资源简介

第3节　DNA的复制
第4节　基因通常是有遗传效应的DNA片段
课标要求 核心素养
概述DNA分子通过半保留方式进行复制；概述多种生物的基因是DNA分子的功能片段，有些病毒的基因在RNA分子上。 1．结合DNA双螺旋结构模型，运用结构与功能观和物质与能量观，阐明DNA分子通过复制，传递遗传信息。(生命观念)2．分析DNA复制过程，归纳DNA复制过程中相关数量计算，提高逻辑分析和计算能力。(科学思维)3．运用假说演绎法，探究DNA分子的复制方式为半保留复制。(科学探究)4．分析相关资料，得出基因通常是有遗传效应的DNA片段。(科学思维)
基础知识·双基夯实
一、DNA半保留复制的实验证据
1．实验材料：__大肠杆菌__。
2．实验方法：运用__同位素标记__技术。
3．实验过程
—
↓
—
↓一段时间
—取细菌，分离__DNA__进行密度梯度离心
4．实验结果
(1)复制一次产生的DNA分子中，一条链含14N，另一条链含__15N__，DNA分子密度居中。
(2)复制两次产生的DNA分子中，有两个DNA分子的双链均含__14N__，另两个DNA分子中一条链含__15N__，另一条链含14N。
5．实验结论：DNA的复制方式为__半保留复制__。
二、DNA复制的概念、过程及特点
(1)概念：以__亲代DNA__为模板合成__子代DNA__的过程。
(2)时间：细胞分裂前的__间期__。
(3)场所：主要是__细胞核__。
(4)过程：
(5)结果：一个DNA分子形成了__两__个与亲代__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)意义：将__遗传信息__从亲代传给子代，从而保持了__遗传信息__的连续性。
三、基因通常是有遗传效应的DNA片段
1．基因与DNA分子的关系
2．DNA片段中的遗传信息
(1)遗传信息：蕴藏在4种碱基的__排列顺序__之中。
(2)特点
①多样性：碱基__排列顺序__的千变万化。
②特异性：每一个DNA分子的碱基有特定__排列顺序__。
(3)与生物体多样性和特异性的关系
①DNA的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的__物质基础__。
②生物体的多样性和特异性是DNA分子多样性和特异性的客观体现。
3．对RNA病毒而言，基因就是有遗传效应的RNA片段
有的病毒体内只有RNA和蛋白质，其遗传物质就是RNA，如艾滋病病毒、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。
〔学霸记忆〕
1．DNA复制需要DNA模板、4种脱氧核苷酸为原料以及酶和能量等。
2．DNA复制的特点是边解旋边复制和半保留复制。
3．DNA通过复制将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞，从而保持了遗传信息的连续性。
4．遗传信息蕴藏在DNA的4种碱基的排列顺序中。
5．基因通常是有遗传效应的DNA片段，对少数病毒而言，基因是有遗传效应的RNA片段。
〔活学巧练〕
判断下列叙述的正误
(1)由于半保留复制，子代DNA分子继承亲代一半的遗传信息。(　×　)
(2)子代DNA分子中都含有一条母链和一条子链，称为半保留复制。(　√　)
(3)在DNA双链完全解开后，DNA聚合酶与DNA结合，催化DNA的复制。(　×　)
(4)DNA复制只以亲代DNA分子的一条链为模板。(　×　)
(5)DNA复制时通过碱基互补配对保证复制的准确性。(　√　)
(6)DNA分子复制时，两条子链的合成方向是相反的。(　√　)
(7)一条染色体上有许多基因，基因在染色体上呈线性排列。(　√　)
(8)不管是原核生物还是真核生物，体内所有基因的碱基总数均小于DNA分子的碱基总数。(　√　)
〔思考〕
1．DNA复制时，解旋酶作用于DNA的什么部位？(生命观念)
提示：解旋酶作用于连接碱基对的氢键。
2．亲代大肠杆菌的DNA中含有15N，在含有14N的培养基中进行复制。
(1)大肠杆菌通过哪一种分裂方式进行增殖？其分裂次数和DNA复制次数有何关系？(生命观念)
提示：二分裂。大肠杆菌分裂一次，DNA复制一次。
(2)若将第三代大肠杆菌的DNA提取后进行离心，则靠近试管底部、位置居中和靠近试管的上部的DNA数之比为多少？(科学思维)
提示：0∶2∶6。
3．如何描述基因(或DNA)和染色体的关系？细胞中的基因都位于染色体上吗？(生命观念)
提示：染色体是基因(或DNA)的主要载体，基因在染色体上呈线性排列。真核生物细胞的线粒体、叶绿体中的少量DNA以及原核细胞中的DNA分子，都没有参与形成染色体，因此这些结构中的基因不在染色体上。
课内探究·名师点睛
知识点?
DNA半保留复制的实验证据和DNA复制的过程及特点
要点归纳
1．关于DNA复制的早期推测
在DNA分子复制的早期研究中，科学家们提出了三个模型：全保留复制模型、弥散复制模型和半保留复制模型。
比较如下：
全保留复制：亲代DNA分子两条链不变，子代DNA分子的两条链都是新合成的。
半保留复制：新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链。
弥散复制：亲代DNA分子的两条链分散成短片段，与新合成的子代DNA分子的两条链分散成的短片段混杂在一起，不能分出亲代DNA单链。
如下图所示：
2．巧记DNA复制的“一所、两期、三步、四条件”
3.DNA“准确”复制的原因
(1)DNA具有独特的双螺旋结构，能为复制提供精确的模板
(2)DNA通过碱基互补配对，保证了复制准确地进行。
4．DNA复制的相关知识归纳
(1)场所：主要场所是细胞核，但在拟核、线粒体、叶绿体中也能进行DNA复制。
(2)能进行DNA复制的生物：一切以DNA为遗传物质的生物。
(3)真核生物细胞核中DNA复制发生的时间：在有丝分裂间期或减数分裂Ⅰ前的间期。
(4)DNA复制所需的酶是指一个酶系统，不仅仅是指解旋酶和DNA聚合酶，还包括DNA连接酶等。
①解旋酶：破坏碱基间的氢键。
②DNA聚合酶：连接游离的脱氧核苷酸。
③DNA连接酶：连接DNA片段。
(5)两个子代DNA的位置及分开时间：复制产生的两个子代DNA分子位于一对姐妹染色单体上，由着丝粒连在一起，在有丝分裂后期或减数分裂Ⅱ后期着丝粒分裂时分开，分别进入两个子细胞中。
典例剖析
典例1 (2022·山东省菏泽市高一期中)下列关于DNA分子复制过程的有关叙述，错误的是(　A　)
A．DNA分子复制时在全部解旋之后才开始碱基配对
B．解旋后以两条链各为模板合成两条新的子链
C．在复制过程中需要的条件有模板、酶、原料和能量等
D．一个DNA连续复制3次，理论上能得到8个完全相同的DNA
[解析]　DNA分子复制是边解旋边复制，而不是在全部解旋之后才开始碱基配对，A错误；由于DNA复制是半保留复制，因此解旋后分别以两条链为模板合成两条新的子链，B正确；在复制过程中需要的条件有模板(DNA的双链)、酶(解旋酶和DNA聚合酶等)、原料(游离的脱氧核苷酸)和能量(ATP水解提供)等，C正确；一个DNA连续复制3次，理论上能得到23＝8个完全相同的DNA，D正确。故选A。
变式训练1
(2022·河北省石家庄市高一下学期期末)用15N标记一个DNA分子的两条链，并在14N的培养液中培养，复制3次得到子代DNA分子，下列有关叙述正确的是(　D　)
A．子代DNA分子中带有15N标记的链占1/4
B．子代DNA分子的每条链同时含有14N和15N
C．子代DNA分子中含有15N标记的DNA分子占1/8
D．子代DNA分子中只含有14N标记的DNA分子占3/4
[解析]　最开始含15N的DNA有两条链，复制3次后共有8个DNA分子16条链，子代DNA分子中带有15N标记的链有2条，占2/16＝1/8，A错误；DNA是半保留复制的，不会每条链都含14N和15N，B错误；最开始含15N的DNA两条链只能进入两个子代DNA，因此子代DNA分子中含有15N标记的DNA分子只有2个，占2/8＝1/4，C错误；复制三次后子代8个DNA，有2个DNA同时含有14N和15N，其余6个DNA只含有14N标记，6/8＝3/4，D正确。故选D。
知识点?
基因通常是有遗传效应的DNA片段
要点归纳
1．基因与DNA、染色体之间的关系
2．全方位理解“基因”
(1)本质上，基因是有遗传效应的DNA片段。
(2)结构上，基因是含有特定遗传信息的脱氧核苷酸序列。
(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，基因在染色体上呈线性排列。
典例剖析
典例2 (2022·河北省沧州市河间市四中高一下学期期中)如图是科学家对果蝇一条染色体上的基因测定结果，下列有关该图说法正确的是(　D　)
A．控制朱红眼与深红眼的基因是等位基因
B．控制白眼和朱红眼的基因在遗传时遵循基因的分离定律
C．在后代中能表现出该染色体上所有基因控制的性状
D．基因在染色体上呈线性排列
[解析]　据图分析，控制朱红眼与深红眼的基因在同一条染色体上，不属于等位基因，等位基因应该位于一对同源染色体上，A错误；控制白眼与朱红眼的基因在同一条染色体上，遗传时不分离，所以不遵循基因的分离定律，B错误；由于基因的选择性表达，该染色体上的基因在后代中不一定都表达，C错误；基因在染色体上呈线性排列，D正确。故选D。
变式训练2
(2022·安徽省池州市高一期末)基因是描述遗传物质的概念。下列相关说法错误的是(　C　)
A．对绝大多数生物来说，基因是有遗传效应的DNA片段
B．基因组成不同的细胞，往往具有不同的性状表现
C．染色体上的基因呈线性排列，它和性状也是线性对应关系
D．生物体基因的碱基序列保持不变，其表型也可能发生改变
[解析]　基因通常是有遗传效应的DNA片段，但对RNA病毒而言，基因是有遗传效应的RNA片段，A正确；基因是有遗传效应的DNA片段，基因不同，其指导合成的蛋白质往往不同，控制的性状表型也有差异，B正确；基因在染色体上线性排列，但基因和性状不是简单的线性对应关系，C错误；即使生物体基因的碱基序列保持不变，但由于某些环境因素的影响，其表型也可能发生改变，D正确。故选C。
指点迷津·拨云见日
一、解答DNA分子复制中相关计算题的规律方法
DNA分子的复制方式为半保留复制，若将一个被15N标记的DNA转移到含14N的培养基中培养(复制)n代，其结果分析如图所示。
1．DNA分子数
(1)子代DNA分子总数：2n个。
(2)含15N的DNA分子数：2个。
(3)含14N的DNA分子数：2n个。
(4)只含15N的DNA分子数：0个。
(5)只含14N的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)含15N的脱氧核苷酸链数：2条。
(3)含14N的脱氧核苷酸链数：(2n＋1－2)条。
3．DNA复制消耗游离的脱氧核苷酸数的计算
设亲代DNA分子中含有某种脱氧核苷酸m个，则：
(1)经过n次复制，共需消耗游离的该种脱氧核苷酸为m·(2n－1)个。
(2)在第n次复制时，共需消耗游离的该脱氧核苷酸为m·2n－1个。
典例3 (2022·河南南阳市期末)用15N标记含有100个碱基对的DNA分子，其中有胞嘧啶60个。该DNA分子在14N培养基中连续复制4次，其结果可能是(　A　)
A．含有14N的DNA占100%
B．复制过程中需游离腺嘌呤脱氧核苷酸640个
C．含15N的单链占1/8
D．子代DNA中嘌呤与嘧啶之比是2∶3
[解析]　DNA复制的特点是半保留复制，每个子代DNA都是由一条母链和一条新合成的子链构成。由于DNA分子的复制是半保留复制，复制4次形成16个DNA，其中2个子代DNA各含1条15N链，1条14N链，其余DNA都含14N，故全部子代DNA都含14N，含15N的单链占1/16，A正确；C错误；含有100个碱基对200个碱基的DNA分子，其中有胞嘧啶60个，则A＝40个，因此复制过程中需腺嘌呤脱氧核苷酸：(24－1)×40＝600，B错误；双链DNA中嘌呤等于嘧啶，D错误。故选A。
二、DNA复制原理的应用
1．减数分裂中染色体标记情况：
如果用3H标记细胞中的DNA分子，然后将细胞放在正常环境中培养，让其进行减数分裂，结果染色体中的DNA标记情况如图所示：
由图可以看出，减数分裂过程中细胞虽然连续分裂2次，但DNA只复制1次，所以四个子细胞中所有DNA分子均呈杂合状态，即“3H/1H”。
2．有丝分裂中染色体标记情况：
如果用3H标记细胞中的DNA分子，然后将细胞放在正常环境中培养，连续进行2次有丝分裂，与减数分裂过程不同，因为有丝分裂是复制1次分裂1次，因此这里实际上包含了2次复制。
由图可以看出，第一次有丝分裂形成的两个子细胞中所有DNA分子均呈杂合状态，即“3H/1H”。第二次有丝分裂复制后的染色体上两条染色单体中只有一条染色单体含有3H，即DNA分子为“3H/1H”，而另一条染色单体只有1H，即DNA分子为“1H/1H”，在后期时两条染色单体的分离是随机的，所以最终形成的子细胞中可能都含有3H，也可能不含3H，含有3H的染色体条数是0～2n条(体细胞染色体条数是2n)。
典例4 (2022·山东省泰安市十九中高一下学期期中)假设将含有一对同源染色体的精原细胞的DNA分子用15N标记，并供给14N 的原料。该细胞进行减数分裂产生的4个精细胞中，含15N标记的DNA的精子所占的比例是(　D　)
A．0 B．25%
C．50% D．100%
[解析]　含有一对同源染色体的精原细胞，每个DNA分子的双链均用15N标记，以14N的脱氧核苷酸为原料，依据DNA分子的半保留复制，在减数第一次分裂前的间期DNA完成复制后，每个亲代DNA分子经过复制形成的2个子代DNA分子都有1条链含有15N、另一条链含有14N，这两个DNA分子分别存在于同1条染色体所含有的2条姐妹染色单体上；减数第一次分裂结束所形成的2个次级精母细胞中的每条染色单体都含有15N；在减数第二次分裂后期，着丝粒分裂，染色单体分离成为染色体，分别移向细胞两极，所以减数第二次分裂结束所形成的4个精细胞都含有15N；精细胞变形发育形成精子。可见，含15N标记的DNA的精子所占的比例是100%。故选D。
教材问题·解疑答惑
?问题探讨 P53
1．半保留复制。
2．用“可能”二字，说明DNA复制方式可能不止一种。这说明科学研究的严谨性的特点。
?思考·讨论 P54
1．第一代全部中带，第二代1/2轻带，1/2中带。
2．繁殖一代后取出，提取DNA→离心→1/2重带、1/2轻带。繁殖两代后取出，提取DNA→离心→1/4重带、3/4轻带。
?旁栏思考 P55
排除了全保留复制。
?练习与应用 P56
一、概念检测
1．(1)×　DNA位于染色体上，DNA复制和染色体复制是同时进行的。
(2)×　DNA复制在细胞分裂前的间期进行。
2．B　DNA的复制主要在细胞核中进行，此外在细胞质的线粒体和叶绿体及原核细胞的拟核中也能进行，A错误；碱基互补配对原则保证了复制的准确性，B正确；1个DNA复制1次产生2个DNA，C错误；游离的脱氧核苷酸在DNA聚合酶的作用下合成子链，D错误。
3．C　根据DNA半保留复制特点，含15N的大肠杆菌只有2个，A错误；复制3次，含有15N的大肠杆菌占全部大肠杆菌的比例为2/23＝1/4，B错误、C正确；含有15N的DNA分子占全部DNA分子的比例为2/23＝1/4，D错误。
二、拓展应用
1．31.6×108×10－9×2＝6.32个，可能有6个碱基会发生错误。产生的影响可能很大，也可能没有影响(这一问为开放式问题，回答合理即可)。
2．DNA形成多个复制泡是因为DNA复制是从多个起点开始的，这样可缩短DNA复制的时间。
?问题探讨 P57
1．外源生长激素基因在鲤鱼体内得到了表达。
2．DNA分子的一段脱氧核苷酸序列。
?思考·讨论 P58
1．提示：生物体内的DNA分子数目小于基因数目。生物体内所有基因的碱基总数小于DNA分子的碱基总数。这说明基因是DNA上的片段，基因不是连续分布在DNA上的，而是由碱基序列将其分隔开的。
2．提示：此题旨在引导学生理解遗传效应的含义，并不要求唯一答案。可以结合提供的资料来理解，如能使生物体发出绿色荧光等。使转基因鲤鱼生长速率快。
3．提示：基因是有遗传效应的DNA片段。
?思考·讨论 P59
1．提示：4100种
2．提示：碱基排列顺序的千变万化，构成了DNA分子的多样性，而碱基特定的排列顺序，又构成了每一个DNA分子的特异性。DNA分子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．提示：在人类的DNA分子中，脱氧核苷酸序列多样性表现为每个人的DNA几乎不可能完全相同，因此，DNA可以像指纹一样用来鉴别身份。
4．提示：基因不是碱基对随机排列的DNA片段。理论上，所有碱基对的随机排列都能构成基因，但是，在生物的进化过程中，由于自然选择的作用，环境只选择能与其相适应的物质，因此，一些随机排列的脱氧核苷酸序列由于不被选择而消失或无作用。
?练习与应用 P59
一、概念检测
1．B　每种基因具有特定的碱基对排列顺序，不是4种碱基对的随机排列。
2．
二、拓展应用
1．通过基因检测进行鉴定。不同生物的基因是不同的，基因具有特异性。
2．不同人蕴含的遗传信息不同。由于DNA具有特异性，生物的性状由DNA控制；以生物体本身的生物特征来区分生物体个体。
巩固训练·课堂达标
1．(2022·河北省承德市隆化县存瑞中学高一期中)下列关于DNA复制的叙述，正确的是(　D　)
A．发生在细胞分裂的前期
B．以四种游离的核糖核苷酸为原料
C．只以解开的一条链为模板
D．子代DNA分子中(A＋G)与(T＋C)比值为1
[解析]　DNA复制发生在细胞分裂的间期，A错误；复制时以4种游离的脱氧核糖核苷酸作为原料，B错误；复制时DNA需要解开双螺旋结构，解旋后分别以两条链为模板按照碱基互补配对原则合成子链，C错误；双链DNA分子中，A＝T，G＝C，因此(A＋G)与(T＋C)比值为1，D正确。故选D。
2．(2022·福建省福州市八县协作校高一下学期期中)下图是果蝇的核DNA复制模式图，箭头所指的泡状结构称为DNA复制泡，是DNA分子中正在复制的部分。下列有关分析，错误的是(　B　)
A．复制泡处以被解开的两条母链为模板
B．形成复制泡不需要消耗能量
C．复制泡的形成与解旋酶的作用有关
D．一个核DNA分子复制时存在多个复制原点
[解析]　复制泡处是DNA分子中正在复制的部分，DNA分子以被解开的两条母链为模板双向复制，A正确；形成复制泡需要断裂氢键，需要消耗能量，B错误；复制泡的形成需要在解旋酶的作用下使DNA解旋(断裂氢键)，C正确；根据图示可以看出，一个核DNA分子复制时存在多个复制原点，产生多个复制泡，可提高DNA复制的效率，D正确。故选B。
3．(2022·山东省泰安市十九中高一下学期期中)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．磷酸和脱氧核糖交替排列的顺序稳定不变
D．DNA分子具有多样性和特异性
[解析]　DNA具有独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板，这是DNA分子能够自我复制的结构基础之一，A正确；配对的脱氧核苷酸之间连接成与母链互补的子链，不是DNA分子能够自我复制的结构基础，B错误；磷酸和脱氧核糖交替排列的顺序稳定不变，这是DNA分子双螺旋结构的主要特点，不是DNA分子能够自我复制的结构基础，C错误；DNA分子具有多样性和特异性，不是DNA分子能够自我复制的结构基础，D错误。故选A。
4．(2022·河北省保定市易县中学高一月考)下图为真核细胞DNA复制过程模式图，相关分析错误的是(　D　)
A．图示生命活动中可同时发生氢键的断裂和形成
B．图示体现了边解旋边复制及半保留复制的特点
C．复制完成后，甲、乙可在有丝分裂后期、减数分裂Ⅱ后期分开
D．将该模板DNA置于15N培养液中复制3次后，含15N的脱氧核苷酸链占3/4
[解析]　酶①作用于DNA的两条母链之间，使DNA双链的配对碱基之间的氢键断开，为DNA解旋酶；在形成子代DNA时，一条母链和一条新形成子链的配对碱基之间有氢键形成，A正确；新形成的甲、乙两条DNA分子中均含有一条亲代DNA母链，符合半保留复制以及边解旋边复制的特点，B正确；在细胞分裂过程中，甲乙两条DNA所携带信息相同，位于一条染色体的两条姐妹染色单体上，因此甲乙的分离即为姐妹染色单体的分离，发生在有丝分裂后期、减数分裂Ⅱ后期，C正确；将该模板DNA置于15N培养液中复制3次后，共产生DNA分子23＝8个，所以含15N的脱氧核苷酸链占(16－2)/16＝7/8，D错误。故选D。
5．(2022·福建省福州市八县协作校高一下学期期中)下面的图中DNA分子有a和d两条链，将图甲中某一片段放大后如图乙所示，结合所学知识回答下列问题：
(1)图乙中，1是__胞嘧啶__(中文名称)，7是__胸腺嘧啶脱氧(核糖)核苷酸__(全称)，DNA分子的基本骨架由__5和6__(用图中数字表示)交替连接而成；DNA分子两条链上的碱基通过__氢键__连接成碱基对，并且遵循__碱基互补配对__原则。DNA分子中碱基对的排列顺序千变万化，决定了DNA分子结构的__多样__性。
(2)DNA复制是一个__边解旋边复制__的过程，图甲中A和B均是DNA分子复制过程中所需要的酶，其中B能将单个的__(四种)脱氧核苷酸__(原料)连接成子链，则A是__解旋__酶，B是__DNA聚合__酶。
[解析]　(1)结合分析可知，图乙中1是胞嘧啶C,7为胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸，脱氧核糖和磷酸交替连接形成DNA分子的基本骨架，即图中5和6交替连接形成长链构成DNA分子的基本骨架，DNA分子两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，并且遵循碱基互补配对原则(A与T配对，G与C配对)。DNA分子中碱基对的排列顺序千变万化，决定了DNA分子结构的多样性。(2)图中亲代DNA分子上结合了解旋酶和DNA聚合酶，显然，DNA复制是一个边解旋边复制的过程，图甲中A是解旋酶，B是DNA聚合酶，其中DNA聚合酶能将单个的脱氧核苷酸连接成子链。由图可以看出形成的新DNA分子中都含有一条模板链和一条子链，因此DNA分子的复制是半保留复制。本章整合
网络构建·统揽全局
章末解疑答惑
?复习与提高 P62
一、选择题
1．C　艾弗里的实验设计思路是把S型细菌中的物质一一分开，单独观察它们的作用。赫尔希与蔡斯的噬菌体侵染细菌实验中，噬菌体侵染细菌时，只有DNA进入细菌，蛋白质外壳留在外面，将DNA和蛋白质彻底分开。由此可见，这两个实验的共同点都是设法把DNA和蛋白质等分开，分别研究DNA与蛋白质各自的效应，故C正确。
2．A　噬菌体侵染细菌时，只有DNA进入细菌并作为模板控制子代噬菌体合成，而DNA复制和噬菌体蛋白质外壳合成所需的原料、能量、酶等条件均由细菌提供。
3．A　由于RNA病毒中的遗传物质是RNA，重组病毒的RNA来自TMV，因此用这个病毒去感染烟草，在烟草细胞内分离出来的病毒与TMV相同，即具有与TMV相同的蛋白质和RNA。
4．D　DNA由4种碱基组成不是DNA分子具有多样性的原因，A错误；双螺旋结构使DNA具有稳定性，而不是多样性，B错误；DNA具有碱基互补配对的特点也不是DNA分子具有多样性的原因，C错误；DNA分子具有多样性的原因是碱基对有很多种不同的排列顺序，D正确。
二、非选择题
1．提示：形成杂合双链区的部位越多，DNA碱基序列的一致性越高，说明在生物进化过程中，DNA碱基序列发生的变化越小，因此亲缘关系越近。
2．提示：(1)不同。说明DNA具有多样性。(2)稳定性。它们都是由同一个受精卵分裂而来。特异性。每一个DNA分子碱基对的排列顺序是特定的。(3)生物都由共同的祖先进化而来。
直击高考·真题体验
1．(2022·浙江卷，22)下列关于“噬菌体侵染细菌的实验”的叙述，正确的是(　C　)
A．需用同时含有32P和35S的噬菌体侵染大肠杆菌
B．搅拌是为了使大肠杆菌内的噬菌体释放出来
C．离心是为了沉淀培养液中的大肠杆菌
D．该实验证明了大肠杆菌的遗传物质是DNA
[解析]　实验过程中需单独用32P标记噬菌体的DNA和35S标记噬菌体的蛋白质，A错误；实验过程中搅拌的目的是使吸附在细菌上的噬菌体外壳与细菌分离，B错误；大肠杆菌的质量大于噬菌体，离心的目的是为了沉淀培养液中的大肠杆菌，C正确；该实验证明噬菌体的遗传物质是DNA，D错误。故选C。
2．(2022·湖南卷，2)T2噬菌体侵染大肠杆菌的过程中，下列哪一项不会发生(　C　)
A．新的噬菌体DNA合成
B．新的噬菌体蛋白质外壳合成
C．噬菌体在自身RNA聚合酶作用下转录出RNA
D．合成的噬菌体RNA与大肠杆菌的核糖体结合
[解析]　T2噬菌体侵染大肠杆菌后，其DNA会在大肠杆菌体内复制，合成新的噬菌体DNA，A正确；T2噬菌体侵染大肠杆菌的过程中，只有DNA进入大肠杆菌，T2噬菌体会用自身的DNA和大肠杆菌的氨基酸等来合成新的噬菌体蛋白质外壳，B正确；噬菌体在大肠杆菌RNA聚合酶作用下转录出RNA，C错误；T2噬菌体DNA进入细菌，以噬菌体的DNA为模板，利用大肠杆菌提供的原料合成噬菌体的DNA，然后通过转录，合成mRNA与核糖体结合，通过翻译合成噬菌体的蛋白质外壳，因此侵染过程中会发生合成的噬菌体RNA与大肠杆菌的核糖体结合，D正确。故选C。
3．(2022·浙江卷，13)某同学欲制作DNA双螺旋结构模型，已准备了足够的相关材料下列叙述正确的是(　C　)
A．在制作脱氧核苷酸时，需在磷酸上连接脱氧核糖和碱基
B．制作模型时，鸟嘌呤与胞嘧啶之间用2个氢键连接物相连
C．制成的模型中，腺嘌呤与胞嘧啶之和等于鸟嘌呤和胸腺嘧啶之和
D．制成的模型中，磷酸和脱氧核糖交替连接位于主链的内侧
[解析]　在制作脱氧核苷酸时，需在脱氧核糖上连接磷酸和碱基，A错误；鸟嘌呤和胞嘧啶之间由3个氢键连接，B错误；DNA的两条链之间遵循碱基互补配对原则，即A＝T、C＝G，故在制作的模型中A＋C＝G＋T，C正确；DNA分子中脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架，碱基在内侧，D错误。故选C。
4．(2021·全国乙卷，5)在格里菲思所做的肺炎(链)球菌转化实验中，无毒性的R型活细菌与被加热杀死的S型细菌混合后注射到小鼠体内，从小鼠体内分离出了有毒性的S型活细菌。某同学根据上述实验，结合现有生物学知识所做的下列推测中，不合理的是(　D　)
A．与R型菌相比，S型菌的毒性可能与荚膜多糖有关
B．S型菌的DNA能够进入R型菌细胞指导蛋白质的合成
C．加热杀死S型菌使其蛋白质功能丧失而DNA功能可能不受影响
D．将S型菌的DNA经DNA酶处理后与R型菌混合，可以得到S型菌
[解析]　与R型菌相比，S型菌具有荚膜多糖，S型菌有毒，故可推测S型菌的毒性可能与荚膜多糖有关，A正确；S型菌的DNA进入R型菌细胞后使R型菌具有了S型菌的性状，可知S型菌的DNA进入R型菌细胞后指导蛋白质的合成，B正确；加热杀死的S型菌不会使小白鼠死亡，说明加热杀死的S型菌的蛋白质功能丧失，而加热杀死的S型菌的DNA可以使R型菌发生转化，可知其DNA功能不受影响，C正确；将S型菌的DNA经DNA酶处理后，DNA被水解为小分子物质，故与R型菌混合，不能得到S型菌，D错误。故选D。
5．(2021·广东卷，5)DNA双螺旋结构模型的提出是二十世纪自然科学的伟大成就之一。下列研究成果中，为该模型构建提供主要依据的是(　B　)
①赫尔希和蔡斯证明DNA是遗传物质的实验
②富兰克林等拍摄的DNA分子X射线衍射图谱
③查哥夫发现的DNA中嘌呤含量与嘧啶含量相等
④沃森和克里克提出的DNA半保留复制机制
A．①② B．②③
C．③④ D．①④
[解析]　①赫尔希和蔡斯通过噬菌体侵染大肠杆菌的实验，证明了DNA是遗传物质，与构建DNA双螺旋结构模型无关，①错误；②沃森和克里克根据富兰克林等拍摄的DNA分子X射线衍射图谱，推算出DNA分子呈螺旋结构，②正确；③查哥夫发现的DNA中嘌呤含量与嘧啶含量相等，沃森和克里克据此推出碱基的配对方式，③正确；④沃森和克里克提出的DNA半保留复制机制，是在DNA双螺旋结构模型之后提出的，④错误。故选B。
6．(2020·浙江卷，3)某DNA片段的结构如图所示。下列叙述正确的是(　D　)
A．①表示胞嘧啶 B．②表示腺嘌呤
C．③表示葡萄糖 D．④表示氢键
[解析]　分析图示可知，A(腺嘌呤)与①配对，根据碱基互补配对原则，则①为T(胸腺嘧啶)，A错误；②与G(鸟嘌呤)配对，则②为C(胞嘧啶)，B错误；DNA分子中所含的糖③为脱氧核糖，C错误；DNA两条链中配对的碱基通过④氢键相连，D正确。故选D。
7．(2020·浙江卷，12)下列关于“肺炎(链)球菌转化实验”的叙述，正确的是(　D　)
A．活体转化实验中，R型菌转化成的S型菌不能稳定遗传
B．活体转化实验中，S型菌的荚膜物质使R型菌转化成有荚膜的S型菌
C．离体转化实验中，蛋白质也能使部分R型菌转化成S型菌且可实现稳定遗传
D．离体转化实验中，经DNA酶处理的S型菌提取物不能使R型菌转化成S型菌
[解析]　活体转化实验中，小鼠体内有大量S型菌，说明R型菌转化成的S型菌能稳定遗传，A错误；活体转化实验中，无法说明是哪种物质使R型菌转化成有荚膜的S型菌，B错误；离体转化实验中，只有S型菌的DNA才能使部分R型菌转化成S型菌且可实现稳定遗传，C错误；离体转化实验中，经DNA酶处理的S型菌提取物，其DNA被水解，故不能使R型菌转化成S型菌，D正确。故选D。第2节　DNA的结构
课标要求 核心素养
概述DNA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。 1．分析和研讨科学家探索基因的本质的过程和方法，领悟模型方法在这些研究中的应用。(生命观念)2．根据材料分析，概述DNA结构的主要特点。(科学思维)3．动手制作模型，培养观察能力、空间想象能力、分析和理解能力。(科学思维)
基础知识·双基夯实
一、DNA双螺旋结构模型的构建
1．构建者：美国生物学家__沃森__和英国物理学家__克里克__。
2．构建过程：
二、DNA的结构
1．DNA的结构层次：
(1)基本组成元素：__C、H、O、N、P__。
(2)组成物质：
①__磷酸基团__，②__脱氧核糖__，③__含氮碱基__。
(3)基本组成单位：④__脱氧核糖核苷酸__，共__4__种。
(4)整体结构：由__2__条长链反向平行按__双螺旋__方式盘旋而成。
2．DNA的结构特点：
(1)基本骨架：由__脱氧核糖__和__磷酸__交替连接组成。
(2)内侧：碱基之间通过__氢键__连接，且遵循__碱基互补配对__原则。根据此原则写出各序号代表的碱基种类。
⑤：__A__　⑥：__G__　⑦：__C__　⑧：__T__
〔学霸记忆〕
1．DNA双螺旋结构的主要特点：①两条脱氧核苷酸链反向平行；②脱氧核糖和磷酸交替连接，排列于外侧，构成基本骨架；③碱基通过氢键连接成碱基对，排列在内侧。
2．双链DNA分子中，嘌呤碱基数＝嘧啶碱基数，即A＋G＝T＋C。
3．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。
〔活学巧练〕
判断下列叙述的正误
(1)DNA分子中的每个磷酸均与2个脱氧核糖连接。(　×　)
(2)DNA外侧是由磷酸与脱氧核糖交替连接构成基本骨架，内部是碱基。(　√　)
(3)DNA的两条链等长，但是反向平行。(　√　)
(4)DNA的特异性由碱基的数目及空间结构决定。(　×　)
(5)DNA双螺旋结构中嘧啶数不等于嘌呤数。(　×　)
(6)不同DNA分子中(A＋G)/(T＋C)的值相同。(　√　)
〔思考〕
1．什么是碱基互补配对原则？哪种碱基对的数量对DNA分子结构的稳定性影响更大？(生命观念)
提示：在DNA的内部，A总是与T配对，C总是与G配对，碱基之间这种一一对应的关系叫作碱基互补配对原则。由于A与T之间是两个氢键，G与C之间是三个氢键，DNA中G—C碱基对越多，结构越稳定。
2．每个DNA片段中，游离的磷酸基团数是多少？磷酸数：脱氧核糖数：含氮碱基数是多少？
提示：2个；1∶1∶1。
课内探究·名师点睛
知识点?
DNA的结构及特点
要点归纳
1．DNA分子的结构层次
2．DNA结构的“五、四、三、二、一”
3．DNA结构的三个关系及水解产物
①数量关系
②位置关系
③化学键
④DNA初步水解的产物是脱氧核苷酸，彻底水解的产物是磷酸、脱氧核糖和含氮碱基。
典例剖析
典例1 (2022·山东省临沂市沂水县高一期中)图中圆形、五边形和方形分别代表磷酸、脱氧核糖和含氮碱基。下列脱氧核苷酸链的模型构建正确的是(　A　)
[解析]　相邻的两个脱氧核苷酸之间通过磷酸和脱氧核糖之间形成的磷酸二酯键连接，A正确。故选A。
变式训练1
(2022·北京市平谷区五中高一下学期期中)下列关于DNA分子双螺旋结构主要特点的叙述，正确的是(　B　)
A．核苷酸通过肽键互相连接
B．A与T配对，C与G配对
C．DNA分子的两条链方向相同
D．碱基和磷酸交替排列在内侧
[解析]　核苷酸之间通过磷酸二酯键相连，A错误；碱基互补配对原则中A与T配对，C与G配对，B正确；DNA分子的两条链方向相反，C错误；脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，D错误。故选B。
知识点?
制作DNA双螺旋结构模型
要点归纳
1．制作原理
DNA分子由两条脱氧核苷酸链组成，这两条链按照反向平行的方式盘旋成双螺旋结构；DNA分子中的磷酸与脱氧核糖交替连接，排列在外侧；两条链的碱基之间依据碱基互补配对原则通过氢键连接成碱基对，排列在内侧。
2．材料用具
曲别针、泡沫塑料、纸片、牙签、橡皮泥等常用物品都可用做模型制作的材料。
3．模型设计制作过程
4．注意事项
(1)制作模型时应按结构层次从小到大、从简单到复杂的顺序依次完成。在选择、修剪各部件时，应注意各部件的大小比例。
(2)制作含氮碱基时应保证腺嘌呤(A)和胸腺嘧啶(T)的接口吻合，鸟嘌呤(G)和胞嘧啶(C)的接口吻合，且四种碱基的形状应具有差异性，同时两种配对模型的长度应相等，以保证DNA两条平行链之间各处的距离都相等。
(3)两条互补链所包含的脱氧核苷酸个数应相等且互相对应，整体上两条链的走向应保证相反。
典例剖析
典例2 (2022·甘肃天水一中高一下期末)某生物兴趣小组在构建DNA平面结构模型时，所提供的卡片名称和数量如表所示，下列说法正确的是(　A　)
卡片名称 磷酸 脱氧核糖 碱基种类
A G T C
卡片数量 12 10 3 3 2 2
A．最多可构建4种脱氧核苷酸，4个脱氧核苷酸对
B．DNA中每个脱氧核糖均只与1分子磷酸相连
C．最多可构建44种不同碱基序列的DNA
D．构成的双链DNA片段最多有15个氢键
[解析]　由表格中卡片数量分析可知，最多可构建4种脱氧核苷酸，4个脱氧核苷酸对，A正确；DNA中绝大多数脱氧核糖与2分子磷酸相连，只有3′端的脱氧核糖只与1分子磷酸相连，B错误；由表格中卡片数量分析可知，这些卡片可形成2对A—T碱基对，2对C—G碱基对，碱基对种类和数目确定，因此可构建的DNA种类数少于44种，C错误；由表格中卡片数量分析可知，这些卡片最多可形成2对A—T碱基对，2对C—G碱基对，而A和T之间有2个氢键，C和G之间有3个氢键，因此构成的双链DNA片段最多有10个氢键，D错误。
变式训练2
下列表示某同学制作的脱氧核苷酸对模型(?表示脱氧核糖、 表示碱基、〇表示磷酸基团)，其中正确的是(　D　)
[解析]　构成脱氧核苷酸对的两个脱氧核苷酸的方向应是相反的，A错误；G与C之间有三个氢键，B错误；脱氧核苷酸中不含碱基U，C错误；DNA两条链反向平行，且A－T之间有2个氢键，D正确。
指点迷津·拨云见日
双链DNA分子中碱基互补配对的相关计算
1．双链DNA分子中，互补碱基两两相等，即A＝T、C＝G，且嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数。
2．双链DNA分子中，任意两个不互补的碱基之和恒等，即A＋G＝T＋C＝A＋C＝T＋G；并且任意两个不互补的碱基之和占碱基总量的50%，即(A＋C)%＝(T＋G)%＝50%(A＋T＋C＋G)。
3．双链DNA分子中，任意两个不互补碱基之和的比值：一条链与互补链互为倒数，双链中为1。即：
4．双链DNA分子中，任意两个互补碱基之和的比值：一条链与互补链以及双链中皆相等。即
5．某种碱基在双链中所占的比例等于其在每一条链中所占比例的平均值。
6．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。
知识贴士
区分核酸种类的方法
(1)若含T，A≠T或嘌呤≠嘧啶，则为单链DNA。因为双链DNA分子中A＝T、G＝C，嘌呤(A＋G)＝嘧啶(T＋C)。
(2)若嘌呤≠嘧啶，肯定不是双链DNA(可能为单链DNA，也可能为RNA)。但若是细胞中所有核酸的嘌呤≠嘧啶，则可能既有双链DNA又有RNA。
典例3某DNA分子中，胞嘧啶与鸟嘌呤共占碱基总量的46%，其中一条链上腺嘌呤占此链碱基总数的28%，则另一条链上腺嘌呤占此链碱基总数的比例为(　B　)
A．46% B．26%
C．54% D．24%
[解析]　根据题意画图，如图所示：
解题思路一：根据碱基互补配对原则，列出：
(GH＋CH)%＝(GL＋CL)%＝总(G＋C)%，故GL＋CL＝46%。
同理，(AH＋TH)%＝(AL＋TL)%＝总(A＋T)%，AL＋TL＝54%，AH＝TL＝28%，故AL＝54%－28%＝26%。
解题思路二：假设这段DNA共包含100对碱基，则H链和L链各有100个碱基，根据题意：
G＋C＝46%，即G＋C＝200×46%＝92个。
则A＋T＝108个，A＝T＝54个。
又已知：AH＝28%，即AH＝28个，则AL＝A－AH＝26个，所以AL＝26/100×100%＝26%。
知识贴士
DNA分子中有关碱基比例计算的解题步骤
解答DNA分子中有关碱基比例计算的试题时要分三步进行：
(1)弄清楚题中已知的和所求的碱基比例是占整个DNA分子碱基的比例，还是占DNA分子一条链上碱基的比例。
(2)画一个DNA分子模式图，并在图中标出已知和所求的碱基。
(3)根据碱基互补配对原则及其规律进行计算。
教材问题·解疑答惑
?问题探讨 P48
提示：本节的问题探讨主要是培养学生收集资料、讨论交流的能力。
?思考·讨论 P48
1．(1)提示：两条链，按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。
(2)提示：DNA的基本骨架是脱氧核糖和磷酸交替连接构成的，位于DNA双螺旋结构的外侧。
(3)提示：腺嘌呤(A)一定与胸腺嘧啶(T)配对，鸟嘌呤(G)一定与胞嘧啶(C)配对。碱基对排列在DNA双螺旋结构的内侧。
2．提示：要善于利用他人的研究成果和经验；要善于与他人交流和沟通，闪光的思想是在交流与撞击中获得的；研究小组成员在知识背景上最好是互补的，对所从事的研究要有兴趣和激情等。
?探究·实践 P51
1．提示：DNA虽然只含有4种脱氧核苷酸，但是碱基对的排列顺序却是千变万化的。碱基对千变万化的排列顺序使DNA储存了大量的遗传信息。
2．提示：(1)靠DNA分子碱基对之间的氢键将两条链连在一起；(2)在DNA双螺旋结构中，由于碱基对平面之间相互靠近，形成了与碱基对平面垂直方向的相互作用力。
3．提示：DNA分子的复制方式为半保留复制。
?练习与应用 P52
一、概念检测
1．(1)×　DNA由于碱基互补配对，两条单链碱基数量相等。但不一定每条单链都有A、T、C、G四种碱基。
(2)√　DNA由于碱基互补配对，在DNA双链结构中(A＋G)/(T＋C)＝1。
2．胞嘧啶　腺嘌呤　鸟嘌呤　胸腺嘧啶　脱氧核糖　磷酸　(胸腺嘧啶)脱氧核苷酸　碱基对　氢键　一条脱氧核苷酸链的片段
3．C　由DNA的结构特点可知，在双链DNA分子中A＝T，G＝C。由题意可知，该DNA分子含有4种碱基，腺嘌呤的比例是b，因此胸腺嘧啶的比例也是b，b<0.5，A、B错误；由题意可知，腺嘌呤a个，占该区段全部碱基的比例为b，所以该DNA分子的碱基总数是a/b，因此胞嘧啶C＝(a/b－2a)×1/2＝a(1/2b－1)个，C正确。
4．C　按照碱基互补配对原则，A与T，C与G配对，及DNA双链反向平行，即可得出互补链的方向与序列。
二、拓展应用
提示：碱基互补配对保证了遗传信息的传递能够准确进行。
巩固训练·课堂达标
1．(2022·天津市第三中学高一年级期中检测)1953年，沃森和克里克建立了DNA分子的结构模型，两位科学家于1962年获得诺贝尔生理学或医学奖。关于DNA分子双螺旋结构的特点，叙述错误的是(　C　)
A．DNA分子由两条反向平行的链组成
B．脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧
C．碱基对构成DNA分子的基本骨架
D．两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对
[解析]　DNA分子是由两条链组成的，这两条链是反向平行的，A正确；DNA分子的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧构成基本骨架，B正确；C错误；两条链上的碱基，通过氢键连接形成碱基对，D正确。故选C。
2．(2022·江苏省镇江市高一下学期期末)下图是某DNA片段的结构模式图。下列叙述正确的是(　D　)
A．①处的化学键为氢键
B．②③④构成一个胞嘧啶核糖核苷酸
C．碱基对⑤的含量越高，DNA稳定性越低
D．该片段中含有两个游离的磷酸基团
[解析]　①处的化学键为磷酸二酯键，A错误；②③④构成一个胞嘧啶脱氧核糖核苷酸，B错误；C－G之间有3个氢键，A－T之间有2个氢键，因此碱基对⑤的含量越高，DNA稳定性越高，C错误；该片段中每条链都含有一个游离的磷酸基团，因此该DNA含有两个游离的磷酸基团，D正确。故选D。
3．(2022·江苏省宿迁市高一下学期期末) 某DNA片段的碱基组成中，若A占32.8%，则C和T之和应占(　A　)
A．50% B．17.2%
C．67.2% D．65.6%
[解析]　由于DNA分子中，A与T配对、G与C配对，因此DNA分子中A＋G＝T＋C＝50%。故选A。
4．(2022·广西梧州市高一期末)下图为DNA分子结构模式图，请回答下列问题：
(1)写出其中文名称：①__胸腺嘧啶__；⑤__脱氧核糖__。
(2)分析这种结构的主要特点：
Ⅰ.构成DNA分子的两条链按__反向平行__方式盘旋成双螺旋结构。
Ⅱ. DNA分子的基本骨架由__脱氧核糖和磷酸交替连接成的两条长链构成__。
Ⅲ. DNA分子两条链上的碱基通过氢键连接成__碱基对__，并且遵循碱基互补配对原则。
[解析]　(1)由图可知，图中①为胸腺嘧啶、②为胞嘧啶、③为腺嘌呤、④为鸟嘌呤、⑤为脱氧核糖、⑥为磷酸基团。(2)Ⅰ.构成DNA分子的两条链按反向平行盘旋成双螺旋结构。Ⅱ.磷酸和脱氧核糖交替连接形成两条长链，排列在DNA分子的外侧，构成DNA分子的基本骨架。Ⅲ.DNA分子两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，并且遵循碱基互补配对原则。第1节　DNA是主要的遗传物质
课标要求 核心素养
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。 1．通过分析图示，理解证明DNA是遗传物质实验的原理和过程。(科学思维)2．通过类比分析，掌握不同生物遗传物质种类。(科学思维)
基础知识·双基夯实
一、肺炎链球菌的转化实验
1．肺炎链球菌的类型(连线)
2．肺炎链球菌转化实验的两个阶段
(1)格里菲思的体内转化实验：
(2)艾弗里的体外转化实验：
二、噬菌体侵染细菌的实验
1．T2噬菌体的结构与代谢
2．实验过程
3．实验结果及结论
亲代噬菌体 寄主细胞内 子代噬菌体 实验结论
32P标记DNA __有__ __有__ __DNA__是遗传物质
35S标记蛋白质 __无__ __无__
三、DNA是主要的遗传物质
1．RNA是遗传物质的实验证据
(1)烟草花叶病毒的组成：
(2)侵染实验：
(3)结论：烟草花叶病毒的遗传物质是__RNA__。
2．DNA是主要的遗传物质
连线生物类型与遗传物质的种类：
〔学霸记忆〕
1．S型细菌在培养基上形成的菌落表面光滑，有致病性；R型细菌的菌体没有多糖类的荚膜，在培养基上形成的菌落表面粗糙，无致病性。
2．格里菲思实验的结论：加热杀死的S型细菌中含有某种促使R型活细菌转化为S型活细菌的“转化因子”。
3．艾弗里实验的结论：DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质，即DNA是遗传物质。
4．噬菌体侵染细菌的实验证明了DNA才是遗传物质。
5．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，而离心管中留下被侵染的大肠杆菌。
6．由于绝大多数生物的遗传物质是DNA，因此说DNA是主要的遗传物质。
〔活学巧练〕
判断下列叙述的正误
(1)将S型细菌的DNA与R型活细菌混合培养，一段时间后培养基中会有两种菌落。(　√　)
(2)艾弗里的实验结论是DNA是遗传物质，蛋白质等不是遗传物质，理由是只有DNA才能使R型细菌转化为S型细菌。(　√　)
(3)由于噬菌体不能独立生活，所以标记噬菌体时应先标记噬菌体的宿主细胞——大肠杆菌。(　√　)
(4)赫尔希和蔡斯的实验结论是DNA是遗传物质，理由是DNA是亲子代之间保持连续的物质，并且还指导了蛋白质的合成。(　√　)
(5)T2噬菌体侵染大肠杆菌实验中，32P标记组为实验组，35S标记组为对照组。(　×　)
(6)豌豆的遗传物质主要是DNA。(　×　)
(7)自然界中绝大多数的生物的遗传物质是DNA，所以说DNA是主要的遗传物质。(　√　)
〔思考〕
1．如果把S型细菌的DNA提取出来后，直接注射到小鼠体内，能否从小鼠体内分离得到S型细菌？(科学思维)
提示：不能，因为S型细菌的DNA能使R型细菌转化为S型细菌的前提是S型细菌的DNA能与R型细菌的DNA发生重组，直接将S型细菌的DNA注入小鼠体内，DNA分子会被小鼠体内的DNA酶分解而失去作用，如果小鼠体内没有R型细菌，也无法转化为S型细菌。
2．用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌，理论上沉淀物中不含放射性，但实际上含有少量放射性的原因是什么？
提示：可能由于搅拌不充分，有少量含35S的噬菌体外壳仍吸附在细菌表面，随细菌离心到沉淀物中，使沉淀物中出现了少量的放射性。
3．T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验中，能否用14C和18O标记噬菌体？能否用32P和35S同时标记噬菌体？
提示：不能，因为DNA和蛋白质都含C和O。不能用32P和35S同时标记噬菌体，因为检测放射性时不能检测出是哪种标记元素产生的。
课内探究·名师点睛
知识点?
肺炎链球菌的转化实验
要点归纳
1．肺炎链球菌体内转化实验和体外转化实验的比较
项目 体内转化实验 体外转化实验
培养细菌 在小鼠体内 体外培养基
实验对照 R型细菌与S型细菌的致病性对照 S型细菌各组成成分的作用进行对照
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 将某种物质用酶解法去除，直接地、单独地观察该物质在实验中所起的作用
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
联系 ①研究对象相同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
[特别提醒]　并非所有的R型细菌都被转化
(1)转化过程中并不是所有的R型细菌都被转化成S型细菌，而只是少部分R型细菌被转化成S型细菌。
(2)R型细菌转化为S型细菌是基因重组的结果。
(3)由于DNA的热稳定性比蛋白质要高，所以加热杀死S型细菌的过程中，其蛋白质永久变性失活，但其内部的DNA在加热结束后随温度的降低又逐渐恢复活性。
(4)艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验中，每个实验组都通过添加特定的酶特异性地去除了一种物质，从而证明了DNA是遗传物质，利用了自变量控制中的“减法原理”。
(5)格里菲思的实验证明了S型细菌体内含有某种转化因子，但并没有证明转化因子是哪种物质。艾弗里的实验则证明了转化因子是S型细菌体内的DNA。
2．自变量控制中的“加法原理”和“减法原理”
在对照实验中，控制自变量可以采用“加法原理”或“减法原理”。
(1)加法原理：与常态相比，人为增加某种影响因素的称为“加法原理”。例如在“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，实验组分别做加温、滴加FeCl3溶液、滴加肝脏研磨液的处理，就是利用了“加法原理”。
(2)减法原理：与常态比较，人为去除某种影响因素的称为“减法原理”。例如，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，从而证明了DNA是遗传物质，就是利用了“减法原理”。
典例剖析
典例1 (2022·山东省潍坊市高一下学期期末)某同学分析艾弗里肺炎链球菌的体外转化实验后，得出如下结论。其中正确的是(　D　)
①实验的思路是分别研究DNA和蛋白质各自的效应
②实验中对自变量的控制作用运用了“加法原理”
③混合培养的4组培养基上均有表面粗糙的菌落
④混合培养后出现的S型菌内有R型菌的遗传信息
A．①② B．①③
C．①②③ D．①③④
[解析]　①实验的思路是分别研究DNA和蛋白质各自的效应，①正确；②从控制自变量的角度，实验的基本思路是：依据自变量控制中的“减法原理”，在每个实验组S型细菌的细胞提取物中特异性地去除了一种物质，②错误；③混合培养后4组的平板培养基上均会有表面粗糙的菌落，即R型菌菌落，③正确；④S型菌的部分DNA重组到R型菌的DNA上并表达，表现出S型菌，故混合培养后出现的S型菌内有R型菌的遗传信息，④正确。故选D。
变式训练1
(2022·北京市平谷区五中高一下学期期中)肺炎链球菌转化实验中，使R型细菌转化为S型细菌的转化因子是(　D　)
A．荚膜多糖 B．蛋白质
C．R型细菌的DNA D．S型细菌的DNA
[解析]　荚膜多糖不能将R型细菌转化为S型细菌，A错误；S型细菌的蛋白质不能将R型细菌转化为S型细菌，B错误；R型细菌的DNA不能将R型细菌转化为S型细菌，C错误；S型细菌的DNA分子能将R型细菌转化为S型细菌，即DNA是使R型细菌发生稳定遗传变化的物质，D正确。故选D。
知识点?
噬菌体侵染细菌的实验
要点归纳
1．T2噬菌体侵染大肠杆菌的过程：
2．T2噬菌体增殖的条件
T2噬菌体增殖 场所 大肠杆菌
蛋白质的合成 原料 大肠杆菌的氨基酸
场所 大肠杆菌的核糖体
DNA的合成 模板 噬菌体的DNA
原料 大肠杆菌的四种脱氧核苷酸
3．使用不同元素标记后子代放射性有无的判断
典例剖析
典例2 (2022·山东省临沂市沂水县高一期中)下列关于噬菌体侵染细菌实验的叙述中，正确的是(　D　)
A．T2噬菌体需要培养在由各种营养物质配置的营养液里
B．32P标记的T2噬菌体侵染细菌后，培养时间对实验现象影响不大
C．35S标记的T2噬菌体侵染的细菌裂解后，子代噬菌体可以检测到35S
D．若用15N标记的T2噬菌体侵染大肠杆菌，上清液和沉淀物中均有放射性
[解析]　病毒是非细胞生物，寄生在活细胞中，不能在培养液中直接培养病毒，A错误；用含32P的噬菌体侵染大肠杆菌，如果保温时间过长或过短，则沉淀物中放射性比正常情况下低，B错误；35S标记的是噬菌体的蛋白质外壳，噬菌体侵染细菌时，蛋白质外壳留在外面，所以用被35S标记的T2噬菌体侵染细菌，裂解释放的子代噬菌体中不含35S，C错误；蛋白质和DNA都含有N元素，若用15N标记的T2噬菌体侵染大肠杆菌，上清液和沉淀物中均有放射性，D正确。故选D。
变式训练2
(2022·河北省沧州市河间市四中高一下学期期中)下图是“噬菌体侵染大肠杆菌”实验，其中亲代噬菌体已用32P标记，A、C中的方框代表大肠杆菌。下列关于本实验的叙述不正确的是(　A　)
A．图中锥形瓶内的培养液是用来培养大肠杆菌的，其营养成分中的P应含32P标记
B．若要达到实验目的，还要再设计一组用35S标记噬菌体进行的实验，两组相互对照
C．图中若只有C中含大量放射性，可直接证明的是噬菌体的DNA侵入了大肠杆菌
D．实验中B对应部分有少量放射性，可能原因是实验时间过长，部分细菌裂解
[解析]　依题意，亲代噬菌体已用32P标记，因此题图锥形瓶中的培养液是用来培养让噬菌体侵染的大肠杆菌的，其营养成分中不能加入32P，A项错误；该实验的目的是：探究噬菌体的遗传物质是蛋白质、还是DNA，因此，需要增设一组用35S标记的噬菌体所进行的实验，两组相互对照，B项正确；用32P标记的是亲代噬菌体的DNA，若只在C(大肠杆菌)中含大量放射性，说明噬菌体的DNA侵入了大肠杆菌，C项正确； B为上清液，若其中出现少量放射性，可能的原因是培养时间较短，有部分噬菌体还没有侵入大肠杆菌，仍存在于培养液中，也有可能是培养时间过长，部分大肠杆菌裂解，子代噬菌体从大肠杆菌体内释放出来导致的，D项正确。
知识点?
DNA是主要的遗传物质
要点归纳
1．不同生物的遗传物质
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
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
[易错提示]　对于整个生物界来说，由于绝大多数生物的遗传物质都是DNA，所以DNA是主要的遗传物质；对于某一种具体的生物来说，其遗传物质要么是DNA，要么是RNA，不能说某种生物的遗传物质主要是DNA。
2．探究遗传物质的三种方法
典例剖析
典例3 (2022·山东省潍坊市诸城市高一期中)下列关于生物遗传物质的说法中，正确的是(　C　)
A．真核生物的遗传物质是DNA，原核生物的遗传物质是RNA
B．染色体是生物的遗传物质，DNA也是生物的遗传物质
C．细胞生物的遗传物质是DNA，病毒的遗传物质是DNA或RNA
D．细胞核中遗传物质是DNA，细胞质中遗传物质是RNA
[解析]　真核生物和原核生物的遗传物质均是DNA，A错误；生物体的遗传物质是DNA或RNA，染色体是遗传物质的主要载体，B错误；细胞生物和DNA病毒的遗传物质是DNA，RNA病毒的遗传物质是RNA，C正确；细胞核和细胞质中的遗传物质均是DNA，D错误。故选C。
变式训练3
(2019·海南高考)下列实验及结果中，能作为直接证据说明“核糖核酸是遗传物质”的是(　B　)
A．红花植株与白花植株杂交，F1为红花，F2中红花∶白花＝3∶1
B．病毒甲的RNA与病毒乙的蛋白质混合后感染烟草只能得到病毒甲
C．加热杀死的S型肺炎双(链)球菌与R型活菌混合培养后可分离出S型活菌
D．用放射性同位素标记T2噬菌体外壳蛋白，在子代噬菌体中检测不到放射性
[解析]　红花植株与白花植株杂交，F1为红花，F2中红花∶白花＝3∶1，并不能直接证明核酸是遗传物质，A错误；病毒甲的RNA与病毒乙的蛋白质混合后感染烟草只能得到病毒甲，可证明RNA(核糖核酸)是遗传物质，B正确；加热杀死的S型肺炎链球菌与R型活菌混合培养后可分离出S型活菌，只能证明加热杀死的S型细菌中含有某种促使R型细菌转化为S型细菌的“转化因子”，并不能证明该转化因子是何种物质，C错误；用放射性同位素标记T2噬菌体外壳蛋白，在子代噬菌体中检测不到放射性，由于外壳蛋白没有进入大肠杆菌细胞内，不能证明遗传物质是何种成分，D错误。
指点迷津·拨云见日
一、噬菌体侵染细菌实验中上清液和沉淀物放射性分析
1．子代噬菌体的组成物质来源分析：
(1)从蛋白质外壳方面：原料氨基酸由寄主细胞提供，在寄主细胞的核糖体上合成，与亲代噬菌体的蛋白质外壳无关。
(2)从DNA方面：由亲代噬菌体提供模板，利用寄主细胞提供的脱氧核苷酸，通过复制的方式，合成子代噬菌体的DNA。
(3)从子代噬菌体方面：释放的众多子代噬菌体中，只有少数含有亲代噬菌体的DNA单链，其余子代噬菌体的DNA均由寄主细胞提供原料合成，不含亲代噬菌体的DNA单链。
2．上清液和沉淀物放射性分析：
(1)32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌：
(2)35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌：
典例4某校生物研究性学习小组做了T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验，过程如图所示，下列有关分析正确的是(　C　)
A．若实验1中b的放射性偏高，则这与①过程中培养时间的长短有关
B．若实验2中c的放射性偏高，则这与④过程中搅拌不充分有关
C．理论上，a、d中放射性很高，b、c中放射性很低
D．该实验直接证明了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，经搅拌离心后位于上清液a中，若b的放射性偏高，则与搅拌不充分有关，A错误；32P标记的是T2噬菌体的DNA，经搅拌离心后存在于沉淀物d中，若c中放射性偏高，是因为保温时间过短或过长，上清液中存在具有放射性的T2噬菌体，B错误；实验1中35S标记的蛋白质外壳主要存在于上清液a中，故a中放射性很高，b中放射性很低，实验2中32P标记的T2噬菌体DNA注入大肠杆菌体内，经搅拌离心后主要存在于沉淀物d中，故d中放射性很高，c中放射性很低，C正确；该实验证明了DNA是遗传物质，但是实验中蛋白质外壳没有进入大肠杆菌体内，不能直接证明蛋白质不是遗传物质，D错误。
二、肺炎链球菌体外转化实验和噬菌体侵染细菌实验的比较
肺炎链球菌体外转化实验 噬菌体侵染细菌实验
主要设计思路 设法将DNA与其他物质分开，单独、直接研究它们各自不同的遗传功能
处理方法 用加酶的方法分别去除S型菌的DNA、多糖、蛋白质等，再与R型菌混合培养 同位素标记法：分别用同位素35S、32P标记蛋白质和DNA
结论 ①证明DNA是遗传物质，而蛋白质不是遗传物质②说明了遗传物质可发生可遗传的变异 ①证明DNA是遗传物质，但不能直接证明蛋白质不是遗传物质②说明DNA能控制蛋白质的合成③说明DNA能自我复制
典例5 (2022·山东省滨州市高一期末)艾弗里的细菌转化实验(甲)，赫尔希和蔡斯的T2噬菌体侵染细菌实验(乙)，都证明了DNA是遗传物质。下列关于两组实验的分析，错误的是(　B　)
A．甲实验利用酶特异性选择性地去除了每个实验组中的一种物质
B．乙中35S标记组搅拌并离心后沉淀物不可能存在放射性
C．甲、乙两实验都设法分别研究DNA和蛋白质各自的效应
D．甲、乙两实验都说明DNA能在世代间传递和控制生物性状
[解析]　艾弗里的实验利用了酶的专一性选择性的去除了每个实验组中的一种物质，根据实验结果可判断除去的物质是否是遗传物质，A正确；35S标记的是噬菌体的蛋白质外壳，若搅拌不充分，蛋白质外壳与细菌不能彻底分离，会导致乙中35S标记组离心后沉淀物中存在放射性，B错误；甲、乙两实验都设法将DNA和蛋白质分离，分别研究DNA和蛋白质各自的效应，C正确；甲、乙两实验出现的子代性状都与亲代相同，都能说明DNA能在世代间传递和控制生物性状，D正确。故选B。
教材问题·解疑答惑
?问题探讨 P42
1．提示：遗传物质必须稳定，能够储存大量的遗传信息，可以准确地复制出自己，传递给下一代等。
2．提示：这是一道开放性题目，答案并不唯一，只要提出正确的思路即可。
?思考·讨论 P46
1．提示：以细菌和病毒作为实验材料，具有的优点是：(1)个体很小，结构简单，容易看出因遗传物质改变导致的结构和功能的变化；细菌是单细胞生物，病毒无细胞结构，只有核酸和蛋白质外壳。(2)繁殖快，细菌20～30 min就可以繁殖一代，病毒短时间内可大量复制。
2．提示：依据自变量控制中的“减法原理”在每个实验组S型细菌的细胞提取物中特异性地去除了一种物质。细胞提取物的纯度不够。
3．提示：艾弗里采用的主要技术手段有细菌的培养技术、物质提纯技术等。赫尔希采用的主要技术手段有噬菌体的培养技术、同位素标记技术以及物质的分离技术等。
科学成果的取得必须有技术手段做保证，技术的发展需要以科学原理为基础，因此，科学与技术是相互支持、相互促进的。
?练习与应用 P47
一、概念检测
1．D　DNA控制蛋白质的合成。
2．A　赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌的实验表明DNA是遗传物质。
二、拓展应用
1．提示：噬菌体在侵染大肠杆菌时，进入大肠杆菌细胞内的是DNA，而蛋白质外壳却留在大肠杆菌的外面。因此，大肠杆菌裂解后，释放出的子代噬菌体是利用亲代噬菌体的遗传信息，以大肠杆菌中的氨基酸为原料来合成蛋白质外壳的。
2．提示：肺炎链球菌转化实验和噬菌体侵染大肠杆菌的实验证明，作为遗传物质至少要具备以下几个条件：能够准确地复制自己；能够指导蛋白质合成，从而控制生物的性状和新陈代谢；具有储存遗传信息的能力，结构比较稳定等。
巩固训练·课堂达标
1．(2022·山东省烟台市高一下学期期中)肺炎链球菌转化实验中，无毒R型菌和被加热杀死的有毒S型菌混合后，在小鼠体内可以找到下列哪些类型的细菌(　C　)
①有毒R型②无毒R型
③有毒S型④无毒S型
A．①② B．③④
C．②③ D．②④
[解析]　R型细菌无多糖类的荚膜保护，没有毒性，而S型细菌有多糖类的荚膜保护，有毒性。S型细菌中存在某种“转化因子”，能将部分R型细菌转化为S型细菌。因此，无毒R型和被加热杀死的有毒S型细菌混合后，在小鼠体内能找到无毒R型菌和有毒S型菌，C正确。故选C。
2．(2022·福建省福州市八县协作校高一下学期期中)用某种酶处理S型肺炎链球菌的细胞提取物后，就不能使R型细菌转化成S型细菌，则这种酶是(　D　)
A．DNA聚合酶 B．DNA连接酶
C．解旋酶 D．DNA酶
[解析]　格里菲斯实验证明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。艾弗里实验证明“转化因子”是S型细菌的DNA分子。根据酶的专一性特点，DNA酶能水解DNA分子，因此用DNA酶处理转化因子后，R型细菌不再转化成S型细菌，D正确，A、B、C错误。故选D。
3．(2022·山东省聊城市高一下学期期末)1952年，赫尔希和蔡斯完成了著名的T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验，有关该实验的叙述正确的是(　C　)
A．T2噬菌体也可以在肺炎链球菌中复制和增殖
B．用32P和35S标记同一组T2噬菌体的DNA和蛋白质分子
C．实验中T2噬菌体培养时间、温度等是本实验的无关变量
D．32P标记的噬菌体侵染实验中，保温时间过长或过短都会降低上清液的放射性
[解析]　T2噬菌体只能寄生在大肠杆菌细胞内生存，A错误；用32P和35S分别标记不同T2噬菌体的DNA和蛋白质分子，B错误；实验中T2噬菌体培养时间、温度等是本实验的无关变量，C正确；32P标记的噬菌体侵染实验中，保温时间过长或过短都会增加上清液的放射性，D错误。故选C。
4．(2022·广西梧州市高一期末)某同学重复赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌实验，用被32P标记的T2噬菌体侵染细菌，保温一段时间后搅拌离心，发现沉淀物的放射性很高，而上清液的放射性很低。请回答下列问题：
(1)一个被32P标记的T2噬菌体侵染未被标记的细菌，若共释放了n个子代噬菌体，其中被32P标记的噬菌体所占的比例为__2/n__。
(2)该实验中搅拌的目的是__使吸附在细菌表面的T2噬菌体外壳与细菌分离__，该同学的实验结果中上清液也含有少量的放射性，可能的原因是在操作过程中__保温时间不足或者过长所致__。
(3)仅根据该组实验结果__不能__(选填“能”或“不能”)说明DNA是噬菌体的遗传物质，原因是__缺少对照组，只选用32P标记的噬菌体进行实验，不能证明DNA是噬菌体的遗传物质__。
[解析]　(1)DNA是半保留复制，即复制形成的1个DNA分子中的两条链一条为母链，一条为新合成的子链，所以，1个带有放射性的DNA分子，以不含放射性的脱氧核苷酸为原料进行复制，无论复制了多少次，子代DNA分子含有放射性的只有两条单链，且存在于两个DNA分子中，因此，一个被32P标记的噬菌体产生了n个子代噬菌体，子代中含有32P的个体数是2个，即含有32P的子代噬菌体所占的比例为2/n。(2)实验过程中搅拌的目的是使吸附在细菌表面的T2噬菌体外壳与细菌分离。该同学用32P标记噬菌体的侵染实验中，上清液存在少量放射性可能是保温时间不足或者过长所致，时间短，有一部分噬菌体还没有侵入到大肠杆菌内部。时间长，噬菌体在大肠杆菌内增殖后释放出来。(3)仅根据该组实验结果不能说明DNA是噬菌体的遗传物质，原因是缺少对照组，只选用32P标记的噬菌体进行实验，不能证明DNA是噬菌体的遗传物质。

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