关于细胞周期测定问题的解答.pdf

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1、关于细胞周期测定问题的解答关于细胞周期测定问题的解答细胞周期的研究是细胞生物学的重要研究课题， 在某些工作中，如对于肿瘤的研究等也常会涉及到细胞周期长短的测定。因此，在近几年的高考及各地的竞赛试题中， 时常会出现与细胞周期测定相关的试题。现将细胞周期测定的基本方法和相关问题的解答方法作一梳理，供高考复习参考。测定细胞周期时间的基本原理是选择细胞周期中有变化规律的物质作标记，通过观察这些标记物在细胞周期中的变化，间接计算细胞周期及各时相的时间。一、标记有丝分裂比率法标记有丝分裂比率法（PLM）是最经典的测定细胞周期各时相时间的方法。其实验过程是：利用 3H-TDR（TDR：胸腺嘧啶核苷）短暂的脉

2、冲标记待测细胞群体，然后洗脱标记物，置换新鲜培养液继续培养。随后，每隔半小时或一小时定期取样，进行细胞放射自显影，以 M 期的 3H-TDR 标记指数为指标，测定有丝分裂细胞中已被标记的细胞比率，根据该比率变化发生的时间，计算细胞周期及各时相的时间。结果分析方法如下： （1）当脉冲标记后，因 3H-TDR 只掺入到 S 期细胞中，在该段时间内已处于 S 期的细胞被标记，处于其他时期的细胞均无标记。由于 S期细胞经 G2 期才进入 M 期，所以一段时间内标记有丝分裂百分数为 0（图 1） 。培养一定时间后，被标记的细胞将陆续进入M 期。最先进入M 期的标记细胞是原来处于 S 期最后阶段的细胞，所

3、以从 3H-TDR 掺入时起，到开始出现被标记的M期细胞， 就是S期细胞经过G2期到达M期的时间， 即为G2期的时间 （TG2） 。（2）随着S 期细胞逐渐进入 M 期，标记有丝分裂百分数逐渐上升，到达最高点时，说明原处于 S 期最后阶段的细胞已完成 M 期，进入 G1 期。所以从开始出现标记的 M 期细胞到标记有丝分裂百分数达到最大值之间所经历的时间为 M 期的时间（TM） 。 （3）由于 S 期的持续时间长于 M 期，所以标记有丝分裂比率的高峰要维持一定时间，直到处于 S 期最初阶段的细胞进入 M 期为止。当标记有丝分裂比率开始下降时，表明紧跟 S 期细胞后面的 G1 期细胞开始进入 M

4、期，所以从开始出现标记的 M 期细胞到标记的有丝分裂比率开始下降的时间间隔为S 期的时间（TS） 。 （4）当 S 期标记细胞经过一个细胞周期再次进入下一个细胞周期的 M 期时，又重复前一个循环的过程。第一次出现标记细胞和第二次出现标记细胞之间所持续的时间间隔为细胞周期时间（TC） 。G1 期的时间（TG1）可由 TC（TS+TG2+TM）算出。也可采用 BrdU 取代 3H-TDR 标记细胞，检测被标记的细胞可用抗 BrdU 抗体作免疫细胞化学染色。_二、流式细胞技术测定细胞周期流式细胞技术的基本原理是细胞经 DNA 特异性荧光染色后，被分离的单个细胞逐个通过流式细胞仪的荧光探测装置，记录每

5、个细胞的荧光强度。由于每个细胞结合的染料与 DNA 含量成正比，所以每个细胞受激发后发射的特异性荧光强度与它的 DNA 含量成正比。由于 G1 期细胞的 DNA 含量为 2C，G2 和 M 期细胞 DNA 含量为 4C，S 期细胞的 DNA 含量为 24C，因此可以根据 DNA 含量的不同分选出处于不同时相的细胞，然后通过统计算出细胞各时相所占的百分比，从而确定细胞周期的时间长短。三、相关试题的解答方法关于细胞周期测定问题的解答，下面以实例说明之。例 1 在某生物细胞培养液中加入用 3H 标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸，短暂培养一段时间后，洗去3H 标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸。使在该段时间内已处于DN

6、A 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，找出正处于有丝分裂的分裂期细胞， 计算其中带 3H 标记的细胞占有丝分裂细胞的百分数。 得到图 2 （图甲图丁中横轴为时间，纵轴为带标记细胞占总细胞数的百分数） ：（1）图乙中 a 点开始检测到_ 带 3H 标记分裂期细胞，则 Oa 为_期，理由是：_ 。（2）图乙中 b 点带 3H 标记分裂期细胞数开始达到最大值，则 ab 段表示_ 期，理由是：_ 。（3） 图丙中 c 点时， 带标记的细胞百分数开始下降， 则 ac 段表示_ 期。（4）此后，带标记的分裂期细胞数逐渐

7、减少，直到消失，到第二次出现带有标记的细胞数时为图表中 e 点，则一个完整的细胞周期为：_解析： S 期细胞经 G2 期进入 M 期； 最先进入 M 期的标记细胞是原来处于 S期最后阶段的细胞，所以从 3H-TDR 掺入时起，到开始出现被标记的 M 期细胞，就是 G2 期的时间。从开始出现标记的 M 期细胞到标记有丝分裂百分数达到最大值，说明原处于S 期最后阶段的细胞已完成 M 期，所经历的时间为M 期的时间。由于 S 期的持续时间长于 M 期，所以标记有丝分裂比率的高峰要维持一定时间，从开始出现标记的 M 期细胞到标记的有丝分裂比率开始下降的时间间隔为 S 期的时间。 而第一次出现标记细胞和

8、第二次出现标记细胞之间的时间间隔为细胞周期时间。答案： （1）G2，理由是：处于DNA 复制最后阶段的细胞最先经G2 期成为分裂期细胞； （2）分裂期，理由是：a 点后，原处于 DNA 复制期最后阶段的细胞完成有丝分裂； （3）S； （4）ae。例 2 在研究细胞周期时，可以用 BrdU 进行标记。将细胞置于含有 BrdU的某种培养基中培养，当细胞的 DNA 复制时，BrdU 可替代胸腺嘧啶脱氧核苷酸掺入到 DNA 的子链中。将处于不同细胞周期的中期细胞进行常规制片，经特殊染色后，在显微镜下观察每条染色体的姐妹染色单体的着色情况。由于掺入BrdU 的情况不同，着色的深浅也不同：在染色单体中，若

9、 DNA 只有一条单链掺有 BrdU，则着色深；若 DNA 的两条单链都掺有 BrdU，使 DNA 双链螺旋程度降低，从而着色浅。请分析回答：（1）若观察到置于含有 BrdU 的某种培养基中培养的细胞中所有染色体上的两条姐妹染色单体着色深，则该细胞正处于第 个细胞周期的中期。（2）若细胞中的所有染色体上的两条姐妹染色单体一条着色深、一条着色浅，则该细胞正处于第个细胞周期的中期。判断的理由是 。（3）科学研究表明，在细胞周期中，染色体的两条姐妹染色单体之间可能发生部分交换。若用显微镜观察，如何判断姐妹染色单体已发生了部分交换？答:_。解析： （1）着色深说明DNA 只有一条单链掺有 BrdU，即

10、DNA 只经过一次复制， 细胞处于第一个细胞周期。（2） 第一次分裂产生的 DNA 一条链掺有 BrdU，一条链没有 BrdU，以这两条链分别为模板，在含有 BrdU 的培养基中进行第二次复制，结果子代一个DNA 的两条链都掺有 BrdU，另一个DNA 的一条链掺有BrdU，一条链没有 BrdU，使细胞中的所有染色体上的两条姐妹染色单体一条着色深、一条着色浅。 （3）如果染色体的两条姐妹染色单体之间发生了部分交换，用显微镜观察时会发现同一条染色单体的着色深浅会不一样。答案： (1)一；(2)二，理由是这时细胞内的所有染色体中，一条染色单体的DNA 分子只有一条单链含有 BrdU，另一条染色单体

11、的 DNA 分子则两条单链都含有 BrdU； （3）染色体上着色深的染色单体中含有着色浅的染色单体片段， 着色浅的染色单体中含有着色深的染色单体片段。例 3 细胞周期包括分裂间期（分为 G1 期、S 期和 G2 期）和分裂期（M期） 。图3 标注了甲动物（体细胞染色体数为 12）肠上皮细胞的细胞周期各阶段的时长及 DNA 含量。请回答下列问题：（1）若用含放射性同位素的胸苷（DNA 复制的原料之一）短期培养甲动物肠上皮细胞后，处于 S 期的细胞都会被标记。洗脱含放射性同位素的胸苷，换用无放射性的新鲜培养液培养，定期检测。预计最快约_h 后会检测到被标记的 M 期细胞。（2）从被标记的 M 期细

12、胞开始出现到其所占 M 期细胞总数的比例达到最大值时，所经历的时间为 期的时间，处于该期的一个细胞中染色体数目的变化情况是_。（3）若向甲动物肠上皮细胞培养液中加入过量胸苷，处于 S 期的细胞立刻被抑制， 而处于其他时期的细胞不受影响。 预计加入过量胸苷约_h 后，细胞都将停留在 S 期。（4）乙动物肠上皮细胞的细胞周期时长为 24h，M 期时长为 l.9h。若要在显微镜下观察细胞有丝分裂过程中染色体形态的变化，选用_（填“甲”或“乙”）动物肠上皮细胞更合适。解析和答案： （1）S 期最后阶段的细胞经 G2 期后最先变为 M 期细胞，故检测到被标记的 M 期细胞最短时间为 G2 期，即 2.2

13、h。 （2）被标记的细胞从 M 期开始出现，到其所占 M 期细胞总数比例达到最大值后，变为间期细胞，故经历的时间即为 M 期时间。 （3）刚结束 S 期的细胞，经过 G2、M、G1 期后再次到达 S 期时会受到抑制，经历时间共为 7.4h，其他各期细胞到达 S 期的时间均短于该时间。 （4）观察染色体形态变化主要是观察分裂期的细胞，而分裂期细胞的多少与其所占细胞周期的时间比例呈正相关。甲、乙动物肠上皮细胞分裂期所占时间分别约为 12%、8%，因此选甲动物作为观察材料。答案： （1）2.2； （2）M122412； （3）7.4； （4）甲。例 4 细胞增殖过程中 DNA 含量会发生变化。通过测

14、定一定数量细胞的DNA 含量，可分析其细胞周期。根据细胞 DNA 含量不同，将某种连续增殖的细胞株细胞分为三组，每组的细胞数如图 4。从图中所示结果分析其细胞周期，不正确的是：A. 乙组细胞正在进行 DNA 复制B. 细胞分裂间期的时间比分裂增长C. 丙组中只有部分细胞的染色体数目加倍D. 将周期阻断在 DNA 复制前会导致甲组细胞数减少解析和答案：乙组中 DNA 含量从 2C 达到了 4C，反映了细胞中 DNA 的复制过程，即S 期。甲组细胞DNA 含量为 2C，是G1 期，处于甲组和乙组状态的细胞较多，说明间期较长。丙组细胞 DNA 含量为 4C，说明已完成 DNA 复制，为 G2 期和

15、M 期细胞，但染色体数目加倍只发生在有丝分裂后期，所以丙组中只有部分细胞染色体数目加倍。如果将 DNA 的复制阻断，则会导致甲组细胞数增多，而乙、丙细胞数相对减少。答案：D。例 5 科学家在研究蚕豆根尖分生区细胞的有丝分裂周期时， 分别用放射性同位素 15N 标记胸腺嘧啶脱氧核苷酸（15N-TdR） ，用 32P 标记尿嘧啶核苷酸（32P-UdR） ，把两种核苷酸被细胞利用的速率绘成曲线如图 5 所示。已知蚕豆根尖细胞有丝分裂周期为 20h。下列对结果的分析，不正确的是：A. b 点时，细胞正在大量合成 RNAB. d 点时，细胞中 DNA 含量达到最大值C. ce 段，细胞最容易发生基因突变D. 蚕豆根尖细胞有丝分裂周期中，分裂期时间不超过 6h解析和答案：b 点时，对 32P-UdR 的利用率最高，说明细胞正在大量合成RNA；d 点时，DNA 复制速度最快，DNA 的复制到 e 点结束，e 点时 DNA 的含量才达到最大值；基因突变发生在 DNA 复制过程中，ce 段正是 DNA 复制的阶段；蚕豆根尖细胞有丝分裂周期为 20h，G1 期和 S 期的时间超过 14h，因此分裂期时间不超过 6h。答案：B。