高三生物一轮复习导学案基因的本质

第三章 基因的本质 复习课

复习目标：

1.掌握肺炎链球菌体内和体外转化实验的过程和结论，噬菌体侵染细菌实验的方法、过程及结果的分析。理解“DNA是主要的遗传物质”的内涵和理由。

2.   简述DNA双螺旋结构模型的构建过程；熟练背诵DNA双螺旋结构的主要特点；熟练解答出DNA中碱基互补配对原则的有关计算题目。
3.   了解沃森和克里克对DNA分子复制方式的早期推测及DNA半保留复制的实验证据；阐明DNA分子复制的条件、过程和特点。
4.   举例说明基因是有遗传效应的DNA片段；说出DNA分子的多样性和特异性。

复习重点：

1.   掌握肺炎链球菌体内和体外转化实验的过程和结论。掌握噬菌体侵染细菌实验的方法、过程及结果的分析。
2.   熟练背诵DNA双螺旋结构的主要特点；阐明DNA分子复制的条件、过程和特点。

复习难点：

1.   掌握噬菌体侵染细菌实验的方法、过程及结果的分析。
2.   熟练解答出DNA中碱基互补配对原则的有关计算题目。
3.   阐明DNA分子复制的条件、过程和特点。

知识梳理案

第一节 DNA是主要的遗传物质

一、肺炎链球菌的转化实验

1.格里菲思实验(肺炎链球菌体内转化实验)

(1)两种肺炎链球菌比较

(2)实验过程及现象

①R型活细菌小鼠体内小鼠不死亡

②S型活细菌小鼠体内小鼠死亡,小鼠体内有分离出S型活细菌

③加热杀死的S型细菌小鼠体内小鼠不死亡

④将R型活细菌与加热杀死的S型细菌小鼠体内小鼠死亡，小鼠体内

分离出S型活细菌

(3)结论：加热杀死的S型细菌中，含有某种转化因子。

2.艾弗里的实验(肺炎链球菌体外转化实验)

（1）实验过程及现象:

第一组：R型细菌的培养基+S型细菌的细胞提取物      培养基含R型细菌和S型细菌。

第二-四组：有R型细菌的培养基+S型细菌的细胞提取物（加蛋白酶或RNA酶或酯酶）         培养基含R型细菌和S型细菌。

第五组：有R型细菌的培养基+S型细菌的细胞提取物（加DNA酶）       培养基只含 R型细菌。

实验结论: DNA是使R型细菌产生稳定的遗传变化的物质，蛋白质等不是。

科学方法：自变量控制中的“加法原理”和“减法原理”

二、噬菌体侵染细菌的实验——蔡斯、赫尔希

T2噬菌体是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒,它的头部和尾部的外壳都是由蛋白质构成的，头部含有DNA。T2噬菌体侵染大肠杆菌后，就会在自身遗传物质的作用下，利用大肠杆菌体内的物质来合成自身的组成成分，进行大量增殖。当噬菌体增殖到一定数量后,大肠杆菌裂解，释放出子代噬菌体。

1.实验方法： 放射性同位素标记技术

2.实验过程：

①标记细菌

大肠杆菌＋含 35S 的培养基→含 35S 的大肠杆菌

大肠杆菌＋含 32P 的培养基→含32P 的大肠杆菌

②标记噬菌体

噬菌体＋含 35S 的大肠杆菌→含 35S 的噬菌体

噬菌体＋含 32P 的大肠杆菌→含32P 的噬菌体

③噬菌体侵染 未标记的大肠杆菌，保温一段时间后搅拌离心，检测上清液和沉淀物的放射性。

搅拌的目的是：使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离。

离心的目的是：让上清液中析出质量较轻的T2噬菌体颗粒，而离心管的沉淀物中留下被侵染的大肠杆菌。

注：该实验是自身对照，即试管中上清液和沉淀物放射性高低对照。

（4）实验结果：

含35S的噬菌体+大肠杆菌      上清液放射性高，沉淀物放射性低。

含32P的噬菌体+大肠杆菌   上清液放射性低，沉淀物放射性高。

（5）实验结论：DNA是遗传物质。（注意：该实验没有证明蛋白质不是遗传物质）

3.实验误差分析

用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌,上清液中有少量放射性，原因是：保温时间过短或过长。

用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌，沉淀物中也有少量放射性，原因是：搅拌不充分。

4.   某研究人员模拟赫尔希和蔡斯关于噬菌体侵染细菌的实验，进行了以下 4 个实验：

①用32P 标记的噬菌体侵染未标记的细菌；

②用未标记的噬菌体侵染 35S 标记的细菌；

③用 15N 标记的噬菌体侵染未标记的细菌；

④用未标记的噬菌体侵染 3H 标记的细菌。

以上 4 个实验，短保温时间后离心，检测到放射性的主要部分分别是沉淀物中、沉淀物中、上清液和沉淀物中、沉淀物中。

5.比较肺炎双球菌体外转化实验和噬菌体侵染细菌实验

6.某些病毒的RNA是遗传物质（烟草花叶病毒、HIV、新冠病毒）

烟草花叶病毒：无细胞结构,由RNA和蛋白质 外壳组成。

（1）  实验过程

结论：RNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质。

7.   因为绝大多数生物的遗传物质是DNA，所以说DNA是主要的遗传物质。
8.   生物体内核酸种类、遗传物质类型及实例

第二节  DNA分子的结构

1.DNA双螺旋结构模型的构建

（1）构建者：沃森和克里克。

（2）构建依据和模型

依据1： DNA分子是以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的长链,这4种脱氧核苷酸分别含有A、T、C、G 四种碱基。

依据2：据威尔金斯和富兰克林的DNA衍射图谱→沃森和克里克推算出DNA分子呈螺旋结构。

→模型1：碱基位于螺旋外部的双螺旋和三螺旋结构模型。

→模型2：磷酸-脱氧核苷酸为骨架安排在螺旋外部,碱基安排在螺旋内部的双链螺旋，相同碱基进行配对。

依据3：査可夫提供信息：腺嘌呤（A）的量总是等于胸腺嘧啶（T）的量，鸟嘌呤（G）的量总是等于胞嘧啶（C）的量。

→模型3： A与T配对，G与C配对的双螺旋结构模型。结果发现：A-T碱基对与G—C碱基对具有相同的形状和直径, 能够解释A、T、G、C的数量关系，也能解释DNA 的复制。

2.DNA分子的结构

（1）组成元素：C、H、0、N、P。

（2）组成单位：脱氧（核糖）核苷酸。

（3）立体结构一——规则的双螺旋结构，DNA的双螺旋结构特点：

①DNA是由两条链组成的，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。

②DNA中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架;

碱基排列在内侧。

③两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，并且碱基配对具有一定的规律:A一定与T配对; C  一定与G配对。碱基之间的这种一一对应的关系，叫作碱基互补配对原则。

3.DNA中有关碱基数量的计算

碱基互补配对原则：A与T，G与C配对，则两个互补的碱基数量相等：A=T，G=C

（1）规律1：一个DNA双链中，“嘌呤碱基总数=嘧啶碱基总数”或“任意两个不互补碱基之和恒等于碱基总数的50%”。即A+G=T+C=A+C=T+G

（2）规律2：DNA双链中，A+T或G+C在全部碱基中所占的比例等于其任意一条单链中A+T或C+G所占比例。即(A1+T1）%= (A2+T2）%=(A+T)%；(G1+C1)%=(G2+C2)%=(G+C)%

（3）规律3：每条单链及双链中，互补碱基和之比均相等。即A1+T1/G1+C1=A2+T2/G2+C2=A+T/G+C

（4）规律4：两条单链的不互补碱基和之比互为倒数。若A1+G1/T1+C1=m 则A2+G2/T2+C2=1/m

第三节  DNA复制

1.DNA复制的过程

（1）概念：以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。

（2）时期：在细胞分裂间期，随着染色体的复制而完成的 。

注：间期复制形成的两个相同的 DNA 分子位于染色体的一对姐妹染色单体上；在有丝分裂后期或减Ⅱ后期着丝粒断裂时分开，分别随机进入两个子细胞中。

场所：细胞核(主要)、线粒体、叶绿体。

（3）DNA复制需要的基本条件：

①模板：DNA两条链              ②酶：解旋酶、DNA聚合酶

③原料：游离的4种脱氧核苷酸    ④能量：ATP 。

（4）特点：①半保留复制； ②边解旋边复制 。

（5）过程：

①解旋：在细胞提供的能量的驱动下，解旋酶将DNA双螺旋的两条链解开，这个过程叫作解旋。

②复制：DNA聚合酶等以解开的每一条母链为模板，以细胞中游离的4种脱氧核苷酸为原料，按碱基互补配对原则，各自合成与母链互补的一条子链。

③延伸及重新螺旋：随着模板链解旋过程的进行,新合成的子链不断延伸，同时，每条新合成的子链与对应的母链盘绕为双螺旋结构。

④结果：复制结束后，一个DNA分子就形成了两个完全相同的DNA分子。新复制的两个子代DNA分子通过细胞分裂分配到子细胞中。

2.DNA复制的意义

将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞，从而保持了遗传信息的连续性。

3.准确复制的原因

①DNA分子独特的双螺旋结构为复制提供了精确的模板。

②通过碱基互补配对原则保证了复制准确无误地进行。

4.DNA分子复制的有关计算：

DNA 的复制方式为半保留复制，将含有一个 15N 的 DNA分子放在含 14N 的环境中复制 n 次，则：

(1)子代 DNA 数为 2n个，其中：

含 15N 的 DNA 分子数： 2  个；  只含 15N 的 DNA 分子数：0个；

含 14N 的 DNA 分子数： 2n个；   只含 14N 的 DNA 分子数： 2n-2 个。

(2)DNA 单链数为 2n+1条，其中：

含 15N 的 DNA 单链数为： 2  条；  含 14N 的 DNA 单链数为： 2n+1-2 条；

（3）亲代 DNA 中含某碱基(脱氧核苷酸)m 个，则：

复制 n 次，需消耗该脱氧核苷酸m（2n-1 ）个；

第 n 次复制，需消耗该脱氧核苷酸 m （2n-1） 个；

第四节 基因通常是有遗传效应的DNA片段

1.一个DNA分子上有多个基因,每个基因都是特定的DNA片段,有着特定的遗传效应。 

2．DNA片段中的遗传信息蕴藏在4种碱基的排列顺序中，碱基 排列顺序千变万化 ,构成了DNA分子的多样性，而碱基的特定的 排列顺序,又构成了每个DNA分子的特异性；DNA的多样性和特异性是生物体 多样性和特异性 的物质基础。基因通常是有 遗传效应的DNA片段。

有些病毒的遗传物质是 RNA，对这类病毒而言，基因就是有遗传效应的RNA片段。

注意：一个DNA分子中由n对碱基组成，则碱基排列顺序4n 种，排列遗传信息的种类最多有4n 种。

知识巩固案

考点1：肺炎双球菌的转化实验

【例1】人们发现，肺炎双球菌的R型和S型均存在1和2两种类型，其中R1能自然突变成S1,R2能自然突变成S2，其他类型闻均不能自然突变，若要证促使R型转化为S型的因子来自S型的菌落，下列实验设计应选择的组合是（       ）

①R1型菌落②R2型菌落③S1型菌落④S2型菌落⑤加入加热杀死的S1菌⑥加入加热杀死的S2菌⑦检测是否出现S1⑧检测是否出现S2

A．①⑤⑧ B．②⑤⑧ C．②⑤⑦ D．①⑥⑦

【例2】如图所示，肺炎双球菌转化实验中，在培养有R型细菌的A、B、C、D四支试管中，一次分别加入从S型细菌中提取的DNA、DNA和DNA酶、蛋白质、多糖，经过培养，检查结果发现有R型细菌转化的是（       ）

A． B． C． D．

考点2：噬菌体侵染细菌实验

【例1】如果用3H、15N、35S标记噬菌体后，让其侵染细菌（无放射性），下列分析正确的是（　　）

A．只有噬菌体的蛋白质被标记了，DNA没有被标记

B．子代噬菌体的外壳中可检测到3H、15N、35S

C．子代噬菌体的DNA分子中可检测到3H、15N

D．子代噬菌体的DNA分子中部分含有3H、15N、35S

【例2】在“噬菌体侵染细菌”和“肺炎双球菌转化”实验中，科学家运用科学的思维和方法对遗传物质究竟是什么进行了成功的探索，下列相关叙述正确的是（　　）

A．两个实验都能证明DNA是主要的遗传物质

B．“噬菌体侵染细菌”实验中，为了将DNA和蛋白质区别开，分别用32P和35S进行标记

C．“噬菌体侵染细菌”实验中，对噬菌体作35S标记时，向培养噬菌体的培养基中加入35S即可

D．“肺炎双球菌转化”实验中，R型活细菌和S型菌的DNA混合，R型活细菌都转化成了S型活细菌

考点3：DNA分子的结构

【例1】下列有关核DNA结构的叙述，错误的是（       ）

A．脱氧核糖和磷酸交替排列构成DNA分子的基本骨架

B．DNA分子中C和G所占比例越大，结构越稳定

C．组成DNA的碱基排列在内侧，互补链间的碱基配对有一定的规律性

D．双链DNA分子中，若一条链的G：T=1：2，则另一条链的C：A=2：1

【例2】下图为核苷酸链的结构示意图，下列叙述正确的是（       ）

A．图中的a和b都能构成一个完整核苷酸

B．DNA比RNA稳定，细胞生物都是以DNA为遗传物质的

C．在一条核苷酸链中各核苷酸之间是通过③肽键连接起来的

D．若该链为核糖核苷酸链，从碱基组成上看，图中缺少的碱基是T

考点4：与DNA分子的结构有关的计算

【例1】 在一个双链DNA分子中，其中一条链上的（ A + T）/（ G + C）=a,则另一条链上以及整个双链DNA中上述比例分别是（       ）

A．a和a B．1/a和1．0 C．a和1．0 D．a和1-a

【例2】若双链DNA分子的一条链中A：T：C：G=2：2：3：3，则另一条互补链中相应的碱基比例是（       ）

A．1：2：3：4 B．2：2：3：3 C．2：1：4：3 D．3：3：2：2

【例3】甲生物遗传物质的碱基组成为：嘌呤占46%、嘧啶占54%，乙生物核酸的碱基组成为：嘌呤占34%、嘧啶占66%，则甲、乙生物可能是（       ）

A．新冠病毒、乳酸菌 B．T2噬菌体、玉米

C．硝化细菌、绵羊 D．发菜、变形虫

考点5：DNA分子的复制

【例1】下列关于DNA复制的叙述，错误的是（       ）

A．DNA复制时，在DNA聚合酶的作用下双螺旋被解开

B．经半保留复制得到的DNA分子中(A+C)/(G+T)=1

C．细胞中存在DNA分子的部位一般都可进行DNA复制

D．1个DNA分子复制n次后，含亲代DNA链的子代DNA分子有2个

【例2】“探究DNA的复制过程”实验中，科学家设计了以NH4Cl为氮源培养大肠杆菌的同位素示踪实验，下列叙述错误的是（       ）

A．可先将大肠杆菌放入以15NH4Cl为唯一氮源的培养液中培养

B．15N -15N-DNA、15N-14N-DNA、14N-14N-DNA的密度各不相同

C．可对每一代大肠杆菌直接做密度梯度离心，无需破碎细胞处理

D．分析子一代与子二代的离心结果可得出DNA分子的复制方式

考点6：分析DNA复制相关计算

【例1】某DNA分子片段含有100个碱基对，其中一条链的A和T占本条链碱基总数的40％，互补链中G与T分别占该链碱基总数的22％和18％。如果该DNA片段连续复制2次，则需要游离的胞嘧啶脱氧核糖核苷酸的数量为

A．114个 B．180个 C．240个 D．270个

【例2】含100个碱基对的一个DNA分子片段，其中一条链的A+T占40%，它的互补链中G与T分别占22%和18%，若连续复制2次，则需游离的胞啶脱氧核糖核苷酸数量为（       ）

A．240个 B．180个 C．14个 D．90个

考点7：染色体、DNA、基因和脱氧核苷酸的关系

【例1】下列有关染色体、DNA、基因、脱氧核苷酸的说法，错误的是（       ）

A．染色体是DNA的主要载体，一条染色体上含有1个或2个DNA分子

B．在DNA分子结构中，与脱氧核糖直接相连的一般是一个磷酸基团和一个碱基

C．一个基因含有许多个脱氧核苷酸，基因的特异性是由脱氧核苷酸的排列顺序决定的

D．基因通常是具有遗传效应的DNA片段，对RNA病毒而言，基因是有遗传效应的RNA片段

【例2】下列有关DNA的说法正确的是（       ）

A．每个DNA分子不仅具有多样性，还具有特异性

B．大肠杆菌的DNA中每个脱氧核糖连接一个或两个磷酸基团

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．DNA的双螺旋结构和碱基互补配对有利于DNA的准确复制

考点8：非选择题综合训练

【例1】下图是DNA分子结构模式图，请据图回答下列问题：

（1）写出4、5、6的名称。

4． ____________________      5． ____________________              6． ___________________

（2）DNA分子两条链上的碱基通过[       ] __________连接起来。

（3）[       ] __________属于DNA的基本组成单位。

（4）由于[       ] __________具有多种不同的排列顺序，因而构成了DNA的多样性。

（5）DNA在细胞内的空间构型为__________，它最初是由____________________提出的。

（6）把此DNA放在含有15N原料的培养液中复制2代，子代DNA中只有一条单链含有15N的DNA分子占__________。

（7）若此DNA要进行复制，场所一般在__________内。

【例2】将亲代DNA用15N标记，放在含有14N的培养基上培养，下图是DNA复制图解，请据图回答问题：

（1）图中长方形A表示_____，图中的箭头B表示_____，

图中体现了DNA复制的特点____________

（2）DNA复制完一次后，2个子代DNA分子共有_____个 游离的磷酸基团，分析得知，新合成的DNA分子中，A＝T，G＝C。这个事实说明DNA的合成遵循__________________。新合成的DNA分子中，带有15N标记的链约占总链数的50%，这个事实说明________________________________________________。

（3）15N标记的DNA分子，复制四次后含14N的DNA分子占DNA分子总数的________，若该DNA分子共有300个碱基对，其中胞嘧啶为260个，则第四次复制时，消耗的腺嘌呤脱氧核苷酸为_______个。