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高中生物高考第17讲 DNA的结构、复制及基因的本质
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这是一份高中生物高考第17讲 DNA的结构、复制及基因的本质，共24页。试卷主要包含了DNA双螺旋结构模型构建者，DNA的结构层次，DNA的结构特点，如图表示DNA复制的过程等内容，欢迎下载使用。
1.DNA双螺旋结构模型构建者：沃森和克里克。
2.DNA的结构层次
提醒 一个双链DNA分子具有2个游离的磷酸基团，而环状DNA不存在。
3.DNA的双螺旋结构内容 并非所有的DNA均具“双链”
(1)DNA由两条脱氧核苷酸链组成，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。
(2)外侧：脱氧核糖和磷酸交替连接构成主链基本骨架。
其形成不需要酶，而断裂需解旋酶或加热处理
(3)内侧：两条链上碱基通过氢键连接成碱基对。碱基互补配对遵循以下原则：A===T(两个氢键)、G≡C(三个氢键)。
G—C碱基对所占比例越大，DNA热稳定性越强
4.DNA的结构特点
巧记 利用数字“五、四、三、二、一”巧记DNA分子的结构
DNA中碱基数量的计算规律
考向1 结合DNA的结构及特点，考查结构与功能观
1.(2017·海南卷，24同材异构)关于DNA结构与功能的说法，错误的是( )
A.DNA分子中能储存大量的遗传信息
B.DNA分子中每个五碳糖上连接一个磷酸和一个含N碱基
C.DNA分子中G与C碱基对含量越高，其分子结构稳定性相对越大
D.若DNA分子的一条链中(A＋G)/(T＋C)<1，则其互补链中该比例大于1
答案 B
解析 DNA分子中的碱基对排列顺序蕴含着大量的遗传信息，A正确；DNA分子中脱氧核苷酸链的脱氧核糖上连接一个或两个磷酸基团和一个含N碱基，B错误；G、C间有3个氢键，A、T间有2个氢键，故DNA分子中G与C碱基对含量越高，分子结构越稳定，C正确；DNA分子的两条单链中的(A＋G)/(T＋C)的值互为倒数，D正确。
2.(2021·辽宁大连期末)如图为某链状DNA分子部分结构示意图，以下叙述正确的是( )
A.④是一个鸟嘌呤脱氧核苷酸
B.DNA聚合酶可催化⑥或⑦形成
C.解旋酶可断开⑤，因此DNA的稳定性与⑤无关
D.A链和B链的方向相反，该DNA分子共具有2个游离的磷酸基团
答案 D
解析 ①是胸腺嘧啶脱氧核苷酸中的磷酸，①②③不是一个鸟嘌呤脱氧核苷酸的组成部分，A错误；DNA聚合酶催化⑥的形成，不催化⑦的形成，B错误；⑤是氢键，氢键是维持DNA结构稳定的因素之一，C错误；链状DNA分子两条链的末端各有一个游离的磷酸基团，所以该DNA分子中共具有2个游离的磷酸基团，D正确。
(1)DNA初步水解产物是4种脱氧核苷酸，彻底水解产物是磷酸、脱氧核糖和4种含氮碱基。
(2)相邻的碱基在DNA分子的一条单链中通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”相连接，在DNA的双链之间通过“氢键”相连接。
(3)除双链DNA末端的两个脱氧核糖外，其余每个脱氧核糖都连接着2个磷酸。每个双链DNA片段中，游离的磷酸基团有2个。
(4)对于原核细胞来说，拟核中的DNA分子或者质粒DNA均是裸露的，没有与蛋白质一起构成染色体。
考向2 借助DNA结构的相关计算，考查科学思维能力
3.(2014·山东卷，5)某研究小组测定了多个不同双链DNA分子的碱基组成，根据测定结果绘制了DNA分子的一条单链与其互补链、一条单链与其所在DNA分子中碱基数目比值的关系图，下列正确的是( )
答案 C
[慧眼识图 获取信息]
4.(2021·黑龙江哈尔滨三中调研)在一个DNA分子中，腺嘌呤和胸腺嘧啶之和占全部碱基的42%，若其中一条链的胞嘧啶占该链碱基总数的24%，胸腺嘧啶占30%，则在其互补链上，胞嘧啶和胸腺嘧啶分别占( )
A.12%和34% B.21%和24%
C.34%和12% D.58%和30%
答案 C
解析 因为A＋T占全部碱基总数的42%，所以G＋C占全部碱基总数的58%；因为两种互补碱基之和在DNA分子中与在单链上的含量相等，所以在两条链中A＋T、G＋C均分别占42%、58%；设链1上C1占24%，则链1上G1占34%，其互补链2上C2占34%；设链1上T1占30%，则链1上A1占12%，其互补链2上T2占12%，故选C。
三步解决DNA分子中有关碱基比例的计算
考点二 DNA的复制及基因的概念
1.DNA半保留复制的实验证据
(1)实验者：美国生物学家梅塞尔森和斯塔尔。
(2)研究方法：假说—演绎法。
(3)实验材料：大肠杆菌。
(4)实验技术：同位素示踪法和密度梯度离心法。
(5)实验原理：含15N的双链DNA密度大，含14N的双链DNA密度小，一条链含14N、一条链含15N的双链DNA密度居中。 沃森和克里克提出的。
(6)实验假设：DNA以半保留的方式复制。
(7)实验过程与结果：
(8)实验结论：DNA的复制是以半保留方式进行的。
2.DNA复制的过程
(1)概念、时间、场所
(2)过程
(3)特点：边解旋边复制(过程上)、半保留复制(结果上)。
(4)准确复制的原因和意义每个DNA分子都保留
原DNA的一条链
①DNA具有独特的双螺旋结构，为复制提供精确的模板，碱基互补配对原则，保证了复制能准确进行。
②DNA通过复制，将遗传信息从亲代传给了子代，保持了遗传信息的连续性。
巧记DNA复制的“二、二、三、四”
3.染色体、DNA、基因和脱氧核苷酸的关系
提醒 ①对于RNA病毒来说，基因是有遗传效应的RNA片段。
②基因可以是一段DNA，但一段DNA不一定是基因。
1.图解法分析DNA复制的相关计算
一个亲代DNA连续复制n次后，则：
(1)子代DNA分子数：2n个
①无论复制多少次，含15N的DNA分子始终是2个
做题时看准是“含”还是“只含”
②含14N的DNA分子有2n个，只含14N的DNA分子有(2n－2)个
做题时看准是“DNA分子数”还是“链数”
(2)子代DNA分子总链数：2n×2＝2n＋1条
①无论复制多少次，含15N的链始终是2条
②含14N的链数是(2n＋1－2)条
(3)消耗的脱氧核苷酸数
①若亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，则经过n次复制需要消耗游离的该脱氧核苷酸数为m×(2n－1)个
②若进行第n次复制，则需消耗游离的该脱氧核苷酸数为m×2n－1个
2.同位素标记技术在高中生物学中的应用总结
考向1 围绕DNA复制过程与特点，考查科学思维能力
1.(2020·许昌市调研)如图为真核生物染色体上DNA复制过程示意图，有关叙述错误的是( )
A.图中DNA复制是从多个起点同时开始的
B.图中DNA复制是边解旋边双向复制的
C.真核生物DNA复制过程中解旋酶作用于氢键
D.真核生物的这种复制方式提高了复制速率
答案 A
解析 分析题图可知，图中的三个复制起点复制的DNA片段的长度不同，圈比较大的表示复制开始的时间较早，因此DNA复制的起始时间不同，A错误；题图中DNA的复制过程是边解旋边双向复制的，B正确；DNA的复制首先要在解旋酶的作用下使双链间的氢键断裂，C正确；真核生物的DNA复制具有多个起点，这种复制方式加速了复制过程，提高了复制速率，D正确。
2.(2021·天津联考)下列关于DNA复制过程的叙述，正确的是( )
A.DNA在全部解旋之后才开始复制
B.解旋后以同一条链为模板合成两条新的子链
C.在复制过程中需要的原料是脱氧核苷酸
D.在解旋酶的作用下将DNA水解成脱氧核苷酸
答案 C
解析 DNA复制是边解旋边复制，而不是在全部解旋之后才开始复制，A错误；解旋后分别以两条母链为模板合成两条新的子链，两条子链分别和两条母链盘旋形成两个DNA分子，B错误；DNA复制的原料是脱氧核苷酸，C正确；在解旋酶的作用下，DNA双链解开，形成两条脱氧核苷酸链，而将DNA水解成脱氧核苷酸的是DNA酶，D错误。
明确DNA复制、“剪接”与“水解”中的四种酶
(1)DNA聚合酶：需借助母链模板，依据碱基互补配对原则，将单个脱氧核苷酸连接到已有的链上；
(2)DNA连接酶：将多个复制起点所复制出的“DNA片段”“缝合”起来形成磷酸二酯键，即连接“片段”；
(3)限制性核酸内切酶：用于切断DNA双链中主链上的“3′，5′－磷酸二酯键”；
(4)DNA水解酶：用于将DNA分子水解为脱氧核苷酸。
考向2 结合DNA复制的相关计算，考查科学思维能力
3.(2018·海南卷，15)现有DNA分子的两条单链均只含有14N (表示为14N14N)的大肠杆菌，若将该大肠杆菌在含有15N的培养基中繁殖两代，再转到含有14N的培养基中繁殖一代，则理论上DNA分子的组成类型和比例分别是( )
A.有15N14N和14N14N两种，其比例为1∶3
B.有15N15N和14N14N两种，其比例为1∶1
C.有15N15N和14N14N两种，其比例为3∶1
D.有15N14N和14N14N两种，其比例为3∶1
答案 D
解析 大肠杆菌14N14N在含有15N的培养基中繁殖，其中子一代大肠杆菌的DNA分子共2个，均为1条链含14N、1条链含15N，子二代大肠杆菌的DNA分子共4个，其中2个DNA分子为1条链含14N、1条链含15N，另外2个DNA分子为2条链均含15N；再转到含有14N的培养基中繁殖一代，子三代大肠杆菌的DNA分子共8个，其中2个DNA分子为2条链均含14N，其余6个DNA分子为1条链含14N、1条链含15N，所以15N14N和14N14N两种分子的比例为3∶1。
4.(2021·甘肃部分重点校摸底)用15N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14N的培养基中连续复制4次。下列有关判断正确的是( )
A.含有14N的DNA分子占7/8
B.含有15N的DNA分子占1/16
C.复制结果共产生15个DNA分子
D.复制过程中需腺嘌呤脱氧核苷酸600个
答案 D
解析 DNA分子的复制是半保留复制，连续复制4次后，共产生16个DNA分子，含有15N的DNA分子有2个，每个DNA分子都含有14N，故A、B、C错误；由题意可知，该DNA分子中含有胸腺嘧啶40个，复制后相当于新产生15个DNA分子，故复制过程中需腺嘌呤脱氧核苷酸600个，D正确。
DNA结构与复制解题时的4个“注意”
(1)注意不要将DNA分子中碱基对之间氢键的形成与断裂条件混淆，氢键可由解旋酶催化断裂，同时需要ATP供能，也可加热断裂(体外)；而氢键是在适宜条件下自动形成的，不需要酶和能量。
(2)注意“DNA复制了n次”和“第n次复制”的区别，前者包括所有的复制，但后者只包括第n次的复制。
(3)注意碱基的单位是“对”还是“个”。
(4)注意在DNA复制过程中，无论复制了几次，含有亲代脱氧核苷酸单链的DNA分子都只有两个。
考向3 结合分析DNA半保留复制的实验证据，考查演绎推理的能力
5.(2021·西南大学附中调研)如图为科学家设计的DNA合成的同位素示踪实验，利用大肠杆菌来探究DNA的复制过程，下列说法正确的是( )
A.从获得试管①到试管③，细胞内的染色体复制了两次
B.用噬菌体代替大肠杆菌进行实验，提取DNA更方便
C.试管③中含有14N的DNA占3/4
D.本实验是科学家对DNA复制方式假设的验证
答案 D
解析 大肠杆菌细胞内没有染色体；噬菌体营寄生，不能在培养液中繁殖，不能代替大肠杆菌进行实验；试管③中含有14N的DNA占100%；本实验是对DNA半保留复制的验证实验。
6.(2020·北京等级模考，6)大肠杆菌拟核DNA是环状DNA分子。将无放射性标记的大肠杆菌，置于含3H标记的dTTP的培养液中培养，使新合成的DNA链中的脱氧胸苷均被3H标记。在第二次复制未完成时将DNA复制阻断，结果如图所示。
下列对此实验的理解错误的是( )
A.DNA复制过程中，双链会局部解旋
B.Ⅰ所示的DNA链被3H标记
C.双链DNA复制仅以一条链作为模板
D.DNA复制方式是半保留复制
答案 C
解析 分析第二次复制的图形可知，DNA复制过程中双链会局部解旋，A正确；图中Ⅰ所示的DNA链是在含3H标识的dTTP的培养液中合成的，故Ⅰ所示的DNA链被3H标记，B正确；分析第二次复制的图形，可以看出DNA复制时两条链都可作为模板，C错误；从第一次复制及第二次复制的图形分析可知，DNA复制的方式为半保留复制，D正确。
重温真题 经典再现
1.经典重组 判断正误
(1)细胞中DNA分子的碱基总数与所有基因的碱基数之和不相等(2020·全国卷Ⅲ，1C)( )
(2)双链DNA分子中一条链上的磷酸和核糖是通过氢键连接的(2014·全国卷Ⅱ，5C)( )
(3)DNA有氢键，RNA没有氢键(2013·全国卷Ⅱ，1A)( )
(4)大肠杆菌细胞中只有A、T、C、G四种碱基(2012·海南卷，5C)( )
提示 (1)√
(2)× 双链DNA分子中一条链上的磷酸和脱氧核糖是通过磷酸二酯键连接的。
(3)× tRNA中也有氢键。
(4)× 还有碱基U。
2.(2019·天津卷，1)用3H标记胸腺嘧啶后合成脱氧核苷酸，注入真核细胞，可用于研究( )
A.DNA复制的场所 B.mRNA与核糖体的结合
C.分泌蛋白的运输 D.细胞膜脂质的流动
答案 A
解析 脱氧核苷酸是合成DNA的原料，用3H标记胸腺嘧啶后合成脱氧核苷酸，然后注入真核细胞，可用于研究DNA复制的场所，A符合题意。
3.(2018·全国卷Ⅰ，2)生物体内的DNA常与蛋白质结合，以DNA－蛋白质复合物的形式存在。下列相关叙述错误的是( )
A.真核细胞染色体和染色质中都存在DNA－蛋白质复合物
B.真核细胞的核中有DNA－蛋白质复合物，而原核细胞的拟核中没有
C.若复合物中的某蛋白参与DNA复制，则该蛋白可能是DNA聚合酶
D.若复合物中正在进行RNA的合成，则该复合物中含有RNA聚合酶
答案 B
解析 真核细胞染色体和染色质主要由DNA和蛋白质组成，因此都存在DNA－蛋白质复合物，A正确；原核细胞的拟核含一个裸露的环状DNA分子，该DNA的复制及转录都需要酶催化，故拟核中存在由DNA和酶构成的DNA－蛋白质复合物，B错误；DNA复制需要DNA聚合酶的催化作用，DNA聚合酶的化学本质是蛋白质，故复合物中参与DNA复制的蛋白质可能是DNA聚合酶，C正确；如果复合物中正在进行RNA的合成，则复合物中必须含有RNA聚合酶，因为RNA中核糖核苷酸之间的连接需要RNA聚合酶的催化，D正确。
4.(2017·海南卷，23)下列关于真核生物遗传物质和性状的叙述，正确的是( )
A.细胞中染色体的数目始终等于DNA的数目
B.有丝分裂有利于保持亲代细胞和子代细胞间遗传性状的稳定
C.细胞中DNA分子的碱基对数等于所有基因的碱基对数之和
D.生物体中，一个基因决定一种性状，一种性状由一个基因决定
答案 B
解析 真核细胞的细胞核中，染色体复制之前，染色体数等于核DNA数，复制后，染色体数∶核DNA数＝1∶2，如果再加上细胞质中的DNA，染色体始终小于DNA数目，A错误；有丝分裂的意义就是有利于保持亲、子代细胞间遗传性状的稳定，B正确；细胞中的DNA上，只有具遗传效应的片段才是基因，DNA上还有很多非基因序列，C错误；生物体中，基因与性状之间并不是单纯的一对一关系，D错误。
5.(2016·全国卷Ⅰ，29)在有关DNA分子的研究中，常用32P来标记DNA分子。用α、β和γ表示ATP或dATP(d表示脱氧)上三个磷酸基团所处的位置(A－Pα～Pβ～Pγ或dA－Pα～Pβ～Pγ)。回答下列问题；
(1)某种酶可以催化ATP的一个磷酸基团转移到DNA末端上，同时产生ADP。若要用该酶把32P标记到DNA末端上，那么带有32P的磷酸基团应在ATP的________(填“α”“β”或“γ”)位上。
(2)若用带有32P的dATP作为DNA生物合成的原料，将32P标记到新合成的DNA分子上，则带有32P的磷酸基团应在dATP的________(填“α”“β”或“γ”)位上。
(3)将一个某种噬菌体DNA分子的两条链用32P进行标记，并使其感染大肠杆菌，在不含有32P的培养基中培养一段时间。若得到的所有噬菌体双链DNA分子都装配成噬菌体(n个)并释放，则其中含有32P的噬菌体所占比例为2/n，原因是____________________________________________________。
答案 (1)γ
(2)α
(3)一个含有32P标记的噬菌体双链DNA分子经半保留复制后，标记的两条单链只能分配到两个噬菌体的双链DNA分子中，因此在得到的n个噬菌体中只有2个带有标记
解析 (1)ATP水解生成ADP的过程中，断裂的是远离腺苷A的那个特殊的化学键即β位和γ位之间的特殊的化学键，即γ位磷酸基团转移到DNA末端。要将32P标记到DNA上，带有32P的磷酸基团应在γ位上。(2)dATP脱去β位和γ位的磷酸基团后为腺嘌呤脱氧核糖核苷酸，即DNA的基本组成单位之一，用dATP为原料合成DNA时，要将32P标记到新合成的DNA上，则32P应在α位。(3)由于DNA分子复制为半保留复制，故噬菌体双链DNA的复制过程中，被32P标记的两条单链始终被保留，并分别存在于两个子代DNA分子中。另外，新合成DNA过程中，原料无32P标记，所以n个子代DNA分子中有且只有2个含有32P标记。
课后·分层训练
(时间：35分钟)
1.(2020·浙江7月选考，3)某DNA片段的结构如图所示。下列叙述正确的是( )
A.①表示胞嘧啶
B.②表示腺嘌呤
C.③表示葡萄糖
D.④表示氢键
答案 D
解析 根据碱基互补配对原则可知，DNA结构中与A配对的是T，①表示胸腺嘧啶，A错误；与G配对的是C，②表示胞嘧啶，B错误；脱氧核苷酸中的单糖③是脱氧核糖，C错误；④表示氢键，D正确。
2.(2021·广东深圳调研)下列关于DNA、基因的叙述，错误的是( )
A.DNA复制以A、T、C、G四种游离的核糖核苷酸为原料
B.DNA的遗传信息蕴藏在4种碱基的排列顺序之中
C.DNA上分布着许多个基因
D.真核生物与原核生物的基因本质相同
答案 A
解析 DNA复制以细胞中四种游离的脱氧核糖核苷酸为原料，A错误；DNA的遗传信息蕴藏在4种碱基特定的排列顺序之中，B正确；基因通常是指具有遗传效应的DNA片段，一个DNA上分布着许多个基因，C正确；真核生物与原核生物的遗传物质都是DNA，真核生物与原核生物的基因本质都是有遗传效应的DNA片段，D正确。
3.(2021·陕西西安模拟)某同学欲制作一个DNA片段模型，现准备了15个碱基A塑料片，8个碱基T塑料片，40个脱氧核糖和40个磷酸塑料片，为了充分利用现有材料，还需准备碱基C塑料片( )
A.8个 B.24个
C.16个 D.12个
答案 D
解析 DNA分子的基本组成单位是脱氧核苷酸，每分子脱氧核苷酸由一分子磷酸、一分子脱氧核糖和一分子含氮碱基组成，所以40个脱氧核糖和40个磷酸的塑料片能形成20个碱基对。在双链DNA中，碱基之间的配对遵循碱基互补配对原则，即A＝T、G＝C，所以15个碱基A塑料片，8个碱基T塑料片，能形成8个A—T碱基对。因此，为了充分利用现有材料，还需准备12个碱基C塑料片，以形成12个C—G碱基对。
4.(2020·山东日照期末)下图为DNA的复制方式模式图，图中“→”表示复制方向。下列叙述错误的是( )
A.由图可知，DNA复制为单向复制
B.除图示酶外，DNA复制还需DNA聚合酶等
C.DNA复制时，子链的延伸方向是相同的
D.解旋含G—C碱基对较多区域时，消耗的能量相对较多
答案 A
解析 由图可知，DNA复制为双向复制，A错误；图示解旋酶能打开双链间的氢键，使双链DNA解开，需要消耗ATP，DNA复制过程中，还需要DNA聚合酶将单个脱氧核苷酸连接到DNA片段上，再将片段连成完整的子链需要DNA连接酶，B正确；DNA的两条链是反向平行的，而复制的时候只能从5′端向3′端延伸，所以两条子链合成方向相反，但延伸方向是相同的，C正确；G—C含有3个氢键，A—T含有2个氢键，故解旋含G—C碱基对较多区域时，消耗的能量相对较多，D正确。
5.(2021·湖南益阳、湘潭调研)下列有关染色体、DNA、基因、脱氧核苷酸的说法，不正确的是( )
A.性染色体上的基因，并不一定都与性别的决定有关
B.在DNA结构中，与脱氧核糖直接相连的一般是一个磷酸和一个碱基
C.基因的特异性是由脱氧核苷酸的排列顺序决定的
D.基因和染色体行为存在着明显的平行关系
答案 B
解析 性染色体上的基因并不都与性别有关，如X染色体上的色盲基因，不能决定性别，A正确；在DNA结构中，一条链内部的脱氧核糖(位于链端的除外)直接与两个磷酸和一个碱基相连，B错误；脱氧核苷酸的特定排列顺序决定了DNA的特异性，而基因是有遗传效应的DNA片段，C正确；基因和染色体行为有平行关系，D正确。
6.(2021·黑龙江哈师大附中检测)2019年冬季发现的新型冠状病毒肺炎是由一种新型冠状病毒引起的传染病，研究发现，2019新型冠状病毒的遗传物质是单股正链RNA(＋RNA)，其遗传信息的传递过程如图所示，下列有关说法正确的是( )
A.图中①、②为逆转录过程，需要逆转录酶和核糖核苷酸参与
B.图中③过程需要宿主细胞核糖体参与，此过程中有A—T和G—C两种碱基配对方式
C.＋RNA复制产生子代＋RNA的过程，消耗的嘌呤碱基数等于嘧啶碱基数
D.2019新型冠状病毒侵入人体肺部细胞后，辅助性T细胞会与靶细胞进行结合，使靶细胞裂解死亡
答案 C
解析 依题图信息，图中①、②表示RNA复制，需要RNA聚合酶和核糖核苷酸参与，A错误；2019新型冠状病毒的蛋白质是在宿主细胞的核糖体上合成的，翻译过程有A—U和G—C两种碱基配对方式，B错误；＋RNA复制产生子代＋RNA的过程包括①和②，分别得到－RNA和＋RNA，二者能够碱基互补配对，相当于产生了双链RNA分子，与双链DNA分子类似，该过程中消耗的嘌呤碱基数等于嘧啶碱基数，C正确；2019新型冠状病毒侵入人体肺部细胞后，细胞毒性T细胞会与靶细胞进行结合，使靶细胞裂解死亡，D错误。
7.(2021·河北邢台质检)请回答下列与DNA的结构和复制有关的问题：
(1)DNA复制的时间是________________________，一条脱氧核苷酸链上相邻的碱基靠________________________________________连接。
(2)在DNA分子模型搭建实验中，如果用一种长度的塑料片代表A和G，用另一种长度的塑料片代表C和T，那么由此搭建而成的DNA双螺旋的整条模型粗细________，原因是________________________。
(3)7－乙基鸟嘌呤不与胞嘧啶(C)配对而与胸腺嘧啶(T)配对。某DNA分子中腺嘌呤(A)占碱基总数的30%，其中的鸟嘌呤(G)全部被7－乙基化，该DNA正常复制产生两个DNA分子，其中一个DNA分子中胸腺嘧啶(T)占碱基总数的45%，另一个DNA分子中鸟嘌呤(G)所占比例为________。
(4)请你在下面框图中画出某亲本双链DNA连续复制两次后的产物模式图。
答案 (1)有丝分裂前的间期和减数分裂前的间期 —脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖— (2)相同 嘌呤必定与嘧啶互补配对 (3)20% (4)如图
解析 (1)DNA复制发生在有丝分裂前的间期和减数分裂前的间期。一条脱氧核苷酸链上相邻的碱基靠“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”连接。(2)A、G都为嘌呤碱基，C、T都为嘧啶碱基，根据碱基互补配对原则，一条链中嘌呤碱基只能和另一条链中的嘧啶碱基互补配对。故搭建成的DNA模型粗细相同。(3)据DNA分子中的A占30%，可知T占30%，C占20%，G占20%。当其中的G全部被7－乙基化后，新复制的两个DNA分子中G的比例不变，仍为20%。(4)DNA复制为半保留复制，因此在第二次复制形成的4个DNA分子中，其中2个DNA分子是亲本链和第二次复制子链形成的，另2个DNA分子是第一次复制子链和第二次复制子链形成的。
8.(2021·湖南长沙模拟)下列有关染色体、DNA、基因和核苷酸的说法，正确的是( )
A.细胞生物的一个基因含多个核糖核苷酸，核糖核苷酸的排列顺序构成了基因的特异性
B.基因通常是具有遗传效应的DNA片段，一个DNA分子上只含一个基因
C.染色体、DNA、基因三者均能复制、分离和传递，且三者行为一致
D.生物的有性生殖过程中，基因的行为决定着DNA和染色体的行为
答案 C
解析 细胞生物的基因的基本组成单位是脱氧核苷酸，脱氧核苷酸的排列顺序代表遗传信息，一个基因含有许多个脱氧核苷酸，基因中脱氧核苷酸的特定排列顺序构成了基因的特异性，A错误；基因通常是具有遗传效应的DNA片段，一个DNA分子上含有许多个基因，B错误；染色体、DNA、基因三者均能复制、分离和传递，三者在行为上具有一致性，C正确；生物的有性生殖过程中，染色体和DNA的行为决定着基因的行为，D错误。
9.(2020·陕西咸阳模拟)在氮源为14N和15N的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA分子分别为14N—DNA(相对分子质量为a)和15N—DNA(相对分子质量为b)。将含15N的亲代大肠杆菌转移到含14N的培养基上，连续繁殖两代(Ⅰ和Ⅱ)，用离心方法分离得到的结果如图所示。下列对此实验的叙述正确的是( )
A.Ⅰ代细菌DNA分子中两条链都是14N
B.Ⅱ代细菌含15N的DNA分子占全部DNA分子的eq \f(1,4)
C.预计Ⅲ代细菌DNA分子的平均相对分子质量为eq \f(7a＋b,8)
D.上述实验Ⅰ代→Ⅱ代的结果能证明DNA复制方式为半保留复制
答案 C
解析 Ⅰ代细菌DNA分子中一条链是14N，另一条链是15N，A错误；Ⅱ代细菌含15N的DNA分子有2个，占全部(4个)DNA分子的eq \f(1,2)，B错误；由于1个含有14N的DNA分子的相对分子质量为a，则每条链的相对分子质量为eq \f(a,2)，1个含有15N的DNA分子的相对分子质量为b，则每条链的相对分子质量为eq \f(b,2)。将亲代大肠杆菌转移到含14N的培养基上，连续繁殖三代，得到共8个DNA分子，这8个DNA分子共16条链，只有2条是含15N的，14条是含14N的，因此总相对分子质量为eq \f(b,2)×2＋eq \f(a,2)×14＝b＋7a，所以每个DNA分子的平均相对分子质量为eq \f(7a＋b,8)，C正确；实验Ⅰ代→Ⅱ代的结果不能证明DNA复制方式为半保留复制，D错误。
10.如图表示DNA复制的过程。结合图示判断，下列有关叙述错误的是( )
A.DNA复制过程中首先需要解旋酶破坏DNA双链间的氢键，使两条链解开
B.DNA的复制具有双向进行的特点，生成的两条子链的延伸方向相反
C.DNA的复制需要DNA聚合酶将单个脱氧核苷酸连接成DNA片段
D.DNA复制形成的两条子链都是连续合成的
答案 D
解析 DNA复制过程的第一步是解旋，需要用解旋酶破坏DNA双链之间的氢键，使两条链解开，A正确；由题图可知，DNA的复制具有双向进行的特点，生成的两条子链的延伸方向相反，B正确；DNA的复制需要DNA聚合酶将单个脱氧核苷酸连接成DNA片段，C正确；由题图可知，DNA复制合成两条子链时，前导链的合成是连续的，后随链的合成是不连续的，D错误。
11.(2020·广东珠海联考)下图为DNA片段1经过诱变处理后获得DNA片段2，而后DNA片段2经过复制得到DNA片段3的示意图(除图中变异位点外不考虑其他位点的变异)。下列叙述正确的是( )
A.在DNA片段3中同一条链上相邻碱基A与T通过两个氢键连接
B.理论上DNA片段3的结构比DNA片段1的结构更稳定
C.DNA片段2至少需要经过3次复制才能获得DNA片段3
D.DNA片段2复制n次后，可获得2n－1个DNA片段1
答案 D
解析 DNA中同一条脱氧核苷酸链上相邻碱基A与T通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”进行连接。理论上DNA片段3中氢键数目比DNA片段1少，故其结构不如DNA片段1稳定。DNA片段2经过2次复制即可获得DNA片段3。DNA片段2复制n次后，获得的DNA片段1所占的比例为1/2，即2n－1个。
12.(2021·陕西咸阳期末)DNA指纹技术是鉴定亲缘关系的重要方法。如图为某男性X和其两任妻子M、N以及四个在战乱中走失的孩子的DNA指纹图谱，下列分析正确的是( )
A.b是M与X的孩子，c是N与X的孩子
B.c是M与X的孩子，b是N与X的孩子
C.d是M与X的孩子，a是N与X的孩子
D.d是M与X的孩子，b是N与X的孩子
答案 C
解析 子女的遗传物质来自父亲和母亲。分析DNA指纹图，a、d的DNA指纹图谱各有与X相同的部分，说明他们可能是X的孩子。另外，a的DNA指纹图谱有与N相同的部分，d的DNA指纹图谱有与M相同的部分，说明a是N与X所生的孩子，d是M与X所生的孩子。
13.(科学探究)(2021·湖南永州质检)科学家为了探究DNA复制方式，先用含有15NH4Cl的原料来培养大肠杆菌若干代作为亲本，再将亲本大肠杆菌转移到含14NH4Cl原料中培养，收集不同时期的大肠杆菌并提取DNA，再将提取的DNA进行离心，记录离心后试管中DNA的位置。
(1)用含有15NH4Cl的原料来培养大肠杆菌若干代作为亲本，培养若干代的目的是
____________________________________________________。
(2)有科学家认为DNA的复制是全保留复制，复制形成的两条子链结合在一起，两条模板链重新结合在一起。若是全保留复制，则实验结果是：子一代的DNA位置是____________________________________________________。
(3)科学家进行实验，得到的实验结果是：子一代的DNA位置全在中带，子二代的DNA位置一半在中带一半在轻带。这个结果否定了全保留复制，你对此的解释是
____________________________________________________。
(4)有人认为，将子一代的DNA分子用解旋酶处理后再离心，就能直接判断DNA的复制方式，如果eq \f(1,2)为轻带，eq \f(1,2)为重带，则一定为半保留复制。你认为这种说法是否正确，并说出你的理由。
____________________________________________________。
答案 (1)保证用于实验的大肠杆菌的DNA上都含有15N (2)一半在重带，一半在轻带 (3)DNA的复制是半保留复制，即新形成DNA分子的两条链中，一条为母链，一条为以母链作为模板形成的子链 (4)不正确，因为无论是全保留复制还是半保留复制，子一代用解旋酶处理后都有一半的单链含15N，一半的单链含14N，离心后都是eq \f(1,2)重带，eq \f(1,2)轻带
内容比较——知考向
核心素养——提考能
内容要求
1.概述DNA分子的结构及主要特点
2.概述DNA分子通过半保留方式进行复制
3.概述基因的概念
生命观念
DNA的结构决定其功能，理解生命的延续和发展
科学思维
建立DNA分子双螺旋结构模型、阐明DNA复制过程，培养归纳与概括、逻辑分析能力
科学探究
探究DNA的半保留复制，培养实验设计与结果分析能力
与旧教
材对比
增：①DNA的结构模式图中标明了五碳糖的碳原子位数及DNA两条链的方向；②DNA全保留复制的观点。
改：①DNA半保留复制的实验证据不再是选学内容；②基因的概念。
删：小鼠肥胖与基因相关的实例。
实验目的
标记物
标记物转移情况
实验结论
研究光合作用过程中物质的利用
Heq \\al(18,2)O
Heq \\al(18,2)O→18O2
光合作用的反应物H2O中的O以O2的形式放出，CO2中的C用于合成有机物
14CO2
14CO2→14C3→(14CH2O)
探究生物的遗传物质
亲代噬菌体中的32P(DNA)、35S(蛋白质)
子代噬菌体检测到放射性32P，未检测到35S
DNA是遗传物质
验证DNA的复制方式
亲代双链用15N标记
亲代DNA→子一代DNA的一条链含15N
DNA的复制方式为半保留复制
生长素的极性运输
含14C的生长素
标记物在形态学上端，在形态学下端可检测到标记物，反之不行
生长素只能从植物体的形态学上端运输到形态学下端
研究分泌蛋白的合成和分泌过程
用3H标记的亮氨酸
核糖体→内质网→高尔基体→细胞膜
各种细胞器既有明确的分工，相互之间又协调配合
探究DNA复制、转录的原料
3H或15N标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸、尿嘧啶核糖核苷酸
标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸主要集中在细胞核，尿嘧啶核糖核苷酸主要集中在细胞质
标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸用于合成DNA，尿嘧啶核糖核苷酸用于合成RNA
1.DNA双螺旋结构模型构建者：沃森和克里克。
2.DNA的结构层次
提醒 一个双链DNA分子具有2个游离的磷酸基团，而环状DNA不存在。
3.DNA的双螺旋结构内容 并非所有的DNA均具“双链”
(1)DNA由两条脱氧核苷酸链组成，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。
(2)外侧：脱氧核糖和磷酸交替连接构成主链基本骨架。
其形成不需要酶，而断裂需解旋酶或加热处理
(3)内侧：两条链上碱基通过氢键连接成碱基对。碱基互补配对遵循以下原则：A===T(两个氢键)、G≡C(三个氢键)。
G—C碱基对所占比例越大，DNA热稳定性越强
4.DNA的结构特点
巧记 利用数字“五、四、三、二、一”巧记DNA分子的结构
DNA中碱基数量的计算规律
考向1 结合DNA的结构及特点，考查结构与功能观
1.(2017·海南卷，24同材异构)关于DNA结构与功能的说法，错误的是( )
A.DNA分子中能储存大量的遗传信息
B.DNA分子中每个五碳糖上连接一个磷酸和一个含N碱基
C.DNA分子中G与C碱基对含量越高，其分子结构稳定性相对越大
D.若DNA分子的一条链中(A＋G)/(T＋C)<1，则其互补链中该比例大于1
答案 B
解析 DNA分子中的碱基对排列顺序蕴含着大量的遗传信息，A正确；DNA分子中脱氧核苷酸链的脱氧核糖上连接一个或两个磷酸基团和一个含N碱基，B错误；G、C间有3个氢键，A、T间有2个氢键，故DNA分子中G与C碱基对含量越高，分子结构越稳定，C正确；DNA分子的两条单链中的(A＋G)/(T＋C)的值互为倒数，D正确。
2.(2021·辽宁大连期末)如图为某链状DNA分子部分结构示意图，以下叙述正确的是( )
A.④是一个鸟嘌呤脱氧核苷酸
B.DNA聚合酶可催化⑥或⑦形成
C.解旋酶可断开⑤，因此DNA的稳定性与⑤无关
D.A链和B链的方向相反，该DNA分子共具有2个游离的磷酸基团
答案 D
解析 ①是胸腺嘧啶脱氧核苷酸中的磷酸，①②③不是一个鸟嘌呤脱氧核苷酸的组成部分，A错误；DNA聚合酶催化⑥的形成，不催化⑦的形成，B错误；⑤是氢键，氢键是维持DNA结构稳定的因素之一，C错误；链状DNA分子两条链的末端各有一个游离的磷酸基团，所以该DNA分子中共具有2个游离的磷酸基团，D正确。
(1)DNA初步水解产物是4种脱氧核苷酸，彻底水解产物是磷酸、脱氧核糖和4种含氮碱基。
(2)相邻的碱基在DNA分子的一条单链中通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”相连接，在DNA的双链之间通过“氢键”相连接。
(3)除双链DNA末端的两个脱氧核糖外，其余每个脱氧核糖都连接着2个磷酸。每个双链DNA片段中，游离的磷酸基团有2个。
(4)对于原核细胞来说，拟核中的DNA分子或者质粒DNA均是裸露的，没有与蛋白质一起构成染色体。
考向2 借助DNA结构的相关计算，考查科学思维能力
3.(2014·山东卷，5)某研究小组测定了多个不同双链DNA分子的碱基组成，根据测定结果绘制了DNA分子的一条单链与其互补链、一条单链与其所在DNA分子中碱基数目比值的关系图，下列正确的是( )
答案 C
[慧眼识图 获取信息]
4.(2021·黑龙江哈尔滨三中调研)在一个DNA分子中，腺嘌呤和胸腺嘧啶之和占全部碱基的42%，若其中一条链的胞嘧啶占该链碱基总数的24%，胸腺嘧啶占30%，则在其互补链上，胞嘧啶和胸腺嘧啶分别占( )
A.12%和34% B.21%和24%
C.34%和12% D.58%和30%
答案 C
解析 因为A＋T占全部碱基总数的42%，所以G＋C占全部碱基总数的58%；因为两种互补碱基之和在DNA分子中与在单链上的含量相等，所以在两条链中A＋T、G＋C均分别占42%、58%；设链1上C1占24%，则链1上G1占34%，其互补链2上C2占34%；设链1上T1占30%，则链1上A1占12%，其互补链2上T2占12%，故选C。
三步解决DNA分子中有关碱基比例的计算
考点二 DNA的复制及基因的概念
1.DNA半保留复制的实验证据
(1)实验者：美国生物学家梅塞尔森和斯塔尔。
(2)研究方法：假说—演绎法。
(3)实验材料：大肠杆菌。
(4)实验技术：同位素示踪法和密度梯度离心法。
(5)实验原理：含15N的双链DNA密度大，含14N的双链DNA密度小，一条链含14N、一条链含15N的双链DNA密度居中。 沃森和克里克提出的。
(6)实验假设：DNA以半保留的方式复制。
(7)实验过程与结果：
(8)实验结论：DNA的复制是以半保留方式进行的。
2.DNA复制的过程
(1)概念、时间、场所
(2)过程
(3)特点：边解旋边复制(过程上)、半保留复制(结果上)。
(4)准确复制的原因和意义每个DNA分子都保留
原DNA的一条链
①DNA具有独特的双螺旋结构，为复制提供精确的模板，碱基互补配对原则，保证了复制能准确进行。
②DNA通过复制，将遗传信息从亲代传给了子代，保持了遗传信息的连续性。
巧记DNA复制的“二、二、三、四”
3.染色体、DNA、基因和脱氧核苷酸的关系
提醒 ①对于RNA病毒来说，基因是有遗传效应的RNA片段。
②基因可以是一段DNA，但一段DNA不一定是基因。
1.图解法分析DNA复制的相关计算
一个亲代DNA连续复制n次后，则：
(1)子代DNA分子数：2n个
①无论复制多少次，含15N的DNA分子始终是2个
做题时看准是“含”还是“只含”
②含14N的DNA分子有2n个，只含14N的DNA分子有(2n－2)个
做题时看准是“DNA分子数”还是“链数”
(2)子代DNA分子总链数：2n×2＝2n＋1条
①无论复制多少次，含15N的链始终是2条
②含14N的链数是(2n＋1－2)条
(3)消耗的脱氧核苷酸数
①若亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，则经过n次复制需要消耗游离的该脱氧核苷酸数为m×(2n－1)个
②若进行第n次复制，则需消耗游离的该脱氧核苷酸数为m×2n－1个
2.同位素标记技术在高中生物学中的应用总结
考向1 围绕DNA复制过程与特点，考查科学思维能力
1.(2020·许昌市调研)如图为真核生物染色体上DNA复制过程示意图，有关叙述错误的是( )
A.图中DNA复制是从多个起点同时开始的
B.图中DNA复制是边解旋边双向复制的
C.真核生物DNA复制过程中解旋酶作用于氢键
D.真核生物的这种复制方式提高了复制速率
答案 A
解析 分析题图可知，图中的三个复制起点复制的DNA片段的长度不同，圈比较大的表示复制开始的时间较早，因此DNA复制的起始时间不同，A错误；题图中DNA的复制过程是边解旋边双向复制的，B正确；DNA的复制首先要在解旋酶的作用下使双链间的氢键断裂，C正确；真核生物的DNA复制具有多个起点，这种复制方式加速了复制过程，提高了复制速率，D正确。
2.(2021·天津联考)下列关于DNA复制过程的叙述，正确的是( )
A.DNA在全部解旋之后才开始复制
B.解旋后以同一条链为模板合成两条新的子链
C.在复制过程中需要的原料是脱氧核苷酸
D.在解旋酶的作用下将DNA水解成脱氧核苷酸
答案 C
解析 DNA复制是边解旋边复制，而不是在全部解旋之后才开始复制，A错误；解旋后分别以两条母链为模板合成两条新的子链，两条子链分别和两条母链盘旋形成两个DNA分子，B错误；DNA复制的原料是脱氧核苷酸，C正确；在解旋酶的作用下，DNA双链解开，形成两条脱氧核苷酸链，而将DNA水解成脱氧核苷酸的是DNA酶，D错误。
明确DNA复制、“剪接”与“水解”中的四种酶
(1)DNA聚合酶：需借助母链模板，依据碱基互补配对原则，将单个脱氧核苷酸连接到已有的链上；
(2)DNA连接酶：将多个复制起点所复制出的“DNA片段”“缝合”起来形成磷酸二酯键，即连接“片段”；
(3)限制性核酸内切酶：用于切断DNA双链中主链上的“3′，5′－磷酸二酯键”；
(4)DNA水解酶：用于将DNA分子水解为脱氧核苷酸。
考向2 结合DNA复制的相关计算，考查科学思维能力
3.(2018·海南卷，15)现有DNA分子的两条单链均只含有14N (表示为14N14N)的大肠杆菌，若将该大肠杆菌在含有15N的培养基中繁殖两代，再转到含有14N的培养基中繁殖一代，则理论上DNA分子的组成类型和比例分别是( )
A.有15N14N和14N14N两种，其比例为1∶3
B.有15N15N和14N14N两种，其比例为1∶1
C.有15N15N和14N14N两种，其比例为3∶1
D.有15N14N和14N14N两种，其比例为3∶1
答案 D
解析 大肠杆菌14N14N在含有15N的培养基中繁殖，其中子一代大肠杆菌的DNA分子共2个，均为1条链含14N、1条链含15N，子二代大肠杆菌的DNA分子共4个，其中2个DNA分子为1条链含14N、1条链含15N，另外2个DNA分子为2条链均含15N；再转到含有14N的培养基中繁殖一代，子三代大肠杆菌的DNA分子共8个，其中2个DNA分子为2条链均含14N，其余6个DNA分子为1条链含14N、1条链含15N，所以15N14N和14N14N两种分子的比例为3∶1。
4.(2021·甘肃部分重点校摸底)用15N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14N的培养基中连续复制4次。下列有关判断正确的是( )
A.含有14N的DNA分子占7/8
B.含有15N的DNA分子占1/16
C.复制结果共产生15个DNA分子
D.复制过程中需腺嘌呤脱氧核苷酸600个
答案 D
解析 DNA分子的复制是半保留复制，连续复制4次后，共产生16个DNA分子，含有15N的DNA分子有2个，每个DNA分子都含有14N，故A、B、C错误；由题意可知，该DNA分子中含有胸腺嘧啶40个，复制后相当于新产生15个DNA分子，故复制过程中需腺嘌呤脱氧核苷酸600个，D正确。
DNA结构与复制解题时的4个“注意”
(1)注意不要将DNA分子中碱基对之间氢键的形成与断裂条件混淆，氢键可由解旋酶催化断裂，同时需要ATP供能，也可加热断裂(体外)；而氢键是在适宜条件下自动形成的，不需要酶和能量。
(2)注意“DNA复制了n次”和“第n次复制”的区别，前者包括所有的复制，但后者只包括第n次的复制。
(3)注意碱基的单位是“对”还是“个”。
(4)注意在DNA复制过程中，无论复制了几次，含有亲代脱氧核苷酸单链的DNA分子都只有两个。
考向3 结合分析DNA半保留复制的实验证据，考查演绎推理的能力
5.(2021·西南大学附中调研)如图为科学家设计的DNA合成的同位素示踪实验，利用大肠杆菌来探究DNA的复制过程，下列说法正确的是( )
A.从获得试管①到试管③，细胞内的染色体复制了两次
B.用噬菌体代替大肠杆菌进行实验，提取DNA更方便
C.试管③中含有14N的DNA占3/4
D.本实验是科学家对DNA复制方式假设的验证
答案 D
解析 大肠杆菌细胞内没有染色体；噬菌体营寄生，不能在培养液中繁殖，不能代替大肠杆菌进行实验；试管③中含有14N的DNA占100%；本实验是对DNA半保留复制的验证实验。
6.(2020·北京等级模考，6)大肠杆菌拟核DNA是环状DNA分子。将无放射性标记的大肠杆菌，置于含3H标记的dTTP的培养液中培养，使新合成的DNA链中的脱氧胸苷均被3H标记。在第二次复制未完成时将DNA复制阻断，结果如图所示。
下列对此实验的理解错误的是( )
A.DNA复制过程中，双链会局部解旋
B.Ⅰ所示的DNA链被3H标记
C.双链DNA复制仅以一条链作为模板
D.DNA复制方式是半保留复制
答案 C
解析 分析第二次复制的图形可知，DNA复制过程中双链会局部解旋，A正确；图中Ⅰ所示的DNA链是在含3H标识的dTTP的培养液中合成的，故Ⅰ所示的DNA链被3H标记，B正确；分析第二次复制的图形，可以看出DNA复制时两条链都可作为模板，C错误；从第一次复制及第二次复制的图形分析可知，DNA复制的方式为半保留复制，D正确。
重温真题 经典再现
1.经典重组 判断正误
(1)细胞中DNA分子的碱基总数与所有基因的碱基数之和不相等(2020·全国卷Ⅲ，1C)( )
(2)双链DNA分子中一条链上的磷酸和核糖是通过氢键连接的(2014·全国卷Ⅱ，5C)( )
(3)DNA有氢键，RNA没有氢键(2013·全国卷Ⅱ，1A)( )
(4)大肠杆菌细胞中只有A、T、C、G四种碱基(2012·海南卷，5C)( )
提示 (1)√
(2)× 双链DNA分子中一条链上的磷酸和脱氧核糖是通过磷酸二酯键连接的。
(3)× tRNA中也有氢键。
(4)× 还有碱基U。
2.(2019·天津卷，1)用3H标记胸腺嘧啶后合成脱氧核苷酸，注入真核细胞，可用于研究( )
A.DNA复制的场所 B.mRNA与核糖体的结合
C.分泌蛋白的运输 D.细胞膜脂质的流动
答案 A
解析 脱氧核苷酸是合成DNA的原料，用3H标记胸腺嘧啶后合成脱氧核苷酸，然后注入真核细胞，可用于研究DNA复制的场所，A符合题意。
3.(2018·全国卷Ⅰ，2)生物体内的DNA常与蛋白质结合，以DNA－蛋白质复合物的形式存在。下列相关叙述错误的是( )
A.真核细胞染色体和染色质中都存在DNA－蛋白质复合物
B.真核细胞的核中有DNA－蛋白质复合物，而原核细胞的拟核中没有
C.若复合物中的某蛋白参与DNA复制，则该蛋白可能是DNA聚合酶
D.若复合物中正在进行RNA的合成，则该复合物中含有RNA聚合酶
答案 B
解析 真核细胞染色体和染色质主要由DNA和蛋白质组成，因此都存在DNA－蛋白质复合物，A正确；原核细胞的拟核含一个裸露的环状DNA分子，该DNA的复制及转录都需要酶催化，故拟核中存在由DNA和酶构成的DNA－蛋白质复合物，B错误；DNA复制需要DNA聚合酶的催化作用，DNA聚合酶的化学本质是蛋白质，故复合物中参与DNA复制的蛋白质可能是DNA聚合酶，C正确；如果复合物中正在进行RNA的合成，则复合物中必须含有RNA聚合酶，因为RNA中核糖核苷酸之间的连接需要RNA聚合酶的催化，D正确。
4.(2017·海南卷，23)下列关于真核生物遗传物质和性状的叙述，正确的是( )
A.细胞中染色体的数目始终等于DNA的数目
B.有丝分裂有利于保持亲代细胞和子代细胞间遗传性状的稳定
C.细胞中DNA分子的碱基对数等于所有基因的碱基对数之和
D.生物体中，一个基因决定一种性状，一种性状由一个基因决定
答案 B
解析 真核细胞的细胞核中，染色体复制之前，染色体数等于核DNA数，复制后，染色体数∶核DNA数＝1∶2，如果再加上细胞质中的DNA，染色体始终小于DNA数目，A错误；有丝分裂的意义就是有利于保持亲、子代细胞间遗传性状的稳定，B正确；细胞中的DNA上，只有具遗传效应的片段才是基因，DNA上还有很多非基因序列，C错误；生物体中，基因与性状之间并不是单纯的一对一关系，D错误。
5.(2016·全国卷Ⅰ，29)在有关DNA分子的研究中，常用32P来标记DNA分子。用α、β和γ表示ATP或dATP(d表示脱氧)上三个磷酸基团所处的位置(A－Pα～Pβ～Pγ或dA－Pα～Pβ～Pγ)。回答下列问题；
(1)某种酶可以催化ATP的一个磷酸基团转移到DNA末端上，同时产生ADP。若要用该酶把32P标记到DNA末端上，那么带有32P的磷酸基团应在ATP的________(填“α”“β”或“γ”)位上。
(2)若用带有32P的dATP作为DNA生物合成的原料，将32P标记到新合成的DNA分子上，则带有32P的磷酸基团应在dATP的________(填“α”“β”或“γ”)位上。
(3)将一个某种噬菌体DNA分子的两条链用32P进行标记，并使其感染大肠杆菌，在不含有32P的培养基中培养一段时间。若得到的所有噬菌体双链DNA分子都装配成噬菌体(n个)并释放，则其中含有32P的噬菌体所占比例为2/n，原因是____________________________________________________。
答案 (1)γ
(2)α
(3)一个含有32P标记的噬菌体双链DNA分子经半保留复制后，标记的两条单链只能分配到两个噬菌体的双链DNA分子中，因此在得到的n个噬菌体中只有2个带有标记
解析 (1)ATP水解生成ADP的过程中，断裂的是远离腺苷A的那个特殊的化学键即β位和γ位之间的特殊的化学键，即γ位磷酸基团转移到DNA末端。要将32P标记到DNA上，带有32P的磷酸基团应在γ位上。(2)dATP脱去β位和γ位的磷酸基团后为腺嘌呤脱氧核糖核苷酸，即DNA的基本组成单位之一，用dATP为原料合成DNA时，要将32P标记到新合成的DNA上，则32P应在α位。(3)由于DNA分子复制为半保留复制，故噬菌体双链DNA的复制过程中，被32P标记的两条单链始终被保留，并分别存在于两个子代DNA分子中。另外，新合成DNA过程中，原料无32P标记，所以n个子代DNA分子中有且只有2个含有32P标记。
课后·分层训练
(时间：35分钟)
1.(2020·浙江7月选考，3)某DNA片段的结构如图所示。下列叙述正确的是( )
A.①表示胞嘧啶
B.②表示腺嘌呤
C.③表示葡萄糖
D.④表示氢键
答案 D
解析 根据碱基互补配对原则可知，DNA结构中与A配对的是T，①表示胸腺嘧啶，A错误；与G配对的是C，②表示胞嘧啶，B错误；脱氧核苷酸中的单糖③是脱氧核糖，C错误；④表示氢键，D正确。
2.(2021·广东深圳调研)下列关于DNA、基因的叙述，错误的是( )
A.DNA复制以A、T、C、G四种游离的核糖核苷酸为原料
B.DNA的遗传信息蕴藏在4种碱基的排列顺序之中
C.DNA上分布着许多个基因
D.真核生物与原核生物的基因本质相同
答案 A
解析 DNA复制以细胞中四种游离的脱氧核糖核苷酸为原料，A错误；DNA的遗传信息蕴藏在4种碱基特定的排列顺序之中，B正确；基因通常是指具有遗传效应的DNA片段，一个DNA上分布着许多个基因，C正确；真核生物与原核生物的遗传物质都是DNA，真核生物与原核生物的基因本质都是有遗传效应的DNA片段，D正确。
3.(2021·陕西西安模拟)某同学欲制作一个DNA片段模型，现准备了15个碱基A塑料片，8个碱基T塑料片，40个脱氧核糖和40个磷酸塑料片，为了充分利用现有材料，还需准备碱基C塑料片( )
A.8个 B.24个
C.16个 D.12个
答案 D
解析 DNA分子的基本组成单位是脱氧核苷酸，每分子脱氧核苷酸由一分子磷酸、一分子脱氧核糖和一分子含氮碱基组成，所以40个脱氧核糖和40个磷酸的塑料片能形成20个碱基对。在双链DNA中，碱基之间的配对遵循碱基互补配对原则，即A＝T、G＝C，所以15个碱基A塑料片，8个碱基T塑料片，能形成8个A—T碱基对。因此，为了充分利用现有材料，还需准备12个碱基C塑料片，以形成12个C—G碱基对。
4.(2020·山东日照期末)下图为DNA的复制方式模式图，图中“→”表示复制方向。下列叙述错误的是( )
A.由图可知，DNA复制为单向复制
B.除图示酶外，DNA复制还需DNA聚合酶等
C.DNA复制时，子链的延伸方向是相同的
D.解旋含G—C碱基对较多区域时，消耗的能量相对较多
答案 A
解析 由图可知，DNA复制为双向复制，A错误；图示解旋酶能打开双链间的氢键，使双链DNA解开，需要消耗ATP，DNA复制过程中，还需要DNA聚合酶将单个脱氧核苷酸连接到DNA片段上，再将片段连成完整的子链需要DNA连接酶，B正确；DNA的两条链是反向平行的，而复制的时候只能从5′端向3′端延伸，所以两条子链合成方向相反，但延伸方向是相同的，C正确；G—C含有3个氢键，A—T含有2个氢键，故解旋含G—C碱基对较多区域时，消耗的能量相对较多，D正确。
5.(2021·湖南益阳、湘潭调研)下列有关染色体、DNA、基因、脱氧核苷酸的说法，不正确的是( )
A.性染色体上的基因，并不一定都与性别的决定有关
B.在DNA结构中，与脱氧核糖直接相连的一般是一个磷酸和一个碱基
C.基因的特异性是由脱氧核苷酸的排列顺序决定的
D.基因和染色体行为存在着明显的平行关系
答案 B
解析 性染色体上的基因并不都与性别有关，如X染色体上的色盲基因，不能决定性别，A正确；在DNA结构中，一条链内部的脱氧核糖(位于链端的除外)直接与两个磷酸和一个碱基相连，B错误；脱氧核苷酸的特定排列顺序决定了DNA的特异性，而基因是有遗传效应的DNA片段，C正确；基因和染色体行为有平行关系，D正确。
6.(2021·黑龙江哈师大附中检测)2019年冬季发现的新型冠状病毒肺炎是由一种新型冠状病毒引起的传染病，研究发现，2019新型冠状病毒的遗传物质是单股正链RNA(＋RNA)，其遗传信息的传递过程如图所示，下列有关说法正确的是( )
A.图中①、②为逆转录过程，需要逆转录酶和核糖核苷酸参与
B.图中③过程需要宿主细胞核糖体参与，此过程中有A—T和G—C两种碱基配对方式
C.＋RNA复制产生子代＋RNA的过程，消耗的嘌呤碱基数等于嘧啶碱基数
D.2019新型冠状病毒侵入人体肺部细胞后，辅助性T细胞会与靶细胞进行结合，使靶细胞裂解死亡
答案 C
解析 依题图信息，图中①、②表示RNA复制，需要RNA聚合酶和核糖核苷酸参与，A错误；2019新型冠状病毒的蛋白质是在宿主细胞的核糖体上合成的，翻译过程有A—U和G—C两种碱基配对方式，B错误；＋RNA复制产生子代＋RNA的过程包括①和②，分别得到－RNA和＋RNA，二者能够碱基互补配对，相当于产生了双链RNA分子，与双链DNA分子类似，该过程中消耗的嘌呤碱基数等于嘧啶碱基数，C正确；2019新型冠状病毒侵入人体肺部细胞后，细胞毒性T细胞会与靶细胞进行结合，使靶细胞裂解死亡，D错误。
7.(2021·河北邢台质检)请回答下列与DNA的结构和复制有关的问题：
(1)DNA复制的时间是________________________，一条脱氧核苷酸链上相邻的碱基靠________________________________________连接。
(2)在DNA分子模型搭建实验中，如果用一种长度的塑料片代表A和G，用另一种长度的塑料片代表C和T，那么由此搭建而成的DNA双螺旋的整条模型粗细________，原因是________________________。
(3)7－乙基鸟嘌呤不与胞嘧啶(C)配对而与胸腺嘧啶(T)配对。某DNA分子中腺嘌呤(A)占碱基总数的30%，其中的鸟嘌呤(G)全部被7－乙基化，该DNA正常复制产生两个DNA分子，其中一个DNA分子中胸腺嘧啶(T)占碱基总数的45%，另一个DNA分子中鸟嘌呤(G)所占比例为________。
(4)请你在下面框图中画出某亲本双链DNA连续复制两次后的产物模式图。
答案 (1)有丝分裂前的间期和减数分裂前的间期 —脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖— (2)相同 嘌呤必定与嘧啶互补配对 (3)20% (4)如图
解析 (1)DNA复制发生在有丝分裂前的间期和减数分裂前的间期。一条脱氧核苷酸链上相邻的碱基靠“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”连接。(2)A、G都为嘌呤碱基，C、T都为嘧啶碱基，根据碱基互补配对原则，一条链中嘌呤碱基只能和另一条链中的嘧啶碱基互补配对。故搭建成的DNA模型粗细相同。(3)据DNA分子中的A占30%，可知T占30%，C占20%，G占20%。当其中的G全部被7－乙基化后，新复制的两个DNA分子中G的比例不变，仍为20%。(4)DNA复制为半保留复制，因此在第二次复制形成的4个DNA分子中，其中2个DNA分子是亲本链和第二次复制子链形成的，另2个DNA分子是第一次复制子链和第二次复制子链形成的。
8.(2021·湖南长沙模拟)下列有关染色体、DNA、基因和核苷酸的说法，正确的是( )
A.细胞生物的一个基因含多个核糖核苷酸，核糖核苷酸的排列顺序构成了基因的特异性
B.基因通常是具有遗传效应的DNA片段，一个DNA分子上只含一个基因
C.染色体、DNA、基因三者均能复制、分离和传递，且三者行为一致
D.生物的有性生殖过程中，基因的行为决定着DNA和染色体的行为
答案 C
解析 细胞生物的基因的基本组成单位是脱氧核苷酸，脱氧核苷酸的排列顺序代表遗传信息，一个基因含有许多个脱氧核苷酸，基因中脱氧核苷酸的特定排列顺序构成了基因的特异性，A错误；基因通常是具有遗传效应的DNA片段，一个DNA分子上含有许多个基因，B错误；染色体、DNA、基因三者均能复制、分离和传递，三者在行为上具有一致性，C正确；生物的有性生殖过程中，染色体和DNA的行为决定着基因的行为，D错误。
9.(2020·陕西咸阳模拟)在氮源为14N和15N的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA分子分别为14N—DNA(相对分子质量为a)和15N—DNA(相对分子质量为b)。将含15N的亲代大肠杆菌转移到含14N的培养基上，连续繁殖两代(Ⅰ和Ⅱ)，用离心方法分离得到的结果如图所示。下列对此实验的叙述正确的是( )
A.Ⅰ代细菌DNA分子中两条链都是14N
B.Ⅱ代细菌含15N的DNA分子占全部DNA分子的eq \f(1,4)
C.预计Ⅲ代细菌DNA分子的平均相对分子质量为eq \f(7a＋b,8)
D.上述实验Ⅰ代→Ⅱ代的结果能证明DNA复制方式为半保留复制
答案 C
解析 Ⅰ代细菌DNA分子中一条链是14N，另一条链是15N，A错误；Ⅱ代细菌含15N的DNA分子有2个，占全部(4个)DNA分子的eq \f(1,2)，B错误；由于1个含有14N的DNA分子的相对分子质量为a，则每条链的相对分子质量为eq \f(a,2)，1个含有15N的DNA分子的相对分子质量为b，则每条链的相对分子质量为eq \f(b,2)。将亲代大肠杆菌转移到含14N的培养基上，连续繁殖三代，得到共8个DNA分子，这8个DNA分子共16条链，只有2条是含15N的，14条是含14N的，因此总相对分子质量为eq \f(b,2)×2＋eq \f(a,2)×14＝b＋7a，所以每个DNA分子的平均相对分子质量为eq \f(7a＋b,8)，C正确；实验Ⅰ代→Ⅱ代的结果不能证明DNA复制方式为半保留复制，D错误。
10.如图表示DNA复制的过程。结合图示判断，下列有关叙述错误的是( )
A.DNA复制过程中首先需要解旋酶破坏DNA双链间的氢键，使两条链解开
B.DNA的复制具有双向进行的特点，生成的两条子链的延伸方向相反
C.DNA的复制需要DNA聚合酶将单个脱氧核苷酸连接成DNA片段
D.DNA复制形成的两条子链都是连续合成的
答案 D
解析 DNA复制过程的第一步是解旋，需要用解旋酶破坏DNA双链之间的氢键，使两条链解开，A正确；由题图可知，DNA的复制具有双向进行的特点，生成的两条子链的延伸方向相反，B正确；DNA的复制需要DNA聚合酶将单个脱氧核苷酸连接成DNA片段，C正确；由题图可知，DNA复制合成两条子链时，前导链的合成是连续的，后随链的合成是不连续的，D错误。
11.(2020·广东珠海联考)下图为DNA片段1经过诱变处理后获得DNA片段2，而后DNA片段2经过复制得到DNA片段3的示意图(除图中变异位点外不考虑其他位点的变异)。下列叙述正确的是( )
A.在DNA片段3中同一条链上相邻碱基A与T通过两个氢键连接
B.理论上DNA片段3的结构比DNA片段1的结构更稳定
C.DNA片段2至少需要经过3次复制才能获得DNA片段3
D.DNA片段2复制n次后，可获得2n－1个DNA片段1
答案 D
解析 DNA中同一条脱氧核苷酸链上相邻碱基A与T通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”进行连接。理论上DNA片段3中氢键数目比DNA片段1少，故其结构不如DNA片段1稳定。DNA片段2经过2次复制即可获得DNA片段3。DNA片段2复制n次后，获得的DNA片段1所占的比例为1/2，即2n－1个。
12.(2021·陕西咸阳期末)DNA指纹技术是鉴定亲缘关系的重要方法。如图为某男性X和其两任妻子M、N以及四个在战乱中走失的孩子的DNA指纹图谱，下列分析正确的是( )
A.b是M与X的孩子，c是N与X的孩子
B.c是M与X的孩子，b是N与X的孩子
C.d是M与X的孩子，a是N与X的孩子
D.d是M与X的孩子，b是N与X的孩子
答案 C
解析 子女的遗传物质来自父亲和母亲。分析DNA指纹图，a、d的DNA指纹图谱各有与X相同的部分，说明他们可能是X的孩子。另外，a的DNA指纹图谱有与N相同的部分，d的DNA指纹图谱有与M相同的部分，说明a是N与X所生的孩子，d是M与X所生的孩子。
13.(科学探究)(2021·湖南永州质检)科学家为了探究DNA复制方式，先用含有15NH4Cl的原料来培养大肠杆菌若干代作为亲本，再将亲本大肠杆菌转移到含14NH4Cl原料中培养，收集不同时期的大肠杆菌并提取DNA，再将提取的DNA进行离心，记录离心后试管中DNA的位置。
(1)用含有15NH4Cl的原料来培养大肠杆菌若干代作为亲本，培养若干代的目的是
____________________________________________________。
(2)有科学家认为DNA的复制是全保留复制，复制形成的两条子链结合在一起，两条模板链重新结合在一起。若是全保留复制，则实验结果是：子一代的DNA位置是____________________________________________________。
(3)科学家进行实验，得到的实验结果是：子一代的DNA位置全在中带，子二代的DNA位置一半在中带一半在轻带。这个结果否定了全保留复制，你对此的解释是
____________________________________________________。
(4)有人认为，将子一代的DNA分子用解旋酶处理后再离心，就能直接判断DNA的复制方式，如果eq \f(1,2)为轻带，eq \f(1,2)为重带，则一定为半保留复制。你认为这种说法是否正确，并说出你的理由。
____________________________________________________。
答案 (1)保证用于实验的大肠杆菌的DNA上都含有15N (2)一半在重带，一半在轻带 (3)DNA的复制是半保留复制，即新形成DNA分子的两条链中，一条为母链，一条为以母链作为模板形成的子链 (4)不正确，因为无论是全保留复制还是半保留复制，子一代用解旋酶处理后都有一半的单链含15N，一半的单链含14N，离心后都是eq \f(1,2)重带，eq \f(1,2)轻带
内容比较——知考向
核心素养——提考能
内容要求
1.概述DNA分子的结构及主要特点
2.概述DNA分子通过半保留方式进行复制
3.概述基因的概念
生命观念
DNA的结构决定其功能，理解生命的延续和发展
科学思维
建立DNA分子双螺旋结构模型、阐明DNA复制过程，培养归纳与概括、逻辑分析能力
科学探究
探究DNA的半保留复制，培养实验设计与结果分析能力
与旧教
材对比
增：①DNA的结构模式图中标明了五碳糖的碳原子位数及DNA两条链的方向；②DNA全保留复制的观点。
改：①DNA半保留复制的实验证据不再是选学内容；②基因的概念。
删：小鼠肥胖与基因相关的实例。
实验目的
标记物
标记物转移情况
实验结论
研究光合作用过程中物质的利用
Heq \\al(18,2)O
Heq \\al(18,2)O→18O2
光合作用的反应物H2O中的O以O2的形式放出，CO2中的C用于合成有机物
14CO2
14CO2→14C3→(14CH2O)
探究生物的遗传物质
亲代噬菌体中的32P(DNA)、35S(蛋白质)
子代噬菌体检测到放射性32P，未检测到35S
DNA是遗传物质
验证DNA的复制方式
亲代双链用15N标记
亲代DNA→子一代DNA的一条链含15N
DNA的复制方式为半保留复制
生长素的极性运输
含14C的生长素
标记物在形态学上端，在形态学下端可检测到标记物，反之不行
生长素只能从植物体的形态学上端运输到形态学下端
研究分泌蛋白的合成和分泌过程
用3H标记的亮氨酸
核糖体→内质网→高尔基体→细胞膜
各种细胞器既有明确的分工，相互之间又协调配合
探究DNA复制、转录的原料
3H或15N标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸、尿嘧啶核糖核苷酸
标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸主要集中在细胞核，尿嘧啶核糖核苷酸主要集中在细胞质
标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸用于合成DNA，尿嘧啶核糖核苷酸用于合成RNA
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