Question

10．在生命科學(xué)研究中，“放射性同位素標(biāo)記法”是經(jīng)常使用的研究手段．請(qǐng)仔細(xì)閱讀分析并回答有關(guān)問(wèn)題：將大腸桿菌放在含有同位素¹⁵N培養(yǎng)基中培育若干代后，細(xì)菌DNA所有氮均為¹⁵N，它比¹⁴N分子密度大．然后將DNA被¹⁵N標(biāo)記的大腸桿菌再移到¹⁴N培養(yǎng)基中培養(yǎng)，每隔4小時(shí)（相當(dāng)于分裂繁殖一代的時(shí)間）取樣一次，測(cè)定其不同世代細(xì)菌DNA的密度．實(shí)驗(yàn)結(jié)果DNA復(fù)制的密度梯度離心試驗(yàn)如圖所示．
（1）1中帶含有的氮元素是¹⁴N和¹⁵N．
（2）如果測(cè)定第四代DNA分子密度，N標(biāo)記的比例為$\frac{1}{8}$中、$\frac{7}{8}$輕．
（3）如果將第一代（全中）DNA鏈的氫鍵斷裂后再測(cè)定密度，它的兩條DNA單鏈在試管中的分布位置應(yīng)為$\frac{1}{2}$重、$\frac{1}{2}$輕．
（4）上述實(shí)驗(yàn)表明，DNA復(fù)制的方式是半保留復(fù)制．
（5）若DNA復(fù)制的方式是全保留復(fù)制，則1中DNA的分布情況是$\frac{1}{2}$重、$\frac{1}{2}$輕．

Answer 1

分析 DNA的復(fù)制是半保留復(fù)制，即以親代DNA分子的每條鏈為模板，合成相應(yīng)的子鏈，子鏈與對(duì)應(yīng)的母鏈形成新的DNA分子，這樣一個(gè)DNA分子經(jīng)復(fù)制形成兩個(gè)子代DNA分子，且每個(gè)子代DNA分子都含有一條母鏈．將DNA被¹⁵N標(biāo)記的大腸桿菌移到¹⁴N培養(yǎng)基中培養(yǎng)，因合成DNA的原料中含¹⁴N，所以新合成的DNA鏈均含¹⁴N．根據(jù)半保留復(fù)制的特點(diǎn)，第一代的DNA分子應(yīng)一條鏈含¹⁵N，一條鏈含¹⁴N．一個(gè)親代DNA分子復(fù)制到第二代形成2²=4個(gè)DNA，其中有兩個(gè)DNA分子各保留親代DNA分子的一條鏈（含¹⁵N），另一條鏈為¹⁴N，另兩個(gè)DNA分子的兩條鏈均含¹⁴N；以后各代中含有一條¹⁵N鏈、一條¹⁴N鏈的DNA分子始終為2個(gè)（來(lái)自于同一個(gè)親代DNA），其余DNA分子兩條鏈均含¹⁴N．全含¹⁵N的DNA分子比純含¹⁴N的DNA分子密度大，在密度梯度離心試驗(yàn)中，只含¹⁵N的DNA分子均位于試管下部，只含¹⁴N的DNA分子應(yīng)位于試管上部，而一條鏈含¹⁵N，一條鏈含¹⁴N的DNA分子位置應(yīng)位于前兩者之間，試驗(yàn)的結(jié)果也證明了這一點(diǎn)．

解答 解：（1）由以上分析可知，中帶（DNA）含有氮元素是：¹⁴N和¹⁵N．
（2）第四代中由一個(gè)親代DNA分子產(chǎn)生的子代DNA數(shù)為2⁴=16個(gè)，其中一條鏈為¹⁴N，另一條鏈為¹⁵N的DNA分子有2個(gè)，占總數(shù)的$\frac{1}{8}$，位于梯度離心分離的中帶，其余DNA分子均只含¹⁴N，有14個(gè)，占$\frac{7}{8}$，位于輕帶．
（3）將第一代DNA鏈（一條鏈含¹⁴N，另一條鏈含¹⁵N）的氫鍵斷裂后，兩條鏈將會(huì)分開(kāi)，測(cè)定密度時(shí)，應(yīng)一半鏈在輕帶，一半鏈在重帶．
（4）該實(shí)驗(yàn)證明DNA復(fù)制方式為半保留復(fù)制．
（5）DNA的復(fù)制是半保留復(fù)制，即以親代DNA分子的每條鏈為模板，合成相應(yīng)的子鏈，子鏈與對(duì)應(yīng)的母鏈形成新的DNA分子，這樣一個(gè)DNA分子經(jīng)復(fù)制形成兩個(gè)子代DNA分子，且每個(gè)子代DNA分子都含有一條母鏈．將DNA被¹⁵N標(biāo)記的大腸桿菌移到¹⁴N培養(yǎng)基中培養(yǎng)，因合成DNA的原料中含¹⁴N，所以新合成的DNA鏈均含¹⁴N．根據(jù)半保留復(fù)制的特點(diǎn)，第一代的DNA分子應(yīng)一條鏈含¹⁵N，一條鏈含¹⁴N．若將第一代（全中）DNA鏈的氫鍵斷裂后再測(cè)定密度，則1中DNA的分布情況是$\frac{1}{2}$重、$\frac{1}{2}$輕．
故答案為：
（1）¹⁴N和¹⁵N　        
（2）$\frac{1}{8}$中、$\frac{7}{8}$輕
（3）$\frac{1}{2}$重、$\frac{1}{2}$輕　    
（4）半保留復(fù)制   
（5）$\frac{1}{2}$重、$\frac{1}{2}$輕

點(diǎn)評(píng) 本題結(jié)合實(shí)驗(yàn)過(guò)程及實(shí)驗(yàn)結(jié)果，考查DNA分子復(fù)制的相關(guān)知識(shí)，首先要求考生掌握DNA分子復(fù)制方式，能夠根據(jù)題干信息推斷每一代DNA分子中含¹⁴N的DNA分子數(shù)目和含¹⁵N的DNA分子數(shù)目，再進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算；其次還要求考生掌握離心后形成的輕帶、中帶和重帶的含義．