資源簡介

(共40張PPT)
第3章　基因的本質
新課程標準內容 學科核心素養
1.概述多數生物的基因是DNA分子的功能片段,有些病毒的基因在RNA分子上。
2.概述DNA分子是由四種脫氧核苷酸構成,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.概述DNA分子通過半保留方式進行復制。 1.生命觀念:親代傳遞給子代的遺傳信息主要編碼在DNA分子上,DNA是主要的遺傳物質。對大多數生物來說,基因是具有遺傳效應的DNA片段。基因的脫氧核苷酸排列順序蘊含著多種多樣的遺傳信息。DNA通過半保留復制,將遺傳信息從親代細胞傳遞給子代細胞。
2.科學思維:能基于事實和證據,采用歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維等方法,闡釋DNA的雙螺旋結構以及DNA的半保留復制。
3.科學探究:運用同位素標記等技術在新情境下分析和解決問題。
4.社會責任:人們對于基因本質的認識是循序漸進的,是在不斷修正中發展的。這些認識的發展離不開同位素標記技術、離心技術、物質提純等物理和化學技術的支持,也離不開科學家們的交流合作與繼承發展。
第1節　DNA是主要的遺傳物質
學習目標
1.運用演繹與推理、歸納與概括的科學思維方法,分析肺炎鏈球菌轉化實驗和噬菌體侵染細菌實驗,說明DNA是遺傳物質。
2.通過對肺炎鏈球菌的轉化實驗的學習,說明自變量控制中的“加法原理”和“減法原理”。
3.舉例說出某些生物的遺傳物質是RNA。
4.能夠運用同位素標記技術、遺傳物質探究的科學方法,具備設計實驗探究類似的生物學問題的能力。
5.體驗科學家對遺傳物質本質探究的艱辛歷程和嚴謹態度,認同科學和技術的相互支持相互促進;認同科學是在不斷拓展、修正中前進的。
問題探究·知識生成
聯系實際·素養落實
問題探究·知識生成
新知探究一　肺炎鏈球菌的轉化實驗
建立概念·達成素養
問題探究
活動1:閱讀教材P43格里菲思的肺炎鏈球菌體內轉化實驗,思考下列問題。
問題(1):第一、第二、第三組實驗分別說明什么
提示:第一組實驗說明R型細菌沒有致病性;第二組實驗說明S型細菌具有致病性;第三組實驗說明加熱致死的S型細菌不具有致病性。
問題(2):第四組實驗中的S型活菌是怎么產生的
提示:由R型活菌轉化而來。
問題(3):已知在80～100 ℃溫度范圍內,蛋白質將失去活性,DNA的結構也會被破壞,但當溫度降低到55 ℃左右時,DNA的結構會恢復,但蛋白質卻不能恢復。由此我們可以推斷:在格里菲思的實驗中,加熱殺死的S型細菌中的“轉化因子”可能是哪種物質
提示:DNA。
問題(4):如果將S型細菌的DNA直接注入小鼠體內,會導致小鼠死亡嗎
提示:不會。沒有R型活細菌,S型細菌的DNA是不能轉化為S型細菌的。
活動2:閱讀教材P44艾弗里肺炎鏈球菌體外轉化實驗和P46“科學方法”,思考下列問題。
問題(5):艾弗里肺炎鏈球菌體外轉化實驗中應用了酶的什么特點
提示:酶的專一性。
問題(6):艾弗里的體外轉化實驗中的自變量和因變量分別是什么
提示:自變量是細胞提取物的不同處理,因變量是培養基中活細菌的種類。
問題(7):艾弗里實驗控制自變量的原理是什么
提示:在艾弗里的肺炎鏈球菌轉化實驗中,控制自變量的原理屬于“減法
原理”。
問題(8):艾弗里的肺炎鏈球菌轉化的五組實驗中,對照組和實驗組分別是什么
提示:第一組為空白對照組,第二、第三、第四、第五組都是實驗組。
歸納總結
(1)肺炎鏈球菌體內與體外轉化實驗的比較
項目 體內轉化實驗 體外轉化實驗
實驗者 格里菲思 艾弗里及其同事
細菌培養 在 . .
實驗原則 R型細菌與S型細菌的 .
對照 S型細菌 的作用對照
實驗結果 加熱殺死的S型細菌能使R型細菌轉化為S型細菌 S型細菌的DNA能使R型細菌轉化為S型細菌
實驗結論 S型細菌體內有 . S型細菌的 是遺傳物質
小鼠體內
體外培養基
毒性
各成分
轉化因子
DNA
巧妙構思 用加熱殺死的S型細菌注射到小鼠體內作為對照實驗來說明確實發生了轉化 用不同酶分別去除S型細菌中的某種物質后,將它們分別與R型活細菌混合培養,研究它們各自的遺傳功能
聯系 ①所用材料相同;②體內轉化實驗是體外轉化實驗的基礎,體外轉化實驗是體內轉化實驗的延伸;③兩實驗都遵循對照原則、單一變量原則
(2)自變量控制的原理
①“加法原理”
與常態比較,人為 某種影響因素。如在“比較過氧化氫在不同條件下的分解”的實驗中,與對照組相比,實驗組分別作 、滴加 、滴加 的處理,就利用了“加法原理”。
②“減法原理”
與常態比較,人為 某種影響因素。如在艾弗里的肺炎鏈球菌轉化實驗中,每個實驗組特異性地 了一種物質,從而鑒定出DNA是遺傳物質,就利用了“減法原理”。
增加
加溫
FeCl3溶液
肝臟研磨液
去除
去除
1.如圖表示肺炎鏈球菌的轉化實驗,下列有關說法正確的是(　 　)
A.該實驗模擬的是艾弗里實驗
B.從d中死亡小鼠中提取的S型細菌可能是R型細菌自身變化而來
C.從d中死亡小鼠中提取的S型細菌可能是死亡的S型細菌“死而復生”
D.該實驗證明加熱致死的S型細菌中含有某種轉化因子,使R型細菌轉化為S型細菌
即時應用
D
解析:該實驗模擬的是格里菲思實驗;b實驗否定了從死亡小鼠中提取的S型細菌是R型細菌自身變化而來的可能;c實驗否定了從死亡小鼠中提取的S型細菌是死亡S型細菌“死而復生”的可能;該實驗證明加熱致死的S型細菌中含有某種轉化因子,使R型細菌轉化為S型細菌。
2.肺炎鏈球菌為遺傳物質的探索做出了重要貢獻。下列關于肺炎鏈球菌轉化實驗的說法中,正確的是(　 　)
A.格里菲思和艾弗里分別用不同的方法證明DNA是遺傳物質
B.艾弗里實驗中S型細菌提取物+蛋白酶+R型細菌一起培養,培養基上生存的細菌都是S型細菌
C.艾弗里等人設法去除絕大部分糖類、蛋白質、脂質,與R型細菌混合培養,出現S型細菌,充分說明DNA是遺傳物質
D.已加熱致死的S型細菌中,蛋白質已經失去活性而DNA仍具有活性
D
解析:格里菲思實驗并未證明DNA是遺傳物質;艾弗里實驗中,S型細菌提取物+蛋白酶+R型細菌,培養基上生存的既有S型細菌也有R型細菌;設法去除絕大部分糖類、蛋白質、脂質,并不能徹底去除其中的蛋白質、脂質等,不能充分說明DNA是遺傳物質;已加熱致死的S型細菌中,高溫可使蛋白質失去活性,DNA可以使R型細菌發生轉化,說明仍具有活性。
新知探究二　噬菌體侵染細菌的實驗
問題探究
活動:艾弗里的觀點不同于當時大多數科學家,一時難以被人們接受。1952年,美國遺傳學家赫爾希和他的助手蔡斯以T2噬菌體為實驗材料,利用放射性同位素標記技術,完成了另一個有說服力的實驗。閱讀教材P45～46,思考下列問題。
問題(1):T2噬菌體的結構和代謝有哪些特點
提示:只由DNA和蛋白質構成,頭部含有DNA;專門寄生在大腸桿菌體內,只有在活細胞中才能繁殖。
問題(2):請利用箭頭和文字簡要總結噬菌體侵染細菌的實驗過程。
提示:標記噬菌體→侵染大腸桿菌→攪拌、離心→分析放射性→培養細菌→分析子代噬菌體放射性。
問題(3):本實驗采用的是放射性同位素標記技術,為什么用32P和35S進行標記
提示:S是噬菌體蛋白質特有的元素,P幾乎都存在于DNA分子中,用放射性同位素32P和35S分別標記噬菌體的DNA和蛋白質,可以單獨觀察它們各自的作用。
問題(4):赫爾希和蔡斯是怎樣獲得被標記的噬菌體的 為什么不能用含有放射性同位素的普通培養基直接培養T2噬菌體
提示:首先在分別含有放射性同位素35S和放射性同位素32P的培養基中培養大腸桿菌,再用上述大腸桿菌培養T2噬菌體。因為T2噬菌體專門寄生在大腸桿菌體內,在普通培養基上不能增殖。
問題(5):實驗中攪拌和離心的作用分別是什么
提示:攪拌的目的是使吸附在細菌上的噬菌體與細菌分離;離心的目的是讓上清液中析出質量較輕的T2噬菌體顆粒,而離心管的沉淀物中留下被侵染的大腸桿菌。
問題(6):用32P標記的噬菌體侵染大腸桿菌,上清液中有少量放射性的原因是什么
提示:部分噬菌體沒有侵染到大腸桿菌細胞內,經離心后分布于上清液中,使上清液出現放射性。
問題(7):用35S標記的噬菌體侵染大腸桿菌,沉淀物中也有少量放射性的原因是什么
提示:有少量含35S的噬菌體蛋白質外殼吸附在細菌表面,隨細菌離心到沉淀物中。
問題(8):根據赫爾希和蔡斯實驗的結果,你得出的結論是什么
提示:DNA是噬菌體的遺傳物質。
歸納總結
(1)實驗技術: 技術。
(2)實驗材料:T2噬菌體(如圖所示)。
①結構:
DNA
蛋白質
放射性同位素標記
②生活方式:專門寄生在 體內。
③增殖方式:在 的作用下,利用 體內的物質來合成自身的組成成分,進行大量增殖。當噬菌體增殖到一定數量后,大腸桿菌裂解,釋放出大量的噬菌體。
(3)實驗分析
①T2噬菌體侵染細菌時, 進入細菌的細胞中,而 仍留在細胞外。
②DNA在親子代間具有連續性而蛋白質不具有,子代T2噬菌體的各種性狀是通過親代的 遺傳的。
(5)實驗結論: 才是真正的遺傳物質。
大腸桿菌
自身遺傳物質
大腸桿菌
DNA
蛋白質外殼
DNA
DNA
1.“二看法”判斷子代噬菌體標記情況
拓展
2.噬菌體侵染細菌實驗兩個關鍵環節——“保溫”與“攪拌”
(1)侵染時間要合適——若保溫時間過短或過長會使32P組的上清液中放射性升高。原因是部分噬菌體未侵染或子代噬菌體被釋放出來。
(2)“攪拌”要充分——如果攪拌不充分,35S組部分噬菌體外殼與大腸桿菌沒有分離,噬菌體外殼與細菌共存于沉淀物中,這樣造成沉淀物中放射性升高。
即時應用
3.“噬菌體侵染細菌的實驗”是研究遺傳物質的經典實驗,主要過程如下:①標記噬菌體→②噬菌體與細菌混合培養→③攪拌、離心→④檢測放射性。下列敘述正確的是(　 　)
A.①需要利用分別含有35S和32P的細菌
B.②中少量噬菌體未侵入細菌會導致實驗失敗
C.③的作用是加速細菌的解體
D.④的結果是沉淀物中檢測到放射性
A
解析:標記噬菌體需要用含35S或32P的細菌培養噬菌體;少量噬菌體未侵入細菌,但大多數噬菌體仍侵入,不影響實驗結果;攪拌的目的是使吸附在細菌上的噬菌體與細菌分離,離心的目的是讓上清液中析出質量較輕的T2噬菌體顆粒,而離心管的沉淀物中留下被侵染的大腸桿菌;以35S標記的噬菌體侵染細菌的實驗中,上清液中含有較高的放射性,以32P標記的噬菌體侵染細菌的實驗中,沉淀物中含有較高的放射性。
4.某校生物研究性學習小組模擬赫爾希和蔡斯做了噬菌體侵染細菌的實驗,實驗過程如圖所示,下列有關分析正確的是(　 　)
A.理論上,b和c中不應具有放射性
B.實驗中b含少量放射性與①過程中培養時間過長或過短有關
C.實驗中c含有放射性與④過程中攪拌不充分有關
D.該實驗證明了DNA是遺傳物質,蛋白質不是遺傳物質
A
解析:35S標記的是T2噬菌體的蛋白質外殼,32P標記的是T2噬菌體的DNA,所以離心后,理論上,b和c中不應具有放射性;35S標記的是T2噬菌體的蛋白質外殼,T2噬菌體侵染細菌時,蛋白質外殼留在外面,經攪拌后與細菌分開,若b中出現少量放射性,屬于正常誤差;實驗中c含有放射性與④過程中培養時間過長或過短有關;該實驗只證明了DNA是遺傳物質,沒有證明蛋白質不是遺傳物質。
新知探究三　生物的遺傳物質
問題探究
資料:下圖是科學家對煙草花葉病毒遺傳物質探索的實驗流程。
問題(1):通過以上實驗,你對煙草花葉病毒的遺傳物質有什么認識
提示:煙草花葉病毒中RNA是遺傳物質。
問題(2):細胞核中的遺傳物質是DNA,細胞質中的遺傳物質是RNA,這種說法正確嗎
提示:不正確,有細胞結構的生物,其遺傳物質均是DNA,不是RNA。
問題(3):對于某一生物,能不能說它的遺傳物質主要是DNA DNA是主要的遺傳物質應如何理解？
提示:不能。某種生物的遺傳物質只能說是DNA(例如人、噬菌體、酵母菌)或是RNA(艾滋病病毒等)。DNA是主要的遺傳物質是對所有生物來說,絕大多數生物的遺傳物質是DNA,少數是RNA。
歸納總結
不同生物的遺傳物質
生物
類型 細胞生物 非細胞生物
真核生物 原核生物 多數病毒 少數病毒
實例 真菌、原生生物、所有動植物 細菌、放線
菌等 噬菌體、乙肝病毒、天花病毒等 HIV、SARS病毒、煙草花葉病毒等
核酸
種類 . DNA和RNA . .
遺傳
物質 . . . RNA
結果 絕大多數生物的遺傳物質是DNA,只有少部分病毒的遺傳物質是RNA
結論 .
DNA和RNA
DNA
RNA
DNA
DNA
DNA
DNA是主要的遺傳物質
即時應用
5.如圖表示科研人員探究煙草花葉病毒(TMV)遺傳物質的實驗過程,由此可以判斷(　 　)
A.水和苯酚的作用是分離病毒的蛋白質和RNA
B.TMV的蛋白質沒有進入煙草細胞中
C.侵入煙草細胞的RNA由A、T、G、C四種核苷酸組成
D.RNA是TMV的主要遺傳物質
解析:由題圖可知,水和苯酚的作用是將TMV的RNA與蛋白質分離開;能將TMV的蛋白質接種到正常煙草葉片細胞內,即TMV的蛋白質進入了煙草細胞中;RNA由A、U、G、C四種核苷酸組成;本實驗證明RNA是TMV的遺傳物質,而不能證明RNA是TMV的主要遺傳物質。
A
6.下列有關生物體遺傳物質的敘述,正確的是(　 　)
A.豌豆的遺傳物質主要是DNA
B.酵母菌的遺傳物質主要分布在染色體上
C.T2噬菌體的遺傳物質含有S元素
D.H1N1流感病毒的遺傳物質為DNA
B
解析:豌豆的遺傳物質是DNA;酵母菌屬于真核生物,其遺傳物質主要分布在染色體上;T2噬菌體的遺傳物質是DNA,由C、H、O、N、P構成,不含有硫元素;H1N1流感病毒的遺傳物質是RNA。
聯系實際·素養落實
[生活情境]
引起世界性新型冠狀病毒肺炎的罪魁禍首是新型冠狀病毒,這是一種先前并未被人類發現的冠狀病毒,對人類健康造成很大危害,這種病毒出現后,無論是醫療工作者還是科研工作者都需要確定該病毒的類型。
知識遷移·培養能力
探究:請用顯微注射器、新型冠狀病毒的核酸提取液、鼠胚胎干細胞、DNA水解酶和RNA水解酶等,寫出探究新型冠狀病毒的遺傳物質是DNA還是RNA的實驗設計思路,并預測實驗結果和結論。
提示:把新型冠狀病毒的核酸提取液均分成A、B、C三組,分別用等量的相同濃度的DNA水解酶、RNA水解酶處理A、B兩組核酸提取液,C組不做處理。取等量的鼠胚胎干細胞均分成三組,用顯微注射器分別把A、B、C三組處理過的核酸提取液注射到三組鼠胚胎干細胞中。將三組鼠胚胎干細胞放在相同且適宜的環境中培養一段時間,然后從培養好的鼠胚胎干細胞中抽取樣品,檢測是否有新型冠狀病毒產生。
預測結果及結論:①若A、C兩組出現新型冠狀病毒,B組沒有出現,則該新型冠狀病毒的遺傳物質是RNA。
②若B、C兩組出現新型冠狀病毒,A組沒有出現,則該新型冠狀病毒的遺傳物質是DNA。
③若A、B、C三組均出現新型冠狀病毒,則新型冠狀病毒的遺傳物質既不是DNA也不是RNA。
課堂小結
完善概念圖 關鍵語句
1.艾弗里的肺炎鏈球菌轉化實驗中應用“減法原理”。
2.T2噬菌體由蛋白質和DNA組成,S元素存在于蛋白質中,P元素幾乎全部存在于DNA中。
3.艾弗里的肺炎鏈球菌轉化實驗和噬菌體侵染細菌的實驗都證明了DNA是遺傳物質。
4.煙草花葉病毒的遺傳物質是RNA。
5.因為絕大多數生物的遺傳物質是DNA,所以說DNA是主要的遺傳物質。
隨堂反饋
1.探索遺傳物質的過程是漫長的,直到20世紀初期,人們仍普遍認為蛋白質是遺傳物質。當時人們作出判斷的理由不包括(　 　)
A.不同生物的蛋白質在結構上存在差異
B.對DNA的結構沒有清晰的了解
C.蛋白質比DNA具有更高的熱穩定性,并且能夠自我復制
D.蛋白質中氨基酸的不同排列組合可能貯存大量遺傳信息
解析:由于蛋白質中氨基酸的排列順序千變萬化,故推測不同的氨基酸排列順序可能貯存大量的遺傳信息;不同生物體內的蛋白質結構存在差異,故推測蛋白質是遺傳物質;當時對生物大分子DNA的結構沒有清晰的了解,而且與蛋白質相比,DNA更耐高溫,故DNA的熱穩定性大于蛋白質,另外蛋白質也不能自我復制。
C
2.格里菲思的肺炎鏈球菌轉化實驗得到的結論是(　 　)
A.DNA是遺傳物質
B.DNA是主要的遺傳物質
C.蛋白質不是遺傳物質
D.加熱致死的S型細菌中含有某種轉化因子
解析:格里菲思通過肺炎鏈球菌轉化實驗推測加熱致死的S型細菌中含有某種轉化因子,但不能確定該轉化因子的化學本質。
D
3.下列關于生物遺傳物質的敘述中,正確的是(　 　)
A.細胞生物的遺傳物質是DNA,非細胞生物的遺傳物質是RNA
B.真核生物的遺傳物質是DNA,原核生物的遺傳物質是RNA
C.T2噬菌體侵染細菌的實驗證明了DNA是主要的遺傳物質
D.自然界中以DNA為遺傳物質的生物類型占絕大多數
解析:細胞生物包括真核生物和原核生物,遺傳物質都是DNA,非細胞生物的遺傳物質是DNA或RNA;自然界中以DNA為遺傳物質的生物類型占絕大多數,所以DNA是主要的遺傳物質;T2噬菌體侵染細菌的實驗證明了DNA是遺傳物質。
D
4.如圖為“噬菌體侵染大腸桿菌”實驗的部分過程示意圖,以探究噬菌體的遺傳物質。圖中親代噬菌體用32P標記,被侵染的大腸桿菌未被標記,Ⅰ、Ⅲ中的方框代表大腸桿菌。下列敘述正確的是(　 　)
A.要達到實驗目的,還要設計一組用35S標記噬菌體的實驗
B.用32P標記的噬菌體侵染大腸桿菌后,子代噬菌體不會檢測到32P
C.保溫時間盡量延長會提高噬菌體侵染大腸桿菌的成功率,使上清液中放射性的比例下降
D.用含32P的無機培養基培養噬菌體,得到含32P標記的噬菌體
A
解析:S元素是噬菌體蛋白質的標記元素,所以需要設計一組用35S標記噬菌體的實驗探究蛋白質的作用;32P標記噬菌體的DNA,子代噬菌體會出現具有放射性的32P;保溫時間盡量延長會使子代噬菌體從細菌細胞內釋放出來,影響實驗結果;噬菌體是病毒,沒有細胞結構,不能獨立生活,所以不能將普通噬菌體放在含32P的無機培養基中培養。
5.艾弗里得到S型肺炎鏈球菌的細胞提取物之后,進行了下表實驗,請回答下列問題。
組別 第一組 第二組 第三組 第四組 第五組
步驟一 不加酶 蛋白酶 RNA酶 酯酶 DNA酶
步驟二 有R型細菌的培養基+S型細菌的細胞提取物,混合培養
(1)表中第二組,向含有R型細菌的培養基和S型細菌的細胞提取物的混合物中,加入蛋白酶,進行混合培養,后代中的細菌類型為　　　　型。
(2)表中第五組,向含有R型細菌的培養基和S型細菌的細胞提取物的混合物中,加入DNA酶,進行混合培養,后代中的細菌類型為　　　　型。
(3)表中能發生轉化的是第　 組。
(4)該實驗說明: 　 。
解析:艾弗里實驗應用了控制變量的“減法原理”,即將某種物質從細菌的細胞提取物中用酶解法去除之后,再將其與R型細菌混合培養。根據培養基上出現的細菌類型判斷轉化是否成功,無法轉化成功的一組中被去除的物質就是轉化因子,也就是肺炎鏈球菌的遺傳物質。
答案:(1)R和S　(2)R　(3)一、二、三、四 (4)DNA是該生物的遺傳物質,蛋白質等其他物質不是該生物的遺傳物質(共30張PPT)
第2節　DNA的結構
學習目標
1.通過嘗試制作DNA雙螺旋結構的模型,概述DNA分子的結構及特點,領悟人們在探索DNA分子結構歷程中的科學方法與科學精神。
2.基于對DNA的結構及特點的理解,進一步形成結構與功能相適應的觀念。
3.運用數學方法分析DNA分子的結構,闡述堿基多種多樣的排列順序蘊含著豐富的遺傳信息。
問題探究·知識生成
聯系實際·素養落實
問題探究·知識生成
新知探究一　DNA的結構及其模型構建
建立概念·達成素養
問題探究
資料1:20世紀30年代,人們已經認識到DNA是由脫氧核苷酸連接而成的長鏈;組成DNA分子的脫氧核苷酸有4種,每1種含有1個特定的堿基。思考討論下列問題。
問題(1):每個脫氧核苷酸是由哪些小分子組成的 組成DNA的堿基有哪幾種 嘗試構建脫氧核苷酸的結構模型。
提示:脫氧核糖、磷酸和含氮堿基。腺嘌呤(A)、胸腺嘧啶(T)、鳥嘌呤(G)、胞嘧啶(C)。
問題(2):DNA中的N、P分別存在于脫氧核苷酸的哪一種成分中
提示:N存在于含氮堿基中,P存在于磷酸基團中。
問題(3):脫氧核苷酸長鏈是如何構成具有雙螺旋結構的DNA分子的 配對有什么規律
提示:兩條脫氧核苷酸長鏈反向平行,通過堿基對連接在一起。A與T配對,G與C配對。
問題(4):下圖為某同學制作的DNA雙螺旋結構模型,請找出圖中的錯誤有幾處,分別是什么。
提示:4處;核糖應為脫氧核糖;堿基U應為T;磷酸二酯鍵連接位置應該在脫氧核糖與磷酸基團之間;C、G間氫鍵數應為三個。
問題(5):現有M、N兩個均含有200個堿基的雙鏈DNA分子,其中M分子中共有260個氫鍵,N分子中含有20個腺嘌呤,那么M、N分子中有C—G堿基對各多少個 這兩個DNA分子中哪個結構更穩定
提示:由題意可知M分子中有A—T堿基對 40個,C—G堿基對60個,N分子中A—T堿基對有20個,則G—C堿基對有80個,氫鍵共有20×2+80×3=280(個);氫鍵越多的DNA分子越穩定,因此N分子更穩定。
資料2:某研究小組繪制了DNA分子的兩種結構模型圖,試回答下列問題。
問題(6):每個DNA片段中游離的磷酸基團有幾個
提示:2個。
問題(7):在DNA分子的一條單鏈中相鄰的堿基如何連接
提示:在DNA分子的一條單鏈中相鄰的堿基通過“—脫氧核糖—磷酸—脫氧核糖—”相連接。
問題(8):DNA的空間結構有什么特點
提示:是規則的雙螺旋結構。
歸納總結
DNA分子的結構
(1)結構圖示
(2)圖示解讀
基本組成元素 .
組成物質 [①] ,[②] ,[③]磷酸
基本組
成單位 [④] ,共4種
整體結構 由兩條鏈按 方式盤旋成雙螺旋結構
結構
特點 外側 由脫氧核糖和磷酸交替連接組成基本骨架
內側 堿基之間通過氫鍵連接;遵循 原則,即
T( )一定與[⑥]腺嘌呤配對,C( )一定與[⑦]鳥嘌呤配對
C、H、O、N、P
堿基
脫氧核糖
脫氧核苷酸
反向平行
堿基互補配對
胸腺嘧啶
胞嘧啶
拓展
DNA分子的結構特性
(1)穩定性:DNA中脫氧核糖和磷酸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:DNA分子中堿基對(脫氧核苷酸對)的排列順序多種多樣,構成了DNA的多樣性。
(3)特異性:每種DNA有別于其他DNA的特定的堿基排列順序。
1.下列是脫氧核苷酸的結構圖,正確的是(　 　)
即時應用
D
解析:組成脫氧核苷酸的各種分子間正確的連接方式是磷酸—脫氧核糖—含氮堿基,并且含氮堿基應連接在脫氧核糖的1號碳原子上,磷酸連接在脫氧核糖的5號碳原子上。
2.下列關于DNA分子結構的敘述中,不正確的是(　 　)
A.每個DNA分子中通常都含有四種脫氧核苷酸
B.DNA分子的兩條鏈反向平行
C.DNA兩條鏈上的堿基以氫鍵相連,且A與T配對,G與C配對
D.DNA分子長鏈的每個脫氧核糖上均連接著一個磷酸和一個堿基
D
解析:DNA分子長鏈結束部位的脫氧核糖上連接著一個磷酸和一個堿基,其他脫氧核糖上連接兩個磷酸和一個堿基。
新知探究二　DNA結構中堿基的數量關系
問題探究
活動:觀察教材P50圖3-8“DNA的結構模式圖”,可以看出堿基之間通過氫鍵連接形成堿基對,遵循堿基互補配對原則,雙鏈DNA分子中堿基數量存在如下關系:
思考下列問題。
問題(1):任意兩種不互補的堿基數量之和占總堿基數的比例是多少
提示:50%。
問題(2):若一條鏈中互補的兩種堿基之和占該單鏈堿基數的比例為m,則該DNA分子兩條鏈中這兩種堿基數量之和占總堿基數的比例及其互補鏈中兩種堿基之和占該單鏈堿基數的比例分別是多少
問題(3):若一條鏈中兩種不互補堿基之和的比值為n,則其互補鏈中該比值為多少
問題(5):若已知堿基對數為n,A有m個,則氫鍵數為多少
提示:堿基總數為2n個,A有m個,則C=G=(2n-2m)/2=n-m(個)。氫鍵數量為3(n-m)+2m=3n-m(個)。
歸納總結
雙鏈DNA分子中堿基的最基本數量關系
一個雙鏈DNA分子中,A=T、C=G,則A+G=C+T,即“ 堿基總數等于 .堿基總數”。
嘌呤
嘧啶
拓展
DNA堿基互補配對原則有關推論
規律一:在雙鏈DNA分子中,A+T或C+G在全部堿基中所占的比例等于其任何一條單鏈中A+T或C+G所占的比例。
規律二:不配對的堿基和之比在兩條單鏈中互為倒數。
注意:在整個DNA分子中該比值等于1。
規律三:不同生物的DNA分子中互補配對的堿基之和的比值不同,即(A+T)/(C+G)的值不同。該比值體現了不同生物DNA分子的特異性。
即時應用
D
4.如果一個雙鏈DNA中鳥嘌呤占整個DNA堿基的27%,并測得DNA一條鏈上的腺嘌呤占該鏈的28%,那么另一條鏈上的腺嘌呤占該鏈堿基總數的比例為
(　 　)
A.28% B.18% C.27% D.9%
B
解析:已知一個雙鏈DNA中鳥嘌呤占整個DNA堿基的27%,即G=27%,則C=G=27%,A=T=50%-27%=23%。已知其中一條鏈上的腺嘌呤占這條鏈堿基的28%,即A1=28%,根據堿基互補配對原則,A=(A1+A2)÷2,所以另一條鏈上的腺嘌呤占該鏈的堿基的比例是A2=23%×2-28%=18%。
聯系實際·素養落實
[科技情境]
cfDNA是細胞凋亡后裂解釋放到血漿中的游離的DNA碎片,它包括循環腫瘤DNA(ctDNA)和胎兒DNA(cffDNA)。cfDNA已被證明是很多種疾病的生物標志物。
探究:(1)cfDNA的基本骨架是什么
提示:磷酸和脫氧核糖交替連接構成cfDNA的基本骨架。
(2)在cfDNA一條鏈中連接A與T的是什么結構
提示:—脫氧核糖—磷酸—脫氧核糖—。
知識遷移·培養能力
課堂小結
完善概念圖 關鍵語句
1.DNA是由兩條單鏈組成的,這兩條鏈按反向平行方式盤旋成雙螺旋結構。
2.DNA中的脫氧核糖和磷酸交替連接,排列在外側,構成基本骨架,堿基排列在內側。
3.兩條鏈上的堿基按照堿基互補配對原則連接成堿基對。
4.DNA中的堿基互補配對規律為腺嘌呤一定與胸腺嘧啶配對,鳥嘌呤一定與胞嘧啶配對。互補堿基之和的比例在DNA的任何一條鏈及整個DNA分子中都相等。
5.非互補堿基之和的比例在兩條互補鏈中互為倒數,而在整個DNA分子中比值為1。
6.在DNA分子中,含G—C堿基對越多的DNA分子相對越穩定。
隨堂反饋
1.下面為含有四種堿基的DNA分子結構示意圖,對該圖的正確描述是(　 　)
A.③有可能是堿基A
B.②和③相間排列,構成DNA分子的基本骨架
C.①②③中特有的元素分別是P、C和N
D.與⑤有關的堿基對一定是A—T
解析:該DNA分子含有四種堿基,且A與T之間形成兩個氫鍵,G與C之間形成三個氫鍵,因此與⑤有關的堿基對一定是A—T,與③有關的堿基對一定是G—C,但無法確定③⑤具體是哪一種堿基。DNA分子的基本骨架是由磷酸和脫氧核糖交替連接構成的,應為圖中的①②。①中特有的元素是P,③中特有的元素是N,而C并不是②所特有
的,③中也含有C。
D
2.某雙鏈DNA分子一條鏈上(A+T)/(G+C)的值為0.3,則在整個DNA分子中A∶T∶G∶C為(　 　)
A.1∶1∶1∶1
B.2∶2∶3∶3
C.3∶3∶10∶10
D.10∶10∶3∶3
解析:某雙鏈DNA分子一條鏈上(A+T)/(G+C)的值為0.3,則另一條鏈上(A+T)/(G+C)的值也為0.3。又因A=T、C=G,故在整個DNA分子中A∶T∶G∶C=3∶3∶10∶10。
C
3.在制作DNA雙螺旋結構模型的實驗中,若4種堿基塑料片共30個,其中6個C、10個G、6個A、8個T,脫氧核糖和磷酸之間的連接物18個,脫氧核糖塑料片、磷酸塑料片、代表氫鍵的連接物、脫氧核糖和堿基之間的連接物等材料均充足,則(　 　)
A.能制作出含30個脫氧核苷酸的DNA分子片段
B.所制作的DNA分子片段最多含12個堿基對
C.能制作出415種不同的DNA分子模型
D.能制作出一個含5個堿基對的DNA分子片段
D
解析:在雙鏈DNA分子中,堿基之間的配對遵循堿基互補配對原則,設制作的DNA分子片段含有n個堿基對,則每條鏈需要脫氧核糖和磷酸之間的連接物的數目為2n-1,制作的DNA分子片段需要脫氧核糖和磷酸之間的連接物的數目為(2n-1)×2,已知脫氧核糖和磷酸之間的連接物有18個,則n≤5,又4種堿基數目均大于5,其他材料充足,所以題干提供的材料最多能制作出一個含5個堿基對的DNA分子片段;含5個堿基對的DNA分子片段,含10個脫氧核苷酸,最多能制作出45種不同的DNA分子模型。
4.如圖為DNA有關的概念圖,其中A～E表示相關物質,下列有關敘述正確的是
(　 　)
A.物質D表示的結構有2種
B.物質B表示的糖類有2種
C.物質C表示的磷酸有2種
D.物質A表示的堿基有4種
D
解析:物質D表示的結構為脫氧核苷酸有4種;物質B表示的糖類有1種,即脫氧核糖;物質C表示的磷酸有1種;物質A表示的堿基有4種,分別是A、T、C、G。
解析:(1)圖1中的五碳糖是核糖,又知圖1的分子結構式右上角的含氮堿基為腺嘌呤(A),則圖1所示的核苷酸的中文全稱是腺嘌呤核糖核苷酸,是構成RNA的原料。
5.如圖是某核苷酸與核苷酸長鏈的示意圖,據圖回答問題。
答案:(1)腺嘌呤核糖核苷酸　RNA
(1)圖1所示的核苷酸的中文名稱是　　　　　　　　　　　　,該核苷酸是構成　　　　的原料。
解析:(2)①由圖可知,圖2中所示1、2、3的名稱分別是磷酸、脫氧核糖、胞嘧啶。
5.如圖是某核苷酸與核苷酸長鏈的示意圖,據圖回答問題。
答案:(2)①磷酸　脫氧核糖　胞嘧啶
(2)圖2為一條核苷酸長鏈的片段,據圖回答下列問題。
①圖中所示1、2、3的名稱分別是　　　　　　、　　　　　　、　　　　　　。
解析:②此結構(DNA)與另一種核酸(RNA)相比較,其特有的堿基是T,中文名稱是胸腺嘧啶。
5.如圖是某核苷酸與核苷酸長鏈的示意圖,據圖回答問題。
答案:②胸腺嘧啶
(2)圖2為一條核苷酸長鏈的片段,據圖回答下列問題。
②此結構中與另一種核酸相比較,其特有堿基的中文名稱是　　　　　　。 (共33張PPT)
第3節　DNA的復制
學習目標
1.運用假說—演繹法探究DNA的復制方式,概述DNA通過半保留方式進行復制。
2.通過對DNA半保留復制方式的學習,理解DNA的準確復制是遺傳信息穩定傳遞的基礎。
3.通過對DNA半保留復制方式的實驗驗證,認同科學技術在生物學研究中的重要作用。
問題探究·知識生成
聯系實際·素養落實
問題探究·知識生成
新知探究一　DNA半保留復制的實驗證據
建立概念·達成素養
問題探究
活動:沃森和克里克在構建DNA雙螺旋結構模型之后,提出了遺傳物質自我復制的半保留復制假說。但也有人持不同觀點,提出全保留復制等不同假說。閱讀教材P53～55,思考下列問題。
問題(1):根據對半保留復制和全保留復制方式的理解,你認為判斷DNA復制方式的關鍵是什么 可通過什么技術實現
提示:關鍵是通過實驗區分親代與子代DNA。可通過同位素標記技術和(密度梯度)離心技術實現。
問題(2):在“證明DNA半保留復制的實驗”中,如果DNA是半保留復制,第一代和第二代DNA分子的兩條鏈中,含有N元素的標記情況是怎樣的 離心后試管中DNA的位置會是怎樣的 試通過演繹推理來預測并填寫教材P54圖中的方框。
提示:第一代DNA全為14N/15N-DNA;第二代DNA中,1/2為14N/15N-DNA,1/2為14N/14N-DNA。離心后,第一代DNA分子全部在離心管中部;第二代DNA分子中,
1/2在離心管中部,1/2在離心管的上部。
問題(3):如果全保留復制是正確的,實驗預期又會怎樣
提示:第一代DNA中,1/2為15N/15N-DNA,1/2為 14N/14N-DNA;第二代DNA中,
1/4為15N/15N-DNA,3/4為14N/14N-DNA。離心后,第一代DNA分子中,1/2在離心管的底部,1/2在離心管的上部;第二代DNA分子中,1/4在離心管底部,3/4在離心管的上部。
問題(4):科學家的實驗結果與你的哪種預測相符合 由此你認為DNA復制的方式是怎樣的
提示:半保留復制的預測。半保留復制的方式。
問題(5):該實驗在探究過程中運用的思維方法是什么
提示:假說—演繹法。
資料:對于DNA的復制,有人還提出了分散復制的假說,即親代雙鏈被切成許多雙鏈片段,而這些片段又可以作為新合成雙鏈片段的模板,新、老雙鏈片段又以某種方式混合成完整的DNA分子。
問題(6):試根據以上實驗,預測分散復制方式的離心結果。科學家從第一代DNA分子離心的結果已經能夠排除全保留復制,想一想,為什么還要做第二代的實驗
提示:離心后,第一代DNA分子全部在離心管中部;第二代DNA分子無規律地排列在試管的中上部。第一代DNA分子離心的結果不能排除分散復制的方式。
歸納總結
(1)對DNA分子復制的推測
①假說: 方式復制。
②提出者:沃森和克里克。
③假說內容
a.解旋:DNA復制時,DNA雙螺旋解開,互補的堿基之間的 斷裂。
b.復制:解開的 分別作為復制的模板,游離的脫氧核苷酸根據 原則,通過形成 ,結合到作為模板的單鏈上。
c.特點:新合成的每個DNA分子中,都保留了原來DNA分子中的一條鏈,這種復制方式稱作 。
半保留
氫鍵
兩條單鏈
堿基互補配對
氫鍵
半保留復制
(2)DNA分子復制方式的實驗證據
①實驗方法:同位素標記技術和 法。
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分子密度 。
③實驗假設:DNA以 復制。
④實驗預期:離心后應出現 條DNA帶。
a.重帶(密度最大):兩條鏈都為 標記的親代雙鏈DNA。
b.中帶(密度居中):一條鏈為 標記,另一條鏈為 標記的子代雙鏈DNA。
c.輕帶(密度最小):兩條鏈都為 標記的子代雙鏈DNA。
密度梯度離心
居中
半保留的方式
3
15N
14N
15N
14N
1.細菌在含15N的培養基中繁殖數代后,細菌DNA的含氮堿基皆含有15N,然后再將其移入含14N的培養基中培養,抽取親代及子代的DNA離心分離,如圖①～⑤為可能的結果,下列敘述錯誤的是(　 　)
A.子一代DNA應為② B.子二代DNA應為①
C.子三代DNA應為④ D.親代的DNA應為⑤
即時應用
C
解析:親代DNA全為15N,應為⑤,復制一次后,DNA一條鏈為15N,一條鏈為14N,應為②;復制兩次后形成4個DNA,其中2個全為14N,2個是一條鏈為15N,一條鏈為14N,應為①;復制三次后形成8個DNA,其中6個DNA全為14N,2個DNA的一條鏈為14N,一條鏈為15N。
2.某親本DNA分子雙鏈均以白色表示,以灰色表示第一次復制出的DNA子鏈,以黑色表示第二次復制出的DNA子鏈,該親本雙鏈DNA連續復制兩次后的產物是(　 　)
D
解析:根據DNA半保留復制的特點可知,親代DNA的兩條鏈(白色)應在不同的子代DNA分子中;第一次復制合成的子鏈(灰色)應有2條,第二次復制合成的子鏈(黑色)應有4條。
新知探究二　DNA復制的過程
問題探究
活動1:閱讀教材P55～56“DNA復制的過程”,思考下列問題。
問題(1):DNA復制時有幾條模板鏈 新合成的DNA中的兩條鏈全是子鏈嗎
提示:兩條模板鏈(親代DNA分子解開螺旋的兩條鏈)。不是,是一條母鏈和一條子鏈。
問題(2):DNA復制時,用什么方法識別DNA中哪一條鏈是母鏈,哪一條鏈是子鏈 DNA復制所形成的子代DNA是否是親代DNA鏈和子代DNA鏈隨機結合的
提示:同位素標記法。不是,是親代DNA鏈與其相應的子鏈結合形成的子代DNA。
問題(3):若在某一試管中加入緩沖液、ATP、解旋酶、DNA模板和四種脫氧核苷酸,并置于適宜的溫度下,能否完成DNA的復制 并分析其原因。
提示:不能。復制條件不完全,缺少DNA聚合酶。
問題(4):在DNA復制過程中需要解旋酶和DNA聚合酶,這兩種酶的作用分別是什么
提示:解旋酶的作用是斷開氫鍵,將兩條脫氧核苷酸鏈打開,解開雙螺旋結構;DNA聚合酶的作用是將單個的脫氧核苷酸連接到核苷酸鏈上。
問題(5):DNA的復制需要適宜的溫度和pH嗎 為什么
提示:需要,因為DNA復制過程需要酶的參與,而酶的活性受溫度和pH的影響。
問題(6):若1個DNA含有m個腺嘌呤,則復制n次需要多少游離的腺嘌呤脫氧核苷酸
提示:需要[(2n-1)·m]個。因為1個DNA復制n次,共形成2n個DNA,其中有兩條脫氧核苷酸鏈為母鏈,不需要游離的腺嘌呤脫氧核苷酸。
問題(7):DNA復制具有準確性,那么在任何情況下,DNA復制產生的子代DNA與親代DNA都完全相同嗎
提示:不一定。DNA復制時,會受到各種因素的干擾,堿基序列可能會發生改變,從而使后代DNA與親代DNA堿基序列不同,導致遺傳信息發生改變。
活動2:如圖為DNA復制的模型圖,分析回答下列問題。
問題(8):圖1中進行的是什么過程 發生的時期和場所是什么
提示:DNA復制;分裂前的間期(一般是有絲分裂間期和減數第一次分裂前的間期)。真核生物DNA復制的場所有細胞核、線粒體、葉綠體;原核生物DNA復制的場所主要是擬核。
問題(9):圖1中的酶1和酶2分別是什么酶 分別作用于圖2中的哪個部位 a、b、c、d四條脫氧核苷酸鏈中,哪些鏈的堿基排列順序是相同的
提示:酶1是解旋酶,作用于f,酶2是DNA聚合酶,作用于e;a和c的堿基排列順序相同,b和d的堿基排列順序相同。
問題(10):從圖1中是否可以看出DNA復制是半保留復制 為什么 圖1所示的特點還有什么 可用什么方法檢測母鏈和子鏈
提示:可以,因為兩條母鏈進入兩個子代DNA中,新形成的子代DNA中只有一條鏈是親代的母鏈。圖中還能看出DNA是邊解旋邊復制的。可采用同位素標記法檢測母鏈和子鏈。
問題(11):嘗試由上述問題分析總結得出DNA準確復制的原因。
提示:DNA分子獨特的雙螺旋結構,為復制提供了精確的模板;通過堿基互補配對,保證了復制能夠準確地進行。
歸納總結
(1)DNA復制的概念:以 為模板合成 的過程。
(2)發生時間:在細胞分裂前的 。
(3)場所
①真核生物:主要在 內, 和 也可以進行。
②原核生物:主要在 。
③DNA病毒:活的宿主細胞內。
親代DNA
子代DNA
間期
細胞核
線粒體
葉綠體
擬核
(4)復制過程
能量
解旋
解開
母鏈
脫氧核苷酸
DNA聚合酶
堿基互補配對
雙螺旋結構
(5)結果:形成兩個 的DNA分子。
(6)特點
① 。
② 復制。
(7)準確復制的原因
①DNA獨特的 結構,為復制提供了精確的模板。
②通過 ,保證了復制能夠準確地進行。
(8)意義:將遺傳信息從親代細胞傳遞給子代細胞,保持了 的連續性。
完全相同
邊解旋邊復制
半保留
雙螺旋
堿基互補配對
遺傳信息
即時應用
3.下列有關DNA復制的敘述中正確的是(　 　)
A.DNA在解旋酶的作用下水解成脫氧核苷酸
B.在復制過程中解旋和復制是同時進行的
C.解旋后以一條母鏈為模板合成兩條新的子鏈
D.兩條新的子鏈通過氫鍵形成一個新的DNA
解析:DNA在解旋酶的作用下,雙鏈解開,變成單鏈;復制過程是邊解旋邊復制,所以解旋和復制是同時進行的;解旋后的兩條單鏈都可以作為DNA復制的模板;形成的DNA分子中各含有一條母鏈和一條子鏈,兩條鏈之間的堿基通過氫鍵形成堿基對,組成一個新的DNA。
B
4.若有一個控制有利性狀的DNA分子片段為 ,要使其數量增加,可進行人工復制,復制時所需的條件有(　 　)
①ATGTG和TACAC模板鏈
②分別含A、U、G、C堿基的4種核糖核苷酸
③分別含A、T、C、G堿基的4種脫氧核苷酸
④DNA聚合酶
⑤細胞代謝提供能量
⑥DNA水解酶
A.①③④⑥ B.①②④⑤
C.③④⑤⑥ D.①③④⑤
D
解析:DNA復制時需要以ATGTG和TACAC模板鏈作為模板,①正確;DNA復制以4種游離的脫氧核苷酸為原料,②錯誤,③正確;DNA復制需要解旋酶和DNA聚合酶催化,④正確,⑥錯誤;DNA復制過程需要ATP提供能量,⑤正確。
聯系實際·素養落實
[科研情境]
正常情況下,DNA分子在細胞內復制時,雙螺旋解開后會產生一段單鏈區,
DNA結合蛋白(SSB)能很快地與單鏈結合,防止解旋的單鏈重新配對,而使DNA呈伸展狀態,SSB在復制過程中可以重復利用。
知識遷移·培養能力
探究:(1)DNA結合蛋白(SSB)與解旋酶功能相同嗎 為什么
提示:不同。“雙螺旋解開后會產生一段單鏈區,DNA結合蛋白(SSB)能很快地與單鏈結合”,說明SSB不是一種解開DNA雙螺旋的解旋酶,起不到解旋酶的作用。
(2)SSB與DNA單鏈的結合存在堿基互補配對原則嗎 判斷的依據是什么
提示:不存在。SSB是一種DNA結合蛋白,故與DNA單鏈的結合不遵循堿基互補配對原則。
課堂小結
完善概念圖 關鍵語句
1.DNA復制是指以親代DNA為模板合成子代DNA的過程。
2.DNA獨特的雙螺旋結構為復制提供了精確的模板,通過堿基互補配對保證了復制能夠準確進行。
3.新合成的每個DNA分子中都保留了原來DNA分子中的一條鏈,這種復制方式稱為半保留復制。
4.通過同位素標記技術和離心技術等,科學家用實驗的方法驗證了DNA半保留復制的方式。
5.DNA通過復制,將遺傳信息從親代細胞傳遞給子代細胞,從而保持了遺傳信息的連續性。
隨堂反饋
1.DNA分子的半保留復制是指(　 　)
A.DNA分子中的一條鏈進行復制,另一條鏈不復制
B.DNA分子中的一半復制,另一半不復制
C.每一個子代DNA均保留了其親代DNA分子中的一條單鏈
D.一個DNA分子復制后產生兩個DNA分子,一個為親代DNA分子,另一個為子代DNA分子
解析:DNA分子復制時,分別以兩條解開的鏈為模板,合成兩條新鏈,每條子鏈和相應的母鏈構成一個新的DNA分子,因此每一個子代DNA分子均保留了其親代DNA分子中的一條單鏈。
C
2.如圖表示發生在細胞核內的某生理過程,其中a、b、c、d表示脫氧核苷酸鏈。以下說法正確的是(　 　)
A.此過程需要能量和尿嘧啶脫氧核苷酸
B.真核細胞中此過程發生的唯一場所是細胞核
C.b鏈中(A+G)/(T+C)的值一定與c鏈中的相同
D.正常情況下,a、d鏈都應該到不同的細胞中去
解析:據圖可知,此生理過程是DNA的復制過程。該過程需要的脫氧核苷酸有腺嘌呤脫氧核苷酸、鳥嘌呤脫氧核苷酸、胸腺嘧啶脫氧核苷酸和胞嘧啶脫氧核苷酸;真核生物發生此過程的場所有細胞核、線粒體和葉綠體;b鏈中(A+G)/(T+C)的值與c鏈中的此比值是倒數關系。
D
3.一個被15N標記的DNA分子,以含14N的四種脫氧核苷酸為原料,連續復制3次,
則含15N的脫氧核苷酸鏈占全部脫氧核苷酸鏈的比例是(　 　)
A.1/2 B.1/4 C.1/6 D.1/8
D
解析:DNA的復制方式為半保留復制,連續復制3次形成8個DNA分子,則含15N的脫氧核苷酸鏈只有2條,占全部脫氧核苷酸鏈的比例是2/16=1/8。
4.下列有關“探究DNA復制的過程”的敘述,正確的是(　 )
A.培養過程中,大腸桿菌將利用NH4Cl中的N合成DNA的基本骨架
B.通過對第二代大腸桿菌DNA的密度梯度離心,得出DNA復制的特點為半保留復制
C.將含14N/14N-DNA的大腸桿菌放在以15NH4Cl為唯一氮源的培養液中培養若干代,所獲得的大腸桿菌的DNA中都含有15N
D.將含15N/15N-DNA的大腸桿菌轉移到以14NH4Cl為唯一氮源的培養液中繁殖一代后,若將提取的子代大腸桿菌DNA解旋處理后進行密度梯度離心,離心管中將只出現1個條帶
C
解析:培養過程中,大腸桿菌將利用NH4Cl中的N合成含氮堿基進而形成DNA兩條鏈之間的堿基對;通過對親代、第一代、第二代大腸桿菌DNA的密度梯度離心,對比分析才可得出DNA復制的特點為半保留復制;根據DNA的半保留復制,將含14N/14N-DNA的大腸桿菌放在以15NH4Cl為唯一氮源的培養液中培養若干代,所獲得的大腸桿菌DNA中都含有15N;將含15N/15N-DNA的大腸桿菌轉移到以14NH4Cl為唯一氮源的培養液中繁殖一代后,若將提取的子代大腸桿菌DNA解旋處理后進行密度梯度離心,離心管中將出現輕、重2個條帶。
5.DNA的復制方式可以通過設想來進行預測,可能的情況是全保留復制、半保留復制、分散(彌散)復制三種。究竟是哪種復制方式呢 設計實驗來證明DNA的復制方式。
實驗步驟:
①在氮源為 14N的培養基中生長的大腸桿菌,其DNA分子均為 14N/14N-DNA(對照)。
②在氮源為 15N的培養基中生長的大腸桿菌,其DNA分子均為 15N15N-DNA(親代)。
③將親代含15N的大腸桿菌轉移到氮源為14N的培養基中,再連續繁殖兩代(Ⅰ和Ⅱ),用密度梯度離心法分離,不同相對分子質量的DNA分子將分布在試管中的不同位置上。
實驗預測:
(1)如果與對照(14N/14N-DNA)相比,子代Ⅰ能分辨出兩條DNA帶:一條 .　　　　　　帶和一條　　　　　　帶,則可以排除　　　　　　　　和分散復制。
(2)如果子代Ⅰ只有一條中密度帶,則可以排除　　　　 　 　,但不能肯定是　　　　　　　　　　　　　　。
(3)如果子代Ⅰ只有一條中密度帶,再繼續做子代Ⅱ DNA密度鑒定,若子代Ⅱ可以分出　　　　　　和　　　　　 　,則可以排除分散復制,同時肯定是半保留復制;如果子代Ⅱ不能分出　　　 　兩條密度帶,則排除
　　　　　　　,同時確定為　　　　　　　。
解析:從題目中的圖示可知,深色為親代DNA的脫氧核苷酸鏈(母鏈),淺色為新形成的子代DNA的脫氧核苷酸鏈(子鏈)。因此全保留復制后得到的兩個DNA分子,一個是原來的兩條母鏈重新形成的親代DNA分子,一個是兩條子鏈形成的子代DNA分子;半保留復制后得到的每個子代DNA分子的一條鏈為母鏈,一條鏈為子鏈;分散復制后得到的每個子代DNA分子的單鏈都是由母鏈片段和子鏈片段間隔連接而成的。
答案:(1)輕(14N/14N-DNA)　重(15N/15N-DNA)　半保留復制　(2)全保留復制　半保留復制或分散復制　(3)一條中密度帶　一條輕密度帶　中、輕　半保留復制　分散復制(共28張PPT)
第4節　基因通常是有遺傳效應的DNA片段
學習目標
1.通過資料分析,運用歸納與概括的科學思維方法,概述基因與DNA的關系。
2.結合DNA結構模型,運用數學方法說明DNA分子的多樣性和特異性以及DNA能夠儲存遺傳信息。
3.舉例說明基因通常是具有遺傳效應的DNA片段。
問題探究·知識生成
聯系實際·素養落實
問題探究·知識生成
新知探究一　說明基因與DNA關系的實例
建立概念·達成素養
問題探究
活動1:閱讀教材P57“思考·討論　分析基因與DNA的關系”,思考下列問題。
問題(1):根據教材資料1填寫下表。
大腸桿菌
細胞擬核 DNA
分子數 DNA分子的堿基總對數 基因數 每個基因的平均堿基對數
數量/個 　 4.7×106 　　　 1×103
提示:1　4.4×103
問題(2):生物體內所有基因的堿基總數與DNA的堿基總數相同嗎
提示:不相同。生物體內所有基因的堿基總數小于DNA的堿基總數。
問題(3):由上面總結你能得出什么結論
提示:基因是DNA的片段,基因不是連續分布在DNA上的,而是由堿基序列分隔開的。
問題(4):請你從DNA水平上給基因下一個定義,要求既能反應基因與DNA的關系,又能體現基因的作用,并試著畫出一個DNA片段上有三個基因(分別用A基因、B基因和C基因來表示)的示意圖。
提示:基因是具有遺傳效應的DNA片段。
活動2:請結合下面的模型,分析染色體、DNA、基因及脫氧核苷酸之間的關系。
問題(5):D、E、F、H之間有什么數量關系
提示:每一條H(染色體)上有1個或2個F(DNA)分子;每個F(DNA)分子上有許多個E(基因);每個E(基因)含有許多個D(脫氧核苷酸)。
問題(6):真核生物中,H是F的唯一載體嗎
提示:不是,染色體是DNA的主要載體,另外葉綠體和線粒體也是DNA的載體。
問題(7):有些病毒的遺傳物質是RNA,如人類免疫缺陷病毒(艾滋病病毒)、流感病毒等。對這類病毒而言,它們的基因是什么 由此,你對基因的本質是否有了更全面的認識
提示:RNA病毒的基因是有遺傳效應的RNA片段。絕大多數生物的基因是具有遺傳效應的DNA片段,因此,基因通常是有遺傳效應的DNA片段。
歸納總結
主要載體
染色體、DNA、基因、脫氧核苷酸的關系
遺傳物質
遺傳效應
脫氧核苷
酸
全方位理解“基因”
拓展
(1)本質上,基因通常是有遺傳效應的DNA片段。
(2)結構上,基因是含有特定遺傳信息的核苷酸序列。
(3)功能上,基因是遺傳物質的結構和功能的基本單位。
(4)位置上,基因(核基因)在染色體上呈線性排列。
即時應用
B
1.下列關于染色體、DNA、基因三者關系的敘述中,正確的是(　 　)
A.每條染色體含有多個DNA分子
B.一個DNA分子含有多個基因
C.染色體就是由蛋白質和基因組成的
D.基因都在染色體上
解析:每條染色體含有1個或2個DNA分子;基因通常是有遺傳效應的DNA片段,因此一個DNA分子含有多個基因;染色體主要是由DNA和蛋白質構成的;真核細胞的細胞核基因在染色體上,而位于線粒體和葉綠體中的細胞質基因不在染色體上。
2.科學研究發現,小鼠體內HMGIC基因與肥胖直接相關。具有HMGIC基因缺陷的實驗鼠與作為對照的小鼠,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HMGIC基因缺陷的實驗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:吃同樣多的高脂肪食物,一段時間后,缺乏HMGIC基因的小鼠體重保持正常;含有HMGIC基因的小鼠變得肥胖,說明基因具有遺傳效應。
C
新知探究二　DNA片段中的遺傳信息
問題探究
活動:DNA作為遺傳物質,必定蘊藏著豐富的遺傳信息。閱讀教材P58“思考·討論　分析脫氧核苷酸序列與遺傳信息的多樣性”,討論回答下列問題。
問題(1):如果是100個堿基對組成1個基因,可能組合成多少種基因
提示:4100種。
問題(2):基因中的遺傳信息蘊藏在DNA分子的哪種結構中 怎樣理解DNA的多樣性和特異性
提示:DNA分子的外側,磷酸和脫氧核糖交替排列構成了基本骨架,這個順序是相同的,但是4種堿基的排列順序是多種多樣的,因此基因中的遺傳信息蘊藏在4種堿基的排列順序之中。不同基因蘊藏著不同的遺傳信息,因此DNA具有多樣性。而每個特定的DNA分子的堿基排列順序是特定的,因此具有特異性。
問題(3):你認為基因是堿基對隨機排列成的DNA片段嗎 為什么
提示:不是。每個特定的基因都有其特定的遺傳效應,蘊含著特定的遺傳信息,因此其堿基排列順序也是特定的,而不是隨機排列的。
歸納總結
(1)遺傳信息:DNA分子中4種堿基的 。
(2)DNA的特點
①多樣性:構成DNA分子的堿基只有4種,配對方式只有 種,但是堿基的數目卻可以成千上萬,形成的堿基的 也可以千變萬化(4n種),從而構成了DNA分子的多樣性,也決定了 的多樣性。
②特異性:每個DNA分子都有特定的 。而特定的堿基排列順序中有遺傳效應的片段代表 ,這種特定的堿基排列順序就構成了DNA分子的 。
(3)DNA與生物體多樣性和特異性的關系
DNA的多樣性和特異性是生物體多樣性和特異性的 。
排列順序
2
排列順序
遺傳信息
堿基排列順序
遺傳信息
特異性
物質基礎
即時應用
D
3.下列從分子水平上對生物體多樣性或特異性進行的分析中錯誤的是(　 )
A.堿基排列順序的千變萬化,構成了DNA的多樣性
B.堿基特定的排列順序,又構成了每個DNA分子的特異性
C.1個含2 000個堿基的DNA分子,其堿基對可能的排列方式不會超過41 000種
D.人體內控制β-珠蛋白的基因由1 700個堿基對組成,其堿基對排列方式有41 700種
解析:β-珠蛋白基因的堿基對排列順序是β-珠蛋白基因所特有的,任意改變堿基的排列順序后,就不是β-珠蛋白基因。β-珠蛋白基因的堿基對排列順序是特定的,其堿基對排列方式應只有1種。
4.DNA指紋技術在刑事偵破、親子鑒定等方面作用巨大,這主要是根據DNA具有(　 　)
A.穩定性 B.特異性
C.多樣性 D.可變性
B
解析:每個特定的DNA分子都具有特定的堿基排列順序,即DNA分子具有特異性,根據這一特性可輔助進行刑事偵破、親子鑒定等。
聯系實際·素養落實
[科研情境]
科學家分析多種生物DNA的堿基比例如下表,請據表回答下列問題。
知識遷移·培養能力
生物 堿基比
A/G T/C A/T G/C 嘌呤/嘧啶
人 1.56 1.75 1.00 1.0 1.0
小麥 1.22 1.18 1.00 0.97 0.99
某種桿菌 0.4 0.4 1.09 1.08 1.1
探究:(1)從以上的堿基比例來看,哪種生物的DNA分子結構應為雙鏈 判斷的依據是什么
提示:人;人的DNA中堿基數量A=T,G=C,說明人的DNA分子結構應為雙鏈。
(2)不同生物的A、T之和與G、C之和的比值一般不一致,試分析原因。
提示:不同生物含有不同DNA分子,每個特定的DNA分子都具有特定的堿基
組成和排列順序,這種特定的堿基排列順序就構成了DNA分子自身嚴格的特異性。
課堂小結
完善概念圖 關鍵語句
1.組成DNA的堿基雖然只有4種,但是堿基的排列順序卻是千變萬化的。堿基序列的多樣性構成了DNA的多樣性。
2.DNA能夠儲存大量的遺傳信息。遺傳信息就蘊藏在DNA分子的堿基排列順序中。
3.堿基特定的排列順序構成了每個DNA分子的特異性。
4.對絕大多數生物來說,基因是有遺傳效應的DNA片段。
隨堂反饋
1.在某種生物中檢測不到綠色熒光,將水母綠色熒光蛋白基因轉入該生物體內后,結果可以檢測到綠色熒光。由此可知(　 　)
A.該生物的基因型是雜合的
B.該生物與水母有很近的親緣關系
C.綠色熒光蛋白基因具有特定的遺傳效應
D.改變綠色熒光蛋白基因的1個核苷酸對,就不能檢測到綠色熒光
C
解析:在某種生物中檢測不到綠色熒光,將水母綠色熒光蛋白基因轉入該生物體內后,結果可以檢測到綠色熒光,說明綠色熒光蛋白基因控制著綠色熒光這一特定性狀,即綠色熒光蛋白基因具有特定的遺傳效應。
2.如圖是果蠅某染色體上的白眼基因(S)示意圖,下列敘述正確的是(　　)
A.白眼基因片段中,含有成百上千個核糖核苷酸
B.S基因是有遺傳效應的DNA片段
C.白眼基因在細胞核內,不遵循遺傳規律
D.基因片段中有5種堿基、8種核苷酸
解析:組成白眼基因片段的基本單位是脫氧核苷酸,有4種堿基,4種脫氧核苷酸;S基因控制果蠅的白眼性狀,所以是有遺傳效應的DNA片段;白眼基因位于染色體上,屬于核基因,遵循遺傳規律。
B
3.DNA分子具有特異性,體現在(　 　)
A.DNA分子外側,磷酸和脫氧核糖交替連接的方式穩定不變
B.DNA分子內側,堿基對的配對方式不變
C.DNA分子堿基對的排列順序千變萬化
D.每個DNA分子的堿基都有其特定的排列順序
解析:A、B兩項說明DNA分子具有穩定性,C項說明DNA分子具有多樣性,D項說明了DNA分子具有特異性。
D
4.歷經近百年的發展,分子遺傳學對遺傳物質有了充分的認識。下列關于遺傳物質概念圖的相關敘述,錯誤的是(　 　)
A.D有四種,E在H上呈線性排列
B.同源染色體同一位置上存在的基因可能不同
C.所有E的總和構成F且E在F上的排列順序代表遺傳信息
D.若E位于H上,則E是具有遺傳效應的DNA片段
解析:根據含氮堿基不同,D脫氧核苷酸分為四種,E基因在H染色體上呈線性排列;同源染色體同一位置上存在相同基因或等位基因;除E外,F中還有無遺傳效應的片段,遺傳信息是基因中脫氧核苷酸的排列順序,DNA上的非基因片段不包含遺傳信息;染色體上的基因一定是具有遺傳效應的DNA片段。
C
5.如圖表示一個DNA分子上三個片段A、B、C,請回答下列問題。
(1)片段A和C之所以能稱為基因,是因為它們都具有　　　　效應。
答案:(1)遺傳
答案:(2)脫氧核苷酸的數目和排列順序不同
5.如圖表示一個DNA分子上三個片段A、B、C,請回答下列問題。
(2)片段A和片段C的不同之處是 　　　　　　 　　。
答案:(3)不攜帶遺傳信息,不具有遺傳效應
5.如圖表示一個DNA分子上三個片段A、B、C,請回答下列問題。
(3)片段A和B的不同之處是B的堿基序列 　 。
答案:(4)大于
5.如圖表示一個DNA分子上三個片段A、B、C,請回答下列問題。
(4)一般情況下,在一個DNA分子中類似于B的片段的長度要　　　 　(填“大于”“小于”或“等于”)類似于A的片段的長度。
答案:(5)基因間區B
5.如圖表示一個DNA分子上三個片段A、B、C,請回答下列問題。
(5)在人類染色體DNA不表達的片段中有一部分是串聯重復的序列,它們在個體之間具有顯著的差異性,這種短序列應該位于圖中的　　　 　(填“基因A”“基因間區B”或“基因C”)。 新課程標準內容 學科核心素養
1.概述多數生物的基因是DNA分子的功能片段,有些病毒的基因在RNA分子上。 2.概述DNA分子是由四種脫氧核苷酸構成,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.概述DNA分子通過半保留方式進行復制。 1.生命觀念:親代傳遞給子代的遺傳信息主要編碼在DNA分子上,DNA是主要的遺傳物質。對大多數生物來說,基因是具有遺傳效應的DNA片段。基因的脫氧核苷酸排列順序蘊含著多種多樣的遺傳信息。DNA通過半保留復制,將遺傳信息從親代細胞傳遞給子代細胞。 2.科學思維:能基于事實和證據,采用歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維等方法,闡釋DNA的雙螺旋結構以及DNA的半保留復制。 3.科學探究:運用同位素標記等技術在新情境下分析和解決問題。 4.社會責任:人們對于基因本質的認識是循序漸進的,是在不斷修正中發展的。這些認識的發展離不開同位素標記技術、離心技術、物質提純等物理和化學技術的支持,也離不開科學家們的交流合作與繼承發展。
第1節　DNA是主要的遺傳物質
1.運用演繹與推理、歸納與概括的科學思維方法,分析肺炎鏈球菌轉化實驗和噬菌體侵染細菌實驗,說明DNA是遺傳物質。
2.通過對肺炎鏈球菌的轉化實驗的學習,說明自變量控制中的“加法原理”和“減法原理”。
3.舉例說出某些生物的遺傳物質是RNA。
4.能夠運用同位素標記技術、遺傳物質探究的科學方法,具備設計實驗探究類似的生物學問題的能力。
5.體驗科學家對遺傳物質本質探究的艱辛歷程和嚴謹態度,認同科學和技術的相互支持相互促進;認同科學是在不斷拓展、修正中前進的。
　　　　　　 　　　　　 　　　　　
新知探究一　肺炎鏈球菌的轉化實驗
活動1:閱讀教材P43格里菲思的肺炎鏈球菌體內轉化實驗,思考下列問題。
問題(1):第一、第二、第三組實驗分別說明什么
提示:第一組實驗說明R型細菌沒有致病性;第二組實驗說明S型細菌具有致病性;第三組實驗說明加熱致死的S型細菌不具有致病性。
問題(2):第四組實驗中的S型活菌是怎么產生的
提示:由R型活菌轉化而來。
問題(3):已知在80～100 ℃溫度范圍內,蛋白質將失去活性,DNA的結構也會被破壞,但當溫度降低到55 ℃左右時,DNA的結構會恢復,但蛋白質卻不能恢復。由此我們可以推斷:在格里菲思的實驗中,加熱殺死的S型細菌中的“轉化因子”可能是哪種物質
提示:DNA。
問題(4):如果將S型細菌的DNA直接注入小鼠體內,會導致小鼠死亡嗎
提示:不會。沒有R型活細菌,S型細菌的DNA是不能轉化為S型細菌的。
活動2:閱讀教材P44艾弗里肺炎鏈球菌體外轉化實驗和P46“科學方法”,思考下列問題。
問題(5):艾弗里肺炎鏈球菌體外轉化實驗中應用了酶的什么特點
提示:酶的專一性。
問題(6):艾弗里的體外轉化實驗中的自變量和因變量分別是什么
提示:自變量是細胞提取物的不同處理,因變量是培養基中活細菌的種類。
問題(7):艾弗里實驗控制自變量的原理是什么
提示:在艾弗里的肺炎鏈球菌轉化實驗中,控制自變量的原理屬于“減法原理”。
問題(8):艾弗里的肺炎鏈球菌轉化的五組實驗中,對照組和實驗組分別是什么
提示:第一組為空白對照組,第二、第三、第四、第五組都是實驗組。
(1)肺炎鏈球菌體內與體外轉化實驗的比較
項目 體內轉化實驗 體外轉化實驗
實驗者 格里菲思 艾弗里及其同事
細菌培養 在小鼠體內 體外培養基
實驗原則 R型細菌與S型細菌的毒性對照 S型細菌各成分的作用對照
實驗結果 加熱殺死的S型細菌能使R型細菌轉化為S型細菌 S型細菌的DNA能使R型細菌轉化為S型細菌
實驗結論 S型細菌體內有轉化因子 S型細菌的DNA是遺傳物質
巧妙構思 用加熱殺死的S型細菌注射到小鼠體內作為對照實驗來說明確實發生了轉化 用不同酶分別去除S型細菌中的某種物質后,將它們分別與R型活細菌混合培養,研究它們各自的遺傳功能
聯系 ①所用材料相同;②體內轉化實驗是體外轉化實驗的基礎,體外轉化實驗是體內轉化實驗的延伸;③兩實驗都遵循對照原則、單一變量原則
(2)自變量控制的原理
①“加法原理”
與常態比較,人為增加某種影響因素。如在“比較過氧化氫在不同條件下的分解”的實驗中,與對照組相比,實驗組分別作加溫、滴加FeCl3溶液、滴加肝臟研磨液的處理,就利用了“加法原理”。
②“減法原理”
與常態比較,人為去除某種影響因素。如在艾弗里的肺炎鏈球菌轉化實驗中,每個實驗組特異性地去除了一種物質,從而鑒定出DNA是遺傳物質,就利用了“減法原理”。
1.如圖表示肺炎鏈球菌的轉化實驗,下列有關說法正確的是(　D　)
A.該實驗模擬的是艾弗里實驗
B.從d中死亡小鼠中提取的S型細菌可能是R型細菌自身變化而來
C.從d中死亡小鼠中提取的S型細菌可能是死亡的S型細菌“死而復生”
D.該實驗證明加熱致死的S型細菌中含有某種轉化因子,使R型細菌轉化為S型細菌
解析:該實驗模擬的是格里菲思實驗;b實驗否定了從死亡小鼠中提取的S型細菌是R型細菌自身變化而來的可能;c實驗否定了從死亡小鼠中提取的S型細菌是死亡S型細菌“死而復生”的可能;該實驗證明加熱致死的S型細菌中含有某種轉化因子,使R型細菌轉化為S型細菌。
2.肺炎鏈球菌為遺傳物質的探索做出了重要貢獻。下列關于肺炎鏈球菌轉化實驗的說法中,正確的是(　D　)
A.格里菲思和艾弗里分別用不同的方法證明DNA是遺傳物質
B.艾弗里實驗中S型細菌提取物+蛋白酶+R型細菌一起培養,培養基上生存的細菌都是S型細菌
C.艾弗里等人設法去除絕大部分糖類、蛋白質、脂質,與R型細菌混合培養,出現S型細菌,充分說明DNA是遺傳物質
D.已加熱致死的S型細菌中,蛋白質已經失去活性而DNA仍具有活性
解析:格里菲思實驗并未證明DNA是遺傳物質;艾弗里實驗中,S型細菌提取物+蛋白酶+R型細菌,培養基上生存的既有S型細菌也有R型細菌;設法去除絕大部分糖類、蛋白質、脂質,并不能徹底去除其中的蛋白質、脂質等,不能充分說明DNA是遺傳物質;已加熱致死的S型細菌中,高溫可使蛋白質失去活性,DNA可以使R型細菌發生轉化,說明仍具有活性。
新知探究二　噬菌體侵染細菌的實驗
活動:艾弗里的觀點不同于當時大多數科學家,一時難以被人們接受。1952年,美國遺傳學家赫爾希和他的助手蔡斯以T2噬菌體為實驗材料,利用放射性同位素標記技術,完成了另一個有說服力的實驗。閱讀教材P45～46,思考下列問題。
問題(1):T2噬菌體的結構和代謝有哪些特點
提示:只由DNA和蛋白質構成,頭部含有DNA;專門寄生在大腸桿菌體內,只有在活細胞中才能繁殖。
問題(2):請利用箭頭和文字簡要總結噬菌體侵染細菌的實驗過程。
提示:標記噬菌體→侵染大腸桿菌→攪拌、離心→分析放射性→培養細菌→分析子代噬菌體放射性。
問題(3):本實驗采用的是放射性同位素標記技術,為什么用32P和35S進行標記
提示:S是噬菌體蛋白質特有的元素,P幾乎都存在于DNA分子中,用放射性同位素32P和35S分別標記噬菌體的DNA和蛋白質,可以單獨觀察它們各自的作用。
問題(4):赫爾希和蔡斯是怎樣獲得被標記的噬菌體的 為什么不能用含有放射性同位素的普通培養基直接培養T2噬菌體
提示:首先在分別含有放射性同位素35S和放射性同位素32P的培養基中培養大腸桿菌,再用上述大腸桿菌培養T2噬菌體。因為T2噬菌體專門寄生在大腸桿菌體內,在普通培養基上不能增殖。
問題(5):實驗中攪拌和離心的作用分別是什么
提示:攪拌的目的是使吸附在細菌上的噬菌體與細菌分離;離心的目的是讓上清液中析出質量較輕的T2噬菌體顆粒,而離心管的沉淀物中留下被侵染的大腸桿菌。
問題(6):用32P標記的噬菌體侵染大腸桿菌,上清液中有少量放射性的原因是什么
提示:部分噬菌體沒有侵染到大腸桿菌細胞內,經離心后分布于上清液中,使上清液出現放射性。
問題(7):用35S標記的噬菌體侵染大腸桿菌,沉淀物中也有少量放射性的原因是什么
提示:有少量含35S的噬菌體蛋白質外殼吸附在細菌表面,隨細菌離心到沉淀物中。
問題(8):根據赫爾希和蔡斯實驗的結果,你得出的結論是什么
提示:DNA是噬菌體的遺傳物質。
(1)實驗技術:放射性同位素標記技術。
(2)實驗材料:T2噬菌體(如圖所示)。
①結構:
②生活方式:專門寄生在大腸桿菌體內。
③增殖方式:在自身遺傳物質的作用下,利用大腸桿菌體內的物質來合成自身的組成成分,進行大量增殖。當噬菌體增殖到一定數量后,大腸桿菌裂解,釋放出大量的噬菌體。
(3)實驗分析
①T2噬菌體侵染細菌時,DNA進入細菌的細胞中,而蛋白質外殼仍留在細胞外。
②DNA在親子代間具有連續性而蛋白質不具有,子代T2噬菌體的各種性狀是通過親代的DNA遺傳的。
(5)實驗結論:DNA才是真正的遺傳物質。
1.“二看法”判斷子代噬菌體標記情況
2.噬菌體侵染細菌實驗兩個關鍵環節——“保溫”與“攪拌”
(1)侵染時間要合適——若保溫時間過短或過長會使32P組的上清液中放射性升高。原因是部分噬菌體未侵染或子代噬菌體被釋放出來。
(2)“攪拌”要充分——如果攪拌不充分,35S組部分噬菌體外殼與大腸桿菌沒有分離,噬菌體外殼與細菌共存于沉淀物中,這樣造成沉淀物中放射性升高。
3.“噬菌體侵染細菌的實驗”是研究遺傳物質的經典實驗,主要過程如下:①標記噬菌體→②噬菌體與細菌混合培養→③攪拌、離心→④檢測放射性。下列敘述正確的是(　A　)
A.①需要利用分別含有35S和32P的細菌
B.②中少量噬菌體未侵入細菌會導致實驗失敗
C.③的作用是加速細菌的解體
D.④的結果是沉淀物中檢測到放射性
解析:標記噬菌體需要用含35S或32P的細菌培養噬菌體;少量噬菌體未侵入細菌,但大多數噬菌體仍侵入,不影響實驗結果;攪拌的目的是使吸附在細菌上的噬菌體與細菌分離,離心的目的是讓上清液中析出質量較輕的T2噬菌體顆粒,而離心管的沉淀物中留下被侵染的大腸桿菌;以35S標記的噬菌體侵染細菌的實驗中,上清液中含有較高的放射性,以32P標記的噬菌體侵染細菌的實驗中,沉淀物中含有較高的放射性。
4.某校生物研究性學習小組模擬赫爾希和蔡斯做了噬菌體侵染細菌的實驗,實驗過程如圖所示,下列有關分析正確的是(　A　)
A.理論上,b和c中不應具有放射性
B.實驗中b含少量放射性與①過程中培養時間過長或過短有關
C.實驗中c含有放射性與④過程中攪拌不充分有關
D.該實驗證明了DNA是遺傳物質,蛋白質不是遺傳物質
解析:35S標記的是T2噬菌體的蛋白質外殼,32P標記的是T2噬菌體的DNA,所以離心后,理論上,b和c中不應具有放射性;35S標記的是T2噬菌體的蛋白質外殼,T2噬菌體侵染細菌時,蛋白質外殼留在外面,經攪拌后與細菌分開,若b中出現少量放射性,屬于正常誤差;實驗中c含有放射性與④過程中培養時間過長或過短有關;該實驗只證明了DNA是遺傳物質,沒有證明蛋白質不是遺傳物質。
新知探究三　生物的遺傳物質
資料:下圖是科學家對煙草花葉病毒遺傳物質探索的實驗流程。
問題(1):通過以上實驗,你對煙草花葉病毒的遺傳物質有什么認識
提示:煙草花葉病毒中RNA是遺傳物質。
問題(2):細胞核中的遺傳物質是DNA,細胞質中的遺傳物質是RNA,這種說法正確嗎
提示:不正確,有細胞結構的生物,其遺傳物質均是DNA,不是RNA。
問題(3):對于某一生物,能不能說它的遺傳物質主要是DNA DNA是主要的遺傳物質應如何理解？
提示:不能。某種生物的遺傳物質只能說是DNA(例如人、噬菌體、酵母菌)或是RNA(艾滋病病毒等)。DNA是主要的遺傳物質是對所有生物來說,絕大多數生物的遺傳物質是DNA,少數是RNA。
不同生物的遺傳物質
生物 類型 細胞生物 非細胞生物
真核生物 原核生物 多數病毒 少數病毒
實例 真菌、原生生物、所有動植物 細菌、放線菌等 噬菌體、乙肝病毒、天花病毒等 HIV、SARS病毒、煙草花葉病毒等
核酸 種類 DNA和 RNA DNA和 RNA DNA RNA
遺傳 物質 DNA DNA DNA RNA
結果 絕大多數生物的遺傳物質是DNA,只有少部分病毒的遺傳物質是RNA
結論 DNA是主要的遺傳物質
5.如圖表示科研人員探究煙草花葉病毒(TMV)遺傳物質的實驗過程,由此可以判斷(　A　)
A.水和苯酚的作用是分離病毒的蛋白質和RNA
B.TMV的蛋白質沒有進入煙草細胞中
C.侵入煙草細胞的RNA由A、T、G、C四種核苷酸組成
D.RNA是TMV的主要遺傳物質
解析:由題圖可知,水和苯酚的作用是將TMV的RNA與蛋白質分離開;能將TMV的蛋白質接種到正常煙草葉片細胞內,即TMV的蛋白質進入了煙草細胞中;RNA由A、U、G、C四種核苷酸組成;本實驗證明RNA是TMV的遺傳物質,而不能證明RNA是TMV的主要遺傳物質。
6.下列有關生物體遺傳物質的敘述,正確的是(　B　)
A.豌豆的遺傳物質主要是DNA
B.酵母菌的遺傳物質主要分布在染色體上
C.T2噬菌體的遺傳物質含有S元素
D.H1N1流感病毒的遺傳物質為DNA
解析:豌豆的遺傳物質是DNA;酵母菌屬于真核生物,其遺傳物質主要分布在染色體上;T2噬菌體的遺傳物質是DNA,由C、H、O、N、P構成,不含有硫元素;H1N1流感病毒的遺傳物質是RNA。
[生活情境]
引起世界性新型冠狀病毒肺炎的罪魁禍首是新型冠狀病毒,這是一種先前并未被人類發現的冠狀病毒,對人類健康造成很大危害,這種病毒出現后,無論是醫療工作者還是科研工作者都需要確定該病毒的
類型。
探究:請用顯微注射器、新型冠狀病毒的核酸提取液、鼠胚胎干細胞、DNA水解酶和RNA水解酶等,寫出探究新型冠狀病毒的遺傳物質是DNA還是RNA的實驗設計思路,并預測實驗結果和結論。
提示:把新型冠狀病毒的核酸提取液均分成A、B、C三組,分別用等量的相同濃度的DNA水解酶、RNA水解酶處理A、B兩組核酸提取液,C組不做處理。取等量的鼠胚胎干細胞均分成三組,用顯微注射器分別把A、B、C三組處理過的核酸提取液注射到三組鼠胚胎干細胞中。將三組鼠胚胎干細胞放在相同且適宜的環境中培養一段時間,然后從培養好的鼠胚胎干細胞中抽取樣品,檢測是否有新型冠狀病毒產生。
預測結果及結論:①若A、C兩組出現新型冠狀病毒,B組沒有出現,則該新型冠狀病毒的遺傳物質是RNA。
②若B、C兩組出現新型冠狀病毒,A組沒有出現,則該新型冠狀病毒的遺傳物質是DNA。
③若A、B、C三組均出現新型冠狀病毒,則新型冠狀病毒的遺傳物質既不是DNA也不是RNA。
課堂小結
完善概念圖 關鍵語句
1.艾弗里的肺炎鏈球菌轉化實驗中應用“減法原理”。 2.T2噬菌體由蛋白質和DNA組成,S元素存在于蛋白質中,P元素幾乎全部存在于DNA中。 3.艾弗里的肺炎鏈球菌轉化實驗和噬菌體侵染細菌的實驗都證明了DNA是遺傳物質。 4.煙草花葉病毒的遺傳物質是RNA。 5.因為絕大多數生物的遺傳物質是DNA,所以說DNA是主要的遺傳物質。
隨堂反饋
　　　　　　 　　　　　 　　　　　
1.探索遺傳物質的過程是漫長的,直到20世紀初期,人們仍普遍認為蛋白質是遺傳物質。當時人們作出判斷的理由不包括(　C　)
A.不同生物的蛋白質在結構上存在差異
B.對DNA的結構沒有清晰的了解
C.蛋白質比DNA具有更高的熱穩定性,并且能夠自我復制
D.蛋白質中氨基酸的不同排列組合可能貯存大量遺傳信息
解析:由于蛋白質中氨基酸的排列順序千變萬化,故推測不同的氨基酸排列順序可能貯存大量的遺傳信息;不同生物體內的蛋白質結構存在差異,故推測蛋白質是遺傳物質;當時對生物大分子DNA的結構沒有清晰的了解,而且與蛋白質相比,DNA更耐高溫,故DNA的熱穩定性大于蛋白質,另外蛋白質也不能自我復制。
2.格里菲思的肺炎鏈球菌轉化實驗得到的結論是(　D　)
A.DNA是遺傳物質
B.DNA是主要的遺傳物質
C.蛋白質不是遺傳物質
D.加熱致死的S型細菌中含有某種轉化因子
解析:格里菲思通過肺炎鏈球菌轉化實驗推測加熱致死的S型細菌中含有某種轉化因子,但不能確定該轉化因子的化學本質。
3.下列關于生物遺傳物質的敘述中,正確的是(　D　)
A.細胞生物的遺傳物質是DNA,非細胞生物的遺傳物質是RNA
B.真核生物的遺傳物質是DNA,原核生物的遺傳物質是RNA
C.T2噬菌體侵染細菌的實驗證明了DNA是主要的遺傳物質
D.自然界中以DNA為遺傳物質的生物類型占絕大多數
解析:細胞生物包括真核生物和原核生物,遺傳物質都是DNA,非細胞生物的遺傳物質是DNA或RNA;自然界中以DNA為遺傳物質的生物類型占絕大多數,所以DNA是主要的遺傳物質;T2噬菌體侵染細菌的實驗證明了DNA是遺傳物質。
4.如圖為“噬菌體侵染大腸桿菌”實驗的部分過程示意圖,以探究噬菌體的遺傳物質。圖中親代噬菌體用32P標記,被侵染的大腸桿菌未被標記,Ⅰ、Ⅲ中的方框代表大腸桿菌。下列敘述正確的是(　A　)
A.要達到實驗目的,還要設計一組用35S標記噬菌體的實驗
B.用32P標記的噬菌體侵染大腸桿菌后,子代噬菌體不會檢測到32P
C.保溫時間盡量延長會提高噬菌體侵染大腸桿菌的成功率,使上清液中放射性的比例下降
D.用含32P的無機培養基培養噬菌體,得到含32P標記的噬菌體
解析:S元素是噬菌體蛋白質的標記元素,所以需要設計一組用35S標記噬菌體的實驗探究蛋白質的作用;32P標記噬菌體的DNA,子代噬菌體會出現具有放射性的32P;保溫時間盡量延長會使子代噬菌體從細菌細胞內釋放出來,影響實驗結果;噬菌體是病毒,沒有細胞結構,不能獨立生活,所以不能將普通噬菌體放在含32P的無機培養基中培養。
5.艾弗里得到S型肺炎鏈球菌的細胞提取物之后,進行了下表實驗,請回答下列問題。
組別 第一組 第二組 第三組 第四組 第五組
步驟一 不加酶 蛋白酶 RNA酶 酯酶 DNA酶
步驟二 有R型細菌的培養基+S型細菌的細胞提取物,混合培養
(1)表中第二組,向含有R型細菌的培養基和S型細菌的細胞提取物的混合物中,加入蛋白酶,進行混合培養,后代中的細菌類型為　　　　型。
(2)表中第五組,向含有R型細菌的培養基和S型細菌的細胞提取物的混合物中,加入DNA酶,進行混合培養,后代中的細菌類型為　　　　型。
(3)表中能發生轉化的是第　組。
(4)該實驗說明:
　。
解析:艾弗里實驗應用了控制變量的“減法原理”,即將某種物質從細菌的細胞提取物中用酶解法去除之后,再將其與R型細菌混合培養。根據培養基上出現的細菌類型判斷轉化是否成功,無法轉化成功的一組中被去除的物質就是轉化因子,也就是肺炎鏈球菌的遺傳物質。
答案 :(1)R和S　(2)R　(3)一、二、三、四 (4)DNA是該生物的遺傳物質,蛋白質等其他物質不是該生物的遺傳物質
選題測控導航表
知識點 題號
1.肺炎鏈球菌的轉化實驗 1,7,10,12
2.噬菌體侵染細菌的實驗 3,4,6,8,11,13,15
3.生物的遺傳物質 2,5,9
4.綜合考查 14
1.某研究人員利用肺炎鏈球菌進行了以下4個實驗:
①S型細菌的DNA+DNA酶→加入R型細菌→注入小鼠體內　②R型細菌的DNA+DNA酶→加入S型細菌→注入小鼠體內　③R型細菌+DNA酶→高溫加熱后冷卻→加入S型細菌的DNA→注入小鼠體內　④S型細菌+DNA酶→高溫加熱后冷卻→加入R型細菌的DNA→注入小鼠體內
以上4個實驗中小鼠存活的情況依次是(　D　)
A.存活、存活、存活、死亡
B.存活、死亡、存活、死亡
C.死亡、死亡、存活、存活
D.存活、死亡、存活、存活
解析:能使小鼠死亡的是活的S型細菌。①DNA酶會將S型細菌的DNA水解,從而失去轉化作用,R型細菌因此未發生轉化,小鼠存活;②雖然DNA酶存在,但因加入了S型細菌,因此小鼠死亡;③中沒有R型活菌,S型細菌的DNA不起作用,小鼠存活;④高溫加熱使S型細菌的蛋白質及DNA酶變性,雖然S型細菌的DNA還存在,但由于后面加的是R型細菌的DNA,所以不能發生轉化作用,小鼠存活。
2.下列關于遺傳物質的說法,錯誤的是(　C　)
①真核生物的遺傳物質是DNA　②原核生物的遺傳物質是RNA　③細胞核中的遺傳物質是DNA
④細胞質中的遺傳物質是RNA　⑤新型冠狀病毒的遺傳物質是DNA或RNA
A.①②③ B.②③④ C.②④⑤ D.③④⑤
解析:真核生物和原核生物的遺傳物質都是DNA;細胞核和細胞質中的遺傳物質都是DNA;新型冠狀病毒屬于RNA病毒,遺傳物質是RNA。
3.某研究人員模擬赫爾希和蔡斯的噬菌體侵染細菌實驗,進行了以下3個實驗:①用未標記的噬菌體侵染35S標記的細菌;②用32P標記的噬菌體侵染未標記的細菌;③用未標記的噬菌體侵染3H標記的細菌,短時間保溫后離心,檢測到以上3個實驗中放射性的主要位置依次是(　D　)
A.沉淀物、沉淀物、沉淀物和上清液
B.沉淀物、上清液、沉淀物
C.上清液、上清液、沉淀物和上清液
D.沉淀物、沉淀物、沉淀物
解析:在該實驗中,沉淀物的主要成分是被侵染的細菌,上清液的主要成分為噬菌體外殼。①③都直接對細菌進行了標記,放射性主要出現在沉淀物中;②用32P只能標記噬菌體的DNA,在該實驗中,噬菌體的DNA會進入細菌體內,放射性也主要出現在沉淀物中。
4.如果用3H、32P、35S標記噬菌體后,讓其侵染未被標記的細菌,在產生的子代噬菌體的組成成分中,能夠找到的放射性元素為(　B　)
A.可在外殼中找到3H和35S
B.可在DNA中找到3H和32P
C.可在外殼中找到35S
D.可在DNA中找到32P、35S
解析:噬菌體是由DNA和蛋白質組成的,DNA中含有C、H、O、N、P,而蛋白質中含有C、H、O、N、S等元素。用3H、32P、35S共同標記噬菌體,其DNA中含有3H、32P,蛋白質中含有3H、35S。在噬菌體侵染細菌的過程中,蛋白質外殼留在外面,沒有進入細菌內,只有DNA進入細菌內,所以在子代噬菌體的組成成分中能夠找到的放射性元素為3H、32P。
5.下列生物的遺傳物質都是DNA的是(　A　)
A.酵母菌、大腸桿菌和肺炎鏈球菌
B.禽流感病毒、SARS病毒
C.HIV、藍細菌、綠藻和黑藻
D.煙草、煙草花葉病毒
解析:所有細胞生物(包括原核生物和真核生物)的遺傳物質都是DNA,大多數病毒的遺傳物質是DNA,少數病毒的遺傳物質是RNA,如煙草花葉病毒、HIV、SARS病毒和禽流感病毒等。
6.噬菌體侵染細菌的實驗中,子代噬菌體的蛋白質外殼是(　A　)
A.在噬菌體DNA的指導下,用細菌的物質合成的
B.在細菌DNA的指導下,用細菌的物質合成的
C.在噬菌體DNA的指導下,用噬菌體的物質合成的
D.在細菌DNA的指導下,用噬菌體的物質合成的
解析:噬菌體侵染細菌時只將自身的DNA注入細菌中,其蛋白質外殼留在細菌外,而在細菌中合成子代噬菌體的蛋白質外殼和DNA,子代噬菌體的蛋白質外殼是在噬菌體DNA的指導下,利用細菌的物質合成的。
7.如圖是關于肺炎鏈球菌的轉化實驗,下列分析錯誤的是(　A　)
A.結果1中全部為S型肺炎鏈球菌
B.結果1中部分為R型肺炎鏈球菌
C.結果2中全部為R型肺炎鏈球菌
D.此實驗證明打碎的S型細菌體內有轉化因子,使R型細菌轉化為S型細菌
解析:S型肺炎鏈球菌的DNA是轉化因子,能使R型肺炎鏈球菌轉化為S型肺炎鏈球菌,所以用S型細菌的細胞提取物與R型活細菌混合后,結果1中可能培養出S型細菌和R型細菌。
8.赫爾希和蔡斯通過T2噬菌體侵染細菌的實驗證明了DNA是遺傳物質,實驗包括4個步驟:①培養噬菌體;②35S和32P分別標記噬菌體;③放射性檢驗;④離心分離。實驗步驟的先后順序為(　C　)
A.①②④③ B.④②①③
C.②①④③ D.②①③④
解析:噬菌體侵染細菌實驗的步驟:首先用35S和 32P 分別標記噬菌體,然后利用大腸桿菌培養被標記的噬菌體,離心分離之后,檢驗放射性。
9.煙草花葉病毒(TMV)與車前草病毒(HRV)的結構如圖中A、B所示,侵染作物葉片的癥狀如圖C、D所示。請據圖回答下列問題。
(1)用E去侵染葉片F時,葉片F所患病的癥狀與　　　　相同。
(2)葉片F上的病毒,蛋白質外殼是以　　　　　　　　　　　　為場所合成的,所需的氨基酸、酶和ATP均來自　　　　　　　　　　。
(3)病毒E的子代病毒的各項特性由　　　　決定。
(4)本實驗證明
　。
解析:(1)E是由煙草花葉病毒(TMV)的蛋白質外殼和車前草病毒(HRV)的RNA重組形成的病毒,由于其遺傳物質來自HRV,因此用E去侵染葉片F時,在F上所患病的癥狀與HRV相同,即與圖中的D相同。(2)在葉片F上的病毒,其蛋白質外殼的合成是受HRV的RNA控制的;蛋白質的合成場所是葉片F細胞的核糖體;病毒沒有細胞結構,其合成蛋白質所需的氨基酸、酶、ATP均來自宿主細胞,即葉片F的細胞。(3)病毒E的子代病毒的各項特性由E的RNA決定。(4)子代病毒的各項特性都是由E的RNA決定的,從而證明了RNA是車前草病毒的遺傳物質,蛋白質不是煙草花葉病毒的遺傳物質。
答案:(1)D　(2)葉片F細胞的核糖體　葉片F的細胞　(3)E的RNA　(4)RNA是車前草病毒的遺傳物質,蛋白質不是煙草花葉病毒的遺傳物質
10.如圖為肺炎鏈球菌轉化實驗的部分圖解,請據圖回答下列問題。
(1)該實驗是在格里菲思的肺炎鏈球菌轉化實驗的基礎上進行的,其中格里菲思的實驗得出的結論是
　。
(2)依據上圖所示實驗,可以作出
　　　　　的假設。
(3)為驗證(2)的假設,需設計下面甲和乙兩組實驗:
①甲組實驗中加入DNA酶的目的是
　,
觀察到的實驗現象是　。
②乙組可觀察到的實驗現象是
　。
解析:(1)格里菲思的肺炎鏈球菌轉化實驗的結論是加熱致死的S型細菌存在將R型細菌轉化成S型細菌的轉化因子。
(2)同時加入R型細菌和S型細菌的DNA,培養基中會同時生長R型細菌和S型細菌,所以可以作出DNA是使R型細菌轉化為S型細菌的轉化因子的假設。
(3)①酶具有催化作用,DNA酶能使DNA水解,所以該實驗中加入DNA酶的目的是水解從S型細菌中提取到的DNA;由于S型細菌的DNA被水解,所以觀察到的實驗現象是培養基中只生長R型細菌。②蛋白質、莢膜多糖不是遺傳物質,因此乙組觀察到的實驗現象是培養基中只生長R型細菌。
答案:(1)加熱致死的S型細菌中存在將R型細菌轉化成S型細菌的轉化因子　(2)DNA是轉化因子(遺傳物質)　(3)①水解從S型細菌中提取到的DNA　培養基中只生長R型細菌　②培養基中只生長R型細菌
11.下列有關赫爾希和蔡斯的噬菌體侵染細菌實驗的敘述,不正確的是(　D　)
A.該實驗的設計思路是單獨觀察蛋白質和DNA的作用
B.檢測離心后試管中上清液和沉淀物中放射性的強弱可推測侵入細菌中的物質
C.35S標記蛋白質的實驗組,離心后的試管中上清液有較高的放射性
D.噬菌體侵染細菌的實驗和格里菲思的肺炎鏈球菌的轉化實驗同時證明了DNA是遺傳物質
解析:格里菲思的肺炎鏈球菌轉化實驗證明了存在轉化因子,但沒有證明DNA是轉化因子。
12.在肺炎鏈球菌的轉化實驗中,能夠證明DNA是遺傳物質的最關鍵的實驗步驟是(　D　)
A.將R型活細菌與S型活細菌混合后培養,發現R型細菌轉化為S型細菌
B.將R型活細菌與加熱致死的S型細菌混合培養,發現R型細菌轉化為S型細菌
C.從加熱致死的S型細菌中提取DNA、蛋白質和多糖,混合后加入培養R型細菌的培養基中,發現R型細菌轉化為S型細菌
D.將加熱致死的S型細菌破碎后,設法去除絕大部分糖類、蛋白質和脂質,制成細胞提取物
解析:S型活細菌內各成分沒有分開,不能證明是DNA使R型細菌轉化為S型細菌;B項只能證明加熱致死的S型細菌中含有轉化因子,但不能證明轉化因子就是DNA;將加熱致死的S型細菌的DNA、蛋白質和多糖混合后加入培養R型細菌的培養基中,仍然無法確定具體是哪種物質起了轉化作用。
13.圖1、圖2表示T2噬菌體侵染大腸桿菌的相關實驗,據圖分析,某同學總結出四個結論,你認為正確的是(　 D　)
A.甲處的噬菌體沒有放射性
B.乙處的噬菌體一定不含放射性
C.圖1能證明DNA是遺傳物質,而不能證明蛋白質不是遺物物質
D.圖2增設一組35S標記的噬菌體作對照,能證明DNA是遺傳物質,但不能證明蛋白質不是遺傳物質
解析:分析圖1可知,大腸桿菌用32P或35S處理過,所以甲處的噬菌體含有放射性;由于親代噬菌體用32P標記過,所以乙處噬菌體部分含放射性;由于圖1中的大腸桿菌用32P或35S標記過,而親代噬菌體沒有標記過,所以圖1不能證明DNA是遺傳物質,也不能證明蛋白質不是遺傳物質;圖2增設一組35S標記的噬菌體作對照,能證明DNA是遺傳物質;因為35S標記的噬菌體的蛋白質沒有進入大腸桿菌體內,所以不能證明蛋白質不是遺傳物質。
14.下列敘述不能說明核酸是遺傳物質的是(　 C　)
A.T2噬菌體的DNA進入大腸桿菌細胞后能合成T2噬菌體的外殼蛋白
B.S型菌的DNA進入R型菌細胞后隨該細胞的遺傳物質穩定遺傳
C.肺炎鏈球菌的轉化實驗中,加熱殺死的S型菌和活的R型菌混合后注射到小鼠體內,最終能分離出活的S型菌
D.TMV的RNA與HRV的蛋白質重建而成的新病毒能感染煙草并增殖出完整的TMV
解析:肺炎鏈球菌的轉化實驗中,加熱殺死的S型菌和活的R型菌混合后注射到小鼠體內,最終能分離出活的S型菌,這只能說明S型細菌中存在某種轉化因子,能將R型細菌轉化為S型細菌,但不能說明核酸是遺傳物質。
15.在赫爾希和蔡斯的噬菌體侵染細菌的實驗中,用32P標記的噬菌體侵染大腸桿菌,在理論上,上清液中不含放射性,下層沉淀物中具有很高的放射性。而實驗的實際最終結果顯示:在離心上層液體中,也具有一定的放射性,而下層的放射性強度比理論值略低。
(1)在赫爾希和蔡斯的噬菌體侵染細菌的實驗中,采用的實驗技術是　。
(2)在理論上,上清液放射性應該為0,其原因是

　。
(3)實驗數據和理論數據之間有較大的誤差,對實驗過程進行如下誤差分析:
①在實驗中,從噬菌體和大腸桿菌混合培養,到用離心機分離,這一段時間如果過長,會使上清液的放射性含量升高,其原因是
　。
②在實驗中,如果有一部分噬菌體沒有侵染到大腸桿菌細胞內,將　　　　(填“是”或“不是”)誤差的來源,理由是　
　。
(4)噬菌體侵染細菌的實驗證明了　。
(5)上述實驗中　　　　(填“能”或“不能”)用3H來標記噬菌體的DNA,理由是　
　。
解析:(1)噬菌體侵染細菌實驗中,采用的實驗技術是放射性同位素標記技術。
(2)DNA中含有P元素,蛋白質中沒有,故32P只能進入噬菌體的DNA中。在侵染過程中,由于噬菌體的DNA全部注入大腸桿菌,離心后,上清液中是噬菌體的蛋白質外殼,沉淀物中是被侵染的大腸桿菌,故理論上,上清液中應該沒有放射性。
(3)從噬菌體和大腸桿菌混合培養,到用離心機分離,如果時間過長會使帶有放射性的噬菌體從大腸桿菌中釋放出來,使上清液帶有放射性;如果部分噬菌體沒有侵染到大腸桿菌內,也會使上清液帶有放射性。
(4)噬菌體侵染細菌實驗證明了DNA是噬菌體的遺傳物質。
(5)由于H元素在DNA和蛋白質中都含有,因此不能用3H來標記DNA。
答案:(1)放射性同位素標記技術
(2)理論上,噬菌體已將含32P的DNA全部注入大腸桿菌內,離心后上清液中只含噬菌體的蛋白質外殼
(3)①噬菌體在大腸桿菌內增殖后被釋放出來,經離心后分布于上清液中　②是　沒有侵入大腸桿菌的噬菌體經離心后分布于上清液中,使上清液具有放射性
(4)DNA是遺傳物質
(5)不能　DNA和蛋白質中都含有H元素第2節　DNA的結構
1.通過嘗試制作DNA雙螺旋結構的模型,概述DNA分子的結構及特點,領悟人們在探索DNA分子結構歷程中的科學方法與科學精神。
2.基于對DNA的結構及特點的理解,進一步形成結構與功能相適應的觀念。
3.運用數學方法分析DNA分子的結構,闡述堿基多種多樣的排列順序蘊含著豐富的遺傳信息。
新知探究一　DNA的結構及其模型構建
資料1:20世紀30年代,人們已經認識到DNA是由脫氧核苷酸連接而成的長鏈;組成DNA分子的脫氧核苷酸有4種,每1種含有1個特定的堿基。思考討論下列問題。
問題(1):每個脫氧核苷酸是由哪些小分子組成的 組成DNA的堿基有哪幾種 嘗試構建脫氧核苷酸的結構模型。
提示:脫氧核糖、磷酸和含氮堿基。腺嘌呤(A)、胸腺嘧啶(T)、鳥嘌呤(G)、胞嘧啶(C)。
問題(2):DNA中的N、P分別存在于脫氧核苷酸的哪一種成分中
提示:N存在于含氮堿基中,P存在于磷酸基團中。
問題(3):脫氧核苷酸長鏈是如何構成具有雙螺旋結構的DNA分子的 配對有什么規律
提示:兩條脫氧核苷酸長鏈反向平行,通過堿基對連接在一起。A與T配對,G與C配對。
問題(4):下圖為某同學制作的DNA雙螺旋結構模型,請找出圖中的錯誤有幾處,分別是什么。
提示:4處;核糖應為脫氧核糖;堿基U應為T;磷酸二酯鍵連接位置應該在脫氧核糖與磷酸基團之間;C、G間氫鍵數應為三個。
問題(5):現有M、N兩個均含有200個堿基的雙鏈DNA分子,其中M分子中共有260個氫鍵,N分子中含有20個腺嘌呤,那么M、N分子中有C—G堿基對各多少個 這兩個DNA分子中哪個結構更穩定
提示:由題意可知M分子中有A—T堿基對 40個,C—G堿基對60個,N分子中A—T堿基對有20個,則G—C堿基對有80個,氫鍵共有20×2+80×3=280(個);氫鍵越多的DNA分子越穩定,因此N分子更穩定。
資料2:某研究小組繪制了DNA分子的兩種結構模型圖,試回答下列問題。
問題(6):每個DNA片段中游離的磷酸基團有幾個
提示:2個。
問題(7):在DNA分子的一條單鏈中相鄰的堿基如何連接
提示:在DNA分子的一條單鏈中相鄰的堿基通過“—脫氧核糖—磷酸—脫氧核糖—”相連接。
問題(8):DNA的空間結構有什么特點
提示:是規則的雙螺旋結構。
DNA分子的結構
(1)結構圖示
(2)圖示解讀
基本組 成元素 C、H、O、N、P
組成物質 [①]堿基,[②]脫氧核糖,[③]磷酸
基本組 成單位 [④]脫氧核苷酸,共4種
整體結構 由兩條鏈按反向平行方式盤旋成雙螺旋結構
結構 特點 由脫氧核糖和磷酸交替連接組成基本骨架
堿基之間通過氫鍵連接;遵循堿基互補配對原則,即T(胸腺嘧啶)一定與[⑥]腺嘌呤配對,C(胞嘧啶)一定與[⑦]鳥嘌呤配對
DNA分子的結構特性
(1)穩定性:DNA中脫氧核糖和磷酸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:DNA分子中堿基對(脫氧核苷酸對)的排列順序多種多樣,構成了DNA的多樣性。
(3)特異性:每種DNA有別于其他DNA的特定的堿基排列順序。
1.下列是脫氧核苷酸的結構圖,正確的是(　D　)
解析:組成脫氧核苷酸的各種分子間正確的連接方式是磷酸—脫氧核糖—含氮堿基,并且含氮堿基應連接在脫氧核糖的1號碳原子上,磷酸連接在脫氧核糖的5號碳原子上。
2.下列關于DNA分子結構的敘述中,不正確的是(　D　)
A.每個DNA分子中通常都含有四種脫氧核苷酸
B.DNA分子的兩條鏈反向平行
C.DNA兩條鏈上的堿基以氫鍵相連,且A與T配對,G與C配對
D.DNA分子長鏈的每個脫氧核糖上均連接著一個磷酸和一個堿基
解析:DNA分子長鏈結束部位的脫氧核糖上連接著一個磷酸和一個堿基,其他脫氧核糖上連接兩個磷酸和一個堿基。
新知探究二　DNA結構中堿基的數量關系
活動:觀察教材P50圖38“DNA的結構模式圖”,可以看出堿基之間通過氫鍵連接形成堿基對,遵循堿基互補配對原則,雙鏈DNA分子中堿基數量存在如下關系:
思考下列問題。
問題(1):任意兩種不互補的堿基數量之和占總堿基數的比例是多少
提示:50%。
問題(2):若一條鏈中互補的兩種堿基之和占該單鏈堿基數的比例為m,則該DNA分子兩條鏈中這兩種堿基數量之和占總堿基數的比例及其互補鏈中兩種堿基之和占該單鏈堿基數的比例分別是多少
提示:都是m,根據堿基互補配對原則及等比定理,有下列數量關系:
===m,
===m。
問題(3):若一條鏈中兩種不互補堿基之和的比值為n,則其互補鏈中該比值為多少
提示:,即若一條鏈中(或)=n,則另一條鏈中(或)=。
問題(4):在整個DNA分子中的值等于多少
提示:A1+A2=T1+T2,G1+G2=C1+C2,故=1。
問題(5):若已知堿基對數為n,A有m個,則氫鍵數為多少
提示:堿基總數為2n個,A有m個,則C=G=(2n-2m)/2=n-m(個)。氫鍵數量為3(n-m)+2m=3n-m(個)。
雙鏈DNA分子中堿基的最基本數量關系
一個雙鏈DNA分子中,A=T、C=G,則A+G=C+T,即“嘌呤堿基總數等于嘧啶堿基總數”。
DNA堿基互補配對原則有關推論
規律一:在雙鏈DNA分子中,A+T或C+G在全部堿基中所占的比例等于其任何一條單鏈中A+T或C+G所占的比例。
規律二:不配對的堿基和之比在兩條單鏈中互為倒數。
注意:在整個DNA分子中該比值等于1。
規律三:不同生物的DNA分子中互補配對的堿基之和的比值不同,即(A+T)/(C+G)的值不同。該比值體現了不同生物DNA分子的特異性。
3.在一個雙鏈DNA分子中,堿基總數為m,腺嘌呤堿基數為n。在堿基A與T之間形成2個氫鍵,G與C之間形成3個氫鍵。則下列敘述正確的是(　D　)
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-n　③兩條鏈中A+T的數量為2n　④G的數量為m-n
A.①②③④ B.②③④
C.③④ D.①②③
解析:每個脫氧核苷酸均由一個磷酸、一個堿基和一個脫氧核糖組成,因此,脫氧核苷酸數=磷酸數=堿基總數=m,①正確;腺嘌呤堿基數為n,則T也為n個,說明有n個A—T堿基對,含有2n個氫鍵,G—C堿基對之間含有的氫鍵總數為,因此,該DNA分子含有的氫鍵總數為+2n=-n,②正確;兩條鏈中A+T的數量為2n,③正確;G的數量為=-n,④錯誤。
4.如果一個雙鏈DNA中鳥嘌呤占整個DNA堿基的27%,并測得DNA一條鏈上的腺嘌呤占該鏈的28%,那么另一條鏈上的腺嘌呤占該鏈堿基總數的比例為(　B　)
A.28% B.18% C.27% D.9%
解析:已知一個雙鏈DNA中鳥嘌呤占整個DNA堿基的27%,即G=27%,則C=G=27%,A=T=50%-27%=23%。已知其中一條鏈上的腺嘌呤占這條鏈堿基的28%,即A1=28%,根據堿基互補配對原則,A=(A1+A2)÷2,所以另一條鏈上的腺嘌呤占該鏈的堿基的比例是A2=23%×2-28%=18%。
[科技情境]
cfDNA是細胞凋亡后裂解釋放到血漿中的游離的DNA碎片,它包括循環腫瘤DNA(ctDNA)和胎兒DNA(cffDNA)。cfDNA已被證明是很多種疾病的生物標志物。
探究:(1)cfDNA的基本骨架是什么
提示:磷酸和脫氧核糖交替連接構成cfDNA的基本骨架。
(2)在cfDNA一條鏈中連接A與T的是什么結構
提示:—脫氧核糖—磷酸—脫氧核糖—。
課堂小結
完善概念圖 關鍵語句
1.DNA是由兩條單鏈組成的,這兩條鏈按反向平行方式盤旋成雙螺旋結構。 2.DNA中的脫氧核糖和磷酸交替連接,排列在外側,構成基本骨架,堿基排列在內側。 3.兩條鏈上的堿基按照堿基互補配對原則連接成堿基對。 4.DNA中的堿基互補配對規律為腺嘌呤一定與胸腺嘧啶配對,鳥嘌呤一定與胞嘧啶配對。互補堿基之和的比例在DNA的任何一條鏈及整個DNA分子中都相等。 5.非互補堿基之和的比例在兩條互補鏈中互為倒數,而在整個DNA分子中比值為1。 6.在DNA分子中,含G—C堿基對越多的DNA分子相對越穩定。
隨堂反饋
　　　　　　 　　　　　 　　　　　
1.下面為含有四種堿基的DNA分子結構示意圖,對該圖的正確描述是(　D　)
A.③有可能是堿基A
B.②和③相間排列,構成DNA分子的基本骨架
C.①②③中特有的元素分別是P、C和N
D.與⑤有關的堿基對一定是A—T
解析:該DNA分子含有四種堿基,且A與T之間形成兩個氫鍵,G與C之間形成三個氫鍵,因此與⑤有關的堿基對一定是A—T,與③有關的堿基對一定是G—C,但無法確定③⑤具體是哪一種堿基。DNA分子的基本骨架是由磷酸和脫氧核糖交替連接構成的,應為圖中的①②。①中特有的元素是P,③中特有的元素是N,而C并不是②所特有的,③中也含有C。
2.某雙鏈DNA分子一條鏈上(A+T)/(G+C)的值為0.3,則在整個DNA分子中A∶T∶G∶C為(　C　)
A.1∶1∶1∶1 B.2∶2∶3∶3
C.3∶3∶10∶10 D.10∶10∶3∶3
解析:某雙鏈DNA分子一條鏈上(A+T)/(G+C)的值為0.3,則另一條鏈上(A+T)/(G+C)的值也為0.3。又因A=T、C=G,故在整個DNA分子中A∶T∶G∶C=3∶3∶10∶10。
3.在制作DNA雙螺旋結構模型的實驗中,若4種堿基塑料片共30個,其中6個C、10個G、6個A、8個T,脫氧核糖和磷酸之間的連接物18個,脫氧核糖塑料片、磷酸塑料片、代表氫鍵的連接物、脫氧核糖和堿基之間的連接物等材料均充足,則(　D　)
A.能制作出含30個脫氧核苷酸的DNA分子片段
B.所制作的DNA分子片段最多含12個堿基對
C.能制作出415種不同的DNA分子模型
D.能制作出一個含5個堿基對的DNA分子片段
解析:在雙鏈DNA分子中,堿基之間的配對遵循堿基互補配對原則,設制作的DNA分子片段含有n個堿基對,則每條鏈需要脫氧核糖和磷酸之間的連接物的數目為2n-1,制作的DNA分子片段需要脫氧核糖和磷酸之間的連接物的數目為(2n-1)×2,已知脫氧核糖和磷酸之間的連接物有18個,則n≤5,又4種堿基數目均大于5,其他材料充足,所以題干提供的材料最多能制作出一個含5個堿基對的DNA分子片段;含5個堿基對的DNA分子片段,含10個脫氧核苷酸,最多能制作出45種不同的DNA分子模型。
4.如圖為DNA有關的概念圖,其中A～E表示相關物質,下列有關敘述正確的是(　D　)
A.物質D表示的結構有2種
B.物質B表示的糖類有2種
C.物質C表示的磷酸有2種
D.物質A表示的堿基有4種
解析:物質D表示的結構為脫氧核苷酸有4種;物質B表示的糖類有1種,即脫氧核糖;物質C表示的磷酸有1種;物質A表示的堿基有4種,分別是A、T、C、G。
5.如圖是某核苷酸與核苷酸長鏈的示意圖,據圖回答問題。
(1)圖1所示的核苷酸的中文名稱是　　　　　　　　　　　　,該核苷酸是構成　　　　的原料。
(2)圖2為一條核苷酸長鏈的片段,據圖回答下列問題。
①圖中所示1、2、3的名稱分別是　　　　　　、　　　　　　、　　　　　　。
②此結構中與另一種核酸相比較,其特有堿基的中文名稱是　　　　　　。
解析:(1)圖1中的五碳糖是核糖,又知圖1的分子結構式右上角的含氮堿基為腺嘌呤(A),則圖1所示的核苷酸的中文全稱是腺嘌呤核糖核苷酸,是構成RNA的原料。
(2)①由圖可知,圖2中所示1、2、3的名稱分別是磷酸、脫氧核糖、胞嘧啶。
②此結構(DNA)與另一種核酸(RNA)相比較,其特有的堿基是T,中文名稱是胸腺嘧啶。
答案:(1)腺嘌呤核糖核苷酸　RNA
(2)①磷酸　脫氧核糖　胞嘧啶　②胸腺嘧啶
　　　　　　 　　　　　 　　　　　
選題測控導航表
知識點 題號
1.DNA的結構及其模型構建 1,2,3,4,8,9,10,14
2.DNA結構中堿基的數量關系 5,6,7,11,12,13,15
1.如圖是一個DNA分子的片段,從圖中不能得到的信息是(　D　)
A.DNA是雙螺旋結構
B.堿基嚴格互補配對
C.嘌呤數等于嘧啶數
D.兩條脫氧核苷酸鏈反向平行
解析:由題圖可以看出,DNA是雙螺旋結構,且兩條鏈之間堿基嚴格互補配對,即嘌呤數等于嘧啶數;但從圖中不能看出兩條鏈的方向。
2.威爾金斯、富蘭克林、查哥夫、沃森和克里克等人在DNA分子結構構建方面作出了突出的貢獻。下列相關說法正確的是(　B　)
A.威爾金斯和富蘭克林提供了DNA分子的電子顯微鏡圖像
B.沃森和克里克提出了DNA分子的雙螺旋結構模型
C.查哥夫提出了A與T配對,C與G配對的正確關系
D.富蘭克林和查哥夫發現A的量等于T的量、C的量等于G的量
解析:在DNA分子結構構建方面,威爾金斯和富蘭克林提供了DNA衍射圖譜;查哥夫發現了A的量總是等于T的量、C的量總是等于G的量;沃森和克里克在此基礎上提出了DNA分子的雙螺旋結構模型。
3.下列哪項不是沃森和克里克構建過的模型(　B　)
A.堿基在外側的雙螺旋結構模型
B.同種堿基配對的三螺旋結構模型
C.堿基在外側的三螺旋結構模型
D.堿基互補配對的雙螺旋結構模型
解析:沃森和克里克最先提出了堿基在外側的雙螺旋和三螺旋結構模型,后來又提出了堿基在內側的雙螺旋結構模型,并且同種堿基配對,最后提出了堿基互補配對的雙螺旋結構模型。
4.有關DNA分子結構的敘述,正確的是(　D　)
A.DNA分子由4種核糖核苷酸組成
B.DNA單鏈上相鄰堿基以氫鍵連接
C.堿基與磷酸相連接
D.磷酸與脫氧核糖交替連接構成DNA鏈的基本骨架
解析:DNA分子由4種脫氧核苷酸組成;DNA雙鏈之間堿基以氫鍵連接,DNA單鏈上相鄰堿基以“—脫氧核糖—磷酸—脫氧核糖—”連接;堿基與脫氧核糖相連接;DNA鏈的基本骨架是由磷酸與脫氧核糖交替連接構成。
5.果蠅某基因含有腺嘌呤的分子數為15%,含胞嘧啶的分子數為(　B　)
A.15% B.35% C.70% D.85%
解析:DNA分子中,任意兩個不互補的堿基之和占堿基總數的50%,即A+C=50%,A=15%,所以C=35%。
6.某雙鏈DNA分子中,腺嘌呤與胸腺嘧啶之和占全部堿基的比例為M,其中一條鏈上腺嘌呤占該鏈全部堿基的比例為N,則互補鏈中腺嘌呤占整個DNA分子堿基的比例為(　A　)
A. B.M-N C. D.M-
解析:某雙鏈DNA分子中,腺嘌呤與胸腺嘧啶之和占全部堿基的比例為M,則該DNA分子中腺嘌呤占M/2,其中一條鏈上腺嘌呤占該鏈全部堿基的比例為N,根據堿基互補配對原則,雙鏈DNA分子中A=(A1+A2)÷2,因此互補鏈中腺嘌呤占該鏈的全部堿基的比例為M-N,則互補鏈中腺嘌呤占整個DNA分子堿基的比例為(M-N)/2。
7.某研究小組測定了多個不同雙鏈DNA分子的堿基組成,根據測定結果繪制了DNA分子的一條單鏈與其互補鏈、一條單鏈與其所在DNA分子中堿基數目比值的關系圖,下列正確的是(　C　)
解析:DNA分子中(A+C)/(T+G)應始終等于1;一條單鏈中(A+C)/(T+G)與其互補鏈中(A+C)/(T+G)互為倒數,一條單鏈中(A+C)/(T+G)=0.5時,互補鏈中(A+C)/(T+G)=2;一條單鏈中(A+T)/(G+C)與其互補鏈中(A+T)/(G+C)及DNA分子中(A+T)/(G+C)都相等。
8.下列能正確表示DNA片段的示意圖的是(　D　)
解析:DNA中存在T,不存在U,可排除A選項;DNA分子的兩條鏈是反向平行的,而不是B選項中同向的(依據兩條鏈中脫氧核糖分析);A與T之間形成兩個氫鍵,G與C之間形成三個氫鍵,可排除C選項。
9.如圖為DNA片段的結構示意圖,請據圖回答。
(1)圖甲是DNA片段的　　　　結構,圖乙是DNA片段的　　　　結構。
(2)填出圖中部分結構的名稱:②　　　　　　　　　　　、⑤　　　　　　　　　　　　　。
(3)從圖中可以看出,DNA分子中的　　　　和　　　　交替連接排列在外側,構成基本骨架。
(4)連接堿基對的⑦代表的是　　　　,堿基配對的方式如下:即　　　　　與　　　　　配對;　　　　　與　　　　　配對。
(5)從圖甲可以看出,組成DNA分子的兩條鏈的方向是　　　　　　的;從圖乙可以看出組成DNA分子的兩條鏈相互纏繞成　　　　　　結構。
答案:(1)平面　立體(或空間)　(2)一條脫氧核苷酸單鏈片段　腺嘌呤脫氧核苷酸　(3)脫氧核糖　磷酸　(4)氫鍵　A(腺嘌呤)　T(胸腺嘧啶)　G(鳥嘌呤)　C(胞嘧啶)　(5)反向平行　規則的雙螺旋
10.如圖為真核細胞中某核酸分子局部結構圖。請據圖回答下列相關問題。
(1)該核酸分子是　　　　(填“DNA”或“RNA”),理由是　。
(2)④　　　　(填“是”或“不是”)一個核苷酸。
(3)該分子熱穩定性大小與　　　　鍵的多少密切相關;它的多樣性與其空間結構　　　　(填“有關”或“無關”),其原因是　
　　　　　　　　　　　。
(4)DNA指紋技術的原理是
　。
解析:(1)圖中核酸的結構模式圖中含有胸腺嘧啶(T),因此該核酸分子是DNA,因為胸腺嘧啶是DNA特有的堿基。
(2)圖中的④包含的組分構成一個核苷酸。
(3)該分子熱穩定性大小與堿基對之間的氫鍵的多少密切相關,或與DNA分子中鳥嘌呤和胞嘧啶形成的堿基對的多少有關;DNA分子的多樣性與其空間結構無關,因為所有的雙鏈DNA分子都是雙螺旋結構,DNA之間的差異與DNA分子中堿基對的排列順序密切相關。
(4)人與人之間的DNA存在微小差異且具有特異性,正因為這種微小差異的存在,因此DNA可以像指紋一樣用來識別身份。
答案:(1)DNA　該核酸分子中含有堿基T
(2)是
(3)氫　無關　DNA分子空間結構均為規則的雙螺旋結構
(4)人與人之間的DNA存在微小差異,DNA可以像指紋一樣用來識別身份
11.在制作DNA雙螺旋結構模型過程中,為了逼真起見,用一種長度的塑料片代表A和G,用另一長度的塑料片代表C和T,并且使用代表氫鍵的訂書釘將代表四種堿基的塑料片連為一體。現已搭建一段含有10個堿基對的DNA分子片段,其中有3對是A與T堿基對,那么由此搭建而成的DNA雙螺旋的整條模型的粗細和所用釘子數分別是(　A　)
A.粗細相同,27個釘 B.粗細相同,23個釘
C.粗細不同,23個釘 D.粗細不同,27個釘
解析:分析題意可知,因為嘌呤必定與嘧啶互補,所以搭建而成的DNA雙螺旋的整條模型粗細相同;A和T之間有2個氫鍵,C和G之間有3個氫鍵,該DNA片段含有10個堿基對,其中有3對是A與T堿基對,則氫鍵數=3×2+(10-3)×3=27(個)。
12.在雙鏈DNA分子中,一條鏈(A+G)/(T+C)=0.2,則在另一條鏈和整個DNA分子中其比例分別是(　D　)
A.0.2和0.2 B.0.2和0.8
C.0.8和1 D.5和1
解析:由DNA分子中的堿基互補配對原則可知,一條鏈上的A與另一條鏈上的T相等,一條鏈上的G與另一條鏈上的C相等,在整個雙鏈DNA分子中A=T,G=C,兩條單鏈上的(A+G)/(T+C)互為倒數,整個DNA分子中(A+G)/(T+C)=1。因此,在雙鏈DNA分子中,一條鏈(A+G)/(T+C)=0.2,則在另一條鏈和整個DNA分子中其比例分別是5和1。
13.要準確地構建一個含有30個堿基對的雙鏈DNA分子模型,則該模型中(　D　)
A.含有30個脫氧核糖分子
B.若含20個腺嘌呤,則有20個胞嘧啶
C.含有30個磷酸基團
D.兩條脫氧核苷酸鏈是反向平行的
解析:每個脫氧核苷酸含有一個堿基、一個脫氧核糖和一個磷酸基團,因此含有30個堿基對的雙鏈DNA分子模型中含有60個脫氧核糖分子和60個磷酸基團;若含20個腺嘌呤,則有20個胸腺嘧啶,10個胞嘧啶和10個鳥嘌呤;兩條脫氧核苷酸鏈是反向平行的。
14.如圖為某核苷酸鏈的局部結構圖,下列敘述中錯誤的是(　A　)
A.圖中a或b能構成一個完整的核苷酸
B.該鏈上各核苷酸之間是通過化學鍵③連接起來的
C.DNA的穩定性與胞嘧啶的含量成正相關
D.該鏈不可能是組成T2噬菌體遺傳物質的一部分
解析:圖中a能構成一個完整的核苷酸,b不能;該鏈上各核苷酸之間是通過③連接起來的;DNA分子兩條鏈上的堿基通過氫鍵相連,腺嘌呤與胸腺嘧啶形成2個氫鍵,鳥嘌呤與胞嘧啶形成3個氫鍵,因此,胞嘧啶的含量越多,堿基對的氫鍵含量越高,DNA的穩定性越高;圖中有尿嘧啶,說明該鏈是由核糖核苷酸構成的,而T2噬菌體的遺傳物質是DNA,由脫氧核苷酸構成。
15.分析以下材料,回答相關問題。
材料一　在沃森和克里克提出DNA的雙螺旋結構模型之前,人們已經證實了DNA分子是由許多脫氧核苷酸構成的長鏈。當時困擾人們的是脫氧核苷酸連接的方式以及兩條鏈之間的連接方式。對于鏈的數量,也有一些不同的聲音,如單鏈和三鏈的說法。占主流的觀點是DNA是由兩條鏈結合形成的。
材料二　在1949年到1951年期間,科學家查哥夫研究不同生物的DNA時發現,DNA分子中的嘧啶核苷酸的總數始終等于嘌呤核苷酸的總數;A的總數等于T的總數,G的總數等于C的總數,但(A+T)與(G+C)的比值是不固定的。
材料三　根據富蘭克林等人對DNA晶體的X射線衍射分析表明DNA分子由許多“亞單位”組成,且每一層的間距為3.4埃,而且整個DNA分子長鏈的直徑是恒定的。
以上科學研究成果為沃森和克里克提出DNA雙螺旋結構模型奠定了基礎。請分析回答下列問題。
(1)材料一表明DNA的基本單位是　　　　　。沒有弄清楚基本單位之間連接方式的原因是　 　。
(2)嘧啶核苷酸的總數始終等于嘌呤核苷酸的總數,說明　。
(3)A的總數等于T的總數,G的總數等于C的總數,說明　。
(4)A與T的總數和G與C的總數的比值不固定,說明　。
(5) 富蘭克林等人提出的DNA分子中的“亞單位”實際上是　　　　　　;亞單位的間距是3.4埃,而且DNA分子的直徑是恒定的,這些特征表明　 。
(6)基于以上分析,沃森和克里克提出了各對應的堿基之間的關系是　　　　　　　　　　　　,并成功地構建了DNA分子的雙螺旋結構模型。
解析:由材料一可以看出構成DNA的基本單位是脫氧核苷酸,但是由于存在不完整和不同的認識,人們并不清楚DNA的具體結構。不了解基本單位之間連接方式的原因是對于組成脫氧核苷酸的小分子之間的連接方式不清楚。材料二查哥夫的研究給出了組成DNA的四種堿基的數量關系,即A=T、G=C,為DNA雙螺旋結構模型的構建奠定了基礎。材料三說明DNA是由多個重復的堿基對組成的,堿基對的種類可能不同,但是配對的兩種堿基形成的分子直徑是相同的。
答案:(1)脫氧核苷酸　對于脫氧核苷酸的組成成分之間的連接并不清楚　(2)DNA分子中嘌呤與嘧啶之間的數量是一一對應的　(3)A與T一一對應,C與G一一對應　(4)A與T之間的對應和C與G之間的對應互不影響　(5)堿基對　DNA分子的空間結構非常規則　(6)A與T配對,C與G配對第3節　DNA的復制
1.運用假說—演繹法探究DNA的復制方式,概述DNA通過半保留方式進行復制。
2.通過對DNA半保留復制方式的學習,理解DNA的準確復制是遺傳信息穩定傳遞的基礎。
3.通過對DNA半保留復制方式的實驗驗證,認同科學技術在生物學研究中的重要作用。
新知探究一　DNA半保留復制的實驗證據
活動:沃森和克里克在構建DNA雙螺旋結構模型之后,提出了遺傳物質自我復制的半保留復制假說。但也有人持不同觀點,提出全保留復制等不同假說。閱讀教材P53～55,思考下列問題。
問題(1):根據對半保留復制和全保留復制方式的理解,你認為判斷DNA復制方式的關鍵是什么 可通過什么技術實現
提示:關鍵是通過實驗區分親代與子代DNA。可通過同位素標記技術和(密度梯度)離心技術實現。
問題(2):在“證明DNA半保留復制的實驗”中,如果DNA是半保留復制,第一代和第二代DNA分子的兩條鏈中,含有N元素的標記情況是怎樣的 離心后試管中DNA的位置會是怎樣的 試通過演繹推理來預測并填寫教材P54圖中的方框。
提示:第一代DNA全為14N/15NDNA;第二代DNA中,1/2為14N/15NDNA,1/2為14N/14NDNA。離心后,第一代DNA分子全部在離心管中部;第二代DNA分子中,1/2在離心管中部,1/2在離心管的上部。
問題(3):如果全保留復制是正確的,實驗預期又會怎樣
提示:第一代DNA中,1/2為15N/15NDNA,1/2為 14N/14NDNA;第二代DNA中,1/4為15N/15NDNA,3/4為14N/14NDNA。離心后,第一代DNA分子中,1/2在離心管的底部,1/2在離心管的上部;第二代DNA分子中,1/4在離心管底部,3/4在離心管的上部。
問題(4):科學家的實驗結果與你的哪種預測相符合 由此你認為DNA復制的方式是怎樣的
提示:半保留復制的預測。半保留復制的方式。
問題(5):該實驗在探究過程中運用的思維方法是什么
提示:假說—演繹法。
資料:對于DNA的復制,有人還提出了分散復制的假說,即親代雙鏈被切成許多雙鏈片段,而這些片段又可以作為新合成雙鏈片段的模板,新、老雙鏈片段又以某種方式混合成完整的DNA分子。
問題(6):試根據以上實驗,預測分散復制方式的離心結果。科學家從第一代DNA分子離心的結果已經能夠排除全保留復制,想一想,為什么還要做第二代的實驗
提示:離心后,第一代DNA分子全部在離心管中部;第二代DNA分子無規律地排列在試管的中上部。第一代DNA分子離心的結果不能排除分散復制的方式。
(1)對DNA分子復制的推測
①假說:半保留方式復制。
②提出者:沃森和克里克。
③假說內容
a.解旋:DNA復制時,DNA雙螺旋解開,互補的堿基之間的氫鍵斷裂。
b.復制:解開的兩條單鏈分別作為復制的模板,游離的脫氧核苷酸根據堿基互補配對原則,通過形成氫鍵,結合到作為模板的單鏈上。
c.特點:新合成的每個DNA分子中,都保留了原來DNA分子中的一條鏈,這種復制方式稱作半保留復制。
(2)DNA分子復制方式的實驗證據
①實驗方法:同位素標記技術和密度梯度離心法。
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分子密度居中。
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。
a.重帶(密度最大):兩條鏈都為15N標記的親代雙鏈DNA。
b.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。
c.輕帶(密度最小):兩條鏈都為14N標記的子代雙鏈DNA。
1.細菌在含15N的培養基中繁殖數代后,細菌DNA的含氮堿基皆含有15N,然后再將其移入含14N的培養基中培養,抽取親代及子代的DNA離心分離,如圖①～⑤為可能的結果,下列敘述錯誤的是(　C　)
A.子一代DNA應為② B.子二代DNA應為①
C.子三代DNA應為④ D.親代的DNA應為⑤
解析:親代DNA全為15N,應為⑤,復制一次后,DNA一條鏈為15N,一條鏈為14N,應為②;復制兩次后形成4個DNA,其中2個全為14N,2個是一條鏈為15N,一條鏈為14N,應為①;復制三次后形成8個DNA,其中6個DNA全為14N,2個DNA的一條鏈為14N,一條鏈為15N。
2.某親本DNA分子雙鏈均以白色表示,以灰色表示第一次復制出的DNA子鏈,以黑色表示第二次復制出的DNA子鏈,該親本雙鏈DNA連續復制兩次后的產物是(　D　)
解析:根據DNA半保留復制的特點可知,親代DNA的兩條鏈(白色)應在不同的子代DNA分子中;第一次復制合成的子鏈(灰色)應有2條,第二次復制合成的子鏈(黑色)應有4條。
新知探究二　DNA復制的過程
活動1:閱讀教材P55～56“DNA復制的過程”,思考下列問題。
問題(1):DNA復制時有幾條模板鏈 新合成的DNA中的兩條鏈全是子鏈嗎
提示:兩條模板鏈(親代DNA分子解開螺旋的兩條鏈)。不是,是一條母鏈和一條子鏈。
問題(2):DNA復制時,用什么方法識別DNA中哪一條鏈是母鏈,哪一條鏈是子鏈 DNA復制所形成的子代DNA是否是親代DNA鏈和子代DNA鏈隨機結合的
提示:同位素標記法。不是,是親代DNA鏈與其相應的子鏈結合形成的子代DNA。
問題(3):若在某一試管中加入緩沖液、ATP、解旋酶、DNA模板和四種脫氧核苷酸,并置于適宜的溫度下,能否完成DNA的復制 并分析其原因。
提示:不能。復制條件不完全,缺少DNA聚合酶。
問題(4):在DNA復制過程中需要解旋酶和DNA聚合酶,這兩種酶的作用分別是什么
提示:解旋酶的作用是斷開氫鍵,將兩條脫氧核苷酸鏈打開,解開雙螺旋結構;DNA聚合酶的作用是將單個的脫氧核苷酸連接到核苷酸鏈上。
問題(5):DNA的復制需要適宜的溫度和pH嗎 為什么
提示:需要,因為DNA復制過程需要酶的參與,而酶的活性受溫度和pH的影響。
問題(6):若1個DNA含有m個腺嘌呤,則復制n次需要多少游離的腺嘌呤脫氧核苷酸
提示:需要[(2n-1)·m]個。因為1個DNA復制n次,共形成2n個DNA,其中有兩條脫氧核苷酸鏈為母鏈,不需要游離的腺嘌呤脫氧核苷酸。
問題(7):DNA復制具有準確性,那么在任何情況下,DNA復制產生的子代DNA與親代DNA都完全相同嗎
提示:不一定。DNA復制時,會受到各種因素的干擾,堿基序列可能會發生改變,從而使后代DNA與親代DNA堿基序列不同,導致遺傳信息發生改變。
活動2:如圖為DNA復制的模型圖,分析回答下列問題。
問題(8):圖1中進行的是什么過程 發生的時期和場所是什么
提示:DNA復制;分裂前的間期(一般是有絲分裂間期和減數第一次分裂前的間期)。真核生物DNA復制的場所有細胞核、線粒體、葉綠體;原核生物DNA復制的場所主要是擬核。
問題(9):圖1中的酶1和酶2分別是什么酶 分別作用于圖2中的哪個部位 a、b、c、d四條脫氧核苷酸鏈中,哪些鏈的堿基排列順序是相同的
提示:酶1是解旋酶,作用于f,酶2是DNA聚合酶,作用于e;a和c的堿基排列順序相同,b和d的堿基排列順序相同。
問題(10):從圖1中是否可以看出DNA復制是半保留復制 為什么 圖1所示的特點還有什么 可用什么方法檢測母鏈和子鏈
提示:可以,因為兩條母鏈進入兩個子代DNA中,新形成的子代DNA中只有一條鏈是親代的母鏈。圖中還能看出DNA是邊解旋邊復制的。可采用同位素標記法檢測母鏈和子鏈。
問題(11):嘗試由上述問題分析總結得出DNA準確復制的原因。
提示:DNA分子獨特的雙螺旋結構,為復制提供了精確的模板;通過堿基互補配對,保證了復制能夠準確地進行。
(1)DNA復制的概念:以親代DNA為模板合成子代DNA的過程。
(2)發生時間:在細胞分裂前的間期。
(3)場所
①真核生物:主要在細胞核內,線粒體和葉綠體也可以進行。
②原核生物:主要在擬核。
③DNA病毒:活的宿主細胞內。
(4)復制過程
(5)結果:形成兩個完全相同的DNA分子。
(6)特點
①邊解旋邊復制。
②半保留復制。
(7)準確復制的原因
①DNA獨特的雙螺旋結構,為復制提供了精確的模板。
②通過堿基互補配對,保證了復制能夠準確地進行。
(8)意義:將遺傳信息從親代細胞傳遞給子代細胞,保持了遺傳信息的連續性。
3.下列有關DNA復制的敘述中正確的是(　B　)
A.DNA在解旋酶的作用下水解成脫氧核苷酸
B.在復制過程中解旋和復制是同時進行的
C.解旋后以一條母鏈為模板合成兩條新的子鏈
D.兩條新的子鏈通過氫鍵形成一個新的DNA
解析:DNA在解旋酶的作用下,雙鏈解開,變成單鏈;復制過程是邊解旋邊復制,所以解旋和復制是同時進行的;解旋后的兩條單鏈都可以作為DNA復制的模板;形成的DNA分子中各含有一條母鏈和一條子鏈,兩條鏈之間的堿基通過氫鍵形成堿基對,組成一個新的DNA。
4.若有一個控制有利性狀的DNA分子片段為,要使其數量增加,可進行人工復制,復制時所需的條件有(　D　)
①ATGTG和TACAC模板鏈
②分別含A、U、G、C堿基的4種核糖核苷酸
③分別含A、T、C、G堿基的4種脫氧核苷酸
④DNA聚合酶
⑤細胞代謝提供能量
⑥DNA水解酶
A.①③④⑥ B.①②④⑤
C.③④⑤⑥ D.①③④⑤
解析:DNA復制時需要以ATGTG和TACAC模板鏈作為模板,①正確;DNA復制以4種游離的脫氧核苷酸為原料,②錯誤,③正確;DNA復制需要解旋酶和DNA聚合酶催化,④正確,⑥錯誤;DNA復制過程需要ATP提供能量,⑤正確。
　　　　　　　 　　　　　　 　　　　　　
[科研情境]
正常情況下,DNA分子在細胞內復制時,雙螺旋解開后會產生一段單鏈區,DNA結合蛋白(SSB)能很快地與單鏈結合,防止解旋的單鏈重新配對,而使DNA呈伸展狀態,SSB在復制過程中可以重復利用。
探究:(1)DNA結合蛋白(SSB)與解旋酶功能相同嗎 為什么
提示:不同。“雙螺旋解開后會產生一段單鏈區,DNA結合蛋白(SSB)能很快地與單鏈結合”,說明SSB不是一種解開DNA雙螺旋的解旋酶,起不到解旋酶的作用。
(2)SSB與DNA單鏈的結合存在堿基互補配對原則嗎 判斷的依據是什么
提示:不存在。SSB是一種DNA結合蛋白,故與DNA單鏈的結合不遵循堿基互補配對原則。
課堂小結
完善概念圖 關鍵語句
1.DNA復制是指以親代DNA為模板合成子代DNA的過程。 2.DNA獨特的雙螺旋結構為復制提供了精確的模板,通過堿基互補配對保證了復制能夠準確進行。 3.新合成的每個DNA分子中都保留了原來DNA分子中的一條鏈,這種復制方式稱為半保留復制。 4.通過同位素標記技術和離心技術等,科學家用實驗的方法驗證了DNA半保留復制的方式。 5.DNA通過復制,將遺傳信息從親代細胞傳遞給子代細胞,從而保持了遺傳信息的連續性。
隨堂反饋
　　　　　　 　　　　　 　　　　　
1.DNA分子的半保留復制是指(　C　)
A.DNA分子中的一條鏈進行復制,另一條鏈不復制
B.DNA分子中的一半復制,另一半不復制
C.每一個子代DNA均保留了其親代DNA分子中的一條單鏈
D.一個DNA分子復制后產生兩個DNA分子,一個為親代DNA分子,另一個為子代DNA分子
解析:DNA分子復制時,分別以兩條解開的鏈為模板,合成兩條新鏈,每條子鏈和相應的母鏈構成一個新的DNA分子,因此每一個子代DNA分子均保留了其親代DNA分子中的一條單鏈。
2.
如圖表示發生在細胞核內的某生理過程,其中a、b、c、d表示脫氧核苷酸鏈。以下說法正確的是(　D　)
A.此過程需要能量和尿嘧啶脫氧核苷酸
B.真核細胞中此過程發生的唯一場所是細胞核
C.b鏈中(A+G)/(T+C)的值一定與c鏈中的相同
D.正常情況下,a、d鏈都應該到不同的細胞中去
解析:據圖可知,此生理過程是DNA的復制過程。該過程需要的脫氧核苷酸有腺嘌呤脫氧核苷酸、鳥嘌呤脫氧核苷酸、胸腺嘧啶脫氧核苷酸和胞嘧啶脫氧核苷酸;真核生物發生此過程的場所有細胞核、線粒體和葉綠體;b鏈中(A+G)/(T+C)的值與c鏈中的此比值是倒數關系。
3.一個被15N標記的DNA分子,以含14N的四種脫氧核苷酸為原料,連續復制3次,則含15N的脫氧核苷酸鏈占全部脫氧核苷酸鏈的比例是(　D　)
A.1/2 B.1/4 C.1/6 D.1/8
解析:DNA的復制方式為半保留復制,連續復制3次形成8個DNA分子,則含15N的脫氧核苷酸鏈只有2條,占全部脫氧核苷酸鏈的比例是2/16=1/8。
4.下列有關“探究DNA復制的過程”的敘述,正確的是(　C　)
A.培養過程中,大腸桿菌將利用NH4Cl中的N合成DNA的基本骨架
B.通過對第二代大腸桿菌DNA的密度梯度離心,得出DNA復制的特點為半保留復制
C.將含14N/14NDNA的大腸桿菌放在以15NH4Cl為唯一氮源的培養液中培養若干代,所獲得的大腸桿菌的DNA中都含有15N
D.將含15N/15NDNA的大腸桿菌轉移到以14NH4Cl為唯一氮源的培養液中繁殖一代后,若將提取的子代大腸桿菌DNA解旋處理后進行密度梯度離心,離心管中將只出現1個條帶
解析:培養過程中,大腸桿菌將利用NH4Cl中的N合成含氮堿基進而形成DNA兩條鏈之間的堿基對;通過對親代、第一代、第二代大腸桿菌DNA的密度梯度離心,對比分析才可得出DNA復制的特點為半保留復制;根據DNA的半保留復制,將含14N/14NDNA的大腸桿菌放在以15NH4Cl為唯一氮源的培養液中培養若干代,所獲得的大腸桿菌DNA中都含有15N;將含15N/15NDNA的大腸桿菌轉移到以14NH4Cl為唯一氮源的培養液中繁殖一代后,若將提取的子代大腸桿菌DNA解旋處理后進行密度梯度離心,離心管中將出現輕、重2個條帶。
5.DNA的復制方式可以通過設想來進行預測,可能的情況是全保留復制、半保留復制、分散(彌散)復制三種。究竟是哪種復制方式呢 設計實驗來證明DNA的復制方式。
實驗步驟:
①在氮源為 14N的培養基中生長的大腸桿菌,其DNA分子均為 14N/14NDNA(對照)。
②在氮源為 15N的培養基中生長的大腸桿菌,其DNA分子均為 15N15NDNA(親代)。
③將親代含15N的大腸桿菌轉移到氮源為14N的培養基中,再連續繁殖兩代(Ⅰ和Ⅱ),用密度梯度離心法分離,不同相對分子質量的DNA分子將分布在試管中的不同位置上。
實驗預測:
(1)如果與對照(14N/14NDNA)相比,子代Ⅰ能分辨出兩條DNA帶:一條　　　　　　帶和一條　　　　　　帶,則可以排除　　　　　　　　和分散復制。
(2)如果子代Ⅰ只有一條中密度帶,則可以排除　　　　　　,但不能肯定是　　　　　　　　　　　　　　。
(3)如果子代Ⅰ只有一條中密度帶,再繼續做子代Ⅱ DNA密度鑒定,若子代Ⅱ可以分出　　　　　　和　　　　　　,則可以排除分散復制,同時肯定是半保留復制;如果子代Ⅱ不能分出　　　　兩條密度帶,則排除　　　　　　　,同時確定為　　　　　　　。
解析:從題目中的圖示可知,深色為親代DNA的脫氧核苷酸鏈(母鏈),淺色為新形成的子代DNA的脫氧核苷酸鏈(子鏈)。因此全保留復制后得到的兩個DNA分子,一個是原來的兩條母鏈重新形成的親代DNA分子,一個是兩條子鏈形成的子代DNA分子;半保留復制后得到的每個子代DNA分子的一條鏈為母鏈,一條鏈為子鏈;分散復制后得到的每個子代DNA分子的單鏈都是由母鏈片段和子鏈片段間隔連接而成的。
答案:(1)輕(14N/14NDNA)　重(15N/15NDNA)　半保留復制　(2)全保留復制　半保留復制或分散復制　(3)一條中密度帶　一條輕密度帶　中、輕　半保留復制　分散復制
選題測控導航表
知識點 題號
1.DNA半保留復制的實驗證據 6,8,11,13,14
2.DNA復制的過程 1,2,3,5,9,12
3.綜合考查 4,7,10,15
1.通常情況下,一個DNA分子復制完成后,新形成的DNA子鏈(　A　)
A.與DNA母鏈之一相同
B.是DNA母鏈的片段
C.與DNA母鏈完全不同
D.與DNA母鏈相同,但U取代T
解析:DNA復制的方式為半保留復制,新形成的DNA中一條是母鏈,一條是子鏈,二者堿基互補配對,即子鏈與DNA母鏈之一相同;U存在于RNA中。
2.DNA復制保證了親子代間遺傳信息的連續性。下列關于DNA復制的敘述,正確的是(　A　)
A.堿基互補配對原則保證了復制的準確性
B.解旋酶將單個脫氧核苷酸連接成子鏈
C.子鏈與模板鏈的堿基排列順序相同
D.復制過程只能在細胞核內才能完成
解析:堿基互補配對原則保證了DNA復制的準確性;DNA聚合酶將單個脫氧核苷酸連接成子鏈;子鏈與模板鏈的堿基排列順序互補;DNA復制主要在細胞核內進行。
3.下列關于DNA復制的敘述,正確的是(　B　)
A.復制后的DNA分子組成同源染色體
B.新形成的DNA分子中含有原DNA分子中的一條鏈
C.DNA雙螺旋結構全部解旋后,開始DNA的復制
D.復制過程需要酶的參與,但不消耗能量
解析:復制后的DNA分子組成姐妹染色單體,而不是同源染色體;DNA復制方式為半保留復制,因此新形成的DNA分子中含有原DNA分子中的一條鏈;DNA復制過程為邊解旋邊復制,而不是雙螺旋結構全部解旋后才開始復制;DNA分子復制的四個基本條件是模板、原料、能量和酶。
4.已知某DNA分子長度達30 mm,DNA復制速度約為4 μm/min,但復制整個過程的完成時間僅需約30 min,這主要是因為(　C　)
A.邊解旋邊復制
B.以半保留方式復制
C.有許多復制起點即分段復制
D.DNA雙鏈同時復制
解析:由題意知,長度為30 mm的DNA分子進行復制,如果只從一個位點復制需要的時間是30×1 000÷4=7 500(min),而實際復制過程中只需要約30 min即可完成,由此可以推出該DNA分子復制時具有多個起點,多個起點同時進行,即進行分段復制。
5.DNA分子能夠自我復制的結構基礎是(　A　)
A.DNA具有獨特的雙螺旋結構
B.配對的脫氧核苷酸之間連接成與母鏈互補的子鏈
C.磷酸和脫氧核苷酸交替排列的順序穩定不變
D.DNA分子由多種堿基序列組成
解析:DNA獨特的雙螺旋結構為復制提供了精確的模板,而堿基互補配對原則保證了復制能準確無誤地進行。
6.一個DNA分子在含15N的環境中復制,若子一代DNA的一條單鏈出現差錯,則子三代DNA中,差錯DNA單鏈和含15N的DNA分子分別占(　B　)
A.1/3,1 B.1/4,1
C.1/3,1/2 D.1/4,1/2
解析:子一代DNA的一條單鏈出現差錯,以該差錯DNA鏈為模板,再復制兩次,則子三代DNA中,差錯DNA單鏈數為4條,因此差錯DNA單鏈占4/(23×2)=1/4;一個DNA分子在含15N的環境中復制三次,根據DNA半保留復制特點,子代DNA均含有15N。
7.下列有關DNA分子的結構和復制的敘述,正確的是(　B　)
A.DNA分子一條鏈上的相鄰堿基之間通過氫鍵相連
B.DNA分子復制完成后,母鏈和子鏈中(A+T)/(C+G)的值相等
C.在DNA雙鏈完全解開后,DNA聚合酶與DNA結合,催化DNA的復制
D.由于半保留復制,子代DNA分子繼承親代一半的遺傳信息
解析:DNA分子中一條鏈上的相鄰堿基之間通過“—脫氧核糖—磷酸—脫氧核糖—”相連;DNA分子的兩條鏈中(A+T)/(C+G)的值相等,且等于整個DNA分子中的該比值;DNA的復制為邊解旋邊復制;DNA經過復制,形成兩個完全一樣的DNA,故親子代DNA所含遺傳信息完全一樣。
8.最早關于DNA的復制方式有半保留復制、全保留復制等幾種假說。如圖為科學家梅塞爾森(M.Meselson)和斯塔爾(F.Stahl)以大腸桿菌為實驗材料,運用同位素標記技術設計的一個巧妙實驗的示意圖。下列相關敘述錯誤的是(　D　)
A.該實驗DNA復制方式的研究運用了假說—演繹法
B.試管②的離心結果可排除全保留復制
C.試管③中輕帶中的DNA分子不含15N
D.若繼續培養幾代試管中將出現3條帶
解析:由于DNA復制為半保留復制,以15N鏈為模板合成的子代DNA一條鏈為15N,一條鏈為14N,離心后會分布在中帶,而以14N鏈為模板合成的DNA兩條鏈均為14N,離心后會分布在輕帶,所以若繼續培養幾代,試管中也不會出現3條帶。
9.仔細閱讀下圖,請據圖回答問題。
(1)圖中編號④所代表的中文名稱是　　　　　　　　　(填具體名稱)。
(2)圖中所示物質復制時發生的場所主要在　　　　　　中。
(3)若用32P標記的1個噬菌體侵染未標記的大腸桿菌,在釋放出來的300個子代噬菌體中,含有32P的噬菌體占總數的　　　　　　。
解析:(1)分析題圖可知,④為鳥嘌呤脫氧核苷酸。(2)DNA的復制過程主要發生在細胞核中,另外線粒體與葉綠體中也會發生DNA復制。(3)若用32P標記的1個噬菌體侵染未標記的大腸桿菌,根據DNA半保留復制的特點,在釋放出來的300個子代噬菌體中,有2個含有32P標記,因此含有32P的噬菌體占總數的1/150。
答案:(1)鳥嘌呤脫氧核苷酸　(2)細胞核
(3)1/150
10.如圖為真核細胞中發生的一項生理過程示意圖,請據圖回答。
(1)圖中表示的生理過程是　　　　　　　　。
(2)該過程首先需要在　　　　酶作用下把兩條鏈解開;需要　　　　直接供能。
(3)已知一個親代DNA分子有p個堿基,其中腺嘌呤q個,連續進行此項生理過程n次,共消耗游離的胞嘧啶脫氧核苷酸　　　　 　　
　　個。
(4)該過程得到的子代DNA與親代相同,原因是 　。
解析:(1)分析題圖可知,圖示為DNA分子的復制過程。(2)DNA復制首先需要在解旋酶作用下把兩條鏈解開,該過程需要消耗能量,ATP是直接能源物質。(3)已知一個親代DNA分子有p個堿基,其中腺嘌呤q個,則胞嘧啶有(-q)個,所以連續進行此項生理過程n次,共消耗游離的胞嘧啶脫氧核苷酸(-q)(2n-1)個。(4)該過程得到的子代DNA與親代相同,原因是DNA分子獨特的雙螺旋結構為復制提供精確的模板,在復制過程中遵循堿基互補配對原則。
答案:(1)DNA復制　(2)解旋　ATP
(3)(-q)(2n-1)　(4)DNA分子獨特的雙螺旋結構為復制提供精確的模板,在復制過程中遵循堿基互補配對原則
11.用15N標記細菌的DNA分子,再將它們放入含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(　D　)
解析:假設親代DNA分子為n個,則繁殖四代后,DNA分子總數為16n,其中,只含15N的DNA分子為0個,同時含14N和15N的DNA分子為2n個,只含14N的DNA分子有14n個,則它們呈現的比例為D圖所示。
12.已知某DNA分子含有500個堿基對,其中一條鏈上A∶C∶T∶G=1∶2∶3∶4。該DNA分子連續復制數次后,消耗周圍環境中含G的脫氧核苷酸4 500個,則該DNA分子已經復制了(　B　)
A.3次 B.4次 C.5次 D.6次
解析:DNA分子一條鏈上G的數目=500×=200(個),則另一條鏈上G的數目=500×=100(個),所以DNA雙鏈上共有G 300個,設n次復制結束后共消耗G的數目為4 500個,則有300(2n-1)=4 500,解得n=4,即DNA復制了4次。
13.在氮源為14N和15N的培養基上生長的大腸桿菌,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)。將含15NDNA的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(　B　)
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.上述實驗結果證明DNA復制方式為半保留復制
解析:將含15NDNA的親代大腸桿菌轉移到含14N的培養基上后,該DNA再進行復制時就會以14N為原料。由于大腸桿菌的DNA進行半保留復制,故15NDNA在14N的培養基上進行第一次復制后,產生的兩個子代DNA分子均為一條15N的DNA鏈和一條14N的DNA鏈(混合型DNA分子);用離心法分離后,應該全部處在試管的中部。子Ⅰ代的兩個DNA分子再分別進行復制,它們所產生的兩個子代DNA分別為全14NDNA分子和14N、15NDNA分子(混合型DNA分子)。此時,將該DNA作離心處理,產生的DNA沉淀應該分別位于試管的上部和中部。含15N的DNA分子占全部DNA分子的1/2;Ⅲ代細菌DNA分子共有8個,其相對分子質量之和為(7a+b),平均相對分子質量為(7a+b)/8。
14.將洋蔥根尖細胞放在含3H標記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸培養基上培養完成一個細胞周期,然后在不含放射性標記的培養基中繼續完成一個細胞周期。下列敘述錯誤的是(　C　)
A.第一個細胞周期中,細胞內放射性迅速升高的時期是分裂間期
B.第一個細胞周期結束后每個子細胞中的染色體都被標記
C.完成兩個細胞周期后,每個子細胞中含3H標記的染色體數目相同
D.第二個細胞周期的分裂中期,每條染色體中僅有一條單體被標記
解析:第一個細胞周期中,細胞內放射性迅速升高是由于DNA分子復制,發生在細胞分裂前的間期;第一個細胞周期后,每個DNA分子都含有放射性,因此每個子細胞中的染色體都被標記;完成兩個細胞周期后,形成的子細胞中含有放射性的染色體數目不同,每個細胞中含有放射性的染色體最少是0,最多是全部都含有放射性;第二個細胞周期的分裂中期,每條染色體中僅有一條單體被標記。
15.正常細胞可以自主合成組成核酸的核糖和脫氧核糖。現在有某突變細胞群不能自主合成核糖和脫氧核糖,必須從培養基中攝取。為驗證DNA分子復制的原料是脫氧核苷酸,而不是核糖核苷酸,現提供如下實驗材料,請你完成實驗方案。
(1)實驗目的:驗證DNA分子復制的原料是脫氧核苷酸,而不是核糖核苷酸。
(2)實驗材料:突變細胞群、基本培養基、核糖核苷酸、14C核糖核苷酸(有放射性)、脫氧核苷酸、14C脫氧核苷酸(有放射性)、放射性探測顯微儀等。
(3)實驗原理:
DNA主要分布在細胞核中,其基本組成單位是脫氧核苷酸;RNA主要分布在細胞質中,其基本組成單位是核糖核苷酸。
(4)①實驗步驟:
第一步:取基本培養基若干,隨機分成兩組。分別編號為甲組和乙組。
第二步:在甲組培養基中加入適量的核糖核苷酸和14C脫氧核苷酸;在乙組培養基中加入 　。
第三步:在甲、乙兩組培養基中分別接種　　　　　　　。在5% CO2恒溫培養箱中培養一段時間,使細胞增殖。
第四步:分別取出甲、乙兩組培養基中的細胞,檢測細胞中出現放射性的主要部位。
②預期結果:
甲組培養基中　;
乙組培養基中　。
③實驗結論:DNA分子復制的原料是脫氧核苷酸,而不是核糖核苷酸。
解析:(4)①由題分析可知,該實驗的自變量是放射性標記的核苷酸的種類,按照實驗設計的對照原則和單一變量原則,設計實驗的步驟如下:
第一步:取基本培養基若干,隨機分成兩組。分別編號為甲組和乙組。
第二步:在甲組培養基中加入適量的核糖核苷酸和14C脫氧核苷酸;在乙組培養基中加入14C核糖核苷酸和脫氧核苷酸。
第三步:在甲、乙兩組培養基中分別接種相同數量的突變細胞(原因是保證無關變量相同且適宜)。在5% CO2恒溫培養箱中培養一段時間,使細胞增殖。
第四步:分別取出甲、乙兩組培養基中的細胞,檢測細胞中出現放射性的主要部位。
②預期結果:甲組培養基中細胞的放射性主要分布在細胞核中;乙組培養基中細胞的放射性主要分布在細胞質中。
答案:(4)①14C核糖核苷酸和脫氧核苷酸　相同數量的突變細胞
②細胞的放射性主要分布在細胞核中　細胞的放射性主要分布在細胞質中第4節　基因通常是有遺傳效應的DNA片段
1.通過資料分析,運用歸納與概括的科學思維方法,概述基因與DNA的關系。
2.結合DNA結構模型,運用數學方法說明DNA分子的多樣性和特異性以及DNA能夠儲存遺傳信息。
3.舉例說明基因通常是具有遺傳效應的DNA片段。
新知探究一　說明基因與DNA關系的實例
活動1:閱讀教材P57“思考·討論　分析基因與DNA的關系”,思考下列問題。
問題(1):根據教材資料1填寫下表。
大腸桿菌 細胞擬核 DNA 分子數 DNA分子 的堿基 總對數 基因數 每個基因 的平均堿 基對數
數量/個 　 4.7×106 　　　 1×103
提示:1　4.4×103
問題(2):生物體內所有基因的堿基總數與DNA的堿基總數相同嗎
提示:不相同。生物體內所有基因的堿基總數小于DNA的堿基總數。
問題(3):由上面總結你能得出什么結論
提示:基因是DNA的片段,基因不是連續分布在DNA上的,而是由堿基序列分隔開的。
問題(4):請你從DNA水平上給基因下一個定義,要求既能反應基因與DNA的關系,又能體現基因的作用,并試著畫出一個DNA片段上有三個基因(分別用A基因、B基因和C基因來表示)的示意圖。
提示:基因是具有遺傳效應的DNA片段。
活動2:請結合下面的模型,分析染色體、DNA、基因及脫氧核苷酸之間的關系。
問題(5):D、E、F、H之間有什么數量關系
提示:每一條H(染色體)上有1個或2個F(DNA)分子;每個F(DNA)分子上有許多個E(基因);每個E(基因)含有許多個D(脫氧核苷酸)。
問題(6):真核生物中,H是F的唯一載體嗎
提示:不是,染色體是DNA的主要載體,另外葉綠體和線粒體也是DNA的載體。
問題(7):有些病毒的遺傳物質是RNA,如人類免疫缺陷病毒(艾滋病病毒)、流感病毒等。對這類病毒而言,它們的基因是什么 由此,你對基因的本質是否有了更全面的認識
提示:RNA病毒的基因是有遺傳效應的RNA片段。絕大多數生物的基因是具有遺傳效應的DNA片段,因此,基因通常是有遺傳效應的DNA片段。
染色體、DNA、基因、脫氧核苷酸的關系
全方位理解“基因”
(1)本質上,基因通常是有遺傳效應的DNA片段。
(2)結構上,基因是含有特定遺傳信息的核苷酸序列。
(3)功能上,基因是遺傳物質的結構和功能的基本單位。
(4)位置上,基因(核基因)在染色體上呈線性排列。
1.下列關于染色體、DNA、基因三者關系的敘述中,正確的是(　B　)
A.每條染色體含有多個DNA分子
B.一個DNA分子含有多個基因
C.染色體就是由蛋白質和基因組成的
D.基因都在染色體上
解析:每條染色體含有1個或2個DNA分子;基因通常是有遺傳效應的DNA片段,因此一個DNA分子含有多個基因;染色體主要是由DNA和蛋白質構成的;真核細胞的細胞核基因在染色體上,而位于線粒體和葉綠體中的細胞質基因不在染色體上。
2.科學研究發現,小鼠體內HMGIC基因與肥胖直接相關。具有HMGIC基因缺陷的實驗鼠與作為對照的小鼠,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HMGIC基因缺陷的實驗鼠體重仍然保持正常,說明(　C　)
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:吃同樣多的高脂肪食物,一段時間后,缺乏HMGIC基因的小鼠體重保持正常;含有HMGIC基因的小鼠變得肥胖,說明基因具有遺傳效應。
新知探究二　DNA片段中的遺傳信息
活動:DNA作為遺傳物質,必定蘊藏著豐富的遺傳信息。閱讀教材P58“思考·討論　分析脫氧核苷酸序列與遺傳信息的多樣性”,討論回答下列問題。
問題(1):如果是100個堿基對組成1個基因,可能組合成多少種基因
提示:4100種。
問題(2):基因中的遺傳信息蘊藏在DNA分子的哪種結構中 怎樣理解DNA的多樣性和特異性
提示:DNA分子的外側,磷酸和脫氧核糖交替排列構成了基本骨架,這個順序是相同的,但是4種堿基的排列順序是多種多樣的,因此基因中的遺傳信息蘊藏在4種堿基的排列順序之中。不同基因蘊藏著不同的遺傳信息,因此DNA具有多樣性。而每個特定的DNA分子的堿基排列順序是特定的, 因此具有特異性。
問題(3):你認為基因是堿基對隨機排列成的DNA片段嗎 為什么
提示:不是。每個特定的基因都有其特定的遺傳效應,蘊含著特定的遺傳信息,因此其堿基排列順序也是特定的,而不是隨機排列的。
(1)遺傳信息:DNA分子中4種堿基的排列順序。
(2)DNA的特點
①多樣性:構成DNA分子的堿基只有4種,配對方式只有2種,但是堿基的數目卻可以成千上萬,形成的堿基的排列順序也可以千變萬化(4n種),從而構成了DNA分子的多樣性,也決定了遺傳信息的多樣性。
②特異性:每個DNA分子都有特定的堿基排列順序。而特定的堿基排列順序中有遺傳效應的片段代表遺傳信息,這種特定的堿基排列順序就構成了DNA分子的特異性。
(3) DNA與生物體多樣性和特異性的關系
DNA的多樣性和特異性是生物體多樣性和特異性的物質基礎。
3.下列從分子水平上對生物體多樣性或特異性進行的分析中錯誤的是(　D　)
A.堿基排列順序的千變萬化,構成了DNA的多樣性
B.堿基特定的排列順序,又構成了每個DNA分子的特異性
C.1個含2 000個堿基的DNA分子,其堿基對可能的排列方式不會超過41 000種
D.人體內控制β-珠蛋白的基因由1 700個堿基對組成,其堿基對排列方式有41 700種
解析:β-珠蛋白基因的堿基對排列順序是β-珠蛋白基因所特有的,任意改變堿基的排列順序后,就不是β-珠蛋白基因。β-珠蛋白基因的堿基對排列順序是特定的,其堿基對排列方式應只有1種。
4.DNA指紋技術在刑事偵破、親子鑒定等方面作用巨大,這主要是根據DNA具有(　B　)
A.穩定性 B.特異性
C.多樣性 D.可變性
解析:每個特定的DNA分子都具有特定的堿基排列順序,即DNA分子具有特異性,根據這一特性可輔助進行刑事偵破、親子鑒定等。
[科研情境]
科學家分析多種生物DNA的堿基比例如下表,請據表回答下列問題。
生物 堿基比
A/G T/C A/T G/C 嘌呤/嘧啶
人 1.56 1.75 1.00 1.0 1.0
小麥 1.22 1.18 1.00 0.97 0.99
某種桿菌 0.4 0.4 1.09 1.08 1.1
探究:(1)從以上的堿基比例來看,哪種生物的DNA分子結構應為雙鏈 判斷的依據是什么
提示:人;人的DNA中堿基數量A=T,G=C,說明人的DNA分子結構應為雙鏈。
(2)不同生物的A、T之和與G、C之和的比值一般不一致,試分析原因。
提示:不同生物含有不同DNA分子,每個特定的DNA分子都具有特定的堿基組成和排列順序,這種特定的堿基排列順序就構成了DNA分子自身嚴格的特異性。
課堂小結
完善概念圖 關鍵語句
1.組成DNA的堿基雖然只有4種,但是堿基的排列順序卻是千變萬化的。堿基序列的多樣性構成了DNA的多樣性。 2.DNA能夠儲存大量的遺傳信息。遺傳信息就蘊藏在DNA分子的堿基排列順序中。 3.堿基特定的排列順序構成了每個DNA分子的特異性。 4.對絕大多數生物來說,基因是有遺傳效應的DNA片段。
隨堂反饋
1.在某種生物中檢測不到綠色熒光,將水母綠色熒光蛋白基因轉入該生物體內后,結果可以檢測到綠色熒光。由此可知(　C　)
A.該生物的基因型是雜合的
B.該生物與水母有很近的親緣關系
C.綠色熒光蛋白基因具有特定的遺傳效應
D.改變綠色熒光蛋白基因的1個核苷酸對,就不能檢測到綠色熒光
解析:在某種生物中檢測不到綠色熒光,將水母綠色熒光蛋白基因轉入該生物體內后,結果可以檢測到綠色熒光,說明綠色熒光蛋白基因控制著綠色熒光這一特定性狀,即綠色熒光蛋白基因具有特定的遺傳效應。
2.如圖是果蠅某染色體上的白眼基因(S)示意圖,下列敘述正確的是(　B　)
A.白眼基因片段中,含有成百上千個核糖核苷酸
B.S基因是有遺傳效應的DNA片段
C.白眼基因在細胞核內,不遵循遺傳規律
D.基因片段中有5種堿基、8種核苷酸
解析:組成白眼基因片段的基本單位是脫氧核苷酸,有4種堿基,4種脫氧核苷酸;S基因控制果蠅的白眼性狀,所以是有遺傳效應的DNA片段;白眼基因位于染色體上,屬于核基因,遵循遺傳規律。
3.DNA分子具有特異性,體現在(　D　)
A.DNA分子外側,磷酸和脫氧核糖交替連接的方式穩定不變
B.DNA分子內側,堿基對的配對方式不變
C.DNA分子堿基對的排列順序千變萬化
D.每個DNA分子的堿基都有其特定的排列順序
解析:A、B兩項說明DNA分子具有穩定性,C項說明DNA分子具有多樣性,D項說明了DNA分子具有特異性。
4.歷經近百年的發展,分子遺傳學對遺傳物質有了充分的認識。下列關于遺傳物質概念圖的相關敘述,錯誤的是(　 C 　)
A.D有四種,E在H上呈線性排列
B.同源染色體同一位置上存在的基因可能不同
C.所有E的總和構成F且E在F上的排列順序代表遺傳信息
D.若E位于H上,則E是具有遺傳效應的DNA片段
解析:根據含氮堿基不同,D脫氧核苷酸分為四種,E基因在H染色體上呈線性排列;同源染色體同一位置上存在相同基因或等位基因;除E外,F中還有無遺傳效應的片段,遺傳信息是基因中脫氧核苷酸的排列順序,DNA上的非基因片段不包含遺傳信息;染色體上的基因一定是具有遺傳效應的DNA片段。
5.如圖表示一個DNA分子上三個片段A、B、C,請回答下列問題。
(1)片段A和C之所以能稱為基因,是因為它們都具有　　　　效應。
(2)片段A和片段C的不同之處是
　　　　　　　　。
(3)片段A和B的不同之處是B的堿基序列
　。
(4)一般情況下,在一個DNA分子中類似于B的片段的長度要　　　　(填“大于”“小于”或“等于”)類似于A的片段的長度。
(5)在人類染色體DNA不表達的片段中有一部分是串聯重復的序列,它們在個體之間具有顯著的差異性,這種短序列應該位于圖中的　　　　(填“基因A”“基因間區B”或“基因C”)。
答案:(1)遺傳
(2)脫氧核苷酸的數目和排列順序不同
(3)不攜帶遺傳信息,不具有遺傳效應
(4)大于　(5)基因間區B
選題測控導航表
知識點 題號
1.說明基因與DNA關系的實例 1,2,3,7,9,12
2.DNA片段中的遺傳信息 4,5,8,11,14
3.綜合考查 6,10,13,15
1.有人提出“吃基因補基因”的觀點,下面對該觀點的辨析中,最合理的是(　D　)
A.贊成,因為基因被吃下后,可彌補缺陷的基因或修正原有基因的
不足
B.贊成,因為基因只是一個具有遺傳效應的DNA片段,被吃下后不會被分解
C.不贊成,因為基因被吃后會導致出現不可預測的變異
D.不贊成,因為基因被吃后會被消化分解,不可能補充或整合到人體原有的基因組中去
解析:基因被吃后在相關酶的作用下會被消化分解,不可能補充或整合到人體原有的基因組中去。
2.真核細胞中,染色體是DNA的主要載體,而基因是DNA分子上具有遺傳效應的片段,下列有關敘述正確的是(　C　)
A.細胞核中的DNA全部分布在染色體上,且每條染色體上只有一個DNA分子
B.基因在染色體上呈線性排列,所以染色體就是由基因組成的
C.有絲分裂時,核DNA會發生復制,然后隨染色體平均分配到兩個子細胞中
D.性染色體上包含很多基因,這些基因都起決定個體性別的作用
解析:細胞核中的DNA分布在染色體上,但每條染色體上有1個或2個DNA分子;染色體的主要成分是蛋白質和DNA,基因是有遺傳效應的DNA片段;有絲分裂時,核DNA會發生復制,然后隨染色體平均分配到兩個子細胞中;性染色體上包含很多基因,這些基因不都起決定個體性別的作用,如X染色體上的色覺基因。
3.大腸桿菌細胞的擬核中有1個DNA分子,長度約為4.7×106bp(堿基對),在該DNA分子上分布有大約4 400個基因,每個基因的平均長度約為1 000 bp。根據題中信息,不能得出的結論是(　D　)
A.基因位于DNA分子上
B.一個DNA分子上有多個基因
C.DNA分子上有非基因片段
D.DNA分子的堿基總數與所含有的基因的堿基總數相等
解析:根據題干信息可知,基因位于DNA分子上;一個DNA分子上有多個基因;DNA分子上有非基因片段;根據題干信息可以確定DNA分子的堿基總數與所含有的基因的堿基總數不相等。
4.下列有關DNA多樣性的敘述,正確的是(　C　)
A.DNA分子多樣性的原因是DNA分子空間結構千變萬化
B.含有200個堿基的DNA分子,堿基對可能的排列方式最多有4200種
C.DNA的多樣性和特異性是生物體多樣性和特異性的基礎
D.DNA分子的多樣性是指一個DNA分子上有許多個基因
解析:DNA分子的多樣性是指DNA分子中堿基排列順序的多種多樣;
DNA的多樣性和特異性是生物體多樣性和特異性的物質基礎;含有200個堿基的DNA分子中,堿基對可能的排列方式最多有4100種。
5.甲、乙兩種生物體細胞中DNA分子數、堿基總量與種類都相同。下列說法正確的是(　D　)
A.甲、乙的遺傳信息完全相同
B.甲、乙是同種生物的后代
C.甲、乙細胞中的基因數相同
D.不足以得出以上任何一種結論
解析:遺傳信息是由堿基對的排列順序決定的,即使堿基的數目相同也會表現出不同的遺傳信息;不同生物的體細胞中DNA分子數、堿基總量與種類也可能相同;基因是有遺傳效應的DNA片段,因而不確定甲、乙細胞中的基因數是否相同;據題分析,不足以得出A、B、C中的任何一種結論。
6.下列與遺傳信息有關的敘述中,正確的是(　C　)
A.DNA分子中的全部片段都含有遺傳信息
B.轉入了海蜇的綠色熒光蛋白基因的轉基因鼠在正常光線下沒有發出綠色熒光,說明基因一經轉移,就會丟失遺傳信息
C.DNA分子中的遺傳信息來自4種堿基的特定排列順序
D.RNA病毒沒有DNA分子,所以沒有遺傳信息
解析:DNA上的基因間區是無遺傳效應的;綠色熒光需要在黑暗條件下才能顯現出來,在正常光線下不顯現;DNA分子中,堿基的排列順序代表遺傳信息;RNA病毒的遺傳物質是RNA,遺傳信息儲存在RNA的堿基序列中。
7.經實驗測得衣藻DNA在細胞中分布如下:84%在染色體上,14%在葉綠體上,1%在線粒體上,1%游離于細胞質中。這些數據說明(　B　)
A.衣藻的遺傳物質主要是DNA
B.衣藻DNA的主要載體是染色體
C.衣藻細胞質中無DNA
D.衣藻染色體由DNA、蛋白質和少量RNA組成
解析:由題干可知,衣藻的遺傳物質是DNA;衣藻DNA大部分在染色體上,因此衣藻DNA的主要載體是染色體;由題干可知,衣藻DNA有14%在葉綠體上,1%在線粒體上,1%游離在細胞質中;本題所給數據無法說明衣藻染色體的組成。
8.如果基因中四種脫氧核苷酸的排列順序發生變化,這種變化意味著(　A　)
A.遺傳信息的改變
B.基因數量的改變
C.基因位置的改變
D.DNA空間結構的改變
解析:基因中脫氧核苷酸的排列順序代表遺傳信息,因此基因中四種脫氧核苷酸的排列順序發生變化意味著遺傳信息的改變。
9.圖甲是用DNA測序儀測出的某DNA片段上一條脫氧核苷酸鏈中的堿基排列順序(TGCGTATTGG),請回答下列問題。
(1)據圖甲推測,此DNA片段上的鳥嘌呤脫氧核苷酸的數量是　　個。
(2)根據圖甲的脫氧核苷酸鏈的堿基排列順序,推測圖乙中顯示的脫氧核苷酸鏈的堿基排列順序為　　　　　　　　　 　 　　(從上往下)。
(3)圖甲所顯示的DNA片段與圖乙所顯示的DNA片段中的(A+G)/(T+C)總是為　　 　　,由此可說明DNA分子中堿基的數量關系是　　　　　　　　　　　。圖甲中的DNA片段與圖乙中的DNA片段中的A/G分別為　　　　、　 　　,由此說明了DNA分子具有特異性。
解析:(1)圖甲中顯示的一條鏈上鳥嘌呤脫氧核苷酸的數量是4個,胞嘧啶脫氧核苷酸的數量是1個,根據堿基互補配對原則,其互補鏈上還有1個鳥嘌呤脫氧核苷酸。(2)兩圖中4種核苷酸的遷移方向相同,可以據此結合甲圖將乙圖中的堿基序列讀取出來。(3)在雙鏈DNA分子中,因為堿基互補配對,所以嘌呤數等于嘧啶數;圖甲中A為5個、G為5個、A/G=1,圖乙中A為2個,G為8個,A/G=1/4,不同的DNA分子中(A+T)/(G+C)、A/G、T/C是不同的,體現DNA分子的特異性。
答案:(1)5　(2)CCAGTGCGCC
(3)1　嘌呤數等于嘧啶數　1　1/4
10.據圖回答下列相關問題。
(1)1條A含有　　　　個B分子。
(2)C在A上一般呈　　　　　　　　,C通常是　　　　　　　　的DNA片段,每個B上有許多個　　　　(填字母,下同)。
(3)每個C中可以含成百上千個　　　　,　　　的排列順序代表著遺傳信息。
(4)生物的性狀遺傳主要是通過B上的　　　　傳遞給后代的,實際上是通過　　　　的排列順序來傳遞遺傳信息的。
解析:(1)1條染色體含有1個或2個DNA分子。(2)基因在染色體上一般呈線性排列,基因通常是有遺傳效應的DNA片段,每個DNA上有許多個基因。(3)遺傳信息是指基因中脫氧核苷酸的排列順序。(4)性狀的遺傳主要是通過基因的遺傳來完成的,實際上是通過脫氧核苷酸的排列順序來傳遞遺傳信息的。
答案:(1)1個或2　(2)線性排列　有遺傳效應　C　(3)D　D　
(4)C　D
11.基因是現代生命科學研究的熱點,關于基因的內涵,人類至今尚不能完全明確。但是基因的化學本質卻已基本清晰。下列關于基因化學本質的敘述中,正確的是(　C　)
A.遺傳物質的結構單位和功能單位
B.在染色體上呈線性排列
C.通常是有遺傳效應的DNA片段
D.堿基排列順序代表遺傳信息
解析:基因通常是有遺傳效應的DNA片段,少數生物的基因是有遺傳效應的RNA片段。其他所述并非基因的本質。
12.20世紀50年代初,查哥夫對多種生物的DNA做了堿基定量分析,發現(A+T)/(C+G)的比值如表。結合所學知識,你認為能得出的結論是(　D　)
DNA來源 大腸 桿菌 小麥 鼠 豬肝 豬胸腺 豬脾
1.01 1.21 1.21 1.43 1.43 1.43
A.豬的DNA熱穩定性比大腸桿菌的DNA熱穩定性更大一些
B.小麥和鼠的DNA所攜帶的遺傳信息相同
C.小麥的DNA中(A+T)的數量是鼠的DNA中(C+G)數量的1.21倍
D.同一生物不同組織的DNA堿基組成相同
解析:分析題表中的信息可知,豬的DNA中(A+T)/(C+G)的值大于大腸桿菌,由于A與T之間的氫鍵是兩個,C與G之間的氫鍵是三個,因此豬的DNA熱穩定性比大腸桿菌的DNA熱穩定性小;小麥和鼠的DNA的(A+T)/(C+G)的值相同,但是堿基對的數量和排列順序不同,故所攜帶的遺傳信息不同;小麥DNA中(A+T)的數量與鼠DNA中(C+G)的數量之間的關系不能確定;同一生物組織細胞是由受精卵經過有絲分裂和細胞分化形成的,不同組織細胞中核DNA堿基組成相同。
13.果蠅某一條染色體上幾個基因所在的位置如圖所示。據圖分析,下列敘述正確的是(　D　)
A.染色體就是由多個線性排列的基因組成的
B.朱紅眼基因和深紅眼基因是一對等位基因
C.截翅基因與短硬毛基因遵循自由組合定律
D.黃身基因與棒眼基因的堿基序列肯定不同
解析:染色體主要由DNA和蛋白質組成,基因是有遺傳效應的DNA片段;朱紅眼基因和深紅眼基因位于一條染色體上,是非等位基因;截翅基因與短硬毛基因在一條染色體上,不遵循自由組合定律;黃身基因與棒眼基因是不同的基因,其堿基的序列肯定不同。
14.下列關于基因、DNA與染色體的敘述,錯誤的是(　B　)
A.細胞分裂前的間期隨著DNA的復制,基因的數目也會發生改變
B.DNA的片段即基因,所以一個DNA分子上有許多個基因
C.染色體是基因的載體,但基因并非只分布在染色體上
D.基因中儲存著遺傳信息,基因不同的根本原因在于脫氧核苷酸的排列順序不同
解析:細胞分裂前的間期進行DNA復制,基因的數目發生改變,但染色體數目未發生改變。基因通常是有遺傳效應的DNA片段,DNA的片段不等同于基因。
15.鐵皮石斛具有良好的藥用和保健價值,資源瀕危、價格昂貴。常見的石斛屬植物有十多種,市場上有人用其他近緣物種假冒鐵皮石斛。質檢人員從市場上抽檢部分商品,對這類植物中較為穩定的matK基因進行序列分析,得到四種堿基的含量如下表。請回答下列問題。
組別 matK基因中堿基含量(%)
T C A G
樣品1 37.4 17.4 29.5 15.7
樣品2 37.5 17.1 29.8 15.6
樣品3 37.6 16.9 30.0 15.5
樣品4 37.3 17.4 29.6 15.7
鐵皮石斛 37.5 17.1 29.8 15.6
(1)據表可知,被檢測的matK基因是DNA片段,判斷依據是其堿基中不含　　　　　。分析四種堿基含量,由于　　　　　　　　　　　　,表明質檢人員檢測的是該基因的一條單鏈。
(2)與鐵皮石斛的matK基因中堿基含量比較,能初步確定抽檢樣品中
　　　　　為“假冒品”。
(3)僅依據上述信息,質檢人員還無法判斷樣品2一定是鐵皮石斛,理由是　　　　　　　　　　　　　　　可能不同。已知鐵皮石斛matK基因中第1 015個堿基為T,若樣品2在多次隨機抽檢中該位點均為C,則可判斷樣品2　　　　　(填“是”或“不是”)鐵皮石斛。
解析:(1)據表可知,組成matK基因的堿基組成中有A、G、C、T,而不含U,說明被檢測的是DNA片段,由于DNA雙鏈中A=T,C=G,而表格中A與T含量不同,G與C含量不同,說明檢測的是該基因的一條單鏈。
(2)由表可知,與鐵皮石斛堿基數量完全一樣的只有樣品2,說明抽檢樣品中1、3、4為“假冒品”。
(3)樣品2中與鐵皮石斛堿基數量完全一樣,但與matK基因堿基排列順序可能不同,故還無法判斷樣品2一定是鐵皮石斛。若鐵皮石斛matK基因中第1 015個堿基為T,而樣品2在多次隨機抽檢中該位點均為C,則可判斷樣品2不是鐵皮石斛。
答案:(1)U　A與T含量不同(G與C含量不同)
(2)1、3、4　(3)與matK基因堿基排列順序　不是

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