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第20讲 DNA分子的结构、复制与基因的本质（知识清单）
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知识主脉络：可视化思维导图，建立知识框架
核心知识库：重难考点总结，梳理必背知识、归纳重点 考点1DNA的结构及特点★★★☆☆ 考点2DNA分子的复制和相关计算★★★☆☆ 考点3基因的本质★★★☆☆
陷阱预警台：识别高频错误，提供防错策略（3大陷阱规避）
素养加油站：前沿科研成果或热点问题分析
真题挑战场：感知真题，检验成果，考点追溯
考点1 DNA的结构及特点★★★☆☆
1.DNA结构模型构建的主要探索成果（连线）
（1）DNA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、G、C4种碱基。
（2）威尔金斯和富兰克林提供的DNA衍射图谱表明DNA分子呈螺旋结构。
（3）奥地利生物化学家查哥夫测定DNA的分子组成，发现在不同物种中四种碱基的含量不同，但是A和T的含量总是相等的，C和G的含量也相等。
2.DNA双螺旋结构
（1）DNA双螺旋结构模型构建者：美国生物学家沃森和英国物理学家克里克。
（2）DNA的基本组成单位——脱氧核糖核苷酸（简称脱氧核苷酸）。
①结构模式图
脱氧核糖上与碱基相连的碳称作1′－C，与磷酸基团相连的碳称作5′－C。
②种类：腺嘌呤脱氧核苷酸、鸟嘌呤脱氧核苷酸、胸腺嘧啶脱氧核苷酸和胞嘧啶脱氧核苷酸，共4种。
（3）DNA双螺旋结构的主要特点
①DNA是由两条单链组成的，两条单链走向相反，从双链的一端起始，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。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规律：A（腺嘌呤）一定与T（胸腺嘧啶）配对，G（鸟嘌呤）一定与C（胞嘧啶）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。
特别提醒
涉及的基本骨架或基本支架
（1）生物大分子基本骨架：碳链。
（2）细胞骨架：蛋白质纤维。
（3）细胞膜基本支架：磷脂双分子层。
（4）DNA双螺旋结构基本骨架：脱氧核糖和磷酸交替连接。
3.DNA分子结构特点
类型 决定因素
多样性 具n个碱基对的DNA具有4n种碱基的排列顺序
特异性 每种DNA分子都有其特定的碱基的排列顺序
稳定性 磷酸与脱氧核糖交替连接形成的基本骨架不变，碱基之间互补配对形成氢键的方式不变等
【教材隐性知识】
1.源于（必修2P51探究·实践）DNA只有4种脱氧核苷酸，能够储存足够量遗传信息的原因是构成DNA的4种脱氧核苷酸的数目成千上万，脱氧核苷酸的排列顺序千差万别。
2.源于（必修2P50图3－8）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，两条单链方向相反，一条单链是从5'端到3'端的，另一条单链是从3'端到5'端的。
4.DNA分子结构中的化学键
（1）碱基对中的氢键
（2）磷酸二酯键
5.DNA分子中碱基数量的关系
（1）双链DNA分子中脱氧核糖：含氮碱基：磷酸：脱氧核苷酸＝1：1：1：1。
（2）双链DNA分子中A＝T、G＝C、A＋G＝C＋T＝A＋C＝T＋G，即非互补配对碱基和相等，等于碱基总数的50%。
（3）在双链DNA分子中，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。
（4）双链DNA分子中，非互补碱基之和所占比例在两条互补链中互为倒数关系。
设双链DNA分子中，一条链上＝m，
则＝＝m，互补链上＝。
简记为DNA两条互补链中，不配对两碱基之和的比值乘积为1。
（5）在一个双链DNA分子中，某碱基占碱基总数的百分数等于每条链中该碱基所占比例的平均值，即A＝。
6.双链DNA分子中氢键总数＝2×（A—T）碱基对数＋3×（G—C）碱基对数。
考点2 DNA分子的复制和相关计算★★★☆☆
1.对DNA复制的推测
（1）沃森和克里克的半保留复制假说
由于新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链，因此这种复制方式称作半保留复制。
（2）遗传物质自我复制的其他假说
全保留复制：DNA复制以DNA双链为模板，子代DNA的双链都是新合成的。
2.DNA半保留复制的实验证据
（1）实验方法：同位素标记技术和离心技术。
（2）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。
（3）实验假设：DNA以半保留的方式复制。
（4）实验预期：离心后应出现3条DNA带。重带（密度最大）：两条链都为15N标记的亲代双链DNA。中带（密度居中）：一条链为14N标记，另一条链为15N标记的子代双链DNA。轻带（密度最小）：两条链都为14N标记的子代双链DNA。
（5）实验过程
（6）过程分析
①培养后立即取出：提取DNA→离心→结果：全部重带。
②细胞分裂一次（即细菌繁殖一代）取出：提取DNA→离心→结果：全部中带。
③细胞再分裂一次（即细菌繁殖两代）取出：提取DNA→离心→结果：1/2轻带、1/2中带。
（7）实验结论：DNA的复制是以半保留的方式进行的。
（8）假设DNA以全保留的方式复制，则实验预期结果应为：第一代离心结果为1/2的14N/14N－DNA（轻带）和1/2的15N/15N－DNA（重带），第二代离心结果为1/4的15N_/15N－DNA（重带）和3/4的14N/14N－DNA（轻带）。
特别提醒
证明DNA半保留复制所用的15N是不具有放射性的稳定的同位素，研究分泌蛋白的合成与分泌所用的3H是具有放射性的不稳定的同位素。
3.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）时间：在真核生物中，这一过程是在细胞分裂前的间期，随着染色体的复制而完成的。
（3）场所：真核生物主要在细胞核，还在线粒体和叶绿体；原核生物在拟核和细胞质。
（4）条件：
①模板：亲代DNA的每一条链；
②原料：4种游离的脱氧核苷酸；
③能量：ATP释放的能量（用于解旋）；
④酶：解旋酶和DNA聚合酶等
（5）过程：解旋→合成子链→子链延伸→亲子链复旋
（6）结果：一个DNA分子形成了两个完全相同的DNA分子。
（7）特点：①半保留复制；②边解旋边复制。
（8）意义：DNA通过复制，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。
4.真核生物与原核生物DNA的复制
（1）真核生物的染色体DNA：一般是多起点双向复制。
（2）原核生物拟核DNA：一般是一个起点双向复制。
特别提醒
真核生物和原核生物的DNA复制
真核DNA分子复制是从多个起点开始的，但多起点并非同时进行；而原核生物的DNA是环状双链且只有一个复制起点，但其复制速度很快，弥补只有一个复制位点的不足。
5.与DNA复制有关的数量关系
DNA分子的复制为半保留复制，一个DNA分子复制n次，则：
　
（1）子代DNA分子数＝2n个。
（2）含有亲代DNA链的子代DNA分子数＝2个。
（3）不含亲代DNA链的子代DNA分子数＝2n－2个。
（4）子代DNA分子中脱氧核苷酸链数＝2n+1条。
（5）亲代脱氧核苷酸链数＝2条。
（6）新合成的脱氧核苷酸链数＝2n+1－2条。
（7）消耗的脱氧核苷酸数
①若一亲代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。
②n次复制后，DNA分子含该种脱氧核苷酸数＝m×2n个，（n－1）次复制后，DNA分子含该种脱氧核苷酸数＝m×2n－1个，则第n次复制需该种脱氧核苷酸数＝m×2n－m×2n－1＝m×（2n－2n－1）＝m×2n－1个。
特别提醒
1.有关DNA复制的几点“注意”
（1）DNA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。
（3）DNA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”。
2.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链的3′端上。
（2）DNA连接酶：催化相邻DNA片段间磷酸二酯键的形成，即连接“片段”。
（3）限制性内切酶：用于切断DNA双链中的磷酸二酯键。
（4）DNA水解酶：用于将DNA分子水解为脱氧核苷酸。
考点3 基因的本质★★★☆☆
1.基因的本质
基因通常是有遗传效应的DNA片段。基因是控制生物性状的结构单位和功能单位，基因主要位于染色体上，基因在染色体上呈线性排列。
特别提醒
1.RNA病毒的基因是有遗传效应的RNA片段。
2.这里的“遗传效应”主要是指指导蛋白质合成、控制生物体性状等，即遗传物质的“复制、遗传和表达”。
2.基因与DNA、染色体的关系
（1）基因与DNA的关系：两者的化学成分是一样的，基本组成单位都是脱氧核苷酸。
（2）基因与染色体的关系：基因与染色体是线性的平行关系（即基因与染色体的行为存在一致性。这个“推论”的提出者是萨顿，而证明此推论的是摩尔根及其学生，运用的是“假说—演绎法”）。
①等位基因存在于同源染色体上，染色体的行为与基因的遗传有很大关系。
②每条染色体上有许多个基因。
（3）染色体与DNA的关系：染色体是DNA的主要载体。
①染色体主要由蛋白质和DNA组成（还含有少量RNA），分布在细胞核中（真核生物的DNA主要分布在细胞核中）。
②叶绿体、线粒体、原核生物的拟核、质粒，以及部分病毒中也有DNA。
3.DNA分子的多样性和特异性
（1）多样性：碱基排列顺序的千变万化，构成DNA分子的多样性，如某DNA分子中有n个碱基对，则其可能的排列顺序有4n种。
（2）特异性：碱基特定的排列顺序，构成了每个DNA分子的特异性。
特别提醒
真、原核细胞基因的结构
陷阱1 DNA分子的结构的几点易错点
易错表现 正确理解
认为DNA分子一条链上的相邻碱基通过“—磷酸—脱氧核糖—磷酸—”相连 相邻碱基在DNA分子的一条单链上通过“脱氧核糖—核糖—脱氧核糖”相连
认为沃森和克里克用DNA衍射图谱得出碱基配对方式 沃森和克里克以DNA衍射图谱为基础推算出DNA呈螺旋结构
认为DNA每条链的5'端是羟基末端 DNA每条链的5'端是磷酸基团末端，3'端是羟基（—OH）末端
认为DNA中的脱氧核糖都连接着两个磷酸基团 DNA两条链各有一个3′端的脱氧核糖连接着一个磷酸基团
认为某个DNA分子中的嘌呤数等于嘧啶数，则该DNA分子一定为双链 单链DNA分子中嘌呤数和嘧啶数也可能相等
陷阱2 DNA分子的复制和相关计算的几点易错点
易错表现 正确理解
认为DNA中氢键全部断裂后，以两条母链为模板各合成一条子链 DNA复制是一个边解旋边复制的过程，而非完全解开后再复制
认为生物体内的DNA常与蛋白质结合，以DNA—蛋白质复合物的形式存在，则该蛋白质一定是组蛋白 若复合物中的某蛋白质参与DNA复制，则该蛋白质一定是DNA聚合酶，该蛋白质也有可能是解旋酶
认为DNA分子复制时，子链的合成过程不需要引物参与，只有PCR过程需要 子链的合成过程都需要引物
认为DNA复制时，脱氧核苷酸通过氢键连接成子链 脱氧核苷酸通过磷酸二酯键连接成子链
陷阱3 关于基因的几点易错点
易错表现 正确理解
认为DNA可以划分成若干片段，每个片段都是基因 只有具有遗传效应的DNA片段才是基因，而不是任意片段
认为有些病毒只有RNA，故该病毒没有基因 对于RNA病毒，其具有遗传效应的RNA也是基因
认为相对分子质量大小相同、碱基含量相同的核酸分子所携带的遗传信息一定相同 遗传信息主要是指DNA分子中碱基的排列顺序，相对分子质量大小相同、碱基含量相同的核酸分子中的碱基排列顺序也可能不同
认为复制的单位是基因，复制过程需要解旋，但不需要解旋酶 复制是以DNA分子的两条链为模板的，转录的单位才是基因。复制过程需要解旋酶
DNA复制的拓展
1．DNA的复制需要引物：DNA聚合酶不能从头合成DNA，而只能从已存在的DNA链的3′端延长，因此DNA复制需要引物（在细胞中是一段与模板DNA互补配对的短链RNA，PCR中的引物是DNA）。
2．半不连续复制
（1）据图可知，连续复制链（前导链）延伸方向与解旋方向相同，不连续复制链（后随链）延伸方向与解旋方向相反。
（2）后随链合成过程中，先合成的小片段的引物被切除，切除引物留下的空隙由后合成的相邻片段继续延长来补充。各个片段由DNA连接酶将其连成一条完整的DNA子链。
（3）切除引物后，子链会比母链短一截（如图中连续复制链），这就是端粒DNA在每次细胞分裂后缩短的原因，可由端粒酶延长。
3．双向复制：绝大多数DNA采取双向复制，少数DNA单向复制
4．真核生物染色体DNA的复制特点
5．几种环状DNA的复制：θ复制、D环复制、滚环复制。
（1）θ复制：如大肠杆菌DNA复制，特点是单起点双向复制。
（2）D环复制：如线粒体或叶绿体DNA复制，特点是两条链复制不同步（填“同步”或“不同步”）。
（3）滚环复制：如某些噬菌体单链DNA、环状质粒的复制。
考点预测：
1.引物相关机制的考查
（1）核心考点：引物的作用、化学本质及与DNA聚合酶的关系。
（2）可能问题：“为什么DNA复制必须需要引物？”（答案指向DNA聚合酶不能从头合成，只能延伸3′端）。
“细胞内DNA复制的引物与PCR技术中引物的化学本质有何不同？简述原因。”（细胞内是RNA，PCR是DNA；原因可结合细胞内存在RNA酶降解引物，而PCR无需体内酶系）。
（3）结合半不连续复制：“前导链和后随链是否都需要引物？每个冈崎片段是否都需要独立引物？”
2.半不连续复制的深度分析
（1）前导链与后随链的区分：
结合图示考查：“根据DNA解旋方向，判断图中哪条链为前导链（连续复制链），并说明理由。”
（2）冈崎片段的形成与连接：
考查冈崎片段的成因（后随链延伸方向与解旋方向相反）及后续处理步骤（切除引物→填补空隙→DNA连接酶连接）。
可能问题：“DNA连接酶在冈崎片段拼接中发挥什么作用？与DNA聚合酶的功能有何区别？”（连接磷酸二酯键，填补相邻片段的缺口；DNA聚合酶催化脱氧核苷酸的聚合）。
（3）端粒缩短与端粒酶的作用：
结合细胞衰老或癌细胞特性考查：“为什么每次DNA复制后，染色体端粒会缩短？端粒酶如何弥补这一问题？”（引物切除后无法填补末端空隙；端粒酶以自身RNA为模板延长端粒DNA）。
拓展问题：“癌细胞能无限增殖，与端粒酶的活性有何关系？”（癌细胞中端粒酶活性高，可维持端粒长度）。
3.复制方向的多样性考查
（1）双向复制的验证与意义：
可能结合实验设计：“如何通过同位素标记实验证明DNA是双向复制？”（如用放射性标记原料，观察复制叉的双向扩展）。
考查双向复制的意义（提高复制效率）。
（2）与环状DNA复制的关联：
如θ复制（单起点双向）是双向复制的典型案例，可考查其复制叉的移动方向。
4.真核生物染色体DNA复制的特点
（1）多起点复制：
考查真核生物与原核生物复制起点的差异（真核多起点，原核单起点）及意义（适应长染色体的快速复制）。
可能问题：“真核生物染色体上的多个复制起点是否同步启动？（通常不同步，如卵母细胞的DNA复制可同步启动以快速增殖）。
（2）复制的时序性：
考查染色体上不同区域复制的先后顺序（如常染色质先复制，异染色质后复制）。
1．（2025·北京·高考真题）1958年，Meselson和Stahl通过15N标记DNA的实验，证明了DNA的半保留复制。关于这一经典实验的叙述正确的是（ ）
A．因为15N有放射性，所以能够区分DNA的母链和子链
B．得到的DNA带的位置有三个，证明了DNA的半保留复制
C．将DNA变成单链后再进行离心也能得到相同的实验结果
D．选择大肠杆菌作为实验材料是因为它有环状质粒DNA
【答案】B
【分析】DNA复制是以亲代DNA分子为模板合成子代DNA分子的过程。DNA复制条件：模板（DNA的双链）、能量（ATP水解提供）、酶（解旋酶和聚合酶等）、原料（游离的脱氧核苷酸）；DNA复制过程：边解旋边复制；DNA复制特点：半保留复制。
【详解】A 、15N没有放射性，它与14N只是氮元素的不同同位素，质量不同，可通过密度梯度离心技术区分含不同氮元素的DNA，进而区分DNA的母链和子链，A错误；
B、在15N标记 DNA 的实验中，得到的 DNA 带的位置有轻带（两条链都含14N）、中带（一条链含14N，一条链含15N）、重带（两条链都含15N）三个。根据不同代 DNA 在离心后出现的这些带的位置和比例，证明了 DNA 的半保留复制，B正确；
C、若将DNA解链为单链后离心，无论是全保留还是半保留复制，都是只有两条条带，不能证明DNA的半保留复制，C错误；
D、选择大肠杆菌作为实验材料是因为大肠杆菌繁殖快，容易培养，能在短时间内获得大量的子代，便于观察实验结果，而不是因为它有环状质粒DNA，D错误。
故选B。
【考点追溯】
1958年，美国生物学家梅塞尔森和斯塔尔以大肠杆菌为实验材料，运用同位素标记技术，证明了DNA的复制是以半保留的方式进行的。(P53)
2．（2024·广西·高考真题）研究发现真核生物基因组DNA普遍存在5-甲基胞嘧啶和N6-甲基腺嘌呤，分别被称为DNA的第5、6个碱基。关于这两个碱基的说法，正确的是（　　）
A．均含有N元素
B．均含有脱氧核糖
C．都排列在DNA骨架的外侧
D．都不参与碱基互补配对
【答案】A
【分析】DNA是由两条单链组成的，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构；DNA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；DNA中的遗传信息就储存在碱基对的排列顺序之中。
【详解】A、真核生物基因组DNA普遍存在5-甲基胞嘧啶和N6-甲基腺嘌呤，分别被称为DNA的第5、6个碱基，故DNA的第5、6个碱基均含有N元素，A正确；
B、DNA存在5-甲基胞嘧啶和N6-甲基腺嘌呤，两者不含脱氧核糖，B错误；
C、DNA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，C错误；
D、DNA双链存在A-T、G-C配对关系，5-甲基胞嘧啶和N6-甲基腺嘌呤参与碱基互补配对，D错误。
故选A。
【考点追溯】
DNA是由两条单链组成的，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。（P50）
3．（2025·广东·高考真题）Solexa测序是一种将PCR与荧光检测相结合的高通量测序技术。为了确保该PCR过程中，DNA聚合酶催化一个脱氧核苷酸单位完成聚合反应后，DNA链不继续延伸，应保护底物中脱氧核糖结构上的（ ）
A．1'-碱基 B．2'-氢 C．3'-羟基 D．5'-磷酸基团
【答案】C
【分析】在DNA复制过程中，在DNA聚合酶的催化作用下，将一个个的脱氧核苷酸连接形成磷酸二酯键，使子链延伸，但是DNA聚合酶催化延伸子链方向只能从5′→3′。
【详解】已知DNA聚合酶催化延伸子链方向只能从5′→3′，原因是脱氧核苷酸的3'碳有羟基，可以结合下一个脱氧核苷酸的5′碳的磷酸基团，故为了DNA聚合酶催化一个脱氧核苷酸单位完成聚合反应后，DNA链不继续延伸，应保护底物中脱氧核糖结构上的3'-羟基，使其不能结合下一个脱氧核苷酸的5′碳的磷酸基团，C正确。
故选C。
【考点追溯】
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。(P50)
4．（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
【答案】C
【分析】DNA分子的多样性主要表现为构成DNA分子的四种脱氧核苷酸的排列顺序千变万化；特异性主要表现为每个DNA分子都有特定的碱基序列。
【详解】A、DNA的元素组成都是C、H、O、N、P，A不符合题意；
B、DNA分子的核苷酸种类只有4种，B不符合题意；
C、每种DNA的碱基序列不同，“尼安德特人”与现代人的DNA 碱基序列有相似部分，证明“尼安德特人”与现代人是近亲，C符合题意；
D、DNA的空间结构都是规则的双螺旋结构，D不符合题意。
故选C。
【考点追溯】
遗传信息蕴藏在4种碱基的排列顺序之中;碱基排列顺序的千变万化，构成了DNA的多样性，而碱基特定的排列顺序，又构成了每个DNA分子的特异性。(P59)
5．（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%
【答案】A
【分析】DNA分子结构的主要特点：DNA是由两条反向平行的脱氧核苷酸长链盘旋而成的双螺旋结构；DNA的外侧由脱氧核糖和磷酸交替连接构成的基本骨架，内侧是碱基通过氢键连接形成的碱基对，碱基之间的配对遵循碱基互补配对原则（A-T、C-G）
【详解】A、DNA的外侧由脱氧核糖和磷酸交替连接构成的基本骨架，内侧是碱基通过氢键连接形成的碱基对，A正确；
B、双链DNA中GC碱基对占比越高，DNA热变性温度越高，B错误；
C、DNA聚合酶催化形成的是磷酸二酯键，C错误；
D、在双链DNA分子中，若一条链的G+C占47%，则另一条链的G+C也占47%，A+T占1-47%=53%，D错误。
故选A。
【考点追溯】
.DNA中的磷酸和脱氧核糖交替连接，排列在外侧，构成基本骨架。（P50）
6．（2024·浙江·高考真题）大肠杆菌在含有 H-脱氧核苷培养液中培养， H-脱氧核苷掺入到新合成的 DNA链中，经特殊方法显色，可观察到双链都掺入 H-脱氧核苷的 DNA区段显深色，仅单链掺入的显浅色，未掺入的不显色。掺入培养中，大肠杆菌拟核 DNA 第2 次复制时，局部示意图如图。DNA 双链区段①、②、③对应的显色情况可能是（ ）
A．深色、浅色、浅色 B．浅色、浅色、深色
C．浅色、深色、深色 D．深色、浅色、深色
【答案】B
【分析】DNA的复制方式为半保留复制，子代DNA分子其中的一条链来自亲代DNA ，另一条链是新合成的，这种方式称半保留复制。半保留复制的意义：遗传稳定性的分子机制。
【详解】大肠杆菌在含有 H-脱氧核苷培养液中培养，DNA的复制方式为半保留复制，大肠杆菌拟核 DNA 第1 次复制后产生的子代DNA的两条链一条被 H标记，另一条未被标记，大肠杆菌拟核 DNA 第2 次复制时，以两条链中一条被 H标记，另一条未被标记的DNA分子为模板，DNA 双链区段①为浅色，②③中DNA两条模板链中一条有掺入3 H-脱氧核苷，另一条无，而新合成的子链都掺入3 H-脱氧核苷。故双链都掺入3 H-脱氧核苷的 DN 双链区段，显深色；仅单链掺入的 DNA双链区段，显浅色。ACD错误，B正确。
故选B。
【考点追溯】
精确复制的原因：DNA双螺旋结构为复制提供了精确的模板，碱基互补配对原则保证了复制能够准确地进行。
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1.DNA结构模型构建的主要探索成果（连线）
（1）DNA是以4种 为单位连接而成的长链，这4种 分别含有 4种碱基。
（2）威尔金斯和富兰克林提供的 表明DNA分子呈螺旋结构。
（3）奥地利生物化学家查哥夫测定DNA的分子组成，发现在不同物种中四种 的含量不同，但是A和T的含量总是 的，C和G的含量 。
2.DNA双螺旋结构
（1）DNA双螺旋结构模型构建者：美国生物学家沃森和英国物理学家 。
（2）DNA的基本组成单位—— 。
①结构模式图
脱氧核糖上与 相连的碳称作1′－C，与 相连的碳称作5′－C。
②种类：腺嘌呤脱氧核苷酸、 和胞嘧啶脱氧核苷酸，共4种。
（3）DNA双螺旋结构的主要特点
①DNA是由两条单链组成的，两条单链走向 ，从双链的一端起始，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。这两条链按 方式盘旋成双螺旋结构。
②DNA中的 交替连接，排列在外侧，构成基本骨架； 排列在内侧。
③两条链上的碱基通过 连接成碱基对，并且碱基配对具有一定规律： 一定与T（胸腺嘧啶）配对， 一定与C（胞嘧啶）配对。碱基之间的这种一一对应的关系，叫作 原则。
特别提醒
涉及的基本骨架或基本支架
（1）生物大分子基本骨架：碳链。
（2）细胞骨架：蛋白质纤维。
（3）细胞膜基本支架：磷脂双分子层。
（4）DNA双螺旋结构基本骨架：脱氧核糖和磷酸交替连接。
3.DNA分子结构特点
类型 决定因素
性 具n个碱基对的DNA具有4n种碱基的排列顺序
性 每种DNA分子都有其特定的碱基的排列顺序
性 磷酸与脱氧核糖交替连接形成的基本骨架不变，碱基之间互补配对形成氢键的方式不变等
【教材隐性知识】
1.源于（必修2P51探究·实践）DNA只有4种脱氧核苷酸，能够储存足够量遗传信息的原因是构成DNA的4种脱氧核苷酸的数目成千上万，脱氧核苷酸的排列顺序千差万别。
2.源于（必修2P50图3－8）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，两条单链方向相反，一条单链是从5'端到3'端的，另一条单链是从3'端到5'端的。
4.DNA分子结构中的化学键
（1）碱基对中的氢键
（2）磷酸二酯键
5.DNA分子中碱基数量的关系
（1）双链DNA分子中脱氧核糖：含氮碱基：磷酸：脱氧核苷酸＝ 。
（2）双链DNA分子中A＝T、G＝C、A＋G＝ ＝A＋C＝T＋G，即 和相等，等于碱基总数的 。
（3）在双链DNA分子中， 所占比例在 及 分子中都相等。
（4）双链DNA分子中， 所占比例在两条互补链中互为 关系。
设双链DNA分子中，一条链上＝m，
则＝＝m，互补链上＝。
简记为DNA两条互补链中，不配对两碱基之和的比值乘积为 。
（5）在一个双链DNA分子中，某碱基占碱基总数的百分数等于每条链中该碱基所占比例的 ，即A＝。
6.双链DNA分子中氢键总数＝2×（A—T）碱基对数＋3×（G—C）碱基对数。
考点2 DNA分子的复制和相关计算★★★☆☆
1.对DNA复制的推测
（1）沃森和克里克的 复制假说
由于新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链，因此这种复制方式称作 。
（2）遗传物质自我复制的其他假说
全保留复制：DNA复制以 为模板，子代DNA的双链都是新合成的。
2.DNA半保留复制的实验证据
（1）实验方法： 。
（2）实验原理： 。
（3）实验假设： 。
（4）实验预期：离心后应出现3条DNA带。重带（密度最大）：两条链都为15N标记的亲代双链DNA。中带（密度居中）：一条链为14N标记，另一条链为15N标记的子代双链DNA。轻带（密度最小）：两条链都为14N标记的子代双链DNA。
（5）实验过程
（6）过程分析
①培养后立即取出：提取DNA→离心→结果： 。
②细胞分裂一次（即细菌繁殖一代）取出：提取DNA→离心→结果： 。
③细胞再分裂一次（即细菌繁殖两代）取出：提取DNA→离心→结果： 。
（7）实验结论： 。
（8）假设DNA以全保留的方式复制，则实验预期结果应为： 。
特别提醒
证明DNA半保留复制所用的15N是不具有放射性的稳定的同位素，研究分泌蛋白的合成与分泌所用的3H是具有放射性的不稳定的同位素。
3.DNA复制的过程
（1）概念：以 为模板合成 的过程。
（2）时间：在真核生物中，这一过程是在 期，随着染色体的复制而完成的。
（3）场所：真核生物主要在细胞核，还在 和 ；原核生物在 和细胞质。
（4）条件：
①模板：亲代DNA的每一条链；
②原料：4种游离的 ；
③能量： 释放的能量（用于解旋）；
④酶： 和 等
（5）过程：解旋→合成子链→子链延伸→亲子链复旋
（6）结果：一个DNA分子形成了两个 的DNA分子。
（7）特点：①半保留复制；②边解旋边复制。
（8）意义：DNA通过复制，将 从亲代细胞传递给子代细胞，从而保持了 的连续性。
4.真核生物与原核生物DNA的复制
（1）真核生物的染色体DNA：一般是 复制。
（2）原核生物拟核DNA：一般是一个起点 复制。
特别提醒
真核生物和原核生物的DNA复制
真核DNA分子复制是从多个起点开始的，但多起点并非同时进行；而原核生物的DNA是环状双链且只有一个复制起点，但其复制速度很快，弥补只有一个复制位点的不足。
5.与DNA复制有关的数量关系
DNA分子的复制为半保留复制，一个DNA分子复制n次，则：
　
（1）子代DNA分子数＝2n个。
（2）含有亲代DNA链的子代DNA分子数＝2个。
（3）不含亲代DNA链的子代DNA分子数＝ 个。
（4）子代DNA分子中脱氧核苷酸链数＝ 条。
（5）亲代脱氧核苷酸链数＝2条。
（6）新合成的脱氧核苷酸链数＝ 条。
（7）消耗的脱氧核苷酸数
①若一亲代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 个。
②n次复制后，DNA分子含该种脱氧核苷酸数＝m×2n个，（n－1）次复制后，DNA分子含该种脱氧核苷酸数＝ 个，则第n次复制需该种脱氧核苷酸数＝m×2n－m×2n－1＝m×（2n－2n－1）＝ 个。
特别提醒
1.有关DNA复制的几点“注意”
（1）DNA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。
（3）DNA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”。
2.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链的3′端上。
（2）DNA连接酶：催化相邻DNA片段间磷酸二酯键的形成，即连接“片段”。
（3）限制性内切酶：用于切断DNA双链中的磷酸二酯键。
（4）DNA水解酶：用于将DNA分子水解为脱氧核苷酸。
考点3 基因的本质★★★☆☆
1.基因的本质
基因通常是 的DNA片段。基因是控制生物性状的结构单位和 单位，基因主要位于 上，基因在染色体上呈 排列。
特别提醒
1.RNA病毒的基因是有遗传效应的RNA片段。
2.这里的“遗传效应”主要是指指导蛋白质合成、控制生物体性状等，即遗传物质的“复制、遗传和表达”。
2.基因与DNA、染色体的关系
（1）基因与DNA的关系：两者的化学成分是一样的，基本组成单位都是 。
（2）基因与染色体的关系：基因与染色体是 的 关系（即基因与染色体的行为存在一致性。这个“推论”的提出者是萨顿，而证明此推论的是摩尔根及其学生，运用的是“假说—演绎法”）。
①等位基因存在于 上，染色体的行为与基因的遗传有很大关系。
②每条染色体上有 个基因。
（3）染色体与DNA的关系：染色体是DNA的 。
①染色体主要由 组成（还含有少量RNA），分布在细胞核中（真核生物的DNA主要分布在细胞核中）。
②叶绿体、线粒体、原核生物的拟核、质粒，以及部分病毒中也有DNA。
3.DNA分子的多样性和特异性
（1）多样性：碱基排列顺序的千变万化，构成DNA分子的多样性，如某DNA分子中有n个碱基对，则其可能的排列顺序有 种。
（2）特异性： 特定的排列顺序，构成了每个DNA分子的特异性。
特别提醒
真、原核细胞基因的结构
陷阱1 DNA分子的结构的几点易错点
易错表现 正确理解
认为DNA分子一条链上的相邻碱基通过“—磷酸—脱氧核糖—磷酸—”相连 相邻碱基在DNA分子的一条单链上通过“脱氧核糖—核糖—脱氧核糖”相连
认为沃森和克里克用DNA衍射图谱得出碱基配对方式 沃森和克里克以DNA衍射图谱为基础推算出DNA呈螺旋结构
认为DNA每条链的5'端是羟基末端 DNA每条链的5'端是磷酸基团末端，3'端是羟基（—OH）末端
认为DNA中的脱氧核糖都连接着两个磷酸基团 DNA两条链各有一个3′端的脱氧核糖连接着一个磷酸基团
认为某个DNA分子中的嘌呤数等于嘧啶数，则该DNA分子一定为双链 单链DNA分子中嘌呤数和嘧啶数也可能相等
陷阱2 DNA分子的复制和相关计算的几点易错点
易错表现 正确理解
认为DNA中氢键全部断裂后，以两条母链为模板各合成一条子链 DNA复制是一个边解旋边复制的过程，而非完全解开后再复制
认为生物体内的DNA常与蛋白质结合，以DNA—蛋白质复合物的形式存在，则该蛋白质一定是组蛋白 若复合物中的某蛋白质参与DNA复制，则该蛋白质一定是DNA聚合酶，该蛋白质也有可能是解旋酶
认为DNA分子复制时，子链的合成过程不需要引物参与，只有PCR过程需要 子链的合成过程都需要引物
认为DNA复制时，脱氧核苷酸通过氢键连接成子链 脱氧核苷酸通过磷酸二酯键连接成子链
陷阱3 关于基因的几点易错点
易错表现 正确理解
认为DNA可以划分成若干片段，每个片段都是基因 只有具有遗传效应的DNA片段才是基因，而不是任意片段
认为有些病毒只有RNA，故该病毒没有基因 对于RNA病毒，其具有遗传效应的RNA也是基因
认为相对分子质量大小相同、碱基含量相同的核酸分子所携带的遗传信息一定相同 遗传信息主要是指DNA分子中碱基的排列顺序，相对分子质量大小相同、碱基含量相同的核酸分子中的碱基排列顺序也可能不同
认为复制的单位是基因，复制过程需要解旋，但不需要解旋酶 复制是以DNA分子的两条链为模板的，转录的单位才是基因。复制过程需要解旋酶
DNA复制的拓展
1．DNA的复制需要引物：DNA聚合酶不能从头合成DNA，而只能从已存在的DNA链的3′端延长，因此DNA复制需要引物（在细胞中是一段与模板DNA互补配对的短链RNA，PCR中的引物是DNA）。
2．半不连续复制
（1）据图可知，连续复制链（前导链）延伸方向与解旋方向相同，不连续复制链（后随链）延伸方向与解旋方向相反。
（2）后随链合成过程中，先合成的小片段的引物被切除，切除引物留下的空隙由后合成的相邻片段继续延长来补充。各个片段由DNA连接酶将其连成一条完整的DNA子链。
（3）切除引物后，子链会比母链短一截（如图中连续复制链），这就是端粒DNA在每次细胞分裂后缩短的原因，可由端粒酶延长。
3．双向复制：绝大多数DNA采取双向复制，少数DNA单向复制
4．真核生物染色体DNA的复制特点
5．几种环状DNA的复制：θ复制、D环复制、滚环复制。
（1）θ复制：如大肠杆菌DNA复制，特点是单起点双向复制。
（2）D环复制：如线粒体或叶绿体DNA复制，特点是两条链复制不同步（填“同步”或“不同步”）。
（3）滚环复制：如某些噬菌体单链DNA、环状质粒的复制。
考点预测：
1.引物相关机制的考查
（1）核心考点：引物的作用、化学本质及与DNA聚合酶的关系。
（2）可能问题：“为什么DNA复制必须需要引物？”（答案指向DNA聚合酶不能从头合成，只能延伸3′端）。
“细胞内DNA复制的引物与PCR技术中引物的化学本质有何不同？简述原因。”（细胞内是RNA，PCR是DNA；原因可结合细胞内存在RNA酶降解引物，而PCR无需体内酶系）。
（3）结合半不连续复制：“前导链和后随链是否都需要引物？每个冈崎片段是否都需要独立引物？”
2.半不连续复制的深度分析
（1）前导链与后随链的区分：
结合图示考查：“根据DNA解旋方向，判断图中哪条链为前导链（连续复制链），并说明理由。”
（2）冈崎片段的形成与连接：
考查冈崎片段的成因（后随链延伸方向与解旋方向相反）及后续处理步骤（切除引物→填补空隙→DNA连接酶连接）。
可能问题：“DNA连接酶在冈崎片段拼接中发挥什么作用？与DNA聚合酶的功能有何区别？”（连接磷酸二酯键，填补相邻片段的缺口；DNA聚合酶催化脱氧核苷酸的聚合）。
（3）端粒缩短与端粒酶的作用：
结合细胞衰老或癌细胞特性考查：“为什么每次DNA复制后，染色体端粒会缩短？端粒酶如何弥补这一问题？”（引物切除后无法填补末端空隙；端粒酶以自身RNA为模板延长端粒DNA）。
拓展问题：“癌细胞能无限增殖，与端粒酶的活性有何关系？”（癌细胞中端粒酶活性高，可维持端粒长度）。
3.复制方向的多样性考查
（1）双向复制的验证与意义：
可能结合实验设计：“如何通过同位素标记实验证明DNA是双向复制？”（如用放射性标记原料，观察复制叉的双向扩展）。
考查双向复制的意义（提高复制效率）。
（2）与环状DNA复制的关联：
如θ复制（单起点双向）是双向复制的典型案例，可考查其复制叉的移动方向。
4.真核生物染色体DNA复制的特点
（1）多起点复制：
考查真核生物与原核生物复制起点的差异（真核多起点，原核单起点）及意义（适应长染色体的快速复制）。
可能问题：“真核生物染色体上的多个复制起点是否同步启动？（通常不同步，如卵母细胞的DNA复制可同步启动以快速增殖）。
（2）复制的时序性：
考查染色体上不同区域复制的先后顺序（如常染色质先复制，异染色质后复制）。
1．（2025·北京·高考真题）1958年，Meselson和Stahl通过15N标记DNA的实验，证明了DNA的半保留复制。关于这一经典实验的叙述正确的是（ ）
A．因为15N有放射性，所以能够区分DNA的母链和子链
B．得到的DNA带的位置有三个，证明了DNA的半保留复制
C．将DNA变成单链后再进行离心也能得到相同的实验结果
D．选择大肠杆菌作为实验材料是因为它有环状质粒DNA
2．（2024·广西·高考真题）研究发现真核生物基因组DNA普遍存在5-甲基胞嘧啶和N6-甲基腺嘌呤，分别被称为DNA的第5、6个碱基。关于这两个碱基的说法，正确的是（　　）
A．均含有N元素
B．均含有脱氧核糖
C．都排列在DNA骨架的外侧
D．都不参与碱基互补配对
3．（2025·广东·高考真题）Solexa测序是一种将PCR与荧光检测相结合的高通量测序技术。为了确保该PCR过程中，DNA聚合酶催化一个脱氧核苷酸单位完成聚合反应后，DNA链不继续延伸，应保护底物中脱氧核糖结构上的（ ）
A．1'-碱基 B．2'-氢 C．3'-羟基 D．5'-磷酸基团
4．（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
5．（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%
6．（2024·浙江·高考真题）大肠杆菌在含有 H-脱氧核苷培养液中培养， H-脱氧核苷掺入到新合成的 DNA链中，经特殊方法显色，可观察到双链都掺入 H-脱氧核苷的 DNA区段显深色，仅单链掺入的显浅色，未掺入的不显色。掺入培养中，大肠杆菌拟核 DNA 第2 次复制时，局部示意图如图。DNA 双链区段①、②、③对应的显色情况可能是（ ）
A．深色、浅色、浅色 B．浅色、浅色、深色
C．浅色、深色、深色 D．深色、浅色、深色
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