資源簡介

中小學教育資源及組卷應用平臺
人教(2019)生物必修2（知識點+跟蹤檢測）
第6講 DNA分子的結構、復制與基因的本質
【課標導航】
3.1.2　概述DNA分子是由四種脫氧核苷酸構成的，通常由兩條堿基互補配對的反向平行長鏈形成雙螺旋結構，堿基的排列順序編碼了遺傳信息
3．1.3　概述DNA分子通過半保留方式進行復制
一、DNA分子的結構及特性
1．DNA分子結構的建立者及DNA的組成
(1)DNA雙螺旋模型構建者：沃森和克里克。
(2)圖解DNA分子結構
2．DNA分子的特性
(1)相對穩定性：DNA分子中磷酸和脫氧核糖交替連接的方式不變，兩條鏈間堿基互補配對的方式不變。
(2)多樣性：不同的DNA分子中脫氧核苷酸數目不同，排列順序多種多樣。若某DNA分子中有n個堿基對，則排列順序有4n種。
(3)特異性：每種DNA分子都有區別于其他DNA分子的特定的堿基對排列順序，代表了特定的遺傳信息。
二、DNA的復制及基因的本質
1．DNA的復制
2．染色體、DNA、基因和脫氧核苷酸的關系
[基礎微點練清]
1．判斷正誤
(1)DNA的兩條單鏈不僅堿基數量相等，而且都有A、T、G、C四種堿基[新人教版必修2 P52“概念檢測”T1(1)](×)
(2)DNA復制和染色體復制是分別獨立進行的(×)
[新人教版必修2 P56“概念檢測”T1(1)]
(3)基因通常是有遺傳效應的DNA片段(√)
(4)DNA有氫鍵，RNA沒有氫鍵(×)
(5)沃森和克里克提出在DNA雙螺旋結構中嘧啶數不等于嘌呤數(×)
2．某生物體內的嘌呤堿基占堿基總數的50%，具這種特點的可能性較小的生物是(　　)
①煙草花葉病毒　②T2噬菌體　③大腸桿菌　④酵母菌和人
A．①③④　　　　　　　　 B．①②④
C．②③④ D．①②③
解析：選A　煙草花葉病毒屬于RNA病毒，只含有RNA一種核酸，因此其所含嘌呤總數與嘧啶總數不一定相同；T2噬菌體屬于DNA病毒，只含有DNA一種核酸，其所含嘌呤總數應與嘧啶總數相等；大腸桿菌含有DNA和RNA兩種核酸，因此其所含嘌呤總數與嘧啶總數不一定相同；酵母菌和人都含有DNA和RNA兩種核酸，因此其所含嘌呤總數與嘧啶總數不一定相同。
3．如圖是某同學制作的脫氧核苷酸對模型，其中正確的是(　　)
解析：選D　A圖，從五碳糖和磷酸基團的形態和位置可判斷，兩條脫氧核苷酸鏈不是反向平行的，錯誤；B圖，A與T之間的氫鍵應該是兩個而不是三個，錯誤；C圖，含氮堿基(C)與五碳糖的連接位置不對，且G與C之間有三個氫鍵，錯誤。
4．(新人教版必修2 P59“概念檢測”T1)科學研究發現，未經人工轉基因操作的番薯都含有農桿菌的部分基因，而這些基因的遺傳效應促使番薯根部發生膨大產生了可食用的部分，因此番薯被人類選育并種植。下列相關敘述錯誤的是(　　)
A．農桿菌這些特定的基因可以在番薯細胞內復制
B．農桿菌和番薯的基因都是4種堿基對的隨機排列
C．農桿菌和番薯的基因都是有遺傳效應的DNA片段
D．農桿菌這些特定的基因可能在自然條件下轉入了番薯細胞
解析：選B　農桿菌和番薯的基因都是具有遺傳效應的DNA片段，而不是隨機排列的4種堿基對。
5．科學研究發現，小鼠體內HMIGIC基因與肥胖直接相關。具有HMIGIC基因缺陷的實驗小鼠與作為對照的正常小鼠，吃同樣多的高脂肪食物，一段時間后，對照組小鼠變得十分肥胖，而具有HMIGIC基因缺陷的實驗小鼠體重仍然保持正常，說明(　　)
A．基因在DNA上 B．基因在染色體上
C．基因具有遺傳效應 D．DNA具有遺傳效應
解析：選C　正常小鼠吃高脂肪食物會變得肥胖，而具有HMIGIC基因缺陷的小鼠吃同樣多的高脂肪食物后體重仍保持正常，這說明肥胖由基因控制，從而得出基因能夠控制性狀，具有遺傳效應。
6．(新人教版必修2 P59“拓展應用”T2)我國一些城市在交通路口啟用了人臉識別技術，針對行人和非機動車闖紅燈等違規行為進行抓拍。這種技術應用的前提是每個人都具有獨一無二的面孔。為什么人群中沒有一模一樣的兩個人呢？請你從生物學的角度評述人臉識別技術的可行性。
提示：人臉識別技術的前提是每個人都有獨特的面部特征，而這些都是由基因決定的，這說明了基因的多樣性，人臉識別技術是可行的。
一、DNA分子的結構及相關計算
[試考題·查欠缺]
1．(浙江選考)某DNA片段的結構如圖所示。下列敘述正確的是(　　)
A．①表示胞嘧啶　　　　　 B．②表示腺嘌呤
C．③表示葡萄糖 D．④表示氫鍵
解析：選D　根據堿基互補配對原則可知，DNA結構中與A配對的是T，①表示胸腺嘧啶，A錯誤。與G配對的是C，②表示胞嘧啶，B錯誤。脫氧核苷酸中的單糖③表示脫氧核糖，C錯誤。④表示氫鍵，D正確。
2.(2021·重慶模擬)現已知基因M含有堿基共N個，腺嘌呤n個，具有類似如圖的平面結構，下列說法正確的是(　　)
A．基因M共有4個游離的磷酸基，1.5N－n個氫鍵
B．圖中a可以代表基因M ，基因M的等位基因m可以用b表示；a鏈含有A的比例最多為2n/N
C．基因M的雙螺旋結構中，脫氧核糖和磷脂交替排列在外側，構成基本骨架
D．基因M和它的等位基因m含有的堿基數可以不相等
解析：選D　基因M的每一條鏈有1個游離的磷酸基，因此基因M含有2個游離的磷酸基；由題意可知：基因M共含有A＋T＋G＋C＝N個堿基，其中A(腺嘌呤)＝T＝n個，則C＝G＝(N－2n)/2個，由于A—T之間有2個氫鍵，C—G之間有3個氫鍵，因此該基因中含有的氫鍵數目為2n＋3×(N－2n)/2＝1.5N－n(個)，A錯誤。基因是由兩條脫氧核苷酸鏈組成的，圖中a和b共同組成基因M，因此基因M的等位基因m不能用b表示；當基因M中含有的A都在a鏈上時，a鏈含有A的比例最多，此種情況下A占a鏈的比例為n÷(N/2) ＝2 n/N, B錯誤；基因M的雙螺旋結構中，脫氧核糖和磷酸交替連接排列在外側，構成基本骨架，C錯誤。等位基因是通過基因突變產生的，而基因突變是指基因中堿基對的增添、缺失和替換，因此基因M和它的等位基因m含有的堿基數可以不相等，D正確。
[強知能·補欠缺]
1．兩種DNA結構模型解讀
(1)由圖1可解讀以下信息
(2)圖2是圖1的簡化形式，其中①是磷酸二酯鍵，③是氫鍵。解旋酶作用于③部位，限制性核酸內切酶和DNA連接酶作用于①部位。
2．DNA分子中堿基計算的常用方法
(1)互補的兩個堿基數量相等，即A＝T，C＝G。
(2)任意兩個不互補的堿基數量之和占總堿基數的50%，即A＋G＝T＋C＝A＋C＝T＋G＝(A＋T＋C＋G)×50%，＝＝1。
(3)一條鏈中互補的兩種堿基的和等于另一條鏈中這兩種堿基的和，即A1＋T1＝A2＋T2，G1＋C1＝G2＋C2(1、2分別代表DNA分子的兩條鏈，下同)。
(4)一條鏈中互補的兩種堿基數量之和占該單鏈堿基數的比例等于DNA分子兩條鏈中這兩種堿基數量之和占總堿基數的比例，即
＝＝，
＝＝。
(5)一條鏈中兩種不互補堿基之和的比值，與另一條鏈中該比值互為倒數，即若一條鏈中(或)＝K，則另一條鏈中(或)＝。
[練題點·全過關]
1．用卡片構建DNA平面結構模型，所提供的卡片類型和數量如下表所示，以下說法正確的是(　　)
卡片類型 脫氧核糖 磷酸 堿基
A T G C
卡片數量 10 10 2 3 3 2
A．最多可構建4種脫氧核苷酸，5個脫氧核苷酸對
B．構成的雙鏈DNA片段最多有10個氫鍵
C．DNA中每個脫氧核糖均與1分子磷酸相連
D．最多可構建44種不同堿基序列的DNA
解析：選B　根據表格數據可知，代表脫氧核糖、磷酸和含氮堿基的卡片數分別都是10，所以最多可構建10個脫氧核苷酸，根據堿基種類可推知最多構建4種脫氧核苷酸，4個脫氧核苷酸對；構成的雙鏈DNA片段中可含2個A—T堿基對和2個G—C堿基對，故最多可含有氫鍵數＝2×2＋2×3＝10(個)；DNA分子結構中，與脫氧核糖直接連接的一般是2個磷酸，但最末端的脫氧核糖只連接1個磷酸；堿基序列要達到44種，每種堿基對的數量至少要有4個。
2．如圖為真核細胞內某基因片段的結構示意圖，該基因全部堿基中C占30%，下列說法正確的是(　　)
A．DNA解旋酶作用于①②兩處
B．該基因的一條鏈中(C＋G)/(A＋T)＝3∶2
C．該基因的一條鏈中相鄰的A與T通過氫鍵相連
D．該基因片段中有4個游離的磷酸基團
解析：選B　DNA解旋酶作用于堿基對間的②氫鍵，①是磷酸二酯鍵；基因的一條鏈中相鄰的A與T通過“—脫氧核糖—磷酸—脫氧核糖—”相連；該基因片段中有2個游離的磷酸基團；該雙鏈DNA中C和G均占堿基總數的30%，A和T均占堿基總數的20%。
3．(2021·三明月考)用15N標記含有100個堿基對的DNA分子片段，該DNA分子堿基間的氫鍵共有260個，在含14N的培養基中連續復制多次后共消耗游離的嘌呤類脫氧核苷酸1 500個。下列敘述正確的是(　　)
A．該DNA片段中共有腺嘌呤60個，復制多次后含有14N的DNA分子占7/8
B．若一條鏈中(A＋G)/(T＋C)<1，則其互補鏈中該比值也小于1
C．若一條鏈中A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，則其互補鏈中該比例為4∶3∶2∶1
D．該DNA分子經復制后產生了16個DNA分子
解析：選D　假設該DNA分子片段中A＝T＝x，則C＝G＝100－x,2x＋3(100－x)＝260，得x＝40。該DNA分子片段中嘌呤總數是堿基總數的一半，即100個，假設DNA分子復制了n次，則100×(2n－1)＝1 500，n＝4。所以該DNA片段中共有腺嘌呤40個，共復制4次，根據半保留復制特點，子代含有14N的DNA分子占100%，A錯誤；若一條鏈中(A＋G)/(T＋C)<1，根據堿基互補配對原則，其互補鏈中該比例為其倒數，應該大于1，B錯誤；若一條鏈中A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，根據堿基互補配對原則，其互補鏈中該比例為2∶1∶4∶3，C錯誤；根據前面的分析計算可知，該DNA共復制4次，因此經復制后產生了24＝16個DNA分子，D正確。
二、DNA分子的復制及相關計算
[試考題·查欠缺]
1．(海南高考)現有DNA分子的兩條單鏈均只含有14N(表示為14N14N)的大腸桿菌，若將該大腸桿菌在含有15N的培養基中繁殖兩代，再轉到含有14N 的培養基中繁殖一代，則理論上 DNA 分子的組成類型和比例分別是(　　)
A．有 15N14N 和 14N14N 兩種，其比例為 1∶3
B．有 15N15N 和 14N14N 兩種，其比例為 1∶1
C．有 15N15N 和 14N14N 兩種，其比例為 3∶1
D．有 15N14N 和 14N14N 兩種，其比例為 3∶1
解析：選D　只含有14N的大腸桿菌在含有 15N 的培養基中繁殖兩代，形成4個DNA，其中2個DNA為15N14N，另外2個DNA為15N15N。再轉到含有 14N 的培養基中繁殖一代，DNA為15N14N的大腸桿菌形成的子代DNA中，一個DNA為15N14N，另外1個DNA為 14N14N；而DNA為 15N15N的大腸桿菌形成的2個子代DNA都為 15N14N；因此理論上 DNA 分子的組成類型有 15N14N 和 14N14N 兩種，其比例為 3∶1。
2．(2021·青島模擬)羥胺可使胞嘧啶轉化為羥化胞嘧啶而與腺嘌呤配對，假如一個精原細胞在進行DNA復制時，一個DNA分子的兩個胞嘧啶堿基發生羥化，不可能出現的現象是(　　)
A．減數分裂產生的四個精子中，兩個精子的DNA序列改變，兩個沒有改變
B．產生的初級精母細胞中可能有四條姐妹染色單體含有羥化胞嘧啶
C．DNA序列發生改變的精子與正常卵細胞結合并發育成具有突變性狀的個體
D．DNA序列發生改變的精子與正常卵細胞結合發育成的個體沒有發生性狀的改變
解析：選B　一個精原細胞在進行DNA復制時，一個DNA分子的兩個胞嘧啶堿基發生羥化，若這兩個羥化的胞嘧啶位于DNA分子的一條鏈上，依據半保留復制和減數分裂過程，初級精母細胞一對同源染色體的四個DNA分子中，會有兩個DNA序列改變，所以減數分裂產生的四個精子中，兩個精子的DNA序列改變，兩個沒有改變，A正確；產生的初級精母細胞中可能有一條或兩條姐妹染色單體含有羥化胞嘧啶，不可能含有四條姐妹染色單體含有羥化胞嘧啶，B錯誤；由于基因突變不一定引起生物性狀的改變，所以DNA序列發生改變的精子和正常卵細胞結合可能發育成具有突變性狀的個體(即出現新的性狀)，也可能發育成沒有突變性狀的個體，C、D正確。
[強知能·補欠缺]
1．有關DNA復制的五個問題
(1)復制的場所：主要場所是細胞核，但在擬核、線粒體、葉綠體、細胞質基質(如質粒)中也可進行DNA復制。
(2)外界條件對DNA復制的影響：在DNA復制的過程中，需要酶的催化和ATP供能，凡是影響酶活性的因素和影響細胞呼吸的因素，都會影響DNA的復制。
(3)復制方式：半保留復制。新合成的每個DNA分子中，都保留了原來DNA分子中的一條鏈(模板鏈)。
(4)過程特點：邊解旋邊復制；多點解旋和復制。
(5)DNA復制的準確性
①一般情況下，DNA分子能準確地進行復制。原因是：DNA具有獨特的雙螺旋結構，能為復制提供精確的模板；通過堿基互補配對，保證了復制能夠準確地進行。
②在特殊情況下，在外界因素和生物內部因素的作用下，可能造成堿基配對發生差錯，引發基因突變。
2．DNA半保留復制的相關計算方法
(1)將一個被15N標記的DNA分子放入含14N的培養基中連續培養n代，其后代DNA分子的情況分析如下：
復制代數 —15N ----14N DNA分子
分子數 只含15N 只含14N 含15N 含14N
親代 | | 1 1 0 1 0
1 |┆ ┆| 2 0 0 2 2
2 |┆┆┆┆┆┆| 4 0 2 2 4
n |┆┆┆…┆┆┆| 2n 0 2n－2 2 2n
規律 繁殖n代后，含15N的DNA分子只有2個；所有子代DNA分子中都有含14N的單鏈；含15N的DNA分子占全部DNA分子的比為2/2n＝1/2n－1
(2)DNA復制過程中消耗的脫氧核苷酸數的計算(設某雙鏈DNA分子中含某種堿基a個)：
圖示
解讀 復制的結果是形成兩個一樣的DNA分子，所以一個DNA分子復制n次后，得到的DNA分子數為2n個，復制(n－1)次后得到的DNA分子數為2n－1(個)。第n次復制增加的DNA分子數為2n－2n－1＝2n－1(個)，需要含該堿基的脫氧核苷酸數為a·2n－1(個)
[練題點·全過關]
1．下列有關雙鏈DNA的結構和復制的敘述，正確的是(　　)
A．DNA分子復制需要模板、原料、酶和ATP等條件
B．DNA分子中每個脫氧核糖均連接著兩個磷酸基團
C．DNA分子一條鏈上相鄰的堿基通過氫鍵連接
D．復制后產生的兩個子代DNA分子共含有2個游離的磷酸基團
解析：選A　DNA分子復制需要模板(DNA分子的兩條鏈)、原料(四種游離的脫氧核苷酸)、酶(解旋酶、DNA聚合酶等)和ATP等條件，A正確；DNA分子中每個脫氧核糖連接一個或兩個磷酸基團，B錯誤；DNA分子一條鏈上相鄰的堿基通過“—脫氧核糖—磷酸—脫氧核糖—”連接，C錯誤；復制后產生的兩個子代DNA分子共含有4個游離的磷酸基團(每個DNA分子含有2個游離的磷酸基團)，D錯誤。
2．用15N標記細菌的DNA分子，再將其置于含14N的培養基中連續繁殖四代，a、b、c 為三種DNA分子：a只含15N，b同時含14N和15N，c只含14N，則如圖所示這三種DNA 分子的比例正確的是(　　)
解析：選D　根據題意分析可知：用15N同位素標記細菌的DNA分子，再將它們放入含14N的培養基上連續繁殖四代，共形成24＝16個DNA分子。由于用15N同位素標記細菌的DNA分子只有兩條鏈，又DNA復制方式為半保留復制，所以在子代的16個DNA分子中，含15N的DNA分子為兩個，但只含15N的DNA分子為0；同時含15N和14N的DNA分子為兩個；只含14N的DNA分子為16－2＝14(個)。
3.某長度為1 000個堿基對的雙鏈環狀DNA分子。其中含腺嘌呤300個。該DNA分子復制時，1鏈首先被斷開形成3′、5′端口，接著5′端與2鏈發生分離，隨后DNA分子以2鏈為模板，通過滾動從1鏈的3′端開始延伸子鏈，同時還以分離出來的5′端單鏈為模板合成另一條子鏈，其過程如圖所示。下列關于該過程的敘述正確的是(　　)
A．1鏈中的堿基數目多于2鏈
B．該過程是從兩個起點同時進行的
C．復制過程中2條鏈分別作模板，邊解旋邊復制
D．若該DNA連續復制三次，則第三次共需鳥嘌呤4 900個
解析：選C　雙鏈DNA分子的兩條鏈是嚴格按照堿基互補配對原則形成的，所以1鏈和2鏈均含1 000個堿基，兩者堿基數目相同，A錯誤；該DNA分子的復制起始于斷口處，由于只有一處斷開，故只有一個復制起點，B錯誤；根據題意，斷開后兩條鏈分別作模板，邊解旋邊復制，C正確；根據堿基互補配對原則(A＝T、G＝C)，DNA分子含腺嘌呤300個，所以胸腺嘧啶也為300個，則胞嘧啶和鳥嘌呤均為700個，在第三次復制過程中，DNA分子數由4個增加到8個，即第三次新合成4個DNA分子，故共需鳥嘌呤700×4＝2 800(個)，D錯誤。
一、科學探究——DNA半保留復制的實驗分析
1．實驗方法：同位素示蹤技術和離心技術。
2．實驗原理：含15N的雙鏈DNA密度大，含14N的雙鏈DNA密度小，一條鏈含14N、一條鏈含15N的雙鏈DNA密度居中。
3．實驗假設：DNA以半保留的方式復制。
4．實驗預期：離心后應出現3條DNA帶。
(1)重帶(密度最大)：兩條鏈都為15N標記的親代雙鏈DNA。
(2)中帶(密度居中)：一條鏈為14N標記，另一條鏈為15N標記的子代雙鏈DNA。
(3)輕帶(密度最小)：兩條鏈都為14N標記的子代雙鏈DNA。
5．實驗過程
6．過程分析
(1)立即取出，提取DNA→離心→全部重帶。
(2)繁殖一代后取出，提取DNA→離心→全部中帶。
(3)繁殖兩代后取出，提取DNA→離心→1/2輕帶、1/2中帶。
7．實驗結論：DNA的復制是以半保留方式進行的。
[典例]　(2021·江西金太陽聯考)科學家以大腸桿菌為實驗材料
進行實驗(如圖所示)，證實了DNA是以半保留方式復制的。試管②、③、④、⑤是模擬可能出現的結果。
培養條件與實驗方法：
(1)將大腸桿菌在含15N的培養液中培養若干代，使其DNA雙鏈均被15N標記(試管①)。
(2)轉至含14N的培養液中培養，每30 min繁殖一代。
(3)取出每代DNA樣本，并離心分層。
下列相關推論正確的是(　　)
A．該實驗中運用了同位素標記法，出現試管④的結果至少需要90 min
B．試管③是轉入含14N的培養液中復制一代的結果，試管②是復制兩代的結果
C．試管③④的結果對得到DNA以半保留方式復制結論起關鍵作用
D．若在試管④中加入解旋酶，一段時間后離心出現的結果如試管⑤所示
[解析]　根據DNA半保留復制的特點，轉入含14N的培養液中復制兩代后所得DNA分子中，一半是兩條鏈均含14N，另一半是一條鏈含15N，另一條鏈含14N，離心后分布在中帶和輕帶，即試管④的結果，而大腸桿菌每30 min繁殖一代，因此出現試管④的結果至少需要60 min，A錯誤；已知親代DNA的兩條鏈均被15N標記，根據DNA半保留復制的特點，親代DNA在含14N的培養液中復制一代的結果如試管③所示，即轉入含14N的培養液中復制一代后所得DNA分子都是一條鏈含15N，另一條鏈含14N，離心后都分布在中帶，復制兩代的結果如試管④所示，B錯誤；結合上述分析可知，試管③④的結果對得到DNA以半保留方式復制結論起關鍵作用，C正確；試管④中有中帶，說明其中的DNA分子含有15N，經解旋酶處理后應出現重帶，而試管⑤中全為輕帶，D錯誤。
[答案]　C
[素養訓練]
1．(2021·廈門一模)下圖表示利用大腸桿菌探究DNA復制方式的實驗，下列敘述正確的是(　　)
A．可用噬菌體代替大腸桿菌進行上述實驗
B．可用(NH4)SO4、(NH4)SO4分別代替15NH4Cl、14NH4Cl進行上述實驗
C．試管③中b帶的DNA的兩條鏈均含有14N
D．僅比較試管②和③的結果不能證明DNA復制方式為半保留復制
解析：選D　噬菌體是病毒，不能用普通培養基培養，因此不能用噬菌體代替大腸桿菌進行上述實驗，A錯誤；S不是DNA的特征元素，因此不能用含有標記S的化合物代替15NH4Cl、14NH4Cl 進行上述實驗，B錯誤；試管③中a帶的DNA的兩條鏈均含有14N，而b帶的DNA的一條鏈含有14N、一條鏈含有15N，C錯誤；僅比較試管②和③的結果不能證明DNA復制方式為半保留復制，D正確。
2．如圖表示采用同位素示蹤技術和離心處理來探究DNA復制方式的過程圖解，下列說法錯誤的是(　　)
A．圖中輕帶表示14N/14N的DNA分子
B．本實驗證明DNA的復制方式為半保留復制
C．若將DNA雙鏈分開來離心，則b、c兩組實驗結果都是得到兩個條帶
D．細菌繁殖四代后取樣提取DNA離心后的條帶類型及數量與繁殖兩代后的提取離心結果不同
解析：選D　由于15N與14N的原子量不同，形成DNA的相對質量不同，因此圖中輕帶表示14N/14N的DNA分子，A正確；本實驗證明DNA的復制方式為半保留復制，B正確；若將DNA雙鏈分開來離心，則b、c兩組實驗結果都是得到兩個條帶，即15N的單鏈一個條帶，14N的單鏈一個條帶，C正確；細菌繁殖四代后取樣提取DNA離心后的條帶類型與繁殖兩代后的提取離心結果相同，均為中帶和輕帶，D錯誤。
二、科學思維——細胞分裂過程中的染色體和DNA標記問題
[思維建模]
1．DNA分子復制后DNA存在位置與去向
(1)2個子DNA位置：當1個DNA分子復制后形成2個新DNA分子后，這2個子DNA恰位于兩條姐妹染色單體上，且由著絲點連在一起。(如圖所示)
(2)子DNA去向：在有絲分裂后期或減數第二次分裂后期，當著絲點分裂時，兩條姐妹染色單體分開，分別移向細胞兩極，此時子DNA隨染色單體分開而分開。
2．有絲分裂中染色體標記情況
(1)過程圖解(一般只研究一條染色體)：
復制一次(母鏈標記，培養液不含標記同位素)：
轉至不含放射性培養液中再培養一個細胞周期：
(2)規律總結：若只復制一次，產生的子染色體都帶有標記；若復制兩次，產生的子染色體只有一半帶有標記。
3．減數分裂中染色體標記情況分析
(1)過程圖解：減數分裂一般選取一對同源染色體為研究對象，如下圖(母鏈標記，培養液不含標記同位素)：
(2)規律總結：由于減數分裂沒有細胞周期，DNA只復制一次，因此產生的子染色體都帶有標記。
[典例]　(2021·西安調研)用32P標記某植物體細胞(含12條染色體)的DNA分子雙鏈，再將這些細胞轉入不含32P的培養基中培養，在第二次細胞分裂的中期一個細胞中染色體攜帶32P標記的情況是(　　)
A．帶有32P標記的DNA分子數與染色體數相同
B．帶有32P標記的染色體有6條
C．每條染色體的兩條姐妹染色單體均帶有32P標記
D．每條染色體中帶有32P標記的DNA單鏈為0條或1條
[解析]　依題意和DNA分子的半保留復制，在第一次有絲分裂結束后，每個子細胞中含有的12條染色體，每條染色體上所含有的雙鏈DNA分子中只有一條鏈被32P標記；在第二次有絲分裂的間期DNA分子完成復制后，每條染色體含2個DNA分子，這2個DNA分子分別位于組成該染色體的2條姐妹染色單體上，其中只有一條染色單體上的DNA被32P標記，所以有絲分裂中期的細胞中有12條被標記的染色體，與帶有32P標記的DNA分子數相同，A正確；由A項分析可知，第二次細胞分裂中期一個細胞中，帶有32P標記的染色體有12條，每條染色體的兩條姐妹染色單體中只有一條帶有32P標記，每條染色體中帶有32P標記的DNA單鏈為1條，B、C、D錯誤。
[答案]　A
[析題用模]
1．(2021·泉州校級聯考)取小鼠(2n＝40)的1個精原細胞，誘導其在含3H標記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸培養基中完成減數分裂形成4個精子，取其中一個精子與卵細胞結合形成受精卵，然后轉入無放射性的培養基中培養至早期胚胎。下列敘述正確的是(　　)
A．減數第一次分裂前期形成10個四分體，每個四分體的DNA均被3H標記
B．減數分裂形成的每個精子中有10條染色體被3H標記，10條未被標記
C．受精卵第一次有絲分裂后期，細胞中被3H標記的染色體有20條
D．受精卵第一次有絲分裂產生的每個子細胞中被3H標記的染色體有10條
解析：選C　減數第一次分裂前期形成20個四分體，每個四分體的DNA均被3H標記，A錯誤；減數分裂形成的每個精子中20條染色體都被3H標記，B錯誤；受精卵第一次有絲分裂后期，細胞中被3H標記的染色體只有20條，C正確；受精卵第一次有絲分裂產生的每個子細胞中被3H標記的染色體有0～20條，D錯誤。
2．BrdU能替代T與A配對而滲入新合成的DNA鏈，植物根尖分生組織放在含有BrdU的培養基中，分別培養到第一、第二個細胞周期的中期。下列有關說法錯誤的是(　　)
A．1條染色體形成2條染色單體的同時，DNA也完成了復制
B．1個DNA復制2次所產生的DNA分別位于4條染色單體上
C．第一個細胞周期的中期，每條染色體均有1個DNA的2條脫氧核苷酸鏈都含BrdU
D．第二個細胞周期的中期，每條染色體均有1個DNA的1條脫氧核苷酸鏈含BrdU
解析：選C　1條染色體形成2條染色單體的同時，DNA也完成了復制，A正確；1個DNA復制2次所產生的DNA分別位于4條染色單體上，B正確；第一個細胞周期的中期，DNA分子只復制一次，根據DNA分子半保留復制特點，每條染色體上的2個DNA均有1條脫氧核苷酸鏈含BrdU，C錯誤；到第二個細胞周期的中期，DNA分子進行了2次半保留復制，每條染色體均有1個DNA的1條脫氧核苷酸鏈含BrdU，D正確。
一、選擇題
1．如圖為DNA分子片段平面圖，有關敘述正確的是(　　)
A．解旋酶作用于結構1和2之間
B．結構6可以代表核糖核苷酸
C．限制酶作用于結構5
D．結構4是鳥嘌呤脫氧核苷酸
解析：選D　解旋酶作用于氫鍵，即圖中的結構5，A錯誤；結構6代表脫氧核苷酸鏈，B錯誤；限制酶作用于磷酸二酯鍵，而不是氫鍵，C錯誤；結構4為鳥嘌呤脫氧核苷酸，是DNA分子的基本組成單位之一，D正確。
2．下列與DNA相關實驗的敘述，錯誤的是(　　)
A．用鹽酸處理口腔上皮細胞，可使其染色質中DNA與蛋白質分離
B．向含R型菌的培養基中加入S型菌的DNA，所得S型菌菌落數比R型菌的少
C．用32P標記親代噬菌體，產生的子一代噬菌體中部分具有放射性
D．DNA親子鑒定利用了DNA分子結構的特異性
解析：選D　用鹽酸處理口腔上皮細胞，可使其染色質中DNA與蛋白質分離，A正確；向含R型菌的培養基中加入S型菌的DNA，使R型菌轉化成S型菌，原理是基因重組，頻率較低，所以所得S型菌菌落數比R型菌的少，B正確；用32P標記親代噬菌體，標記的是親代噬菌體的DNA，產生的子一代噬菌體中部分具有放射性，C正確；DNA親子鑒定利用了DNA分子中堿基排列順序的特異性，分子結構都是雙螺旋結構，沒有特異性，D錯誤。
3．(2019·浙江選考)在含有BrdU的培養液中進行DNA復制時，BrdU會取代胸苷摻入到新合成的鏈中，形成BrdU標記鏈。當用某種熒光染料對復制后的染色體進行染色，發現含半標記DNA(一條鏈被標記)的染色單體發出明亮熒光，含全標記DNA(兩條鏈均被標記)的染色單體熒光被抑制(無明亮熒光)。若將一個細胞置于含BrdU的培養液中，培養到第三個細胞周期的中期進行染色并觀察。下列推測錯誤的是(　　)
A．1/2的染色體熒光被抑制
B．1/4的染色單體發出明亮熒光
C．全部DNA分子被BrdU標記
D．3/4的DNA單鏈被BrdU標記
解析：選D　DNA復制方式是半保留復制，第一次分裂結束后所有染色體的DNA分子中一條鏈不含BrdU，另外一條鏈含有BrdU；第二次分裂結束后有1/2的染色體上的DNA分子兩條鏈均含有BrdU,1/2的染色體上的DNA分子中一條鏈不含BrdU，另外一條鏈含有BrdU；到第三次有絲分裂中期，全部DNA分子被BrdU標記，所有染色體均含有姐妹染色單體，其中有1/2的染色體上的2個DNA分子的兩條鏈均含BrdU(熒光被抑制)，有1/2的染色體上的2個DNA分子中的1個DNA分子的兩條鏈中1條含BrdU、1條不含，另1個DNA分子的兩條鏈均含BrdU，所以有1/4的染色單體會發出明亮熒光，有7/8的DNA單鏈被BrdU標記。
4．(2021·泉州模擬)下列關于基因、DNA、遺傳信息和染色體的描述，正確的是(　　)
A．遺傳信息是指DNA中堿基的排列順序
B．堿基排列順序的千變萬化，構成了DNA分子的多樣性和特異性
C．不管是原核生物還是真核生物，體內所有基因的堿基總數均小于DNA分子的堿基總數
D．染色體是DNA的主要載體，每一條染色體上都只有一個DNA分子
解析：選C　基因是有遺傳效應的DNA片段，遺傳信息是指基因中堿基的排列順序，A錯誤；堿基排列順序的千變萬化構成了DNA分子的多樣性，B錯誤；基因是有遺傳效應的DNA片段，因此不管是原核生物還是真核生物，體內所有基因的堿基總數均小于DNA分子的堿基總數，C正確；染色體是DNA的主要載體，一條染色體上有1個或2個DNA分子，D錯誤。
5．(2021年1月新高考8省聯考·湖南卷)基因通常是有遺傳效應的DNA片段。下列敘述錯誤的是(　　)
A．DNA分子中的脫氧核糖和磷酸交替連接，排列在外側
B．DNA分子復制時，首先利用能量在解旋酶作用下解開雙螺旋
C．不同DNA序列經轉錄和翻譯得到不同氨基酸序列的蛋白質
D．以mRNA為模板合成具有一定氨基酸序列的蛋白質的過程稱為翻譯
解析：選C　DNA分子中的脫氧核糖和磷酸交替連接，排列在外側，構成了DNA的基本骨架，堿基排列在內側，A正確；DNA分子復制時，需要消耗能量，在解旋酶作用下解開雙鏈，B正確； 不同DNA序列，如果差別不大，轉錄后形成的mRNA序列差別也不大，由于密碼子的簡并性，翻譯后可能形成氨基酸序列相同的蛋白質，C錯誤； 以DNA的一條鏈為模板形成mRNA的過程稱為轉錄，以mRNA為模板合成具有一定氨基酸序列的蛋白質的過程稱為翻譯，D正確。
6．用3H標記胸腺嘧啶后合成脫氧核苷酸，注入真核細胞，可用于研究(　　)
A．DNA復制的場所　　　　 B．mRNA與核糖體的結合
C．分泌蛋白的運輸 D．細胞膜脂質的流動
解析：選A　胸腺嘧啶是DNA特有的堿基，所以將含3H標記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸注入真核細胞后，可以用于研究與DNA復制有關的過程，如DNA的復制場所。mRNA與核糖體的結合、分泌蛋白的運輸以及細胞膜脂質的流動，均與胸腺嘧啶無關。
7．用32P標記玉米體細胞(含20條染色體)的DNA分子雙鏈，再將這些細胞轉入不含32P的培養基中培養，讓其分裂n次，若一個細胞中的染色體總條數和被32P標記的染色體條數分別是40條和2條，則該細胞至少是處于第幾次分裂的分裂期(　　)
A．第一次　　　　　　　　　 B．第二次
C．第三次 D．第四次
解析：選C　由染色體總條數為40條可知是分裂后期，若是第一次有絲分裂后期，被32P標記的染色體條數應為40條；若是第二次有絲分裂后期，被32P標記的染色體條數應為20條；若是第三次有絲分裂后期，被32P標記的染色體條數應在0～20之間。
8．一個雙鏈均被32P標記的DNA由5 000個堿基對組成，其中腺嘌呤占20%，將其置于只含31P的環境中復制3次。下列敘述錯誤的是(　　)
A．該DNA分子中含有氫鍵的數目為1.3×104個
B．復制過程需要2.4×104個游離的胞嘧啶脫氧核苷酸
C．子代DNA分子中含32P的單鏈與含31P的單鏈之比為1∶7
D．子代DNA分子中含32P與只含31P的分子數之比為1∶3
解析：選B　該DNA分子中A－T堿基對的數目為5 000×2×20%＝2 000個，G－C堿基對的數目為5 000－2 000＝3 000個，則該DNA分子中含有的氫鍵數目為2 000×2＋3 000×3＝1.3×104(個)；該復制過程需要的胞嘧啶脫氧核苷酸數為(23－1)×3 000＝2.1×104(個)；子代中含32 P的單鏈與含31P的單鏈之比為2∶(23×2－2)＝1∶7；子代中含32P與只含31P的DNA分子數之比為2∶(23－2)＝1∶3。
9．在一個雙鏈DNA分子中，堿基總數為m，腺嘌呤堿基數為n，G與C之間形成3個氫鍵，A與T之間形成2個氫鍵。則下列有關敘述正確的是(　　)
①脫氧核苷酸數＝磷酸數＝堿基總數＝m　②堿基之間的氫鍵數為(3m－2n)/2　③一條鏈中A＋T的數量為n ④G的數量為m－n
A．①②③④ B．②③④
C．③④ D．①②③
解析：選D　每個脫氧核苷酸中含一分子磷酸、一分子脫氧核糖和一分子含氮堿基，①正確；因G與C之間形成3個氫鍵，A與T之間形成2個氫鍵，故氫鍵數為2n＋3×[(m－2n)/2]＝(3m－2n)/2，②正確；因兩條鏈中A＋T的總量為2n，故一條鏈中A＋T的數量應為n，③正確；④中計算G的數量有誤，應為(m－2n)/2＝(m/2)－n，④錯誤。
10．如圖為用15N標記的DNA分子片段，下列說法正確的是(　　)
A．把此DNA分子放在含14N的培養基中復制3代，子代中含14N標記的DNA分子占總數的3/4
B．①處的堿基對改變一定會引起生物表現型的變化
C．限制酶作用于③部位，解旋酶作用于②部位
D．該DNA分子的特異性表現在堿基種類上
解析：選C　把15N標記的DNA分子放在含14N的培養基中復制3代，所有的DNA分子中都含14N，A錯誤；①處的堿基對改變，增殖的過程中不一定會引起生物表現型發生變化，原因是該DNA片段不一定是基因片段，即使是基因片段，由于密碼子具有簡并性，轉錄成的mRNA翻譯成的蛋白質的結構也不一定改變，B錯誤；限制酶切斷DNA分子上的磷酸二酯鍵，解旋酶作用于雙鏈堿基間的氫鍵，C正確；DNA分子中的堿基種類只有4種，而DNA分子中堿基對的特定排列順序構成了DNA分子的特異性，D錯誤。
11．如圖是在電子顯微鏡下拍攝的某生物細胞DNA復制過程中的物像。下列有關敘述正確的是(　　)
A．此圖反映出的DNA復制模式，可作為DNA雙向復制的證據
B．此過程必須遵循堿基互補配對原則，任一條鏈中A＝T，G＝C
C．若將該DNA進行徹底水解，產物是脫氧核苷酸和四種堿基
D．若該DNA分子的一條鏈中(A＋T)/(G＋C)＝a，則互補鏈中該比值為1/a
解析：選A　在DNA的一條鏈中，A與T、C與G不一定相等；DNA徹底水解時脫氧核苷酸會被進一步水解為脫氧核糖、磷酸和含氮堿基；DNA分子的兩條鏈中互補堿基之和相等，因此DNA分子的一條鏈中(A＋T)/(G＋C)＝a，其互補鏈中該比值不變。
12．真核生物染色體上DNA具有多起點雙向復制的特點，在復制原點(Ori)結合相關的復合體，進行DNA的復制。下列敘述正確的是(　　)
A．真核生物DNA上Ori多于染色體的數目
B．Ori上結合的復合體具有打開磷酸二酯鍵的作用
C．DNA子鏈延伸過程中，結合的復合體促進氫鍵形成
D．每個細胞周期Ori處可起始多次以保證子代DNA快速合成
解析：選A　DNA是多起點復制的，且一條染色體上有1個或2個DNA，因此真核生物DNA上Ori多于染色體數目，A正確；Ori上結合的復合體具有打開氫鍵的作用，B錯誤；DNA子鏈延伸過程中結合的復合體促進磷酸二酯鍵的形成，C錯誤；每個細胞周期中DNA只復制一次，Ori處只起始一次，D錯誤。
13．下圖表示兩個脫氧核苷酸分子在DNA聚合酶作用下的聚合過程。若由脫氧核苷酸分子聚合形成的小分子DNA共有500個堿基對，則其縮合過程中形成的磷酸二酯鍵數、產生的水分子數、該DNA分子中羥基(—OH，堿基中不含羥基)數分別是(　　)
A．499,499,502 B．998,998,501
C．998,998,1 004 D．998,998,1 002
解析：選C　由題意分析可知，磷酸二酯鍵數目＝脫去的水分子數目＝脫氧核苷酸數目－脫氧核苷酸鏈數＝500×2－2＝998(個)；該DNA分子中羥基(—OH)數＝脫氧核苷酸數目×2－磷酸二酯鍵數目＋脫氧核苷酸鏈數＝500×2×2－998＋2＝1 004(個)。
14.如圖是通過熒光標記技術顯示基因在染色體上位置的照片。圖中字母表示存在于染色體上的部分基因，其中A和a顯示黃色熒光，B和b顯示紅色熒光。關于該圖的敘述正確的是(　　)
A．A和a彼此分離發生在減數第二次分裂的后期
B．圖中染色體上的基因A與基因B遺傳時遵循自由組合定律
C．據熒光點分布判斷，甲、乙為一對含姐妹染色單體的同源染色體
D．甲、乙兩條染色體上相同位置的四個熒光點脫氧核苷酸序列相同
解析：選C　A和a位于同源染色體上，A和a在減數第一次分裂后期隨著同源染色體的分離而分離，A錯誤；圖中染色體上的基因A與基因B位于一對同源染色體上，在遺傳時不遵循自由組合定律，B錯誤；等位基因位于同源染色體上，復制后的姐妹染色單體上基因一般是相同的，所以據熒光點分布判斷，甲、乙為一對含姐妹染色單體的同源染色體，C正確；甲、乙兩條染色體上相同位置的四個熒光點為一對等位基因的四個熒光點，等位基因的脫氧核苷酸序列一般不相同，D錯誤。
15．在氮源為14N和15N的培養基上分別生長的大腸桿菌，其DNA分子分別為14NDNA(相對分子質量為a)和15NDNA(相對分子質量為b)。將親代大腸桿菌轉移到含14N的培養基上，再連續繁殖兩代(Ⅰ和Ⅱ)，用某種離心方法分離得到的結果如圖所示。下列對此實驗的敘述錯誤的是(　　)
A．Ⅰ代細菌DNA分子中一條鏈是14N，另一條鏈是15N
B．Ⅱ代細菌含15N的DNA分子占全部DNA分子的1/4
C．預計Ⅲ代細菌DNA分子的平均相對分子質量為(7a＋b)/8
D．預計繼續培養細菌，DNA分子離心后不會同時得到輕、中、重三條帶
解析：選B　DNA復制的方式是半保留復制，親代DNA分子均為重帶DNA，即15N15N，在含14N的培養基上復制一次后，形成的2個DNA分子均為中帶DNA，即14N15N；再復制一次，4個DNA分子中有2個中帶(14N15N)、2個輕帶(14N14N)，A正確。Ⅱ代細菌中DNA分子為2個中帶，即14N15N,2個輕帶，即14N14N，故含15N的DNA分子占全部DNA分子的2/4＝1/2，B錯誤。預計Ⅲ代細菌DNA分子為2個中帶，6個輕帶，可以把兩條含15N的鏈看作一個DNA分子，則DNA分子的平均相對分子質量為(7a＋b)/8，C正確。預計繼續培養細菌，DNA分子離心后不會同時得到輕、中、重三條帶，因為不可能形成重帶DNA分子，D正確。
二、非選擇題
16．如圖是某DNA分子的局部結構示意圖，請據圖回答下列問題：
(1)寫出圖中某些序號代表的結構的名稱：
①______________；⑥______________；⑦_________________________；
⑧________________。
(2)圖中DNA片段中堿基對有________對，該DNA分子應有________個游離磷酸基團。
(3)從主鏈上看，兩條單鏈方向________，從堿基關系看，兩條單鏈________________。
(4)若某DNA分子中的一條單鏈中(A＋C)/(T＋G)＝m，則其互補鏈中(A＋C)/(T＋G)＝________，整個DNA分子中(A＋C)/(T＋G)＝________。
解析：(1)分析題圖可知，①是胞嘧啶，②是腺嘌呤，③是鳥嘌呤，④是胸腺嘧啶，⑤是磷酸基團，⑥是脫氧核糖，⑦是胸腺嘧啶脫氧核苷酸，⑧是一條脫氧核苷酸鏈的片段。(2)圖中有4對堿基，2個游離的磷酸基團。(3)DNA是由兩條反向平行的脫氧核苷酸鏈通過堿基互補配對形成的。(4)在DNA雙鏈中，A＝T、G＝C，所以互補鏈中(A＋C)/(T＋G)＝1/m，整個DNA分子中A＋C＝T＋G。
答案：(1)胞嘧啶　脫氧核糖　胸腺嘧啶脫氧核苷酸　
一條脫氧核苷酸鏈的片段　(2)4　2　(3)反向平行　
堿基互補配對　(4)1/m　1
17．1958年，Meselson和Stahl通過一系列實驗首次證明了DNA的半保留復制，此后科學家便開始了有關DNA復制起點數目、方向等方面的研究。試回答下列問題：
(1)DNA分子呈________結構，DNA復制開始時首先必須解旋，從而在復制起點位置形成復制叉(如圖1所示)。因此，研究中可以根據復制叉的數量推測_____________。
(2)1963年Cairns將不含放射性的大腸桿菌(其擬核DNA呈環狀)放在含有3H 胸腺嘧啶的培養基中培養，進一步證明了DNA的半保留復制。根據圖2的大腸桿菌親代環狀DNA示意圖，用簡圖表示復制一次和復制兩次后形成的DNA分子。(注：以“……”表示含放射性的脫氧核苷酸鏈)。
(3)有人探究DNA的復制從一點開始以后是單向進行的還是雙向進行的，將不含放射性的大腸桿菌DNA放在含有3H－胸腺嘧啶的培養基中培養，給予適當的條件，讓其進行復制，得到圖3所示結果，這一結果說明________________________。
(4)為了研究大腸桿菌DNA復制是單起點復制還是多起點復制，用第(2)小題的方法，觀察到大腸桿菌DNA復制的過程如圖4所示，這一結果說明大腸桿菌細胞中DNA復制是________起點復制的。
解析：(1)因DNA復制開始時首先必須解旋，從而在復制起點位置形成復制叉，所以可以根據復制叉的數量推測復制起點的數量。(2)因為DNA為半保留復制，故復制一次所得的2個DNA分子中，1條鏈帶放射性標記，另一條鏈不帶。復制兩次后所得的4個DNA分子中，有2個DNA分子都是其中一條鏈帶放射性標記，另外2個DNA分子則是兩條鏈都帶放射性標記。(3)由圖示可知：該DNA分子有一個復制起點，復制為雙向進行。(4)由圖4可知：該DNA分子有一個復制起點，即單起點復制。
答案：(1)(規則的)雙螺旋　復制起點的數量
(2)如圖所示　(3)DNA復制是雙向的　(4)單

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