Question

5．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．請仔細(xì)閱讀分析并回答有關(guān)問題：
（1）某科學(xué)家做“噬菌體侵染細(xì)菌”實(shí)驗(yàn)時，分別用同位素³²P和³⁵S作了標(biāo)記．

	噬菌體成分	細(xì)菌成分
核苷酸	標(biāo)記32P	31P
氨基酸	32S	標(biāo)記35S

此實(shí)驗(yàn)所得的結(jié)果是，子代噬菌體和親代噬菌體的外形及侵染細(xì)菌的特性均相同，請分析并回答下面的問題．
①子噬菌體的DNA分子中含有的上述元素是³²P、³¹P，原因是噬菌體的DNA中含P，子代噬菌體DNA是以親代噬菌體DNA的兩條鏈為模板，以細(xì)菌體內(nèi)的脫氧核苷酸為原料合成的．
②子噬菌體的蛋白質(zhì)分子中含有的上述元素是³⁵S，原因是噬菌體的蛋白質(zhì)中含S，親代噬菌體的蛋白質(zhì)外殼沒有進(jìn)入細(xì)菌，子代噬菌體的蛋白質(zhì)外殼全部是以細(xì)菌體內(nèi)的氨基酸為原料合成的．
③此實(shí)驗(yàn)說明了DNA是遺傳物質(zhì)．
（2）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（相當(dāng)于分裂繁殖一代的時間）取樣一次，測定其不同世代細(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中帶含有的氮元素是¹⁴N和¹⁵N．
②如果測定第四代DNA分子密度，N標(biāo)記的比例表示為$\frac{1}{8}$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．

Answer 1

分析 1、噬菌體侵染細(xì)菌過程中，蛋白質(zhì)外殼留在細(xì)菌外面，DNA進(jìn)入細(xì)菌內(nèi)部，在細(xì)菌中以噬菌體DNA為模板，利用細(xì)菌的原料合成子代噬菌體的蛋白質(zhì)外殼和DNA，又由于DNA復(fù)制具有半保留復(fù)制的特點(diǎn)，所以在子代噬菌體中能找到³²P和³¹P的DNA，不能找到³²S的蛋白質(zhì)，但在子代噬菌體的外殼中檢測到³⁵S．
2、過程：吸附→注入（注入噬菌體的DNA）→合成（控制者：噬菌體的DNA；原料：細(xì)菌的化學(xué)成分）→組裝→釋放．
3、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，子鏈與對應(yīng)的母鏈形成新的DNA分子，這樣一個DNA分子經(jīng)復(fù)制形成兩個子代DNA分子，且每個子代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．一個親代DNA分子復(fù)制到第二代形成2²=4個DNA，其中有兩個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（來自于同一個親代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）①子代噬菌體的DNA分子中含有的元素是³¹P和³²P，原因是噬菌體的DNA中含P，子代噬菌體DNA是以親代噬菌體DNA的兩條鏈為模板，以細(xì)菌體內(nèi)的脫氧核苷酸為原料合成的．
②子代噬菌體的蛋白質(zhì)分子中含有的元素是³⁵S，原因是噬菌體的蛋白質(zhì)中含S，親代噬菌體的蛋白質(zhì)外殼沒有進(jìn)入細(xì)菌，子代噬菌體的蛋白質(zhì)外殼全部是以細(xì)菌體內(nèi)的氨基酸為原料合成的．
③此實(shí)驗(yàn)以親代噬菌體的DNA為模板，利用大腸桿菌（或細(xì)菌）體內(nèi)的化學(xué)成分進(jìn)行DNA的復(fù)制和蛋白質(zhì)的合成，進(jìn)而組裝復(fù)制出很多個一模一樣的子噬菌體，證明DNA是遺傳物質(zhì)．
（2）①根據(jù)分析可知，中帶（DNA）含有氮元素是：¹⁴N和¹⁵N．
②第四代中由一個親代DNA分子產(chǎn)生的子代DNA數(shù)為2⁴=16個，其中一條鏈為¹⁴N，另一條鏈為¹⁵N的DNA分子有2個，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，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，兩條鏈將會分開，測定密度時，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．
故答案為：
（1）①³²P、³¹P　噬菌體的DNA中含P，子代噬菌體DNA是以親代噬菌體DNA的兩條鏈為模板，以細(xì)菌體內(nèi)的脫氧核苷酸為原料合成的
②³⁵S　噬菌體的蛋白質(zhì)中含S，親代噬菌體的蛋白質(zhì)外殼沒有進(jìn)入細(xì)菌，子代噬菌體的蛋白質(zhì)外殼全部是以細(xì)菌體內(nèi)的氨基酸為原料合成的
③DNA是遺傳物質(zhì)
（2）①¹⁴N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

點(diǎn)評 本題綜合考查噬菌體侵染細(xì)菌過程和DNA分子復(fù)制的相關(guān)知識，意在考查考生的識記能力和理解應(yīng)用能力，屬于中等難度題．要求考生理解噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)過程，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．