（全國通用版）2019高考生物二輪復(fù)習(xí) 專題四 遺傳的分子基礎(chǔ)、變異與進(jìn)化 小專題4 同位素標(biāo)記法與DNA的半保留復(fù)制學(xué)案

同位素標(biāo)記法與DNA的半保留復(fù)制例1將不含放射性標(biāo)記的蠶豆根尖細(xì)胞在含3H標(biāo)記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸的培養(yǎng)基中完成一個細(xì)胞周期，然后在不含放射性標(biāo)記的培養(yǎng)基中繼續(xù)分裂至中期，其染色體的放射性標(biāo)記分布情況是()A每條染色體中都只有一條單體被標(biāo)記B每條染色體的兩條單體都被標(biāo)記C只有半數(shù)的染色體中一條單體被標(biāo)記D每條染色體的兩條單體都不被標(biāo)記答案A解析不含放射性標(biāo)記的根尖細(xì)胞在含3H標(biāo)記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸培養(yǎng)基上完成一個細(xì)胞周期后，子細(xì)胞中的核DNA分子都是一條鏈被3H標(biāo)記，另一條鏈未被標(biāo)記；然后子細(xì)胞在不含放射性標(biāo)記的培養(yǎng)基中繼續(xù)分裂至中期，每個核DNA分子復(fù)制形成的兩個DNA分子(其中一個被標(biāo)記，另一個未被標(biāo)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(xì)胞(2n16)的DNA全部被32P標(biāo)記，其在含31P的培養(yǎng)基中進(jìn)行一次有絲分裂后繼續(xù)進(jìn)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(xì)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(yùn)用模型繪圖法，將染色體和核DNA分子從細(xì)胞中脫離出來，即只繪制染色體和核DNA分子被標(biāo)記情況，并只以一條染色體上DNA分子的標(biāo)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(xì)胞在含31P的培養(yǎng)基中進(jìn)行有絲分裂時，由于DNA的半保留復(fù)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(xì)胞中每個核DNA分子雙鏈均為一條含31P，另一條含32P，子細(xì)胞在含31P的培養(yǎng)基中繼續(xù)進(jìn)行減數(shù)分裂，則減數(shù)第一次分裂前期每個細(xì)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(biāo)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(xì)胞經(jīng)過一次有絲分裂，產(chǎn)生了2個子細(xì)胞。每個子細(xì)胞和親代細(xì)胞一樣都含有相同數(shù)目的染色體，并且每個細(xì)胞中的每一條染色體上的DNA分子都保留了親代細(xì)胞DNA分子的一條鏈，體現(xiàn)了DNA分子半保留復(fù)制的特點(diǎn)。經(jīng)過兩次有絲分裂產(chǎn)生了4個子細(xì)胞，帶放射性的若都按第一種情況分配，則共有2個子細(xì)胞帶放射性；若都按第二種情況分配，則有4個子細(xì)胞帶放射性；若按兩種情況分配，則子細(xì)胞有3個子細(xì)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(xì)胞經(jīng)過減數(shù)分裂，產(chǎn)生了4個子細(xì)胞。每個子細(xì)胞的染色體數(shù)目較性原細(xì)胞減少了一半，并且每個子細(xì)胞中的每條染色體上的DNA分子都保留了性原細(xì)胞DNA分子的一條鏈，即半保留復(fù)制，因此4個配子細(xì)胞都帶放射性。1取1個含有1對同源染色體的精原細(xì)胞，用15N標(biāo)記細(xì)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(jìn)行兩次有絲分裂，形成4個細(xì)胞，這4個細(xì)胞中含15N的細(xì)胞個數(shù)所占比例不可能是()A1 B.C. D.答案D解析細(xì)胞分裂過程中先進(jìn)行DNA復(fù)制。方式是半保留復(fù)制。圖示辨析如下：可以看出，最后形成的4個子細(xì)胞有3種情況：第一種情況是4個細(xì)胞都是，第二種情況是2個細(xì)胞是，1個細(xì)胞是，1個細(xì)胞是；第三種情況是2個細(xì)胞是，另外2個細(xì)胞是。2將染色體上全部DNA分子雙鏈經(jīng)32P標(biāo)記的雄性哺乳動物細(xì)胞(染色體數(shù)為20)置于不含32P的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，細(xì)胞只進(jìn)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(xì)胞中有5對同源染色體，每條都含32PB若完成一次有絲分裂，則產(chǎn)生的子細(xì)胞中含20條染色體，其中10條含32PC若進(jìn)行減數(shù)分裂，則每個減數(shù)第二次分裂后期細(xì)胞中均含2個Y染色體且都含32PD若進(jìn)行一次有絲分裂，則分裂中期細(xì)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(xì)胞為生殖細(xì)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(jìn)行一次有絲分裂結(jié)束，則產(chǎn)生的子細(xì)胞中含20條染色體，20條染色體都含32P，B錯誤；若進(jìn)行減數(shù)分裂，則每個減數(shù)第二次分裂后期細(xì)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(jìn)行一次有絲分裂，則分裂中期細(xì)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(biāo)記某動物精原細(xì)胞的全部核DNA，然后將細(xì)胞置于含31P的培養(yǎng)液中培養(yǎng)，使其進(jìn)行一次有絲分裂或減數(shù)分裂(減、減)。下列有關(guān)敘述正確的是()A有絲分裂前期與減前期細(xì)胞中，32P標(biāo)記的DNA分子數(shù)相同、染色體數(shù)不同B有絲分裂后期與減后期細(xì)胞中，32P標(biāo)記的DNA分子數(shù)不同、染色體數(shù)不同C有絲分裂中期與減中期細(xì)胞中，32P標(biāo)記的DNA分子數(shù)不同、染色體數(shù)不同D有絲分裂后期與減后期細(xì)胞中，32P標(biāo)記的DNA分子數(shù)不同、染色體數(shù)相同答案C4(2018·江西九江十校聯(lián)考)將某精原細(xì)胞核中所有DNA分子的兩條鏈都標(biāo)記上放射性15N，然后放在含14N的培養(yǎng)基上進(jìn)行培養(yǎng)，分裂成4個子細(xì)胞，4個子細(xì)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(xì)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(xì)胞為4個B若為有絲分裂則含放射性的子細(xì)胞為2個，若為減數(shù)分裂則含放射性的子細(xì)胞為4個C若為有絲分裂則含放射性的子細(xì)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(xì)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(xì)胞為2個，若為減數(shù)分裂則含放射性的子細(xì)胞為2個或3個或4個答案A5(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(xué)家岡崎提出DNA半不連續(xù)復(fù)制假說：DNA復(fù)制形成互補(bǔ)子鏈時，一條子鏈?zhǔn)沁B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(jìn)行了如下實(shí)驗：讓T4噬菌體在20 時侵染大腸桿菌70 min后，將同位素3H標(biāo)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(jìn)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(yīng)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(fù)制四次，在第四次復(fù)制時需要消耗_個胞嘧啶脫氧核苷酸。(2)將3H標(biāo)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(xì)胞中需要解旋酶的催化，在體外通過加熱也能實(shí)現(xiàn)。解旋酶不能為反應(yīng)提供能量，但能_。研究表明，在DNA分子加熱解鏈時，DNA分子中GC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(shí)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(biāo)記的脫氧核苷酸被大腸桿菌吸收，為噬菌體DNA復(fù)制提供原料，所以在噬菌體DNA中檢測到放射性(3)降低反應(yīng)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GC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(shí)驗時間內(nèi)，細(xì)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(bǔ)配對原則可推知，在該DNA片段中，AT350(個)，CG650(個)。該DNA連續(xù)復(fù)制四次，在第四次復(fù)制時需要消耗的胞嘧啶脫氧核苷酸數(shù)為241×6505 200(個)。(2)將3H標(biāo)記的脫氧核苷酸添加到大腸桿菌的培養(yǎng)基中，因3H標(biāo)記的脫氧核苷酸被大腸桿菌吸收，為噬菌體DNA復(fù)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(yīng)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GC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GC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(yuǎn)，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(shí)驗時間內(nèi)，細(xì)胞中均能檢測到較多的短鏈片段，這為岡崎假說提供了實(shí)驗證據(jù)。真題1(2016·全國，32)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?；卮鹣铝袉栴}：(1)基因突變和染色體變異所涉及到的堿基對的數(shù)目不同，前者所涉及的數(shù)目比后者_(dá)。(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_為單位的變異。(3)基因突變既可由顯性基因突變?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)。若某種自花受粉植物的AA和aa植株分別發(fā)生隱性突變和顯性突變，且在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堿基對數(shù)不要誤看成基因數(shù)目前者指基因突變，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)變異方面基因突變類型有兩大類，AAAa為隱性突變，當(dāng)代突變性狀不出現(xiàn)，aaAa為顯性突變，當(dāng)代突變性狀出現(xiàn)自花受粉植物可通過自交產(chǎn)生子代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(dāng)成親代，后面題全錯強(qiáng)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(rèn)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(rèn)定為純合子，進(jìn)而分離出來。答案(1)少(2)染色體(3)一二三二學(xué)科素養(yǎng)解讀本題考查核心素養(yǎng)中“科學(xué)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(luò)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(dǎo)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(dǎo)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(jìn)著絲點(diǎn)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(jī)移向細(xì)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(dǎo)致香味物質(zhì)積累。(2)水稻香味性狀與抗病性狀獨(dú)立遺傳?？共?B)對感病(b)為顯性。為選育抗病香稻新品種，進(jìn)行了一系列雜交實(shí)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，后代群體中能穩(wěn)定遺傳的有香味抗病植株所占比例為_。(3)用純合無香味植株作母本與香稻品種甲進(jìn)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：_；_。(4)單倍體育種可縮短育種年限。離體培養(yǎng)的花粉經(jīng)脫分化形成_，最終發(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(yīng)在_時期用秋水仙素進(jìn)行誘導(dǎo)處理。題干信息信息推斷或結(jié)論a基因純合時，水稻表現(xiàn)為有香味香味物質(zhì)不分解符合自由組合定律控制兩種性狀的基因都純合出現(xiàn)變異：基因突變或染色體片段缺失脫分化形成愈傷組織花粉發(fā)育成單倍體植株體現(xiàn)了植物細(xì)胞的全能性解析第一步：明確坐標(biāo)圖中橫、縱坐標(biāo)的含義。橫坐標(biāo)：性狀類型；縱坐標(biāo)：性狀數(shù)量。第二步：找準(zhǔn)柱狀圖對應(yīng)量之間的數(shù)量關(guān)系?？共?50)感病(50)11；無香味(75)有香味(25)31。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)合信息和，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、AaBb3/64(3)某一雌配子形成時，A基因突變?yōu)閍基因某一雌配子形成時，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(xué)科素養(yǎng)解讀生物學(xué)科素養(yǎng)要求生物學(xué)科知識服務(wù)于生產(chǎn)實(shí)踐育種，即“社會責(zé)任”。經(jīng)典再現(xiàn)(2015·天津，9)白粉菌和條銹菌能分別導(dǎo)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品種單播40單播20混播22單播04單播02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(shè)計、兩組試驗，可探究_。(3)、三組相比，第組產(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(jìn)行感染以白粉菌進(jìn)行感染以條銹菌白粉菌進(jìn)行雙感染甲1002500乙1001007575丙1002575？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、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)TtrrttRr18.75%(或3/16)解析(1)從和組的試驗結(jié)果可知，抗白粉病的小麥品種是A。(2)分析、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、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，、相比，第組的產(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%。10