下图表示某生物体内细胞的分裂、分化模式图,请分析回答下列问题:
( 1)DNA 的复制发生在图中 _________ ( 填序号 ) 所示的过程中。复制的结果体现了 DNA 复制具有的 ___________ 特点。图甲和图乙所示细胞的名称是 _____________ 。
( 2)② 过程的实质是 ____________________ ,该过程 _________ ( 填 “ 会 ” 或 “ 不会 ” )导致种群基因频率的改变。图示过程 _______________ ( 填序号)可发生 _______________ 等变异,并通过 ________ 生殖方式遗传给后代,从而为生物进化提供了丰富的原材料。
( 3 )通过 ② 过程形成的四类细胞具有 ________ ( 填 “ 相同 ”、“ 不同 ” 或 “ 不完全相同 ” )的蛋白质。若某基因转录出的 mRNA 中含有 1500 个核糖核苷酸,其中有碱基 G 和 C 分别为 200 个和 400 个,则该基因经过两次复制,至少需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸 ________ 个。
①③ 半保留复制 次级精母细胞 基因的选择性表达或遗传信息的执行情况不同 不会 ③ 基因重组或染色体变异或基因突变 有性 不完全相同 2700
【分析】
根据生物体内细胞的分裂、分化模式图对比分析, ①过程表示体细胞有丝分裂,②过程表示细胞分化,由于甲、乙细胞内没有同源染色体且着丝点分裂,说明细胞处于减数第二次分裂后期,所以③过程表示减数分裂过程。对比甲、乙细胞内染色体的分布和染色体上基因的分布可知,由于着丝点分裂产生的两条子染色体上含有A和a基因,而乙细胞内都为a,推测在减数分裂过程中发生了基因突变;而乙细胞的一极含有三条子染色体,另一极只有1条子染色体,说明该细胞减数第二次分裂异常,即产生子细胞会发生了染色体数目变异 。
【详解】
( 1)DNA的复制发生在有丝分裂间期和减数第一次分裂间期,所以图中①③所示的过程中都发生了DNA复制。复制的结果体现了DNA复制具有半保留复制的特点。由于图甲和图乙都处于减数第二次分裂的后期且细胞质分裂都是均等的,所以该细胞的名称是次级精母细胞 。
( 2)②过程是细胞分化,其实质是细胞内基因选择性表达不同,该过程不会改变个体细胞内的遗传物质组成,所以不会导致种群基因频率的改变。根据前面的分析可知,图示 ③ 过程涉及有两对等位基因,所以会发生非等位基因的自由组合即基因重组 , 同时也发生过染色体变异或基因突变等变异,并通过有性生殖方式遗传给后代,从而为生物进化提供了丰富的原材料。
( 3) 通过 ②过程形成的不同种类的细胞由于选择表达的基因不完全相同,所以它们含有的蛋白质也不完全相同。根据题意:若转录产生的mRNA含有1500个核糖核苷酸,其中所含的碱基G和C分别为200个和400个,则该核酸含有碱基U+A=1500-200-400=900个,因此控制该RNA合成的一个DNA分子含有碱基A+T=900+900=1800,由A=T,则A=T=900个,该基因经过两次复制,至少需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸=(2 2 -1)×900=2700 个 。
【点睛】
解决本题关键要分清图示三个生理过程,尤其应注意分析甲、乙细胞内发生的变异:基因突变、基因重组和染色体变异三种可遗传变异都发生过。
细胞的分化及其意义:
1、细胞的分化的概念:在个体发育中,相同细胞的后代,在形态、结构和生理功能上发生稳定性差异的过程。
2、细胞分化的基础和实质
(1)分化的基础:每个细胞都含有一套与受精卵完全相同的染色体,即携带有本物种的全部遗传信息。
(2)分化的实质:是在遗传物质的控制下合成特异性蛋白质的过程,即基因的选择性表达。
3、细胞分化的过程
(1)从细胞水平分析:细胞形态、结构和功能改变的结果。
(2)从亚显微结构水平分析:细胞器的数目及细胞质基质成分和功能改变的结果。
(3)从分子水平分析
①蛋白质角度:蛋白质种类、数量、功能改变的结果。
②基因角度:基因选择性表达的结果,这是细胞分化的根本原因。
4、细胞分化的特点
(1)持久性:细胞分化贯穿于生物体整个生命历程中,在胚胎期达到最大限度。
(2)不可逆性:一般来说,分化了的细胞将一直保持分化后的状态,直到死亡。
(3)普遍性:是生物界中普遍存在的生命现象,是生物个体发育的基础。
(4)遗传物质不变性:细胞分化是伴随着细胞分裂进行的,亲代与子代细胞的形态、结构或功能发生改变,但细胞内的遗传物质却不变。
5、细胞分化的结果:形成形态、结构和功能不同的组织和器官。
6、细胞分化的意义
(1)细胞分化是生物界普遍存在的生命现象,是生物个体发育的基础。
(2)细胞分化使多细胞生物体内的细胞趋向专门化,有利于提高各种生物功能的效率。
细胞增殖与细胞分化的区别分析:
细胞增殖 | 细胞分化 | |
细胞变化 | 数量增多 | 细胞形态、结构、生埋功能发生了稳定性差异,且这种差异是不可逆转的 |
发生时间 | 从受精卵开始,有些部位的细胞终生保持分裂能力,有的细胞发育到一定时期停止分裂 | 持久性变化,胚胎时期达最大限度 |
在个体发育中的意义 | 保持了亲代和子代间遗传物质的稳定性 | 没有细胞分化,生物体不能进行正常发育 |
细胞分化 | 细胞全能性 | |
原理 | 细胞内基因的选择性表达 | 含本物种全套遗传物质 |
特点 | 持久性、不可逆性、普遍性 | ①高度分化的植物体细胞表达全能性需要一定的条件;②动物已分化的体细胞的全能性受到限制,但细胞核仍具有全能性 |
结果 | 形成形态、结构、生理功能不同的细胞 | 形成新个体 |
大小比较 | 细胞分化程度有高低之分,如体细胞>生殖细胞>受精卵 | 细胞全能性有大小之分,如受精卵>生殖细胞>体细胞 |
关系 | ①两者的遗传物质都不发生变化 ②细胞的分化程度越高,全能性越小 |
知识点拨:
1、过程:受精卵→增殖为多细胞→分化为组织、器官、系统→发育为生物体
2、细胞分化程度由高至低的顺序是神经组织干细胞、骨髓造血干细胞、胚胎干细胞;造血干细胞还有可能分化成为其他组织的细胞,说明动物细胞也可能具有全能性,因为每个细胞都是由受精卵发育而来的,都具有全套的遗传物质。人们对干细胞的研究,可以对某些疾病进行治疗,可以进行医学上的组织修复,还可以帮助人们了解细胞的分化机制。
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