资源简介

(共40张PPT)
第3章　基因的本质
新课程标准内容 学科核心素养
1.概述多数生物的基因是DNA分子的功能片段,有些病毒的基因在RNA分子上。
2.概述DNA分子是由四种脱氧核苷酸构成,通常由两条碱基互补配对的反向平行长链形成双螺旋结构,碱基的排列顺序编码了遗传信息。
3.概述DNA分子通过半保留方式进行复制。 1.生命观念:亲代传递给子代的遗传信息主要编码在DNA分子上,DNA是主要的遗传物质。对大多数生物来说,基因是具有遗传效应的DNA片段。基因的脱氧核苷酸排列顺序蕴含着多种多样的遗传信息。DNA通过半保留复制,将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞。
2.科学思维:能基于事实和证据,采用归纳与概括、演绎与推理、模型与建模、批判性思维等方法,阐释DNA的双螺旋结构以及DNA的半保留复制。
3.科学探究:运用同位素标记等技术在新情境下分析和解决问题。
4.社会责任:人们对于基因本质的认识是循序渐进的,是在不断修正中发展的。这些认识的发展离不开同位素标记技术、离心技术、物质提纯等物理和化学技术的支持,也离不开科学家们的交流合作与继承发展。
第1节　DNA是主要的遗传物质
学习目标
1.运用演绎与推理、归纳与概括的科学思维方法,分析肺炎链球菌转化实验和噬菌体侵染细菌实验,说明DNA是遗传物质。
2.通过对肺炎链球菌的转化实验的学习,说明自变量控制中的“加法原理”和“减法原理”。
3.举例说出某些生物的遗传物质是RNA。
4.能够运用同位素标记技术、遗传物质探究的科学方法,具备设计实验探究类似的生物学问题的能力。
5.体验科学家对遗传物质本质探究的艰辛历程和严谨态度,认同科学和技术的相互支持相互促进;认同科学是在不断拓展、修正中前进的。
问题探究·知识生成
联系实际·素养落实
问题探究·知识生成
新知探究一　肺炎链球菌的转化实验
建立概念·达成素养
问题探究
活动1:阅读教材P43格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验,思考下列问题。
问题(1):第一、第二、第三组实验分别说明什么
提示:第一组实验说明R型细菌没有致病性;第二组实验说明S型细菌具有致病性;第三组实验说明加热致死的S型细菌不具有致病性。
问题(2):第四组实验中的S型活菌是怎么产生的
提示:由R型活菌转化而来。
问题(3):已知在80～100 ℃温度范围内,蛋白质将失去活性,DNA的结构也会被破坏,但当温度降低到55 ℃左右时,DNA的结构会恢复,但蛋白质却不能恢复。由此我们可以推断:在格里菲思的实验中,加热杀死的S型细菌中的“转化因子”可能是哪种物质
提示:DNA。
问题(4):如果将S型细菌的DNA直接注入小鼠体内,会导致小鼠死亡吗
提示:不会。没有R型活细菌,S型细菌的DNA是不能转化为S型细菌的。
活动2:阅读教材P44艾弗里肺炎链球菌体外转化实验和P46“科学方法”,思考下列问题。
问题(5):艾弗里肺炎链球菌体外转化实验中应用了酶的什么特点
提示:酶的专一性。
问题(6):艾弗里的体外转化实验中的自变量和因变量分别是什么
提示:自变量是细胞提取物的不同处理,因变量是培养基中活细菌的种类。
问题(7):艾弗里实验控制自变量的原理是什么
提示:在艾弗里的肺炎链球菌转化实验中,控制自变量的原理属于“减法
原理”。
问题(8):艾弗里的肺炎链球菌转化的五组实验中,对照组和实验组分别是什么
提示:第一组为空白对照组,第二、第三、第四、第五组都是实验组。
归纳总结
(1)肺炎链球菌体内与体外转化实验的比较
项目 体内转化实验 体外转化实验
实验者 格里菲思 艾弗里及其同事
细菌培养 在 . .
实验原则 R型细菌与S型细菌的 .
对照 S型细菌 的作用对照
实验结果 加热杀死的S型细菌能使R型细菌转化为S型细菌 S型细菌的DNA能使R型细菌转化为S型细菌
实验结论 S型细菌体内有 . S型细菌的 是遗传物质
小鼠体内
体外培养基
毒性
各成分
转化因子
DNA
巧妙构思 用加热杀死的S型细菌注射到小鼠体内作为对照实验来说明确实发生了转化 用不同酶分别去除S型细菌中的某种物质后,将它们分别与R型活细菌混合培养,研究它们各自的遗传功能
联系 ①所用材料相同;②体内转化实验是体外转化实验的基础,体外转化实验是体内转化实验的延伸;③两实验都遵循对照原则、单一变量原则
(2)自变量控制的原理
①“加法原理”
与常态比较,人为 某种影响因素。如在“比较过氧化氢在不同条件下的分解”的实验中,与对照组相比,实验组分别作 、滴加 、滴加 的处理,就利用了“加法原理”。
②“减法原理”
与常态比较,人为 某种影响因素。如在艾弗里的肺炎链球菌转化实验中,每个实验组特异性地 了一种物质,从而鉴定出DNA是遗传物质,就利用了“减法原理”。
增加
加温
FeCl3溶液
肝脏研磨液
去除
去除
1.如图表示肺炎链球菌的转化实验,下列有关说法正确的是(　 　)
A.该实验模拟的是艾弗里实验
B.从d中死亡小鼠中提取的S型细菌可能是R型细菌自身变化而来
C.从d中死亡小鼠中提取的S型细菌可能是死亡的S型细菌“死而复生”
D.该实验证明加热致死的S型细菌中含有某种转化因子,使R型细菌转化为S型细菌
即时应用
D
解析:该实验模拟的是格里菲思实验;b实验否定了从死亡小鼠中提取的S型细菌是R型细菌自身变化而来的可能;c实验否定了从死亡小鼠中提取的S型细菌是死亡S型细菌“死而复生”的可能;该实验证明加热致死的S型细菌中含有某种转化因子,使R型细菌转化为S型细菌。
2.肺炎链球菌为遗传物质的探索做出了重要贡献。下列关于肺炎链球菌转化实验的说法中,正确的是(　 　)
A.格里菲思和艾弗里分别用不同的方法证明DNA是遗传物质
B.艾弗里实验中S型细菌提取物+蛋白酶+R型细菌一起培养,培养基上生存的细菌都是S型细菌
C.艾弗里等人设法去除绝大部分糖类、蛋白质、脂质,与R型细菌混合培养,出现S型细菌,充分说明DNA是遗传物质
D.已加热致死的S型细菌中,蛋白质已经失去活性而DNA仍具有活性
D
解析:格里菲思实验并未证明DNA是遗传物质;艾弗里实验中,S型细菌提取物+蛋白酶+R型细菌,培养基上生存的既有S型细菌也有R型细菌;设法去除绝大部分糖类、蛋白质、脂质,并不能彻底去除其中的蛋白质、脂质等,不能充分说明DNA是遗传物质;已加热致死的S型细菌中,高温可使蛋白质失去活性,DNA可以使R型细菌发生转化,说明仍具有活性。
新知探究二　噬菌体侵染细菌的实验
问题探究
活动:艾弗里的观点不同于当时大多数科学家,一时难以被人们接受。1952年,美国遗传学家赫尔希和他的助手蔡斯以T2噬菌体为实验材料,利用放射性同位素标记技术,完成了另一个有说服力的实验。阅读教材P45～46,思考下列问题。
问题(1):T2噬菌体的结构和代谢有哪些特点
提示:只由DNA和蛋白质构成,头部含有DNA;专门寄生在大肠杆菌体内,只有在活细胞中才能繁殖。
问题(2):请利用箭头和文字简要总结噬菌体侵染细菌的实验过程。
提示:标记噬菌体→侵染大肠杆菌→搅拌、离心→分析放射性→培养细菌→分析子代噬菌体放射性。
问题(3):本实验采用的是放射性同位素标记技术,为什么用32P和35S进行标记
提示:S是噬菌体蛋白质特有的元素,P几乎都存在于DNA分子中,用放射性同位素32P和35S分别标记噬菌体的DNA和蛋白质,可以单独观察它们各自的作用。
问题(4):赫尔希和蔡斯是怎样获得被标记的噬菌体的 为什么不能用含有放射性同位素的普通培养基直接培养T2噬菌体
提示:首先在分别含有放射性同位素35S和放射性同位素32P的培养基中培养大肠杆菌,再用上述大肠杆菌培养T2噬菌体。因为T2噬菌体专门寄生在大肠杆菌体内,在普通培养基上不能增殖。
问题(5):实验中搅拌和离心的作用分别是什么
提示: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。
问题(6):用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌,上清液中有少量放射性的原因是什么
提示:部分噬菌体没有侵染到大肠杆菌细胞内,经离心后分布于上清液中,使上清液出现放射性。
问题(7):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的原因是什么
提示:有少量含35S的噬菌体蛋白质外壳吸附在细菌表面,随细菌离心到沉淀物中。
问题(8):根据赫尔希和蔡斯实验的结果,你得出的结论是什么
提示:DNA是噬菌体的遗传物质。
归纳总结
(1)实验技术: 技术。
(2)实验材料:T2噬菌体(如图所示)。
①结构:
DNA
蛋白质
放射性同位素标记
②生活方式:专门寄生在 体内。
③增殖方式:在 的作用下,利用 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,释放出大量的噬菌体。
(3)实验分析
①T2噬菌体侵染细菌时, 进入细菌的细胞中,而 仍留在细胞外。
②DNA在亲子代间具有连续性而蛋白质不具有,子代T2噬菌体的各种性状是通过亲代的 遗传的。
(5)实验结论: 才是真正的遗传物质。
大肠杆菌
自身遗传物质
大肠杆菌
DNA
蛋白质外壳
DNA
DNA
1.“二看法”判断子代噬菌体标记情况
拓展
2.噬菌体侵染细菌实验两个关键环节——“保温”与“搅拌”
(1)侵染时间要合适——若保温时间过短或过长会使32P组的上清液中放射性升高。原因是部分噬菌体未侵染或子代噬菌体被释放出来。
(2)“搅拌”要充分——如果搅拌不充分,35S组部分噬菌体外壳与大肠杆菌没有分离,噬菌体外壳与细菌共存于沉淀物中,这样造成沉淀物中放射性升高。
即时应用
3.“噬菌体侵染细菌的实验”是研究遗传物质的经典实验,主要过程如下:①标记噬菌体→②噬菌体与细菌混合培养→③搅拌、离心→④检测放射性。下列叙述正确的是(　 　)
A.①需要利用分别含有35S和32P的细菌
B.②中少量噬菌体未侵入细菌会导致实验失败
C.③的作用是加速细菌的解体
D.④的结果是沉淀物中检测到放射性
A
解析:标记噬菌体需要用含35S或32P的细菌培养噬菌体;少量噬菌体未侵入细菌,但大多数噬菌体仍侵入,不影响实验结果;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;以35S标记的噬菌体侵染细菌的实验中,上清液中含有较高的放射性,以32P标记的噬菌体侵染细菌的实验中,沉淀物中含有较高的放射性。
4.某校生物研究性学习小组模拟赫尔希和蔡斯做了噬菌体侵染细菌的实验,实验过程如图所示,下列有关分析正确的是(　 　)
A.理论上,b和c中不应具有放射性
B.实验中b含少量放射性与①过程中培养时间过长或过短有关
C.实验中c含有放射性与④过程中搅拌不充分有关
D.该实验证明了DNA是遗传物质,蛋白质不是遗传物质
A
解析:35S标记的是T2噬菌体的蛋白质外壳,32P标记的是T2噬菌体的DNA,所以离心后,理论上,b和c中不应具有放射性;35S标记的是T2噬菌体的蛋白质外壳,T2噬菌体侵染细菌时,蛋白质外壳留在外面,经搅拌后与细菌分开,若b中出现少量放射性,属于正常误差;实验中c含有放射性与④过程中培养时间过长或过短有关;该实验只证明了DNA是遗传物质,没有证明蛋白质不是遗传物质。
新知探究三　生物的遗传物质
问题探究
资料:下图是科学家对烟草花叶病毒遗传物质探索的实验流程。
问题(1):通过以上实验,你对烟草花叶病毒的遗传物质有什么认识
提示:烟草花叶病毒中RNA是遗传物质。
问题(2):细胞核中的遗传物质是DNA,细胞质中的遗传物质是RNA,这种说法正确吗
提示:不正确,有细胞结构的生物,其遗传物质均是DNA,不是RNA。
问题(3):对于某一生物,能不能说它的遗传物质主要是DNA DNA是主要的遗传物质应如何理解？
提示:不能。某种生物的遗传物质只能说是DNA(例如人、噬菌体、酵母菌)或是RNA(艾滋病病毒等)。DNA是主要的遗传物质是对所有生物来说,绝大多数生物的遗传物质是DNA,少数是RNA。
归纳总结
不同生物的遗传物质
生物
类型 细胞生物 非细胞生物
真核生物 原核生物 多数病毒 少数病毒
实例 真菌、原生生物、所有动植物 细菌、放线
菌等 噬菌体、乙肝病毒、天花病毒等 HIV、SARS病毒、烟草花叶病毒等
核酸
种类 . DNA和RNA . .
遗传
物质 . . . RNA
结果 绝大多数生物的遗传物质是DNA,只有少部分病毒的遗传物质是RNA
结论 .
DNA和RNA
DNA
RNA
DNA
DNA
DNA
DNA是主要的遗传物质
即时应用
5.如图表示科研人员探究烟草花叶病毒(TMV)遗传物质的实验过程,由此可以判断(　 　)
A.水和苯酚的作用是分离病毒的蛋白质和RNA
B.TMV的蛋白质没有进入烟草细胞中
C.侵入烟草细胞的RNA由A、T、G、C四种核苷酸组成
D.RNA是TMV的主要遗传物质
解析:由题图可知,水和苯酚的作用是将TMV的RNA与蛋白质分离开;能将TMV的蛋白质接种到正常烟草叶片细胞内,即TMV的蛋白质进入了烟草细胞中;RNA由A、U、G、C四种核苷酸组成;本实验证明RNA是TMV的遗传物质,而不能证明RNA是TMV的主要遗传物质。
A
6.下列有关生物体遗传物质的叙述,正确的是(　 　)
A.豌豆的遗传物质主要是DNA
B.酵母菌的遗传物质主要分布在染色体上
C.T2噬菌体的遗传物质含有S元素
D.H1N1流感病毒的遗传物质为DNA
B
解析:豌豆的遗传物质是DNA;酵母菌属于真核生物,其遗传物质主要分布在染色体上;T2噬菌体的遗传物质是DNA,由C、H、O、N、P构成,不含有硫元素;H1N1流感病毒的遗传物质是RNA。
联系实际·素养落实
[生活情境]
引起世界性新型冠状病毒肺炎的罪魁祸首是新型冠状病毒,这是一种先前并未被人类发现的冠状病毒,对人类健康造成很大危害,这种病毒出现后,无论是医疗工作者还是科研工作者都需要确定该病毒的类型。
知识迁移·培养能力
探究:请用显微注射器、新型冠状病毒的核酸提取液、鼠胚胎干细胞、DNA水解酶和RNA水解酶等,写出探究新型冠状病毒的遗传物质是DNA还是RNA的实验设计思路,并预测实验结果和结论。
提示:把新型冠状病毒的核酸提取液均分成A、B、C三组,分别用等量的相同浓度的DNA水解酶、RNA水解酶处理A、B两组核酸提取液,C组不做处理。取等量的鼠胚胎干细胞均分成三组,用显微注射器分别把A、B、C三组处理过的核酸提取液注射到三组鼠胚胎干细胞中。将三组鼠胚胎干细胞放在相同且适宜的环境中培养一段时间,然后从培养好的鼠胚胎干细胞中抽取样品,检测是否有新型冠状病毒产生。
预测结果及结论:①若A、C两组出现新型冠状病毒,B组没有出现,则该新型冠状病毒的遗传物质是RNA。
②若B、C两组出现新型冠状病毒,A组没有出现,则该新型冠状病毒的遗传物质是DNA。
③若A、B、C三组均出现新型冠状病毒,则新型冠状病毒的遗传物质既不是DNA也不是RNA。
课堂小结
完善概念图 关键语句
1.艾弗里的肺炎链球菌转化实验中应用“减法原理”。
2.T2噬菌体由蛋白质和DNA组成,S元素存在于蛋白质中,P元素几乎全部存在于DNA中。
3.艾弗里的肺炎链球菌转化实验和噬菌体侵染细菌的实验都证明了DNA是遗传物质。
4.烟草花叶病毒的遗传物质是RNA。
5.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。
随堂反馈
1.探索遗传物质的过程是漫长的,直到20世纪初期,人们仍普遍认为蛋白质是遗传物质。当时人们作出判断的理由不包括(　 　)
A.不同生物的蛋白质在结构上存在差异
B.对DNA的结构没有清晰的了解
C.蛋白质比DNA具有更高的热稳定性,并且能够自我复制
D.蛋白质中氨基酸的不同排列组合可能贮存大量遗传信息
解析:由于蛋白质中氨基酸的排列顺序千变万化,故推测不同的氨基酸排列顺序可能贮存大量的遗传信息;不同生物体内的蛋白质结构存在差异,故推测蛋白质是遗传物质;当时对生物大分子DNA的结构没有清晰的了解,而且与蛋白质相比,DNA更耐高温,故DNA的热稳定性大于蛋白质,另外蛋白质也不能自我复制。
C
2.格里菲思的肺炎链球菌转化实验得到的结论是(　 　)
A.DNA是遗传物质
B.DNA是主要的遗传物质
C.蛋白质不是遗传物质
D.加热致死的S型细菌中含有某种转化因子
解析:格里菲思通过肺炎链球菌转化实验推测加热致死的S型细菌中含有某种转化因子,但不能确定该转化因子的化学本质。
D
3.下列关于生物遗传物质的叙述中,正确的是(　 　)
A.细胞生物的遗传物质是DNA,非细胞生物的遗传物质是RNA
B.真核生物的遗传物质是DNA,原核生物的遗传物质是RNA
C.T2噬菌体侵染细菌的实验证明了DNA是主要的遗传物质
D.自然界中以DNA为遗传物质的生物类型占绝大多数
解析:细胞生物包括真核生物和原核生物,遗传物质都是DNA,非细胞生物的遗传物质是DNA或RNA;自然界中以DNA为遗传物质的生物类型占绝大多数,所以DNA是主要的遗传物质;T2噬菌体侵染细菌的实验证明了DNA是遗传物质。
D
4.如图为“噬菌体侵染大肠杆菌”实验的部分过程示意图,以探究噬菌体的遗传物质。图中亲代噬菌体用32P标记,被侵染的大肠杆菌未被标记,Ⅰ、Ⅲ中的方框代表大肠杆菌。下列叙述正确的是(　 　)
A.要达到实验目的,还要设计一组用35S标记噬菌体的实验
B.用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌后,子代噬菌体不会检测到32P
C.保温时间尽量延长会提高噬菌体侵染大肠杆菌的成功率,使上清液中放射性的比例下降
D.用含32P的无机培养基培养噬菌体,得到含32P标记的噬菌体
A
解析:S元素是噬菌体蛋白质的标记元素,所以需要设计一组用35S标记噬菌体的实验探究蛋白质的作用;32P标记噬菌体的DNA,子代噬菌体会出现具有放射性的32P;保温时间尽量延长会使子代噬菌体从细菌细胞内释放出来,影响实验结果;噬菌体是病毒,没有细胞结构,不能独立生活,所以不能将普通噬菌体放在含32P的无机培养基中培养。
5.艾弗里得到S型肺炎链球菌的细胞提取物之后,进行了下表实验,请回答下列问题。
组别 第一组 第二组 第三组 第四组 第五组
步骤一 不加酶 蛋白酶 RNA酶 酯酶 DNA酶
步骤二 有R型细菌的培养基+S型细菌的细胞提取物,混合培养
(1)表中第二组,向含有R型细菌的培养基和S型细菌的细胞提取物的混合物中,加入蛋白酶,进行混合培养,后代中的细菌类型为　　　　型。
(2)表中第五组,向含有R型细菌的培养基和S型细菌的细胞提取物的混合物中,加入DNA酶,进行混合培养,后代中的细菌类型为　　　　型。
(3)表中能发生转化的是第　 组。
(4)该实验说明: 　 。
解析:艾弗里实验应用了控制变量的“减法原理”,即将某种物质从细菌的细胞提取物中用酶解法去除之后,再将其与R型细菌混合培养。根据培养基上出现的细菌类型判断转化是否成功,无法转化成功的一组中被去除的物质就是转化因子,也就是肺炎链球菌的遗传物质。
答案:(1)R和S　(2)R　(3)一、二、三、四 (4)DNA是该生物的遗传物质,蛋白质等其他物质不是该生物的遗传物质(共30张PPT)
第2节　DNA的结构
学习目标
1.通过尝试制作DNA双螺旋结构的模型,概述DNA分子的结构及特点,领悟人们在探索DNA分子结构历程中的科学方法与科学精神。
2.基于对DNA的结构及特点的理解,进一步形成结构与功能相适应的观念。
3.运用数学方法分析DNA分子的结构,阐述碱基多种多样的排列顺序蕴含着丰富的遗传信息。
问题探究·知识生成
联系实际·素养落实
问题探究·知识生成
新知探究一　DNA的结构及其模型构建
建立概念·达成素养
问题探究
资料1:20世纪30年代,人们已经认识到DNA是由脱氧核苷酸连接而成的长链;组成DNA分子的脱氧核苷酸有4种,每1种含有1个特定的碱基。思考讨论下列问题。
问题(1):每个脱氧核苷酸是由哪些小分子组成的 组成DNA的碱基有哪几种 尝试构建脱氧核苷酸的结构模型。
提示:脱氧核糖、磷酸和含氮碱基。腺嘌呤(A)、胸腺嘧啶(T)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)。
问题(2):DNA中的N、P分别存在于脱氧核苷酸的哪一种成分中
提示:N存在于含氮碱基中,P存在于磷酸基团中。
问题(3):脱氧核苷酸长链是如何构成具有双螺旋结构的DNA分子的 配对有什么规律
提示:两条脱氧核苷酸长链反向平行,通过碱基对连接在一起。A与T配对,G与C配对。
问题(4):下图为某同学制作的DNA双螺旋结构模型,请找出图中的错误有几处,分别是什么。
提示:4处;核糖应为脱氧核糖;碱基U应为T;磷酸二酯键连接位置应该在脱氧核糖与磷酸基团之间;C、G间氢键数应为三个。
问题(5):现有M、N两个均含有200个碱基的双链DNA分子,其中M分子中共有260个氢键,N分子中含有20个腺嘌呤,那么M、N分子中有C—G碱基对各多少个 这两个DNA分子中哪个结构更稳定
提示:由题意可知M分子中有A—T碱基对 40个,C—G碱基对60个,N分子中A—T碱基对有20个,则G—C碱基对有80个,氢键共有20×2+80×3=280(个);氢键越多的DNA分子越稳定,因此N分子更稳定。
资料2:某研究小组绘制了DNA分子的两种结构模型图,试回答下列问题。
问题(6):每个DNA片段中游离的磷酸基团有几个
提示:2个。
问题(7):在DNA分子的一条单链中相邻的碱基如何连接
提示:在DNA分子的一条单链中相邻的碱基通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”相连接。
问题(8):DNA的空间结构有什么特点
提示:是规则的双螺旋结构。
归纳总结
DNA分子的结构
(1)结构图示
(2)图示解读
基本组成元素 .
组成物质 [①] ,[②] ,[③]磷酸
基本组
成单位 [④] ,共4种
整体结构 由两条链按 方式盘旋成双螺旋结构
结构
特点 外侧 由脱氧核糖和磷酸交替连接组成基本骨架
内侧 碱基之间通过氢键连接;遵循 原则,即
T( )一定与[⑥]腺嘌呤配对,C( )一定与[⑦]鸟嘌呤配对
C、H、O、N、P
碱基
脱氧核糖
脱氧核苷酸
反向平行
碱基互补配对
胸腺嘧啶
胞嘧啶
拓展
DNA分子的结构特性
(1)稳定性:DNA中脱氧核糖和磷酸交替连接的方式不变;两条链间碱基互补配对的方式不变。
(2)多样性:DNA分子中碱基对(脱氧核苷酸对)的排列顺序多种多样,构成了DNA的多样性。
(3)特异性:每种DNA有别于其他DNA的特定的碱基排列顺序。
1.下列是脱氧核苷酸的结构图,正确的是(　 　)
即时应用
D
解析:组成脱氧核苷酸的各种分子间正确的连接方式是磷酸—脱氧核糖—含氮碱基,并且含氮碱基应连接在脱氧核糖的1号碳原子上,磷酸连接在脱氧核糖的5号碳原子上。
2.下列关于DNA分子结构的叙述中,不正确的是(　 　)
A.每个DNA分子中通常都含有四种脱氧核苷酸
B.DNA分子的两条链反向平行
C.DNA两条链上的碱基以氢键相连,且A与T配对,G与C配对
D.DNA分子长链的每个脱氧核糖上均连接着一个磷酸和一个碱基
D
解析:DNA分子长链结束部位的脱氧核糖上连接着一个磷酸和一个碱基,其他脱氧核糖上连接两个磷酸和一个碱基。
新知探究二　DNA结构中碱基的数量关系
问题探究
活动:观察教材P50图3-8“DNA的结构模式图”,可以看出碱基之间通过氢键连接形成碱基对,遵循碱基互补配对原则,双链DNA分子中碱基数量存在如下关系:
思考下列问题。
问题(1):任意两种不互补的碱基数量之和占总碱基数的比例是多少
提示:50%。
问题(2):若一条链中互补的两种碱基之和占该单链碱基数的比例为m,则该DNA分子两条链中这两种碱基数量之和占总碱基数的比例及其互补链中两种碱基之和占该单链碱基数的比例分别是多少
问题(3):若一条链中两种不互补碱基之和的比值为n,则其互补链中该比值为多少
问题(5):若已知碱基对数为n,A有m个,则氢键数为多少
提示:碱基总数为2n个,A有m个,则C=G=(2n-2m)/2=n-m(个)。氢键数量为3(n-m)+2m=3n-m(个)。
归纳总结
双链DNA分子中碱基的最基本数量关系
一个双链DNA分子中,A=T、C=G,则A+G=C+T,即“ 碱基总数等于 .碱基总数”。
嘌呤
嘧啶
拓展
DNA碱基互补配对原则有关推论
规律一:在双链DNA分子中,A+T或C+G在全部碱基中所占的比例等于其任何一条单链中A+T或C+G所占的比例。
规律二:不配对的碱基和之比在两条单链中互为倒数。
注意:在整个DNA分子中该比值等于1。
规律三:不同生物的DNA分子中互补配对的碱基之和的比值不同,即(A+T)/(C+G)的值不同。该比值体现了不同生物DNA分子的特异性。
即时应用
D
4.如果一个双链DNA中鸟嘌呤占整个DNA碱基的27%,并测得DNA一条链上的腺嘌呤占该链的28%,那么另一条链上的腺嘌呤占该链碱基总数的比例为
(　 　)
A.28% B.18% C.27% D.9%
B
解析:已知一个双链DNA中鸟嘌呤占整个DNA碱基的27%,即G=27%,则C=G=27%,A=T=50%-27%=23%。已知其中一条链上的腺嘌呤占这条链碱基的28%,即A1=28%,根据碱基互补配对原则,A=(A1+A2)÷2,所以另一条链上的腺嘌呤占该链的碱基的比例是A2=23%×2-28%=18%。
联系实际·素养落实
[科技情境]
cfDNA是细胞凋亡后裂解释放到血浆中的游离的DNA碎片,它包括循环肿瘤DNA(ctDNA)和胎儿DNA(cffDNA)。cfDNA已被证明是很多种疾病的生物标志物。
探究:(1)cfDNA的基本骨架是什么
提示:磷酸和脱氧核糖交替连接构成cfDNA的基本骨架。
(2)在cfDNA一条链中连接A与T的是什么结构
提示:—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—。
知识迁移·培养能力
课堂小结
完善概念图 关键语句
1.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。
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。
3.两条链上的碱基按照碱基互补配对原则连接成碱基对。
4.DNA中的碱基互补配对规律为腺嘌呤一定与胸腺嘧啶配对,鸟嘌呤一定与胞嘧啶配对。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.在DNA分子中,含G—C碱基对越多的DNA分子相对越稳定。
随堂反馈
1.下面为含有四种碱基的DNA分子结构示意图,对该图的正确描述是(　 　)
A.③有可能是碱基A
B.②和③相间排列,构成DNA分子的基本骨架
C.①②③中特有的元素分别是P、C和N
D.与⑤有关的碱基对一定是A—T
解析:该DNA分子含有四种碱基,且A与T之间形成两个氢键,G与C之间形成三个氢键,因此与⑤有关的碱基对一定是A—T,与③有关的碱基对一定是G—C,但无法确定③⑤具体是哪一种碱基。DNA分子的基本骨架是由磷酸和脱氧核糖交替连接构成的,应为图中的①②。①中特有的元素是P,③中特有的元素是N,而C并不是②所特有
的,③中也含有C。
D
2.某双链DNA分子一条链上(A+T)/(G+C)的值为0.3,则在整个DNA分子中A∶T∶G∶C为(　 　)
A.1∶1∶1∶1
B.2∶2∶3∶3
C.3∶3∶10∶10
D.10∶10∶3∶3
解析:某双链DNA分子一条链上(A+T)/(G+C)的值为0.3,则另一条链上(A+T)/(G+C)的值也为0.3。又因A=T、C=G,故在整个DNA分子中A∶T∶G∶C=3∶3∶10∶10。
C
3.在制作DNA双螺旋结构模型的实验中,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.能制作出含30个脱氧核苷酸的DNA分子片段
B.所制作的DNA分子片段最多含12个碱基对
C.能制作出415种不同的DNA分子模型
D.能制作出一个含5个碱基对的DNA分子片段
D
解析:在双链DNA分子中,碱基之间的配对遵循碱基互补配对原则,设制作的DNA分子片段含有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,制作的DNA分子片段需要脱氧核糖和磷酸之间的连接物的数目为(2n-1)×2,已知脱氧核糖和磷酸之间的连接物有18个,则n≤5,又4种碱基数目均大于5,其他材料充足,所以题干提供的材料最多能制作出一个含5个碱基对的DNA分子片段;含5个碱基对的DNA分子片段,含10个脱氧核苷酸,最多能制作出45种不同的DNA分子模型。
4.如图为DNA有关的概念图,其中A～E表示相关物质,下列有关叙述正确的是
(　 　)
A.物质D表示的结构有2种
B.物质B表示的糖类有2种
C.物质C表示的磷酸有2种
D.物质A表示的碱基有4种
D
解析:物质D表示的结构为脱氧核苷酸有4种;物质B表示的糖类有1种,即脱氧核糖;物质C表示的磷酸有1种;物质A表示的碱基有4种,分别是A、T、C、G。
解析:(1)图1中的五碳糖是核糖,又知图1的分子结构式右上角的含氮碱基为腺嘌呤(A),则图1所示的核苷酸的中文全称是腺嘌呤核糖核苷酸,是构成RNA的原料。
5.如图是某核苷酸与核苷酸长链的示意图,据图回答问题。
答案:(1)腺嘌呤核糖核苷酸　RNA
(1)图1所示的核苷酸的中文名称是　　　　　　　　　　　　,该核苷酸是构成　　　　的原料。
解析:(2)①由图可知,图2中所示1、2、3的名称分别是磷酸、脱氧核糖、胞嘧啶。
5.如图是某核苷酸与核苷酸长链的示意图,据图回答问题。
答案:(2)①磷酸　脱氧核糖　胞嘧啶
(2)图2为一条核苷酸长链的片段,据图回答下列问题。
①图中所示1、2、3的名称分别是　　　　　　、　　　　　　、　　　　　　。
解析:②此结构(DNA)与另一种核酸(RNA)相比较,其特有的碱基是T,中文名称是胸腺嘧啶。
5.如图是某核苷酸与核苷酸长链的示意图,据图回答问题。
答案:②胸腺嘧啶
(2)图2为一条核苷酸长链的片段,据图回答下列问题。
②此结构中与另一种核酸相比较,其特有碱基的中文名称是　　　　　　。 (共33张PPT)
第3节　DNA的复制
学习目标
1.运用假说—演绎法探究DNA的复制方式,概述DNA通过半保留方式进行复制。
2.通过对DNA半保留复制方式的学习,理解DNA的准确复制是遗传信息稳定传递的基础。
3.通过对DNA半保留复制方式的实验验证,认同科学技术在生物学研究中的重要作用。
问题探究·知识生成
联系实际·素养落实
问题探究·知识生成
新知探究一　DNA半保留复制的实验证据
建立概念·达成素养
问题探究
活动:沃森和克里克在构建DNA双螺旋结构模型之后,提出了遗传物质自我复制的半保留复制假说。但也有人持不同观点,提出全保留复制等不同假说。阅读教材P53～55,思考下列问题。
问题(1):根据对半保留复制和全保留复制方式的理解,你认为判断DNA复制方式的关键是什么 可通过什么技术实现
提示:关键是通过实验区分亲代与子代DNA。可通过同位素标记技术和(密度梯度)离心技术实现。
问题(2):在“证明DNA半保留复制的实验”中,如果DNA是半保留复制,第一代和第二代DNA分子的两条链中,含有N元素的标记情况是怎样的 离心后试管中DNA的位置会是怎样的 试通过演绎推理来预测并填写教材P54图中的方框。
提示:第一代DNA全为14N/15N-DNA;第二代DNA中,1/2为14N/15N-DNA,1/2为14N/14N-DNA。离心后,第一代DNA分子全部在离心管中部;第二代DNA分子中,
1/2在离心管中部,1/2在离心管的上部。
问题(3):如果全保留复制是正确的,实验预期又会怎样
提示:第一代DNA中,1/2为15N/15N-DNA,1/2为 14N/14N-DNA;第二代DNA中,
1/4为15N/15N-DNA,3/4为14N/14N-DNA。离心后,第一代DNA分子中,1/2在离心管的底部,1/2在离心管的上部;第二代DNA分子中,1/4在离心管底部,3/4在离心管的上部。
问题(4):科学家的实验结果与你的哪种预测相符合 由此你认为DNA复制的方式是怎样的
提示:半保留复制的预测。半保留复制的方式。
问题(5):该实验在探究过程中运用的思维方法是什么
提示:假说—演绎法。
资料:对于DNA的复制,有人还提出了分散复制的假说,即亲代双链被切成许多双链片段,而这些片段又可以作为新合成双链片段的模板,新、老双链片段又以某种方式混合成完整的DNA分子。
问题(6):试根据以上实验,预测分散复制方式的离心结果。科学家从第一代DNA分子离心的结果已经能够排除全保留复制,想一想,为什么还要做第二代的实验
提示:离心后,第一代DNA分子全部在离心管中部;第二代DNA分子无规律地排列在试管的中上部。第一代DNA分子离心的结果不能排除分散复制的方式。
归纳总结
(1)对DNA分子复制的推测
①假说: 方式复制。
②提出者:沃森和克里克。
③假说内容
a.解旋:DNA复制时,DNA双螺旋解开,互补的碱基之间的 断裂。
b.复制:解开的 分别作为复制的模板,游离的脱氧核苷酸根据 原则,通过形成 ,结合到作为模板的单链上。
c.特点:新合成的每个DNA分子中,都保留了原来DNA分子中的一条链,这种复制方式称作 。
半保留
氢键
两条单链
碱基互补配对
氢键
半保留复制
(2)DNA分子复制方式的实验证据
①实验方法:同位素标记技术和 法。
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分子密度 。
③实验假设:DNA以 复制。
④实验预期:离心后应出现 条DNA带。
a.重带(密度最大):两条链都为 标记的亲代双链DNA。
b.中带(密度居中):一条链为 标记,另一条链为 标记的子代双链DNA。
c.轻带(密度最小):两条链都为 标记的子代双链DNA。
密度梯度离心
居中
半保留的方式
3
15N
14N
15N
14N
1.细菌在含15N的培养基中繁殖数代后,细菌DNA的含氮碱基皆含有15N,然后再将其移入含14N的培养基中培养,抽取亲代及子代的DNA离心分离,如图①～⑤为可能的结果,下列叙述错误的是(　 　)
A.子一代DNA应为② B.子二代DNA应为①
C.子三代DNA应为④ D.亲代的DNA应为⑤
即时应用
C
解析:亲代DNA全为15N,应为⑤,复制一次后,DNA一条链为15N,一条链为14N,应为②;复制两次后形成4个DNA,其中2个全为14N,2个是一条链为15N,一条链为14N,应为①;复制三次后形成8个DNA,其中6个DNA全为14N,2个DNA的一条链为14N,一条链为15N。
2.某亲本DNA分子双链均以白色表示,以灰色表示第一次复制出的DNA子链,以黑色表示第二次复制出的DNA子链,该亲本双链DNA连续复制两次后的产物是(　 　)
D
解析:根据DNA半保留复制的特点可知,亲代DNA的两条链(白色)应在不同的子代DNA分子中;第一次复制合成的子链(灰色)应有2条,第二次复制合成的子链(黑色)应有4条。
新知探究二　DNA复制的过程
问题探究
活动1:阅读教材P55～56“DNA复制的过程”,思考下列问题。
问题(1):DNA复制时有几条模板链 新合成的DNA中的两条链全是子链吗
提示:两条模板链(亲代DNA分子解开螺旋的两条链)。不是,是一条母链和一条子链。
问题(2):DNA复制时,用什么方法识别DNA中哪一条链是母链,哪一条链是子链 DNA复制所形成的子代DNA是否是亲代DNA链和子代DNA链随机结合的
提示:同位素标记法。不是,是亲代DNA链与其相应的子链结合形成的子代DNA。
问题(3):若在某一试管中加入缓冲液、ATP、解旋酶、DNA模板和四种脱氧核苷酸,并置于适宜的温度下,能否完成DNA的复制 并分析其原因。
提示:不能。复制条件不完全,缺少DNA聚合酶。
问题(4):在DNA复制过程中需要解旋酶和DNA聚合酶,这两种酶的作用分别是什么
提示:解旋酶的作用是断开氢键,将两条脱氧核苷酸链打开,解开双螺旋结构;DNA聚合酶的作用是将单个的脱氧核苷酸连接到核苷酸链上。
问题(5):DNA的复制需要适宜的温度和pH吗 为什么
提示:需要,因为DNA复制过程需要酶的参与,而酶的活性受温度和pH的影响。
问题(6):若1个DNA含有m个腺嘌呤,则复制n次需要多少游离的腺嘌呤脱氧核苷酸
提示:需要[(2n-1)·m]个。因为1个DNA复制n次,共形成2n个DNA,其中有两条脱氧核苷酸链为母链,不需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸。
问题(7):DNA复制具有准确性,那么在任何情况下,DNA复制产生的子代DNA与亲代DNA都完全相同吗
提示:不一定。DNA复制时,会受到各种因素的干扰,碱基序列可能会发生改变,从而使后代DNA与亲代DNA碱基序列不同,导致遗传信息发生改变。
活动2:如图为DNA复制的模型图,分析回答下列问题。
问题(8):图1中进行的是什么过程 发生的时期和场所是什么
提示:DNA复制;分裂前的间期(一般是有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期)。真核生物DNA复制的场所有细胞核、线粒体、叶绿体;原核生物DNA复制的场所主要是拟核。
问题(9):图1中的酶1和酶2分别是什么酶 分别作用于图2中的哪个部位 a、b、c、d四条脱氧核苷酸链中,哪些链的碱基排列顺序是相同的
提示:酶1是解旋酶,作用于f,酶2是DNA聚合酶,作用于e;a和c的碱基排列顺序相同,b和d的碱基排列顺序相同。
问题(10):从图1中是否可以看出DNA复制是半保留复制 为什么 图1所示的特点还有什么 可用什么方法检测母链和子链
提示:可以,因为两条母链进入两个子代DNA中,新形成的子代DNA中只有一条链是亲代的母链。图中还能看出DNA是边解旋边复制的。可采用同位素标记法检测母链和子链。
问题(11):尝试由上述问题分析总结得出DNA准确复制的原因。
提示: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。
归纳总结
(1)DNA复制的概念:以 为模板合成 的过程。
(2)发生时间:在细胞分裂前的 。
(3)场所
①真核生物:主要在 内, 和 也可以进行。
②原核生物:主要在 。
③DNA病毒:活的宿主细胞内。
亲代DNA
子代DNA
间期
细胞核
线粒体
叶绿体
拟核
(4)复制过程
能量
解旋
解开
母链
脱氧核苷酸
DNA聚合酶
碱基互补配对
双螺旋结构
(5)结果:形成两个 的DNA分子。
(6)特点
① 。
② 复制。
(7)准确复制的原因
①DNA独特的 结构,为复制提供了精确的模板。
②通过 ,保证了复制能够准确地进行。
(8)意义:将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞,保持了 的连续性。
完全相同
边解旋边复制
半保留
双螺旋
碱基互补配对
遗传信息
即时应用
3.下列有关DNA复制的叙述中正确的是(　 　)
A.DNA在解旋酶的作用下水解成脱氧核苷酸
B.在复制过程中解旋和复制是同时进行的
C.解旋后以一条母链为模板合成两条新的子链
D.两条新的子链通过氢键形成一个新的DNA
解析:DNA在解旋酶的作用下,双链解开,变成单链;复制过程是边解旋边复制,所以解旋和复制是同时进行的;解旋后的两条单链都可以作为DNA复制的模板;形成的DNA分子中各含有一条母链和一条子链,两条链之间的碱基通过氢键形成碱基对,组成一个新的DNA。
B
4.若有一个控制有利性状的DNA分子片段为 ,要使其数量增加,可进行人工复制,复制时所需的条件有(　 　)
①ATGTG和TACAC模板链
②分别含A、U、G、C碱基的4种核糖核苷酸
③分别含A、T、C、G碱基的4种脱氧核苷酸
④DNA聚合酶
⑤细胞代谢提供能量
⑥DNA水解酶
A.①③④⑥ B.①②④⑤
C.③④⑤⑥ D.①③④⑤
D
解析:DNA复制时需要以ATGTG和TACAC模板链作为模板,①正确;DNA复制以4种游离的脱氧核苷酸为原料,②错误,③正确;DNA复制需要解旋酶和DNA聚合酶催化,④正确,⑥错误;DNA复制过程需要ATP提供能量,⑤正确。
联系实际·素养落实
[科研情境]
正常情况下,DNA分子在细胞内复制时,双螺旋解开后会产生一段单链区,
DNA结合蛋白(SSB)能很快地与单链结合,防止解旋的单链重新配对,而使DNA呈伸展状态,SSB在复制过程中可以重复利用。
知识迁移·培养能力
探究:(1)DNA结合蛋白(SSB)与解旋酶功能相同吗 为什么
提示:不同。“双螺旋解开后会产生一段单链区,DNA结合蛋白(SSB)能很快地与单链结合”,说明SSB不是一种解开DNA双螺旋的解旋酶,起不到解旋酶的作用。
(2)SSB与DNA单链的结合存在碱基互补配对原则吗 判断的依据是什么
提示:不存在。SSB是一种DNA结合蛋白,故与DNA单链的结合不遵循碱基互补配对原则。
课堂小结
完善概念图 关键语句
1.DNA复制是指以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。
2.DNA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进行。
3.新合成的每个DNA分子中都保留了原来DNA分子中的一条链,这种复制方式称为半保留复制。
4.通过同位素标记技术和离心技术等,科学家用实验的方法验证了DNA半保留复制的方式。
5.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。
随堂反馈
1.DNA分子的半保留复制是指(　 　)
A.DNA分子中的一条链进行复制,另一条链不复制
B.DNA分子中的一半复制,另一半不复制
C.每一个子代DNA均保留了其亲代DNA分子中的一条单链
D.一个DNA分子复制后产生两个DNA分子,一个为亲代DNA分子,另一个为子代DNA分子
解析:DNA分子复制时,分别以两条解开的链为模板,合成两条新链,每条子链和相应的母链构成一个新的DNA分子,因此每一个子代DNA分子均保留了其亲代DNA分子中的一条单链。
C
2.如图表示发生在细胞核内的某生理过程,其中a、b、c、d表示脱氧核苷酸链。以下说法正确的是(　 　)
A.此过程需要能量和尿嘧啶脱氧核苷酸
B.真核细胞中此过程发生的唯一场所是细胞核
C.b链中(A+G)/(T+C)的值一定与c链中的相同
D.正常情况下,a、d链都应该到不同的细胞中去
解析:据图可知,此生理过程是DNA的复制过程。该过程需要的脱氧核苷酸有腺嘌呤脱氧核苷酸、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;真核生物发生此过程的场所有细胞核、线粒体和叶绿体;b链中(A+G)/(T+C)的值与c链中的此比值是倒数关系。
D
3.一个被15N标记的DNA分子,以含14N的四种脱氧核苷酸为原料,连续复制3次,
则含15N的脱氧核苷酸链占全部脱氧核苷酸链的比例是(　 　)
A.1/2 B.1/4 C.1/6 D.1/8
D
解析:DNA的复制方式为半保留复制,连续复制3次形成8个DNA分子,则含15N的脱氧核苷酸链只有2条,占全部脱氧核苷酸链的比例是2/16=1/8。
4.下列有关“探究DNA复制的过程”的叙述,正确的是(　 )
A.培养过程中,大肠杆菌将利用NH4Cl中的N合成DNA的基本骨架
B.通过对第二代大肠杆菌DNA的密度梯度离心,得出DNA复制的特点为半保留复制
C.将含14N/14N-DNA的大肠杆菌放在以15NH4Cl为唯一氮源的培养液中培养若干代,所获得的大肠杆菌的DNA中都含有15N
D.将含15N/15N-DNA的大肠杆菌转移到以14NH4Cl为唯一氮源的培养液中繁殖一代后,若将提取的子代大肠杆菌DNA解旋处理后进行密度梯度离心,离心管中将只出现1个条带
C
解析:培养过程中,大肠杆菌将利用NH4Cl中的N合成含氮碱基进而形成DNA两条链之间的碱基对;通过对亲代、第一代、第二代大肠杆菌DNA的密度梯度离心,对比分析才可得出DNA复制的特点为半保留复制;根据DNA的半保留复制,将含14N/14N-DNA的大肠杆菌放在以15NH4Cl为唯一氮源的培养液中培养若干代,所获得的大肠杆菌DNA中都含有15N;将含15N/15N-DNA的大肠杆菌转移到以14NH4Cl为唯一氮源的培养液中繁殖一代后,若将提取的子代大肠杆菌DNA解旋处理后进行密度梯度离心,离心管中将出现轻、重2个条带。
5.DNA的复制方式可以通过设想来进行预测,可能的情况是全保留复制、半保留复制、分散(弥散)复制三种。究竟是哪种复制方式呢 设计实验来证明DNA的复制方式。
实验步骤:
①在氮源为 14N的培养基中生长的大肠杆菌,其DNA分子均为 14N/14N-DNA(对照)。
②在氮源为 15N的培养基中生长的大肠杆菌,其DNA分子均为 15N15N-DNA(亲代)。
③将亲代含15N的大肠杆菌转移到氮源为14N的培养基中,再连续繁殖两代(Ⅰ和Ⅱ),用密度梯度离心法分离,不同相对分子质量的DNA分子将分布在试管中的不同位置上。
实验预测:
(1)如果与对照(14N/14N-DNA)相比,子代Ⅰ能分辨出两条DNA带:一条 .　　　　　　带和一条　　　　　　带,则可以排除　　　　　　　　和分散复制。
(2)如果子代Ⅰ只有一条中密度带,则可以排除　　　　 　 　,但不能肯定是　　　　　　　　　　　　　　。
(3)如果子代Ⅰ只有一条中密度带,再继续做子代Ⅱ DNA密度鉴定,若子代Ⅱ可以分出　　　　　　和　　　　　 　,则可以排除分散复制,同时肯定是半保留复制;如果子代Ⅱ不能分出　　　 　两条密度带,则排除
　　　　　　　,同时确定为　　　　　　　。
解析:从题目中的图示可知,深色为亲代DNA的脱氧核苷酸链(母链),浅色为新形成的子代DNA的脱氧核苷酸链(子链)。因此全保留复制后得到的两个DNA分子,一个是原来的两条母链重新形成的亲代DNA分子,一个是两条子链形成的子代DNA分子;半保留复制后得到的每个子代DNA分子的一条链为母链,一条链为子链;分散复制后得到的每个子代DNA分子的单链都是由母链片段和子链片段间隔连接而成的。
答案:(1)轻(14N/14N-DNA)　重(15N/15N-DNA)　半保留复制　(2)全保留复制　半保留复制或分散复制　(3)一条中密度带　一条轻密度带　中、轻　半保留复制　分散复制(共28张PPT)
第4节　基因通常是有遗传效应的DNA片段
学习目标
1.通过资料分析,运用归纳与概括的科学思维方法,概述基因与DNA的关系。
2.结合DNA结构模型,运用数学方法说明DNA分子的多样性和特异性以及DNA能够储存遗传信息。
3.举例说明基因通常是具有遗传效应的DNA片段。
问题探究·知识生成
联系实际·素养落实
问题探究·知识生成
新知探究一　说明基因与DNA关系的实例
建立概念·达成素养
问题探究
活动1:阅读教材P57“思考·讨论　分析基因与DNA的关系”,思考下列问题。
问题(1):根据教材资料1填写下表。
大肠杆菌
细胞拟核 DNA
分子数 DNA分子的碱基总对数 基因数 每个基因的平均碱基对数
数量/个 　 4.7×106 　　　 1×103
提示:1　4.4×103
问题(2):生物体内所有基因的碱基总数与DNA的碱基总数相同吗
提示:不相同。生物体内所有基因的碱基总数小于DNA的碱基总数。
问题(3):由上面总结你能得出什么结论
提示:基因是DNA的片段,基因不是连续分布在DNA上的,而是由碱基序列分隔开的。
问题(4):请你从DNA水平上给基因下一个定义,要求既能反应基因与DNA的关系,又能体现基因的作用,并试着画出一个DNA片段上有三个基因(分别用A基因、B基因和C基因来表示)的示意图。
提示:基因是具有遗传效应的DNA片段。
活动2:请结合下面的模型,分析染色体、DNA、基因及脱氧核苷酸之间的关系。
问题(5):D、E、F、H之间有什么数量关系
提示:每一条H(染色体)上有1个或2个F(DNA)分子;每个F(DNA)分子上有许多个E(基因);每个E(基因)含有许多个D(脱氧核苷酸)。
问题(6):真核生物中,H是F的唯一载体吗
提示:不是,染色体是DNA的主要载体,另外叶绿体和线粒体也是DNA的载体。
问题(7):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,它们的基因是什么 由此,你对基因的本质是否有了更全面的认识
提示:RNA病毒的基因是有遗传效应的RNA片段。绝大多数生物的基因是具有遗传效应的DNA片段,因此,基因通常是有遗传效应的DNA片段。
归纳总结
主要载体
染色体、DNA、基因、脱氧核苷酸的关系
遗传物质
遗传效应
脱氧核苷
酸
全方位理解“基因”
拓展
(1)本质上,基因通常是有遗传效应的DNA片段。
(2)结构上,基因是含有特定遗传信息的核苷酸序列。
(3)功能上,基因是遗传物质的结构和功能的基本单位。
(4)位置上,基因(核基因)在染色体上呈线性排列。
即时应用
B
1.下列关于染色体、DNA、基因三者关系的叙述中,正确的是(　 　)
A.每条染色体含有多个DNA分子
B.一个DNA分子含有多个基因
C.染色体就是由蛋白质和基因组成的
D.基因都在染色体上
解析:每条染色体含有1个或2个DNA分子;基因通常是有遗传效应的DNA片段,因此一个DNA分子含有多个基因;染色体主要是由DNA和蛋白质构成的;真核细胞的细胞核基因在染色体上,而位于线粒体和叶绿体中的细胞质基因不在染色体上。
2.科学研究发现,小鼠体内HMGIC基因与肥胖直接相关。具有HMGIC基因缺陷的实验鼠与作为对照的小鼠,吃同样多的高脂肪食物,一段时间后,对照组小鼠变得十分肥胖,而具有HMGIC基因缺陷的实验鼠体重仍然保持正常,说明
(　 　)
A.基因在DNA上 B.基因在染色体上
C.基因具有遗传效应 D.DNA具有遗传效应
解析:吃同样多的高脂肪食物,一段时间后,缺乏HMGIC基因的小鼠体重保持正常;含有HMGIC基因的小鼠变得肥胖,说明基因具有遗传效应。
C
新知探究二　DNA片段中的遗传信息
问题探究
活动:DNA作为遗传物质,必定蕴藏着丰富的遗传信息。阅读教材P58“思考·讨论　分析脱氧核苷酸序列与遗传信息的多样性”,讨论回答下列问题。
问题(1):如果是100个碱基对组成1个基因,可能组合成多少种基因
提示:4100种。
问题(2):基因中的遗传信息蕴藏在DNA分子的哪种结构中 怎样理解DNA的多样性和特异性
提示:DNA分子的外侧,磷酸和脱氧核糖交替排列构成了基本骨架,这个顺序是相同的,但是4种碱基的排列顺序是多种多样的,因此基因中的遗传信息蕴藏在4种碱基的排列顺序之中。不同基因蕴藏着不同的遗传信息,因此DNA具有多样性。而每个特定的DNA分子的碱基排列顺序是特定的,因此具有特异性。
问题(3):你认为基因是碱基对随机排列成的DNA片段吗 为什么
提示:不是。每个特定的基因都有其特定的遗传效应,蕴含着特定的遗传信息,因此其碱基排列顺序也是特定的,而不是随机排列的。
归纳总结
(1)遗传信息:DNA分子中4种碱基的 。
(2)DNA的特点
①多样性:构成DNA分子的碱基只有4种,配对方式只有 种,但是碱基的数目却可以成千上万,形成的碱基的 也可以千变万化(4n种),从而构成了DNA分子的多样性,也决定了 的多样性。
②特异性:每个DNA分子都有特定的 。而特定的碱基排列顺序中有遗传效应的片段代表 ,这种特定的碱基排列顺序就构成了DNA分子的 。
(3)DNA与生物体多样性和特异性的关系
DNA的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的 。
排列顺序
2
排列顺序
遗传信息
碱基排列顺序
遗传信息
特异性
物质基础
即时应用
D
3.下列从分子水平上对生物体多样性或特异性进行的分析中错误的是(　 )
A.碱基排列顺序的千变万化,构成了DNA的多样性
B.碱基特定的排列顺序,又构成了每个DNA分子的特异性
C.1个含2 000个碱基的DNA分子,其碱基对可能的排列方式不会超过41 000种
D.人体内控制β-珠蛋白的基因由1 700个碱基对组成,其碱基对排列方式有41 700种
解析:β-珠蛋白基因的碱基对排列顺序是β-珠蛋白基因所特有的,任意改变碱基的排列顺序后,就不是β-珠蛋白基因。β-珠蛋白基因的碱基对排列顺序是特定的,其碱基对排列方式应只有1种。
4.DNA指纹技术在刑事侦破、亲子鉴定等方面作用巨大,这主要是根据DNA具有(　 　)
A.稳定性 B.特异性
C.多样性 D.可变性
B
解析:每个特定的DNA分子都具有特定的碱基排列顺序,即DNA分子具有特异性,根据这一特性可辅助进行刑事侦破、亲子鉴定等。
联系实际·素养落实
[科研情境]
科学家分析多种生物DNA的碱基比例如下表,请据表回答下列问题。
知识迁移·培养能力
生物 碱基比
A/G T/C A/T G/C 嘌呤/嘧啶
人 1.56 1.75 1.00 1.0 1.0
小麦 1.22 1.18 1.00 0.97 0.99
某种杆菌 0.4 0.4 1.09 1.08 1.1
探究:(1)从以上的碱基比例来看,哪种生物的DNA分子结构应为双链 判断的依据是什么
提示:人;人的DNA中碱基数量A=T,G=C,说明人的DNA分子结构应为双链。
(2)不同生物的A、T之和与G、C之和的比值一般不一致,试分析原因。
提示:不同生物含有不同DNA分子,每个特定的DNA分子都具有特定的碱基
组成和排列顺序,这种特定的碱基排列顺序就构成了DNA分子自身严格的特异性。
课堂小结
完善概念图 关键语句
1.组成DNA的碱基虽然只有4种,但是碱基的排列顺序却是千变万化的。碱基序列的多样性构成了DNA的多样性。
2.DNA能够储存大量的遗传信息。遗传信息就蕴藏在DNA分子的碱基排列顺序中。
3.碱基特定的排列顺序构成了每个DNA分子的特异性。
4.对绝大多数生物来说,基因是有遗传效应的DNA片段。
随堂反馈
1.在某种生物中检测不到绿色荧光,将水母绿色荧光蛋白基因转入该生物体内后,结果可以检测到绿色荧光。由此可知(　 　)
A.该生物的基因型是杂合的
B.该生物与水母有很近的亲缘关系
C.绿色荧光蛋白基因具有特定的遗传效应
D.改变绿色荧光蛋白基因的1个核苷酸对,就不能检测到绿色荧光
C
解析:在某种生物中检测不到绿色荧光,将水母绿色荧光蛋白基因转入该生物体内后,结果可以检测到绿色荧光,说明绿色荧光蛋白基因控制着绿色荧光这一特定性状,即绿色荧光蛋白基因具有特定的遗传效应。
2.如图是果蝇某染色体上的白眼基因(S)示意图,下列叙述正确的是(　　)
A.白眼基因片段中,含有成百上千个核糖核苷酸
B.S基因是有遗传效应的DNA片段
C.白眼基因在细胞核内,不遵循遗传规律
D.基因片段中有5种碱基、8种核苷酸
解析:组成白眼基因片段的基本单位是脱氧核苷酸,有4种碱基,4种脱氧核苷酸;S基因控制果蝇的白眼性状,所以是有遗传效应的DNA片段;白眼基因位于染色体上,属于核基因,遵循遗传规律。
B
3.DNA分子具有特异性,体现在(　 　)
A.DNA分子外侧,磷酸和脱氧核糖交替连接的方式稳定不变
B.DNA分子内侧,碱基对的配对方式不变
C.DNA分子碱基对的排列顺序千变万化
D.每个DNA分子的碱基都有其特定的排列顺序
解析:A、B两项说明DNA分子具有稳定性,C项说明DNA分子具有多样性,D项说明了DNA分子具有特异性。
D
4.历经近百年的发展,分子遗传学对遗传物质有了充分的认识。下列关于遗传物质概念图的相关叙述,错误的是(　 　)
A.D有四种,E在H上呈线性排列
B.同源染色体同一位置上存在的基因可能不同
C.所有E的总和构成F且E在F上的排列顺序代表遗传信息
D.若E位于H上,则E是具有遗传效应的DNA片段
解析:根据含氮碱基不同,D脱氧核苷酸分为四种,E基因在H染色体上呈线性排列;同源染色体同一位置上存在相同基因或等位基因;除E外,F中还有无遗传效应的片段,遗传信息是基因中脱氧核苷酸的排列顺序,DNA上的非基因片段不包含遗传信息;染色体上的基因一定是具有遗传效应的DNA片段。
C
5.如图表示一个DNA分子上三个片段A、B、C,请回答下列问题。
(1)片段A和C之所以能称为基因,是因为它们都具有　　　　效应。
答案:(1)遗传
答案:(2)脱氧核苷酸的数目和排列顺序不同
5.如图表示一个DNA分子上三个片段A、B、C,请回答下列问题。
(2)片段A和片段C的不同之处是 　　　　　　 　　。
答案:(3)不携带遗传信息,不具有遗传效应
5.如图表示一个DNA分子上三个片段A、B、C,请回答下列问题。
(3)片段A和B的不同之处是B的碱基序列 　 。
答案:(4)大于
5.如图表示一个DNA分子上三个片段A、B、C,请回答下列问题。
(4)一般情况下,在一个DNA分子中类似于B的片段的长度要　　　 　(填“大于”“小于”或“等于”)类似于A的片段的长度。
答案:(5)基因间区B
5.如图表示一个DNA分子上三个片段A、B、C,请回答下列问题。
(5)在人类染色体DNA不表达的片段中有一部分是串联重复的序列,它们在个体之间具有显著的差异性,这种短序列应该位于图中的　　　 　(填“基因A”“基因间区B”或“基因C”)。 新课程标准内容 学科核心素养
1.概述多数生物的基因是DNA分子的功能片段,有些病毒的基因在RNA分子上。 2.概述DNA分子是由四种脱氧核苷酸构成,通常由两条碱基互补配对的反向平行长链形成双螺旋结构,碱基的排列顺序编码了遗传信息。 3.概述DNA分子通过半保留方式进行复制。 1.生命观念:亲代传递给子代的遗传信息主要编码在DNA分子上,DNA是主要的遗传物质。对大多数生物来说,基因是具有遗传效应的DNA片段。基因的脱氧核苷酸排列顺序蕴含着多种多样的遗传信息。DNA通过半保留复制,将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞。 2.科学思维:能基于事实和证据,采用归纳与概括、演绎与推理、模型与建模、批判性思维等方法,阐释DNA的双螺旋结构以及DNA的半保留复制。 3.科学探究:运用同位素标记等技术在新情境下分析和解决问题。 4.社会责任:人们对于基因本质的认识是循序渐进的,是在不断修正中发展的。这些认识的发展离不开同位素标记技术、离心技术、物质提纯等物理和化学技术的支持,也离不开科学家们的交流合作与继承发展。
第1节　DNA是主要的遗传物质
1.运用演绎与推理、归纳与概括的科学思维方法,分析肺炎链球菌转化实验和噬菌体侵染细菌实验,说明DNA是遗传物质。
2.通过对肺炎链球菌的转化实验的学习,说明自变量控制中的“加法原理”和“减法原理”。
3.举例说出某些生物的遗传物质是RNA。
4.能够运用同位素标记技术、遗传物质探究的科学方法,具备设计实验探究类似的生物学问题的能力。
5.体验科学家对遗传物质本质探究的艰辛历程和严谨态度,认同科学和技术的相互支持相互促进;认同科学是在不断拓展、修正中前进的。
　　　　　　 　　　　　 　　　　　
新知探究一　肺炎链球菌的转化实验
活动1:阅读教材P43格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验,思考下列问题。
问题(1):第一、第二、第三组实验分别说明什么
提示:第一组实验说明R型细菌没有致病性;第二组实验说明S型细菌具有致病性;第三组实验说明加热致死的S型细菌不具有致病性。
问题(2):第四组实验中的S型活菌是怎么产生的
提示:由R型活菌转化而来。
问题(3):已知在80～100 ℃温度范围内,蛋白质将失去活性,DNA的结构也会被破坏,但当温度降低到55 ℃左右时,DNA的结构会恢复,但蛋白质却不能恢复。由此我们可以推断:在格里菲思的实验中,加热杀死的S型细菌中的“转化因子”可能是哪种物质
提示:DNA。
问题(4):如果将S型细菌的DNA直接注入小鼠体内,会导致小鼠死亡吗
提示:不会。没有R型活细菌,S型细菌的DNA是不能转化为S型细菌的。
活动2:阅读教材P44艾弗里肺炎链球菌体外转化实验和P46“科学方法”,思考下列问题。
问题(5):艾弗里肺炎链球菌体外转化实验中应用了酶的什么特点
提示:酶的专一性。
问题(6):艾弗里的体外转化实验中的自变量和因变量分别是什么
提示:自变量是细胞提取物的不同处理,因变量是培养基中活细菌的种类。
问题(7):艾弗里实验控制自变量的原理是什么
提示:在艾弗里的肺炎链球菌转化实验中,控制自变量的原理属于“减法原理”。
问题(8):艾弗里的肺炎链球菌转化的五组实验中,对照组和实验组分别是什么
提示:第一组为空白对照组,第二、第三、第四、第五组都是实验组。
(1)肺炎链球菌体内与体外转化实验的比较
项目 体内转化实验 体外转化实验
实验者 格里菲思 艾弗里及其同事
细菌培养 在小鼠体内 体外培养基
实验原则 R型细菌与S型细菌的毒性对照 S型细菌各成分的作用对照
实验结果 加热杀死的S型细菌能使R型细菌转化为S型细菌 S型细菌的DNA能使R型细菌转化为S型细菌
实验结论 S型细菌体内有转化因子 S型细菌的DNA是遗传物质
巧妙构思 用加热杀死的S型细菌注射到小鼠体内作为对照实验来说明确实发生了转化 用不同酶分别去除S型细菌中的某种物质后,将它们分别与R型活细菌混合培养,研究它们各自的遗传功能
联系 ①所用材料相同;②体内转化实验是体外转化实验的基础,体外转化实验是体内转化实验的延伸;③两实验都遵循对照原则、单一变量原则
(2)自变量控制的原理
①“加法原理”
与常态比较,人为增加某种影响因素。如在“比较过氧化氢在不同条件下的分解”的实验中,与对照组相比,实验组分别作加温、滴加FeCl3溶液、滴加肝脏研磨液的处理,就利用了“加法原理”。
②“减法原理”
与常态比较,人为去除某种影响因素。如在艾弗里的肺炎链球菌转化实验中,每个实验组特异性地去除了一种物质,从而鉴定出DNA是遗传物质,就利用了“减法原理”。
1.如图表示肺炎链球菌的转化实验,下列有关说法正确的是(　D　)
A.该实验模拟的是艾弗里实验
B.从d中死亡小鼠中提取的S型细菌可能是R型细菌自身变化而来
C.从d中死亡小鼠中提取的S型细菌可能是死亡的S型细菌“死而复生”
D.该实验证明加热致死的S型细菌中含有某种转化因子,使R型细菌转化为S型细菌
解析:该实验模拟的是格里菲思实验;b实验否定了从死亡小鼠中提取的S型细菌是R型细菌自身变化而来的可能;c实验否定了从死亡小鼠中提取的S型细菌是死亡S型细菌“死而复生”的可能;该实验证明加热致死的S型细菌中含有某种转化因子,使R型细菌转化为S型细菌。
2.肺炎链球菌为遗传物质的探索做出了重要贡献。下列关于肺炎链球菌转化实验的说法中,正确的是(　D　)
A.格里菲思和艾弗里分别用不同的方法证明DNA是遗传物质
B.艾弗里实验中S型细菌提取物+蛋白酶+R型细菌一起培养,培养基上生存的细菌都是S型细菌
C.艾弗里等人设法去除绝大部分糖类、蛋白质、脂质,与R型细菌混合培养,出现S型细菌,充分说明DNA是遗传物质
D.已加热致死的S型细菌中,蛋白质已经失去活性而DNA仍具有活性
解析:格里菲思实验并未证明DNA是遗传物质;艾弗里实验中,S型细菌提取物+蛋白酶+R型细菌,培养基上生存的既有S型细菌也有R型细菌;设法去除绝大部分糖类、蛋白质、脂质,并不能彻底去除其中的蛋白质、脂质等,不能充分说明DNA是遗传物质;已加热致死的S型细菌中,高温可使蛋白质失去活性,DNA可以使R型细菌发生转化,说明仍具有活性。
新知探究二　噬菌体侵染细菌的实验
活动:艾弗里的观点不同于当时大多数科学家,一时难以被人们接受。1952年,美国遗传学家赫尔希和他的助手蔡斯以T2噬菌体为实验材料,利用放射性同位素标记技术,完成了另一个有说服力的实验。阅读教材P45～46,思考下列问题。
问题(1):T2噬菌体的结构和代谢有哪些特点
提示:只由DNA和蛋白质构成,头部含有DNA;专门寄生在大肠杆菌体内,只有在活细胞中才能繁殖。
问题(2):请利用箭头和文字简要总结噬菌体侵染细菌的实验过程。
提示:标记噬菌体→侵染大肠杆菌→搅拌、离心→分析放射性→培养细菌→分析子代噬菌体放射性。
问题(3):本实验采用的是放射性同位素标记技术,为什么用32P和35S进行标记
提示:S是噬菌体蛋白质特有的元素,P几乎都存在于DNA分子中,用放射性同位素32P和35S分别标记噬菌体的DNA和蛋白质,可以单独观察它们各自的作用。
问题(4):赫尔希和蔡斯是怎样获得被标记的噬菌体的 为什么不能用含有放射性同位素的普通培养基直接培养T2噬菌体
提示:首先在分别含有放射性同位素35S和放射性同位素32P的培养基中培养大肠杆菌,再用上述大肠杆菌培养T2噬菌体。因为T2噬菌体专门寄生在大肠杆菌体内,在普通培养基上不能增殖。
问题(5):实验中搅拌和离心的作用分别是什么
提示: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。
问题(6):用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌,上清液中有少量放射性的原因是什么
提示:部分噬菌体没有侵染到大肠杆菌细胞内,经离心后分布于上清液中,使上清液出现放射性。
问题(7):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的原因是什么
提示:有少量含35S的噬菌体蛋白质外壳吸附在细菌表面,随细菌离心到沉淀物中。
问题(8):根据赫尔希和蔡斯实验的结果,你得出的结论是什么
提示:DNA是噬菌体的遗传物质。
(1)实验技术:放射性同位素标记技术。
(2)实验材料:T2噬菌体(如图所示)。
①结构:
②生活方式:专门寄生在大肠杆菌体内。
③增殖方式: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,释放出大量的噬菌体。
(3)实验分析
①T2噬菌体侵染细菌时,DNA进入细菌的细胞中,而蛋白质外壳仍留在细胞外。
②DNA在亲子代间具有连续性而蛋白质不具有,子代T2噬菌体的各种性状是通过亲代的DNA遗传的。
(5)实验结论:DNA才是真正的遗传物质。
1.“二看法”判断子代噬菌体标记情况
2.噬菌体侵染细菌实验两个关键环节——“保温”与“搅拌”
(1)侵染时间要合适——若保温时间过短或过长会使32P组的上清液中放射性升高。原因是部分噬菌体未侵染或子代噬菌体被释放出来。
(2)“搅拌”要充分——如果搅拌不充分,35S组部分噬菌体外壳与大肠杆菌没有分离,噬菌体外壳与细菌共存于沉淀物中,这样造成沉淀物中放射性升高。
3.“噬菌体侵染细菌的实验”是研究遗传物质的经典实验,主要过程如下:①标记噬菌体→②噬菌体与细菌混合培养→③搅拌、离心→④检测放射性。下列叙述正确的是(　A　)
A.①需要利用分别含有35S和32P的细菌
B.②中少量噬菌体未侵入细菌会导致实验失败
C.③的作用是加速细菌的解体
D.④的结果是沉淀物中检测到放射性
解析:标记噬菌体需要用含35S或32P的细菌培养噬菌体;少量噬菌体未侵入细菌,但大多数噬菌体仍侵入,不影响实验结果;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;以35S标记的噬菌体侵染细菌的实验中,上清液中含有较高的放射性,以32P标记的噬菌体侵染细菌的实验中,沉淀物中含有较高的放射性。
4.某校生物研究性学习小组模拟赫尔希和蔡斯做了噬菌体侵染细菌的实验,实验过程如图所示,下列有关分析正确的是(　A　)
A.理论上,b和c中不应具有放射性
B.实验中b含少量放射性与①过程中培养时间过长或过短有关
C.实验中c含有放射性与④过程中搅拌不充分有关
D.该实验证明了DNA是遗传物质,蛋白质不是遗传物质
解析:35S标记的是T2噬菌体的蛋白质外壳,32P标记的是T2噬菌体的DNA,所以离心后,理论上,b和c中不应具有放射性;35S标记的是T2噬菌体的蛋白质外壳,T2噬菌体侵染细菌时,蛋白质外壳留在外面,经搅拌后与细菌分开,若b中出现少量放射性,属于正常误差;实验中c含有放射性与④过程中培养时间过长或过短有关;该实验只证明了DNA是遗传物质,没有证明蛋白质不是遗传物质。
新知探究三　生物的遗传物质
资料:下图是科学家对烟草花叶病毒遗传物质探索的实验流程。
问题(1):通过以上实验,你对烟草花叶病毒的遗传物质有什么认识
提示:烟草花叶病毒中RNA是遗传物质。
问题(2):细胞核中的遗传物质是DNA,细胞质中的遗传物质是RNA,这种说法正确吗
提示:不正确,有细胞结构的生物,其遗传物质均是DNA,不是RNA。
问题(3):对于某一生物,能不能说它的遗传物质主要是DNA DNA是主要的遗传物质应如何理解？
提示:不能。某种生物的遗传物质只能说是DNA(例如人、噬菌体、酵母菌)或是RNA(艾滋病病毒等)。DNA是主要的遗传物质是对所有生物来说,绝大多数生物的遗传物质是DNA,少数是RNA。
不同生物的遗传物质
生物 类型 细胞生物 非细胞生物
真核生物 原核生物 多数病毒 少数病毒
实例 真菌、原生生物、所有动植物 细菌、放线菌等 噬菌体、乙肝病毒、天花病毒等 HIV、SARS病毒、烟草花叶病毒等
核酸 种类 DNA和 RNA DNA和 RNA DNA RNA
遗传 物质 DNA DNA DNA RNA
结果 绝大多数生物的遗传物质是DNA,只有少部分病毒的遗传物质是RNA
结论 DNA是主要的遗传物质
5.如图表示科研人员探究烟草花叶病毒(TMV)遗传物质的实验过程,由此可以判断(　A　)
A.水和苯酚的作用是分离病毒的蛋白质和RNA
B.TMV的蛋白质没有进入烟草细胞中
C.侵入烟草细胞的RNA由A、T、G、C四种核苷酸组成
D.RNA是TMV的主要遗传物质
解析:由题图可知,水和苯酚的作用是将TMV的RNA与蛋白质分离开;能将TMV的蛋白质接种到正常烟草叶片细胞内,即TMV的蛋白质进入了烟草细胞中;RNA由A、U、G、C四种核苷酸组成;本实验证明RNA是TMV的遗传物质,而不能证明RNA是TMV的主要遗传物质。
6.下列有关生物体遗传物质的叙述,正确的是(　B　)
A.豌豆的遗传物质主要是DNA
B.酵母菌的遗传物质主要分布在染色体上
C.T2噬菌体的遗传物质含有S元素
D.H1N1流感病毒的遗传物质为DNA
解析:豌豆的遗传物质是DNA;酵母菌属于真核生物,其遗传物质主要分布在染色体上;T2噬菌体的遗传物质是DNA,由C、H、O、N、P构成,不含有硫元素;H1N1流感病毒的遗传物质是RNA。
[生活情境]
引起世界性新型冠状病毒肺炎的罪魁祸首是新型冠状病毒,这是一种先前并未被人类发现的冠状病毒,对人类健康造成很大危害,这种病毒出现后,无论是医疗工作者还是科研工作者都需要确定该病毒的
类型。
探究:请用显微注射器、新型冠状病毒的核酸提取液、鼠胚胎干细胞、DNA水解酶和RNA水解酶等,写出探究新型冠状病毒的遗传物质是DNA还是RNA的实验设计思路,并预测实验结果和结论。
提示:把新型冠状病毒的核酸提取液均分成A、B、C三组,分别用等量的相同浓度的DNA水解酶、RNA水解酶处理A、B两组核酸提取液,C组不做处理。取等量的鼠胚胎干细胞均分成三组,用显微注射器分别把A、B、C三组处理过的核酸提取液注射到三组鼠胚胎干细胞中。将三组鼠胚胎干细胞放在相同且适宜的环境中培养一段时间,然后从培养好的鼠胚胎干细胞中抽取样品,检测是否有新型冠状病毒产生。
预测结果及结论:①若A、C两组出现新型冠状病毒,B组没有出现,则该新型冠状病毒的遗传物质是RNA。
②若B、C两组出现新型冠状病毒,A组没有出现,则该新型冠状病毒的遗传物质是DNA。
③若A、B、C三组均出现新型冠状病毒,则新型冠状病毒的遗传物质既不是DNA也不是RNA。
课堂小结
完善概念图 关键语句
1.艾弗里的肺炎链球菌转化实验中应用“减法原理”。 2.T2噬菌体由蛋白质和DNA组成,S元素存在于蛋白质中,P元素几乎全部存在于DNA中。 3.艾弗里的肺炎链球菌转化实验和噬菌体侵染细菌的实验都证明了DNA是遗传物质。 4.烟草花叶病毒的遗传物质是RNA。 5.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。
随堂反馈
　　　　　　 　　　　　 　　　　　
1.探索遗传物质的过程是漫长的,直到20世纪初期,人们仍普遍认为蛋白质是遗传物质。当时人们作出判断的理由不包括(　C　)
A.不同生物的蛋白质在结构上存在差异
B.对DNA的结构没有清晰的了解
C.蛋白质比DNA具有更高的热稳定性,并且能够自我复制
D.蛋白质中氨基酸的不同排列组合可能贮存大量遗传信息
解析:由于蛋白质中氨基酸的排列顺序千变万化,故推测不同的氨基酸排列顺序可能贮存大量的遗传信息;不同生物体内的蛋白质结构存在差异,故推测蛋白质是遗传物质;当时对生物大分子DNA的结构没有清晰的了解,而且与蛋白质相比,DNA更耐高温,故DNA的热稳定性大于蛋白质,另外蛋白质也不能自我复制。
2.格里菲思的肺炎链球菌转化实验得到的结论是(　D　)
A.DNA是遗传物质
B.DNA是主要的遗传物质
C.蛋白质不是遗传物质
D.加热致死的S型细菌中含有某种转化因子
解析:格里菲思通过肺炎链球菌转化实验推测加热致死的S型细菌中含有某种转化因子,但不能确定该转化因子的化学本质。
3.下列关于生物遗传物质的叙述中,正确的是(　D　)
A.细胞生物的遗传物质是DNA,非细胞生物的遗传物质是RNA
B.真核生物的遗传物质是DNA,原核生物的遗传物质是RNA
C.T2噬菌体侵染细菌的实验证明了DNA是主要的遗传物质
D.自然界中以DNA为遗传物质的生物类型占绝大多数
解析:细胞生物包括真核生物和原核生物,遗传物质都是DNA,非细胞生物的遗传物质是DNA或RNA;自然界中以DNA为遗传物质的生物类型占绝大多数,所以DNA是主要的遗传物质;T2噬菌体侵染细菌的实验证明了DNA是遗传物质。
4.如图为“噬菌体侵染大肠杆菌”实验的部分过程示意图,以探究噬菌体的遗传物质。图中亲代噬菌体用32P标记,被侵染的大肠杆菌未被标记,Ⅰ、Ⅲ中的方框代表大肠杆菌。下列叙述正确的是(　A　)
A.要达到实验目的,还要设计一组用35S标记噬菌体的实验
B.用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌后,子代噬菌体不会检测到32P
C.保温时间尽量延长会提高噬菌体侵染大肠杆菌的成功率,使上清液中放射性的比例下降
D.用含32P的无机培养基培养噬菌体,得到含32P标记的噬菌体
解析:S元素是噬菌体蛋白质的标记元素,所以需要设计一组用35S标记噬菌体的实验探究蛋白质的作用;32P标记噬菌体的DNA,子代噬菌体会出现具有放射性的32P;保温时间尽量延长会使子代噬菌体从细菌细胞内释放出来,影响实验结果;噬菌体是病毒,没有细胞结构,不能独立生活,所以不能将普通噬菌体放在含32P的无机培养基中培养。
5.艾弗里得到S型肺炎链球菌的细胞提取物之后,进行了下表实验,请回答下列问题。
组别 第一组 第二组 第三组 第四组 第五组
步骤一 不加酶 蛋白酶 RNA酶 酯酶 DNA酶
步骤二 有R型细菌的培养基+S型细菌的细胞提取物,混合培养
(1)表中第二组,向含有R型细菌的培养基和S型细菌的细胞提取物的混合物中,加入蛋白酶,进行混合培养,后代中的细菌类型为　　　　型。
(2)表中第五组,向含有R型细菌的培养基和S型细菌的细胞提取物的混合物中,加入DNA酶,进行混合培养,后代中的细菌类型为　　　　型。
(3)表中能发生转化的是第　组。
(4)该实验说明:
　。
解析:艾弗里实验应用了控制变量的“减法原理”,即将某种物质从细菌的细胞提取物中用酶解法去除之后,再将其与R型细菌混合培养。根据培养基上出现的细菌类型判断转化是否成功,无法转化成功的一组中被去除的物质就是转化因子,也就是肺炎链球菌的遗传物质。
答案 :(1)R和S　(2)R　(3)一、二、三、四 (4)DNA是该生物的遗传物质,蛋白质等其他物质不是该生物的遗传物质
选题测控导航表
知识点 题号
1.肺炎链球菌的转化实验 1,7,10,12
2.噬菌体侵染细菌的实验 3,4,6,8,11,13,15
3.生物的遗传物质 2,5,9
4.综合考查 14
1.某研究人员利用肺炎链球菌进行了以下4个实验:
①S型细菌的DNA+DNA酶→加入R型细菌→注入小鼠体内　②R型细菌的DNA+DNA酶→加入S型细菌→注入小鼠体内　③R型细菌+DNA酶→高温加热后冷却→加入S型细菌的DNA→注入小鼠体内　④S型细菌+DNA酶→高温加热后冷却→加入R型细菌的DNA→注入小鼠体内
以上4个实验中小鼠存活的情况依次是(　D　)
A.存活、存活、存活、死亡
B.存活、死亡、存活、死亡
C.死亡、死亡、存活、存活
D.存活、死亡、存活、存活
解析:能使小鼠死亡的是活的S型细菌。①DNA酶会将S型细菌的DNA水解,从而失去转化作用,R型细菌因此未发生转化,小鼠存活;②虽然DNA酶存在,但因加入了S型细菌,因此小鼠死亡;③中没有R型活菌,S型细菌的DNA不起作用,小鼠存活;④高温加热使S型细菌的蛋白质及DNA酶变性,虽然S型细菌的DNA还存在,但由于后面加的是R型细菌的DNA,所以不能发生转化作用,小鼠存活。
2.下列关于遗传物质的说法,错误的是(　C　)
①真核生物的遗传物质是DNA　②原核生物的遗传物质是RNA　③细胞核中的遗传物质是DNA
④细胞质中的遗传物质是RNA　⑤新型冠状病毒的遗传物质是DNA或RNA
A.①②③ B.②③④ C.②④⑤ D.③④⑤
解析:真核生物和原核生物的遗传物质都是DNA;细胞核和细胞质中的遗传物质都是DNA;新型冠状病毒属于RNA病毒,遗传物质是RNA。
3.某研究人员模拟赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌实验,进行了以下3个实验:①用未标记的噬菌体侵染35S标记的细菌;②用32P标记的噬菌体侵染未标记的细菌;③用未标记的噬菌体侵染3H标记的细菌,短时间保温后离心,检测到以上3个实验中放射性的主要位置依次是(　D　)
A.沉淀物、沉淀物、沉淀物和上清液
B.沉淀物、上清液、沉淀物
C.上清液、上清液、沉淀物和上清液
D.沉淀物、沉淀物、沉淀物
解析:在该实验中,沉淀物的主要成分是被侵染的细菌,上清液的主要成分为噬菌体外壳。①③都直接对细菌进行了标记,放射性主要出现在沉淀物中;②用32P只能标记噬菌体的DNA,在该实验中,噬菌体的DNA会进入细菌体内,放射性也主要出现在沉淀物中。
4.如果用3H、32P、35S标记噬菌体后,让其侵染未被标记的细菌,在产生的子代噬菌体的组成成分中,能够找到的放射性元素为(　B　)
A.可在外壳中找到3H和35S
B.可在DNA中找到3H和32P
C.可在外壳中找到35S
D.可在DNA中找到32P、35S
解析:噬菌体是由DNA和蛋白质组成的,DNA中含有C、H、O、N、P,而蛋白质中含有C、H、O、N、S等元素。用3H、32P、35S共同标记噬菌体,其DNA中含有3H、32P,蛋白质中含有3H、35S。在噬菌体侵染细菌的过程中,蛋白质外壳留在外面,没有进入细菌内,只有DNA进入细菌内,所以在子代噬菌体的组成成分中能够找到的放射性元素为3H、32P。
5.下列生物的遗传物质都是DNA的是(　A　)
A.酵母菌、大肠杆菌和肺炎链球菌
B.禽流感病毒、SARS病毒
C.HIV、蓝细菌、绿藻和黑藻
D.烟草、烟草花叶病毒
解析:所有细胞生物(包括原核生物和真核生物)的遗传物质都是DNA,大多数病毒的遗传物质是DNA,少数病毒的遗传物质是RNA,如烟草花叶病毒、HIV、SARS病毒和禽流感病毒等。
6.噬菌体侵染细菌的实验中,子代噬菌体的蛋白质外壳是(　A　)
A.在噬菌体DNA的指导下,用细菌的物质合成的
B.在细菌DNA的指导下,用细菌的物质合成的
C.在噬菌体DNA的指导下,用噬菌体的物质合成的
D.在细菌DNA的指导下,用噬菌体的物质合成的
解析:噬菌体侵染细菌时只将自身的DNA注入细菌中,其蛋白质外壳留在细菌外,而在细菌中合成子代噬菌体的蛋白质外壳和DNA,子代噬菌体的蛋白质外壳是在噬菌体DNA的指导下,利用细菌的物质合成的。
7.如图是关于肺炎链球菌的转化实验,下列分析错误的是(　A　)
A.结果1中全部为S型肺炎链球菌
B.结果1中部分为R型肺炎链球菌
C.结果2中全部为R型肺炎链球菌
D.此实验证明打碎的S型细菌体内有转化因子,使R型细菌转化为S型细菌
解析:S型肺炎链球菌的DNA是转化因子,能使R型肺炎链球菌转化为S型肺炎链球菌,所以用S型细菌的细胞提取物与R型活细菌混合后,结果1中可能培养出S型细菌和R型细菌。
8.赫尔希和蔡斯通过T2噬菌体侵染细菌的实验证明了DNA是遗传物质,实验包括4个步骤:①培养噬菌体;②35S和32P分别标记噬菌体;③放射性检验;④离心分离。实验步骤的先后顺序为(　C　)
A.①②④③ B.④②①③
C.②①④③ D.②①③④
解析:噬菌体侵染细菌实验的步骤:首先用35S和 32P 分别标记噬菌体,然后利用大肠杆菌培养被标记的噬菌体,离心分离之后,检验放射性。
9.烟草花叶病毒(TMV)与车前草病毒(HRV)的结构如图中A、B所示,侵染作物叶片的症状如图C、D所示。请据图回答下列问题。
(1)用E去侵染叶片F时,叶片F所患病的症状与　　　　相同。
(2)叶片F上的病毒,蛋白质外壳是以　　　　　　　　　　　　为场所合成的,所需的氨基酸、酶和ATP均来自　　　　　　　　　　。
(3)病毒E的子代病毒的各项特性由　　　　决定。
(4)本实验证明
　。
解析:(1)E是由烟草花叶病毒(TMV)的蛋白质外壳和车前草病毒(HRV)的RNA重组形成的病毒,由于其遗传物质来自HRV,因此用E去侵染叶片F时,在F上所患病的症状与HRV相同,即与图中的D相同。(2)在叶片F上的病毒,其蛋白质外壳的合成是受HRV的RNA控制的;蛋白质的合成场所是叶片F细胞的核糖体;病毒没有细胞结构,其合成蛋白质所需的氨基酸、酶、ATP均来自宿主细胞,即叶片F的细胞。(3)病毒E的子代病毒的各项特性由E的RNA决定。(4)子代病毒的各项特性都是由E的RNA决定的,从而证明了RNA是车前草病毒的遗传物质,蛋白质不是烟草花叶病毒的遗传物质。
答案:(1)D　(2)叶片F细胞的核糖体　叶片F的细胞　(3)E的RNA　(4)RNA是车前草病毒的遗传物质,蛋白质不是烟草花叶病毒的遗传物质
10.如图为肺炎链球菌转化实验的部分图解,请据图回答下列问题。
(1)该实验是在格里菲思的肺炎链球菌转化实验的基础上进行的,其中格里菲思的实验得出的结论是
　。
(2)依据上图所示实验,可以作出
　　　　　的假设。
(3)为验证(2)的假设,需设计下面甲和乙两组实验:
①甲组实验中加入DNA酶的目的是
　,
观察到的实验现象是　。
②乙组可观察到的实验现象是
　。
解析:(1)格里菲思的肺炎链球菌转化实验的结论是加热致死的S型细菌存在将R型细菌转化成S型细菌的转化因子。
(2)同时加入R型细菌和S型细菌的DNA,培养基中会同时生长R型细菌和S型细菌,所以可以作出DNA是使R型细菌转化为S型细菌的转化因子的假设。
(3)①酶具有催化作用,DNA酶能使DNA水解,所以该实验中加入DNA酶的目的是水解从S型细菌中提取到的DNA;由于S型细菌的DNA被水解,所以观察到的实验现象是培养基中只生长R型细菌。②蛋白质、荚膜多糖不是遗传物质,因此乙组观察到的实验现象是培养基中只生长R型细菌。
答案:(1)加热致死的S型细菌中存在将R型细菌转化成S型细菌的转化因子　(2)DNA是转化因子(遗传物质)　(3)①水解从S型细菌中提取到的DNA　培养基中只生长R型细菌　②培养基中只生长R型细菌
11.下列有关赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌实验的叙述,不正确的是(　D　)
A.该实验的设计思路是单独观察蛋白质和DNA的作用
B.检测离心后试管中上清液和沉淀物中放射性的强弱可推测侵入细菌中的物质
C.35S标记蛋白质的实验组,离心后的试管中上清液有较高的放射性
D.噬菌体侵染细菌的实验和格里菲思的肺炎链球菌的转化实验同时证明了DNA是遗传物质
解析:格里菲思的肺炎链球菌转化实验证明了存在转化因子,但没有证明DNA是转化因子。
12.在肺炎链球菌的转化实验中,能够证明DNA是遗传物质的最关键的实验步骤是(　D　)
A.将R型活细菌与S型活细菌混合后培养,发现R型细菌转化为S型细菌
B.将R型活细菌与加热致死的S型细菌混合培养,发现R型细菌转化为S型细菌
C.从加热致死的S型细菌中提取DNA、蛋白质和多糖,混合后加入培养R型细菌的培养基中,发现R型细菌转化为S型细菌
D.将加热致死的S型细菌破碎后,设法去除绝大部分糖类、蛋白质和脂质,制成细胞提取物
解析:S型活细菌内各成分没有分开,不能证明是DNA使R型细菌转化为S型细菌;B项只能证明加热致死的S型细菌中含有转化因子,但不能证明转化因子就是DNA;将加热致死的S型细菌的DNA、蛋白质和多糖混合后加入培养R型细菌的培养基中,仍然无法确定具体是哪种物质起了转化作用。
13.图1、图2表示T2噬菌体侵染大肠杆菌的相关实验,据图分析,某同学总结出四个结论,你认为正确的是(　 D　)
A.甲处的噬菌体没有放射性
B.乙处的噬菌体一定不含放射性
C.图1能证明DNA是遗传物质,而不能证明蛋白质不是遗物物质
D.图2增设一组35S标记的噬菌体作对照,能证明DNA是遗传物质,但不能证明蛋白质不是遗传物质
解析:分析图1可知,大肠杆菌用32P或35S处理过,所以甲处的噬菌体含有放射性;由于亲代噬菌体用32P标记过,所以乙处噬菌体部分含放射性;由于图1中的大肠杆菌用32P或35S标记过,而亲代噬菌体没有标记过,所以图1不能证明DNA是遗传物质,也不能证明蛋白质不是遗传物质;图2增设一组35S标记的噬菌体作对照,能证明DNA是遗传物质;因为35S标记的噬菌体的蛋白质没有进入大肠杆菌体内,所以不能证明蛋白质不是遗传物质。
14.下列叙述不能说明核酸是遗传物质的是(　 C　)
A.T2噬菌体的DNA进入大肠杆菌细胞后能合成T2噬菌体的外壳蛋白
B.S型菌的DNA进入R型菌细胞后随该细胞的遗传物质稳定遗传
C.肺炎链球菌的转化实验中,加热杀死的S型菌和活的R型菌混合后注射到小鼠体内,最终能分离出活的S型菌
D.TMV的RNA与HRV的蛋白质重建而成的新病毒能感染烟草并增殖出完整的TMV
解析:肺炎链球菌的转化实验中,加热杀死的S型菌和活的R型菌混合后注射到小鼠体内,最终能分离出活的S型菌,这只能说明S型细菌中存在某种转化因子,能将R型细菌转化为S型细菌,但不能说明核酸是遗传物质。
15.在赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌的实验中,用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌,在理论上,上清液中不含放射性,下层沉淀物中具有很高的放射性。而实验的实际最终结果显示:在离心上层液体中,也具有一定的放射性,而下层的放射性强度比理论值略低。
(1)在赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌的实验中,采用的实验技术是　。
(2)在理论上,上清液放射性应该为0,其原因是

　。
(3)实验数据和理论数据之间有较大的误差,对实验过程进行如下误差分析:
①在实验中,从噬菌体和大肠杆菌混合培养,到用离心机分离,这一段时间如果过长,会使上清液的放射性含量升高,其原因是
　。
②在实验中,如果有一部分噬菌体没有侵染到大肠杆菌细胞内,将　　　　(填“是”或“不是”)误差的来源,理由是　
　。
(4)噬菌体侵染细菌的实验证明了　。
(5)上述实验中　　　　(填“能”或“不能”)用3H来标记噬菌体的DNA,理由是　
　。
解析:(1)噬菌体侵染细菌实验中,采用的实验技术是放射性同位素标记技术。
(2)DNA中含有P元素,蛋白质中没有,故32P只能进入噬菌体的DNA中。在侵染过程中,由于噬菌体的DNA全部注入大肠杆菌,离心后,上清液中是噬菌体的蛋白质外壳,沉淀物中是被侵染的大肠杆菌,故理论上,上清液中应该没有放射性。
(3)从噬菌体和大肠杆菌混合培养,到用离心机分离,如果时间过长会使带有放射性的噬菌体从大肠杆菌中释放出来,使上清液带有放射性;如果部分噬菌体没有侵染到大肠杆菌内,也会使上清液带有放射性。
(4)噬菌体侵染细菌实验证明了DNA是噬菌体的遗传物质。
(5)由于H元素在DNA和蛋白质中都含有,因此不能用3H来标记DNA。
答案:(1)放射性同位素标记技术
(2)理论上,噬菌体已将含32P的DNA全部注入大肠杆菌内,离心后上清液中只含噬菌体的蛋白质外壳
(3)①噬菌体在大肠杆菌内增殖后被释放出来,经离心后分布于上清液中　②是　没有侵入大肠杆菌的噬菌体经离心后分布于上清液中,使上清液具有放射性
(4)DNA是遗传物质
(5)不能　DNA和蛋白质中都含有H元素第2节　DNA的结构
1.通过尝试制作DNA双螺旋结构的模型,概述DNA分子的结构及特点,领悟人们在探索DNA分子结构历程中的科学方法与科学精神。
2.基于对DNA的结构及特点的理解,进一步形成结构与功能相适应的观念。
3.运用数学方法分析DNA分子的结构,阐述碱基多种多样的排列顺序蕴含着丰富的遗传信息。
新知探究一　DNA的结构及其模型构建
资料1:20世纪30年代,人们已经认识到DNA是由脱氧核苷酸连接而成的长链;组成DNA分子的脱氧核苷酸有4种,每1种含有1个特定的碱基。思考讨论下列问题。
问题(1):每个脱氧核苷酸是由哪些小分子组成的 组成DNA的碱基有哪几种 尝试构建脱氧核苷酸的结构模型。
提示:脱氧核糖、磷酸和含氮碱基。腺嘌呤(A)、胸腺嘧啶(T)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)。
问题(2):DNA中的N、P分别存在于脱氧核苷酸的哪一种成分中
提示:N存在于含氮碱基中,P存在于磷酸基团中。
问题(3):脱氧核苷酸长链是如何构成具有双螺旋结构的DNA分子的 配对有什么规律
提示:两条脱氧核苷酸长链反向平行,通过碱基对连接在一起。A与T配对,G与C配对。
问题(4):下图为某同学制作的DNA双螺旋结构模型,请找出图中的错误有几处,分别是什么。
提示:4处;核糖应为脱氧核糖;碱基U应为T;磷酸二酯键连接位置应该在脱氧核糖与磷酸基团之间;C、G间氢键数应为三个。
问题(5):现有M、N两个均含有200个碱基的双链DNA分子,其中M分子中共有260个氢键,N分子中含有20个腺嘌呤,那么M、N分子中有C—G碱基对各多少个 这两个DNA分子中哪个结构更稳定
提示:由题意可知M分子中有A—T碱基对 40个,C—G碱基对60个,N分子中A—T碱基对有20个,则G—C碱基对有80个,氢键共有20×2+80×3=280(个);氢键越多的DNA分子越稳定,因此N分子更稳定。
资料2:某研究小组绘制了DNA分子的两种结构模型图,试回答下列问题。
问题(6):每个DNA片段中游离的磷酸基团有几个
提示:2个。
问题(7):在DNA分子的一条单链中相邻的碱基如何连接
提示:在DNA分子的一条单链中相邻的碱基通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”相连接。
问题(8):DNA的空间结构有什么特点
提示:是规则的双螺旋结构。
DNA分子的结构
(1)结构图示
(2)图示解读
基本组 成元素 C、H、O、N、P
组成物质 [①]碱基,[②]脱氧核糖,[③]磷酸
基本组 成单位 [④]脱氧核苷酸,共4种
整体结构 由两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构
结构 特点 由脱氧核糖和磷酸交替连接组成基本骨架
碱基之间通过氢键连接;遵循碱基互补配对原则,即T(胸腺嘧啶)一定与[⑥]腺嘌呤配对,C(胞嘧啶)一定与[⑦]鸟嘌呤配对
DNA分子的结构特性
(1)稳定性:DNA中脱氧核糖和磷酸交替连接的方式不变;两条链间碱基互补配对的方式不变。
(2)多样性:DNA分子中碱基对(脱氧核苷酸对)的排列顺序多种多样,构成了DNA的多样性。
(3)特异性:每种DNA有别于其他DNA的特定的碱基排列顺序。
1.下列是脱氧核苷酸的结构图,正确的是(　D　)
解析:组成脱氧核苷酸的各种分子间正确的连接方式是磷酸—脱氧核糖—含氮碱基,并且含氮碱基应连接在脱氧核糖的1号碳原子上,磷酸连接在脱氧核糖的5号碳原子上。
2.下列关于DNA分子结构的叙述中,不正确的是(　D　)
A.每个DNA分子中通常都含有四种脱氧核苷酸
B.DNA分子的两条链反向平行
C.DNA两条链上的碱基以氢键相连,且A与T配对,G与C配对
D.DNA分子长链的每个脱氧核糖上均连接着一个磷酸和一个碱基
解析:DNA分子长链结束部位的脱氧核糖上连接着一个磷酸和一个碱基,其他脱氧核糖上连接两个磷酸和一个碱基。
新知探究二　DNA结构中碱基的数量关系
活动:观察教材P50图38“DNA的结构模式图”,可以看出碱基之间通过氢键连接形成碱基对,遵循碱基互补配对原则,双链DNA分子中碱基数量存在如下关系:
思考下列问题。
问题(1):任意两种不互补的碱基数量之和占总碱基数的比例是多少
提示:50%。
问题(2):若一条链中互补的两种碱基之和占该单链碱基数的比例为m,则该DNA分子两条链中这两种碱基数量之和占总碱基数的比例及其互补链中两种碱基之和占该单链碱基数的比例分别是多少
提示:都是m,根据碱基互补配对原则及等比定理,有下列数量关系:
===m,
===m。
问题(3):若一条链中两种不互补碱基之和的比值为n,则其互补链中该比值为多少
提示:,即若一条链中(或)=n,则另一条链中(或)=。
问题(4):在整个DNA分子中的值等于多少
提示:A1+A2=T1+T2,G1+G2=C1+C2,故=1。
问题(5):若已知碱基对数为n,A有m个,则氢键数为多少
提示:碱基总数为2n个,A有m个,则C=G=(2n-2m)/2=n-m(个)。氢键数量为3(n-m)+2m=3n-m(个)。
双链DNA分子中碱基的最基本数量关系
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”。
DNA碱基互补配对原则有关推论
规律一:在双链DNA分子中,A+T或C+G在全部碱基中所占的比例等于其任何一条单链中A+T或C+G所占的比例。
规律二:不配对的碱基和之比在两条单链中互为倒数。
注意:在整个DNA分子中该比值等于1。
规律三:不同生物的DNA分子中互补配对的碱基之和的比值不同,即(A+T)/(C+G)的值不同。该比值体现了不同生物DNA分子的特异性。
3.在一个双链DNA分子中,碱基总数为m,腺嘌呤碱基数为n。在碱基A与T之间形成2个氢键,G与C之间形成3个氢键。则下列叙述正确的是(　D　)
①脱氧核苷酸数=磷酸数=碱基总数=m　②碱基之间的氢键数为-n　③两条链中A+T的数量为2n　④G的数量为m-n
A.①②③④ B.②③④
C.③④ D.①②③
解析:每个脱氧核苷酸均由一个磷酸、一个碱基和一个脱氧核糖组成,因此,脱氧核苷酸数=磷酸数=碱基总数=m,①正确;腺嘌呤碱基数为n,则T也为n个,说明有n个A—T碱基对,含有2n个氢键,G—C碱基对之间含有的氢键总数为,因此,该DNA分子含有的氢键总数为+2n=-n,②正确;两条链中A+T的数量为2n,③正确;G的数量为=-n,④错误。
4.如果一个双链DNA中鸟嘌呤占整个DNA碱基的27%,并测得DNA一条链上的腺嘌呤占该链的28%,那么另一条链上的腺嘌呤占该链碱基总数的比例为(　B　)
A.28% B.18% C.27% D.9%
解析:已知一个双链DNA中鸟嘌呤占整个DNA碱基的27%,即G=27%,则C=G=27%,A=T=50%-27%=23%。已知其中一条链上的腺嘌呤占这条链碱基的28%,即A1=28%,根据碱基互补配对原则,A=(A1+A2)÷2,所以另一条链上的腺嘌呤占该链的碱基的比例是A2=23%×2-28%=18%。
[科技情境]
cfDNA是细胞凋亡后裂解释放到血浆中的游离的DNA碎片,它包括循环肿瘤DNA(ctDNA)和胎儿DNA(cffDNA)。cfDNA已被证明是很多种疾病的生物标志物。
探究:(1)cfDNA的基本骨架是什么
提示:磷酸和脱氧核糖交替连接构成cfDNA的基本骨架。
(2)在cfDNA一条链中连接A与T的是什么结构
提示:—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—。
课堂小结
完善概念图 关键语句
1.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。 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。 3.两条链上的碱基按照碱基互补配对原则连接成碱基对。 4.DNA中的碱基互补配对规律为腺嘌呤一定与胸腺嘧啶配对,鸟嘌呤一定与胞嘧啶配对。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.在DNA分子中,含G—C碱基对越多的DNA分子相对越稳定。
随堂反馈
　　　　　　 　　　　　 　　　　　
1.下面为含有四种碱基的DNA分子结构示意图,对该图的正确描述是(　D　)
A.③有可能是碱基A
B.②和③相间排列,构成DNA分子的基本骨架
C.①②③中特有的元素分别是P、C和N
D.与⑤有关的碱基对一定是A—T
解析:该DNA分子含有四种碱基,且A与T之间形成两个氢键,G与C之间形成三个氢键,因此与⑤有关的碱基对一定是A—T,与③有关的碱基对一定是G—C,但无法确定③⑤具体是哪一种碱基。DNA分子的基本骨架是由磷酸和脱氧核糖交替连接构成的,应为图中的①②。①中特有的元素是P,③中特有的元素是N,而C并不是②所特有的,③中也含有C。
2.某双链DNA分子一条链上(A+T)/(G+C)的值为0.3,则在整个DNA分子中A∶T∶G∶C为(　C　)
A.1∶1∶1∶1 B.2∶2∶3∶3
C.3∶3∶10∶10 D.10∶10∶3∶3
解析:某双链DNA分子一条链上(A+T)/(G+C)的值为0.3,则另一条链上(A+T)/(G+C)的值也为0.3。又因A=T、C=G,故在整个DNA分子中A∶T∶G∶C=3∶3∶10∶10。
3.在制作DNA双螺旋结构模型的实验中,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(　D　)
A.能制作出含30个脱氧核苷酸的DNA分子片段
B.所制作的DNA分子片段最多含12个碱基对
C.能制作出415种不同的DNA分子模型
D.能制作出一个含5个碱基对的DNA分子片段
解析:在双链DNA分子中,碱基之间的配对遵循碱基互补配对原则,设制作的DNA分子片段含有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,制作的DNA分子片段需要脱氧核糖和磷酸之间的连接物的数目为(2n-1)×2,已知脱氧核糖和磷酸之间的连接物有18个,则n≤5,又4种碱基数目均大于5,其他材料充足,所以题干提供的材料最多能制作出一个含5个碱基对的DNA分子片段;含5个碱基对的DNA分子片段,含10个脱氧核苷酸,最多能制作出45种不同的DNA分子模型。
4.如图为DNA有关的概念图,其中A～E表示相关物质,下列有关叙述正确的是(　D　)
A.物质D表示的结构有2种
B.物质B表示的糖类有2种
C.物质C表示的磷酸有2种
D.物质A表示的碱基有4种
解析:物质D表示的结构为脱氧核苷酸有4种;物质B表示的糖类有1种,即脱氧核糖;物质C表示的磷酸有1种;物质A表示的碱基有4种,分别是A、T、C、G。
5.如图是某核苷酸与核苷酸长链的示意图,据图回答问题。
(1)图1所示的核苷酸的中文名称是　　　　　　　　　　　　,该核苷酸是构成　　　　的原料。
(2)图2为一条核苷酸长链的片段,据图回答下列问题。
①图中所示1、2、3的名称分别是　　　　　　、　　　　　　、　　　　　　。
②此结构中与另一种核酸相比较,其特有碱基的中文名称是　　　　　　。
解析:(1)图1中的五碳糖是核糖,又知图1的分子结构式右上角的含氮碱基为腺嘌呤(A),则图1所示的核苷酸的中文全称是腺嘌呤核糖核苷酸,是构成RNA的原料。
(2)①由图可知,图2中所示1、2、3的名称分别是磷酸、脱氧核糖、胞嘧啶。
②此结构(DNA)与另一种核酸(RNA)相比较,其特有的碱基是T,中文名称是胸腺嘧啶。
答案:(1)腺嘌呤核糖核苷酸　RNA
(2)①磷酸　脱氧核糖　胞嘧啶　②胸腺嘧啶
　　　　　　 　　　　　 　　　　　
选题测控导航表
知识点 题号
1.DNA的结构及其模型构建 1,2,3,4,8,9,10,14
2.DNA结构中碱基的数量关系 5,6,7,11,12,13,15
1.如图是一个DNA分子的片段,从图中不能得到的信息是(　D　)
A.DNA是双螺旋结构
B.碱基严格互补配对
C.嘌呤数等于嘧啶数
D.两条脱氧核苷酸链反向平行
解析:由题图可以看出,DNA是双螺旋结构,且两条链之间碱基严格互补配对,即嘌呤数等于嘧啶数;但从图中不能看出两条链的方向。
2.威尔金斯、富兰克林、查哥夫、沃森和克里克等人在DNA分子结构构建方面作出了突出的贡献。下列相关说法正确的是(　B　)
A.威尔金斯和富兰克林提供了DNA分子的电子显微镜图像
B.沃森和克里克提出了DNA分子的双螺旋结构模型
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A的量等于T的量、C的量等于G的量
解析:在DNA分子结构构建方面,威尔金斯和富兰克林提供了DNA衍射图谱;查哥夫发现了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DNA分子的双螺旋结构模型。
3.下列哪项不是沃森和克里克构建过的模型(　B　)
A.碱基在外侧的双螺旋结构模型
B.同种碱基配对的三螺旋结构模型
C.碱基在外侧的三螺旋结构模型
D.碱基互补配对的双螺旋结构模型
解析:沃森和克里克最先提出了碱基在外侧的双螺旋和三螺旋结构模型,后来又提出了碱基在内侧的双螺旋结构模型,并且同种碱基配对,最后提出了碱基互补配对的双螺旋结构模型。
4.有关DNA分子结构的叙述,正确的是(　D　)
A.DNA分子由4种核糖核苷酸组成
B.DNA单链上相邻碱基以氢键连接
C.碱基与磷酸相连接
D.磷酸与脱氧核糖交替连接构成DNA链的基本骨架
解析:DNA分子由4种脱氧核苷酸组成;DNA双链之间碱基以氢键连接,DNA单链上相邻碱基以“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”连接;碱基与脱氧核糖相连接;DNA链的基本骨架是由磷酸与脱氧核糖交替连接构成。
5.果蝇某基因含有腺嘌呤的分子数为15%,含胞嘧啶的分子数为(　B　)
A.15% B.35% C.70% D.85%
解析:DNA分子中,任意两个不互补的碱基之和占碱基总数的50%,即A+C=50%,A=15%,所以C=35%。
6.某双链DNA分子中,腺嘌呤与胸腺嘧啶之和占全部碱基的比例为M,其中一条链上腺嘌呤占该链全部碱基的比例为N,则互补链中腺嘌呤占整个DNA分子碱基的比例为(　A　)
A. B.M-N C. D.M-
解析:某双链DNA分子中,腺嘌呤与胸腺嘧啶之和占全部碱基的比例为M,则该DNA分子中腺嘌呤占M/2,其中一条链上腺嘌呤占该链全部碱基的比例为N,根据碱基互补配对原则,双链DNA分子中A=(A1+A2)÷2,因此互补链中腺嘌呤占该链的全部碱基的比例为M-N,则互补链中腺嘌呤占整个DNA分子碱基的比例为(M-N)/2。
7.某研究小组测定了多个不同双链DNA分子的碱基组成,根据测定结果绘制了DNA分子的一条单链与其互补链、一条单链与其所在DNA分子中碱基数目比值的关系图,下列正确的是(　C　)
解析:DNA分子中(A+C)/(T+G)应始终等于1;一条单链中(A+C)/(T+G)与其互补链中(A+C)/(T+G)互为倒数,一条单链中(A+C)/(T+G)=0.5时,互补链中(A+C)/(T+G)=2;一条单链中(A+T)/(G+C)与其互补链中(A+T)/(G+C)及DNA分子中(A+T)/(G+C)都相等。
8.下列能正确表示DNA片段的示意图的是(　D　)
解析:DNA中存在T,不存在U,可排除A选项;DNA分子的两条链是反向平行的,而不是B选项中同向的(依据两条链中脱氧核糖分析);A与T之间形成两个氢键,G与C之间形成三个氢键,可排除C选项。
9.如图为DNA片段的结构示意图,请据图回答。
(1)图甲是DNA片段的　　　　结构,图乙是DNA片段的　　　　结构。
(2)填出图中部分结构的名称:②　　　　　　　　　　　、⑤　　　　　　　　　　　　　。
(3)从图中可以看出,DNA分子中的　　　　和　　　　交替连接排列在外侧,构成基本骨架。
(4)连接碱基对的⑦代表的是　　　　,碱基配对的方式如下:即　　　　　与　　　　　配对;　　　　　与　　　　　配对。
(5)从图甲可以看出,组成DNA分子的两条链的方向是　　　　　　的;从图乙可以看出组成DNA分子的两条链相互缠绕成　　　　　　结构。
答案:(1)平面　立体(或空间)　(2)一条脱氧核苷酸单链片段　腺嘌呤脱氧核苷酸　(3)脱氧核糖　磷酸　(4)氢键　A(腺嘌呤)　T(胸腺嘧啶)　G(鸟嘌呤)　C(胞嘧啶)　(5)反向平行　规则的双螺旋
10.如图为真核细胞中某核酸分子局部结构图。请据图回答下列相关问题。
(1)该核酸分子是　　　　(填“DNA”或“RNA”),理由是　。
(2)④　　　　(填“是”或“不是”)一个核苷酸。
(3)该分子热稳定性大小与　　　　键的多少密切相关;它的多样性与其空间结构　　　　(填“有关”或“无关”),其原因是　
　　　　　　　　　　　。
(4)DNA指纹技术的原理是
　。
解析:(1)图中核酸的结构模式图中含有胸腺嘧啶(T),因此该核酸分子是DNA,因为胸腺嘧啶是DNA特有的碱基。
(2)图中的④包含的组分构成一个核苷酸。
(3)该分子热稳定性大小与碱基对之间的氢键的多少密切相关,或与DNA分子中鸟嘌呤和胞嘧啶形成的碱基对的多少有关;DNA分子的多样性与其空间结构无关,因为所有的双链DNA分子都是双螺旋结构,DNA之间的差异与DNA分子中碱基对的排列顺序密切相关。
(4)人与人之间的DNA存在微小差异且具有特异性,正因为这种微小差异的存在,因此DNA可以像指纹一样用来识别身份。
答案:(1)DNA　该核酸分子中含有碱基T
(2)是
(3)氢　无关　DNA分子空间结构均为规则的双螺旋结构
(4)人与人之间的DNA存在微小差异,DNA可以像指纹一样用来识别身份
11.在制作DNA双螺旋结构模型过程中,为了逼真起见,用一种长度的塑料片代表A和G,用另一长度的塑料片代表C和T,并且使用代表氢键的订书钉将代表四种碱基的塑料片连为一体。现已搭建一段含有10个碱基对的DNA分子片段,其中有3对是A与T碱基对,那么由此搭建而成的DNA双螺旋的整条模型的粗细和所用钉子数分别是(　A　)
A.粗细相同,27个钉 B.粗细相同,23个钉
C.粗细不同,23个钉 D.粗细不同,27个钉
解析:分析题意可知,因为嘌呤必定与嘧啶互补,所以搭建而成的DNA双螺旋的整条模型粗细相同;A和T之间有2个氢键,C和G之间有3个氢键,该DNA片段含有10个碱基对,其中有3对是A与T碱基对,则氢键数=3×2+(10-3)×3=27(个)。
12.在双链DNA分子中,一条链(A+G)/(T+C)=0.2,则在另一条链和整个DNA分子中其比例分别是(　D　)
A.0.2和0.2 B.0.2和0.8
C.0.8和1 D.5和1
解析:由DNA分子中的碱基互补配对原则可知,一条链上的A与另一条链上的T相等,一条链上的G与另一条链上的C相等,在整个双链DNA分子中A=T,G=C,两条单链上的(A+G)/(T+C)互为倒数,整个DNA分子中(A+G)/(T+C)=1。因此,在双链DNA分子中,一条链(A+G)/(T+C)=0.2,则在另一条链和整个DNA分子中其比例分别是5和1。
13.要准确地构建一个含有30个碱基对的双链DNA分子模型,则该模型中(　D　)
A.含有30个脱氧核糖分子
B.若含20个腺嘌呤,则有20个胞嘧啶
C.含有30个磷酸基团
D.两条脱氧核苷酸链是反向平行的
解析:每个脱氧核苷酸含有一个碱基、一个脱氧核糖和一个磷酸基团,因此含有30个碱基对的双链DNA分子模型中含有60个脱氧核糖分子和60个磷酸基团;若含20个腺嘌呤,则有20个胸腺嘧啶,10个胞嘧啶和10个鸟嘌呤;两条脱氧核苷酸链是反向平行的。
14.如图为某核苷酸链的局部结构图,下列叙述中错误的是(　A　)
A.图中a或b能构成一个完整的核苷酸
B.该链上各核苷酸之间是通过化学键③连接起来的
C.DNA的稳定性与胞嘧啶的含量成正相关
D.该链不可能是组成T2噬菌体遗传物质的一部分
解析:图中a能构成一个完整的核苷酸,b不能;该链上各核苷酸之间是通过③连接起来的;DNA分子两条链上的碱基通过氢键相连,腺嘌呤与胸腺嘧啶形成2个氢键,鸟嘌呤与胞嘧啶形成3个氢键,因此,胞嘧啶的含量越多,碱基对的氢键含量越高,DNA的稳定性越高;图中有尿嘧啶,说明该链是由核糖核苷酸构成的,而T2噬菌体的遗传物质是DNA,由脱氧核苷酸构成。
15.分析以下材料,回答相关问题。
材料一　在沃森和克里克提出DNA的双螺旋结构模型之前,人们已经证实了DNA分子是由许多脱氧核苷酸构成的长链。当时困扰人们的是脱氧核苷酸连接的方式以及两条链之间的连接方式。对于链的数量,也有一些不同的声音,如单链和三链的说法。占主流的观点是DNA是由两条链结合形成的。
材料二　在1949年到1951年期间,科学家查哥夫研究不同生物的DNA时发现,DNA分子中的嘧啶核苷酸的总数始终等于嘌呤核苷酸的总数;A的总数等于T的总数,G的总数等于C的总数,但(A+T)与(G+C)的比值是不固定的。
材料三　根据富兰克林等人对DNA晶体的X射线衍射分析表明DNA分子由许多“亚单位”组成,且每一层的间距为3.4埃,而且整个DNA分子长链的直径是恒定的。
以上科学研究成果为沃森和克里克提出DNA双螺旋结构模型奠定了基础。请分析回答下列问题。
(1)材料一表明DNA的基本单位是　　　　　。没有弄清楚基本单位之间连接方式的原因是　 　。
(2)嘧啶核苷酸的总数始终等于嘌呤核苷酸的总数,说明　。
(3)A的总数等于T的总数,G的总数等于C的总数,说明　。
(4)A与T的总数和G与C的总数的比值不固定,说明　。
(5) 富兰克林等人提出的DNA分子中的“亚单位”实际上是　　　　　　;亚单位的间距是3.4埃,而且DNA分子的直径是恒定的,这些特征表明　 。
(6)基于以上分析,沃森和克里克提出了各对应的碱基之间的关系是　　　　　　　　　　　　,并成功地构建了DNA分子的双螺旋结构模型。
解析:由材料一可以看出构成DNA的基本单位是脱氧核苷酸,但是由于存在不完整和不同的认识,人们并不清楚DNA的具体结构。不了解基本单位之间连接方式的原因是对于组成脱氧核苷酸的小分子之间的连接方式不清楚。材料二查哥夫的研究给出了组成DNA的四种碱基的数量关系,即A=T、G=C,为DNA双螺旋结构模型的构建奠定了基础。材料三说明DNA是由多个重复的碱基对组成的,碱基对的种类可能不同,但是配对的两种碱基形成的分子直径是相同的。
答案:(1)脱氧核苷酸　对于脱氧核苷酸的组成成分之间的连接并不清楚　(2)DNA分子中嘌呤与嘧啶之间的数量是一一对应的　(3)A与T一一对应,C与G一一对应　(4)A与T之间的对应和C与G之间的对应互不影响　(5)碱基对　DNA分子的空间结构非常规则　(6)A与T配对,C与G配对第3节　DNA的复制
1.运用假说—演绎法探究DNA的复制方式,概述DNA通过半保留方式进行复制。
2.通过对DNA半保留复制方式的学习,理解DNA的准确复制是遗传信息稳定传递的基础。
3.通过对DNA半保留复制方式的实验验证,认同科学技术在生物学研究中的重要作用。
新知探究一　DNA半保留复制的实验证据
活动:沃森和克里克在构建DNA双螺旋结构模型之后,提出了遗传物质自我复制的半保留复制假说。但也有人持不同观点,提出全保留复制等不同假说。阅读教材P53～55,思考下列问题。
问题(1):根据对半保留复制和全保留复制方式的理解,你认为判断DNA复制方式的关键是什么 可通过什么技术实现
提示:关键是通过实验区分亲代与子代DNA。可通过同位素标记技术和(密度梯度)离心技术实现。
问题(2):在“证明DNA半保留复制的实验”中,如果DNA是半保留复制,第一代和第二代DNA分子的两条链中,含有N元素的标记情况是怎样的 离心后试管中DNA的位置会是怎样的 试通过演绎推理来预测并填写教材P54图中的方框。
提示:第一代DNA全为14N/15NDNA;第二代DNA中,1/2为14N/15NDNA,1/2为14N/14NDNA。离心后,第一代DNA分子全部在离心管中部;第二代DNA分子中,1/2在离心管中部,1/2在离心管的上部。
问题(3):如果全保留复制是正确的,实验预期又会怎样
提示:第一代DNA中,1/2为15N/15NDNA,1/2为 14N/14NDNA;第二代DNA中,1/4为15N/15NDNA,3/4为14N/14NDNA。离心后,第一代DNA分子中,1/2在离心管的底部,1/2在离心管的上部;第二代DNA分子中,1/4在离心管底部,3/4在离心管的上部。
问题(4):科学家的实验结果与你的哪种预测相符合 由此你认为DNA复制的方式是怎样的
提示:半保留复制的预测。半保留复制的方式。
问题(5):该实验在探究过程中运用的思维方法是什么
提示:假说—演绎法。
资料:对于DNA的复制,有人还提出了分散复制的假说,即亲代双链被切成许多双链片段,而这些片段又可以作为新合成双链片段的模板,新、老双链片段又以某种方式混合成完整的DNA分子。
问题(6):试根据以上实验,预测分散复制方式的离心结果。科学家从第一代DNA分子离心的结果已经能够排除全保留复制,想一想,为什么还要做第二代的实验
提示:离心后,第一代DNA分子全部在离心管中部;第二代DNA分子无规律地排列在试管的中上部。第一代DNA分子离心的结果不能排除分散复制的方式。
(1)对DNA分子复制的推测
①假说:半保留方式复制。
②提出者:沃森和克里克。
③假说内容
a.解旋:DNA复制时,DNA双螺旋解开,互补的碱基之间的氢键断裂。
b.复制:解开的两条单链分别作为复制的模板,游离的脱氧核苷酸根据碱基互补配对原则,通过形成氢键,结合到作为模板的单链上。
c.特点:新合成的每个DNA分子中,都保留了原来DNA分子中的一条链,这种复制方式称作半保留复制。
(2)DNA分子复制方式的实验证据
①实验方法:同位素标记技术和密度梯度离心法。
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分子密度居中。
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。
a.重带(密度最大):两条链都为15N标记的亲代双链DNA。
b.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。
c.轻带(密度最小):两条链都为14N标记的子代双链DNA。
1.细菌在含15N的培养基中繁殖数代后,细菌DNA的含氮碱基皆含有15N,然后再将其移入含14N的培养基中培养,抽取亲代及子代的DNA离心分离,如图①～⑤为可能的结果,下列叙述错误的是(　C　)
A.子一代DNA应为② B.子二代DNA应为①
C.子三代DNA应为④ D.亲代的DNA应为⑤
解析:亲代DNA全为15N,应为⑤,复制一次后,DNA一条链为15N,一条链为14N,应为②;复制两次后形成4个DNA,其中2个全为14N,2个是一条链为15N,一条链为14N,应为①;复制三次后形成8个DNA,其中6个DNA全为14N,2个DNA的一条链为14N,一条链为15N。
2.某亲本DNA分子双链均以白色表示,以灰色表示第一次复制出的DNA子链,以黑色表示第二次复制出的DNA子链,该亲本双链DNA连续复制两次后的产物是(　D　)
解析:根据DNA半保留复制的特点可知,亲代DNA的两条链(白色)应在不同的子代DNA分子中;第一次复制合成的子链(灰色)应有2条,第二次复制合成的子链(黑色)应有4条。
新知探究二　DNA复制的过程
活动1:阅读教材P55～56“DNA复制的过程”,思考下列问题。
问题(1):DNA复制时有几条模板链 新合成的DNA中的两条链全是子链吗
提示:两条模板链(亲代DNA分子解开螺旋的两条链)。不是,是一条母链和一条子链。
问题(2):DNA复制时,用什么方法识别DNA中哪一条链是母链,哪一条链是子链 DNA复制所形成的子代DNA是否是亲代DNA链和子代DNA链随机结合的
提示:同位素标记法。不是,是亲代DNA链与其相应的子链结合形成的子代DNA。
问题(3):若在某一试管中加入缓冲液、ATP、解旋酶、DNA模板和四种脱氧核苷酸,并置于适宜的温度下,能否完成DNA的复制 并分析其原因。
提示:不能。复制条件不完全,缺少DNA聚合酶。
问题(4):在DNA复制过程中需要解旋酶和DNA聚合酶,这两种酶的作用分别是什么
提示:解旋酶的作用是断开氢键,将两条脱氧核苷酸链打开,解开双螺旋结构;DNA聚合酶的作用是将单个的脱氧核苷酸连接到核苷酸链上。
问题(5):DNA的复制需要适宜的温度和pH吗 为什么
提示:需要,因为DNA复制过程需要酶的参与,而酶的活性受温度和pH的影响。
问题(6):若1个DNA含有m个腺嘌呤,则复制n次需要多少游离的腺嘌呤脱氧核苷酸
提示:需要[(2n-1)·m]个。因为1个DNA复制n次,共形成2n个DNA,其中有两条脱氧核苷酸链为母链,不需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸。
问题(7):DNA复制具有准确性,那么在任何情况下,DNA复制产生的子代DNA与亲代DNA都完全相同吗
提示:不一定。DNA复制时,会受到各种因素的干扰,碱基序列可能会发生改变,从而使后代DNA与亲代DNA碱基序列不同,导致遗传信息发生改变。
活动2:如图为DNA复制的模型图,分析回答下列问题。
问题(8):图1中进行的是什么过程 发生的时期和场所是什么
提示:DNA复制;分裂前的间期(一般是有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期)。真核生物DNA复制的场所有细胞核、线粒体、叶绿体;原核生物DNA复制的场所主要是拟核。
问题(9):图1中的酶1和酶2分别是什么酶 分别作用于图2中的哪个部位 a、b、c、d四条脱氧核苷酸链中,哪些链的碱基排列顺序是相同的
提示:酶1是解旋酶,作用于f,酶2是DNA聚合酶,作用于e;a和c的碱基排列顺序相同,b和d的碱基排列顺序相同。
问题(10):从图1中是否可以看出DNA复制是半保留复制 为什么 图1所示的特点还有什么 可用什么方法检测母链和子链
提示:可以,因为两条母链进入两个子代DNA中,新形成的子代DNA中只有一条链是亲代的母链。图中还能看出DNA是边解旋边复制的。可采用同位素标记法检测母链和子链。
问题(11):尝试由上述问题分析总结得出DNA准确复制的原因。
提示: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。
(1)DNA复制的概念:以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。
(2)发生时间:在细胞分裂前的间期。
(3)场所
①真核生物:主要在细胞核内,线粒体和叶绿体也可以进行。
②原核生物:主要在拟核。
③DNA病毒:活的宿主细胞内。
(4)复制过程
(5)结果:形成两个完全相同的DNA分子。
(6)特点
①边解旋边复制。
②半保留复制。
(7)准确复制的原因
①DNA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,保证了复制能够准确地进行。
(8)意义:将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞,保持了遗传信息的连续性。
3.下列有关DNA复制的叙述中正确的是(　B　)
A.DNA在解旋酶的作用下水解成脱氧核苷酸
B.在复制过程中解旋和复制是同时进行的
C.解旋后以一条母链为模板合成两条新的子链
D.两条新的子链通过氢键形成一个新的DNA
解析:DNA在解旋酶的作用下,双链解开,变成单链;复制过程是边解旋边复制,所以解旋和复制是同时进行的;解旋后的两条单链都可以作为DNA复制的模板;形成的DNA分子中各含有一条母链和一条子链,两条链之间的碱基通过氢键形成碱基对,组成一个新的DNA。
4.若有一个控制有利性状的DNA分子片段为,要使其数量增加,可进行人工复制,复制时所需的条件有(　D　)
①ATGTG和TACAC模板链
②分别含A、U、G、C碱基的4种核糖核苷酸
③分别含A、T、C、G碱基的4种脱氧核苷酸
④DNA聚合酶
⑤细胞代谢提供能量
⑥DNA水解酶
A.①③④⑥ B.①②④⑤
C.③④⑤⑥ D.①③④⑤
解析:DNA复制时需要以ATGTG和TACAC模板链作为模板,①正确;DNA复制以4种游离的脱氧核苷酸为原料,②错误,③正确;DNA复制需要解旋酶和DNA聚合酶催化,④正确,⑥错误;DNA复制过程需要ATP提供能量,⑤正确。
　　　　　　　 　　　　　　 　　　　　　
[科研情境]
正常情况下,DNA分子在细胞内复制时,双螺旋解开后会产生一段单链区,DNA结合蛋白(SSB)能很快地与单链结合,防止解旋的单链重新配对,而使DNA呈伸展状态,SSB在复制过程中可以重复利用。
探究:(1)DNA结合蛋白(SSB)与解旋酶功能相同吗 为什么
提示:不同。“双螺旋解开后会产生一段单链区,DNA结合蛋白(SSB)能很快地与单链结合”,说明SSB不是一种解开DNA双螺旋的解旋酶,起不到解旋酶的作用。
(2)SSB与DNA单链的结合存在碱基互补配对原则吗 判断的依据是什么
提示:不存在。SSB是一种DNA结合蛋白,故与DNA单链的结合不遵循碱基互补配对原则。
课堂小结
完善概念图 关键语句
1.DNA复制是指以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。 2.DNA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进行。 3.新合成的每个DNA分子中都保留了原来DNA分子中的一条链,这种复制方式称为半保留复制。 4.通过同位素标记技术和离心技术等,科学家用实验的方法验证了DNA半保留复制的方式。 5.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。
随堂反馈
　　　　　　 　　　　　 　　　　　
1.DNA分子的半保留复制是指(　C　)
A.DNA分子中的一条链进行复制,另一条链不复制
B.DNA分子中的一半复制,另一半不复制
C.每一个子代DNA均保留了其亲代DNA分子中的一条单链
D.一个DNA分子复制后产生两个DNA分子,一个为亲代DNA分子,另一个为子代DNA分子
解析:DNA分子复制时,分别以两条解开的链为模板,合成两条新链,每条子链和相应的母链构成一个新的DNA分子,因此每一个子代DNA分子均保留了其亲代DNA分子中的一条单链。
2.
如图表示发生在细胞核内的某生理过程,其中a、b、c、d表示脱氧核苷酸链。以下说法正确的是(　D　)
A.此过程需要能量和尿嘧啶脱氧核苷酸
B.真核细胞中此过程发生的唯一场所是细胞核
C.b链中(A+G)/(T+C)的值一定与c链中的相同
D.正常情况下,a、d链都应该到不同的细胞中去
解析:据图可知,此生理过程是DNA的复制过程。该过程需要的脱氧核苷酸有腺嘌呤脱氧核苷酸、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;真核生物发生此过程的场所有细胞核、线粒体和叶绿体;b链中(A+G)/(T+C)的值与c链中的此比值是倒数关系。
3.一个被15N标记的DNA分子,以含14N的四种脱氧核苷酸为原料,连续复制3次,则含15N的脱氧核苷酸链占全部脱氧核苷酸链的比例是(　D　)
A.1/2 B.1/4 C.1/6 D.1/8
解析:DNA的复制方式为半保留复制,连续复制3次形成8个DNA分子,则含15N的脱氧核苷酸链只有2条,占全部脱氧核苷酸链的比例是2/16=1/8。
4.下列有关“探究DNA复制的过程”的叙述,正确的是(　C　)
A.培养过程中,大肠杆菌将利用NH4Cl中的N合成DNA的基本骨架
B.通过对第二代大肠杆菌DNA的密度梯度离心,得出DNA复制的特点为半保留复制
C.将含14N/14NDNA的大肠杆菌放在以15NH4Cl为唯一氮源的培养液中培养若干代,所获得的大肠杆菌的DNA中都含有15N
D.将含15N/15NDNA的大肠杆菌转移到以14NH4Cl为唯一氮源的培养液中繁殖一代后,若将提取的子代大肠杆菌DNA解旋处理后进行密度梯度离心,离心管中将只出现1个条带
解析:培养过程中,大肠杆菌将利用NH4Cl中的N合成含氮碱基进而形成DNA两条链之间的碱基对;通过对亲代、第一代、第二代大肠杆菌DNA的密度梯度离心,对比分析才可得出DNA复制的特点为半保留复制;根据DNA的半保留复制,将含14N/14NDNA的大肠杆菌放在以15NH4Cl为唯一氮源的培养液中培养若干代,所获得的大肠杆菌DNA中都含有15N;将含15N/15NDNA的大肠杆菌转移到以14NH4Cl为唯一氮源的培养液中繁殖一代后,若将提取的子代大肠杆菌DNA解旋处理后进行密度梯度离心,离心管中将出现轻、重2个条带。
5.DNA的复制方式可以通过设想来进行预测,可能的情况是全保留复制、半保留复制、分散(弥散)复制三种。究竟是哪种复制方式呢 设计实验来证明DNA的复制方式。
实验步骤:
①在氮源为 14N的培养基中生长的大肠杆菌,其DNA分子均为 14N/14NDNA(对照)。
②在氮源为 15N的培养基中生长的大肠杆菌,其DNA分子均为 15N15NDNA(亲代)。
③将亲代含15N的大肠杆菌转移到氮源为14N的培养基中,再连续繁殖两代(Ⅰ和Ⅱ),用密度梯度离心法分离,不同相对分子质量的DNA分子将分布在试管中的不同位置上。
实验预测:
(1)如果与对照(14N/14NDNA)相比,子代Ⅰ能分辨出两条DNA带:一条　　　　　　带和一条　　　　　　带,则可以排除　　　　　　　　和分散复制。
(2)如果子代Ⅰ只有一条中密度带,则可以排除　　　　　　,但不能肯定是　　　　　　　　　　　　　　。
(3)如果子代Ⅰ只有一条中密度带,再继续做子代Ⅱ DNA密度鉴定,若子代Ⅱ可以分出　　　　　　和　　　　　　,则可以排除分散复制,同时肯定是半保留复制;如果子代Ⅱ不能分出　　　　两条密度带,则排除　　　　　　　,同时确定为　　　　　　　。
解析:从题目中的图示可知,深色为亲代DNA的脱氧核苷酸链(母链),浅色为新形成的子代DNA的脱氧核苷酸链(子链)。因此全保留复制后得到的两个DNA分子,一个是原来的两条母链重新形成的亲代DNA分子,一个是两条子链形成的子代DNA分子;半保留复制后得到的每个子代DNA分子的一条链为母链,一条链为子链;分散复制后得到的每个子代DNA分子的单链都是由母链片段和子链片段间隔连接而成的。
答案:(1)轻(14N/14NDNA)　重(15N/15NDNA)　半保留复制　(2)全保留复制　半保留复制或分散复制　(3)一条中密度带　一条轻密度带　中、轻　半保留复制　分散复制
选题测控导航表
知识点 题号
1.DNA半保留复制的实验证据 6,8,11,13,14
2.DNA复制的过程 1,2,3,5,9,12
3.综合考查 4,7,10,15
1.通常情况下,一个DNA分子复制完成后,新形成的DNA子链(　A　)
A.与DNA母链之一相同
B.是DNA母链的片段
C.与DNA母链完全不同
D.与DNA母链相同,但U取代T
解析:DNA复制的方式为半保留复制,新形成的DNA中一条是母链,一条是子链,二者碱基互补配对,即子链与DNA母链之一相同;U存在于RNA中。
2.DNA复制保证了亲子代间遗传信息的连续性。下列关于DNA复制的叙述,正确的是(　A　)
A.碱基互补配对原则保证了复制的准确性
B.解旋酶将单个脱氧核苷酸连接成子链
C.子链与模板链的碱基排列顺序相同
D.复制过程只能在细胞核内才能完成
解析:碱基互补配对原则保证了DNA复制的准确性;DNA聚合酶将单个脱氧核苷酸连接成子链;子链与模板链的碱基排列顺序互补;DNA复制主要在细胞核内进行。
3.下列关于DNA复制的叙述,正确的是(　B　)
A.复制后的DNA分子组成同源染色体
B.新形成的DNA分子中含有原DNA分子中的一条链
C.DNA双螺旋结构全部解旋后,开始DNA的复制
D.复制过程需要酶的参与,但不消耗能量
解析:复制后的DNA分子组成姐妹染色单体,而不是同源染色体;DNA复制方式为半保留复制,因此新形成的DNA分子中含有原DNA分子中的一条链;DNA复制过程为边解旋边复制,而不是双螺旋结构全部解旋后才开始复制;DNA分子复制的四个基本条件是模板、原料、能量和酶。
4.已知某DNA分子长度达30 mm,DNA复制速度约为4 μm/min,但复制整个过程的完成时间仅需约30 min,这主要是因为(　C　)
A.边解旋边复制
B.以半保留方式复制
C.有许多复制起点即分段复制
D.DNA双链同时复制
解析:由题意知,长度为30 mm的DNA分子进行复制,如果只从一个位点复制需要的时间是30×1 000÷4=7 500(min),而实际复制过程中只需要约30 min即可完成,由此可以推出该DNA分子复制时具有多个起点,多个起点同时进行,即进行分段复制。
5.DNA分子能够自我复制的结构基础是(　A　)
A.DNA具有独特的双螺旋结构
B.配对的脱氧核苷酸之间连接成与母链互补的子链
C.磷酸和脱氧核苷酸交替排列的顺序稳定不变
D.DNA分子由多种碱基序列组成
解析:DNA独特的双螺旋结构为复制提供了精确的模板,而碱基互补配对原则保证了复制能准确无误地进行。
6.一个DNA分子在含15N的环境中复制,若子一代DNA的一条单链出现差错,则子三代DNA中,差错DNA单链和含15N的DNA分子分别占(　B　)
A.1/3,1 B.1/4,1
C.1/3,1/2 D.1/4,1/2
解析:子一代DNA的一条单链出现差错,以该差错DNA链为模板,再复制两次,则子三代DNA中,差错DNA单链数为4条,因此差错DNA单链占4/(23×2)=1/4;一个DNA分子在含15N的环境中复制三次,根据DNA半保留复制特点,子代DNA均含有15N。
7.下列有关DNA分子的结构和复制的叙述,正确的是(　B　)
A.DNA分子一条链上的相邻碱基之间通过氢键相连
B.DNA分子复制完成后,母链和子链中(A+T)/(C+G)的值相等
C.在DNA双链完全解开后,DNA聚合酶与DNA结合,催化DNA的复制
D.由于半保留复制,子代DNA分子继承亲代一半的遗传信息
解析:DNA分子中一条链上的相邻碱基之间通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”相连;DNA分子的两条链中(A+T)/(C+G)的值相等,且等于整个DNA分子中的该比值;DNA的复制为边解旋边复制;DNA经过复制,形成两个完全一样的DNA,故亲子代DNA所含遗传信息完全一样。
8.最早关于DNA的复制方式有半保留复制、全保留复制等几种假说。如图为科学家梅塞尔森(M.Meselson)和斯塔尔(F.Stahl)以大肠杆菌为实验材料,运用同位素标记技术设计的一个巧妙实验的示意图。下列相关叙述错误的是(　D　)
A.该实验DNA复制方式的研究运用了假说—演绎法
B.试管②的离心结果可排除全保留复制
C.试管③中轻带中的DNA分子不含15N
D.若继续培养几代试管中将出现3条带
解析:由于DNA复制为半保留复制,以15N链为模板合成的子代DNA一条链为15N,一条链为14N,离心后会分布在中带,而以14N链为模板合成的DNA两条链均为14N,离心后会分布在轻带,所以若继续培养几代,试管中也不会出现3条带。
9.仔细阅读下图,请据图回答问题。
(1)图中编号④所代表的中文名称是　　　　　　　　　(填具体名称)。
(2)图中所示物质复制时发生的场所主要在　　　　　　中。
(3)若用32P标记的1个噬菌体侵染未标记的大肠杆菌,在释放出来的300个子代噬菌体中,含有32P的噬菌体占总数的　　　　　　。
解析:(1)分析题图可知,④为鸟嘌呤脱氧核苷酸。(2)DNA的复制过程主要发生在细胞核中,另外线粒体与叶绿体中也会发生DNA复制。(3)若用32P标记的1个噬菌体侵染未标记的大肠杆菌,根据DNA半保留复制的特点,在释放出来的300个子代噬菌体中,有2个含有32P标记,因此含有32P的噬菌体占总数的1/150。
答案:(1)鸟嘌呤脱氧核苷酸　(2)细胞核
(3)1/150
10.如图为真核细胞中发生的一项生理过程示意图,请据图回答。
(1)图中表示的生理过程是　　　　　　　　。
(2)该过程首先需要在　　　　酶作用下把两条链解开;需要　　　　直接供能。
(3)已知一个亲代DNA分子有p个碱基,其中腺嘌呤q个,连续进行此项生理过程n次,共消耗游离的胞嘧啶脱氧核苷酸　　　　 　　
　　个。
(4)该过程得到的子代DNA与亲代相同,原因是 　。
解析:(1)分析题图可知,图示为DNA分子的复制过程。(2)DNA复制首先需要在解旋酶作用下把两条链解开,该过程需要消耗能量,ATP是直接能源物质。(3)已知一个亲代DNA分子有p个碱基,其中腺嘌呤q个,则胞嘧啶有(-q)个,所以连续进行此项生理过程n次,共消耗游离的胞嘧啶脱氧核苷酸(-q)(2n-1)个。(4)该过程得到的子代DNA与亲代相同,原因是DNA分子独特的双螺旋结构为复制提供精确的模板,在复制过程中遵循碱基互补配对原则。
答案:(1)DNA复制　(2)解旋　ATP
(3)(-q)(2n-1)　(4)DNA分子独特的双螺旋结构为复制提供精确的模板,在复制过程中遵循碱基互补配对原则
11.用15N标记细菌的DNA分子,再将它们放入含14N的培养基中连续繁殖四代,a、b、c为三种DNA分子:a只含15N,b同时含14N和15N,c只含14N,则如图所示这三种DNA分子的比例正确的是(　D　)
解析:假设亲代DNA分子为n个,则繁殖四代后,DNA分子总数为16n,其中,只含15N的DNA分子为0个,同时含14N和15N的DNA分子为2n个,只含14N的DNA分子有14n个,则它们呈现的比例为D图所示。
12.已知某DNA分子含有500个碱基对,其中一条链上A∶C∶T∶G=1∶2∶3∶4。该DNA分子连续复制数次后,消耗周围环境中含G的脱氧核苷酸4 500个,则该DNA分子已经复制了(　B　)
A.3次 B.4次 C.5次 D.6次
解析:DNA分子一条链上G的数目=500×=200(个),则另一条链上G的数目=500×=100(个),所以DNA双链上共有G 300个,设n次复制结束后共消耗G的数目为4 500个,则有300(2n-1)=4 500,解得n=4,即DNA复制了4次。
13.在氮源为14N和15N的培养基上生长的大肠杆菌,其DNA分子分别为14NDNA(相对分子质量为a)和15NDNA(相对分子质量为b)。将含15NDNA的亲代大肠杆菌转移到含14N的培养基上,再连续繁殖两代(Ⅰ和Ⅱ),用某种离心方法分离得到的结果如图所示。下列对此实验的叙述错误的是(　B　)
A.Ⅰ代细菌DNA分子中一条链是14N,另一条链是15N
B.Ⅱ代细菌含15N的DNA分子占全部DNA分子的1/4
C.预计Ⅲ代细菌DNA分子的平均相对分子质量为(7a+b)/8
D.上述实验结果证明DNA复制方式为半保留复制
解析:将含15NDNA的亲代大肠杆菌转移到含14N的培养基上后,该DNA再进行复制时就会以14N为原料。由于大肠杆菌的DNA进行半保留复制,故15NDNA在14N的培养基上进行第一次复制后,产生的两个子代DNA分子均为一条15N的DNA链和一条14N的DNA链(混合型DNA分子);用离心法分离后,应该全部处在试管的中部。子Ⅰ代的两个DNA分子再分别进行复制,它们所产生的两个子代DNA分别为全14NDNA分子和14N、15NDNA分子(混合型DNA分子)。此时,将该DNA作离心处理,产生的DNA沉淀应该分别位于试管的上部和中部。含15N的DNA分子占全部DNA分子的1/2;Ⅲ代细菌DNA分子共有8个,其相对分子质量之和为(7a+b),平均相对分子质量为(7a+b)/8。
14.将洋葱根尖细胞放在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸培养基上培养完成一个细胞周期,然后在不含放射性标记的培养基中继续完成一个细胞周期。下列叙述错误的是(　C　)
A.第一个细胞周期中,细胞内放射性迅速升高的时期是分裂间期
B.第一个细胞周期结束后每个子细胞中的染色体都被标记
C.完成两个细胞周期后,每个子细胞中含3H标记的染色体数目相同
D.第二个细胞周期的分裂中期,每条染色体中仅有一条单体被标记
解析:第一个细胞周期中,细胞内放射性迅速升高是由于DNA分子复制,发生在细胞分裂前的间期;第一个细胞周期后,每个DNA分子都含有放射性,因此每个子细胞中的染色体都被标记;完成两个细胞周期后,形成的子细胞中含有放射性的染色体数目不同,每个细胞中含有放射性的染色体最少是0,最多是全部都含有放射性;第二个细胞周期的分裂中期,每条染色体中仅有一条单体被标记。
15.正常细胞可以自主合成组成核酸的核糖和脱氧核糖。现在有某突变细胞群不能自主合成核糖和脱氧核糖,必须从培养基中摄取。为验证DNA分子复制的原料是脱氧核苷酸,而不是核糖核苷酸,现提供如下实验材料,请你完成实验方案。
(1)实验目的:验证DNA分子复制的原料是脱氧核苷酸,而不是核糖核苷酸。
(2)实验材料:突变细胞群、基本培养基、核糖核苷酸、14C核糖核苷酸(有放射性)、脱氧核苷酸、14C脱氧核苷酸(有放射性)、放射性探测显微仪等。
(3)实验原理:
DNA主要分布在细胞核中,其基本组成单位是脱氧核苷酸;RNA主要分布在细胞质中,其基本组成单位是核糖核苷酸。
(4)①实验步骤:
第一步:取基本培养基若干,随机分成两组。分别编号为甲组和乙组。
第二步:在甲组培养基中加入适量的核糖核苷酸和14C脱氧核苷酸;在乙组培养基中加入 　。
第三步:在甲、乙两组培养基中分别接种　　　　　　　。在5% CO2恒温培养箱中培养一段时间,使细胞增殖。
第四步:分别取出甲、乙两组培养基中的细胞,检测细胞中出现放射性的主要部位。
②预期结果:
甲组培养基中　;
乙组培养基中　。
③实验结论:DNA分子复制的原料是脱氧核苷酸,而不是核糖核苷酸。
解析:(4)①由题分析可知,该实验的自变量是放射性标记的核苷酸的种类,按照实验设计的对照原则和单一变量原则,设计实验的步骤如下:
第一步:取基本培养基若干,随机分成两组。分别编号为甲组和乙组。
第二步:在甲组培养基中加入适量的核糖核苷酸和14C脱氧核苷酸;在乙组培养基中加入14C核糖核苷酸和脱氧核苷酸。
第三步:在甲、乙两组培养基中分别接种相同数量的突变细胞(原因是保证无关变量相同且适宜)。在5% CO2恒温培养箱中培养一段时间,使细胞增殖。
第四步:分别取出甲、乙两组培养基中的细胞,检测细胞中出现放射性的主要部位。
②预期结果:甲组培养基中细胞的放射性主要分布在细胞核中;乙组培养基中细胞的放射性主要分布在细胞质中。
答案:(4)①14C核糖核苷酸和脱氧核苷酸　相同数量的突变细胞
②细胞的放射性主要分布在细胞核中　细胞的放射性主要分布在细胞质中第4节　基因通常是有遗传效应的DNA片段
1.通过资料分析,运用归纳与概括的科学思维方法,概述基因与DNA的关系。
2.结合DNA结构模型,运用数学方法说明DNA分子的多样性和特异性以及DNA能够储存遗传信息。
3.举例说明基因通常是具有遗传效应的DNA片段。
新知探究一　说明基因与DNA关系的实例
活动1:阅读教材P57“思考·讨论　分析基因与DNA的关系”,思考下列问题。
问题(1):根据教材资料1填写下表。
大肠杆菌 细胞拟核 DNA 分子数 DNA分子 的碱基 总对数 基因数 每个基因 的平均碱 基对数
数量/个 　 4.7×106 　　　 1×103
提示:1　4.4×103
问题(2):生物体内所有基因的碱基总数与DNA的碱基总数相同吗
提示:不相同。生物体内所有基因的碱基总数小于DNA的碱基总数。
问题(3):由上面总结你能得出什么结论
提示:基因是DNA的片段,基因不是连续分布在DNA上的,而是由碱基序列分隔开的。
问题(4):请你从DNA水平上给基因下一个定义,要求既能反应基因与DNA的关系,又能体现基因的作用,并试着画出一个DNA片段上有三个基因(分别用A基因、B基因和C基因来表示)的示意图。
提示:基因是具有遗传效应的DNA片段。
活动2:请结合下面的模型,分析染色体、DNA、基因及脱氧核苷酸之间的关系。
问题(5):D、E、F、H之间有什么数量关系
提示:每一条H(染色体)上有1个或2个F(DNA)分子;每个F(DNA)分子上有许多个E(基因);每个E(基因)含有许多个D(脱氧核苷酸)。
问题(6):真核生物中,H是F的唯一载体吗
提示:不是,染色体是DNA的主要载体,另外叶绿体和线粒体也是DNA的载体。
问题(7):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,它们的基因是什么 由此,你对基因的本质是否有了更全面的认识
提示:RNA病毒的基因是有遗传效应的RNA片段。绝大多数生物的基因是具有遗传效应的DNA片段,因此,基因通常是有遗传效应的DNA片段。
染色体、DNA、基因、脱氧核苷酸的关系
全方位理解“基因”
(1)本质上,基因通常是有遗传效应的DNA片段。
(2)结构上,基因是含有特定遗传信息的核苷酸序列。
(3)功能上,基因是遗传物质的结构和功能的基本单位。
(4)位置上,基因(核基因)在染色体上呈线性排列。
1.下列关于染色体、DNA、基因三者关系的叙述中,正确的是(　B　)
A.每条染色体含有多个DNA分子
B.一个DNA分子含有多个基因
C.染色体就是由蛋白质和基因组成的
D.基因都在染色体上
解析:每条染色体含有1个或2个DNA分子;基因通常是有遗传效应的DNA片段,因此一个DNA分子含有多个基因;染色体主要是由DNA和蛋白质构成的;真核细胞的细胞核基因在染色体上,而位于线粒体和叶绿体中的细胞质基因不在染色体上。
2.科学研究发现,小鼠体内HMGIC基因与肥胖直接相关。具有HMGIC基因缺陷的实验鼠与作为对照的小鼠,吃同样多的高脂肪食物,一段时间后,对照组小鼠变得十分肥胖,而具有HMGIC基因缺陷的实验鼠体重仍然保持正常,说明(　C　)
A.基因在DNA上 B.基因在染色体上
C.基因具有遗传效应 D.DNA具有遗传效应
解析:吃同样多的高脂肪食物,一段时间后,缺乏HMGIC基因的小鼠体重保持正常;含有HMGIC基因的小鼠变得肥胖,说明基因具有遗传效应。
新知探究二　DNA片段中的遗传信息
活动:DNA作为遗传物质,必定蕴藏着丰富的遗传信息。阅读教材P58“思考·讨论　分析脱氧核苷酸序列与遗传信息的多样性”,讨论回答下列问题。
问题(1):如果是100个碱基对组成1个基因,可能组合成多少种基因
提示:4100种。
问题(2):基因中的遗传信息蕴藏在DNA分子的哪种结构中 怎样理解DNA的多样性和特异性
提示:DNA分子的外侧,磷酸和脱氧核糖交替排列构成了基本骨架,这个顺序是相同的,但是4种碱基的排列顺序是多种多样的,因此基因中的遗传信息蕴藏在4种碱基的排列顺序之中。不同基因蕴藏着不同的遗传信息,因此DNA具有多样性。而每个特定的DNA分子的碱基排列顺序是特定的, 因此具有特异性。
问题(3):你认为基因是碱基对随机排列成的DNA片段吗 为什么
提示:不是。每个特定的基因都有其特定的遗传效应,蕴含着特定的遗传信息,因此其碱基排列顺序也是特定的,而不是随机排列的。
(1)遗传信息:DNA分子中4种碱基的排列顺序。
(2)DNA的特点
①多样性:构成DNA分子的碱基只有4种,配对方式只有2种,但是碱基的数目却可以成千上万,形成的碱基的排列顺序也可以千变万化(4n种),从而构成了DNA分子的多样性,也决定了遗传信息的多样性。
②特异性:每个DNA分子都有特定的碱基排列顺序。而特定的碱基排列顺序中有遗传效应的片段代表遗传信息,这种特定的碱基排列顺序就构成了DNA分子的特异性。
(3) DNA与生物体多样性和特异性的关系
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。
3.下列从分子水平上对生物体多样性或特异性进行的分析中错误的是(　D　)
A.碱基排列顺序的千变万化,构成了DNA的多样性
B.碱基特定的排列顺序,又构成了每个DNA分子的特异性
C.1个含2 000个碱基的DNA分子,其碱基对可能的排列方式不会超过41 000种
D.人体内控制β-珠蛋白的基因由1 700个碱基对组成,其碱基对排列方式有41 700种
解析:β-珠蛋白基因的碱基对排列顺序是β-珠蛋白基因所特有的,任意改变碱基的排列顺序后,就不是β-珠蛋白基因。β-珠蛋白基因的碱基对排列顺序是特定的,其碱基对排列方式应只有1种。
4.DNA指纹技术在刑事侦破、亲子鉴定等方面作用巨大,这主要是根据DNA具有(　B　)
A.稳定性 B.特异性
C.多样性 D.可变性
解析:每个特定的DNA分子都具有特定的碱基排列顺序,即DNA分子具有特异性,根据这一特性可辅助进行刑事侦破、亲子鉴定等。
[科研情境]
科学家分析多种生物DNA的碱基比例如下表,请据表回答下列问题。
生物 碱基比
A/G T/C A/T G/C 嘌呤/嘧啶
人 1.56 1.75 1.00 1.0 1.0
小麦 1.22 1.18 1.00 0.97 0.99
某种杆菌 0.4 0.4 1.09 1.08 1.1
探究:(1)从以上的碱基比例来看,哪种生物的DNA分子结构应为双链 判断的依据是什么
提示:人;人的DNA中碱基数量A=T,G=C,说明人的DNA分子结构应为双链。
(2)不同生物的A、T之和与G、C之和的比值一般不一致,试分析原因。
提示:不同生物含有不同DNA分子,每个特定的DNA分子都具有特定的碱基组成和排列顺序,这种特定的碱基排列顺序就构成了DNA分子自身严格的特异性。
课堂小结
完善概念图 关键语句
1.组成DNA的碱基虽然只有4种,但是碱基的排列顺序却是千变万化的。碱基序列的多样性构成了DNA的多样性。 2.DNA能够储存大量的遗传信息。遗传信息就蕴藏在DNA分子的碱基排列顺序中。 3.碱基特定的排列顺序构成了每个DNA分子的特异性。 4.对绝大多数生物来说,基因是有遗传效应的DNA片段。
随堂反馈
1.在某种生物中检测不到绿色荧光,将水母绿色荧光蛋白基因转入该生物体内后,结果可以检测到绿色荧光。由此可知(　C　)
A.该生物的基因型是杂合的
B.该生物与水母有很近的亲缘关系
C.绿色荧光蛋白基因具有特定的遗传效应
D.改变绿色荧光蛋白基因的1个核苷酸对,就不能检测到绿色荧光
解析:在某种生物中检测不到绿色荧光,将水母绿色荧光蛋白基因转入该生物体内后,结果可以检测到绿色荧光,说明绿色荧光蛋白基因控制着绿色荧光这一特定性状,即绿色荧光蛋白基因具有特定的遗传效应。
2.如图是果蝇某染色体上的白眼基因(S)示意图,下列叙述正确的是(　B　)
A.白眼基因片段中,含有成百上千个核糖核苷酸
B.S基因是有遗传效应的DNA片段
C.白眼基因在细胞核内,不遵循遗传规律
D.基因片段中有5种碱基、8种核苷酸
解析:组成白眼基因片段的基本单位是脱氧核苷酸,有4种碱基,4种脱氧核苷酸;S基因控制果蝇的白眼性状,所以是有遗传效应的DNA片段;白眼基因位于染色体上,属于核基因,遵循遗传规律。
3.DNA分子具有特异性,体现在(　D　)
A.DNA分子外侧,磷酸和脱氧核糖交替连接的方式稳定不变
B.DNA分子内侧,碱基对的配对方式不变
C.DNA分子碱基对的排列顺序千变万化
D.每个DNA分子的碱基都有其特定的排列顺序
解析:A、B两项说明DNA分子具有稳定性,C项说明DNA分子具有多样性,D项说明了DNA分子具有特异性。
4.历经近百年的发展,分子遗传学对遗传物质有了充分的认识。下列关于遗传物质概念图的相关叙述,错误的是(　 C 　)
A.D有四种,E在H上呈线性排列
B.同源染色体同一位置上存在的基因可能不同
C.所有E的总和构成F且E在F上的排列顺序代表遗传信息
D.若E位于H上,则E是具有遗传效应的DNA片段
解析:根据含氮碱基不同,D脱氧核苷酸分为四种,E基因在H染色体上呈线性排列;同源染色体同一位置上存在相同基因或等位基因;除E外,F中还有无遗传效应的片段,遗传信息是基因中脱氧核苷酸的排列顺序,DNA上的非基因片段不包含遗传信息;染色体上的基因一定是具有遗传效应的DNA片段。
5.如图表示一个DNA分子上三个片段A、B、C,请回答下列问题。
(1)片段A和C之所以能称为基因,是因为它们都具有　　　　效应。
(2)片段A和片段C的不同之处是
　　　　　　　　。
(3)片段A和B的不同之处是B的碱基序列
　。
(4)一般情况下,在一个DNA分子中类似于B的片段的长度要　　　　(填“大于”“小于”或“等于”)类似于A的片段的长度。
(5)在人类染色体DNA不表达的片段中有一部分是串联重复的序列,它们在个体之间具有显著的差异性,这种短序列应该位于图中的　　　　(填“基因A”“基因间区B”或“基因C”)。
答案:(1)遗传
(2)脱氧核苷酸的数目和排列顺序不同
(3)不携带遗传信息,不具有遗传效应
(4)大于　(5)基因间区B
选题测控导航表
知识点 题号
1.说明基因与DNA关系的实例 1,2,3,7,9,12
2.DNA片段中的遗传信息 4,5,8,11,14
3.综合考查 6,10,13,15
1.有人提出“吃基因补基因”的观点,下面对该观点的辨析中,最合理的是(　D　)
A.赞成,因为基因被吃下后,可弥补缺陷的基因或修正原有基因的
不足
B.赞成,因为基因只是一个具有遗传效应的DNA片段,被吃下后不会被分解
C.不赞成,因为基因被吃后会导致出现不可预测的变异
D.不赞成,因为基因被吃后会被消化分解,不可能补充或整合到人体原有的基因组中去
解析:基因被吃后在相关酶的作用下会被消化分解,不可能补充或整合到人体原有的基因组中去。
2.真核细胞中,染色体是DNA的主要载体,而基因是DNA分子上具有遗传效应的片段,下列有关叙述正确的是(　C　)
A.细胞核中的DNA全部分布在染色体上,且每条染色体上只有一个DNA分子
B.基因在染色体上呈线性排列,所以染色体就是由基因组成的
C.有丝分裂时,核DNA会发生复制,然后随染色体平均分配到两个子细胞中
D.性染色体上包含很多基因,这些基因都起决定个体性别的作用
解析:细胞核中的DNA分布在染色体上,但每条染色体上有1个或2个DNA分子;染色体的主要成分是蛋白质和DNA,基因是有遗传效应的DNA片段;有丝分裂时,核DNA会发生复制,然后随染色体平均分配到两个子细胞中;性染色体上包含很多基因,这些基因不都起决定个体性别的作用,如X染色体上的色觉基因。
3.大肠杆菌细胞的拟核中有1个DNA分子,长度约为4.7×106bp(碱基对),在该DNA分子上分布有大约4 400个基因,每个基因的平均长度约为1 000 bp。根据题中信息,不能得出的结论是(　D　)
A.基因位于DNA分子上
B.一个DNA分子上有多个基因
C.DNA分子上有非基因片段
D.DNA分子的碱基总数与所含有的基因的碱基总数相等
解析:根据题干信息可知,基因位于DNA分子上;一个DNA分子上有多个基因;DNA分子上有非基因片段;根据题干信息可以确定DNA分子的碱基总数与所含有的基因的碱基总数不相等。
4.下列有关DNA多样性的叙述,正确的是(　C　)
A.DNA分子多样性的原因是DNA分子空间结构千变万化
B.含有200个碱基的DNA分子,碱基对可能的排列方式最多有4200种
C.DNA的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的基础
D.DNA分子的多样性是指一个DNA分子上有许多个基因
解析:DNA分子的多样性是指DNA分子中碱基排列顺序的多种多样;
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;含有200个碱基的DNA分子中,碱基对可能的排列方式最多有4100种。
5.甲、乙两种生物体细胞中DNA分子数、碱基总量与种类都相同。下列说法正确的是(　D　)
A.甲、乙的遗传信息完全相同
B.甲、乙是同种生物的后代
C.甲、乙细胞中的基因数相同
D.不足以得出以上任何一种结论
解析:遗传信息是由碱基对的排列顺序决定的,即使碱基的数目相同也会表现出不同的遗传信息;不同生物的体细胞中DNA分子数、碱基总量与种类也可能相同;基因是有遗传效应的DNA片段,因而不确定甲、乙细胞中的基因数是否相同;据题分析,不足以得出A、B、C中的任何一种结论。
6.下列与遗传信息有关的叙述中,正确的是(　C　)
A.DNA分子中的全部片段都含有遗传信息
B.转入了海蜇的绿色荧光蛋白基因的转基因鼠在正常光线下没有发出绿色荧光,说明基因一经转移,就会丢失遗传信息
C.DNA分子中的遗传信息来自4种碱基的特定排列顺序
D.RNA病毒没有DNA分子,所以没有遗传信息
解析:DNA上的基因间区是无遗传效应的;绿色荧光需要在黑暗条件下才能显现出来,在正常光线下不显现;DNA分子中,碱基的排列顺序代表遗传信息;RNA病毒的遗传物质是RNA,遗传信息储存在RNA的碱基序列中。
7.经实验测得衣藻DNA在细胞中分布如下:84%在染色体上,14%在叶绿体上,1%在线粒体上,1%游离于细胞质中。这些数据说明(　B　)
A.衣藻的遗传物质主要是DNA
B.衣藻DNA的主要载体是染色体
C.衣藻细胞质中无DNA
D.衣藻染色体由DNA、蛋白质和少量RNA组成
解析:由题干可知,衣藻的遗传物质是DNA;衣藻DNA大部分在染色体上,因此衣藻DNA的主要载体是染色体;由题干可知,衣藻DNA有14%在叶绿体上,1%在线粒体上,1%游离在细胞质中;本题所给数据无法说明衣藻染色体的组成。
8.如果基因中四种脱氧核苷酸的排列顺序发生变化,这种变化意味着(　A　)
A.遗传信息的改变
B.基因数量的改变
C.基因位置的改变
D.DNA空间结构的改变
解析:基因中脱氧核苷酸的排列顺序代表遗传信息,因此基因中四种脱氧核苷酸的排列顺序发生变化意味着遗传信息的改变。
9.图甲是用DNA测序仪测出的某DNA片段上一条脱氧核苷酸链中的碱基排列顺序(TGCGTATTGG),请回答下列问题。
(1)据图甲推测,此DNA片段上的鸟嘌呤脱氧核苷酸的数量是　　个。
(2)根据图甲的脱氧核苷酸链的碱基排列顺序,推测图乙中显示的脱氧核苷酸链的碱基排列顺序为　　　　　　　　　 　 　　(从上往下)。
(3)图甲所显示的DNA片段与图乙所显示的DNA片段中的(A+G)/(T+C)总是为　　 　　,由此可说明DNA分子中碱基的数量关系是　　　　　　　　　　　。图甲中的DNA片段与图乙中的DNA片段中的A/G分别为　　　　、　 　　,由此说明了DNA分子具有特异性。
解析:(1)图甲中显示的一条链上鸟嘌呤脱氧核苷酸的数量是4个,胞嘧啶脱氧核苷酸的数量是1个,根据碱基互补配对原则,其互补链上还有1个鸟嘌呤脱氧核苷酸。(2)两图中4种核苷酸的迁移方向相同,可以据此结合甲图将乙图中的碱基序列读取出来。(3)在双链DNA分子中,因为碱基互补配对,所以嘌呤数等于嘧啶数;图甲中A为5个、G为5个、A/G=1,图乙中A为2个,G为8个,A/G=1/4,不同的DNA分子中(A+T)/(G+C)、A/G、T/C是不同的,体现DNA分子的特异性。
答案:(1)5　(2)CCAGTGCGCC
(3)1　嘌呤数等于嘧啶数　1　1/4
10.据图回答下列相关问题。
(1)1条A含有　　　　个B分子。
(2)C在A上一般呈　　　　　　　　,C通常是　　　　　　　　的DNA片段,每个B上有许多个　　　　(填字母,下同)。
(3)每个C中可以含成百上千个　　　　,　　　的排列顺序代表着遗传信息。
(4)生物的性状遗传主要是通过B上的　　　　传递给后代的,实际上是通过　　　　的排列顺序来传递遗传信息的。
解析:(1)1条染色体含有1个或2个DNA分子。(2)基因在染色体上一般呈线性排列,基因通常是有遗传效应的DNA片段,每个DNA上有许多个基因。(3)遗传信息是指基因中脱氧核苷酸的排列顺序。(4)性状的遗传主要是通过基因的遗传来完成的,实际上是通过脱氧核苷酸的排列顺序来传递遗传信息的。
答案:(1)1个或2　(2)线性排列　有遗传效应　C　(3)D　D　
(4)C　D
11.基因是现代生命科学研究的热点,关于基因的内涵,人类至今尚不能完全明确。但是基因的化学本质却已基本清晰。下列关于基因化学本质的叙述中,正确的是(　C　)
A.遗传物质的结构单位和功能单位
B.在染色体上呈线性排列
C.通常是有遗传效应的DNA片段
D.碱基排列顺序代表遗传信息
解析:基因通常是有遗传效应的DNA片段,少数生物的基因是有遗传效应的RNA片段。其他所述并非基因的本质。
12.20世纪50年代初,查哥夫对多种生物的DNA做了碱基定量分析,发现(A+T)/(C+G)的比值如表。结合所学知识,你认为能得出的结论是(　D　)
DNA来源 大肠 杆菌 小麦 鼠 猪肝 猪胸腺 猪脾
1.01 1.21 1.21 1.43 1.43 1.43
A.猪的DNA热稳定性比大肠杆菌的DNA热稳定性更大一些
B.小麦和鼠的DNA所携带的遗传信息相同
C.小麦的DNA中(A+T)的数量是鼠的DNA中(C+G)数量的1.21倍
D.同一生物不同组织的DNA碱基组成相同
解析:分析题表中的信息可知,猪的DNA中(A+T)/(C+G)的值大于大肠杆菌,由于A与T之间的氢键是两个,C与G之间的氢键是三个,因此猪的DNA热稳定性比大肠杆菌的DNA热稳定性小;小麦和鼠的DNA的(A+T)/(C+G)的值相同,但是碱基对的数量和排列顺序不同,故所携带的遗传信息不同;小麦DNA中(A+T)的数量与鼠DNA中(C+G)的数量之间的关系不能确定;同一生物组织细胞是由受精卵经过有丝分裂和细胞分化形成的,不同组织细胞中核DNA碱基组成相同。
13.果蝇某一条染色体上几个基因所在的位置如图所示。据图分析,下列叙述正确的是(　D　)
A.染色体就是由多个线性排列的基因组成的
B.朱红眼基因和深红眼基因是一对等位基因
C.截翅基因与短硬毛基因遵循自由组合定律
D.黄身基因与棒眼基因的碱基序列肯定不同
解析:染色体主要由DNA和蛋白质组成,基因是有遗传效应的DNA片段;朱红眼基因和深红眼基因位于一条染色体上,是非等位基因;截翅基因与短硬毛基因在一条染色体上,不遵循自由组合定律;黄身基因与棒眼基因是不同的基因,其碱基的序列肯定不同。
14.下列关于基因、DNA与染色体的叙述,错误的是(　B　)
A.细胞分裂前的间期随着DNA的复制,基因的数目也会发生改变
B.DNA的片段即基因,所以一个DNA分子上有许多个基因
C.染色体是基因的载体,但基因并非只分布在染色体上
D.基因中储存着遗传信息,基因不同的根本原因在于脱氧核苷酸的排列顺序不同
解析:细胞分裂前的间期进行DNA复制,基因的数目发生改变,但染色体数目未发生改变。基因通常是有遗传效应的DNA片段,DNA的片段不等同于基因。
15.铁皮石斛具有良好的药用和保健价值,资源濒危、价格昂贵。常见的石斛属植物有十多种,市场上有人用其他近缘物种假冒铁皮石斛。质检人员从市场上抽检部分商品,对这类植物中较为稳定的matK基因进行序列分析,得到四种碱基的含量如下表。请回答下列问题。
组别 matK基因中碱基含量(%)
T C A G
样品1 37.4 17.4 29.5 15.7
样品2 37.5 17.1 29.8 15.6
样品3 37.6 16.9 30.0 15.5
样品4 37.3 17.4 29.6 15.7
铁皮石斛 37.5 17.1 29.8 15.6
(1)据表可知,被检测的matK基因是DNA片段,判断依据是其碱基中不含　　　　　。分析四种碱基含量,由于　　　　　　　　　　　　,表明质检人员检测的是该基因的一条单链。
(2)与铁皮石斛的matK基因中碱基含量比较,能初步确定抽检样品中
　　　　　为“假冒品”。
(3)仅依据上述信息,质检人员还无法判断样品2一定是铁皮石斛,理由是　　　　　　　　　　　　　　　可能不同。已知铁皮石斛matK基因中第1 015个碱基为T,若样品2在多次随机抽检中该位点均为C,则可判断样品2　　　　　(填“是”或“不是”)铁皮石斛。
解析:(1)据表可知,组成matK基因的碱基组成中有A、G、C、T,而不含U,说明被检测的是DNA片段,由于DNA双链中A=T,C=G,而表格中A与T含量不同,G与C含量不同,说明检测的是该基因的一条单链。
(2)由表可知,与铁皮石斛碱基数量完全一样的只有样品2,说明抽检样品中1、3、4为“假冒品”。
(3)样品2中与铁皮石斛碱基数量完全一样,但与matK基因碱基排列顺序可能不同,故还无法判断样品2一定是铁皮石斛。若铁皮石斛matK基因中第1 015个碱基为T,而样品2在多次随机抽检中该位点均为C,则可判断样品2不是铁皮石斛。
答案:(1)U　A与T含量不同(G与C含量不同)
(2)1、3、4　(3)与matK基因碱基排列顺序　不是

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