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高中生物人教版 (2019)必修2《遗传与进化》第2节 DNA的结构优秀学案设计
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这是一份高中生物人教版 (2019)必修2《遗传与进化》第2节 DNA的结构优秀学案设计，共12页。
一、DNA双螺旋结构模型的构建
1．构建者：美国生物学家沃森和英国物理学家克里克。
2．过程
任务一：DNA双螺旋结构模型的构建
1．DNA的两条单链由碱基连接而成还是由“脱氧核糖—磷酸”的基本骨架连接而成？请结合以下资料，判断模型1、2中哪一个是科学的？
资料一 嘌呤和嘧啶碱基具有疏水性，脱氧核糖和磷酸具有亲水性。
请判断：在科学的模型下画“√”，反之画“×”。
2．两条链中的碱基排列在内侧，是相同的碱基两两相连吗？请结合以下资料进行分析：
资料二 DNA螺旋的直径是固定的，均为2 nm。
资料三 嘌呤和嘧啶的分子结构图
结论：不是相同的碱基两两相连，应是嘌呤与嘧啶相连。
3．请根据查哥夫碱基数据表猜测应是哪两种碱基配对？
结论：A与T配对，G与C配对。
1．下列关于威尔金斯、沃森和克里克、富兰克林、查哥夫等人在DNA结构模型构建方面的突出贡献的说法，正确的是( )
A．威尔金斯和富兰克林提供了DNA的电子显微镜图像
B．沃森和克里克提出了DNA双螺旋结构模型
C．查哥夫提出了A与T配对、C与G配对的正确关系
D．富兰克林和查哥夫发现DNA分子中A的量等于T的量、C的量等于G的量
答案 B
解析 在DNA结构模型构建方面，威尔金斯和富兰克林提供了DNA的衍射图谱，A错误；查哥夫发现了DNA中A的量总是等于T的量、C的量总是等于G的量，沃森和克里克在此基础上提出了A与T配对、C与G配对的正确关系，还构建了DNA双螺旋结构模型，B正确，C、D错误。
2．1953年，沃森和克里克构建了DNA双螺旋结构模型，其重要意义在于( )
①证明DNA是遗传物质 ②确定DNA是染色体的组成成分 ③发现DNA如何储存遗传信息 ④为DNA复制机制的阐明奠定基础
A．①③ B．②③ C．②④ D．③④
答案 D
二、DNA的结构
1．DNA双螺旋结构的主要特点
2.“反向”含义的理解：脱氧核糖上与碱基相连的碳叫作1′－C，与磷酸基团相连的碳叫作5′－C。DNA的一条单链具有两个末端，一端有一个游离的磷酸基团，称作5′－端，另一端有一个羟基(—OH)，称作3′－端。DNA的两条单链走向相反，从双链的一端开始，一条单链是从5′－端到3′－端的，另一条单链则是从3′－端到5′－端的。
任务二：DNA的结构及相关计算
1．如图是DNA的结构模式图，据图回答下列问题：
(1)说出图中①～⑩的名称。
提示 ①胞嘧啶 ②腺嘌呤 ③鸟嘌呤 ④胸腺嘧啶 ⑤脱氧核糖 ⑥磷酸 ⑦胸腺嘧啶脱氧核苷酸 ⑧碱基对 ⑨氢键 ⑩一条脱氧核苷酸链的片段
(2)一个链状DNA分子含有几个游离的磷酸基团？
提示 含有2个游离的磷酸基团。
(3)为什么G－C碱基对含量越多DNA越稳定？
提示 因为A与T之间有两个氢键，而G与C之间有三个氢键，所以DNA中G与C碱基对所占的比例越高，该DNA稳定性越强。
2．双链DNA碱基数目的相关计算规律
根据碱基互补配对原则可知，A1＝T2，A2＝T1，G1＝C2，G2＝C1。
请据此完成以下推论：
(1)A1＋A2＝T1＋T2；G1＋G2＝C1＋C2。
即：双链中A＝T，G＝C，A＋G＝T＋C＝A＋C＝T＋G＝eq \f(1,2)(A＋G＋T＋C)。
规律一：双链DNA分子中嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数，任意两个不互补碱基之和为碱基总数的一半。
(2)A1＋T1＝A2＋T2；G1＋C1＝G2＋C2。
eq \f(A1＋T1,N1)＝eq \f(A2＋T2,N2)＝eq \f(A＋T,N)(N为相应的碱基总数)，eq \f(C1＋G1,N1)＝eq \f(C2＋G2,N2)＝eq \f(C＋G,N)。
规律二：互补碱基之和所占比例在任意一条链及整个DNA分子中都相等，简记为“补则等”。
(3)若eq \f(A1＋C1,T1＋G1)＝m，则eq \f(A2＋C2,T2＋G2)＝eq \f(1,m)，即两者的关系是互为倒数。
规律三：非互补碱基之和的比值在两条互补链中互为倒数，简记为“不补则倒”。
(4)若eq \f(A1,N1)＝a，eq \f(A2,N2)＝b，则eq \f(A,N)＝eq \f(1,2)(a＋b)。
规律四：某种碱基在双链中所占的比例等于它在每一条单链中所占比例和的一半。
准确辨析DNA结构中的数量、位置关系及连接方式
3．(2023·湖北黄石高一联考)如图为DNA分子部分片段的示意图，下列有关叙述正确的是( )
A．①为3′－端，⑥为5′－端
B．DNA的基本骨架中所含化学元素包括C、H、O、N、P
C．一条链中相邻的两个脱氧核苷酸之间通过氢键相连
D．若该分子中G —C碱基对比例高，则热稳定性较高
答案 D
解析 DNA的一条单链具有两个末端，一端有一个游离的磷酸基团，这一端称作5′－端，另一端有一个羟基(—OH)，称作3′－端，故①⑥均为5′－端，A错误；DNA的基本骨架由磷酸和脱氧核糖组成，所含化学元素包括C、H、O、P，B错误；一条链中相邻的两个脱氧核苷酸之间通过磷酸二酯键相连，C错误。
4．已知某DNA分子中，G与C之和占全部碱基总数的40%，其中一条链的T与C分别占该链碱基总数的40%和15%。下列有关叙述正确的是( )
A．在它的互补链中，T与C之和占该链碱基总数的55%
B．在它的互补链中，T和C分别占该链碱基总数的20%和25%
C．若该DNA分子含有1 000个碱基对，则碱基之间的氢键数为2 600个
D．该DNA分子中eq \f(C＋G,A＋T)＝eq \f(3,2)
答案 B
解析 由题中信息可知，某DNA分子中，G＋C＝40%，其中一条链中T＝40%、C＝15%，可推出此链中G＝25%、A＝20%，则它的互补链中，C＝25%、T＝20%，A错误，B正确；若该DNA分子含有1 000个碱基对，则A＝T＝600(个)，C＝G＝400(个)，A、T之间的氢键为600×2＝1 200(个)，C、G之间的氢键为400×3＝1 200(个)，碱基之间的氢键数为2 400个，C错误；该DNA分子中eq \f(C＋G,A＋T)＝eq \f(40%,60%)＝eq \f(2,3)，D错误。
三、制作DNA双螺旋结构模型
1．材料用具
曲别针、泡沫塑料、纸片、扭扭棒、牙签、橡皮泥、铁丝等。
2．制作过程
(1)从DNA的基本组成物质磷酸、脱氧核糖、含氮碱基的代表物开始，通过曲别针连接成基本单位——脱氧核苷酸模型。
(2)把“脱氧核苷酸”按一定的碱基顺序依次穿在铁丝上构成一条“脱氧核苷酸链”，用同样方法制作另一条。
(3)再按碱基互补配对方式用曲别针连接两条链，最后旋转。
任务三：DNA的特性
1．DNA只含有4种脱氧核苷酸，它为什么能够储存足够量的遗传信息？
提示 碱基排列顺序的千变万化，使DNA储存了大量的遗传信息。
2．为什么可以利用DNA指纹来识别身份？
提示 两个随机个体具有相同DNA序列的可能性微乎其微，因此可以利用DNA指纹来识别身份。
3．DNA是如何维系它的遗传稳定性的？
提示 两条链上的碱基之间的氢键和每条链上的磷酸二酯键共同维持了双螺旋结构的稳定性。
5．(2023·河南许昌高一期末)下列学生小组制作的DNA结构模型片段中，正确的是( )
答案 A
解析 组成DNA分子的两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构，两条链中的脱氧核糖的方向应相反，两条链上互补的碱基A与T通过两个氢键相连、G与C通过三个氢键相连，A 正确。
6．用卡片构建DNA平面结构模型，所提供的卡片类型和数量如表所示，下列说法正确的是( )
A．最多可构建4种脱氧核苷酸，5个脱氧核苷酸对
B．构成的双链DNA片段最多有10个氢键
C．搭建的DNA模型中有4个游离的磷酸基团
D．最多可构建44种不同碱基序列的DNA片段
答案 B
解析 双链DNA分子中，碱基之间的配对遵循碱基互补配对原则，即A－T、C－G，且互相配对的两种碱基数目彼此相等，结合表中数据可知，这些卡片最多可形成2个A－T碱基对，2个C－G碱基对，即形成4个脱氧核苷酸对，A和T之间有2个氢键，C和G之间有3个氢键，因此构成的双链DNA片段最多有10个氢键，A错误，B正确；DNA模型中有2个游离的磷酸基团，C错误；碱基对种类和数目确定，因此可构建的DNA种类数少于44种，D错误。
题组一 DNA双螺旋结构模型的构建及制作
1．下列表示某同学制作的脱氧核苷酸结构模型(表示脱氧核糖、表示碱基、表示磷酸基团)，其中正确的是( )
答案 C
解析 DNA分子中不含碱基U，A错误；磷酸和含氮碱基都连接在脱氧核糖上，且分别位于脱氧核糖的两侧，B、D错误。
2．下列关于沃森和克里克构建DNA双螺旋结构模型的叙述，错误的是( )
A．沃森和克里克构建DNA双螺旋结构模型是建立在DNA是以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的长链的基础上，这4种脱氧核苷酸分别含有A、T、G、C 4种碱基
B．威尔金斯和富兰克林通过对DNA衍射图谱的有关数据分析，得出DNA呈双螺旋结构
C．沃森和克里克曾尝试搭建了多种模型，但都不科学
D．沃森和克里克最后受“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”的启发，构建出科学的模型
答案 B
解析 沃森和克里克以DNA衍射图谱的有关数据为基础，推算出DNA呈螺旋结构，B错误。
3．在制作DNA双螺旋结构模型时，会发现制成的DNA分子的平面结构像一架“梯子”，那么组成这架“梯子”的“扶手”、“扶手”间的“阶梯”、连接“阶梯”的键依次是( )
①磷酸和脱氧核糖 ②氢键 ③碱基对 ④肽键
A．①②③ B．①③②
C．③①② D．①③④
答案 B
4．某同学计划制作一DNA片段模型，现准备了若干不同类型塑料片，如表所示。若想充分利用现有材料，那么还需准备脱氧核糖的塑料片数目是( )
A.32 B．40 C．26 D．52
答案 B
解析 DNA中互补碱基数目相等，所以根据表中数据可推知G＝C＝A＝T＝10，脱氧核糖的数目等于碱基数目，所以是40个。
题组二 DNA的结构
5．在DNA的一条单链中，相邻的碱基A与T是通过下列哪种结构连接起来的( )
A．氢键
B．脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖
C．肽键
D．磷酸—脱氧核糖—磷酸
答案 B
6．DNA由反向平行的两条脱氧核苷酸长链组成。如果DNA的一条链上某碱基序列是5′－AGCTGCG－3′，则另一条链与之配对的部分是( )
A．5′－CGCAGCT－3′ B．5′－TCGACGC－3′
C．5′－AGCTGCG－3′ D．5′－GCGTCGA－3′
答案 A
7．如图所示为DNA的结构示意图。下列有关说法正确的是( )
A．①和②相间排列，构成了DNA的基本骨架
B．①②③构成一个胞嘧啶脱氧核苷酸
C．⑤⑧所指碱基占的比例越大，DNA越稳定
D．每个脱氧核糖都连接两个磷酸基团和一个碱基
答案 A
解析 DNA的基本骨架是由②脱氧核糖和①磷酸交替连接而成的，A正确；②③⑨构成一个胞嘧啶脱氧核苷酸，B错误；氢键越多，DNA越稳定，A与T之间有2个氢键，C与G之间有3个氢键，因此C(⑦)与G(⑥)所占比例越大，DNA越稳定，C错误；每条链的末端上的脱氧核糖只连接一个磷酸基团，D错误。
8．分析某生物的双链DNA分子，发现腺嘌呤与胸腺嘧啶之和占全部碱基的64%，又知一条链上的腺嘌呤占该链全部碱基的30%，则另一条链中腺嘌呤占整个DNA分子碱基的比例是( )
A．17% B．32% C．34% D．50%
答案 A
解析 腺嘌呤与胸腺嘧啶之和占全部碱基的64%，则二者之和在一条链中的比例也是64%，又知一条链中腺嘌呤占该链全部碱基的30%，所以这一条链中胸腺嘧啶占该链全部碱基的64%－30%＝34%，另一条链中腺嘌呤占该链全部碱基的34%，占整个DNA分子碱基的17%。
9．某生物的碱基组成是嘌呤碱基占碱基总数的60%，嘧啶碱基占碱基总数的40%，则它不可能是( )
A．棉花 B．绵羊
C．T2噬菌体 D．烟草花叶病毒
答案 C
解析 棉花和绵羊体内有DNA和RNA，其嘌呤碱基数与嘧啶碱基数不一定相等；烟草花叶病毒只含单链RNA，嘌呤碱基数和嘧啶碱基数不一定相等；而T2噬菌体只含双链DNA，其嘌呤碱基数和嘧啶碱基数相等，故选C项。
10．(2022·广东，12)λ噬菌体的线性双链DNA两端各有一段单链序列。这种噬菌体在侵染大肠杆菌后其DNA会自连环化(如图)，该线性分子两端能够相连的主要原因是( )
A．单链序列脱氧核苷酸数量相等
B．分子骨架同为脱氧核糖与磷酸
C．单链序列的碱基能够互补配对
D．自连环化后两条单链方向相同
答案 C
解析 单链序列脱氧核苷酸数量相等、分子骨架同为脱氧核糖与磷酸交替连接，不能决定线性DNA分子两端能够相连，A、B不符合题意；据图可知，单链序列的碱基能够互补配对，决定线性DNA分子两端能够相连，C符合题意；DNA的两条链是反向的，因此自连环化后两条单链方向相反，D不符合题意。
11．(2023·江苏无锡高一调研)下列关于双链DNA分子的叙述，错误的是( )
A．若一条链上A和T的数目相等，则另一条链上A和T的数目也相等
B．若一条链上G的数目是C的2倍，则另一条链上G的数目是C的eq \f(1,2)
C．若一条链的A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，则另一条链的相应碱基比为4∶3∶2∶1
D．若一条链的G∶T＝1∶2，则另一条链的C∶A＝1∶2
答案 C
解析 一条链上A的数目与另一条链上T的数目相等，一条链上G的数目与另一条链上C的数目相等，因此，若一条链上的A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，则另一条链上A∶T∶G∶C＝2∶1∶4∶3，C错误。
12．(2023·河北唐山高一月考)在制作DNA结构模型的实验中，若4种碱基塑料片共30个，其中6个C,10个G,6个A,8个T，脱氧核糖和磷酸之间的连接物18个，脱氧核糖塑料片、磷酸塑料片、代表氢键的连接物、脱氧核糖和碱基之间的连接物等材料均充足，则( )
A．最多能搭建出30个游离的脱氧核苷酸
B．所搭建的DNA分子最长为5个碱基对
C．所搭建的最长DNA分子有46种碱基的排列顺序
D．若搭建DNA的一条单链，则该链最长含有18个脱氧核苷酸
答案 B
解析 脱氧核糖和磷酸之间的连接物只有18个，因此最多能搭建出18个游离的脱氧核苷酸；设能搭建的DNA分子含有n个碱基对，则每条链需要脱氧核糖和磷酸之间的连接物的数目为2n－1，共需(2n－1)×2个，已知脱氧核糖和磷酸之间的连接物有18个，则n＝5，所以只能搭建出最长为5个碱基对的DNA分子片段；根据B项分析可推测，所搭建的最长DNA分子最多有45种碱基的排列顺序；脱氧核糖和磷酸之间的连接物只有18个，故若搭建一条DNA单链，则该链最长含有9个脱氧核苷酸。
13．如图为大肠杆菌DNA分子结构示意图(片段)。据图回答下列问题：
(1)图中①表示______________，②表示______________，①②③结合在一起的结构叫作________________________________________________________________________。
(2)③有________种，中文名称是____________________。
(3)DNA分子中③和④是通过____________连接起来的。
(4)DNA被彻底氧化分解后，能产生含氮废物的是________。
(5)图中DNA分子片段中，游离的磷酸有________个。若大肠杆菌DNA分子的碱基G有x个，占其碱基总量的比例是y，则该DNA分子的碱基之间的氢键数目是____________________。
答案 (1)磷酸(基团) 脱氧核糖 脱氧核苷酸 (2)2 鸟嘌呤或胞嘧啶 (3)氢键 (4)含氮碱基 (5)2 x＋eq \f(x,y)
解析 (2)③表示含氮碱基，由于③与④之间的氢键是3个，因此③可能是鸟嘌呤(G)或胞嘧啶(C)。(4)DNA分子中的核苷酸的组成成分是磷酸、脱氧核糖和含氮碱基，其中只有含氮碱基内含有氮元素，因此DNA被彻底氧化分解后，能产生含氮废物的是含氮碱基。(5)图中DNA分子片段中，游离的磷酸有2个；该DNA分子中鸟嘌呤数目为x，因此G、C碱基对数目为x，腺嘌呤＝胸腺嘧啶＝eq \f(x,y)×eq \f(1,2)－x，由于G、C碱基之间的氢键是3个，A、T碱基之间的氢键是2个，因此DNA分子的碱基之间的氢键数是3x＋2×(eq \f(x,y)×eq \f(1,2)－x)＝x＋eq \f(x,y)。
14．(2022·江苏连云港高一检测)如图为不同生物或生物不同器官(细胞)的DNA中eq \f(A＋T,G＋C)的比值情况。据图回答下列问题：
(1)猪的不同组织细胞的DNA碱基比例大致相同，原因是______________________________
_______________________________________________________________________________。
(2)上述三种生物中DNA的热稳定性最强的是________。
(3)假设小麦DNA中eq \f(A＋T,G＋C)＝1.2，那么eq \f(A＋G,T＋C)＝________。
(4)假如猪的某一DNA中有腺嘌呤30%，则该DNA一条链上鸟嘌呤含量的最大值可占此链碱基总数的________。
答案 (1)不同的组织细胞来源于同一个受精卵的有丝分裂 (2)小麦 (3)1 (4)40%
解析 (1)同一个体的不同组织细胞来源于同一个受精卵的有丝分裂，都含有相同的遗传物质，因此猪的不同组织细胞的DNA碱基比例大致相同。(2)A和T之间有2个氢键，而C和G之间有3个氢键，所以C和G的含量越高，即eq \f(A＋T,C＋G)的比值越低，DNA的热稳定性越强，因此上述三种生物中DNA热稳定性最强的是小麦。(3)双链DNA中，A与T配对，G与C配对，且A＝T、C＝G，因此小麦DNA中eq \f(A＋G,T＋C)＝1。(4)由题可知，A＝T＝30%，则C＝G＝(1－2×30%)÷2＝20%，则鸟嘌呤占20%。若所有鸟嘌呤分布在一条链上，则一条链上鸟嘌呤含量的最大值可占此链碱基总数的40%。来源
碱基的相对含量
腺嘌呤A
鸟嘌呤G
胞嘧啶C
胸腺嘧啶T
人
30.9
19.9
19.8
29.4
牛
27.9
22.7
22.1
27.3
酵母菌
31.3
18.7
17.1
32.9
结核分枝杆菌
15.1
34.9
35.4
14.6
项目
特点
整体
由两条脱氧核苷酸链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构
排列
外侧
脱氧核糖和磷酸交替连接，构成基本骨架
内侧
碱基通过氢键连接成碱基对
碱基互补配对
A与T配对、G与C配对
卡片类型
脱氧核糖
磷酸
碱基
A
T
G
C
卡片数量
10
10
2
3
3
2
塑料片类型
碱基G
碱基C
碱基A
碱基T
磷酸
数量(个)
10
16
16
10
52
一、DNA双螺旋结构模型的构建
1．构建者：美国生物学家沃森和英国物理学家克里克。
2．过程
任务一：DNA双螺旋结构模型的构建
1．DNA的两条单链由碱基连接而成还是由“脱氧核糖—磷酸”的基本骨架连接而成？请结合以下资料，判断模型1、2中哪一个是科学的？
资料一 嘌呤和嘧啶碱基具有疏水性，脱氧核糖和磷酸具有亲水性。
请判断：在科学的模型下画“√”，反之画“×”。
2．两条链中的碱基排列在内侧，是相同的碱基两两相连吗？请结合以下资料进行分析：
资料二 DNA螺旋的直径是固定的，均为2 nm。
资料三 嘌呤和嘧啶的分子结构图
结论：不是相同的碱基两两相连，应是嘌呤与嘧啶相连。
3．请根据查哥夫碱基数据表猜测应是哪两种碱基配对？
结论：A与T配对，G与C配对。
1．下列关于威尔金斯、沃森和克里克、富兰克林、查哥夫等人在DNA结构模型构建方面的突出贡献的说法，正确的是( )
A．威尔金斯和富兰克林提供了DNA的电子显微镜图像
B．沃森和克里克提出了DNA双螺旋结构模型
C．查哥夫提出了A与T配对、C与G配对的正确关系
D．富兰克林和查哥夫发现DNA分子中A的量等于T的量、C的量等于G的量
答案 B
解析 在DNA结构模型构建方面，威尔金斯和富兰克林提供了DNA的衍射图谱，A错误；查哥夫发现了DNA中A的量总是等于T的量、C的量总是等于G的量，沃森和克里克在此基础上提出了A与T配对、C与G配对的正确关系，还构建了DNA双螺旋结构模型，B正确，C、D错误。
2．1953年，沃森和克里克构建了DNA双螺旋结构模型，其重要意义在于( )
①证明DNA是遗传物质 ②确定DNA是染色体的组成成分 ③发现DNA如何储存遗传信息 ④为DNA复制机制的阐明奠定基础
A．①③ B．②③ C．②④ D．③④
答案 D
二、DNA的结构
1．DNA双螺旋结构的主要特点
2.“反向”含义的理解：脱氧核糖上与碱基相连的碳叫作1′－C，与磷酸基团相连的碳叫作5′－C。DNA的一条单链具有两个末端，一端有一个游离的磷酸基团，称作5′－端，另一端有一个羟基(—OH)，称作3′－端。DNA的两条单链走向相反，从双链的一端开始，一条单链是从5′－端到3′－端的，另一条单链则是从3′－端到5′－端的。
任务二：DNA的结构及相关计算
1．如图是DNA的结构模式图，据图回答下列问题：
(1)说出图中①～⑩的名称。
提示 ①胞嘧啶 ②腺嘌呤 ③鸟嘌呤 ④胸腺嘧啶 ⑤脱氧核糖 ⑥磷酸 ⑦胸腺嘧啶脱氧核苷酸 ⑧碱基对 ⑨氢键 ⑩一条脱氧核苷酸链的片段
(2)一个链状DNA分子含有几个游离的磷酸基团？
提示 含有2个游离的磷酸基团。
(3)为什么G－C碱基对含量越多DNA越稳定？
提示 因为A与T之间有两个氢键，而G与C之间有三个氢键，所以DNA中G与C碱基对所占的比例越高，该DNA稳定性越强。
2．双链DNA碱基数目的相关计算规律
根据碱基互补配对原则可知，A1＝T2，A2＝T1，G1＝C2，G2＝C1。
请据此完成以下推论：
(1)A1＋A2＝T1＋T2；G1＋G2＝C1＋C2。
即：双链中A＝T，G＝C，A＋G＝T＋C＝A＋C＝T＋G＝eq \f(1,2)(A＋G＋T＋C)。
规律一：双链DNA分子中嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数，任意两个不互补碱基之和为碱基总数的一半。
(2)A1＋T1＝A2＋T2；G1＋C1＝G2＋C2。
eq \f(A1＋T1,N1)＝eq \f(A2＋T2,N2)＝eq \f(A＋T,N)(N为相应的碱基总数)，eq \f(C1＋G1,N1)＝eq \f(C2＋G2,N2)＝eq \f(C＋G,N)。
规律二：互补碱基之和所占比例在任意一条链及整个DNA分子中都相等，简记为“补则等”。
(3)若eq \f(A1＋C1,T1＋G1)＝m，则eq \f(A2＋C2,T2＋G2)＝eq \f(1,m)，即两者的关系是互为倒数。
规律三：非互补碱基之和的比值在两条互补链中互为倒数，简记为“不补则倒”。
(4)若eq \f(A1,N1)＝a，eq \f(A2,N2)＝b，则eq \f(A,N)＝eq \f(1,2)(a＋b)。
规律四：某种碱基在双链中所占的比例等于它在每一条单链中所占比例和的一半。
准确辨析DNA结构中的数量、位置关系及连接方式
3．(2023·湖北黄石高一联考)如图为DNA分子部分片段的示意图，下列有关叙述正确的是( )
A．①为3′－端，⑥为5′－端
B．DNA的基本骨架中所含化学元素包括C、H、O、N、P
C．一条链中相邻的两个脱氧核苷酸之间通过氢键相连
D．若该分子中G —C碱基对比例高，则热稳定性较高
答案 D
解析 DNA的一条单链具有两个末端，一端有一个游离的磷酸基团，这一端称作5′－端，另一端有一个羟基(—OH)，称作3′－端，故①⑥均为5′－端，A错误；DNA的基本骨架由磷酸和脱氧核糖组成，所含化学元素包括C、H、O、P，B错误；一条链中相邻的两个脱氧核苷酸之间通过磷酸二酯键相连，C错误。
4．已知某DNA分子中，G与C之和占全部碱基总数的40%，其中一条链的T与C分别占该链碱基总数的40%和15%。下列有关叙述正确的是( )
A．在它的互补链中，T与C之和占该链碱基总数的55%
B．在它的互补链中，T和C分别占该链碱基总数的20%和25%
C．若该DNA分子含有1 000个碱基对，则碱基之间的氢键数为2 600个
D．该DNA分子中eq \f(C＋G,A＋T)＝eq \f(3,2)
答案 B
解析 由题中信息可知，某DNA分子中，G＋C＝40%，其中一条链中T＝40%、C＝15%，可推出此链中G＝25%、A＝20%，则它的互补链中，C＝25%、T＝20%，A错误，B正确；若该DNA分子含有1 000个碱基对，则A＝T＝600(个)，C＝G＝400(个)，A、T之间的氢键为600×2＝1 200(个)，C、G之间的氢键为400×3＝1 200(个)，碱基之间的氢键数为2 400个，C错误；该DNA分子中eq \f(C＋G,A＋T)＝eq \f(40%,60%)＝eq \f(2,3)，D错误。
三、制作DNA双螺旋结构模型
1．材料用具
曲别针、泡沫塑料、纸片、扭扭棒、牙签、橡皮泥、铁丝等。
2．制作过程
(1)从DNA的基本组成物质磷酸、脱氧核糖、含氮碱基的代表物开始，通过曲别针连接成基本单位——脱氧核苷酸模型。
(2)把“脱氧核苷酸”按一定的碱基顺序依次穿在铁丝上构成一条“脱氧核苷酸链”，用同样方法制作另一条。
(3)再按碱基互补配对方式用曲别针连接两条链，最后旋转。
任务三：DNA的特性
1．DNA只含有4种脱氧核苷酸，它为什么能够储存足够量的遗传信息？
提示 碱基排列顺序的千变万化，使DNA储存了大量的遗传信息。
2．为什么可以利用DNA指纹来识别身份？
提示 两个随机个体具有相同DNA序列的可能性微乎其微，因此可以利用DNA指纹来识别身份。
3．DNA是如何维系它的遗传稳定性的？
提示 两条链上的碱基之间的氢键和每条链上的磷酸二酯键共同维持了双螺旋结构的稳定性。
5．(2023·河南许昌高一期末)下列学生小组制作的DNA结构模型片段中，正确的是( )
答案 A
解析 组成DNA分子的两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构，两条链中的脱氧核糖的方向应相反，两条链上互补的碱基A与T通过两个氢键相连、G与C通过三个氢键相连，A 正确。
6．用卡片构建DNA平面结构模型，所提供的卡片类型和数量如表所示，下列说法正确的是( )
A．最多可构建4种脱氧核苷酸，5个脱氧核苷酸对
B．构成的双链DNA片段最多有10个氢键
C．搭建的DNA模型中有4个游离的磷酸基团
D．最多可构建44种不同碱基序列的DNA片段
答案 B
解析 双链DNA分子中，碱基之间的配对遵循碱基互补配对原则，即A－T、C－G，且互相配对的两种碱基数目彼此相等，结合表中数据可知，这些卡片最多可形成2个A－T碱基对，2个C－G碱基对，即形成4个脱氧核苷酸对，A和T之间有2个氢键，C和G之间有3个氢键，因此构成的双链DNA片段最多有10个氢键，A错误，B正确；DNA模型中有2个游离的磷酸基团，C错误；碱基对种类和数目确定，因此可构建的DNA种类数少于44种，D错误。
题组一 DNA双螺旋结构模型的构建及制作
1．下列表示某同学制作的脱氧核苷酸结构模型(表示脱氧核糖、表示碱基、表示磷酸基团)，其中正确的是( )
答案 C
解析 DNA分子中不含碱基U，A错误；磷酸和含氮碱基都连接在脱氧核糖上，且分别位于脱氧核糖的两侧，B、D错误。
2．下列关于沃森和克里克构建DNA双螺旋结构模型的叙述，错误的是( )
A．沃森和克里克构建DNA双螺旋结构模型是建立在DNA是以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的长链的基础上，这4种脱氧核苷酸分别含有A、T、G、C 4种碱基
B．威尔金斯和富兰克林通过对DNA衍射图谱的有关数据分析，得出DNA呈双螺旋结构
C．沃森和克里克曾尝试搭建了多种模型，但都不科学
D．沃森和克里克最后受“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”的启发，构建出科学的模型
答案 B
解析 沃森和克里克以DNA衍射图谱的有关数据为基础，推算出DNA呈螺旋结构，B错误。
3．在制作DNA双螺旋结构模型时，会发现制成的DNA分子的平面结构像一架“梯子”，那么组成这架“梯子”的“扶手”、“扶手”间的“阶梯”、连接“阶梯”的键依次是( )
①磷酸和脱氧核糖 ②氢键 ③碱基对 ④肽键
A．①②③ B．①③②
C．③①② D．①③④
答案 B
4．某同学计划制作一DNA片段模型，现准备了若干不同类型塑料片，如表所示。若想充分利用现有材料，那么还需准备脱氧核糖的塑料片数目是( )
A.32 B．40 C．26 D．52
答案 B
解析 DNA中互补碱基数目相等，所以根据表中数据可推知G＝C＝A＝T＝10，脱氧核糖的数目等于碱基数目，所以是40个。
题组二 DNA的结构
5．在DNA的一条单链中，相邻的碱基A与T是通过下列哪种结构连接起来的( )
A．氢键
B．脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖
C．肽键
D．磷酸—脱氧核糖—磷酸
答案 B
6．DNA由反向平行的两条脱氧核苷酸长链组成。如果DNA的一条链上某碱基序列是5′－AGCTGCG－3′，则另一条链与之配对的部分是( )
A．5′－CGCAGCT－3′ B．5′－TCGACGC－3′
C．5′－AGCTGCG－3′ D．5′－GCGTCGA－3′
答案 A
7．如图所示为DNA的结构示意图。下列有关说法正确的是( )
A．①和②相间排列，构成了DNA的基本骨架
B．①②③构成一个胞嘧啶脱氧核苷酸
C．⑤⑧所指碱基占的比例越大，DNA越稳定
D．每个脱氧核糖都连接两个磷酸基团和一个碱基
答案 A
解析 DNA的基本骨架是由②脱氧核糖和①磷酸交替连接而成的，A正确；②③⑨构成一个胞嘧啶脱氧核苷酸，B错误；氢键越多，DNA越稳定，A与T之间有2个氢键，C与G之间有3个氢键，因此C(⑦)与G(⑥)所占比例越大，DNA越稳定，C错误；每条链的末端上的脱氧核糖只连接一个磷酸基团，D错误。
8．分析某生物的双链DNA分子，发现腺嘌呤与胸腺嘧啶之和占全部碱基的64%，又知一条链上的腺嘌呤占该链全部碱基的30%，则另一条链中腺嘌呤占整个DNA分子碱基的比例是( )
A．17% B．32% C．34% D．50%
答案 A
解析 腺嘌呤与胸腺嘧啶之和占全部碱基的64%，则二者之和在一条链中的比例也是64%，又知一条链中腺嘌呤占该链全部碱基的30%，所以这一条链中胸腺嘧啶占该链全部碱基的64%－30%＝34%，另一条链中腺嘌呤占该链全部碱基的34%，占整个DNA分子碱基的17%。
9．某生物的碱基组成是嘌呤碱基占碱基总数的60%，嘧啶碱基占碱基总数的40%，则它不可能是( )
A．棉花 B．绵羊
C．T2噬菌体 D．烟草花叶病毒
答案 C
解析 棉花和绵羊体内有DNA和RNA，其嘌呤碱基数与嘧啶碱基数不一定相等；烟草花叶病毒只含单链RNA，嘌呤碱基数和嘧啶碱基数不一定相等；而T2噬菌体只含双链DNA，其嘌呤碱基数和嘧啶碱基数相等，故选C项。
10．(2022·广东，12)λ噬菌体的线性双链DNA两端各有一段单链序列。这种噬菌体在侵染大肠杆菌后其DNA会自连环化(如图)，该线性分子两端能够相连的主要原因是( )
A．单链序列脱氧核苷酸数量相等
B．分子骨架同为脱氧核糖与磷酸
C．单链序列的碱基能够互补配对
D．自连环化后两条单链方向相同
答案 C
解析 单链序列脱氧核苷酸数量相等、分子骨架同为脱氧核糖与磷酸交替连接，不能决定线性DNA分子两端能够相连，A、B不符合题意；据图可知，单链序列的碱基能够互补配对，决定线性DNA分子两端能够相连，C符合题意；DNA的两条链是反向的，因此自连环化后两条单链方向相反，D不符合题意。
11．(2023·江苏无锡高一调研)下列关于双链DNA分子的叙述，错误的是( )
A．若一条链上A和T的数目相等，则另一条链上A和T的数目也相等
B．若一条链上G的数目是C的2倍，则另一条链上G的数目是C的eq \f(1,2)
C．若一条链的A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，则另一条链的相应碱基比为4∶3∶2∶1
D．若一条链的G∶T＝1∶2，则另一条链的C∶A＝1∶2
答案 C
解析 一条链上A的数目与另一条链上T的数目相等，一条链上G的数目与另一条链上C的数目相等，因此，若一条链上的A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，则另一条链上A∶T∶G∶C＝2∶1∶4∶3，C错误。
12．(2023·河北唐山高一月考)在制作DNA结构模型的实验中，若4种碱基塑料片共30个，其中6个C,10个G,6个A,8个T，脱氧核糖和磷酸之间的连接物18个，脱氧核糖塑料片、磷酸塑料片、代表氢键的连接物、脱氧核糖和碱基之间的连接物等材料均充足，则( )
A．最多能搭建出30个游离的脱氧核苷酸
B．所搭建的DNA分子最长为5个碱基对
C．所搭建的最长DNA分子有46种碱基的排列顺序
D．若搭建DNA的一条单链，则该链最长含有18个脱氧核苷酸
答案 B
解析 脱氧核糖和磷酸之间的连接物只有18个，因此最多能搭建出18个游离的脱氧核苷酸；设能搭建的DNA分子含有n个碱基对，则每条链需要脱氧核糖和磷酸之间的连接物的数目为2n－1，共需(2n－1)×2个，已知脱氧核糖和磷酸之间的连接物有18个，则n＝5，所以只能搭建出最长为5个碱基对的DNA分子片段；根据B项分析可推测，所搭建的最长DNA分子最多有45种碱基的排列顺序；脱氧核糖和磷酸之间的连接物只有18个，故若搭建一条DNA单链，则该链最长含有9个脱氧核苷酸。
13．如图为大肠杆菌DNA分子结构示意图(片段)。据图回答下列问题：
(1)图中①表示______________，②表示______________，①②③结合在一起的结构叫作________________________________________________________________________。
(2)③有________种，中文名称是____________________。
(3)DNA分子中③和④是通过____________连接起来的。
(4)DNA被彻底氧化分解后，能产生含氮废物的是________。
(5)图中DNA分子片段中，游离的磷酸有________个。若大肠杆菌DNA分子的碱基G有x个，占其碱基总量的比例是y，则该DNA分子的碱基之间的氢键数目是____________________。
答案 (1)磷酸(基团) 脱氧核糖 脱氧核苷酸 (2)2 鸟嘌呤或胞嘧啶 (3)氢键 (4)含氮碱基 (5)2 x＋eq \f(x,y)
解析 (2)③表示含氮碱基，由于③与④之间的氢键是3个，因此③可能是鸟嘌呤(G)或胞嘧啶(C)。(4)DNA分子中的核苷酸的组成成分是磷酸、脱氧核糖和含氮碱基，其中只有含氮碱基内含有氮元素，因此DNA被彻底氧化分解后，能产生含氮废物的是含氮碱基。(5)图中DNA分子片段中，游离的磷酸有2个；该DNA分子中鸟嘌呤数目为x，因此G、C碱基对数目为x，腺嘌呤＝胸腺嘧啶＝eq \f(x,y)×eq \f(1,2)－x，由于G、C碱基之间的氢键是3个，A、T碱基之间的氢键是2个，因此DNA分子的碱基之间的氢键数是3x＋2×(eq \f(x,y)×eq \f(1,2)－x)＝x＋eq \f(x,y)。
14．(2022·江苏连云港高一检测)如图为不同生物或生物不同器官(细胞)的DNA中eq \f(A＋T,G＋C)的比值情况。据图回答下列问题：
(1)猪的不同组织细胞的DNA碱基比例大致相同，原因是______________________________
_______________________________________________________________________________。
(2)上述三种生物中DNA的热稳定性最强的是________。
(3)假设小麦DNA中eq \f(A＋T,G＋C)＝1.2，那么eq \f(A＋G,T＋C)＝________。
(4)假如猪的某一DNA中有腺嘌呤30%，则该DNA一条链上鸟嘌呤含量的最大值可占此链碱基总数的________。
答案 (1)不同的组织细胞来源于同一个受精卵的有丝分裂 (2)小麦 (3)1 (4)40%
解析 (1)同一个体的不同组织细胞来源于同一个受精卵的有丝分裂，都含有相同的遗传物质，因此猪的不同组织细胞的DNA碱基比例大致相同。(2)A和T之间有2个氢键，而C和G之间有3个氢键，所以C和G的含量越高，即eq \f(A＋T,C＋G)的比值越低，DNA的热稳定性越强，因此上述三种生物中DNA热稳定性最强的是小麦。(3)双链DNA中，A与T配对，G与C配对，且A＝T、C＝G，因此小麦DNA中eq \f(A＋G,T＋C)＝1。(4)由题可知，A＝T＝30%，则C＝G＝(1－2×30%)÷2＝20%，则鸟嘌呤占20%。若所有鸟嘌呤分布在一条链上，则一条链上鸟嘌呤含量的最大值可占此链碱基总数的40%。来源
碱基的相对含量
腺嘌呤A
鸟嘌呤G
胞嘧啶C
胸腺嘧啶T
人
30.9
19.9
19.8
29.4
牛
27.9
22.7
22.1
27.3
酵母菌
31.3
18.7
17.1
32.9
结核分枝杆菌
15.1
34.9
35.4
14.6
项目
特点
整体
由两条脱氧核苷酸链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构
排列
外侧
脱氧核糖和磷酸交替连接，构成基本骨架
内侧
碱基通过氢键连接成碱基对
碱基互补配对
A与T配对、G与C配对
卡片类型
脱氧核糖
磷酸
碱基
A
T
G
C
卡片数量
10
10
2
3
3
2
塑料片类型
碱基G
碱基C
碱基A
碱基T
磷酸
数量(个)
10
16
16
10
52
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