Question

19．DNA分子的復(fù)制方式曾有三種假說(shuō)（圖1），科學(xué)家運(yùn)用密度梯度離心等方法對(duì)此進(jìn)行研究，實(shí)驗(yàn)基本操作及結(jié)果如下．

①將兩組大腸桿菌分別在¹⁵NH₄Cl培養(yǎng)液和¹⁴NH₄Cl培養(yǎng)液中繁殖多代，最終得到分別含¹⁵N的大腸桿菌和含¹⁴N的大腸桿菌．
②從含¹⁵N的大腸桿菌和含¹⁴N的大腸桿菌中分別提取親代DNA，混合后在100℃條件下進(jìn)行熱變性處理，經(jīng)密度梯度離心后測(cè)定離心管中混合的DNA單鏈含量，結(jié)果如圖2-a所示．
③將含¹⁵N的大腸桿菌轉(zhuǎn)移到¹⁴NH₄Cl培養(yǎng)液中，繁殖一代后提取子代大腸桿菌的DNA（F₁DNA）．
④將F₁DNA熱變性處理后進(jìn)行密度梯度離心，離心管中出現(xiàn)的兩個(gè)條帶對(duì)應(yīng)圖2-b的兩個(gè)峰；而未進(jìn)行熱變性處理的F₁DNA進(jìn)行密度梯度離心，離心管中只出現(xiàn)一個(gè)條帶．
請(qǐng)回答問(wèn)題：
（1）培養(yǎng)液中的氮可被大腸桿菌用于合成四種脫氧核苷酸分子，作為進(jìn)一步合成DNA的原料．
（2）根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可排除3種假說(shuō)中的全保留復(fù)制和彌散復(fù)制．組成F₁DNA的兩條單鏈的含N情況分別是一條含¹⁴N，一條含¹⁵N．
（3）為進(jìn)一步確認(rèn)上述推斷，將大腸桿菌在¹⁴NH₄Cl培養(yǎng)液中繼續(xù)培養(yǎng)一代，得到F₂DNA后重復(fù)操作④，預(yù)期經(jīng)過(guò)熱變性處理和未經(jīng)熱變性處理的離心管中，條帶數(shù)分別是2條、2條．

Answer 1

分析 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(duì)應(yīng)的母鏈形成新的DNA分子，這樣一個(gè)DNA分子經(jīng)復(fù)制形成兩個(gè)子代DNA分子，且每個(gè)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．
根據(jù)題意和圖示分析可知：圖a：從含¹⁵N的大腸桿菌和含¹⁴N的大腸桿菌中分別提取親代DNA，即一個(gè)2條鏈¹⁵N的DNA分子和一個(gè)2 條鏈都是¹⁴N的DNA分子，混合后放在100℃條件下進(jìn)行熱變性處理，成單鏈，然后進(jìn)行密度梯度離心，應(yīng)該含有2個(gè)條帶，1個(gè)¹⁴N條帶，1個(gè)¹⁵N條帶，
圖b：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2個(gè)DNA分子都應(yīng)一條鏈含¹⁵N，一條鏈含¹⁴N，

解答 解：（1）脫氧核糖核苷酸分子是DNA復(fù)制的原料，脫氧核糖核苷酸組成元素是C、H、O、N、P，培養(yǎng)液中的氮可被大腸桿菌用于合成四種脫氧核糖核苷酸．
（2）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2個(gè)DNA分子都應(yīng)一條鏈含¹⁵N，一條鏈含¹⁴N．若將未進(jìn)行熱變性處理的F₁DNA進(jìn)行密度梯度離心，則離心管中只出現(xiàn)一個(gè)條帶，將F₁DNA熱變性處理后進(jìn)行密度梯度離心，則離心管中出現(xiàn)的兩種條帶，即¹⁴N條帶和¹⁵N條帶，對(duì)應(yīng)圖b中的兩個(gè)峰．
若為全保留復(fù)制，則雙鏈的F₁DNA，1個(gè)DNA分子是兩條鏈都¹⁴N，1個(gè)DNA分子是兩條鏈都¹⁵N，密度梯度離心結(jié)果有2個(gè)條帶，1個(gè)¹⁴N條帶，1個(gè)¹⁵N條帶，而本實(shí)驗(yàn)雙鏈的F₁DNA密度梯度離心結(jié)果只有一個(gè)條帶，排除“全保留復(fù)制”．
若為分散復(fù)制則單鏈的F₁DNA密度梯度離心結(jié)果只有1個(gè)條帶，而本實(shí)驗(yàn)單鏈的F₁DNA密度梯度離心結(jié)果有兩個(gè)條帶，排除“彌散復(fù)制”．
從含¹⁵N的大腸桿菌和含¹⁴N的大腸桿菌中分別提取親代DNA，即一個(gè)2條鏈¹⁵N的DNA分子和一個(gè)2 條鏈都是¹⁴N的DNA分子，混合后放在100℃條件下進(jìn)行熱變性處理，成單鏈，然后進(jìn)行密度梯度離心，應(yīng)該含有2個(gè)條帶，1個(gè)¹⁴N條帶，1個(gè)¹⁵N條帶，如圖a，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2個(gè)DNA分子都應(yīng)一條鏈含¹⁵N，一條鏈含¹⁴N，如圖b，圖b與圖a中兩個(gè)峰的位置相同，支持“半保留復(fù)制”．
（3）將大腸桿菌在¹⁴NH₄Cl培養(yǎng)液中繼續(xù)培養(yǎng)一代，得到F₂DNA后重復(fù)操作④，預(yù)期經(jīng)過(guò)熱變性處理和未經(jīng)熱變性處理的離心管中，條帶數(shù)分別是2條、2條．
故答案為：
（1）脫氧核苷酸
（2）全保留復(fù)制和彌散復(fù)制（假說(shuō)1和3）一條含¹⁴N，一條含¹⁵N
（3）2條、2條

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查DNA分子的半保留復(fù)制，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．