第09讲 基因的本质和表达（配套讲义）-2025年高考生物二轮复习（新高考通用）

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核心整合一 基因的本质和结构
知识串联1 遗传物质的探索实验
1．归纳遗传物质探索历程的“两标记”和“三结论”
(1)噬菌体侵染细菌实验中的两次标记的目的不同
(2)遗传物质发现的三个实验结论
①格里菲思的体内转化实验的结论：加热致死的S型细菌中存在“转化因子”。
②艾弗里的体外转化实验的结论：DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。
③噬菌体侵染细菌实验的结论：DNA是噬菌体的遗传物质，但不能证明蛋白质不是遗传物质。
2．明确噬菌体侵染细菌实验放射性分布误差产生的两个原因
（1）32P标记DNA
保温时间过短：部分噬菌体未侵染大肠杆菌
保温时间过长：部分大肠杆菌裂解，释放子代噬菌体
离心后均会使上清液、沉淀物中有放射性
（2）35S标记蛋白质外壳
搅拌不充分：少量35S标记的噬菌体的蛋白质外壳吸附在大肠杆菌表面
离心后上清液、沉淀物中均有放射性
3．“遗传物质”探索的四种方法
（1）分离提纯法：分离S型细菌的多种物质（DNA、蛋白质、多糖等），分贝与R型细菌混合培养，缺点是物质纯度不能保证100%
（2）放射性同位素标记法：分别标记DNA和蛋白质的特有元素，将病毒和DNA与蛋白质分开，单独、直接地观察它们各自的作用
（3）病毒重组法：将一种病毒的遗传物质与另一种病毒的蛋白质外壳重新组合，得到杂种病毒
（4）酶解法：利用酶的专一性，如加入DNA酶，将DNA水解，观察起控制作用的物质是否还有控制作用，若“有”，其遗传物质不是DNA，若“没有”，起遗传物质可能是DNA
【易错提醒】
①不能用35S和32P标记同一T2噬菌体，因为放射性检测时只能检测到放射性的存在部位，不能确定是何种元素。
②不能用普通培养基直接培养T2噬菌体。
③转化的实质是基因重组且概率低。
④加热杀死S型菌的过程中，其蛋白质变性失活，但是其内部的DNA在加热结束后随温度的降低又逐渐恢复正常结构而具有活性。
【典例1】如图在肺炎链球菌R型菌转化为S型菌的过程中，相关叙述正确的是（ ）
A．加热导致S型菌的DNA氢键被破坏，因而断裂为多个较短的DNA片段
B．肺炎链球菌体内转化实验发现，加热致死的S型菌的DNA使R型活菌发生了转化
C．加入S型菌的DNA和R型活菌的培养基中，一段时间后仍可发现表面粗糙的菌落
D．S型菌的capS使R型活菌转化为S型活菌，是因为capS整合到R型菌的染色体中
知识串联2 DNA分子的结构
1.理清DNA结构的两种关系和两种化学键
2.关注DNA结构与复制的3种“计算”
①牢记A＝T、G＝C，并牢记二者依次含2个氢键和3个氢键。
②牢记两种“和”
互补碱基之和即A＋T或G＋C在不同DNA中可不同，但在某一特定DNA中，该值在一条链、在另一条链及在整个DNA分子中为“定值”。
非互补碱基之和的比即(A＋C)/(T＋G)或(A＋G)/(T＋C)，在所有双链DNA中均等于1，无特异性，且该值在两条互补链中互为倒数。
③DNA复制时的计算：已知某亲代DNA中含某种脱氧核苷酸m个。
“复制n次”消耗的该种脱氧核苷酸数：m·(2n－1)。“第n次复制”消耗的该种脱氧核苷酸数：m·2n－1
【典例2】减数分裂是一个复杂的过程，染色体端粒（富含碱基G的DNA-蛋白质复合体）在核膜上的准确锚定，并沿着内核膜进行移动是减数分裂能正确进行的前提。在此过程中，DNA会被多种酶剪切为局部单链，并完成同源染色体的配对联会和同源重组（过程如图所示，其中a、b各表示一个DNA分子）。下列叙述错误的是（ ）
A．a、b两个DNA分子上的基因相同或互为等位基因
B．端粒DNA序列富含碱基G的特点，有利于维持端粒结构的稳定
C．减数分裂中同源染色体的片段互换需要DNA连接酶的参与
D．端粒准确锚定在内核膜上发挥作用，发生于减数分裂Ⅱ的前期
核心整合二 遗传信息的传递与表达
知识串联1 DNA分子复制
1.归纳概括DNA复制的五个问题
(1)复制的场所：主要场所是细胞核，但在拟核、线粒体、叶绿体、细胞质基质(如质粒)中也可进行DNA复制。
(2)外界条件对DNA复制的影响：在DNA复制的过程中，需要酶的催化和ATP供能，凡是影响酶活性的因素和影响细胞呼吸的因素，都会影响DNA的复制。
(3)复制方式：半保留复制。新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链(模板链)。
(4)过程特点：边解旋边复制；多起点解旋和复制。
(5)DNA复制的准确性
①一般情况下，DNA分子能准确地进行复制。原因是DNA具有独特的双螺旋结构，能为复制提供精确的模板；通过碱基互补配对，保证了复制能够准确地进行。
②特殊情况下，在外界因素和生物内部因素的作用下，可能造成碱基配对发生差错，引发基因突变。
2．“图解法”分析DNA复制相关计算
(1)将含有15N的DNA分子放在含有14N的培养基中连续复制n次(如上图)，则：
①子代DNA
共2n个eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(含15N的DNA分子：2个,只含15N的DNA分子：0个,含14N的DNA分子：2n个,只含14N的DNA分子：2n－2个))
②脱氧核苷酸
链共2n＋1条eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(含15N的脱氧核苷酸链：2条,含14N的脱氧核苷酸链：2n＋1－2条))
(2)DNA分子复制过程中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，经过n次复制需要消耗该种脱氧核苷酸数为m·(2n－1)个。
②第n次复制需要该种脱氧核苷酸数为m·2n－1个。
【易错提醒】
①DNA中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，后者只包括第n次的复制。
③DNA复制计算时看清题中所给出的碱基的单位是“对”还是“个”；所问的是“DNA分子数”还是“链数”，是“含”还是“只含”。
④在真核生物中，DNA复制一般是多起点复制；在原核生物中，DNA复制一般是一个起点。无论是真核生物还是原核生物，DNA复制大多数都是双向进行的。
【典例1】早期科学家对DNA复制方式的预测如图甲所示。科学家以大肠杆菌（30min复制一代）为材料，进行相关实验，可能出现的结果如图乙所示。下列分析错误的是（ ）
A．该实验用到的实验技术是同位素标记技术，并可以追踪放射性判断DNA复制方式
B．若30min后离心现象如试管③所示，则可以排除DNA复制的方式是全保留复制
C．若60min后用解旋酶处理后再离心，同时出现①⑤两种条带，则一定不是分散复制
D．若60min后离心出现试管④的结果，则可以确定DNA复制的方式是半保留复制
知识串联2 基因的表达过程
(1)转录：

(2)翻译：
(3)原核细胞与真核细胞中的基因表达
【易错提醒】
①多聚核糖体现象：在真、原核细胞中都存在，少量mRNA就可以合成大量蛋白质，但不能缩短每条多肽链的合成时间。
②起点问题：核DNA复制一次；每个复制起点只起始一次；而在一个细胞周期中，基因可多次转录，因此转录起点可多次起始。
【典例2】如图，细菌中一个正在转录的RNA在3’端可自发形成一种茎环结构，导致RNA聚合酶出现停顿并进一步终止转录。茎环结构的后面是一串连续的碱基U，容易与模板链分离，有利于转录产物的释放。下列说法正确的是（ ）
A．图中的RNA聚合酶的移动方向是从右到左
B．转录终止的原因是遇到了茎环结构后面的终止密码子
C．图中转录结束后，mRNA将通过核孔进入细胞质指导蛋白质的合成
D．转录产物易与模板分离的原因可能是连续的碱基U与DNA模板链之间形成的氢键较少
知识串联3 遗传信息的传递过程
不同生物中心法则表达式
【典例3】下图是劳氏肉瘤病毒(逆转录病毒，携带病毒癌基因)的增殖和致癌过程，其中原病毒是病毒的遗传信息转移到DNA后插入宿主的核DNA中形成的“病毒”。相关叙述正确的是（ ）
A．劳氏肉瘤病毒在宿主细胞内形成子代的过程体现了中心法则的全过程
B．①过程中所需要的嘌呤碱基个数与③过程所需要的嘌呤碱基个数相等
C．劳氏肉瘤病毒引发的癌症可能传染，用逆转录酶抑制剂可以辅助预防
D．原病毒形成后不立即形成子代病毒颗粒、这种现象不利于病毒的生存
知识串联4 基因对性状的控制
1.直接控制途径
基因eq \(――→,\s\up7(控制))蛋白质的结构eq \(――→,\s\up7(直接控制))生物体的性状
2.间接控制途径
基因eq \(――→,\s\up7(控制))酶的合成eq \(――→,\s\up7(控制))代谢过程eq \(――→,\s\up7(间接控制))生物体的性状。
3.细胞分化
【易错提醒】
生物的性状是基因和环境共同作用的结果。基因型相同，表型可能不同，基因型不同，表型也可能相同。
【典例4】DNA甲基转移酶（DNMT）催化γ珠蛋白基因的启动子发生甲基化的过程如图所示，下列叙述正确的是（ ）
A．DNMT基因表达时，mRNA上所有密码子都能被tRNA识别
B．DNMT基因转录和翻译过程中发生碱基配对的方式完全相同
C．在DNMT的催化下，γ珠蛋白基因的碱基序列发生改变
D．γ珠蛋白在胎儿阶段的表达水平可能比出生后要高
核心整合三 基因表达的调控与表观遗传
知识串联1 表观遗传调节机制
【典例1】吸烟是导致呼吸道疾病——特发性肺纤维化（IPF）发生的因素之一。吸烟可使Wnt7a基因启动子的甲基化程度改变，导致调节因子Thy—1的合成受阻，DNMTs抑制剂（抑制甲基转移酶活性）可抑制这一过程。下列叙述错误的是（ ）
A．Wnt7a基因启动子甲基化不会改变该基因的碱基序列
B．Wnt7a基因启动子发生去甲基化可使Thy—1基因转录受阻
C．Wnt7a基因启动子的甲基化属于表观遗传，可遗传给下一代
D．适宜剂量的DNMTs抑制剂可在一定程度上缓解IPF的发生
知识串联2 真核细胞基因表达的调控
1.基因表达的转录调控
①转录增强调控：其他因素调控使相关基因转录增强，如下图中组蛋白修饰后与DNA结合紧密程度发生改变，若结合程度变小，则促进基因表达属于转录增强调控。
②转录抑制调控：其他因素调控使相关基因转录抑制。如诱导物诱导的阻遏蛋白对基因表达的调控、基因甲基化导致的基因不表达等均为转录抑制调控。
2.基因表达的转录后调控
①RNA干扰：mRNA转录后不能翻译，如图所示为miRNA导致的靶基因mRNA不翻译，进而被降解。
②蛋白质加工水平的调控：蛋白质分子的功能依赖于特定的空间结构，肽链合成后的加工与基因能否表达出特定的遗传性状密切相关，如分子伴侣调控的基因表达。
【核心归纳】
①确定四种形状(颜色)的曲线各自所代表的碱基种类；
②依次写出子链的碱基序列(方向一般给定为5′→3′)；
③按照碱基互补配对原则，写出模板序列(方向与子链相反)
【典例2】研究发现，脑源性神经营养因子（BDNF）是由两条肽链构成的蛋白质，其含量降低容易引发阿尔茨海默病等痴呆症。如图为BDNF基因的表达及调控过程，下列叙述错误的是（ ）
A．过程①碱基互补配对方式与②不完全相同，与③完全相同
B．抑制miRNA-195基因的转录，可缓解阿尔茨海默病的症状
C．miRNA-195通过抑制mRNA的翻译来调控BDNF基因的表达
D．若BDNF基因发生甲基化，其碱基序列不改变但可能引发痴呆症
题型1 人类探索遗传物质历程
1．（2024·天津·高考真题）实验中常根据菌落外表特征鉴别微生物，进而对实验结果做出判断，下列实验不是根据菌落外表特征做出判断的是（ ）
A．艾弗里证明肺炎链球菌的转化因子是DNA
B．判断分离酵母菌的固体培养基是否被毛霉污染
C．利用浸有抗生素的滤纸片筛选大肠杆菌中耐药性强的菌株
D．判断在尿素为唯一氮源的培养基上生长的尿素降解菌是否有不同种类
2．（2024·贵州·高考真题）研究结果的合理推测或推论，可促进科学实验的进一步探究。下列对研究结果的推测或推论正确的是（ ）
A．①②④B．②③⑤C．①④⑤D．②③④
【易错提醒】DNA高温解螺旋，温度降低可恢复双螺旋。
3．（2024·湖南·高考真题）我国科学家成功用噬菌体治疗方法治愈了耐药性细菌引起的顽固性尿路感染。下列叙述错误的是（ ）
A．运用噬菌体治疗时，噬菌体特异性侵染病原菌
B．宿主菌经噬菌体侵染后，基因定向突变的几率变大
C．噬菌体和细菌在自然界长期的生存斗争中协同进化
D．噬菌体繁殖消耗宿主菌的核苷酸、氨基酸和能量等
【易错提醒】基因突变是不定向的，自然选择是定向的。
4．（2024·甘肃·高考真题）科学家发现染色体主要是由蛋白质和DNA组成。关于证明蛋白质和核酸哪一种是遗传物质的系列实验，下列叙述正确的是（ ）
A．肺炎链球菌体内转化实验中，加热致死的S型菌株的DNA分子在小鼠体内可使R型活菌的相对性状从无致病性转化为有致病性
B．肺炎链球菌体外转化实验中，利用自变量控制的“加法原理”，将“S型菌DNA+DNA酶”加入R型活菌的培养基中，结果证明DNA是转化因子
C．噬菌体侵染实验中，用放射性同位素分别标记了噬菌体的蛋白质外壳和DNA，发现其DNA进入宿主细胞后，利用自身原料和酶完成自我复制
D．烟草花叶病毒实验中，以病毒颗粒的RNA和蛋白质互为对照进行侵染，结果发现自变量RNA分子可使烟草出现花叶病斑性状
5．（2024·湖北·高考真题）不同品种烟草在受到烟草花叶病毒（TMV）侵染后症状不同。研究者发现品种甲受TMV侵染后表现为无症状（非敏感型），而品种乙则表现为感病（敏感型）。甲与乙杂交，F1均为敏感型；F1与甲回交所得的子代中，敏感型与非敏感型植株之比为3∶1。对决定该性状的N基因测序发现，甲的N基因相较于乙的缺失了2个碱基对。下列叙述正确的是（ ）
A．该相对性状由一对等位基因控制
B．F1自交所得的F2中敏感型和非敏感型的植株之比为13∶3
C．发生在N基因上的2个碱基对的缺失不影响该基因表达产物的功能
D．用DNA酶处理该病毒的遗传物质，然后导入到正常乙植株中，该植株表现为感病
题型2 DNA的结构与复制综合
6．（2024·北京·高考真题）科学家证明“尼安德特人”是现代人的近亲，依据的是DNA的（ ）
A．元素组成B．核苷酸种类C．碱基序列D．空间结构
【易错提醒】DNA多样性的原因：脱氧核苷酸的排列顺序千变万化。
7．（2024·浙江·高考真题）某二倍体动物（2n=4）精原细胞DNA中的P均为32P，精原细胞在不含32P的培养液中培养，其中1个精原细胞进行一次有丝分裂和减数第一次分裂后，产生甲~丁4个细胞。这些细胞的染色体和染色单体情况如下图所示。
不考虑染色体变异的情况下，下列叙述正确的是（ ）
A．该精原细胞经历了2次DNA复制和2次着丝粒分裂
B．4个细胞均处于减数第二次分裂前期，且均含有一个染色体组
C．形成细胞乙的过程发生了同源染色体的配对和交叉互换
D．4个细胞完成分裂形成8个细胞，可能有4个细胞不含32P
8．（2024·浙江·高考真题）下列关于双链DNA分子结构的叙述，正确的是（ ）
A．磷酸与脱氧核糖交替连接构成了DNA的基本骨架
B．双链DNA中T占比越高，DNA热变性温度越高
C．两条链之间的氢键形成由DNA聚合酶催化
D．若一条链的G+C占47%，则另一条链的A+T也占47%
【易错提醒】DNA分子中G-C碱基对的比例越高结构越稳定。
9．（2024·河北·高考真题）某病毒具有蛋白质外壳，其遗传物质的碱基含量如表所示，下列叙述正确的是（ ）
A．该病毒复制合成的互补链中G＋C含量为51.2％
B．病毒的遗传物质可能会引起宿主DNA变异
C．病毒增殖需要的蛋白质在自身核糖体合成
D．病毒基因的遗传符合分离定律
10．（2024·湖北·高考真题）模拟实验是根据相似性原理，用模型来替代研究对象的实验。比如“性状分离比的模拟实验”（实验一）中用小桶甲和乙分别代表植物的雌雄生殖器官，用不同颜色的彩球代表D、d雌雄配子；“建立减数分裂中染色体变化的模型”模拟实验（实验二）中可用橡皮泥制作染色体模型，细绳代表纺锤丝；DNA分子的重组模拟实验（实验三）中可利用剪刀、订书钉和写有DNA序列的纸条等模拟DNA分子重组的过程。下列实验中模拟正确的是（ ）
A．实验一中可用绿豆和黄豆代替不同颜色的彩球分别模拟D和d配子
B．实验二中牵拉细绳使橡皮泥分开，可模拟纺锤丝牵引使着丝粒分裂
C．实验三中用订书钉将两个纸条片段连接，可模拟核苷酸之间形成磷酸二酯键
D．向实验一桶内添加代表另一对等位基因的彩球可模拟两对等位基因的自由组合
题型3 基因的表达与调控
11．（2024·天津·高考真题）环境因素可通过下图所示途径影响生物性状。有关叙述错误的是（ ）
A．①可引起DNA的碱基序列改变
B．②可调节③水平的高低
C．②引起的变异不能为生物进化提供原材料
D．④可引起蛋白质结构或功能的改变
【易错提醒】可遗传变异，能为生物进化提供原材料。
12．（2024·福建·高考真题）人肠道细胞中载脂蛋白B基因转录后，其mRNA上特定位置的碱基C在相关酶的作用下转变为碱基U，造成该位置相应的密码子变为终止密码子UAA，该终止密码子对应的DNA模板链序列为（ ）
A．5'-TTG-3'B．5'-ATT-3'C．5'-GTT-3'D．5'-TTA-3'
13．（2024·江苏·高考真题）治疗恶性黑色素瘤的药物DIC是一种嘌呤类生物合成的前体，能干扰嘌呤的合成。下列相关叙述错误的是（ ）
A．嘌呤是细胞合成DNA和RNA的原料
B．DIC可抑制细胞增殖使其停滞在细胞分裂间期
C．细胞中蛋白质的合成不会受DIC的影响
D．采用靶向输送DIC可降低对患者的副作用
14．（2024·重庆·高考真题）某种海鱼鳃细胞的NKA酶是一种载体蛋白，负责将细胞内的Na+转运到血液中，为研究NKA与Na+浓度的关系，研究小组将若干海鱼放在低于海水盐度的盐水中，按时间点分组取样检测，部分结果见下表。结合数据分析，下列叙述错误的是（ ）
A．NKAmRNA和蛋白质表达趋势不一致是NKA基因中甲基化导致的
B．本实验中时间变化不是影响NKA基因转录变化的直接因素
C．NKA酶在维持海鱼鳃细胞内渗透压平衡时需要直接消耗ATP
D．与0h组相比，表中其他时间点的海鱼红细胞体积会增大
15．（2024·贵州·高考真题）如图是某基因编码区部分碱基序列，在体内其指导合成肽链的氨基酸序列为：甲硫氨酸-组氨酸-脯氨酸-赖氨酸……下列叙述正确的是（ ）
注：AUG（起始密码子）：甲硫氨酸 CAU、CAC：组氨酸 CCU：脯氨酸 AAG：赖氨酸 UCC：丝氨酸 UAA（终止密码子）
A．①链是转录的模板链，其左侧是5'端，右侧是3'端
B．若在①链5～6号碱基间插入一个碱基G，合成的肽链变长
C．若在①链1号碱基前插入一个碱基G，合成的肽链不变
D．碱基序列不同的mRNA翻译得到的肽链不可能相同
16．（2024·湖南·高考真题）非酒精性脂肪性肝病是以肝细胞的脂肪变性和异常贮积为病理特征的慢性肝病。葡萄糖在肝脏中以糖原和甘油三酯两种方式储存。蛋白R1在高尔基体膜上先后经S1和S2蛋白水解酶酶切后被激活，进而启动脂肪酸合成基因（核基因）的转录。糖原合成的中间代谢产物UDPG能够通过膜转运蛋白F5进入高尔基体内，抑制S1蛋白水解酶的活性，调控机制如图所示。下列叙述错误的是（ ）
A．体内多余的葡萄糖在肝细胞中优先转化为糖原，糖原饱和后转向脂肪酸合成
B．敲除F5蛋白的编码基因会增加非酒精性脂肪肝的发生率
C．降低高尔基体内UDPG量或S2蛋白失活会诱发非酒精性脂肪性肝病
D．激活后的R1通过核孔进入细胞核，启动脂肪酸合成基因的转录

预测1 围绕遗传物质的探索过程考查科学探究的能力
1．2024年1月巴西亚马逊州爆发了奥罗普切热疫情，该病是由奥罗普切病毒引起的。为探究此病毒遗传物质的类型，研究人员做了以下实验：①在分别含有标记的T和U培养液甲和乙中培养宿主细胞，再用上述宿主细胞培养该病毒，检测两试管子代病毒的放射性；②取等量病毒提取物分别加入DNA酶和RNA酶处理，再加入有宿主细胞的培养皿丙和丁中，一段时间后检测是否存在该病毒。下列对实验的分析，正确的是（ ）
A．分别用含标记T和U的培养液培养该病毒也能判断遗传物质种类
B．将实验①中用标记T和U换成用标记，仍能确定遗传物质种类
C．实验②中分别加入DNA酶和RNA酶，体现自变量控制中的加法原理
D．若丙组存在病毒，丁组不存在病毒，说明DNA是病毒的主要遗传物质
2．某兴趣小组在学习了DNA是主要的遗传物质相关知识后，模仿赫尔希和蔡斯的实验思路进行了如图所示的实验，已知噬菌体大约繁殖了6代。下列对子代噬菌体的分析，正确的是（ ）
A．部分含有3H、32P和35S
B．部分含有32P和35S，全都含有3H
C．全都含有32P和3H，全都不含35S
D．全都含有3H，部分含有32P，全都不含35S
3．在格里菲思的肺炎链球菌转化实验中，第四组实验（将R型活细菌与加热致死的S型细菌混合后注入小鼠体内）中的小鼠体内S型细菌、R型细菌含量的变化情况如图所示。下列叙述错误的是（ ）
A．R型细菌与S型细菌致病性不同的根本原因是两者的遗传物质不同
B．ab段期间，小鼠启动了免疫防御功能，致使R型细菌含量减少
C．bc段期间，R型细菌大量繁殖的原因最可能是S型细菌降低了小鼠的免疫力
D．后期出现的大量S型细菌是由R型细菌大量转化而成的
4．“DNA是主要的遗传物质”是由多位科学家经过长期研究得出的结论。下列关于DNA的叙述正确的是（ ）
A．格里菲思的肺炎链球菌转化实验证明了“转化因子”是DNA
B．艾弗里在证明DNA是遗传物质的实验中，自变量的控制利用了“减法原理”
C．噬菌体浸染细菌的实验中，也可用14C和15N分别对蛋白质和DNA进行标记
D．不同种生物的DNA分子杂交形成的杂合双链区越多，说明两种生物的亲缘关系越远
5．研究人员用肺炎链球菌进行如下两组实验，对应结果1和结果2。下列叙述正确的是（ ）
A．①处理为将S型菌置于蒸馏水中吸水涨破
B．结果1中大部分为S型菌，少部分为R型菌
C．该实验证明肺炎链球菌的遗传物质主要是DNA
D．结果2中固体培养基上全部是粗糙型菌落
预测2 借助DNA复制过程考查科学思维能力
6．真核生物线粒体基质内的DNA是双链闭合环状分子，外环为H链，内环为L链。大体过程为：先以L链为模板，合成一段RNA引物，然后在酶的作用下合成新的H链片段，当H链合成2/3时，新的L链开始合成，如图所示。下列关于线粒体DNA的叙述，正确的是（ ）
A．DNA内外环的复制是不同步的，但子链都是从3'端向5'端延伸
B．DNA分子中的磷酸二酯键数目与脱氧核苷酸数及合成时脱水数相等
C．推测DNA复制时需要RNA聚合酶、DNA聚合酶和DNA连接酶等
D．用15N只标记亲代DNA，复制n次后含14N/15N的DNA占总数的1/2n
7．早期科学家对DNA复制方式的预测如图甲所示。科学家以大肠杆菌（30min复制一代）为材料，进行相关实验，可能出现的结果如图乙所示。下列分析错误的是（ ）
A．该实验用到的实验技术是同位素标记技术，并可以追踪放射性判断DNA复制方式
B．若30min后离心现象如试管③所示，则可以排除DNA复制的方式是全保留复制
C．若60min后用解旋酶处理后再离心，同时出现①⑤两种条带，则一定不是分散复制
D．若60min后离心出现试管④的结果，则可以确定DNA复制的方式是半保留复制
8．DNA在复制时解开的链若不及时复制，容易发生小区域碱基互补配对，形成“发夹”结构。这种“发夹”结构在单链结合蛋白的作用下会消失，使DNA复制能正常进行，相关过程如图所示。下列叙述错误的是（ ）
A．图中DNA聚合酶的移动方向是从左到右
B．单链结合蛋白发挥作用时存在氢键的断裂
C．不同“发夹”结构中嘌呤碱基的占比不同
D．图示DNA复制中存在两种核酸蛋白复合物
9．DNA复制时两条子链的合成方式存在一定差异，其中一条新链可以连续合成，这条链称为前导链，而另一条不能连续合成的新链称为滞后链，具体过程如下图所示。下列相关叙述错误的是（ ）
A．滞后链和前导链的合成方向都为5'→3'
B．前导链连续复制时需要酶①解旋酶、酶②DNA聚合酶
C．合成RNA引物与合成冈崎片段的碱基互补配对方式完全相同
D．DNA聚合酶和DNA连接酶均催化磷酸二酯键形成
10．羟胺是一种化学诱变剂，可使胞嘧啶转化为羟化胞嘧啶而与腺嘌呤配对。某二倍体动物的一个精原细胞中，某个E基因中的一个胞嘧啶碱基发生了羟化（含羟化胞嘧啶的E基因为E′基因）。下列叙述正确的是（ ）
A．与E基因相比，E′基因中嘧啶数和氢键数均减少
B．E′基因在DNA复制过程中不遵循碱基互补配对原则
C．若该精原细胞进行减数分裂，则减数分裂Ⅱ的中期细胞均含1个E′基因
D．若该精原细胞进行三次有丝分裂，则E基因中C/G被A/T替换的子细胞占3/8
预测3 利用基因表达与表观遗传考查科学思维能力
11．2024年诺贝尔生理学或医学奖授予两位科学家，以表彰他们发现了微RNA（miRNA）及其在转录后基因调控中的作用，下图表示线虫细胞中微RNA（lin-4）调控基因lin-14表达的相关作用机制。下列相关说法错误的是（ ）
A．lin-4基因转录后形成lin-4miRNA的过程中，经过了单链→双链→单链的变化
B．lin-4miRNA与靶mRNA结合，通过抑制转录过程进而使lin-14基因沉默
C．图中B过程，多个核糖体结合在一条mRNA上，可以提高蛋白质合成效率
D．由于miRNA的调控作用，导致线虫表型发生可遗传变化的现象，属于表观遗传
12．提高番茄中果糖的含量有助于增加果实甜度，我国科学家发现催化果糖生成的关键酶SUS3的稳定性受磷酸化的CDPK27蛋白调控，在小果番茄CDPK27基因的启动子区存在特定序列，可被RAV1蛋白结合而影响该基因表达。CDPK27基因与决定番茄果实大小的基因（Fw/fw）高度连锁，不易交换。作用机制如图。下列叙述正确的是（ ）
A．RAV1结合CDPK27基因编码起始密码子的序列从而抑制该基因表达
B．高表达CDPK27基因植株中的SUS3蛋白更稳定，番茄果实甜度低
C．通过编辑CDPK27基因去除其编码蛋白的特定磷酸化位点可增加大果甜度
D．大果番茄与小果番茄杂交易通过基因重组获得大而甜的番茄果实
13．脑源性神经生长因子（BDNF）是一种神经营养蛋白，对神经元的存活分化起到非常重要的作用。研究表明，抑郁症患者的血液中BDNF水平比正常人低，如图表示BDNF基因的表达及调控过程。下列叙述错误的是（ ）
A．甲过程RNA聚合酶催化mRNA从3'→5'方向合成
B．抑制miRNA-195基因的转录，可以缓解抑郁症患者的症状
C．BDNF基因启动子的基本单位是脱氧核糖核苷酸
D．丙过程和乙过程的碱基配对方式相同
14．人在衰老过程中某些性状会发生改变，为寻找衰老的原因，科研人员对染色质开展了相关研究（如图）。DNA甲基化会抑制转录并引发更紧密的染色质结构的形成。染色质上的修复蛋白因子可修复受损DNA，研究发现，已修复的DNA未发生碱基序列的改变。下列叙述正确的是（ ）
A．个体衰老与紧密连接蛋白增加有关B．DNA甲基化会使基因碱基序列发生改变
C．衰老染色质结构松散不利于基因表达D．细胞衰老可通过细胞的形态结构检测
15．tRNA能与相应的氨基酸结合，并将氨基酸转运到核糖体参与多肽链的合成。下列叙述正确的是（ ）
A．氨基酸与tRNA上的3'端特异性结合后被运输到核糖体
B．核糖体与mRNA的结合部位具有3个与tRNA结合的位点
C．1种tRNA能识别运输多种氨基酸，1种氨基酸只被1种tRNA识别
D．当tRNA与mRNA上的终止密码子碱基配对后，多肽链合成立即终止
情境1：基因沉默
研究发现，组蛋白(染色体的基本组成单位)上某些位点的氨基酸残基发生修饰，如甲基化、乙酰化或磷酸化等，能招募特定种类的蛋白质与之结合，决定特定基因的表达是打开还是关闭，从而使亲子代均表现出一定的表型。根据上述发现，研究人员得出了“组蛋白修饰是表观遗传的重要机制”的结论。启动子是位于基因上游的一段有特殊序列的DNA片段，当其被RNA聚合酶识别和结合后能驱动基因转录。某些组蛋白去乙酰化会引起启动子序列中的DNA发生甲基化，从而导致“基因沉默”。。
典例赏析：miRNA是一类广泛存在于真核细胞中的微小RNA。该RNA的前体经剪接加工最终与其他蛋白质形成沉默复合物，该复合物可通过与靶基因的mRNA结合来介导mRNA的降解，从而调控生物性状。下列分析正确的是( )
A．miRNA基因的表达过程包括转录和翻译两个阶段
B．原核细胞不存在RNA剪接过程，因而不存在RNA-蛋白质复合物
C．miRNA含有的碱基越多，其沉默复合物作用的靶基因的种类越少
D．沉默复合物将基因沉默的原理是通过碱基互补配对抑制靶基因的转录
情境2：转录水平的调控
以大肠杆菌中某结构基因的表达为例。无诱导物存在时：阻遏蛋白与操纵基因结合阻止了RNA聚合酶与启动子(P)的结合，使得结构基因不能正常转录(如图1)；有诱导物(乳糖)存在时：诱导物与阻遏蛋白结合，使阻遏蛋白结构改变，不能与操纵基因结合，则RNA聚合酶结合到启动子(P)上并启动结构基因的表达(如图2)。
典例赏析：用鸡卵清蛋白成熟的mRNA与鸡卵清蛋白基因的DNA单链杂交，结果如图所示。对于造成此结果的原因，下列分析最合理的是( )
A．图中的DNA单链内部存在碱基互补配对
B．图中的DNA单链不是鸡卵清蛋白mRNA的模板链
C．鸡卵清蛋白基因的转录过程是不连续、跳跃式的
D．鸡卵清蛋白mRNA成熟前需要经过剪切加工
情境3：转翻译水平的调控
RNA干扰是有效沉默或抑制目标基因表达的过程，指内源性或外源性双链RNA(dsRNA)介导的细胞内mRNA发生特异性降解，从而导致靶基因的表达沉默，产生相应的功能表型缺失的现象。
典例赏析：下图表示大肠杆菌色氨酸合成过程中基因的转录调节机制，其中阻遏蛋白是由远离色氨酸操纵子的调节基因(trpR)编码的一种蛋白质。下列叙述正确的是( )
A．trpR与色氨酸操纵子可能位于同一条染色体上
B．RNA聚合酶与色氨酸操纵子识别结合的过程遵循碱基互补配对原则
C．图中调节机制体现了微生物在利用环境资源和对生存环境适应的灵活性
D．色氨酸是色氨酸操纵子经过转录、翻译后的直接产物
核心考点
考试频次
考题统计
考情分析
探索遗传物质的相关实验
3年6次
（2024 甘肃卷）噬菌体侵染细菌实验
（2023 天津卷）科学探究方法综合
（2022 海南卷）噬菌体侵染细菌实验
该部分内容选择题和非选择题形式都可能出现，常以遗传物质探究历程来分析实验结果，此部分的重点是中心法则，考察内容涉及DNA的结构、DNA作为遗传物质的证据、DNA复制、转录和翻译的过程及其特点。
本专题内容着重考查DNA分子的结构。复制和基因表达的过程，结合选择性必修3基因工程部分考查较多。表观遗传是考查热点，不可忽视。
DNA的分子结构与复制
3年16次
（2024 北京卷）DNA的分子结构和特点
（2024 河北卷）DNA分子中的碱基计算
（2024 浙江卷）有丝分裂与DNA复制
（2024 辽宁卷）DNA分子复制的过程
遗传信息的表达与调控
3年45次
（2024 安徽卷）遗传信息的转录
（2024 广东卷）基因表达综合
（2024 河北卷）DNA的复制和转录
（2024 湖北卷）转录和翻译
（2024 吉林卷）表观遗传
（2024 浙江卷）表观遗传
情境设计
借助基因沉默、基因转录水平和翻译水平的调控，考查基因表达的过程及具体调控方式，体现了科学思维的核心素养。
备考要点
人类探索遗传物质历程
DNA的结构与复制综合
基因的表达与调控
第一次标记
分别用含35S和32P的培养基培养大肠杆菌，目的是获得带有标记的大肠杆菌
第二次标记
分别用含35S和32P的大肠杆菌培养T2噬菌体，目的是使噬菌体带上放射性标记
数量关系
每个DNA分子片段中，游离的磷酸基团有2个
A—T之间有两个氢键，G—C之间有三个氢键
脱氧核糖数＝磷酸数＝含氮碱基数
位置关系
单链中相邻碱基：通过—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—连接
互补链中相邻碱基：通过氢键相连
化学键
氢键：连接互补链中相邻碱基的化学键
磷酸二酯键：连接单链中相邻两个脱氧核苷酸的化学键
生物种类
举例
遗传信息的传递过程
DNA病毒
T2噬菌体
RNA病毒
烟草花叶病毒
逆转录病毒
艾滋病病毒
细胞生物
动物、植物、细菌、真菌等
DNA修饰
DNA甲基化是目前研究较充分的表观遗传修饰形式(如下图)。DNA甲基化可在空间上阻碍RNA聚合酶与DNA的结合
组蛋白修饰
常见的表观遗传修饰包括甲基化、乙酰化、磷酸化、泛素化、糖基化等。组蛋白的表观遗传修饰会导致染色体结构改变，导致基因不能表达(基因沉默)或高表达(如图)。
序号
研究结果
推测成推论
①
水分子通过细胞膜的速率高于人工膜
细胞膜存在特殊的水分子通道
②
人成熟红细胞脂质单分子层面积为表面积的2倍
细胞膜的磷脂分子为两层
③
注射加热致死的S型肺炎链球菌，小鼠不死亡
S型肺炎链球菌的DNA被破坏
④
DNA双螺旋结构
半保留复制
⑤
单侧光照射，胚芽鞘向光弯曲生长
胚芽鞘尖端产生生长素
碱基种类
A
C
G
T
U
含量（％）
31.2
20.8
28.0
0
20.0
时间（h）
Na+浓度（单位略）
NKA表达（相对值）
NKA酶的相对活性
血液
鳃细胞
mRNA
蛋白质
0
320
15
1.0
1.0
1.0
0.5
290
15
1.5
1.0
0.8
3
220
15
0.6
1.0
0.6
6
180
15
0.4
0.4
0.4
12
180
15
0.2
0.2
0.4