Question

3．DNA分子双螺旋结构模型提出之后，人们又去探究DNA是如何传递遗传信息的．当时推测可能有如图A所示的三种方式．1958年，Meslson和Stahl用密度梯度离心的方法，追踪由¹⁵N标记的DNA亲代链的去向，实验过程是：在氮源为¹⁴N的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA分子均为¹⁴N-DNA（对照），在氮源为¹⁵N的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA均为¹⁵N-DNA（亲代），将亲代大肠杆菌转移到含¹⁴N的培养基上，再连续繁殖两代（子代Ⅰ和子代Ⅱ）后离心得到如图B所示的结果．请依据上述材料回答问题．
（1）如果与对照相比，子代Ⅰ离心后能分出轻和重两条密度带，则说明DNA传递遗传信息的方式是全保留复制．如果子代Ⅰ离心后只有1条中度密度带，则可以排除DNA传递遗传信息的方式是全保留复制．如果子代Ⅰ离心后只有1条中密度带，再继续做子代Ⅱ的DNA密度鉴定：
①若子代Ⅱ离心后能分出中、轻两条密度带，则可以确定DNA复制的方式是半保留复制．
②若子代Ⅱ离心后不能分出中、轻两条密度带，则可以确定DNA传递复制的方式是_分散复制_．
（2）他们观测的实验数据如下：梯度离心DNA浮力密度（g/mL）表

世代	实验	对照
亲代	1.724	1.710
子Ⅰ代	1.717	1.710
子Ⅱ代	（$\frac{1}{2}$）1.717，（$\frac{1}{2}$）1.710	1.710
子Ⅲ代	（$\frac{1}{4}$）1.717，（$\frac{3}{4}$）1.710	1.710

分析实验数据可知：实验结果与当初推测的DNA三种可能复制方式中的半保留复制方式相吻合．
（3）无论是有丝分裂还是减数分裂，都需要有遗传物质的复制，都遵循半保留复制原则．请依据此原则回答以下问题：
①用¹⁵N标记了一个精原细胞的一对同源染色体的DNA分子双链，然后放在不含¹⁵N标记的培养基中，经过正常的减数分裂产生的四个精子中，含有¹⁵N的精子有4个．
②用³²P标记了玉米体细胞（含20条染色体）的DNA分子双链，再将这些细胞转入不含³²P的培养基中培养，在第二次细胞分裂完成后，每个细胞中被³²P标记的染色体条数是0～20之间．

Answer 1

分析 根据题意和图示分析可知：本题是对DNA分子复制方式的探究．分析实验的原理可知，由于¹⁵N与¹⁴N的原子量不同，形成的DNA的相对质量不同，DNA分子的两条链都是¹⁵N，DNA分子的相对质量最大，离心后分布在试管的下端，如果DNA分子的两条链含有¹⁴N，相对质量最轻，离心后分布在试管上端，如果DNA分子的一条链是¹⁴N，另一条链是¹⁵N，相对分子质量介于二者之间，离心后分布在试管中部，若是DNA分子的复制是分散复制，不论复制几次，离心后的条带只有一条，然后根据实验出现的条带推断DNA分子的复制方式．

解答 解：（1）与对照相比，子代Ⅰ离心后能分辨出轻（位于试管下方）和重（位于试管上方）两条密度带，则说明DNA复制后形成的2个DNA分子是1个只含¹⁴N，另一个只含¹⁵N，DNA分子的复制方式是全保留复制；如果子代Ⅰ离心后只有1条中等密度带，DNA分子的复制可能是半保留复制，也可能是分散复制，但可以排除DNA传递遗传信息的全保留复制．
①子代Ⅱ离心后可以分出中、轻两条密度带，则可以确定DNA传递遗传信息的方式是半保留复制；
②若子代Ⅱ离心后不能分出中、轻两条密度带，则可以确定DNA传递遗传信息的方式是分散复制．
（2）分析表格数据可知：子Ⅰ代有一条带，密度介于亲代与对照组之间，子Ⅱ代有2条带，中带与轻带，比例是1：1；子Ⅲ代有2条带，中带与轻带，比例是1：3，因此可以推出DNA分子的复制方式是半保留复制．
（3）①根据DNA分子复制的过程可知，模板链含¹⁵N，原料含¹⁴N，复制一次后，每个DNA分子的两条链，一条含有¹⁵N，另一条含有¹⁴N，因此减数分裂产生的四个精子中，每一个精子中的所有DNA都是一条链含¹⁵N，另一条链含¹⁴N，即所有的精子都含¹⁵N．
②根据题意分析可知：玉米体细胞含20条染色体，第一次有丝分裂完成后，每个细胞中被³²P标记的染色体条数为20条；第二次有丝分裂前期玉米细胞中有20条染色体，40条染色单体，而其中的一半，即20条染色单体具有³²P标记．当细胞处于第二次分裂后期时，染色单体随机分开，具有³²P标记的染色体也随机进入2个细胞，而某个细胞分到具有³²P标记的染色体的数目为0-20．
故答案为：
（1）全保留复制      全保留复制     ①半保留复制       ②分散复制
（2）半保留复制
（3）①4         ②0～20之间（包括0和20）

点评 本题的知识点是对于DNA分子复制方式的探究，结合实验目的分析实验现象推导出实验结论的本题的重点．