资源简介 中小学教育资源及组卷应用平台第20讲 DNA的结构、复制与基因的本质目 录01考情解码·考点定标 202体系构建·思维领航 303考点突破·考向探究 3考点一 DNA的结构与基因的本质 3知识点1 DNA双螺旋结构模型的构建 4知识点2 DNA的结构及特点 4知识点3 基因的本质 6考向1 DNA分子的结构及特点 7考向2 DNA分子中碱基数量相关计算 7考点二 DNA的复制及相关计算 9知识点1 DNA半保留复制的实验证据 9知识点2 DNA复制 10知识点3 “图解法”分析DNA复制相关计算 12考向1 探究DNA复制的方式 13考向2 DNA复制的过程 14考向3 DNA复制的相关计算 16重难点透析 细胞分裂过程中染色体标记情况 1604真题感知·命题洞见（含2025年高考真题） 1705 学以致用·能力提升 20一、教材知识链接 20二、教材深挖拓展 20三、新情境（θ复制、D环复制、滚环复制） 20考点要求 考查形式 2025年 2024年 2023年DNA分子的结构与特点 选择题 非选择题 四川卷T7,3分 湖北卷T14,2分 北京卷T2,2分 河北卷T6,2分DNA分子复制的过程 选择题 非选择题 北京卷T5,2分 浙江6月卷T9，2分 辽宁卷T18,3分基因的结构及功能 选择题 非选择题 \ 北京卷T6,2分 重庆卷T5,3分考情分析： 1．从命题题型和内容上看，试题以选择题为主，考查频率较高。其考查形式灵活，从基础选择题到解答题均有涉及。主要从以下几方面考查：DNA的双螺旋结构模型、DNA分子结构特点及计算、DNA半保留复制的实验、DNA复制的过程及计算等。 2．从命题思路上看，从以下几个方面进行考查 (1)结合基因表达的相关过程考查DNA的结构和DNA复制的过程。 (2)利用科技前沿或特殊现象为载体，考查学生运用DNA的结构、本质和复制过程等知识去分析和解决新问题。复习目标： 1.构建DNA双螺旋结构模型，阐明DNA作为遗传物质所具有的结构特点，阐明DNA通过复制传递遗传信息。(生命观念) 2．掌握DNA复制过程及DNA复制过程中相关数量的计算，提高逻辑分析和计算能力；分析相关资料，理解基因通常是有遗传效应的DNA片段。(科学思维) 3．运用假说—演绎法探究DNA的复制方式。(科学探究)考点一 DNA的结构与基因的本质知识夯基知识点1 DNA双螺旋结构模型的构建（提醒：物理模型）1.构建者：2.构建依据：(1)DNA是以4种 为单位连接而成的长链，这4种脱氧核苷酸分别含有 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。（提醒：不能确定就是双螺旋）(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 的含量总是相等的， 的含量也相等。3.构建过程：知识点2 DNA的结构及特点1.组成元素：2.小分子：磷酸、 、含氮碱基（A、T、G、C）3.基本单位：4.结构：(1)DNA通常是由 单链组成的，这两条链按 方式盘旋成双螺旋结构。(2)DNA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：A一定与T配对，G一定与C配对。碱基之间的这种一一对应的关系，叫作 原则。（提醒：脱氧核苷酸之间通过磷酸二酯键连接）5.结构特点：(1)稳定性：DNA分子有独特而稳定的 结构。(2)多样性：碱基对的 多种多样。（提醒：DNA的种类为4n，其中n为碱基对数）(3)特异性：每一个DNA分子都具有特定的 ，不同的DNA分子，其碱基排列顺序是不同的。6．DNA分子的碱基互补配对原则及相关计算：(1)碱基互补配对原则：A一定与T配对，G一定与C配对。(2)四个计算规律①规律一：一个双链DNA分子中，A＝T、C＝G，则A＋G＝C＋T，即嘌呤碱基总数等于 总数。②规律二：在双链DNA分子中，互补的两碱基之和(如A＋T或C＋G)占全部碱基的比值 其任何一条单链中该种碱基比例的比值，且 其转录形成的mRNA(T换为U)中该种碱基比例的比值。③规律三：在DNA双链中，一条单链的(A1＋G1)/(T1＋C1)的值与其互补单链的(A2＋G2)/(T2＋C2)的值互为 。但在整个DNA分子中该比值等于 。④规律四：在DNA双链中，一条单链的(A1＋T1)/(G1＋C1)的值，与该互补链的(A2＋T2)/(G2＋C2)的值是 ，与整个DNA分子中的(A＋T)/(G＋C)的值是 。【易错提醒】DNA结构的两种关系和两种化学键【名师提醒】教材隐性知识：源于必修2 P51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 。（必修2 P50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 ，另一端有一个羟基（—OH），称作 ，两条单链走向 ，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。【易错辨析】(1)双链DNA中T占比越高，DNA热变性温度越高。(2024·浙江6月选考，9B)( ) (2)沃森和克里克用DNA衍射图谱得出碱基配对方式。(2022·广东卷，5D)( ) (3)某同学制作DNA双螺旋结构模型，在制作脱氧核苷酸时，需在磷酸上连接脱氧核糖和碱基。(2022·浙江6月选考，13A)( ) (4)制作DNA双螺旋结构模型时，鸟嘌呤与胞嘧啶之间用2个氢键连接物相连。(2022·浙江6月选考，13B)( )(5)DNA每条链的5′端是羟基末端。(2021·辽宁卷，4C)( ) (6)与RNA分子相比，DNA分子特有的碱基是U。(2017·浙江4月选考，6改编)( ) 知识点3 基因的本质1.基因本质：基因通常是具有 。有些病毒的遗传物质是RNA，对于这些病毒而言，基因就是 。2．DNA片段中的遗传信息：遗传信息蕴藏在4种碱基的 之中；碱基排列顺序的千变万化，构成了DNA的 ，而碱基特定的排列顺序，又构成了每个DNA分子的 。3．基因与DNA的关系：(1)从数量上看，每个DNA分子上有 基因。(2)从功能上看，基因是有 的DNA片段，能控制生物的性状。(3)基因的位置， 是基因的主要载体，每个染色体含有 个DNA分子，每个DNA分子含有 基因，基因在染色体上呈 排列。（提醒：基因并非都在染色体上）4．基因与染色体、DNA、脱氧核苷酸的关系【易错提醒】(1)有些病毒的遗传物质是RNA，如人类免疫缺陷病毒(艾滋病病毒)流感病毒等。对这类病毒而言，基因就是有遗传效应的RNA片段。(2)并不是所有的DNA片段都是基因，基因必须是有遗传效应的DNA片段。(3)并不是所有的基因都位于染色体上，叶绿体和线粒体也是基因的载体。考向研析考向1 DNA分子的结构及特点例1．Marliere所领导的研究团队在一种感染弧菌的病毒中发现部分碱基A可以被2-氨基腺嘌呤(Z)取代，这样的DNA称为Z-DNA。进一步研究发现碱基Z与T之间有3个氢键，Z-DNA的存在能帮助病毒更好地抵抗细菌中某些蛋白质的攻击。下列相关叙述错误的是（ ）A．病毒DNA中碱基A被Z取代，属于可遗传变异中的基因突变B．组成Z-DNA的化学元素有五种，其彻底水解可得到6种化合物C．Z-DNA复制时也要遵循碱基互补配对原则且需要DNA聚合酶的参与D．Z与T之间有3个氢键增加了DNA的稳定性，有助于病毒抵抗酶的降解【变式训练1·变考法】2017年4月，中国“蛟龙”号载人潜水器在西北印度洋卡尔斯脊热液区新发现27处“海底黑烟囱”。“海底黑烟囱”是指海底富含硫化物的高温热液活动区，其热液喷出时形似“黑烟”。曾经认为是生命禁区的地方却发现了许多前所未见的奇异生物，包括海葵、海蟹、管虫、蠕虫及类似硝化细菌的硫化细菌、嗜热古细菌等许多生物。下列说法错误的是（ ）A．“海底黑烟囱”对于人类研究生命的起源有重要参考价值B．“海底黑烟囱”处生存的生物（A+T）/（G+C）较陆地上多数生物要小C．“海底黑烟囱”生态系统的能量输入是这里特殊的生产者固定的热能D．“海底黑烟囱”的微生物体内有可能分离出耐高温的DNA聚合酶【变式训练2·变载体】生活中，手机的人脸识别解锁、购物时的刷脸支付等都运用了人脸识别技术，给我们的生活带来了极大的便利。下列说法错误的是（ ）A．DNA的多样性和特异性是人脸多样性和特异性的物质基础，决定人脸识别技术的可行性B．人体中相关基因的碱基排列顺序，决定了人脸特征的多样性C．面部特征都是相关基因通过控制酶的合成来实现的D．人脸识别技术是通过识别人面部多个性状实现的考向2 DNA分子中碱基数量相关计算例2．某同学利用相关材料制作DNA双螺旋结构模型，已知该模型包含6个碱基对，其中有4个腺嘌呤。下列叙述错误的是（ ）A．模型中腺嘌呤与胞嘧啶之和等于6B．制作模型时鸟嘌呤与胞嘧啶之间用3个氢键连接C．每条链中均有一个脱氧核糖上只连接一个磷酸基团D．该同学可制作出46种不同的DNA双螺旋结构模型【变式训练1·变考法】如图为DNA分子片段结构示意图。下列关于DNA分子的结构与特点的叙述，正确的是（ ）A．1号链序列为3'-TCGA-5'B．图中④为胞嘧啶脱氧核苷酸C．⑨的形成需要DNA聚合酶催化D．已知1号链中A+T占48%，则DNA分子中G占24%【变式训练2·变载体】如图为某DNA分子的部分平面结构图，则下列说法正确的是（ ）A．⑤是氢键，除使用解旋酶外，还有其他方法使⑤断裂B．③是连接DNA单链上2个核糖核苷酸的磷酸二酯键C．解旋后的DNA分子不具有规则的双螺旋结构，并失去复制功能D．DNA分子的一条链上，腺嘌呤比胞嘧啶多40%，两者之和占DNA分子碱基总数的24%，则这个DNA分子的另一条链上，胸腺嘧啶占该链碱基数目的24%考点二 DNA的复制及相关计算知识夯基知识点1 DNA半保留复制的实验证据1.对DNA分子复制的猜测（1） 复制：新复制出的分子直接形成，完全没有旧的部分；复制：形成的分子一半是新的，一半是旧的；（3）弥散复制：新复制的分子中新旧都有，但分配是 的2.实验方法： 。3.实验原理：含15N的双链DNA密度 ，含14N的双链DNA密度 ，一条链含14N、一条链含15N的双链DNA密度 。（提醒：15N无放射性）4.实验假设： 。5.实验预期：离心后应出现3条DNA带（1）重带（密度最大）： 标记的亲代双链DNA。（2）中带（密度居中）： 标记的子代双链DNA。（3）轻带（密度最小）： 标记的子代双链DNA。6.实验过程：7.实验结论：DNA的复制是以 进行的。知识点2 DNA复制1.概念：以 为模板合成 的过程。2.发生时期：在真核生物中，这一过程是在 ，随着染色体的复制而完成的。3.过程：4.场所：真核生物的 、 和 ；原核生物的 和细胞质。5.特点： 。6.方向：7.意义：DNA通过复制，将 从亲代细胞传递给子代细胞，从而保持了遗传信息的 。8.DNA分子精确复制的原因：（1）DNA独特的 结构提供精确的模板。（2） 原则保证复制准确地进行。9.DNA复制的拓展：（1）DNA的复制需要引物： 不能从头合成DNA，而只能从已存在的DNA链的 延长，因此DNA复制需要 (在细胞中是一段与模板DNA互补配对的短链 ，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 ，不连续复制链(后随链)延伸方向与解旋方向 。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 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 延长。（3）双向复制：绝大多数DNA采取 复制，少数DNA 复制【易错提醒】明辨DNA复制、“剪接”与“水解”中的四种酶(1)DNA聚合酶：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)限制性内切核酸酶：用于切断DNA双链中主链上的磷酸二酯键。(4)DNA水解酶：用于将DNA分子水解为脱氧核苷酸。【名师提醒】教材隐性知识：(必修2 P55“图3 10”拓展)分析DNA复制过程。(1)图示中的解旋酶和DNA聚合酶各有什么作用？(2)蛙的红细胞和哺乳动物成熟的红细胞，是否都能进行图示过程？知识点3 “图解法”分析DNA复制相关计算DNA分子的复制方式为半保留复制，一个DNA分子复制n次，则：1.DNA分子数：①子代DNA分子数＝ 个。②含有亲代DNA链的子代DNA分子数＝ 个。（提醒：仅含亲代DNA链的DNA分子数为0）③不含亲代DNA链的子代DNA分子数＝ 个。2.脱氧核苷酸链数：①子代DNA分子中脱氧核苷酸链数＝ 条。②亲代脱氧核苷酸链数＝ 条。③新合成的脱氧核苷酸链数＝(2n＋1－2)条。3.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，则经过n次复制需要消耗该脱氧核苷酸数为 个。②一个DNA分子复制n次后，得到的DNA分子数为2n个，复制(n－1)次后得到的DNA分子数为2n－1个，第n次复制增加的DNA分子数为2n－2n－1＝2n－1个，需要消耗的该脱氧核苷酸数为 个。【易错提醒】DNA复制相关计算的4个易错点(1)复制次数：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，后者只包括最后一次复制。(2)碱基数目：注意碱基的数目单位是“对”还是“个”。(3)复制模板：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。(4)关键词语：看清是“DNA分子数”还是“链数”，“含”还是“只含”等关键词。【易错辨析】(1)甲基是DNA半保留复制的原料之一。(2024·黑吉辽卷，9B)( )(2)DNA复制时，脱氧核苷酸通过氢键连接成子链。(2024·河北卷，4A)( ) (3)DNA分子复制时，子链的合成过程不需要引物参与。(2021·辽宁卷，4B)( )(4)DNA聚合酶的作用是打开DNA双链。(2021·辽宁卷，4D)( ) (5)烟草花叶病毒的RNA可通过复制将遗传密码传递给子代。(2020·浙江1月选考，21B)( ) (6)果蝇体细胞中核DNA分子通过转录将遗传信息传递给子代。(2020·浙江1月选考，21C)( ) 考向研析考向1 探究DNA复制的方式例1.科学家将15N标记的大肠杆菌置于含14NH4Cl的培养基中培养，提取DNA进行离心处理，结果如图所示，已知15N/15N-DNA离心后为重带，15N/14N-DNA离心后为中带，14N/14N-DNA离心后为轻带。据图分析，出现图中结果的大肠杆菌在含14NH4Cl的培养基中培养了（ ）A．一代 B．二代 C．三代 D．四代【变式训练1·变载体】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．本实验科学家探究DNA复制方式用到了假说-演绎法B．从获得试管①到试管③，细胞内的染色体复制了两次C．用噬菌体代替大肠杆菌进行实验，提取DNA更方便D．试管③中含有14N的DNA占3/4【变式训练2·变考法】科学工作者关于DNA复制方式曾提出过两种假说：半保留复制和全保留复制，两种假说的复制过程如图甲所示。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，设计了一个巧妙的实验（图乙）来验证DNA的复制方式。下列叙述错误的是（ ）A．该实验用到的实验技术是放射性同位素标记技术和密度梯度离心技术B．DNA的复制是指以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程C．图乙中最早可根据(b)的离心结果确定DNA的复制方式不为全保留复制D．亲代大肠杆菌繁殖3代后，实验结果轻带和中带中DNA数量之比为3∶1考向2 DNA复制的过程例2.下图为某DNA复制部分图解，DNA单链结合蛋白是一种与DNA单链区域结合的蛋白质，rep蛋白具有解旋功能。下列叙述错误的是（ ）A．正在合成的两条子链从5'端—3'端的方向进行延伸B．rep蛋白的作用是破坏A与G、C与T之间的氢键C．据图可知DNA分子的复制是一个边解旋边复制的过程D．推测DNA单链结合蛋白可防止两条互补母链再次结合【变式训练1·变载体】大肠杆菌的局部DNA复制过程如图所示。下列相关叙述正确的是（ ）A．A酶能够催化氢键和磷酸二酯键的形成B．图示过程发生在大肠杆菌的细胞核中C．复制起始位点处的 A—T 碱基对含量丰富有利于 B 酶解旋D．两条子链延伸的方向与 B 酶移动的方向相同【变式训练2·变考法】某DNA半保留复制过程的部分示意图如图所示，非复制区与复制区的相接区域会形成Y字形结构，被称为复制叉。下列叙述正确的是（ ）A．图中前导链是由脱氧核苷酸通过氢键连接而成的B．两条新形成的子链彼此通过碱基互补配对形成新的DNA分子C．图中DNA经过2次复制后，新合成的单链占总单链数的3/4D．前导链、滞后链的复制过程中参与的酶不同，导致2条链的延伸方向不同考向3 DNA复制的相关计算例3.某DNA分子含2000个碱基对，其中C+G所占的比例为40%，该DNA分子的两条链均含14N，现将其置于含15N的培养基中复制n代。下列叙述正确的是（ ）A．该DNA分子中A+T/C+G的值为1.2B．该DNA分子中一共含有1200个胸腺嘧啶C．若n为3，需消耗2800个鸟嘌呤脱氧核苷酸D．复制n代后子代DNA中含15N的有（2n-2）个【变式训练1·变载体】含50个碱基对的DNA分子片段的两条链分别为a链和b链，其中a链中（T+A）/（G+C）=2/3；将该DNA分子片段用15N标记，然后在只含有14N的培养基中连续复制4次，则下列有关说法正确的是（ ）A．该DNA片段的b链中（G+C）/（T+A）的值为2/3B．该DNA片段中含有腺嘌呤脱氧核苷酸的数目为20个C．子代DNA中含14N的DNA分子的比例为7/8D．子代DNA中含15N的DNA单链的比例为1/32【变式训练2·变考法】Ti质粒是独立存在于农杆菌拟核DNA之外、能够自主复制的双链环状DNA分子，含有a个腺嘌呤脱氧核苷酸，所占比例为b。下列叙述正确的是（ ）A．Ti质粒含有a（3/2b-1）个氢键B．大肠杆菌质粒复制时，子链延伸方向为3'→5'C．Ti质粒第n次复制消耗（2n - 1）a个腺嘌呤脱氧核苷酸D．Ti质粒含有的四环素抗性基因含有n个碱基对，其脱氧核苷酸排序有4n种重难点透析 细胞分裂过程中染色体标记情况1．有丝分裂中核DNA和染色体的标记情况分析有丝分裂过程中DNA复制一次，细胞分裂一次，如图为连续分裂两次的过程图(以一条染色体为例)。由图可以看出，第一次有丝分裂形成的两个子细胞中所有核DNA分子均由一条亲代DNA链和一条利用原料合成的子链组成；第二次有丝分裂后最终形成的子细胞中含亲代DNA链的染色体条数是0～2n(以体细胞染色体数为2n为例)。2．减数分裂中核DNA和染色体的标记情况分析在减数分裂过程中，DNA复制一次，细胞连续分裂两次。如图是一次减数分裂的结果(以一对同源染色体为例)。由图可以看出，减数分裂过程中细胞虽然连续分裂两次，但DNA只复制一次，所以四个子细胞中所有核DNA分子均由一条亲代DNA链和一条利用原料合成的子链组成。1．（2025·重庆·高考真题）细胞中F蛋白和M蛋白均可进入细胞核。X蛋白选择性地结合F蛋白或乙酰化修饰的M蛋白，从而阻止被结合的蛋白进入细胞核，具体机制如图。下列说法合理的是（ ）A．M基因和F基因都属于原癌基因B．M蛋白和F蛋白都是DNA聚合酶C．在癌细胞中过量表达X可能会减缓癌细胞增殖D．在正常细胞中去除F蛋白，可能会抑制正常细胞凋亡2．（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3．（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DNA4．（2025·山东·高考真题）关于豌豆胞核中淀粉酶基因遗传信息传递的复制、转录和翻译三个过程，下列说法错误的是（ ）A．三个过程均存在碱基互补配对现象B．三个过程中只有复制和转录发生在细胞核内C．根据三个过程的产物序列均可确定其模板序列D．RNA聚合酶与核糖体沿模板链的移动方向不同5．（2024·北京·高考真题）摩尔根和他的学生们绘出了第一幅基因位置图谱，示意图如图，相关叙述正确的是（ ）果蝇X染色体上一些基因的示意图A．所示基因控制的性状均表现为伴性遗传B．所示基因在Y染色体上都有对应的基因C．所示基因在遗传时均不遵循孟德尔定律D．四个与眼色表型相关基因互为等位基因6．（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7．（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（ ）序号 研究结果 推测或推论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A．①②④ B．②③⑤ C．①④⑤ D．②③④8．（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9．（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%10．（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长句作答类一、教材知识链接1．DNA分子的双螺旋结构(1)两条链 平行。(2) 和 交替连接形成主链的基本骨架，排列在主链的 。(3)碱基通过 连接成碱基对，排列在 。2．在DNA分子中，含 碱基对越多的DNA分子相对越稳定。3．双链DNA分子中，嘌呤碱基数＝嘧啶碱基数，A＋G＝ 。4．互补碱基之和的比例在DNA的任何一条链及整个DNA分子中都 。5．非互补碱基之和的比例在两条互补链中互为 ，而在整个DNA分子中比值为1。6.DNA复制发生在细胞分裂 期。DNA复制需要DNA模板、 做原料以及酶和能量。7.DNA复制的特点是 和 。8.DNA分子独特的 结构，为复制提供了精确的模板；通过 ，保证了复制能够准确地进行。二、教材深挖拓展1．DNA只含有4种脱氧核苷酸，却能够储存足够量的遗传信息的原因： 。2．果蝇DNA形成多个复制泡的原因： 。3．DNA精确复制的原因： 。4．DNA分子复制的意义： 。三、新情境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。(3)滚环复制：如某些噬菌体单链DNA、环状质粒的复制。1中小学教育资源及组卷应用平台第20讲 DNA的结构、复制与基因的本质目 录01考情解码·考点定标 202体系构建·思维领航 303考点突破·考向探究 3考点一 DNA的结构与基因的本质 3知识点1 DNA双螺旋结构模型的构建 4知识点2 DNA的结构及特点 4知识点3 基因的本质 6考向1 DNA分子的结构及特点 7考向2 DNA分子中碱基数量相关计算 8考点二 DNA的复制及相关计算 10知识点1 DNA半保留复制的实验证据 10知识点2 DNA复制 11知识点3 “图解法”分析DNA复制相关计算 14考向1 探究DNA复制的方式 15考向2 DNA复制的过程 17考向3 DNA复制的相关计算 19重难点透析 细胞分裂过程中染色体标记情况 2004真题感知·命题洞见（含2025年高考真题） 2105 学以致用·能力提升 26一、教材知识链接 26二、教材深挖拓展 26三、新情境（θ复制、D环复制、滚环复制） 27考点要求 考查形式 2025年 2024年 2023年DNA分子的结构与特点 选择题 非选择题 四川卷T7,3分 湖北卷T14,2分 北京卷T2,2分 河北卷T6,2分DNA分子复制的过程 选择题 非选择题 北京卷T5,2分 浙江6月卷T9，2分 辽宁卷T18,3分基因的结构及功能 选择题 非选择题 \ 北京卷T6,2分 重庆卷T5,3分考情分析： 1．从命题题型和内容上看，试题以选择题为主，考查频率较高。其考查形式灵活，从基础选择题到解答题均有涉及。主要从以下几方面考查：DNA的双螺旋结构模型、DNA分子结构特点及计算、DNA半保留复制的实验、DNA复制的过程及计算等。 2．从命题思路上看，从以下几个方面进行考查 (1)结合基因表达的相关过程考查DNA的结构和DNA复制的过程。 (2)利用科技前沿或特殊现象为载体，考查学生运用DNA的结构、本质和复制过程等知识去分析和解决新问题。复习目标： 1.构建DNA双螺旋结构模型，阐明DNA作为遗传物质所具有的结构特点，阐明DNA通过复制传递遗传信息。(生命观念) 2．掌握DNA复制过程及DNA复制过程中相关数量的计算，提高逻辑分析和计算能力；分析相关资料，理解基因通常是有遗传效应的DNA片段。(科学思维) 3．运用假说—演绎法探究DNA的复制方式。(科学探究)考点一 DNA的结构与基因的本质知识夯基知识点1 DNA双螺旋结构模型的构建（提醒：物理模型）1.构建者：沃森和克里克2.构建依据：(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、C 4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。（提醒：不能确定就是双螺旋）(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。3.构建过程：知识点2 DNA的结构及特点1.组成元素：C、H、O、N、P2.小分子：磷酸、脱氧核糖、含氮碱基（A、T、G、C）3.基本单位：4种脱氧核苷酸4.结构：(1)DNA通常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。(2)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。(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一定与T配对，G一定与C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。（提醒：脱氧核苷酸之间通过磷酸二酯键连接）5.结构特点：(1)稳定性：DNA分子有独特而稳定的双螺旋结构。(2)多样性：碱基对的排列顺序多种多样。（提醒：DNA的种类为4n，其中n为碱基对数）(3)特异性：每一个DNA分子都具有特定的碱基序列，不同的DNA分子，其碱基排列顺序是不同的。6．DNA分子的碱基互补配对原则及相关计算：(1)碱基互补配对原则：A一定与T配对，G一定与C配对。(2)四个计算规律①规律一：一个双链DNA分子中，A＝T、C＝G，则A＋G＝C＋T，即嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数。②规律二：在双链DNA分子中，互补的两碱基之和(如A＋T或C＋G)占全部碱基的比值等于其任何一条单链中该种碱基比例的比值，且等于其转录形成的mRNA(T换为U)中该种碱基比例的比值。③规律三：在DNA双链中，一条单链的(A1＋G1)/(T1＋C1)的值与其互补单链的(A2＋G2)/(T2＋C2)的值互为倒数关系。但在整个DNA分子中该比值等于1。④规律四：在DNA双链中，一条单链的(A1＋T1)/(G1＋C1)的值，与该互补链的(A2＋T2)/(G2＋C2)的值是相等的，与整个DNA分子中的(A＋T)/(G＋C)的值是相等的。【易错提醒】DNA结构的两种关系和两种化学键【名师提醒】教材隐性知识：源于必修2 P51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。（必修2 P50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，两条单链走向相反，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。【易错辨析】(1)双链DNA中T占比越高，DNA热变性温度越高。(2024·浙江6月选考，9B)(×) 双链DNA中GC碱基对占比越高，DNA热变性温度越高。(2)沃森和克里克用DNA衍射图谱得出碱基配对方式。(2022·广东卷，5D)(×) 沃森和克里克以DNA衍射图谱为基础推算出DNA呈螺旋结构。(3)某同学制作DNA双螺旋结构模型，在制作脱氧核苷酸时，需在磷酸上连接脱氧核糖和碱基。(2022·浙江6月选考，13A)(×) 在制作脱氧核苷酸时，需在脱氧核糖上连接磷酸和碱基。(4)制作DNA双螺旋结构模型时，鸟嘌呤与胞嘧啶之间用2个氢键连接物相连。(2022·浙江6月选考，13B)(×) G、C之间形成3个氢键。(5)DNA每条链的5′端是羟基末端。(2021·辽宁卷，4C)(×) DNA每条链的5′端是磷酸基团末端，3′端是羟基(—OH)末端。(6)与RNA分子相比，DNA分子特有的碱基是U。(2017·浙江4月选考，6改编)(×) 与RNA分子相比，DNA分子特有的碱基是T。知识点3 基因的本质1.基因本质：基因通常是具有遗传效应的DNA片段。有些病毒的遗传物质是RNA，对于这些病毒而言，基因就是 有遗传效应的RNA片段 。2．DNA片段中的遗传信息：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。3．基因与DNA的关系：(1)从数量上看，每个DNA分子上有多个基因。(2)从功能上看，基因是有遗传效应的DNA片段，能控制生物的性状。(3)基因的位置，染色体是基因的主要载体，每个染色体含有1(或2)个DNA分子，每个DNA分子含有多个基因，基因在染色体上呈线性排列。（提醒：基因并非都在染色体上）4．基因与染色体、DNA、脱氧核苷酸的关系【易错提醒】(1)有些病毒的遗传物质是RNA，如人类免疫缺陷病毒(艾滋病病毒)流感病毒等。对这类病毒而言，基因就是有遗传效应的RNA片段。(2)并不是所有的DNA片段都是基因，基因必须是有遗传效应的DNA片段。(3)并不是所有的基因都位于染色体上，叶绿体和线粒体也是基因的载体。考向研析考向1 DNA分子的结构及特点例1．Marliere所领导的研究团队在一种感染弧菌的病毒中发现部分碱基A可以被2-氨基腺嘌呤(Z)取代，这样的DNA称为Z-DNA。进一步研究发现碱基Z与T之间有3个氢键，Z-DNA的存在能帮助病毒更好地抵抗细菌中某些蛋白质的攻击。下列相关叙述错误的是（ ）A．病毒DNA中碱基A被Z取代，属于可遗传变异中的基因突变B．组成Z-DNA的化学元素有五种，其彻底水解可得到6种化合物C．Z-DNA复制时也要遵循碱基互补配对原则且需要DNA聚合酶的参与D．Z与T之间有3个氢键增加了DNA的稳定性，有助于病毒抵抗酶的降解【答案】B【解析】A、病毒DNA中碱基A被Z取代，是基因中碱基序列的改变，因而属于可遗传变异中的基因突变，A正确；B、组成Z-DNA的化学元素有五种，其彻底水解可得到7种化合物，包括磷酸、脱氧核糖和5种碱基，B错误；C、Z-DNA复制时也需要严格遵循碱基互补配对原则，且需要DNA聚合酶的参与，还需要脱氧核苷酸作为原料，C正确；D、题意显示，Z-DNA的存在能帮助病毒更好地抵抗细菌中某些蛋白质的攻击，据此可知，Z与T之间有3个氢键增加了DNA的稳定性，同时由于碱基序列的改变，因而不宜被相应的酶识别和切割，D正确。【变式训练1·变考法】2017年4月，中国“蛟龙”号载人潜水器在西北印度洋卡尔斯脊热液区新发现27处“海底黑烟囱”。“海底黑烟囱”是指海底富含硫化物的高温热液活动区，其热液喷出时形似“黑烟”。曾经认为是生命禁区的地方却发现了许多前所未见的奇异生物，包括海葵、海蟹、管虫、蠕虫及类似硝化细菌的硫化细菌、嗜热古细菌等许多生物。下列说法错误的是（ ）A．“海底黑烟囱”对于人类研究生命的起源有重要参考价值B．“海底黑烟囱”处生存的生物（A+T）/（G+C）较陆地上多数生物要小C．“海底黑烟囱”生态系统的能量输入是这里特殊的生产者固定的热能D．“海底黑烟囱”的微生物体内有可能分离出耐高温的DNA聚合酶【答案】C【解析】A、“海底黑烟囱”的高温、硫化物环境与早期地球环境类似，为人类研究生命起源提供了重要参考价值，A正确；B、“海底黑烟囱”生存的生物热稳定性较强，因此DNA中G-C碱基对比例较高（G-C间含3个氢键，结构更稳定），使其（A+T）/（G+C）的比值较陆地上的多数生物小，B正确；C、该生态系统的能量输入来自化能合成细菌（如硫细菌）所固定的化学能，C错误；D、嗜热古细菌适应高温环境，其DNA聚合酶需耐高温特性，因此可能分离出耐高温的DNA聚合酶，D正确。【变式训练2·变载体】生活中，手机的人脸识别解锁、购物时的刷脸支付等都运用了人脸识别技术，给我们的生活带来了极大的便利。下列说法错误的是（ ）A．DNA的多样性和特异性是人脸多样性和特异性的物质基础，决定人脸识别技术的可行性B．人体中相关基因的碱基排列顺序，决定了人脸特征的多样性C．面部特征都是相关基因通过控制酶的合成来实现的D．人脸识别技术是通过识别人面部多个性状实现的【答案】C【解析】A、DNA的多样性决定了蛋白质的多样性，而DNA的特异性导致个体间性状差异，因此是人脸多样性和特异性的物质基础，A正确；B、基因的碱基排列顺序（遗传信息）直接决定蛋白质的结构，进而影响人脸特征，B正确；C、基因控制性状的途径包括控制酶的合成（间接）和直接控制结构蛋白。面部特征如骨骼形态可能由结构蛋白直接决定，而非均通过酶实现，C错误；D、人脸识别需综合多个性状（多基因控制的特征），符合生物学原理，D正确。考向2 DNA分子中碱基数量相关计算例2．某同学利用相关材料制作DNA双螺旋结构模型，已知该模型包含6个碱基对，其中有4个腺嘌呤。下列叙述错误的是（ ）A．模型中腺嘌呤与胞嘧啶之和等于6B．制作模型时鸟嘌呤与胞嘧啶之间用3个氢键连接C．每条链中均有一个脱氧核糖上只连接一个磷酸基团D．该同学可制作出46种不同的DNA双螺旋结构模型【答案】D【解析】A、模型中总共有6对碱基，已知A=4，则T=4。剩余2对为C-G，故C=2。A+C=4+2=6，A正确；B、DNA中C-G对通过3个氢键连接，A-T对通过2个氢键，B正确；C、线状DNA每条链的两端各有一个脱氧核糖只连接一个磷酸基团（链内部脱氧核糖连接两个磷酸基团），因此每条链有2个这样的脱氧核糖，C正确；D、题目限定A=4，即A-T对固定为4对，C-G对为2对。可能的排列方式为从6个位置选4个放置A-T对，剩余2个放置C-G对，且每个C-G对有两种方向（C-G或G-C），总数为15×4=60种，D错误。【变式训练1·变考法】如图为DNA分子片段结构示意图。下列关于DNA分子的结构与特点的叙述，正确的是（ ）A．1号链序列为3'-TCGA-5'B．图中④为胞嘧啶脱氧核苷酸C．⑨的形成需要DNA聚合酶催化D．已知1号链中A+T占48%，则DNA分子中G占24%【答案】A【解析】A、DNA分子的两条链是反向平行的，图中2号链的序列是3'-TCGA-5'，则1号链对应的序列为3'-TCGA-5'，A正确；B、图中④不能表示胞嘧啶脱氧核苷酸，②、③和下一个磷酸才能构成胞嘧啶脱氧核苷酸，B错误；C、⑨表示氢键，其形成不需要酶的催化，C错误；D、若1号链中A+T占48%，则整个DNA分子中A+T=48%，因此G+C=52%，又因为G=C，所以G占26%，D错误。【变式训练2·变载体】如图为某DNA分子的部分平面结构图，则下列说法正确的是（ ）A．⑤是氢键，除使用解旋酶外，还有其他方法使⑤断裂B．③是连接DNA单链上2个核糖核苷酸的磷酸二酯键C．解旋后的DNA分子不具有规则的双螺旋结构，并失去复制功能D．DNA分子的一条链上，腺嘌呤比胞嘧啶多40%，两者之和占DNA分子碱基总数的24%，则这个DNA分子的另一条链上，胸腺嘧啶占该链碱基数目的24%【答案】A【解析】A、⑤是氢键，解旋酶可使氢键断裂 ，此外，高温也能使氢键断裂（如PCR技术中利用高温使DNA解旋 ），所以除使用解旋酶外，还有其他方法使⑤断裂，A正确；B、DNA分子的基本组成单位是脱氧核糖核苷酸，③是连接DNA单链上2个脱氧核糖核苷酸的磷酸二酯键，而不是核糖核苷酸，B错误；C、解旋后的DNA分子不具有规则的双螺旋结构，但DNA复制时需要先解旋，解旋后的DNA分子具备复制功能 ，C错误；D、设该DNA分子一条链中胞嘧啶含量为x，因为腺嘌呤比胞嘧啶多40%，则腺嘌呤含量为（1+40%）x=1.4x。已知两者之和占DNA分子碱基总数的24%，由于一条链上的碱基数是DNA分子总碱基数的一半，所以（x+1.4x）/2=24%，即2.4x/2=24%，1.2x=24%，解得x=20%，则这条链中腺嘌呤含量为1.4×20%=28%。根据碱基互补配对原则，另一条链上的胸腺嘧啶与该链的腺嘌呤互补，所以另一条链上胸腺嘧啶占该链碱基数目的28%，D错误。考点二 DNA的复制及相关计算知识夯基知识点1 DNA半保留复制的实验证据1.对DNA分子复制的猜测（1）全保留复制：新复制出的分子直接形成，完全没有旧的部分；（2）半保留复制：形成的分子一半是新的，一半是旧的；（3）弥散复制：新复制的分子中新旧都有，但分配是随机组合的2.实验方法： 同位素标记技术和离心技术 。3.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。（提醒：15N无放射性）4.实验假设： DNA以半保留的方式复制 。5.实验预期：离心后应出现3条DNA带（1）重带（密度最大）： 两条链都为15N 标记的亲代双链DNA。（2）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。（3）轻带（密度最小）： 两条链都为14N 标记的子代双链DNA。6.实验过程：7.实验结论：DNA的复制是以半保留的方式进行的。知识点2 DNA复制1.概念：以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。2.发生时期：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.过程：4.场所：真核生物的细胞核、线粒体和叶绿体；原核生物的拟核和细胞质。5.特点：边解旋边复制、半保留复制。6.方向：7.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。8.DNA分子精确复制的原因：（1）DNA独特的双螺旋结构提供精确的模板。（2）碱基互补配对原则保证复制准确地进行。9.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【易错提醒】明辨DNA复制、“剪接”与“水解”中的四种酶(1)DNA聚合酶：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)限制性内切核酸酶：用于切断DNA双链中主链上的磷酸二酯键。(4)DNA水解酶：用于将DNA分子水解为脱氧核苷酸。【名师提醒】教材隐性知识：(必修2 P55“图3 10”拓展)分析DNA复制过程。(1)图示中的解旋酶和DNA聚合酶各有什么作用？解旋酶使氢键打开，DNA双链解旋；DNA聚合酶催化形成磷酸二酯键，从而形成新的子链。(2)蛙的红细胞和哺乳动物成熟的红细胞，是否都能进行图示过程？蛙的红细胞进行无丝分裂，可进行DNA的复制；哺乳动物成熟的红细胞无细胞核，也无各种细胞器，不能进行DNA的复制。知识点3 “图解法”分析DNA复制相关计算DNA分子的复制方式为半保留复制，一个DNA分子复制n次，则：1.DNA分子数：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。（提醒：仅含亲代DNA链的DNA分子数为0）③不含亲代DNA链的子代DNA分子数＝(2n－2)个。2.脱氧核苷酸链数：①子代DNA分子中脱氧核苷酸链数＝2n＋1条。②亲代脱氧核苷酸链数＝2条。③新合成的脱氧核苷酸链数＝(2n＋1－2)条。3.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，则经过n次复制需要消耗该脱氧核苷酸数为m×(2n－1)个。②一个DNA分子复制n次后，得到的DNA分子数为2n个，复制(n－1)次后得到的DNA分子数为2n－1个，第n次复制增加的DNA分子数为2n－2n－1＝2n－1个，需要消耗的该脱氧核苷酸数为m·2n－1个。【易错提醒】DNA复制相关计算的4个易错点(1)复制次数：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，后者只包括最后一次复制。(2)碱基数目：注意碱基的数目单位是“对”还是“个”。(3)复制模板：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。(4)关键词语：看清是“DNA分子数”还是“链数”，“含”还是“只含”等关键词。【易错辨析】(1)甲基是DNA半保留复制的原料之一。(2024·黑吉辽卷，9B)(×) DNA复制的原料是四种脱氧核苷酸。(2)DNA复制时，脱氧核苷酸通过氢键连接成子链。(2024·河北卷，4A)(×) 通过磷酸二酯键连接成子链。(3)DNA分子复制时，子链的合成过程不需要引物参与。(2021·辽宁卷，4B)(×) 子链的合成过程需要引物。(4)DNA聚合酶的作用是打开DNA双链。(2021·辽宁卷，4D)(×) 解旋酶的作用是打开DNA双链。(5)烟草花叶病毒的RNA可通过复制将遗传密码传递给子代。(2020·浙江1月选考，21B)(×) 烟草花叶病毒的RNA可通过复制将遗传信息传递给子代。(6)果蝇体细胞中核DNA分子通过转录将遗传信息传递给子代。(2020·浙江1月选考，21C)(×) 果蝇体细胞中核DNA分子通过复制将遗传信息传递给子代。考向研析考向1 探究DNA复制的方式例1.科学家将15N标记的大肠杆菌置于含14NH4Cl的培养基中培养，提取DNA进行离心处理，结果如图所示，已知15N/15N-DNA离心后为重带，15N/14N-DNA离心后为中带，14N/14N-DNA离心后为轻带。据图分析，出现图中结果的大肠杆菌在含14NH4Cl的培养基中培养了（ ）A．一代 B．二代 C．三代 D．四代【答案】B【解析】DNA的复制方式为半保留复制，将15N标记的大肠杆菌置于以14NH4Cl的培养基中培养，若培养一代，则全为15N/14N-DNA；若培养两代，则一半为15N/14N-DNA（中带），另一半为14N/14N-DNA（轻带），B正确，ACD错误。故选B。【变式训练1·变载体】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．本实验科学家探究DNA复制方式用到了假说-演绎法B．从获得试管①到试管③，细胞内的染色体复制了两次C．用噬菌体代替大肠杆菌进行实验，提取DNA更方便D．试管③中含有14N的DNA占3/4【答案】A【解析】A、本实验科学家探究DNA复制方式用到了假说-演绎法，分别假设其复制方式是全保留复制、半保留复制、弥散复制等，随后进行实验验证假设，A正确；B、大肠杆菌细胞内没有染色体，B错误；C、噬菌体是病毒，不能在培养液中繁殖，不能代替大肠杆菌进行实验，C 错误；D、试管③中含有14N 的DNA 占100%，D错误。【变式训练2·变考法】科学工作者关于DNA复制方式曾提出过两种假说：半保留复制和全保留复制，两种假说的复制过程如图甲所示。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，设计了一个巧妙的实验（图乙）来验证DNA的复制方式。下列叙述错误的是（ ）A．该实验用到的实验技术是放射性同位素标记技术和密度梯度离心技术B．DNA的复制是指以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程C．图乙中最早可根据(b)的离心结果确定DNA的复制方式不为全保留复制D．亲代大肠杆菌繁殖3代后，实验结果轻带和中带中DNA数量之比为3∶1【答案】A【解析】A、15N不具有放射性，是稳定同位素。由图乙可知：将含15N的大肠杆菌转入14N培养液中培养，在不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA，再将提取的DNA进行离心，记录离心后试管中DNA的位置，这说明该实验用到的技术是同位素标记技术和密度梯度离心技术，A错误；B、DNA的复制是指以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程，B正确；C、全保留复制是指DNA复制以DNA双链为模板，子代DNA的双链都是新合成的。若为全保留复制，则(b)繁殖一代后取样，理论上有1/2的DNA的两条链都含15N、另有1/2的DNA的两条链都含14N，离心后应出现轻、重两条带，而(b) 的离心结果只出现一条中带，因此图乙中最早可根据b的离心结果确定DNA的复制方式不为全保留复制，C正确；D、半保留复制是指新形成的每个DNA分子中都保留了原来DNA分子中的一条链。亲代大肠杆菌的DNA的两条链都含15N，繁殖3代后，共产生的23＝8个DNA分子其中有2个DNA分子的1条链含有15N、另1条链含有14N，其余的6个DNA分子的2条链都含14N，所以实验结果轻带和中带中DNA数量之比为3∶1，D正确。考向2 DNA复制的过程例2.下图为某DNA复制部分图解，DNA单链结合蛋白是一种与DNA单链区域结合的蛋白质，rep蛋白具有解旋功能。下列叙述错误的是（ ）A．正在合成的两条子链从5'端—3'端的方向进行延伸B．rep蛋白的作用是破坏A与G、C与T之间的氢键C．据图可知DNA分子的复制是一个边解旋边复制的过程D．推测DNA单链结合蛋白可防止两条互补母链再次结合【答案】B【解析】A、DNA子链延伸的方向是5′→3′，A正确；B、rep蛋白解开DNA的双链，所以作用是破坏A与T、C与G之间的氢键，B错误；C、从图中可以看到，在rep蛋白解旋的同时，子链也在进行合成，这表明DNA分子的复制是一个边解旋边复制的过程，C正确；D、DNA单链结合蛋白与DNA单链区域结合，可推测其能防止两条互补单链再次结合，从而保证DNA复制的正常进行，D正确。【变式训练1·变载体】大肠杆菌的局部DNA复制过程如图所示。下列相关叙述正确的是（ ）A．A酶能够催化氢键和磷酸二酯键的形成B．图示过程发生在大肠杆菌的细胞核中C．复制起始位点处的 A—T 碱基对含量丰富有利于 B 酶解旋D．两条子链延伸的方向与 B 酶移动的方向相同【答案】C【解析】A、由图可知，A酶是DNA聚合酶，它的作用是催化磷酸二酯键的形成，将单个脱氧核苷酸连接到正在合成的DNA子链上，而不催化氢键的形成，RNA聚合酶是用于转录过程的，A错误；B、大肠杆菌是原核生物，没有细胞核，其DNA复制发生在拟核区域，B错误；C、因为A-T碱基对之间是2个氢键，G-C碱基对之间是3个氢键，所以复制起始位点处A-T碱基对含量丰富，意味着氢键相对较少，有利于B酶（解旋酶）解旋，C正确；D、由图可知，两条子链延伸的方向是相反的，而B酶（解旋酶）移动的方向只有一个，所以两条子链延伸的方向与B酶移动的方向不完全相同，D错误。【变式训练2·变考法】某DNA半保留复制过程的部分示意图如图所示，非复制区与复制区的相接区域会形成Y字形结构，被称为复制叉。下列叙述正确的是（ ）A．图中前导链是由脱氧核苷酸通过氢键连接而成的B．两条新形成的子链彼此通过碱基互补配对形成新的DNA分子C．图中DNA经过2次复制后，新合成的单链占总单链数的3/4D．前导链、滞后链的复制过程中参与的酶不同，导致2条链的延伸方向不同【答案】C【解析】A、前导链、滞后链都是脱氧核苷酸通过磷酸二酯键连接形成，A错误；B、DNA的复制方式是半保留复制，新形成的子链和一条母链通过碱基互补配对形成新的DNA分子，B错误；C、图中DNA经过2次复制后，形成4个DNA分子，共8条链，其中新合成的单链8-2=6条，所以占总单链数的3/4，C正确；D、前导链、滞后链的复制过程中都有DNA聚合酶的参与，同时两条链的延伸方向都是从5′→3′，D错误。考向3 DNA复制的相关计算例3.某DNA分子含2000个碱基对，其中C+G所占的比例为40%，该DNA分子的两条链均含14N，现将其置于含15N的培养基中复制n代。下列叙述正确的是（ ）A．该DNA分子中A+T/C+G的值为1.2B．该DNA分子中一共含有1200个胸腺嘧啶C．若n为3，需消耗2800个鸟嘌呤脱氧核苷酸D．复制n代后子代DNA中含15N的有（2n-2）个【答案】B【解析】A、题意显示，该DNA中C+G占40%，则A+T占60%。A+T/C+G=60%/40%=1.5，A错误；B、该DNA中总碱基数为2000×2=4000，C+G=40%×4000=1600，故C=G=800。A+T=2400，A=T=1200，B正确；C、G=800个，该DNA复制3代（此时新合成的DNA分子数目为23-1=7）需鸟嘌呤数=7×800=5600，C错误；D、由于培养液中提供的原料含有15N，因此，所有子代DNA均含15N（新链均为15N链），故该DNA复制n代后子代DNA中含15N的有（2n）个，D错误。【变式训练1·变载体】含50个碱基对的DNA分子片段的两条链分别为a链和b链，其中a链中（T+A）/（G+C）=2/3；将该DNA分子片段用15N标记，然后在只含有14N的培养基中连续复制4次，则下列有关说法正确的是（ ）A．该DNA片段的b链中（G+C）/（T+A）的值为2/3B．该DNA片段中含有腺嘌呤脱氧核苷酸的数目为20个C．子代DNA中含14N的DNA分子的比例为7/8D．子代DNA中含15N的DNA单链的比例为1/32【答案】B【解析】A、a链中（T+A）/(G+C)=2/3，根据互补配对原则，b链中（G+C）/(T+A)应为a链中（G+C）/(T+A)的倒数，即3/2，A错误；B、DNA分子含50个碱基对（共100个碱基）。a链中（T+A）/(G+C)=2/3，设T+A=2x，G+C=3x，则2x+3x=50，解得x=10，故T+A=20。整个DNA分子中A+T总量为20×2=40，腺嘌呤（A）数目为（A+T）/2=20，B正确；C、所有子代DNA均含14N（因复制原料为14N），含14N的DNA比例为100%，C错误；D、复制4次后共产生16个DNA分子，含15N的链仅2条（原亲代链），单链总数为32条，故含15N的单链比例为2/32=1/16，D错误。【变式训练2·变考法】Ti质粒是独立存在于农杆菌拟核DNA之外、能够自主复制的双链环状DNA分子，含有a个腺嘌呤脱氧核苷酸，所占比例为b。下列叙述正确的是（ ）A．Ti质粒含有a（3/2b-1）个氢键B．大肠杆菌质粒复制时，子链延伸方向为3'→5'C．Ti质粒第n次复制消耗（2n - 1）a个腺嘌呤脱氧核苷酸D．Ti质粒含有的四环素抗性基因含有n个碱基对，其脱氧核苷酸排序有4n种【答案】A【解析】A、Ti质粒为双链环状DNA，腺嘌呤（A）数目为a，占碱基总数的比例为b，故总碱基数为a/b。根据碱基互补配对原则，A=T=a，C=G=(a/b - 2a)/2。氢键数= A-T对（2个氢键/对） + C-G对（3个氢键/对），代入计算得总氢键数为a（3/2b-1），A正确；B、DNA聚合酶催化子链延伸方向为5'→3'，B错误；C、第n次复制需消耗腺嘌呤脱氧核苷酸数为a×2n 1，C错误；D、四环素抗性基因的碱基序列是特定的，脱氧核苷酸排序唯一，D错误。重难点透析 细胞分裂过程中染色体标记情况1．有丝分裂中核DNA和染色体的标记情况分析有丝分裂过程中DNA复制一次，细胞分裂一次，如图为连续分裂两次的过程图(以一条染色体为例)。由图可以看出，第一次有丝分裂形成的两个子细胞中所有核DNA分子均由一条亲代DNA链和一条利用原料合成的子链组成；第二次有丝分裂后最终形成的子细胞中含亲代DNA链的染色体条数是0～2n(以体细胞染色体数为2n为例)。2．减数分裂中核DNA和染色体的标记情况分析在减数分裂过程中，DNA复制一次，细胞连续分裂两次。如图是一次减数分裂的结果(以一对同源染色体为例)。由图可以看出，减数分裂过程中细胞虽然连续分裂两次，但DNA只复制一次，所以四个子细胞中所有核DNA分子均由一条亲代DNA链和一条利用原料合成的子链组成。1．（2025·重庆·高考真题）细胞中F蛋白和M蛋白均可进入细胞核。X蛋白选择性地结合F蛋白或乙酰化修饰的M蛋白，从而阻止被结合的蛋白进入细胞核，具体机制如图。下列说法合理的是（ ）A．M基因和F基因都属于原癌基因B．M蛋白和F蛋白都是DNA聚合酶C．在癌细胞中过量表达X可能会减缓癌细胞增殖D．在正常细胞中去除F蛋白，可能会抑制正常细胞凋亡【答案】C【解析】A、一般来说，原癌基因表达的蛋白质是细胞正常的生长和增殖所必需的，抑癌基因表达的蛋白质能促进细胞凋亡，由图可知，正常细胞中的M蛋白进入细胞核促进凋亡基因转录，癌细胞中的F蛋白进入细胞核促进增殖基因转录，说明M基因属于抑癌基因，F基因属于原癌基因，A错误；B、DNA聚合酶参与DNA复制，M蛋白和F蛋白在转录过程中发挥作用，所以M蛋白和F蛋白都不是DNA聚合酶，B错误；C、X蛋白选择性地结合F蛋白或乙酰化修饰的M蛋白，从而阻止被结合的蛋白进入细胞核，在癌细胞中，X蛋白结合乙酰化修饰的M蛋白，促进F蛋白进入细胞核，若过量表达X蛋白，可能会导致部分X蛋白与F蛋白结合，使进入细胞核内的F蛋白减少，从而减缓癌细胞增殖，C正确；D、由图可知，在正常细胞中去除M蛋白，可能会抑制正常细胞凋亡，D错误。2．（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【解析】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。3．（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【解析】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。4．（2025·山东·高考真题）关于豌豆胞核中淀粉酶基因遗传信息传递的复制、转录和翻译三个过程，下列说法错误的是（ ）A．三个过程均存在碱基互补配对现象B．三个过程中只有复制和转录发生在细胞核内C．根据三个过程的产物序列均可确定其模板序列D．RNA聚合酶与核糖体沿模板链的移动方向不同【答案】C【解析】A、DNA复制、转录和翻译过程中均遵循碱基互补配对原则，因此都存在碱基互补配对现象，A正确；B、翻译发生在细胞质基质中的核糖体上，豌豆胞核中淀粉酶基因复制和转录的场所都是细胞核，B正确；C、DNA复制和转录可以通过产物序列确定其模板序列，但翻译的产物是蛋白质，蛋白质的基本单位是氨基酸，由于密码子具有简并性，因此知道氨基酸序列不一定能准确知道mRNA上的碱基序列，C错误；D、转录时需要RNA聚合酶的参与，RNA聚合酶从模板链的3'→5'，翻译时，核糖体从mRNA的5'→3'，移动方向不同，D正确。5．（2024·北京·高考真题）摩尔根和他的学生们绘出了第一幅基因位置图谱，示意图如图，相关叙述正确的是（ ）果蝇X染色体上一些基因的示意图A．所示基因控制的性状均表现为伴性遗传B．所示基因在Y染色体上都有对应的基因C．所示基因在遗传时均不遵循孟德尔定律D．四个与眼色表型相关基因互为等位基因【答案】A【解析】A、 图为X染色体上一些基因的示意图，性染色体上基因控制的性状总是与性别相关联，图所示基因控制的性状均表现为伴性遗传，A正确；B、X染色体和Y染色体存在非同源区段，所以Y染色体上不一定含有与 所示基因对应的基因，B错误；C、在性染色体上的基因（位于细胞核内）仍然遵循孟德尔遗传规律，因此，图所示基因在遗传时遵循孟德尔分离定律，C错误；D、等位基因是指位于一对同源染色体相 同位置上，控制同一性状不同表现类型的基因，图中四个与眼色表型相关基因位于同一条染色 体上，其基因不是等位基因，D错误。6．（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【解析】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。7．（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（ ）序号 研究结果 推测或推论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A．①②④ B．②③⑤ C．①④⑤ D．②③④【答案】A【解析】①由于水可以通过水通道蛋白进入细胞，且速度更快，而人工膜缺少水分子通道蛋白，所以水分子通过细胞膜的速率高于人工膜，①正确；②人成熟红细胞不含任何细胞器，故可由其脂质单分子层面积为表面积的2倍，推测细胞膜中的磷脂分子为两层，②正确；③如果只是注射加热致死的S型肺炎链球菌，由于缺少R型细菌，所以小鼠不会死亡，不能得出S型肺炎链球菌的DNA被破坏的结论，③错误；④沃森和克里克根据DNA的双螺旋结构提出了遗传物质自我复制假说，这种复制方式称作半保留复制，④正确；⑤单侧光照射时，胚芽鞘向光弯曲生长，只能说明胚芽鞘具有向光性，由于缺乏相应对照，无法说明胚芽鞘尖端产生生长素，⑤错误。故选A。8．（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【解析】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。9．（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【解析】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。10．（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【答案】C【解析】A、图中的细胞是一个精原细胞进行一次有丝分裂和减数第一次分裂后产生的，据图所示，这些细胞含有染色单体，说明着丝粒没有分裂，因此该精原细胞2次DNA复制，1次着丝粒分裂，A错误；B、题干叙述明确表示减数第一次分裂已经完成，因此只可能处于减数第二次分裂前期或中期，且均含有一个染色体组，B错误；C、精原细胞进行一次有丝分裂后，产生的子细胞每个DNA上有一条链含有32P，减数分裂完成复制后，每条染色体上有1个单体含有32P，另一个单体不含32P，减数第一次分裂结束，每个细胞中应该含有2条染色体，四个染色单体，其中有两个单体含有放射性，但乙细胞含有3个染色单体含有放射性，原因是形成乙的过程中发生了同源染色体的配对和交叉互换，C正确；D、甲、丙、丁完成减数第二次分裂至少产生3个含32P的细胞，乙细胞有3个单体含有32P，完成减数第二次分裂产生的2个细胞都含有32P，因此4个细胞完成分裂形成8个细胞，至多有3个细胞不含32P，D错误。长句作答类一、教材知识链接1．DNA分子的双螺旋结构(1)两条链反向平行。(2)脱氧核糖和磷酸基团交替连接形成主链的基本骨架，排列在主链的外侧。(3)碱基通过氢键连接成碱基对，排列在内侧。2．在DNA分子中，含G—C碱基对越多的DNA分子相对越稳定。3．双链DNA分子中，嘌呤碱基数＝嘧啶碱基数，A＋G＝T＋C。4．互补碱基之和的比例在DNA的任何一条链及整个DNA分子中都相等。5．非互补碱基之和的比例在两条互补链中互为倒数，而在整个DNA分子中比值为1。6.DNA复制发生在细胞分裂间期。DNA复制需要DNA模板、4种脱氧核苷酸做原料以及酶和能量。7.DNA复制的特点是边解旋边复制和半保留复制。8.DNA分子独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板；通过碱基互补配对，保证了复制能够准确地进行。二、教材深挖拓展1．DNA只含有4种脱氧核苷酸，却能够储存足够量的遗传信息的原因：碱基的排列顺序千变万化，使DNA储存了大量的遗传信息。2．果蝇DNA形成多个复制泡的原因：果蝇的DNA有多个复制起点，可同时从不同起点开始DNA的复制，加快了DNA复制的速率，为细胞分裂做好物质准备。3．DNA精确复制的原因：DNA的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的准确进行。4．DNA分子复制的意义：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。三、新情境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。(3)滚环复制：如某些噬菌体单链DNA、环状质粒的复制。1 展开更多...... 收起↑ 资源列表 第20讲 DNA的结构、复制与基因的本质（复习讲义）（全国通用）（原卷版）.docx 第20讲 DNA的结构、复制与基因的本质（复习讲义）（全国通用）（解析版）.docx
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