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高中生物浙科版 (2019)必修2《遗传与进化》第三节 DNA通过复制传递遗传信息综合训练题
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这是一份高中生物浙科版 (2019)必修2《遗传与进化》第三节 DNA通过复制传递遗传信息综合训练题，共16页。
题组一 DNA复制的过程、特点及意义
1.下列关于细胞核中DNA复制的叙述,错误的是( )
A.DNA复制发生在细胞分裂前的间期
B.解旋酶可破坏DNA双链之间的氢键,使两条链解开
C.DNA复制过程需要核糖核苷酸、酶和ATP等
D.DNA分子的双螺旋结构和碱基互补配对可保证其准确进行
2.下列关于DNA分子复制的叙述中,正确的是( )
A.两条子链的复制方向相同
B.两条链完全解旋后开始复制
C.复制只在细胞核中进行
D.两个子代DNA的碱基序列相同
3.图为某DNA分子半保留复制过程的部分示意图,非复制区与复制区的相接区域会形成Y字形结构,被称为“复制叉”,据图分析,下列说法错误的是( 易错 )
注:在DNA复制过程中,两条链均按5'到3'方向合成,一条链是可连续合成的,复制方向和复制叉前进的方向一致,称前导链,另一条链的合成是不连续的,形成一块块DNA片段,最后连成完整的一条链,此链称滞后链。
A.解旋酶可结合在复制叉的部位
B.复制叉的延伸需要消耗能量
C.DNA聚合酶能催化前导链和滞后链由3'端向5'端延伸
D.DNA连接酶在DNA复制过程中能催化磷酸二酯键形成
4.(2021浙江杭州育才中学高二上月考)如图所示DNA分子复制过程,图中a、b、c、d表示各条脱氧核苷酸链,下列各项正确的是( )
A.a和c的碱基序列互补
B.b和c的碱基序列相同
C.a链和b链中(A+T)/(G+C)的值相同
D.a链与d链中(A+G)/(T+C)的值相同
5.正常情况下,DNA分子在复制时,DNA单链结合蛋白能与解旋后的DNA单链结合,使单链呈伸展状态而有利于复制。如图是大肠杆菌DNA复制过程的示意图,分析错误的是( )
A.在真核细胞中,DNA复制可发生在细胞分裂前的间期
B.DNA复制时,两条子链复制的方向是相反的,且都是连续形成的
C.如图所示过程可发生在大肠杆菌的拟核中,酶①和酶②都是在核糖体上合成的
D.DNA单链结合蛋白能防止解旋的DNA单链重新配对
6.如图为真核细胞DNA复制过程的模式图。据图分析,下列相关叙述错误的是( )
A.由图示可知,DNA分子复制的方式是半保留复制
B.解旋酶能使双链DNA解开,且需要消耗ATP
C.图中引物与相应DNA片段结合遵循碱基互补配对原则
D.DNA在复制过程中,先全部解旋,后复制
题组二 探究DNA复制过程
7.关于“探究DNA的复制过程”活动,下列有关叙述中,正确的是( )
A.运用了同位素示踪法和差速离心法
B.需将大肠杆菌置于蒸馏水中吸水涨破获取DNA
C.整个实验过程均用普通未标记的培养液来培养大肠杆菌
D.可以通过控制培养时间,获取完成1次细胞分裂和2次细胞分裂的细菌
8.(2020浙江宁波余姚高一下期中)细菌在15N培养基中繁殖数代后,使细菌DNA的含氮碱基皆含有15N,然后再移入14N培养基中培养,分离出亲代及子代的DNA经高速离心分离,下图①~⑤为可能的结果,下列叙述正确的是( )
A.子一代DNA应为①
B.子二代DNA应为③
C.子三代DNA应为④
D.亲代的DNA应为⑤
9.(2021浙江名校协作体高二下期末)科学工作者关于DNA复制曾提出过三种假说:半保留复制、全保留复制和分散复制,三种假说的复制过程如图1所示。他们对这三种假说进行了演绎推理,并根据推理过程进行了相关实验,实验结果如图2所示。回答下列问题:
图1
图2
(1)科学工作者提出假说并演绎推理后,选用某种大肠杆菌作为实验材料,进行了一系列的实验研究,最终确定了DNA的复制方式,这样的研究方法称为 。他们选用大肠杆菌作为实验材料的优点:一是其易培养,繁殖速度快,安全性高;二是 ,有利于分离提纯DNA。
(2)科学工作者根据DNA复制的三种假说进行演绎推理,将含15N标记的DNA的大肠杆菌,接种到含14N的培养基中繁殖一代,提取DNA后进行 ,若是全保留复制方式,则离心管中将出现 带,而实际结果是只有一条中带,由此可以说明DNA的复制方式是 。
(3)为了进一步确定DNA的复制方式,需要让子一代的大肠杆菌在含14N的培养基中再繁殖一代,当离心管中出现 带时,可确定是半保留复制。或者可以将子一代DNA分子进行解旋处理后再离心,当离心管中出现 带时,则为半保留复制方式。
题组三 DNA复制过程中的相关计算
10.(2021浙江金华磐安二中高二上期中)用14N标记含有100个碱基对的DNA分子,其中有胞嘧啶60个,该DNA分子在15N的培养基中连续复制六次。其结果不可能是( )
A.复制结果共产生64个DNA分子
B.含有14N的DNA分子占1/64
C.含有15N的DNA分子占100/100
D.复制过程中需游离的腺嘌呤脱氧核苷酸2 520个
11.(2020浙江宁波余姚高一下期中)如果将含有一对同源染色体的精原细胞的DNA分子用15N标记,并供给14N的原料,那么该细胞进行减数分裂产生的4个精细胞中,含有15N的精细胞所占的比例为( )
A.25% B.50%
C.75% D.100%
12.如图是科学家对大肠杆菌天然DNA片段进行改造的示意图。请据图回答下列问题:
(1)改造后的大肠杆菌DNA片段可能含有自然界基本碱基对和“X-Y”的人工碱基对,由1 000个基本单位组成的双链人工DNA分子最多可能有 种碱基排列顺序;若这个由1 000个基本单位组成的双链人工DNA分子中有150个A、300个C,则该DNA片段中应有 个X。
(2)在试管中对(1)中的1个DNA片段进行复制时,需向试管中加入 、 、ATP、相关酶等物质;在通过5次复制得到的子代DNA片段中,不含亲代DNA链的有 个,进行5次复制需要消耗含X碱基的基本单位 个。
能力提升练
题组一 综合分析DNA通过半保留方式进行复制
1.(2020浙江高三联考,)假设DNA复制方式有三种:半保留复制、全保留复制和分散复制,复制过程如图所示。若将蚕豆根尖细胞放在含3H的脱氧核苷酸的培养基中培养,完成一个细胞周期,然后在不含放射性标记的培养基中继续培养一个细胞周期,下列说法正确的是( )
A.若复制方式是半保留复制,则第二次分裂前期,每条染色体上有2条核苷酸链有放射性
B.若复制方式是分散复制,则完成两个细胞周期后,有两个细胞有放射性标记
C.若复制方式是全保留复制,则第一次分裂结束后每个子代细胞中有一半染色体带放射性
D.根据本实验的结果可判断出DNA复制的具体方式
2.(2021浙江绍兴上虞高二上期末,)将含14N-14N-DNA的某细菌转移到含15NH4Cl的培养液中,培养24 h后提取子代细菌的DNA。先将DNA热变性处理,即解开双螺旋,变成单链,然后再进行密度梯度离心,结果如图1,离心管中出现的两种条带分别对应图2中的两个峰。下列叙述错误的是( )
图1
图2
A.热变性处理破坏了DNA分子中的氢键
B.由实验结果可推知该细菌的细胞周期大约为8 h
C.根据条带的数目和位置可以判断DNA的复制方式
D.如子代DNA直接密度梯度离心,则出现2条带,含量比例为1∶3
题组二 综合分析DNA复制的相关计算
3.(2020浙江杭州高三月考,)将一个不含放射性的大肠杆菌(拟核DNA呈环状)放在含有3H-胸腺嘧啶的培养基中培养一段时间后,检测到a、b两种类型的DNA如图所示(注:以虚线表示含放射性的脱氧核苷酸链)。预测该实验的结果不可能是( )
A.第1次复制产生的DNA全为a种类型
B.b型DNA至少复制2次后才会出现
C.复制3次后a类型和b类型的数量比为1∶2
D.复制4次所得DNA分子中嘌呤和嘧啶的碱基数仍相等
4.(2021浙江五湖联盟高三上期末,)某DNA(14N-14N)含有2 000个碱基对,腺嘌呤占30%,若将该种DNA分子放在含15N的培养基中连续复制3次,进行密度梯度离心,得到结果如图1;若将复制产物加入解旋酶处理后再离心,则得到如图2结果,下列叙述错误的是( )
A.Y层全部是仅含15N的DNA分子
B.Z层与W层的核苷酸链的数目之比为1/7
C.一个DNA分子完成3次复制需要5 600个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸
D.该实验需用到放射性同位素检测技术
5.(2020浙江Z20联盟高三三模,)将植物的根尖分生组织放在含有BrdU的培养液中进行培养,BrdU能取代胸苷掺入新合成的DNA链中。取出根尖组织用姬姆萨染料染色,在第二个细胞分裂中期时被染色的染色体出现色差(如b所示)。下列叙述错误的是( )
A.染色体出现色差的原因是其中1个DNA的2条单链都含BrdU
B.c中四个细胞内共有3/4的DNA单链含BrdU
C.色差染色体的出现能证明DNA的半保留复制
D.细胞继续培养,第4次分裂中期共有1/4的染色体出现色差
题组三 DNA复制与细胞中的染色体标记问题
6.(2021浙江温州瑞安高二上期末,)若将染色体DNA被3H充分标记的洋葱(2n=16)分生组织细胞置于不含3H的培养液中,从G1期培养至第三次分裂中期。下列叙述错误的是( )
A.一个细胞中至少有一条染色体含3H
B.一个染色体中最多有一个染色单体含3H
C.一个DNA分子中最多一条脱氧核苷酸链含3H
D.一个细胞中最多有16条染色体含3H
7.()用32P标记玉米根尖细胞核中的DNA,然后在不含放射性标记的培养基中培养,第二次分裂至中期时,其染色体的放射性标记分布情况是( )
A.每条染色体都被标记
B.半数染色体被标记,但随机分配到两极
C.只有分配到一极的染色体被标记
D.分配到两极的染色体都有一半被标记
答案全解全析
基础过关练
1.C DNA复制发生在细胞分裂前的间期,A正确;DNA复制时需要解旋酶破坏DNA双链之间的氢键,使两条链解开,B正确;DNA复制过程需要脱氧核糖核苷酸为原料,还需要解旋酶和ATP等,C错误;DNA的双螺旋结构为复制提供了精确的模板,碱基互补配对保证了复制能够精确地进行,D正确。
2.D DNA分子由两条反向平行的脱氧核苷酸链组成,两条子链的复制方向相反,A错误;DNA分子复制的特点是边解旋边复制,B错误;真核细胞中,DNA分子复制主要在细胞核中,原核细胞没有细胞核,C错误;DNA分子复制以DNA两条链分别为模板,遵循碱基互补配对原则,合成的两个子代DNA的碱基序列相同,D正确。
3.C 解旋酶在DNA复制过程中起到催化双链DNA解旋的作用,据图可知,解旋酶可结合在复制叉的部位,A正确;复制叉的延伸需要消耗能量,B正确;据图可知,DNA聚合酶能催化前导链和滞后链由5'端向3'端延伸,C错误;DNA连接酶在DNA复制过程中将脱氧核苷酸连接到新合成的子链上,能催化磷酸二酯键形成,D正确。
易错警示
真核生物DNA的复制是多起点不同时双向复制,在复制速率相同的前提下,图中DNA是从其最右边开始复制的。
4.C a与d的碱基序列互补,a与b的碱基序列互补,c与d的碱基序列互补,所以a与c的碱基序列相同,b和c的碱基序列互补,A、B错误;由于A与T配对,G与C配对,所以a中(A+T)/(G+C)的值与b中(A+T)/(G+C)的值相同,C正确;由于a与d的碱基序列互补,所以a链与d链中的(A+G)/(T+C)的值互为倒数,D错误。
5.B 真核细胞在分裂间期主要进行DNA的复制和蛋白质的合成,A正确;DNA分子的两条链是反向平行的,从图中可以看出,在复制的过程中,一条子链的形成是不连续的,B错误;大肠杆菌的拟核中含有DNA,可以发生DNA的复制,复制过程需要的蛋白质酶①和酶②都是在核糖体上合成的,C正确;DNA单链结合蛋白能与解旋后的DNA单链结合,使单链呈伸展状态,这样可以防止解开的两条单链因为靠近又重新形成氢键,D正确。
6.D 由图示可知,DNA分子复制时都保留了原来DNA分子中的一条链,这种方式为半保留复制,A正确;解旋酶能打开双链间的氢键,使双链DNA解开,且需要消耗ATP,B正确;图中引物与相应DNA片段结合遵循碱基互补配对原则,C正确;DNA在复制过程中,边解旋边复制,D错误。
7.D 在探究DNA复制过程的实验中,运用了同位素示踪技术和密度梯度离心技术,A错误;大肠杆菌属于细菌,有细胞壁,所以将大肠杆菌置于蒸馏水中,不会吸水涨破,不能用这种方法获取DNA,B错误;该实验中,先用以15NH4Cl为唯一氮源的培养液培养大肠杆菌若干代后,再将大肠杆菌转移到以14NH4Cl为唯一氮源的普通培养液中培养,C错误;该实验要在不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA,故可以通过控制培养时间获取完成1次细胞分裂和2次细胞分裂的细菌,D正确。
8.D 1个DNA复制1次,子一代DNA应为15N/14N,对应结果应为②,A错误;DNA复制2次,子二代DNA应为2个15N/14N和2个14N/14N,对应结果应为①,B错误;DNA复制3次,子三代DNA应为2个15N/14N和(23-2)个14N/14N,对应结果应为③,C错误;亲代DNA分子是15N/15N,对应结果应为⑤,D正确。
9.答案 (1)假说-演绎法 其只有一个拟核DNA,没有形成染色体 (2)密度梯度离心 轻带和重 半保留复制或分散复制 (3)轻带和中 轻带和重
解析 15N与14N的相对原子质量不同,形成的DNA的相对分子质量不同,如果DNA分子的两条链都是15N,DNA分子的相对质量最大,离心后分布在试管的下端;如果DNA分子的两条链都是14N,相对质量最轻,离心后分布在试管上端;如果DNA分子的一条链是14N,另一条链是15N,相对分子质量介于轻重之间,离心后分布在试管中部;若DNA分子的复制是分散复制,不论复制几次,离心后的条带只有一条,根据实验出现的条带可推断DNA分子的复制方式。(1)科学工作者提出假说并演绎推理后,选用某种大肠杆菌作为实验材料,进行了一系列的实验研究,最终确定了DNA的复制方式,这样的研究方法称为假说-演绎法。大肠杆菌是单细胞原核生物,选用它作为实验材料的优点:一是其易培养,繁殖速度快,安全性高;二是其只有一个拟核DNA,没有与蛋白质结合形成染色体,有利于分离提纯DNA。(2)将含15N的大肠杆菌转移到14N的培养基中,若是全保留复制方式,繁殖一代,得到的子代DNA中全为15N或全为14N,提取DNA后进行密度梯度离心,离心管中将出现轻带和重带,而实际结果是只有一条中带,由此可以说明DNA的复制方式是半保留复制或分散复制。(3)为了进一步确定DNA的复制方式,需要让子一代的大肠杆菌在含14N的培养基中再繁殖一代,进行密度梯度离心,如果离心后DNA分子在离心管中出现中带和轻带,可确定是半保留复制。或者可以将子一代DNA分子(一条链是15N,另一条链是14N)进行解旋处理后形成单链DNA,再离心,当离心管中出现轻带和重带时,则为半保留复制方式。
10.B 复制6次后产生26=64(个)DNA分子,A不符合题意;DNA复制为半保留复制,不管复制几次,子代DNA都保留亲代DNA的2条母链,故最终有2个子代DNA含14N,所以含有14N的DNA分子占1/32,B符合题意;由于DNA分子的复制是半保留复制,最终只有2个子代DNA各含1条15N链,1条14N链,其余DNA都为15N链,即全部子代DNA都含15N,C不符合题意;含有100个碱基对(200个碱基)的DNA分子,其中有胞嘧啶60个,根据DNA分子的结构特点可解得A=40个,故复制过程中需游离的腺嘌呤脱氧核苷酸为(26-1)×40=2 520(个),D不符合题意。
11.D 根据DNA分子复制的过程可知,模板链含15N,原料含14N,复制一次后,每个DNA分子的两条链,一条含有15N,另一条含有14N,因此减数分裂产生的四个精细胞中,每一个精细胞中的所有DNA都是一条链含15N,另一条链含14N,即所有的精细胞都含15N。
12.答案 (1)6500 50 (2)模板DNA片段 6种脱氧核苷酸 30 1 550
解析 (1)根据图解信息可知,人工DNA分子中有6种碱基,1 000个基本单位组成的双链DNA包含500个碱基对,因此,由1 000个基本单位组成的双链人工DNA分子最多有6500种碱基排列顺序。根据碱基互补配对原则可知,自然DNA分子中任意两个不能配对的碱基之和占该DNA分子碱基总数的1/2,由此推知该人工DNA分子中任意三个不能配对的碱基之和占该DNA分子碱基总数的1/2,则A+C+X=500,解得X=50。(2)人工DNA复制需要模板DNA、6种脱氧核苷酸、ATP、相关酶等物质;DNA复制时,不管复制多少次,含亲代链的DNA都只有2个,不含亲代链的DNA分子数=总DNA分子数-2,经5次复制共合成DNA分子25=32(个),其中不含亲代DNA链的有30个。由(1)可知,该DNA分子含有50个X碱基,32个DNA分子共含有X碱基32×50=1 600(个),去掉原DNA分子含有的50个,共需要消耗含X碱基的基本单位1 550个。
能力提升练
1.D 根尖细胞只能进行有丝分裂,若DNA复制方式是半保留复制,则第一次分裂结束后的子代细胞中每条染色体上的一个DNA分子上的两条核苷酸链一条有放射性,一条没有放射性,然后培养在不含放射性标记的培养基中,染色体复制后,分裂前期每条染色体上只有一条核苷酸链有放射性,A错误;若复制方式是分散复制,结合题目信息可知,第一次分裂后每条染色体上的两条核苷酸链都有放射性,第二次分裂培养在不含放射性标记的培养基中,得到的子代细胞每条染色体上的两条核苷酸链都有放射性,所以4个细胞都有放射性,B错误;若复制方式是全保留复制,则染色体复制后一条染色单体上的两条核苷酸链没有放射性,另一条染色单体上的两条核苷酸链都有放射性,所以最后得到的两个子细胞中染色体可能全有放射性,也可能全无放射性,C错误;通过两次有丝分裂的结果可判断出DNA复制的具体方式,D正确。
2.C 热变性处理破坏了DNA分子中的氢键,A正确;根据DNA半保留复制的特点和图示信息可知,含14N的单链为2条,含15N的单链为14条,共有8个双链DNA分子,该细菌经过了三次复制,细胞周期大约为8 h,B正确;将DNA热变性处理变成单链,然后再进行密度梯度离心,则只会出现14N条带和15N条带,根据条带的数目和位置无法判断DNA的复制方式,C错误;若子代DNA直接密度梯度离心,则出现2条带,共8个DNA分子,其中14N-15N-DNA有2个,15N-15N-DNA有6个,含量比例为1∶3,D正确。
3.C 根据DNA半保留的复制特点,第1次复制产生的DNA全为a种类型,b型DNA至少复制2次后才会出现,A、B正确;复制3次后得到8个DNA,a类型始终为2个,b类型的有6个,两者之比为1∶3,C错误;由于DNA中嘌呤始终和嘧啶配对,故复制4次所得DNA分子中嘌呤和嘧啶的碱基数仍相等,D正确。
4.D DNA分子复制时,以DNA的两条链为模板,合成两条新的子链,每个DNA分子各含一条亲代DNA分子的母链和一条新形成的子链,称为半保留复制。据图分析可知,X层是含14N和15N的DNA,Y层是仅含15N的DNA,Z层是14N的DNA单链,W层是15N的DNA单链。由于DNA分子复制为半保留复制,所以Y层全部是含15N的DNA分子,A正确;DNA分子复制了3次,产生的8个DNA分子中,共有16条DNA单链,其中2条含14N的DNA单链,14条含15N的DNA单链,比例为2∶14=1∶7,B正确;在含有2 000个碱基对的DNA分子中,腺嘌呤占30%,因此胞嘧啶占20%,即共有800个胞嘧啶,需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸数为(23-1)×800=5 600,C正确;该实验用到的是密度梯度离心技术,没有检测同位素放射性,D错误。
5.B 染色体出现色差的原因是在DNA复制过程中BrdU取代胸苷掺入新合成的DNA链中,当1个DNA的2条单链都含BrdU时,用姬姆萨染料染色后颜色变浅,使染色体出现色差,A正确;据图分析可知,c中共有4条染色体,8条染色单体,8个DNA分子,16条脱氧核苷酸长链,其中不含有BrdU的脱氧核苷酸长链有2条,含有BrdU的脱氧核苷酸长链有14条,因此含BrdU的DNA单链所占比例为7/8,B错误;由图形a、b与c相互对比可知,色差染色体的出现是DNA半保留复制的结果,C正确;c中的细胞(第3次分裂中期)继续培养,到第4次分裂中期共有8条染色体,出现色差的染色体有2条,占1/4,D正确。
6.A 第一次有丝分裂结束后,DNA都有一条链含有标记;第二次分裂过程中染色体复制后,染色体上只有一条染色单体含3H,由于第二次分裂后期时,染色单体分开,具有3H标记的染色体随机进入两个细胞,所以第三次分裂的中期,细胞内可能有不被3H标记的染色体,A错误;由A项分析可知,第二次分裂结束后,DNA分子有可能只有一条链被标记,有可能两条链都没有标记,所以第三次有丝分裂的中期,一个染色体中最多有一个染色单体含3H,一个DNA分子中最多一条脱氧核苷酸链含3H,B、C正确;第二次分裂后期,当所有带3H标记的染色体移向同一极时,到第三次有丝分裂中期,一个细胞中最多有16条染色体含3H,D正确。
7.A 由于DNA分子复制是半保留复制,所以玉米根尖细胞在不含32P标记的培养基中完成一个细胞周期后,每个细胞中的染色体上的DNA分子中,一条链含放射性标记,另一条链不含放射性标记。然后继续培养,在不含放射性标记的培养基中继续分裂,当完成一次染色体复制后,每条染色体的两条染色单体中,一条染色单体中DNA一条链带标记,一条链不带标记,另一条染色单体中DNA两条链都不带标记,到达中期时,着丝粒未分裂,则每条染色体都被标记,A正确。
1.C
2.D
3.C
4.C
5.B
6.D
7.D
8.D
10.B
11.D
1.D
2.C
3.C
4.D
5.B
6.A
7.A
题组一 DNA复制的过程、特点及意义
1.下列关于细胞核中DNA复制的叙述,错误的是( )
A.DNA复制发生在细胞分裂前的间期
B.解旋酶可破坏DNA双链之间的氢键,使两条链解开
C.DNA复制过程需要核糖核苷酸、酶和ATP等
D.DNA分子的双螺旋结构和碱基互补配对可保证其准确进行
2.下列关于DNA分子复制的叙述中,正确的是( )
A.两条子链的复制方向相同
B.两条链完全解旋后开始复制
C.复制只在细胞核中进行
D.两个子代DNA的碱基序列相同
3.图为某DNA分子半保留复制过程的部分示意图,非复制区与复制区的相接区域会形成Y字形结构,被称为“复制叉”,据图分析,下列说法错误的是( 易错 )
注:在DNA复制过程中,两条链均按5'到3'方向合成,一条链是可连续合成的,复制方向和复制叉前进的方向一致,称前导链,另一条链的合成是不连续的,形成一块块DNA片段,最后连成完整的一条链,此链称滞后链。
A.解旋酶可结合在复制叉的部位
B.复制叉的延伸需要消耗能量
C.DNA聚合酶能催化前导链和滞后链由3'端向5'端延伸
D.DNA连接酶在DNA复制过程中能催化磷酸二酯键形成
4.(2021浙江杭州育才中学高二上月考)如图所示DNA分子复制过程,图中a、b、c、d表示各条脱氧核苷酸链,下列各项正确的是( )
A.a和c的碱基序列互补
B.b和c的碱基序列相同
C.a链和b链中(A+T)/(G+C)的值相同
D.a链与d链中(A+G)/(T+C)的值相同
5.正常情况下,DNA分子在复制时,DNA单链结合蛋白能与解旋后的DNA单链结合,使单链呈伸展状态而有利于复制。如图是大肠杆菌DNA复制过程的示意图,分析错误的是( )
A.在真核细胞中,DNA复制可发生在细胞分裂前的间期
B.DNA复制时,两条子链复制的方向是相反的,且都是连续形成的
C.如图所示过程可发生在大肠杆菌的拟核中,酶①和酶②都是在核糖体上合成的
D.DNA单链结合蛋白能防止解旋的DNA单链重新配对
6.如图为真核细胞DNA复制过程的模式图。据图分析,下列相关叙述错误的是( )
A.由图示可知,DNA分子复制的方式是半保留复制
B.解旋酶能使双链DNA解开,且需要消耗ATP
C.图中引物与相应DNA片段结合遵循碱基互补配对原则
D.DNA在复制过程中,先全部解旋,后复制
题组二 探究DNA复制过程
7.关于“探究DNA的复制过程”活动,下列有关叙述中,正确的是( )
A.运用了同位素示踪法和差速离心法
B.需将大肠杆菌置于蒸馏水中吸水涨破获取DNA
C.整个实验过程均用普通未标记的培养液来培养大肠杆菌
D.可以通过控制培养时间,获取完成1次细胞分裂和2次细胞分裂的细菌
8.(2020浙江宁波余姚高一下期中)细菌在15N培养基中繁殖数代后,使细菌DNA的含氮碱基皆含有15N,然后再移入14N培养基中培养,分离出亲代及子代的DNA经高速离心分离,下图①~⑤为可能的结果,下列叙述正确的是( )
A.子一代DNA应为①
B.子二代DNA应为③
C.子三代DNA应为④
D.亲代的DNA应为⑤
9.(2021浙江名校协作体高二下期末)科学工作者关于DNA复制曾提出过三种假说:半保留复制、全保留复制和分散复制,三种假说的复制过程如图1所示。他们对这三种假说进行了演绎推理,并根据推理过程进行了相关实验,实验结果如图2所示。回答下列问题:
图1
图2
(1)科学工作者提出假说并演绎推理后,选用某种大肠杆菌作为实验材料,进行了一系列的实验研究,最终确定了DNA的复制方式,这样的研究方法称为 。他们选用大肠杆菌作为实验材料的优点:一是其易培养,繁殖速度快,安全性高;二是 ,有利于分离提纯DNA。
(2)科学工作者根据DNA复制的三种假说进行演绎推理,将含15N标记的DNA的大肠杆菌,接种到含14N的培养基中繁殖一代,提取DNA后进行 ,若是全保留复制方式,则离心管中将出现 带,而实际结果是只有一条中带,由此可以说明DNA的复制方式是 。
(3)为了进一步确定DNA的复制方式,需要让子一代的大肠杆菌在含14N的培养基中再繁殖一代,当离心管中出现 带时,可确定是半保留复制。或者可以将子一代DNA分子进行解旋处理后再离心,当离心管中出现 带时,则为半保留复制方式。
题组三 DNA复制过程中的相关计算
10.(2021浙江金华磐安二中高二上期中)用14N标记含有100个碱基对的DNA分子,其中有胞嘧啶60个,该DNA分子在15N的培养基中连续复制六次。其结果不可能是( )
A.复制结果共产生64个DNA分子
B.含有14N的DNA分子占1/64
C.含有15N的DNA分子占100/100
D.复制过程中需游离的腺嘌呤脱氧核苷酸2 520个
11.(2020浙江宁波余姚高一下期中)如果将含有一对同源染色体的精原细胞的DNA分子用15N标记,并供给14N的原料,那么该细胞进行减数分裂产生的4个精细胞中,含有15N的精细胞所占的比例为( )
A.25% B.50%
C.75% D.100%
12.如图是科学家对大肠杆菌天然DNA片段进行改造的示意图。请据图回答下列问题:
(1)改造后的大肠杆菌DNA片段可能含有自然界基本碱基对和“X-Y”的人工碱基对,由1 000个基本单位组成的双链人工DNA分子最多可能有 种碱基排列顺序;若这个由1 000个基本单位组成的双链人工DNA分子中有150个A、300个C,则该DNA片段中应有 个X。
(2)在试管中对(1)中的1个DNA片段进行复制时,需向试管中加入 、 、ATP、相关酶等物质;在通过5次复制得到的子代DNA片段中,不含亲代DNA链的有 个,进行5次复制需要消耗含X碱基的基本单位 个。
能力提升练
题组一 综合分析DNA通过半保留方式进行复制
1.(2020浙江高三联考,)假设DNA复制方式有三种:半保留复制、全保留复制和分散复制,复制过程如图所示。若将蚕豆根尖细胞放在含3H的脱氧核苷酸的培养基中培养,完成一个细胞周期,然后在不含放射性标记的培养基中继续培养一个细胞周期,下列说法正确的是( )
A.若复制方式是半保留复制,则第二次分裂前期,每条染色体上有2条核苷酸链有放射性
B.若复制方式是分散复制,则完成两个细胞周期后,有两个细胞有放射性标记
C.若复制方式是全保留复制,则第一次分裂结束后每个子代细胞中有一半染色体带放射性
D.根据本实验的结果可判断出DNA复制的具体方式
2.(2021浙江绍兴上虞高二上期末,)将含14N-14N-DNA的某细菌转移到含15NH4Cl的培养液中,培养24 h后提取子代细菌的DNA。先将DNA热变性处理,即解开双螺旋,变成单链,然后再进行密度梯度离心,结果如图1,离心管中出现的两种条带分别对应图2中的两个峰。下列叙述错误的是( )
图1
图2
A.热变性处理破坏了DNA分子中的氢键
B.由实验结果可推知该细菌的细胞周期大约为8 h
C.根据条带的数目和位置可以判断DNA的复制方式
D.如子代DNA直接密度梯度离心,则出现2条带,含量比例为1∶3
题组二 综合分析DNA复制的相关计算
3.(2020浙江杭州高三月考,)将一个不含放射性的大肠杆菌(拟核DNA呈环状)放在含有3H-胸腺嘧啶的培养基中培养一段时间后,检测到a、b两种类型的DNA如图所示(注:以虚线表示含放射性的脱氧核苷酸链)。预测该实验的结果不可能是( )
A.第1次复制产生的DNA全为a种类型
B.b型DNA至少复制2次后才会出现
C.复制3次后a类型和b类型的数量比为1∶2
D.复制4次所得DNA分子中嘌呤和嘧啶的碱基数仍相等
4.(2021浙江五湖联盟高三上期末,)某DNA(14N-14N)含有2 000个碱基对,腺嘌呤占30%,若将该种DNA分子放在含15N的培养基中连续复制3次,进行密度梯度离心,得到结果如图1;若将复制产物加入解旋酶处理后再离心,则得到如图2结果,下列叙述错误的是( )
A.Y层全部是仅含15N的DNA分子
B.Z层与W层的核苷酸链的数目之比为1/7
C.一个DNA分子完成3次复制需要5 600个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸
D.该实验需用到放射性同位素检测技术
5.(2020浙江Z20联盟高三三模,)将植物的根尖分生组织放在含有BrdU的培养液中进行培养,BrdU能取代胸苷掺入新合成的DNA链中。取出根尖组织用姬姆萨染料染色,在第二个细胞分裂中期时被染色的染色体出现色差(如b所示)。下列叙述错误的是( )
A.染色体出现色差的原因是其中1个DNA的2条单链都含BrdU
B.c中四个细胞内共有3/4的DNA单链含BrdU
C.色差染色体的出现能证明DNA的半保留复制
D.细胞继续培养,第4次分裂中期共有1/4的染色体出现色差
题组三 DNA复制与细胞中的染色体标记问题
6.(2021浙江温州瑞安高二上期末,)若将染色体DNA被3H充分标记的洋葱(2n=16)分生组织细胞置于不含3H的培养液中,从G1期培养至第三次分裂中期。下列叙述错误的是( )
A.一个细胞中至少有一条染色体含3H
B.一个染色体中最多有一个染色单体含3H
C.一个DNA分子中最多一条脱氧核苷酸链含3H
D.一个细胞中最多有16条染色体含3H
7.()用32P标记玉米根尖细胞核中的DNA,然后在不含放射性标记的培养基中培养,第二次分裂至中期时,其染色体的放射性标记分布情况是( )
A.每条染色体都被标记
B.半数染色体被标记,但随机分配到两极
C.只有分配到一极的染色体被标记
D.分配到两极的染色体都有一半被标记
答案全解全析
基础过关练
1.C DNA复制发生在细胞分裂前的间期,A正确;DNA复制时需要解旋酶破坏DNA双链之间的氢键,使两条链解开,B正确;DNA复制过程需要脱氧核糖核苷酸为原料,还需要解旋酶和ATP等,C错误;DNA的双螺旋结构为复制提供了精确的模板,碱基互补配对保证了复制能够精确地进行,D正确。
2.D DNA分子由两条反向平行的脱氧核苷酸链组成,两条子链的复制方向相反,A错误;DNA分子复制的特点是边解旋边复制,B错误;真核细胞中,DNA分子复制主要在细胞核中,原核细胞没有细胞核,C错误;DNA分子复制以DNA两条链分别为模板,遵循碱基互补配对原则,合成的两个子代DNA的碱基序列相同,D正确。
3.C 解旋酶在DNA复制过程中起到催化双链DNA解旋的作用,据图可知,解旋酶可结合在复制叉的部位,A正确;复制叉的延伸需要消耗能量,B正确;据图可知,DNA聚合酶能催化前导链和滞后链由5'端向3'端延伸,C错误;DNA连接酶在DNA复制过程中将脱氧核苷酸连接到新合成的子链上,能催化磷酸二酯键形成,D正确。
易错警示
真核生物DNA的复制是多起点不同时双向复制,在复制速率相同的前提下,图中DNA是从其最右边开始复制的。
4.C a与d的碱基序列互补,a与b的碱基序列互补,c与d的碱基序列互补,所以a与c的碱基序列相同,b和c的碱基序列互补,A、B错误;由于A与T配对,G与C配对,所以a中(A+T)/(G+C)的值与b中(A+T)/(G+C)的值相同,C正确;由于a与d的碱基序列互补,所以a链与d链中的(A+G)/(T+C)的值互为倒数,D错误。
5.B 真核细胞在分裂间期主要进行DNA的复制和蛋白质的合成,A正确;DNA分子的两条链是反向平行的,从图中可以看出,在复制的过程中,一条子链的形成是不连续的,B错误;大肠杆菌的拟核中含有DNA,可以发生DNA的复制,复制过程需要的蛋白质酶①和酶②都是在核糖体上合成的,C正确;DNA单链结合蛋白能与解旋后的DNA单链结合,使单链呈伸展状态,这样可以防止解开的两条单链因为靠近又重新形成氢键,D正确。
6.D 由图示可知,DNA分子复制时都保留了原来DNA分子中的一条链,这种方式为半保留复制,A正确;解旋酶能打开双链间的氢键,使双链DNA解开,且需要消耗ATP,B正确;图中引物与相应DNA片段结合遵循碱基互补配对原则,C正确;DNA在复制过程中,边解旋边复制,D错误。
7.D 在探究DNA复制过程的实验中,运用了同位素示踪技术和密度梯度离心技术,A错误;大肠杆菌属于细菌,有细胞壁,所以将大肠杆菌置于蒸馏水中,不会吸水涨破,不能用这种方法获取DNA,B错误;该实验中,先用以15NH4Cl为唯一氮源的培养液培养大肠杆菌若干代后,再将大肠杆菌转移到以14NH4Cl为唯一氮源的普通培养液中培养,C错误;该实验要在不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA,故可以通过控制培养时间获取完成1次细胞分裂和2次细胞分裂的细菌,D正确。
8.D 1个DNA复制1次,子一代DNA应为15N/14N,对应结果应为②,A错误;DNA复制2次,子二代DNA应为2个15N/14N和2个14N/14N,对应结果应为①,B错误;DNA复制3次,子三代DNA应为2个15N/14N和(23-2)个14N/14N,对应结果应为③,C错误;亲代DNA分子是15N/15N,对应结果应为⑤,D正确。
9.答案 (1)假说-演绎法 其只有一个拟核DNA,没有形成染色体 (2)密度梯度离心 轻带和重 半保留复制或分散复制 (3)轻带和中 轻带和重
解析 15N与14N的相对原子质量不同,形成的DNA的相对分子质量不同,如果DNA分子的两条链都是15N,DNA分子的相对质量最大,离心后分布在试管的下端;如果DNA分子的两条链都是14N,相对质量最轻,离心后分布在试管上端;如果DNA分子的一条链是14N,另一条链是15N,相对分子质量介于轻重之间,离心后分布在试管中部;若DNA分子的复制是分散复制,不论复制几次,离心后的条带只有一条,根据实验出现的条带可推断DNA分子的复制方式。(1)科学工作者提出假说并演绎推理后,选用某种大肠杆菌作为实验材料,进行了一系列的实验研究,最终确定了DNA的复制方式,这样的研究方法称为假说-演绎法。大肠杆菌是单细胞原核生物,选用它作为实验材料的优点:一是其易培养,繁殖速度快,安全性高;二是其只有一个拟核DNA,没有与蛋白质结合形成染色体,有利于分离提纯DNA。(2)将含15N的大肠杆菌转移到14N的培养基中,若是全保留复制方式,繁殖一代,得到的子代DNA中全为15N或全为14N,提取DNA后进行密度梯度离心,离心管中将出现轻带和重带,而实际结果是只有一条中带,由此可以说明DNA的复制方式是半保留复制或分散复制。(3)为了进一步确定DNA的复制方式,需要让子一代的大肠杆菌在含14N的培养基中再繁殖一代,进行密度梯度离心,如果离心后DNA分子在离心管中出现中带和轻带,可确定是半保留复制。或者可以将子一代DNA分子(一条链是15N,另一条链是14N)进行解旋处理后形成单链DNA,再离心,当离心管中出现轻带和重带时,则为半保留复制方式。
10.B 复制6次后产生26=64(个)DNA分子,A不符合题意;DNA复制为半保留复制,不管复制几次,子代DNA都保留亲代DNA的2条母链,故最终有2个子代DNA含14N,所以含有14N的DNA分子占1/32,B符合题意;由于DNA分子的复制是半保留复制,最终只有2个子代DNA各含1条15N链,1条14N链,其余DNA都为15N链,即全部子代DNA都含15N,C不符合题意;含有100个碱基对(200个碱基)的DNA分子,其中有胞嘧啶60个,根据DNA分子的结构特点可解得A=40个,故复制过程中需游离的腺嘌呤脱氧核苷酸为(26-1)×40=2 520(个),D不符合题意。
11.D 根据DNA分子复制的过程可知,模板链含15N,原料含14N,复制一次后,每个DNA分子的两条链,一条含有15N,另一条含有14N,因此减数分裂产生的四个精细胞中,每一个精细胞中的所有DNA都是一条链含15N,另一条链含14N,即所有的精细胞都含15N。
12.答案 (1)6500 50 (2)模板DNA片段 6种脱氧核苷酸 30 1 550
解析 (1)根据图解信息可知,人工DNA分子中有6种碱基,1 000个基本单位组成的双链DNA包含500个碱基对,因此,由1 000个基本单位组成的双链人工DNA分子最多有6500种碱基排列顺序。根据碱基互补配对原则可知,自然DNA分子中任意两个不能配对的碱基之和占该DNA分子碱基总数的1/2,由此推知该人工DNA分子中任意三个不能配对的碱基之和占该DNA分子碱基总数的1/2,则A+C+X=500,解得X=50。(2)人工DNA复制需要模板DNA、6种脱氧核苷酸、ATP、相关酶等物质;DNA复制时,不管复制多少次,含亲代链的DNA都只有2个,不含亲代链的DNA分子数=总DNA分子数-2,经5次复制共合成DNA分子25=32(个),其中不含亲代DNA链的有30个。由(1)可知,该DNA分子含有50个X碱基,32个DNA分子共含有X碱基32×50=1 600(个),去掉原DNA分子含有的50个,共需要消耗含X碱基的基本单位1 550个。
能力提升练
1.D 根尖细胞只能进行有丝分裂,若DNA复制方式是半保留复制,则第一次分裂结束后的子代细胞中每条染色体上的一个DNA分子上的两条核苷酸链一条有放射性,一条没有放射性,然后培养在不含放射性标记的培养基中,染色体复制后,分裂前期每条染色体上只有一条核苷酸链有放射性,A错误;若复制方式是分散复制,结合题目信息可知,第一次分裂后每条染色体上的两条核苷酸链都有放射性,第二次分裂培养在不含放射性标记的培养基中,得到的子代细胞每条染色体上的两条核苷酸链都有放射性,所以4个细胞都有放射性,B错误;若复制方式是全保留复制,则染色体复制后一条染色单体上的两条核苷酸链没有放射性,另一条染色单体上的两条核苷酸链都有放射性,所以最后得到的两个子细胞中染色体可能全有放射性,也可能全无放射性,C错误;通过两次有丝分裂的结果可判断出DNA复制的具体方式,D正确。
2.C 热变性处理破坏了DNA分子中的氢键,A正确;根据DNA半保留复制的特点和图示信息可知,含14N的单链为2条,含15N的单链为14条,共有8个双链DNA分子,该细菌经过了三次复制,细胞周期大约为8 h,B正确;将DNA热变性处理变成单链,然后再进行密度梯度离心,则只会出现14N条带和15N条带,根据条带的数目和位置无法判断DNA的复制方式,C错误;若子代DNA直接密度梯度离心,则出现2条带,共8个DNA分子,其中14N-15N-DNA有2个,15N-15N-DNA有6个,含量比例为1∶3,D正确。
3.C 根据DNA半保留的复制特点,第1次复制产生的DNA全为a种类型,b型DNA至少复制2次后才会出现,A、B正确;复制3次后得到8个DNA,a类型始终为2个,b类型的有6个,两者之比为1∶3,C错误;由于DNA中嘌呤始终和嘧啶配对,故复制4次所得DNA分子中嘌呤和嘧啶的碱基数仍相等,D正确。
4.D DNA分子复制时,以DNA的两条链为模板,合成两条新的子链,每个DNA分子各含一条亲代DNA分子的母链和一条新形成的子链,称为半保留复制。据图分析可知,X层是含14N和15N的DNA,Y层是仅含15N的DNA,Z层是14N的DNA单链,W层是15N的DNA单链。由于DNA分子复制为半保留复制,所以Y层全部是含15N的DNA分子,A正确;DNA分子复制了3次,产生的8个DNA分子中,共有16条DNA单链,其中2条含14N的DNA单链,14条含15N的DNA单链,比例为2∶14=1∶7,B正确;在含有2 000个碱基对的DNA分子中,腺嘌呤占30%,因此胞嘧啶占20%,即共有800个胞嘧啶,需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸数为(23-1)×800=5 600,C正确;该实验用到的是密度梯度离心技术,没有检测同位素放射性,D错误。
5.B 染色体出现色差的原因是在DNA复制过程中BrdU取代胸苷掺入新合成的DNA链中,当1个DNA的2条单链都含BrdU时,用姬姆萨染料染色后颜色变浅,使染色体出现色差,A正确;据图分析可知,c中共有4条染色体,8条染色单体,8个DNA分子,16条脱氧核苷酸长链,其中不含有BrdU的脱氧核苷酸长链有2条,含有BrdU的脱氧核苷酸长链有14条,因此含BrdU的DNA单链所占比例为7/8,B错误;由图形a、b与c相互对比可知,色差染色体的出现是DNA半保留复制的结果,C正确;c中的细胞(第3次分裂中期)继续培养,到第4次分裂中期共有8条染色体,出现色差的染色体有2条,占1/4,D正确。
6.A 第一次有丝分裂结束后,DNA都有一条链含有标记;第二次分裂过程中染色体复制后,染色体上只有一条染色单体含3H,由于第二次分裂后期时,染色单体分开,具有3H标记的染色体随机进入两个细胞,所以第三次分裂的中期,细胞内可能有不被3H标记的染色体,A错误;由A项分析可知,第二次分裂结束后,DNA分子有可能只有一条链被标记,有可能两条链都没有标记,所以第三次有丝分裂的中期,一个染色体中最多有一个染色单体含3H,一个DNA分子中最多一条脱氧核苷酸链含3H,B、C正确;第二次分裂后期,当所有带3H标记的染色体移向同一极时,到第三次有丝分裂中期,一个细胞中最多有16条染色体含3H,D正确。
7.A 由于DNA分子复制是半保留复制,所以玉米根尖细胞在不含32P标记的培养基中完成一个细胞周期后,每个细胞中的染色体上的DNA分子中,一条链含放射性标记,另一条链不含放射性标记。然后继续培养,在不含放射性标记的培养基中继续分裂,当完成一次染色体复制后,每条染色体的两条染色单体中,一条染色单体中DNA一条链带标记,一条链不带标记,另一条染色单体中DNA两条链都不带标记,到达中期时,着丝粒未分裂,则每条染色体都被标记,A正确。
1.C
2.D
3.C
4.C
5.B
6.D
7.D
8.D
10.B
11.D
1.D
2.C
3.C
4.D
5.B
6.A
7.A
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