Question

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下图所示。

(1)中带含有的氮元素是_______________________。

(2)如果测定第四代DNA分子密度，¹⁵N标记的比例表示为___________________。

(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_______________________________________________。

(4)上述实验表明，子代DNA合成的方式是___________________________。

Answer

14N和15N 1／8中，7／8轻 1／2重，1／2轻 半保留复制

【解析】试题分析：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。

（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7/8，位于梯度离心分离的轻带。

（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。

【点睛】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。