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罗招军:简析一道同位素标记法测细胞周期的竟赛题  

2013-06-28 14:49:50|  分类: 1细胞分裂 |  标签: |举报 |字号 订阅

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《中学生物学》2012年第4期

简析一道同位素标记法测细胞周期的竟赛题

罗招军(湖南省遭县第一中学湖南常德415500)

说明:下题出自浙江省第11届高中生物学竞赛第六题,诸多高考资料有所改编,但答案与解析多有语焉不详,下面试分析之。

原题:一个完整的细胞周期包括问期和分裂期(即M期),问期又可划分为G,期(主要进行RNA和有关蛋白质的合泌,S期(进行DNA分了复制)和G2期(继续合成少量的蛋白质和RNA)

在某生物细胞培养液中加入用;H标记的胸腺嘧啶脱氧核葺酸,短暂培养一段时问后,洗去3H标记的胸腺嘧啶脱氧核葺酸。使在该段时问内已处于DNA复制期不同阶段的全部细胞中DNA被3H标记,而当时处于其他时期的细胞则不带标记。不同时间取样做细胞放射性自显影,找出正处于有效分裂的分裂期(M期)细胞,计算其中带3H标记的细胞占有效分裂细胞的百分数。得到下图(图1一图4中横轴为时问,纵轴为带标记细胞占总细胞数的白分数):

图1 带3H标记的细胞占有丝分裂细胞百分数

1)图1B中a点开始检测到带3H标记分裂期细胞,则o~a为 期。

(2)图1B中b点带3H标记分裂期细胞数开始达到最大值,则a~b段表示 期。

(3)图1C中c点时,带标记的细胞百分数开始下降,则a~c段所经历的时间相当于 期的时间。

(4)此后,带标记的分裂期细胞数逐渐减少,直到消失,到第二次出现带有标记的细胞数时为图中e点,则d~e段所经历的时间相当于 时期的时间,因此一个完整的细胞周期的时间相当于 段经历的时间。

答案:(1)G2(或DNA复制后)(2)M(或分裂)(3)S(或DNA复制)(4)G1期和G2期a~e

解析:基础知识:细胞周期的时间分段图(图2)。

关键条件:使处于DNA复制期不同阶段的全部细胞的DNA被3H标记,而处于其他时期的细胞则不带标记。然后找出正处于有丝分裂的分裂期细胞并计时(图3)。

故知:①a点,首次出现放射性标记,之前这段时间为G2期。理由:处于DNA复制最后阶段的细胞3最先进入分裂期,从而出现带标记的M期细胞,此细胞3经过的时间为G2(oa)。

②a点后,至b点,从最先开始出现放射性标记(0%)到放射性标记达到最高峰(100%),这段时间为M期。理由:后续的部分细胞相继进入了分裂期,到原处于DNA复制期最后阶段的细胞3完成有丝分裂时,分裂期各时刻都有了细胞,故放射性标记开始达到最高峰(100%)。此细胞3经过的时间为G2+M(ob),故ab=ob-oa=G2+M-G2=M。

③b到c,放射性标记持续为最高峰(100%),ac段时间为S期。理由:放射性标记开始达到最高峰(100%)时,还有部分后续的细胞没有进入分裂期,故100%的最高峰可以持续一段时间。当原处于DNA复制最先时期的细胞1开始进入分裂期时,最高峰结束,此细胞1经过的时间为S+G2(oc),故ac=oc-oa=S+G2-G2=S。

④c到d,即放射性标记由最高峰(100%)逐渐减少,直至为0。此时,原处于DNA复制最先时期的细胞1完成有丝分裂,不再有本周期的细胞带标记。此细胞1经过的时间为S+G2+M(od),cd=od-oc=(S+G2+M)-(S+G2)=M。

 

⑤到e点时,第二周期的细胞开始出现标记,即原处于DNA复制期最后阶段的细胞3再次进入分裂期,经历的时间为一个细胞周期(一个周期的分裂开始到下一周期的分裂开始,即分裂开始到分裂开始,总时间与一个完整周期(即一次分裂结束到下一次分裂结束)相同),即ae。也可运算:

oe=G2+M+G1+S+G2,而oa=G2,故ae=oe-oa=(G2+M+G1+S+G2)-G2=G1+G2+S+M

也可分析:因为:ac=S,cd=M,de=oe-od=(G2+M+G1+S+G2)-(S+G2+M)=G1+G2

所以:ae=ac+cd+de=S+M+(G1+G2)=G1+G2+S+M。

全部过程轨迹图示如图9所示。

后记:由解析过程可知,本题作为一道难度系数较大的竞赛题或者高考压轴题,确实名副其实:考查了高中生物的难点和热点——细胞周期和同位素标记法,还在此基础上进行了拓广和加深——进一步以信息的形式考察细胞分裂间期的分段。但是,如果教师有了雄厚的基础知识,充分利用题目信息,借用轨迹模型的方法,却可以化繁为简,令学生一目了然。

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