Question

交叉互换若发生在减数分裂过程中，应为减数分裂四分体时期，其结果是产生更多基因型的配子，使后代形成更多的重组类型，关于交叉互换可用下述方法验证。

高中生物课本中叙述：在细胞周期中，染色体的两条姐妹染色单体之间可发生部分交换。某生物兴趣小组为了在显微镜下观察这一观象，便进行了研究。同学们在互联网上收集的资料如下。

资料一  将细胞置于含有某种BrdU的培养基中培养，细胞能不断增殖。当DNA复制时，BrdU可替代胸腺嘧啶脱氧核苷酸掺入到DNA子链中。

资料二  由于BrdU掺入的情况不同，经特殊染色后，着色的深浅也不同：在染色单体中，若DNA只有一条链掺有Brdu，则染色后着色深；若DNA的两条单链都掺有BrdU，则使DNA双螺旋程度降低，染色后着色浅。

资料三  将处于不同细胞周期的中期细胞进行常规制片，经特殊染色后在显微镜下可观察到每条染色体的姐妹染色单体的着色情况。

根据资料生物兴趣小组进行了如下实验操作：

(1)此实验的实验原理：一是根据DNA半保留复制原理；二是使用         的方法。

(2)实验步骤：

①                                         。

②                                         。

③                                         。

(3)实验结果分析：若要观察姐妹染色单体是否发生交换，应选择第二个细胞周期的中期细胞进行观察，请描述可能观察到的现象：                         。

Answer 1

(1)显微镜观察

(2)①配制含BrdU的细胞培养基  ②将某细胞置于BrdU的培养基上，在适宜条件下培养③分别取不同细胞周期的中期细胞制成装片，并特殊染色，以便显微镜观察

(3)在染色体的姐妹染色单体中，一条染色单体染色较深的区域中有染色较浅的部分，而在另一条染色单体的染色较浅的区域中有染色较深的部分

解析:

(1)染色体是细胞水平的物质，可用光学显微镜观察染色体的形态。

(2)本实验的实验目的是为了观察姐妹染色单体之间发生部分交换。根据DNA半保留复制的实验原理，结合上述资料，本实验是在染色体上进行相互对照，所以设计实验步骤时，实验的准备阶段是配制含BrdU的细胞培养基，实验的进行阶段是将细胞在此培养基中培养，并取中期的细胞制片，因为中期的染色体形态最固定、数目最清晰。实验的最后阶段是进行显微镜观察和结果分析。

(3)因为细胞在复制过程中要用到培养基中的BrdU，使子代DNA中着色深浅发生变化，经过半保留复制，在第二个细胞周期的中期细胞的姐妹染色单体中，由于姐妹染色单体发生了交叉互换，结果在着色较深的染色单体上有较浅的部分，在着色较浅的染色单体上有较深的部分。