Question

10．在生命科学研究中，“放射性同位素标记法”是经常使用的研究手段．请仔细阅读分析并回答有关问题：将大肠杆菌放在含有同位素¹⁵N培养基中培育若干代后，细菌DNA所有氮均为¹⁵N，它比¹⁴N分子密度大．然后将DNA被¹⁵N标记的大肠杆菌再移到¹⁴N培养基中培养，每隔4小时（相当于分裂繁殖一代的时间）取样一次，测定其不同世代细菌DNA的密度．实验结果DNA复制的密度梯度离心试验如图所示．
（1）1中带含有的氮元素是¹⁴N和¹⁵N．
（2）如果测定第四代DNA分子密度，N标记的比例为$\frac{1}{8}$中、$\frac{7}{8}$轻．
（3）如果将第一代（全中）DNA链的氢键断裂后再测定密度，它的两条DNA单链在试管中的分布位置应为$\frac{1}{2}$重、$\frac{1}{2}$轻．
（4）上述实验表明，DNA复制的方式是半保留复制．
（5）若DNA复制的方式是全保留复制，则1中DNA的分布情况是$\frac{1}{2}$重、$\frac{1}{2}$轻．

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．一个亲代DNA分子复制到第二代形成2²=4个DNA，其中有两个DNA分子各保留亲代DNA分子的一条链（含¹⁵N），另一条链为¹⁴N，另两个DNA分子的两条链均含¹⁴N；以后各代中含有一条¹⁵N链、一条¹⁴N链的DNA分子始终为2个（来自于同一个亲代DNA），其余DNA分子两条链均含¹⁴N．全含¹⁵N的DNA分子比纯含¹⁴N的DNA分子密度大，在密度梯度离心试验中，只含¹⁵N的DNA分子均位于试管下部，只含¹⁴N的DNA分子应位于试管上部，而一条链含¹⁵N，一条链含¹⁴N的DNA分子位置应位于前两者之间，试验的结果也证明了这一点．

解答 解：（1）由以上分析可知，中带（DNA）含有氮元素是：¹⁴N和¹⁵N．
（2）第四代中由一个亲代DNA分子产生的子代DNA数为2⁴=16个，其中一条链为¹⁴N，另一条链为¹⁵N的DNA分子有2个，占总数的$\frac{1}{8}$，位于梯度离心分离的中带，其余DNA分子均只含¹⁴N，有14个，占$\frac{7}{8}$，位于轻带．
（3）将第一代DNA链（一条链含¹⁴N，另一条链含¹⁵N）的氢键断裂后，两条链将会分开，测定密度时，应一半链在轻带，一半链在重带．
（4）该实验证明DNA复制方式为半保留复制．
（5）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．若将第一代（全中）DNA链的氢键断裂后再测定密度，则1中DNA的分布情况是$\frac{1}{2}$重、$\frac{1}{2}$轻．
故答案为：
（1）¹⁴N和¹⁵N　        
（2）$\frac{1}{8}$中、$\frac{7}{8}$轻
（3）$\frac{1}{2}$重、$\frac{1}{2}$轻　    
（4）半保留复制   
（5）$\frac{1}{2}$重、$\frac{1}{2}$轻

点评 本题结合实验过程及实验结果，考查DNA分子复制的相关知识，首先要求考生掌握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．