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【備考2024】一輪新人教版生物學學案
第六單元　遺傳的分子基礎
第2講　DNA的結構、復制及基因通常是有遺傳效應的DNA片段
考點1　DNA的結構和基因通常是有遺傳效應的DNA片段
一、DNA的結構
1．DNA雙螺旋結構模型的構建
(1)構建者：沃森和克里克。
(2)構建過程：
2．DNA雙螺旋結構
(1)DNA由兩條脫氧核苷酸鏈組成，這兩條鏈按反向平行方式盤旋成雙螺旋結構。
(2)外側：脫氧核糖和磷酸交替連接，構成主鏈基本骨架。
(3)內側：兩條鏈上堿基通過氫鍵連接成堿基對。堿基互補配對遵循以下原則：A===T(兩個氫鍵)、G≡C(三個氫鍵)。
二、基因通常是有遺傳效應的DNA片段
1．說明基因與DNA關系的實例
2．DNA片段中的遺傳信息
(1)遺傳信息：蘊藏在4種堿基的排列順序之中。
(2)特點
①多樣性：堿基排列順序的千變萬化。
②特異性：每一個DNA分子的堿基有特定的排列順序。
(3)意義
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．基因
基因通常是有遺傳效應的DNA片段。有些病毒的遺傳物質是RNA，對這類病毒而言，基因就是有遺傳效應的RNA片段。
1．在現代刑偵領域中，DNA指紋技術正在發揮著越來越重要的作用，此外，DNA指紋技術還可以用于親子鑒定等。如圖是通過提取某小孩和其母親以及待測定的四位男性的DNA，分別經合適的酶處理后，形成若干DNA片段，然后進行電泳等一系列步驟得到的一組DNA指紋圖，請分析：F1～F4中，誰是該小孩真正生物學上的父親？為什么？(必修2　P52“科學·技術·社會”)
提示：F2；C的DNA指紋圖中一條條帶與M DNA指紋圖中的一條條帶相同，另一條條帶與F2 DNA指紋圖中的一條條帶相同。
2．DNA的一條單鏈具有兩個末端，一端有一個游離的磷酸基團，稱作__________，另一端有一個羥基(—OH)，稱作________，兩條單鏈走向________，一條單鏈是從5′ 端到3′ 端的，另一條單鏈是從3′ 端到5′ 端的。(必修2　P50“圖3－8”)
提示：5′ 端　3′ 端　相反
1．沃森和克里克研究DNA分子的結構時，運用了構建物理模型的方法。 (√)
2．磷酸與核糖交替連接排列在外側構成了DNA的基本骨架。 (×)
提示：磷酸和脫氧核糖交替連接排列在外側。
3．DNA中一條鏈的嘌呤數或嘧啶數一定等于另一條鏈的嘌呤數或嘧啶數。 (×)
提示：DNA雙鏈中嘌呤和嘧啶互補配對，DNA中一條鏈的嘌呤數或嘧啶數一定等于另一條鏈中的嘧啶數或嘌呤數。
4．DNA分子的多樣性和特異性主要與它的空間結構密切相關。 (×)
提示：DNA的空間結構都是雙螺旋結構，與多樣性和特異性無關。
5．DNA分子中G和C所占的比例越大，其穩定性越低。 (×)
提示：G和C之間有三個氫鍵，A和T之間有兩個氫鍵，因此，DNA分子中G和C所占的比例越大，穩定性越高。
6．基因研究最新發現表明，人與小鼠的基因約80%相同，則人與小鼠DNA堿基序列相同的比例也是80%。 (×)
提示：基因是有遺傳效應的DNA片段，DNA中還有大量的非基因序列，故無法確定DNA堿基序列相同的比例是多少。
1．DNA只有4種脫氧核苷酸，能夠儲存足夠量遺傳信息的原因是___________
_____________________________________________________________________。
提示：構成DNA的4種脫氧核苷酸的數目成千上萬，脫氧核苷酸的排列順序千差萬別
2．基因是堿基對隨機排列成的DNA分子片段嗎？為什么？________________
_____________________________________________________________________。
提示：不是，基因的堿基序列都有特定的排列順序
1．DNA分子結構的幾個注意點
(1)
(2)
(3)
(4)
2．DNA分子中堿基數量的計算規律
1．某DNA片段的結構如圖所示。
β鏈的堿基序列為5′ ________ 3′。
提示：CGT
2．結合肺炎鏈球菌的轉化實驗和噬菌體侵染細菌的實驗，分析DNA作為遺傳物質所具備的特點有哪些？
提示：(1)具有相對的穩定性；(2)能夠精確地自我復制，使親代與子代間保持遺傳的連續性；(3)能夠指導蛋白質合成，控制新陳代謝過程和性狀發育；(4)在特定條件下產生可遺傳的變異。
考查DNA的結構及特點
1．(2022·山東鄒城期中)如圖為某DNA分子片段示意圖，下列有關敘述錯誤的是(　　)
A．圖中①②③是構成DNA分子的基本單位
B．DNA復制時，④的形成不需要DNA聚合酶
C．①和②交替排列構成DNA分子的基本骨架
D．DNA分子中堿基對⑨越多，其熱穩定性越低
A　[圖中①與②③不是同一個脫氧核苷酸的組成部分，所以①②③不是構成DNA的基本單位，A錯誤；DNA復制時，④的形成不需要DNA聚合酶的催化，B正確；①和②交替連接，排列在外側，構成DNA分子的基本骨架，C正確；DNA分子中堿基對⑨(A—T)越多，氫鍵的相對含量越少，其熱穩定性越低，D正確。]
考查DNA分子中堿基數量的關系及計算
2．(2022·黑龍江三中調研)在一個DNA分子中，腺嘌呤和胸腺嘧啶之和占全部堿基的42%，若其中一條鏈的胞嘧啶占該鏈堿基總數的24%，胸腺嘧啶占30%，則在其互補鏈上，胞嘧啶和胸腺嘧啶分別占 (　　)
A．12%和34%　　　　 B．21%和24%
C．34%和12% D．58%和30%
C　[因為A＋T占全部堿基總數的42%，所以G＋C占全部堿基總數的58%；因為兩種互補堿基之和在DNA分子中與在單鏈上的含量相等，所以在兩條鏈中A＋T、G＋C均分別占42%、58%；設鏈1上C1占24%，則鏈1上G1占34%，其互補鏈上C2占34%；設鏈1上T1占30%，則鏈1上A1占12%，其互補鏈上T2占12%，故選C。]
3．(2022·河北唐山期末)下列關于雙鏈DNA的敘述，不正確的是(　　)
A．一條鏈中A和T的數量相等，則互補鏈中A和T的數量也相等
B．一條鏈中G為C的2倍，則互補鏈中G為C的1/2
C．一條鏈中C∶T＝1∶2，則互補鏈中G∶A＝2∶1
D．一條鏈中A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，則互補鏈中A∶T∶G∶C＝2∶1∶4∶3
C　[根據堿基互補配對原則，雙鏈DNA中，一條鏈中的A和T分別與互補鏈中的T和A配對，一條鏈中的G和C分別與互補鏈中的C和G配對，故一條鏈中A和T的數量相等，則互補鏈中A和T的數量也相等，一條鏈中G為C的2倍，則互補鏈中G為C的1/2，A、B正確；一條鏈中C∶T＝1∶2，則互補鏈中G∶A＝1∶2，C錯誤；雙鏈DNA分子中，一條鏈中A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，則互補鏈中A∶T∶G∶C＝2∶1∶4∶3，D正確。]
　“三步”解決DNA分子中有關堿基比例的計算
考查基因的本質及與DNA、染色體的關系
4．基因是有遺傳效應的DNA片段，眼色基因(紅眼基因R、白眼基因r)位于果蠅的X染色體上，下列敘述正確的是(　　)
A．雌雄果蠅細胞內的基因都是隨染色體的復制而復制的
B．同一DNA分子上不可能同時含有兩個控制眼色的基因
C．果蠅正常的卵原細胞有絲分裂時紅眼基因最多有4個
D．白眼基因的兩側也都是基因，其中只有一條鏈可以轉錄血紅蛋白基因
C　[果蠅屬于真核生物，其基因主要位于染色體上，但細胞質中也有分布，故果蠅細胞內的基因不都是隨染色體的復制而復制的，A錯誤；一個DNA分子上有多個基因，同一DNA分子上可能同時含有兩個控制眼色的基因，如朱紅眼和深紅眼，B錯誤；雌果蠅的基因型可能為XRXR，則該個體在有絲分裂間期復制后可能含有四個XR基因，即紅眼基因最多有4個，C正確；基因是有遺傳效應的DNA片段，一般而言白眼基因的兩側為非基因片段，D錯誤。]
5．如圖表示細胞內與基因有關的物質或結構，其中i是遺傳物質的主要載體。下列相關敘述正確的是 (　　)
A．堿基對數目的差異是不同f攜帶遺傳信息不同的主要原因
B．f在i上呈線性排列，f與性狀是一一對應關系
C．e為脫氧核苷酸，h為蛋白質
D．若g中(G＋C)/(A＋T)＝0.5，則A占g中總堿基數的比例為1/2
C　[f為基因，不同基因攜帶遺傳信息不同的主要原因是堿基對的排列順序不同；i為染色體，基因在染色體上呈線性排列，基因與性狀不是簡單的一一對應關系；e為基因的基本組成單位——脫氧核苷酸，h為組成染色體的成分——蛋白質；若g中(G＋C)/(A＋T)＝0.5，假設G＝C＝n，則A＝T＝2n，故A占g中總堿基數的比例為1/3。]
　基因、DNA、染色體之間的關系
考點2　DNA的復制
一、對DNA復制的推測
1．沃森和克里克的半保留復制假說
2．遺傳物質自我復制的其他假說
全保留復制是指DNA復制以DNA雙鏈為模板，子代DNA的雙鏈都是新合成的。
二、DNA半保留復制的實驗證據
1．實驗者：美國生物學家梅塞爾森和斯塔爾。
2．實驗方法：同位素標記技術和離心技術。
3．實驗原理
15N和14N是氮元素的兩種穩定同位素，這兩種同位素的相對原子質量不同，含15N的DNA比含14N的DNA密度大，因此，利用離心技術可以在試管中分離開含有不同氮元素的DNA。
兩條鏈被標記情況 密度大小 離心位置
都是15N 最大 靠近試管的底部
一條15N，一條14N 居中 位置居中
都是14N 最小 靠近試管的上部
4．實驗過程
5．演繹推理
假設DNA復制方式是半保留復制，預期實驗結果：
(1)立即取出，提取DNA，離心，獲得15N/15N—DNA。
(2)繁殖一代，提取DNA，離心，獲得15N/14N—DNA。
(3)繁殖二代，提取DNA，離心，獲得15N/14N—DNA和14N/14N—DNA。
6．實驗結果
(1)提取親代DNA→離心→位置靠近試管底部。
(2)繁殖一代后，提取DNA→離心→位置居中。
(3)繁殖二代后，提取DNA→離心→1/2位置居中，1/2位置更靠上。
7．實驗結論：實驗結果和假設DNA復制方式是半保留復制的預期結果一致，說明DNA的復制是以半保留復制的方式進行的。
三、DNA復制的過程
1．時間
細胞分裂前的間期。即有絲分裂前的間期和減數分裂Ⅰ前的間期。
2．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。
(3)DNA病毒：活的宿主細胞內。
3．復制過程
4．復制結果
形成兩個完全相同的DNA。
5．準確復制的原因
(1)DNA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。
6．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。
1．假如全保留復制是正確的，實驗預期又會是什么？(必修2　P54“思考·討論”)
提示：第一代離心結果為1/2的14N/14N DNA(輕帶)和1/2的15N/15N DNA(重帶)，第二代離心結果為1/4的15N/15N DNA(重帶)和3/4的14N/14N DNA(輕帶)。
2．真核細胞中DNA復制的速率一般為50～100 bp/s，果蠅DNA的電鏡照片中有一些泡狀結構，叫作DNA復制泡，是DNA上正在復制的部分，果蠅DNA上形成多個復制泡，這說明了什么？(必修2　P56“拓展應用”)
提示：果蠅的DNA有多個復制起點，可同時從不同起點開始DNA復制，由此加快DNA復制的速率，為細胞分裂做好物質準備。
1．DNA復制遵循堿基互補配對原則，新合成的DNA分子的兩條鏈均是新合成的。 (×)
提示：新合成的DNA分子的兩條鏈有一條鏈是新合成的。
2．DNA雙螺旋結構全部解旋后，開始DNA的復制。 (×)
提示：DNA復制時邊解旋邊復制。
3．單個脫氧核苷酸在DNA酶的作用下連接合成新的子鏈。 (×)
提示：在DNA聚合酶的作用下，單個脫氧核苷酸連接到DNA單鏈片段上形成子鏈。
4．復制后的兩個子代DNA分子將在有絲分裂后期或減數分裂Ⅱ后期著絲粒分裂時，隨染色單體分離而分開，分別進入兩個子細胞中。 (√)
5．在人體內，成熟的紅細胞、漿細胞中不發生DNA的復制。 (√)
1．將一個某種噬菌體DNA分子的兩條鏈用32P進行標記，并使其感染大腸桿菌，在不含有32P的培養基中培養一段時間。若得到的所有噬菌體雙鏈DNA分子都裝配成噬菌體(n個)并釋放，則其中含有32P的噬菌體所占比例為2/n，原因是___________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
提示：一個含有32P標記的噬菌體雙鏈DNA分子經半保留復制后，標記的兩條單鏈只能分配到兩個噬菌體的雙鏈DNA分子中，因此在得到的n個噬菌體中只有2個帶有標記
2．將發生癌變的小腸上皮細胞用含3H標記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸的培養液培養，一段時間后再移至普通培養液中培養，不同間隔時間取樣，檢測到被標記的癌細胞比例減少，出現上述結果的原因是_________________________________
_____________________________________________________________________。
提示：依據DNA半保留復制特點，移到普通培養液中的被標記的癌細胞，隨著細胞增殖次數的增加，不被標記的癌細胞開始出現并不斷增多，故被標記的癌細胞比例減少
1．DNA復制的場所
2．“圖解法”分析DNA復制相關計算
(1)將含有15N的DNA分子放在含有14N的培養基中連續復制n次(如上圖)，則：
①
②
(2)DNA分子復制過程中消耗的脫氧核苷酸數
①若親代DNA分子含有某種脫氧核苷酸m個，經過n次復制需要消耗該種脫氧核苷酸數為m·(2n－1)個。
②第n次復制需要該種脫氧核苷酸數為m·2n-1個。
早在1966年，日本科學家岡崎提出DNA半不連續復制假說：DNA復制形成互補子鏈時，一條子鏈是連續形成，另一條子鏈不連續即先形成短鏈片段(如圖1)。為驗證這一假說，岡崎進行了如下實驗：讓T4噬菌體在20 ℃時侵染大腸桿菌，70 min后，將同位素3H標記的脫氧核苷酸添加到大腸桿菌的培養基中，在2秒、7秒、15秒、30秒、60秒、120秒后，分離T4噬菌體DNA并通過加熱使DNA分子變性、全部解螺旋，再進行密度梯度離心，以DNA單鏈片段分布位置確定片段大小(分子越小離試管口距離越近)，并檢測相應位置DNA單鏈片段的放射性，結果如圖2。
圖1　　　　　　　　　　圖2
(1)以3H標記的脫氧核苷酸添加到大腸桿菌的培養基中，最終在噬菌體DNA中檢測到放射性，其原因是什么？
(2)圖2中，與60秒結果相比，120秒結果中短鏈片段減少的原因是什么？該實驗結果為岡崎假說提供的有力證據是什么？
提示：(1)標記的脫氧核苷酸被大腸桿菌吸收， 為噬菌體DNA復制提供原料，所以在噬菌體DNA中檢測到放射性。
(2)短鏈片段連接形成長片段，所以短鏈片段減少；在實驗時間內，細胞中均能檢測到較多的短鏈片段。
考查DNA復制的過程和特點
1．(2022·北京海淀區期中)下圖所示為DNA復制過程中的一個復制泡，①～⑨代表相應位置。下列敘述不正確的是(　　)
A．DNA的兩條鏈均為復制模板
B．該復制泡的DNA解旋是雙向的
C．DNA分子的雙鏈是反向平行的，①④⑨為3′端
D．若該片段堿基T占20%，則復制后堿基C占30%
C　[DNA復制是以DNA兩條鏈為模板合成子代DNA的過程，A正確；識圖分析可知，DNA分子可以進行雙向復制，因此DNA解旋也是雙向的，B正確；由于DNA聚合酶只能使子鏈由5′向3′方向延伸，因此圖中⑨為子鏈的3′端，而模板鏈正好相反，①④為5′端，C錯誤；若該片段堿基T占20%，由于雙鏈DNA分子中A＝T，C＝G，因此A＝T＝20%，則C＝G＝30%，復制后子代DNA中堿基與親代相同，堿基比例不變，D正確。]
2．(2022·山東淄博一模)大多數真核生物的DNA在復制時會出現多個復制泡，每個復制泡的兩端有2個復制叉，復制叉的延伸方向如圖所示。已知復制時DNA聚合酶只能沿模板鏈的3′→5′方向移動，下列說法錯誤的是(　　)
A．圖中DNA的復制為雙向半保留復制
B．多起點復制加快了DNA的復制速度
C．復制泡3的DNA復制早于復制泡1
D．子鏈的延伸方向與復制叉的推進方向相同
D　[由圖復制泡的走向可知，DNA復制時以每條鏈為模板，沿模板鏈的3′→5′方向移動，圖中DNA的復制為多起點不連續雙向半保留復制，A正確；多起點復制加快了DNA的復制速度，B正確；根據復制泡的大小可以看出，復制泡3的DNA復制早于復制泡1，C正確；DNA聚合酶只能沿模板鏈的3′→5′方向移動，兩條子鏈的延伸方向相反，其中一條子鏈與復制叉的推進方向相反，D錯誤。]
考查DNA半保留復制的實驗及分析
3．下圖為科學家設計的DNA合成的同位素標記實驗，利用大腸桿菌探究DNA的復制過程，下列敘述正確的是(　　)
A．比較試管①和②的結果可證明DNA復制為半保留復制
B．實驗中沒有采用放射性同位素示蹤的研究方法
C．可用噬菌體代替大腸桿菌進行上述實驗，且提取DNA更方便
D．大腸桿菌在含有15NH4Cl的培養液中生長若干代，細胞中只有DNA含15N
B　[比較試管①②③的結果可證明DNA復制為半保留復制，A項錯誤；本實驗采用的是穩定同位素標記和密度梯度離心的研究方法，沒有采用放射性同位素示蹤的研究方法，B項正確；噬菌體不能利用培養基培養，因此不能用噬菌體代替大腸桿菌進行上述實驗，C項錯誤；大腸桿菌的蛋白質、RNA等都含有氮，D項錯誤。]
4．(2022·廣東梅州期中)1958年，科學家運用同位素標記技術設計了DNA復制的實驗，實驗的培養條件與方法：(1)在含15N的培養基中培養若干代，使DNA均被15N標記，離心結果如圖中的甲；(2)轉至14N的培養基培養，每20分鐘繁殖一代；(3)取出每代大腸桿菌的DNA樣本，離心。圖中的乙、丙、丁是某學生畫的結果示意圖。下列有關推論，正確的是(　　)
甲 乙　 丙 丁
A．出現丁的結果需要60分鐘
B．乙是轉入14N培養基中繁殖一代的結果
C．轉入培養基中繁殖三代后含有14N的DNA占3/4
D．丙結果出現后，將此時的DNA熱變性后離心分析可得出半保留復制的結論
D　[轉入14N培養基中繁殖兩代后所得DNA分子中，有一半DNA分子只含14N，另一半DNA分子是一條鏈含有15N，一條鏈含有14N，離心后出現中帶和輕帶，即出現丁的結果至少要復制兩次，因此至少需要40分鐘，A錯誤；繁殖一代后所得DNA分子都是一條鏈含有15N，另一條鏈含有14N，離心后只出現中帶，即丙圖所示結果，B錯誤；繁殖三代后，所有的DNA都含有14N，C錯誤；丙是轉入14N培養基中繁殖一代的結果，DNA分子都是一條鏈含有15N，另一條鏈含有14N，因此DNA熱變性后離心分析可得出半保留復制的結論，D正確。]
DNA復制的相關計算
5．(2021·山東等級考)利用農桿菌轉化法，將含有基因修飾系統的T DNA插入水稻細胞M的某條染色體上，在該修飾系統的作用下，一個DNA分子單鏈上的一個C脫去氨基變為U，脫氨基過程在細胞M中只發生一次。將細胞M培育成植株N。下列說法錯誤的是(　　)
A．N的每一個細胞中都含有T DNA
B．N自交，子一代中含T DNA的植株占3/4
C．M經n(n≥1)次有絲分裂后，脫氨基位點為A—U的細胞占1/2n
D．M經3次有絲分裂后，含T DNA且脫氨基位點為A—T的細胞占1/2
D　[N是由M細胞形成的，在形成過程中沒有DNA的丟失，由于T DNA插入水稻細胞M的某條染色體上，所以M細胞含有T DNA，因此N的每一個細胞中都含有T DNA，A正確；N的一條染色體中含有T DNA，可以記為＋，因此N關于是否含有T DNA的基因型記為＋－，如果自交，則子代中相關的基因型為＋＋∶＋－∶－－＝1∶2∶1，有3/4的植株含T DNA，B正確；M中只有1個DNA分子單鏈上的一個C脫去氨基變為U，所以復制n次后，產生的子細胞有2n個，但脫氨基位點為A—U的細胞只有1個，所以這種細胞的比例為1/2n，C正確；如果M經3次有絲分裂后，形成子細胞有8個，由于M細胞DNA分子單鏈上的一個C脫去氨基變為U，所以是G和U配對，所以復制三次后，有4個細胞脫氨基位點為C—G，3個細胞脫氨基位點為A—T，1個細胞脫氨基位點為U—A，因此含T DNA且脫氨基位點為A—T的細胞占3/8，D錯誤。故選D。]
6．(2021·河北衡水中學四調)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。下列敘述不正確的是 (　　)
A．DNA復制是一個邊解旋邊復制的過程
B．第三次復制需要2.1×104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與含31P的分子數之比為1∶4
B　[DNA分子中共有10 000個堿基，其中胞嘧啶3 000個，DNA第三次復制需要游離的胞嘧啶脫氧核苷酸數為(23－1)×3 000－(22－1)×3 000＝1.2×104(個)。]
　準確把握DNA復制的相關計算問題
(1)復制次數：“DNA復制了n次”和“第n次復制”的區別：前者包括所有的復制，后者只包括第n次復制。
(2)堿基數目：堿基的數目單位是“對”還是“個”。
(3)復制模板：在DNA復制過程中，無論復制了幾次，含有親代脫氧核苷酸單鏈的DNA分子都只有兩個。
(4)關鍵詞語：看清是“DNA分子數”還是“鏈數”，“含”還是“只含”等關鍵詞。
1．核心概念
(1)(必修2 P50)堿基互補配對原則：A(腺嘌呤)一定與T(胸腺嘧啶)配對，G(鳥嘌呤)一定與C(胞嘧啶)配對，堿基之間的這種一一對應的關系，叫作堿基互補配對原則。
(2)(必修2 P55)DNA的復制：指以親代DNA為模板合成子代DNA的過程。
(3)(必修2 P59)基因：通常是有遺傳效應的DNA片段。
2．結論語句
(1)(必修2 P55)DNA的復制是以半保留的方式進行的。
(2)(必修2 P56)DNA復制是一個邊解旋邊復制的過程，需要　模板、原料、能量和酶等基本條件。
(3)(必修2 P56)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地進行。
(4)(必修2 P56)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。
(5)(必修2 P59)遺傳信息蘊藏在4種堿基的排列順序之中；堿基排列順序的千變萬化，構成了DNA的多樣性，而堿基特定的排列順序，又構成了每個DNA分子的特異性。
(6)(必修2 P59)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。
1．(2022·廣東選擇性考試)下列關于遺傳學史上重要探究活動的敘述，錯誤的是(　　)
A．孟德爾用統計學方法分析實驗結果發現了遺傳規律
B．摩爾根等基于性狀與性別的關聯證明基因在染色體上
C．赫爾希和蔡斯用對比實驗證明DNA是遺傳物質
D．沃森和克里克用DNA衍射圖譜得出堿基配對方式
D　[孟德爾用統計學方法分析雜合子自交子代的表型及比例，發現了遺傳規律，A正確；摩爾根等基于果蠅眼色與性別的關聯，證明了基因在染色體上，B正確；赫爾希和蔡斯分別用32P和35S標記T2噬菌體DNA和蛋白質，通過對比兩組實驗結果，證明了DNA是遺傳物質，C正確；沃森和克里克主要以DNA衍射圖譜為依據，推算出DNA呈螺旋結構，根據查哥夫的實驗結果構建了DNA雙螺旋結構模型，D錯誤。]
2．(2022·廣東選擇性考試)λ噬菌體的線性雙鏈DNA兩端各有一段單鏈序列。這種噬菌體在侵染大腸桿菌后其DNA會自連環化(如圖所示)，該線性分子兩端能夠相連的主要原因是(　　)
A．單鏈序列脫氧核苷酸數量相等
B．分子骨架同為脫氧核糖與磷酸
C．單鏈序列的堿基能夠互補配對
D．自連環化后兩條單鏈方向相同
C　[單鏈序列脫氧核苷酸數量相等、分子骨架同為脫氧核糖與磷酸交替連接，不能決定線性DNA分子兩端能夠相連，A、B錯誤；據圖可知，單鏈序列的堿基能夠互補配對，決定線性DNA分子兩端能夠相連，C正確；DNA的兩條鏈是反向的，因此自連環化后兩條單鏈方向相反，D錯誤。]
3．(2021·遼寧選擇性考試)下列有關細胞內的DNA及其復制過程的敘述，正確的是(　　)
A．子鏈延伸時游離的脫氧核苷酸添加到3′端
B．子鏈的合成過程不需要引物參與
C．DNA每條鏈的5′端是羥基末端
D．DNA聚合酶的作用是打開DNA雙鏈
A　[子鏈延伸時5′→3′合成，故游離的脫氧核苷酸添加到3′端，A正確；子鏈的合成過程需要引物參與，B錯誤；DNA每條鏈的5′端是磷酸基團末端，3′端是羥基末端，C錯誤；解旋酶的作用是打開DNA雙鏈，D錯誤。]
4．(2021·海南等級考)已知5 溴尿嘧啶(BU)可與堿基A或G配對。大腸桿菌DNA上某個堿基位點已由A－T轉變為A－BU，要使該位點由A－BU轉變為G－C，則該位點所在的DNA至少需要復制的次數是(　　)
A．1　　　　B．2　　　　C．3　　　　D．4
B　[根據題意可知：BU可以與A配對，又可以和G配對，由于大腸桿菌DNA上某個堿基位點已由A－T轉變為A－BU，所以復制一次會得到G－BU，復制第二次會得到G－C，所以至少需要經過2次復制后，才能實現該位點由A－BU轉變為G－C，B正確。]
5．(2021·廣東選擇性考試)DNA雙螺旋結構模型的提出是二十世紀自然科學的偉大成就之一。下列研究成果中，為該模型構建提供主要依據的是(　　)
①赫爾希和蔡斯證明DNA是遺傳物質的實驗
②富蘭克林等拍攝的DNA分子X射線衍射圖譜
③查哥夫發現的DNA中嘌呤含量與嘧啶含量相等
④沃森和克里克提出的DNA半保留復制機制
A．①②　　　B．②③　　　C．③④　　　D．①④
B　[赫爾希和蔡斯通過噬菌體侵染大腸桿菌的實驗，證明了DNA是遺傳物質，與構建DNA雙螺旋結構模型無關，①不符合題意；沃森和克里克根據富蘭克林等拍攝的DNA分子X射線衍射圖譜，推算出DNA分子呈螺旋結構，②符合題意；查哥夫發現的DNA中腺嘌呤(A)的量總是等于胸腺嘧啶(T)的量，鳥嘌呤(G)的量總是等于胞嘧啶(C)的量，為沃森和克里克構建正確的堿基配對方式提供了依據，③符合題意；沃森和克里克提出的DNA半保留復制機制未能為DNA雙螺旋結構模型的構建提供依據，④不符合題意。故選B。]
課時分層作業(十八)　DNA的結構、復制及基因通常是有遺傳效應的DNA片段
1．下圖是某DNA片段的結構示意圖，下列敘述正確的是(　　)
A．圖中①是氫鍵，②是脫氧核苷酸鏈的5′端，③是3′端
B．DNA分子中A＋T含量高時穩定性較高
C．磷酸與脫氧核糖交替排列構成DNA分子的基本骨架
D．a鏈、b鏈方向相同，a鏈與b鏈的堿基互補配對
C　[圖中①是氫鍵，②是脫氧核苷酸鏈的3′端，③是5′端，A項錯誤；堿基A和T之間有兩個氫鍵，堿基G和C之間有三個氫鍵，因此G＋C含量高時DNA分子的穩定性較高，B項錯誤；磷酸與脫氧核糖交替排列構成DNA分子的基本骨架，C項正確；DNA分子的兩條鏈反向平行，a鏈與b鏈的堿基互補配對，D項錯誤。]
2．用卡片構建DNA平面結構模型，所提供的卡片類型和數量如表所示，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中每個脫氧核糖只與1分子磷酸相連
D．最多可構建44種不同堿基序列的DNA片段
B　[雙鏈DNA分子中，堿基之間的配對遵循堿基互補配對原則，即A—T、C—G，且互相配對的兩種堿基數目彼此相等，結合表中數據可知，這些卡片最多可形成2個A—T堿基對，2個C—G堿基對，共形成4個脫氧核苷酸對，A錯誤；A和T之間有2個氫鍵，C和G之間有3個氫鍵，因此構成的雙鏈DNA片段最多有10個氫鍵，B正確；DNA中絕大多數脫氧核糖與2分子磷酸相連，只有末端的脫氧核糖與1分子磷酸相連，C錯誤；堿基對種類和數目確定，所以可構建的DNA種類數少于44種，D錯誤。]
3．(2021·湖北黃岡聯考)關于DNA分子復制機制，科學家用熒光染料給Rep(DNA解旋酶中作為引擎的那部分結構，驅動復制叉的移動)加上了綠色熒光蛋白從而獲知被標記的分子相對于DNA分子的運動軌跡，結果如圖所示。下列相關敘述錯誤的是(　　)
A．Rep可以破壞相鄰核苷酸之間的磷酸二酯鍵
B．DNA結合蛋白可能具有防止DNA單鏈重新形成雙鏈的作用
C．根據材料推斷Rep推動復制叉移動是通過水解ATP提供能量
D．DNA復制具有邊解旋邊復制和半保留復制的特點
A　[根據Rep的功能可推斷出，Rep應為解旋酶，該酶能破壞氫鍵，A錯誤；DNA結合蛋白纏繞在DNA單鏈上，可防止單鏈之間重新螺旋化，B正確；根據材料推斷Rep推動復制叉移動是通過水解ATP提供能量，C正確；根據題意和圖示分析可知：DNA復制具有邊解旋邊復制和半保留復制的特點，D正確。]
4．(2022·江蘇南通調研)PCR是一項在生物體外復制特定DNA片段的核酸合成技術，與人體細胞內DNA分子復制相比，下列有關敘述錯誤的是(　　)
A．都遵循堿基互補配對原則
B．DNA聚合酶作用的最適溫度不同
C．都是邊解旋邊復制的過程
D．復制方式都是半保留復制
C　[DNA分子的體外復制和體內復制都遵循堿基互補配對原則，A正確；PCR技術是在較高溫度條件下進行的，因此PCR與細胞內DNA復制相比所需要酶的最適溫度較高，B正確；PCR技術是在較高溫度條件下打開雙鏈后進行擴增的，不是邊解旋邊復制的，C錯誤；DNA復制方式都是半保留復制，D正確。]
5．(2022·湖北七市聯考)7 乙基鳥嘌呤不與胞嘧啶(C)配對而與胸腺嘧啶(T)配對。若1個雙鏈DNA分子在第n輪復制結束后，某一復制產物分子一條鏈上的鳥嘌呤(G)被7 乙基化。隨后都再復制p次，發生突變的雙鏈DNA分子數與總DNA分子數的比例為(　　)
A．1/2n　　　　　 B．1/2n-1
C．1/2n＋p D．1/2n+1
D　[分析題意可知，某一復制產物分子一條鏈上的鳥嘌呤(G)被7 乙基化，該堿基不與胞嘧啶(C)配對而與胸腺嘧啶(T)配對，相當于該DNA分子一條鏈上的G突變為A。突變后，該DNA分子又進行了p次復制，則每輪復制結束后，由于該條鏈變異，所以根據這條鏈為模板的產物及以產物為模板的DNA分子也變異，故發生突變的雙鏈DNA數是2p-1，總DNA分子數是2n＋p，所以兩者比例為＝，A、B、C錯誤，D正確。]
6．(2022·華中師大一附中檢測)將細菌放在含15N的培養基中培養一段時間后，獲得親代細菌，然后放在含14N的培養基培養到子一代和子二代。在每代取等量的細菌破碎，提取DNA 離心，然后在紫外光下檢測DNA沉降帶(由輕到重為輕帶、中間帶和重帶)。下列有關實驗結果的說法正確的是(　　)
A．親代與子一代的結果可說明DNA復制方式為半保留復制
B．若用DNA酶處理子一代DNA后再離心，沉降帶仍為中間帶
C．子二代只含14N的DNA分子占全部DNA分子的1/2
D．可用噬菌體代替細菌進行上述實驗，且提取DNA更方便
C　[DNA復制的方式是半保留復制，經過復制后，形成的2個子代DNA分子，各保留了一條親代DNA分子的模板母鏈。親代與子一代的結果不能說明DNA復制方式為半保留復制，也可能是分散復制，A錯誤；若用DNA酶處理子一代DNA后離心，則DNA分子被水解為核苷酸，因而沒有沉降帶，B錯誤；子二代DNA分子中全部含有14N，一半DNA都是14N，另一半DNA中一條鏈為14N，另一條鏈為15N，C正確；噬菌體屬于病毒，沒有細胞結構，不能在培養基中培養，所以不可用噬菌體代替細菌進行上述實驗，D錯誤。]
7．(2023·安徽十校聯考)研究人員先用含有15NH4Cl的培養液培養大腸桿菌，讓大腸桿菌充分繁殖，經離心處理后，試管中只出現一條DNA帶，標記為甲，然后將1個子代大腸桿菌轉移到含14NH4Cl的普通培養液中培養。培養24小時，此時DNA第n次復制恰好完成，經檢測含有15N的大腸桿菌占全部大腸桿菌的比例為1/16，將子代DNA離心后，試管中出現和甲位置不同的兩種條帶，標記為乙、丙。下列敘述錯誤的是(　　)
A．乙、丙位置在甲的下方
B．該實驗證明了DNA的復制方式為半保留復制
C．大腸桿菌增殖一代所需時間約為4.8小時
D．DNA復制需要大腸桿菌的細胞呼吸提供能量
A　[親代大腸桿菌是15N標記的DNA(15N/15N DNA)，子代DNA是15N/14N DNA和14N/14N DNA，子代DNA位置在親代DNA的上方，A錯誤；若是全保留復制，復制n次后，試管中只能出現甲和另一條帶，即只有兩條帶，但題干信息顯示試管中出現和甲位置不同的兩條帶(乙、丙)，若是分散復制，則復制n次后，試管中只能出現一種條帶，只有DNA的復制方式為半保留復制，子代才會出現15N/14N DNA和14N/14N DNA與甲(15N/15N DNA)不同的兩種條帶，B正確；經過n次復制，一個DNA分子形成2n個DNA分子，其中含15N的DNA占2/2n＝1/2n-1(n表示復制次數)，含有15N的大腸桿菌占1/16，即1/2n-1＝1/16，n＝5，DNA經過了5次復制，故24小時大腸桿菌增殖5代，則增殖一代所需時間為24÷5＝4.8(小時)，C正確；DNA復制需要能量驅動，所需能量來自大腸桿菌的細胞呼吸，D正確。]
8．某研究小組進行“探究DNA復制方式”的實驗，結果如圖所示。其中培養大腸桿菌的唯一氮源是14NH4Cl或15NH4Cl，a、b、c表示離心管編號，條帶表示大腸桿菌DNA離心后在離心管中的位置分布。下列敘述不正確的是(　　)
a　　b　 c
A．本實驗所用的技術包括同位素標記技術和密度梯度離心技術
B．大腸桿菌在15NH4Cl培養液中培養多代后可得到a管所示結果
C．c管的結果表明該管中大腸桿菌的DNA包括14N/15N及15N/15N
D．本實驗可證明DNA分子的復制方式為半保留復制
C　[a管中條帶為重帶(15N/15N)，b管中條帶為中帶(14N/15N)，c管中條帶為輕帶(14N/14N)和中帶(14N/15N)。由題干信息“培養大腸桿菌的唯一氮源是14NH4Cl或15NH4Cl”“條帶表示大腸桿菌DNA離心后在離心管中的位置分布”可知，本實驗所用技術包括同位素標記技術和密度梯度離心技術，A正確；大腸桿菌在帶15N標記的培養液中培養多代后，根據DNA半保留復制的特點，絕大部分條帶為15N/15N，即重帶，B正確；c管中的條帶包括一條中帶和一條輕帶，即DNA包括14N/15N和14N/14N，C錯誤；據圖可知，整個實驗中的DNA經離心后，出現15N/15N、14N/15N和14N/14N三種條帶，可證明DNA的復制方式為半保留復制，D正確。]
9．科學家在研究DNA分子復制方式時進行了如下的實驗研究(已知培養用的細菌大約每20 min分裂一次，產生子代，實驗結果見相關圖示)：
(1)實驗一、實驗二的作用是______________________。
(2)從結果C、D看，DNA復制具有_________________的特點。根據這一特點，理論上結果E中含14N的DNA分子所占比例為________。
(3)復制過程除需要模板DNA、脫氧核苷酸外，還需要_________________等條件。
(4)若對結果C中的DNA分子先用解旋酶處理，然后再離心，結果為F，請在圖中表示出。
(5)如果實驗C、D、E的結果都為結果G，據此可判斷DNA分子的復制方式________(填“是”或“不是”)半保留復制。
[解析]　(1)實驗一和實驗二分別表示被14N和15N標記的DNA的離心結果，其作用是與后面的實驗結果形成對照。(2)從結果C、D看，新形成的DNA保留了原來DNA的1條鏈，DNA復制具有半保留復制的特點；經過60 min后，DNA復制了3次，共形成8個DNA分子，其中有2個DNA分子是15N/14N，其余6個DNA分子為14N/14N，故理論上結果E中含14N的DNA分子所占比例為1。(3)復制過程需要模板DNA、原料(四種脫氧核苷酸)、酶和能量等條件。(4)結果C中的DNA分子為15N/14N，解旋后形成的單鏈為一條重鏈DNA(15N)和一條輕鏈DNA(14N)。(5)結果G表明原來被15N標記的DNA的兩條鏈沒有分開，因此可判斷DNA分子的復制方式不是半保留復制。
[答案]　(1)與后面的實驗結果形成對照　(2)半保留復制　1　(3)酶、能量　(4)如圖
(5)不是
10．(2021·山東等級考)我國考古學家利用現代人的DNA序列設計并合成了一種類似磁鐵的“引子”，成功將極其微量的古人類DNA從提取自土壤沉積物中的多種生物的DNA中識別并分離出來，用于研究人類起源及進化。下列說法正確的是(　　)
A．“引子”的徹底水解產物有兩種
B．設計“引子”的DNA序列信息只能來自核DNA
C．設計“引子”前不需要知道古人類DNA序列
D．土壤沉積物中的古人類雙鏈DNA可直接與“引子”結合從而被識別
C　[根據題意分析“引子”是一段DNA序列，徹底水解產物有磷酸、脫氧核糖和四種含氮堿基，共6種產物，A錯誤；由于線粒體中也含有DNA，因此設計“引子”的DNA序列信息還可以來自線粒體DNA，B錯誤；根據題干信息利用現代人的DNA序列設計并合成了“引子”，說明設計“引子”前不需要知道古人類的DNA序列，C正確；土壤沉積物中的古人類雙鏈DNA需要經過提取，且在體外經過加熱解旋后，才能與“引子”結合，而不能直接與引子結合，D錯誤。故選C。]
11．(2022·山東中學聯盟大聯考)人類腫瘤細胞細胞質中含大量獨立于染色體外存在的環狀DNA(ecDNA)，其上普遍帶有癌基因。癌細胞內ecDNA可大量擴增且癌基因能高效表達。下列敘述正確的是(　　)
A．ecDNA中的每個脫氧核糖與一個或兩個磷酸基團相連
B．ecDNA上帶有癌基因且能夠復制，所以人類的癌癥能夠遺傳給下一代
C．ecDNA容易復制和表達，可能與其呈裸露狀態，易解旋有關
D．ecDNA通過復制后能平均分配至子細胞中，保持遺傳的穩定性
C　[ecDNA為環狀DNA，沒有游離的磷酸基團，ecDNA中的每個脫氧核糖都與兩個磷酸基團相連，A錯誤；只有發生在生殖細胞內的遺傳物質的改變才能遺傳，B錯誤；ecDNA是獨立于染色體外存在的環狀DNA，容易復制和表達，可能與其呈裸露狀態不與蛋白質結合易解旋有關，C正確；ecDNA是細胞質中的DNA，復制后隨機分配至子細胞中，D錯誤。]
12．(2022·廣東茂名一中高三月考)研究發現，DNA分子存在同一條DNA鏈上的胞嘧啶彼此結合形成的特殊結構，稱為i Motif結構。該結構大多出現在原癌基因的RNA聚合酶識別并結合的部位。下列敘述中正確的是(　　)
A．解旋酶和DNA聚合酶參與了i Motif結構的形成
B．形成該結構后，DNA的氫鍵和堿基數量都發生變化
C．i Motif結構的出現使染色體縮短，屬于染色體變異
D．i Motif結構影響原癌基因轉錄，影響細胞生長和分裂
D　[該結構由同一條DNA鏈上的胞嘧啶彼此結合形成，這個過程不涉及氫鍵斷裂和磷酸二酯鍵的生成，沒有解旋酶和DNA聚合酶的參與，同時，堿基數量也沒有發生變化，A、B錯誤；該結構由同一條DNA鏈上的胞嘧啶彼此結合形成，是一種特殊的DNA結構，堿基序列沒有發生改變，它的出現不是染色體變異的結果，C錯誤；i Motif結構大多位于原癌基因的RNA聚合酶識別并結合的部位，會影響RNA聚合酶與啟動子的結合，會影響原癌基因的轉錄，影響細胞生長和分裂的進程，D正確。故選D。]
13．(2021·山東青島檢測)動物細胞的線粒體DNA分子上有兩個復制起始區OH和OL。該DNA復制時，OH首先被啟動，以L鏈為模板合成M鏈，當M鏈合成約2/3時，OL啟動，以H鏈為模板合成N鏈，最終合成兩個環狀雙螺旋DNA分子，該過程如圖所示。下列敘述不正確的是(　　)
A．復制啟動時OH區和OL區首先結合的酶是解旋酶
B．線粒體環狀DNA分子中每個脫氧核糖都與一或兩個磷酸相連
C．復制完成后M鏈中的嘌呤數與N鏈中的嘧啶數一定相同
D．合成M鏈和N鏈時方向相反是因為DNA聚合酶只能從模板鏈的3′端延伸子代DNA鏈
B　[DNA分子復制開始時，首先利用細胞提供的能量，在解旋酶的作用下進行解旋，可見，復制啟動時OH區和OL區首先結合的酶是解旋酶， A正確；線粒體環狀DNA分子中沒有游離的磷酸基團，每個脫氧核糖都與兩個磷酸相連，B錯誤；依據堿基互補配對原則和圖示分析可知：復制完成后M鏈與N鏈相當于互補鏈，AM＝TN、TM＝AN、CM＝GN、GM＝CN，因此復制完成后M鏈中的嘌呤數與 N鏈中的嘧啶數一定相同，C正確；組成DNA分子的兩條鏈按反向平行方式盤旋成雙螺旋結構，而DNA聚合酶只能從DNA模板鏈的3′端延伸DNA鏈，所以合成M鏈和N鏈時方向相反，D正確。]
14．早期，科學家對DNA分子復制方式的預測如圖甲所示，1958年，科學家以大腸桿菌為實驗材料，設計了一個巧妙的實驗，證實了DNA以半保留的方式復制。試管②③④⑤是模擬實驗中可能出現的結果(如圖乙)。回答下列問題。
甲
乙
培養過程：
Ⅰ．在含15N的培養液中培養若干代，使DNA雙鏈均被15N標記(試管①)。
Ⅱ．轉至含14N的培養液中培養，每30 min復制一代。
Ⅲ．取出每代DNA的樣本離心，記錄結果。
(1)本實驗運用的主要技術為______________________________，步驟Ⅰ的目的是標記大腸桿菌中的________；至少需要________min才會出現試管④的結果。
(2)30 min后離心只有1條中等密度帶(如試管③所示)，則可以排除DNA復制的方式是______________； 為進一步確定DNA復制的方式，科學家對結果③中的DNA分子用解旋酶處理后離心，若出現____________________________，則DNA復制的方式為半保留復制。
(3)若某次實驗的結果中，中帶比以往實驗結果所呈現的略寬，其原因可能是新合成的DNA單鏈中N仍有少部分為________。
[解析]　(1)本實驗運用的主要技術為同位素標記技術，步驟Ⅰ的目的是標記大腸桿菌中的DNA。出現試管④的結果至少需要DNA復制兩次，每次復制的時間為30 min，因此至少需要60 min才會出現試管④的結果。(2)復制一代后離心只有1條中等密度帶，說明DNA復制方式不是全保留復制。如果DNA的復制方式為分散復制，則每一條脫氧核苷酸鏈既保留母鏈部分又有子鏈部分，則可能出現不了清晰的條帶，而半保留復制能出現清晰的重帶和輕帶兩種條帶。(3)若中帶比以往實驗結果所呈現的略寬，其原因可能是新合成的DNA單鏈中N仍有少部分為15N。
[答案]　(1)同位素標記技術　DNA　60　(2)全保留復制　重帶和輕帶兩種條帶　(3)15N
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