Question

11．科学家运用密度梯度离心等方法研究DNA复制的机制．请回答问题：
（1）将两组大肠杆菌分别在¹⁵NH₄Cl培养液和¹⁴NH₄Cl培养液中繁殖多代，培养液中的氮可被大肠杆菌用于合成四种脱氧核糖核苷酸分子，作为DNA复制的原料，最终得到含¹⁵N的大肠杆菌和含¹⁴N的大肠杆菌．
（2）实验一：从含¹⁵N的大肠杆菌和含¹⁴N的大肠杆菌中分别提取亲代DNA，混合后放在100℃条件下进行热变性处理，然后进行密度梯度离心，再测定离心管中混合的DNA单链含量，结果如图a所示．热变性处理导致DNA分子中碱基对之间的氢键发生断裂，形成两条DNA单链，因此图a中出现两个峰．
（3）实验二：研究人员将含¹⁵N的大肠杆菌转移到¹⁴NH₄Cl培养液中，繁殖一代后提取子代大肠杆菌的DNA（F₁DNA），将F₁DNA热变性处理后进行密度梯度离心，离心管中出现的两个条带对应图b中的两个峰．若将未进行热变性处理的F₁DNA进行密度梯度离心，则离心管中只出现一个条带．据此分析，F₁DNA是由④（选填①～④中的序号）组成，作出此判断的依据是⑤⑥⑦（选填⑤～⑦中的序号，多选）．
①两条¹⁵N-DNA单链
②两条¹⁴N-DNA单链
③两条既含¹⁵N、又含有¹⁴N的DNA单链
④一条¹⁵N-DNA单链、一条¹⁴N-DNA单链
⑤双链的F₁DNA密度梯度离心结果只有一个条带，排除“全保留复制”
⑥单链的F₁DNA密度梯度离心结果有两个条带，排除“弥散复制”
⑦图b与图a中两个峰的位置相同，支持“半保留复制”

Answer 1

分析 DNA的复制是半保留复制，即以亲代DNA分子的每条链为模板，合成相应的子链，子链与对应的母链形成新的DNA分子，这样一个DNA分子经复制形成两个子代DNA分子，且每个子代DNA分子都含有一条母链．将DNA被¹⁵N标记的大肠杆菌移到¹⁴N培养基中培养，因合成DNA的原料中含¹⁴N，所以新合成的DNA链均含¹⁴N．根据半保留复制的特点，第一代的DNA分子应一条链含¹⁵N，一条链含¹⁴N．
分析题图：图a：从含¹⁵N的大肠杆菌和含¹⁴N的大肠杆菌中分别提取亲代DNA，即一个2条链¹⁵N的DNA分子和一个2 条链都是¹⁴N的DNA分子，混合后放在100℃条件下进行热变性处理，成单链，然后进行密度梯度离心，应该含有2个条带，1个¹⁴N条带，1个¹⁵N条带，
图b：将DNA被¹⁵N标记的大肠杆菌移到¹⁴N培养基中培养，因合成DNA的原料中含¹⁴N，所以新合成的DNA链均含¹⁴N．根据半保留复制的特点，第一代的2个DNA分子都应一条链含¹⁵N，一条链含¹⁴N，

解答 解：（1）脱氧核糖核苷酸分子是DNA复制的原料，脱氧核糖核苷酸组成元素是C、H、O、N、P，培养液中的氮可被大肠杆菌用于合成四种脱氧核糖核苷酸．
（2）DNA分子中碱基对之间以氢键相连，热变性处理导致DNA分子中碱基对之间的氢键发生断裂，形成两条DNA单链．
（3）将DNA被¹⁵N标记的大肠杆菌移到¹⁴N培养基中培养，因合成DNA的原料中含¹⁴N，所以新合成的DNA链均含¹⁴N．根据半保留复制的特点，第一代的2个DNA分子都应一条链含¹⁵N，一条链含¹⁴N．若将未进行热变性处理的F₁DNA进行密度梯度离心，则离心管中只出现一个条带，将F₁DNA热变性处理后进行密度梯度离心，则离心管中出现的两种条带，即¹⁴N条带和¹⁵N条带，对应图b中的两个峰．
若为全保留复制，则双链的F₁DNA，1个DNA分子是两条链都¹⁴N，1个DNA分子是两条链都¹⁵N，密度梯度离心结果有2个条带，1个¹⁴N条带，1个¹⁵N条带，而本实验双链的F₁DNA密度梯度离心结果只有一个条带，排除“全保留复制”．
若为分散复制则单链的F₁DNA密度梯度离心结果只有1个条带，而本实验单链的F₁DNA密度梯度离心结果有两个条带，排除“弥散复制”．
从含¹⁵N的大肠杆菌和含¹⁴N的大肠杆菌中分别提取亲代DNA，即一个2条链¹⁵N的DNA分子和一个2 条链都是¹⁴N的DNA分子，混合后放在100℃条件下进行热变性处理，成单链，然后进行密度梯度离心，应该含有2个条带，1个¹⁴N条带，1个¹⁵N条带，如图a，将DNA被¹⁵N标记的大肠杆菌移到¹⁴N培养基中培养，因合成DNA的原料中含¹⁴N，所以新合成的DNA链均含¹⁴N．根据半保留复制的特点，第一代的2个DNA分子都应一条链含¹⁵N，一条链含¹⁴N，如图b，图b与图a中两个峰的位置相同，支持“半保留复制”．
故答案为：
（1）脱氧核糖核苷酸
（2）氢键
（3）④⑤⑥⑦

点评 本题主要考查DNA分子的半保留复制，掌握DNA分子复制方式，能够根据题干信息推断每一代DNA分子中含¹⁴N的DNA分子数目和含¹⁵N的DNA分子数目，再进行相关的计算；其次还要求考生掌握离心后形成的轻带、中带和重带的含义．