子上的C被编辑成了U，第49个密码子是终止密码子UAA，导致形成B-48蛋白；B-100蛋白前48个氨基酸序列与B-48蛋白相同；B-100蛋白和B-48蛋白由于氨基酸数量不同，空间结构也不同；同一个体不同的体细胞都来源于同一个受精卵的有丝分裂，核DNA都相同，所以肝脏和小肠细胞中B基因结构没有差异。
7．枯草芽孢杆菌(细菌)可分泌几丁质酶降解几丁质。某科研小组对几丁质酶的合成进行了研究，结果如下表(注：＋表示含量)。下列叙述正确的是(　　)
检测指标
甲(不加诱导物)
乙(加入诱导物)
几丁质酶mRNA
＋
＋
几丁质酶
＋
＋＋＋＋
A．枯草芽孢杆菌合成、分泌几丁质酶需要内质网和高尔基体加工
B．诱导物促进了几丁质酶基因的转录，从而促进几丁质酶大量合成
C．有诱导物时，一个几丁质酶的mRNA可能会结合多个核糖体
D．诱导物使基因转录时，DNA两条链同时作为模板，从而提高酶的产量
【答案】C
8．如图表示野生型链孢霉几个基因的表达过程，下列据图做出的推断正确的是(　　)
A．核膜的存在使图中基因的转录和翻译在不同的区域进行
B．遗传信息的复制和表达都是以基因为单位进行的
C．该图能说明基因和染色体行为存在明显的平行关系
D．野生型链孢霉经X射线处理后在缺少精氨酸的培养基上不能生长，则一定是基因4发生了突变
【答案】A
【解析】野生型链孢霉属于真核生物，其中核膜的存在使图中基因的转录和翻译在不同的区域进行，即转录在细胞核中进行，翻译在细胞质的核糖体上进行，A正确；遗传信息的表达是以基因为单位进行的，但遗传信息的复制不是以基因为单位进行的，B错误；图示不能说明基因和染色体行为存在明显的平行关系，C错误；野生型链孢霉经X射线处理后在缺少精氨酸的培养基上不能生长，则发生基因突变的基因可能是基因1或基因2或基因3或基因4，D错误。
9．Qβ噬菌体的遗传物质(QβRNA)是一条单链RNA，当噬菌体侵染大肠杆菌后，QβRNA立即作为模板翻译出成熟蛋白、外壳蛋白和RNA复制酶(如图所示)，然后利用该复制酶复制QβRNA。下列叙述正确的是(　　)
A．QβRNA的复制需经历一个逆转录过程
B．QβRNA的复制需经历形成双链RNA的过程
C．一条QβRNA模板只能翻译出一条肽链
D．QβRNA复制后，复制酶基因才能进行表达
【答案】B
10．埃博拉病毒(EBV)的遗传物质是一种单链RNA，EBV感染后可能导致人体患埃博拉出血热(EBHF)。EBV与宿主细胞结合后，将核酸—蛋白质复合体释放至细胞质，并启动如图所示途径进行增殖，进而导致人体患病。下列推断最为合理的是(　　)
A．过程①所需嘌呤比例与过程③所需嘧啶比例相同
B．过程②中需要的氨基酸与tRNA的种类数相同
C．EBV增殖过程需细胞提供四种脱氧核苷酸和ATP
D．直接将EBV的－RNA注入人体细胞将引起EBHF
【答案】A
【解析】过程①、③中分别是以－RNA、mRNA为模板按照碱基互补配对原则(相应的嘧啶碱基与嘌呤碱基配对)合成mRNA、－RNA，假设原来的－RNA中含有嘧啶数为a个，则合成mRNA时需要嘌呤数也为a个，则以该mRNA为模板合成－RNA时需要嘧啶数也为a个；过程②是翻译，由于密码子的简并性，一种氨基酸可能对应多种密码子，即一种氨基酸可以由多种tRNA转运，所需的氨基酸种类数和所需的tRNA种类数并不相同；EBV的遗传物质是RNA，图中未涉及DNA的合成，故EBV增殖过程中不需要细胞提供脱氧核苷酸，需要细胞提供四种核糖核苷酸和ATP；根据题干信息可知，EBV侵入宿主细胞后将核酸—蛋白质复合体同时释放至细胞质，才能启动增殖过程，从而导致人体患EBHF，故只注入EBV的－RNA不会引起EBHF。
11．人类对遗传物质的探索经历了漫长的过程。回答下列问题：
(1)孟德尔等遗传学家的研究表明，在减数分裂过程中，_______________________________基因表现为自由组合。
(2)在格里菲思所做的肺炎双球菌体内转化实验中，S型细菌有SⅠ、SⅡ、SⅢ等多种类型，R型细菌是由S型细菌突变产生的。利用加热杀死的SⅢ与R型细菌混合培养，出现了S型细菌，如果 S型细菌的出现是由于R型细菌突变产生，则出现的 S型细菌为________，作出这一判断的依据是________________________。
(3)艾弗里所做的肺炎双球菌体外转化实验如下：
①S型细菌的蛋白质或多糖＋R型细菌→只有R型细菌
②S型细菌的DNA＋R型细菌→R型细菌＋S型细菌
③S型细菌的DNA＋DNA酶＋R型细菌→只有R型细菌
增设实验③的目的是证明_______________________________________________________。
(4)研究表明，烟草花叶病毒的遗传物质是RNA，为什么遗传学家无法推测出RNA分子中四种碱基的比例关系？____________________________________________________________。
【答案】(1)非同源染色体上的非等位　(2)多种类型　基因突变是不定向的　(3)无DNA则转化一定不能发生(或“DNA是使R型细菌发生转化的唯一物质”“DNA是使R型细菌发生转化的不可或缺的物质”)
(4) RNA是单链，碱基之间没有统一的配对关系(或“RNA是单链，只有部分碱基存在一一配对关系”)
12．Meselson和Stahl通过一系列实验首次证明了DNA的半保留复制，此后科学家便开始了有关DNA复制起点数目、方向等方面的研究。请回答下列问题：
(1)DNA分子呈______________________结构，DNA复制开始时首先必须解旋，从而在复制起点位置形成复制叉(如图1)。因此，研究中可以根据复制叉的数量推测______________________________________。
(2)1963年Cairns将不含放射性的大肠杆菌(拟核DNA呈环状)放在含有3H－胸腺嘧啶的培养基中培养，进一步证明了DNA的半保留复制。根据图2的大肠杆菌亲代环状DNA示意图，用简图表示复制一次和复制两次后形成的DNA分子(注：以“……”表示含放射性的脱氧核苷酸链)。
(3)有人探究DNA的复制从一复制起点开始以后是单向进行的还是双向进行的，将不含放射性的大肠杆菌DNA放在含有3H－胸腺嘧啶的培养基中培养，给以适当的条件，让其进行复制，得到图3所示结果，这一结果说明______________________________________________。
(4)为了研究大肠杆菌DNA复制是单起点复制还是多起点复制，用第(2)小题的方法，观察到大肠杆菌DNA复制的过程如图4所示，这一结果说明大肠杆菌细胞中DNA复制是________起点复制的。
【答案】(1)(规则的)双螺旋　复制起点的数量
(2)如图所示
(3)DNA复制是双向的　(4)单
13．在真核细胞中，若合成的蛋白质是一种分泌蛋白，其氨基一端上有一段长度约为30个氨基酸的疏水性序列，它能被内质网的受体糖蛋白识别，通过内质网膜进入囊腔中，接着合成的多肽链其余部分也随之而入，经过一系列的加工、包装等过程，最后通过细胞膜向外排出，其具体过程如图1所示。朊病毒一旦进入真核细胞，可使蛋白质形态发生畸变，其致畸机理如图2、如图3所示。请回答：
(1)图1中编码疏水性序列的遗传密码在mRNA的______(填数字)区段。
(2)图1中结合在内质网上的核糖体并不异于其他核糖体，核糖体是否结合在内质网上，实际上是由________________________直接决定的。
(3)图2中物质3依次通过__________________(填细胞器名称)的加工和包装等过程，形成具有一定空间结构的正常蛋白质1和2。蛋白质1和2形成的复合物可以辅助4终止密码子发挥作用，从而使__________过程停止。
(4)图3中的6是一种朊病毒，它与图2中所示的______________结合，阻止核糖体识别4，所以与图2中的物质3相比，物质7的改变是________________________。
【答案】(1)1　(2)正在合成的蛋白质的性质(或正在合成的蛋白质起始端有无疏水性序列)　(3)内质网、高尔基体　翻译　(4)蛋白质2　多肽链延长(或多肽链含有更多的氨基酸)

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