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第2节　DNA的结构
课标要求
1．概述DNA分子是由4种脱氧核苷酸构成的，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。
2．搜集DNA分子结构模型建立过程的资料并进行讨论和交流。
3．制作DNA双螺旋结构模型。
核心素养
1．了解科学家构建模型的研究历程，领悟模型建构在研究中的应用，体会持之以恒的科学精神。(社会责任)
2．总结DNA结构的主要特点，初步形成遗传物质结构与功能相统一的观点。(生命观念)
3．尝试制作DNA双螺旋结构模型，领悟模型方法在科学研究中的作用。(科学探究)
一、DNA双螺旋结构模型的构建
基础知识·双基夯实
1．构建者：美国生物学家_沃森__和英国物理学家_克里克__。
2．过程
活|学|巧|练
1．沃森和克里克构建了一个磷酸—脱氧核糖骨架排在螺旋外部，碱基排在螺旋内部的双链螺旋。( √ )
2．由于DNA双螺旋结构的发现，沃森、克里克和威尔金斯共同获得了诺贝尔生理学或医学奖。( √ )
3．A—T碱基对和G—C碱基对的形状和直径是不相同的，使得DNA的直径也不同。( × )
合|作|探|究
1．两条链中的碱基排列在内侧，是相同的碱基两两相连吗？请结合以下资料进行分析：
资料1　DNA螺旋的直径是固定的，均为2 nm。
资料2　嘌呤和嘧啶的分子结构图
结论：_不是相同的碱基两两相连，应是嘌呤与嘧啶相连__。
2．请根据查哥夫碱基数据表猜测应是哪两种碱基配对？
来源 碱基的相对含量
腺嘌呤A 鸟嘌呤G 胞嘧啶C 胸腺嘧啶T
人 30.9 19.9 19.8 29.4
牛 27.9 22.7 22.1 27.3
酵母菌 31.3 18.7 17.1 32.9
结合分枝杆菌 15.1 34.9 35.4 14.6
结论：_A与T配对，G与C配对__。
归|纳|提|升
DNA双螺旋结构的特点
典例1 1962年沃森、克里克和威尔金斯三人因什么成果共同获得了诺贝尔生理学或医学奖( C )
A．通过细菌转化实验证明转化因子的存在
B．通过噬菌体侵染细菌的实验证明遗传物质是DNA
C．DNA双螺旋结构模型
D．确定了基因存在于染色体上
解析： 选项中成果与科学家之间的对应如下：格里菲思通过肺炎链球菌的体内转化实验，证明了转化因子的存在；赫尔希和蔡斯通过噬菌体侵染细菌实验，证明了DNA是遗传物质；沃森、克里克和威尔金斯因DNA的双螺旋结构，获得了诺贝尔生理学或医学奖；摩尔根通过果蝇杂交实验，证明了基因在染色体上。
变式训练 下列关于威尔金斯、沃森和克里克、富兰克林、查哥夫等人在DNA结构模型构建方面的突出贡献的说法，正确的是( B )
A．威尔金斯和富兰克林提供了DNA的电子显微镜图像
B．沃森和克里克提出了DNA双螺旋结构模型
C．查哥夫提出了A与T配对、C与G配对的正确关系
D．富兰克林和查哥夫发现DNA分子中A的量等于T的量、C的量等于G的量
解析： 在DNA结构模型构建方面，威尔金斯和富兰克林提供了DNA的衍射图谱，A错误；查哥夫发现了在双链DNA中A的量总是等于T的量、C的量总是等于G的量，沃森和克里克在此基础上提出了A与T配对、C与G配对的正确关系，还构建了DNA双螺旋结构模型，B正确，C、D错误。
二、DNA的结构
基础知识·双基夯实
DNA双螺旋结构的主要特点
(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。DNA的一条单链具有两个末端，一端有一个游离的磷酸基团，这一端称作_5′－端__，另一端有一个羟基(—OH)，称作_3′－端__。DNA的两条单链走向_相反__，从双链的一端开始，一条单链是从5′－端到3′－端的，另一条单链则是从3′－端到5′－端的。
(2)DNA中的_脱氧核糖和磷酸__交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；_碱基__排列在内侧。
(3)两条链上的碱基通过_氢键__连接成碱基对，并且碱基配对具有一定规律：_A(腺嘌呤)__一定与T(胸腺嘧啶)配对，_G(鸟嘌呤)__一定与C(胞嘧啶)配对。碱基之间的这种一一对应的关系，叫作_碱基互补配对__原则。
活|学|巧|练
1．DNA中碱基数＝磷酸数＝核糖数。( × )
2．含有G、C碱基对比较多的DNA热稳定性较差。( × )
3．双链DNA中一条链上的磷酸和核糖是通过氢键连接的。( × )
4．DNA一条链上相邻的两个碱基通过“脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖”相连。( √ )
合|作|探|究
1．图1为脱氧核苷酸的结构图，图2为DNA分子的空间结构和平面结构，请分析并回答问题：
图1
图2
(1)DNA分子的基本组成单位是_脱氧核苷酸__，它由磷酸、脱氧核糖和_含氮碱基__构成。构成DNA的碱基有_四__种，分别为A_腺嘌呤__、T_胸腺嘧啶__、G_鸟嘌呤__、C_胞嘧啶__。
(2)图2的①②③④中，构成一个脱氧核苷酸的是_①②③__。DNA的一条链中，一个磷酸与_一个或两__个脱氧核糖相连，一个脱氧核糖与_一个或两__个磷酸相连。两条链的碱基通过_氢键__相连，该片段中有_两__个游离的磷酸基团。
(3)一条DNA单链的序列是5′—CAGTAC—3′，那么它的互补链的序列是什么？_5′—GTACTG—3′__。
2．DNA的多样性和稳定性
(1)DNA只含有4种脱氧核苷酸，它为什么能够储存足够量的遗传信息？
(2)DNA是如何维系它的遗传稳定性的？
提示：(1)碱基排列顺序的千变万化，使DNA储存了大量的遗传信息。
(2)两条链上的碱基之间的氢键和每条链上的磷酸二酯键共同维持了双螺旋结构的稳定性。
归|纳|提|升
1．准确辨析DNA结构中的数量、位置关系及连接方式
(1) 数量关系
(2) 位置关系
(3) 连接方式
2．DNA初步水解的产物是4种脱氧核糖核苷酸；彻底水解的产物是磷酸、脱氧核糖和4种含氮碱基。
3．DNA多样性和稳定性的原因
DNA上的脱氧核苷酸虽然只有4种，但是数量庞大，所以导致碱基的排列顺序千变万化，而遗传信息就蕴藏在碱基的排列顺序中。两条链上的碱基之间的氢键能够维持DNA的双链状态，而每条链上的磷酸二酯键能够维持DNA单链的稳定，所以主要是这两种键维持了DNA双螺旋结构的稳定。
典例2 (2023·江西上饶质检)2019年8月发表在《自然》杂志上的一项研究表明：与人类相比，鱼的后代之间的记忆以“DNA甲基化”的形式保存着，而人类几乎完全被抹去了这一点。下列关于DNA的叙述，错误的是( B )
A．构成人类和鱼类DNA的基本骨架相同
B．人类和鱼类的DNA中碱基数＝磷酸数＝核糖数
C．人类和鱼类的DNA不同与碱基对数量和排序有关
D．DNA双螺旋结构中碱基排列在内侧，通过氢键相连，遵循碱基互补配对原则
解析： 不同生物中构成DNA的基本骨架是一样的，所以构成人类和鱼类DNA的基本骨架相同，A正确；人类和鱼类的DNA中有脱氧核糖，没有核糖，B错误；DNA可以携带多种遗传信息与碱基对数量和排序有关，C正确；DNA双螺旋结构中碱基排列在内侧，通过氢键相连形成碱基对，遵循碱基互补配对原则，D正确。
变式训练 (2023·平顶山高一月考)下面关于DNA分子结构的叙述中，错误的是( B )
A．每个双链DNA分子一般都含有4种脱氧核苷酸
B．每个核糖上均连接着1个磷酸和1个碱基
C．DNA分子的基本骨架排列在外侧
D．双链DNA分子中的一段若含有40个胞嘧啶，就一定会同时含有40个鸟嘌呤
解析： DNA分子的基本组成单位是脱氧核苷酸，每个DNA分子中通常都会含有4种脱氧核苷酸，A正确；在DNA分子中，一般情况下除了3′－端的脱氧核糖，其他脱氧核糖上连接2个磷酸和1个碱基，B错误。
典例3 某研究小组用如图所示的6种卡片、脱氧核糖和磷酸之间的连接物、脱氧核糖和碱基之间的连接物、代表氢键的连接物若干，成功搭建了一个完整的DNA分子模型，模型中有4个T和6个G。下列有关说法正确的是( C )
A．代表氢键的连接物有24个
B．代表胞嘧啶的卡片有4个
C．脱氧核糖和磷酸之间的连接物有38个
D．理论上能搭建出410种不同的DNA分子模型
解析： 模型中有4个A—T碱基对，6个C—G碱基对，则氢键的连接物有4×2＋6×3＝26(个)，A错误；模型中有6个C—G碱基对，因此代表胞嘧啶的卡片有6个，B错误；模型中共有10个碱基对，每条链中各有10个脱氧核苷酸，因此脱氧核糖和磷酸之间的连接物有10×2＋9×2＝38(个)，C正确；由于A—T碱基对和C—G碱基对的数目已经确定，因此理论上能搭建出的DNA分子模型的种类数少于410种，D错误。
变式训练 在DNA分子模型的搭建实验中，若仅有订书钉将脱氧核糖、磷酸、碱基连为一体并构建一个含10对碱基(A有6个)的DNA双链片段，那么使用的订书钉个数为( C )
A．58　 B．78　
C．82　 D．88
解析： 需要使用订书钉连接的部位有碱基与碱基的连接处、脱氧核糖与磷酸的连接处以及脱氧核糖与碱基的连接处，连接碱基与碱基需要的订书钉数目为6×2＋4×3＝24，连接脱氧核糖与磷酸需要的订书钉数目为20×2－2＝38，连接脱氧核糖与碱基需要的订书钉数目是20，故总共需要的订书钉数目是82。
DNA碱基数目的相关计算规律
回答有关碱基互补配对原则应用的问题：
设DNA一条链为1链，互补链为2链。根据碱基互补配对原则可知，A1＝T2，A2＝T1，G1＝C2，G2＝C1。
请据此完成以下推论：
(1)A1＋A2＝T1＋T2；G1＋G2＝C1＋C2。
即：双链中A＝T，G＝C，A＋G＝T＋C＝A＋C＝T＋G＝(A＋G＋T＋C)。
规律一：双链DNA分子中嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数，任意两个不互补碱基之和为碱基总数的一半。
(2)A1＋T1＝A2＋T2；G1＋C1＝G2＋C2。
＝＝(N为相应的碱基总数)
＝＝
规律二：互补碱基之和所占比例在任意一条链及整个DNA分子中都相等，简记为“补则等”。
(3)与的关系是互为倒数。
规律三：非互补碱基之和的比值在两条互补链中互为倒数，简记为“不补则倒”。
(4)若＝a，＝b，则＝(a＋b)。
规律四：某种碱基在双链中所占的比例等于它在每一条单链中所占比例和的一半。
典例4 (2023·河北石家庄二中月考)已知某DNA分子中，G与C之和占全部碱基总数的40%，其中一条链的T与C分别占该链碱基总数的40%和15%。下列有关叙述正确的是( B )
A．则在它的互补链中，T与C之和占该链碱基总数的55%
B．则在它的互补链中，T和C分别占该链碱基总数的20%和25%
C．若该DNA分子含1 000个碱基对，则碱基之间的氢键数为2 600
D．则该DNA分子的碱基(C＋G)/(A＋T)为3∶2
解析： 依题意，G＋C＝40%，则C＝G＝20%，A＝T＝1/2－20%＝30%。则(A＋T)/(A＋T＋C＋G)＝60%，(A＋T)/(A＋T＋C＋G)＝(A1＋T1)/(A1＋T1＋C1＋G1)＝60%，其中一条链的T占该链碱基总数的40%，即T1/(A1＋T1＋C1＋G1)＝40%，可求出A1/(A1＋T1＋C1＋G1)＝(A1＋T1)/(A1＋T1＋C1＋G1)－T1/(A1＋T1＋C1＋G1)＝20%，A1/(A1＋T1＋C1＋G1)＝T2/(A2＋T2＋C2＋G2)＝20%。由于(C＋G)/(A＋T＋C＋G)＝(C1＋G1)/(A1＋T1＋C1＋G1)＝40%，其中一条链的C占该链碱基总数的15%，C1/(A1＋T1＋C1＋G1)＝15%，可求出G1/(A1＋T1＋C1＋G1)＝(C1＋G1)/(A1＋T1＋C1＋G1)－C1/(A1＋T1＋C1＋G1)＝25%，G1/(A1＋T1＋C1＋G1)＝C2/(A2＋T2＋C2＋G2)＝25%，则(T2＋C2)/(A2＋T2＋C2＋G2)＝45%，A错误，B正确；若该DNA分子含1 000个碱基对，则A＝T碱基对＝600，C≡G碱基对＝400，A、T之间的氢键数为600×2＝1 200，C、G之间的氢键数为400×3＝1 200，碱基之间的氢键数为2 400，C错误；该DNA分子的碱基(C＋G)/(A＋T)＝40∶60＝2∶3，D错误。
1．下列关于DNA结构的叙述，正确的是( C )
A．DNA是以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的单链结构
B．DNA中的每个磷酸均连接着一个脱氧核糖和一个碱基
C．DNA两条链之间总是嘌呤与嘧啶形成碱基对
D．DNA一条链上的相邻碱基通过磷酸—脱氧核糖—磷酸相连
解析： DNA是以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的双链结构，A项错误；DNA中的绝大多数磷酸连接着两个脱氧核糖，且磷酸不与碱基直接相连，B项错误；DNA一条链上的相邻碱基通过脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖相连，D项错误。
2．分析一个双链DNA分子时，发现20%的脱氧核苷酸含有腺嘌呤，由此可知该分子中一条链上鸟嘌呤含量的最大值可占此链碱基总数的( D )
A．20% B．30%
C．40% D．60%
解析： 在一个DNA分子中，有20%的脱氧核苷酸含有腺嘌呤，即A＝20%。根据碱基互补配对原则，T＝A＝20%，则C＝G＝50%－20%＝30%。该DNA分子中鸟嘌呤所占的比例为30%，则该分子中一条链上鸟嘌呤占此链碱基总数的比例为：0～60%。所以该分子中一条链上鸟嘌呤含量的最大值可占此链碱基总数的60%。故选D。
3．已知某双链DNA分子中，G与C之和占全部碱基总数的34%，其一条链中的T与C分别占该链碱基总数的32%和18%，则在它的互补链中，T和C分别占该链碱基总数的( A )
A．34%和16% B．34%和18%
C．16%和34% D．32%和18%
解析： 设该DNA分子的两条链分别为1链和2链，双链DNA中，G与C之和占全部碱基总数的34%，则A＋T占66%，又因为双链DNA中，互补配对的两种碱基之和占整个DNA分子的比例与每条链中这两种碱基之和所占的比例相同，因此A1＋T1＝66%，G1＋C1＝34%，又因为T1与C1分别占该链碱基总数的32%和18%，则A1＝66%－32%＝34%；G1＝34%－18%＝16%，根据DNA的碱基互补配对关系，所以T2＝A1＝34%，C2＝G1＝16%，A正确。
学|霸|记|忆
1．DNA的双螺旋结构的特点
(1)两条链反向平行。
(2)脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；碱基排列在内侧。
(3)两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对。
2．碱基互补配对原则是指双链DNA中，A与T配对，C与G配对，相关规律有：
(1)嘌呤碱基数＝嘧啶碱基数，即A＋G＝T＋C。
(2)互补碱基之和所占的比例在DNA的任何一条链及整个DNA中都相等。
(3)非互补碱基和之比在两条互补链中互为倒数，而在整个DNA中比值为1。
3．在DNA中，A与T之间有两个氢键，C与G之间有三个氢键，故含G/C碱基对越多的DNA越稳定。第1节　DNA是主要的遗传物质
课标要求
1．初步形成遗传物质的结构与功能相统一的观点。
2．认同科学结论获得的最基本的方法是实证，提升科学思维能力。
3．说明DNA是主要的遗传物质的原因。
核心素养
1．分析比较本节三大实验的实验方法和实验结论。(科学思维)
2．理解DNA是主要的遗传物质的结论。(科学思维)
3．感悟科学技术在生命科学探索过程中的作用。(社会责任)
一、肺炎链球菌的转化实验
基础知识·双基夯实
1．对遗传物质的早期推测
20世纪20年代，大多数科学家认为_蛋白质__是生物体的遗传物质。20世纪30年代，人们认识到组成DNA的脱氧核苷酸有4种，每一种有一个特定的碱基。这一认识本可以使人们意识到_DNA__的重要性，但是，由于对DNA的结构没有清晰的了解，认为_蛋白质__是遗传物质的观点仍占主导地位。
2．肺炎链球菌的类型
项目 S型细菌 R型细菌
菌落 表面_光滑__ 表面_粗糙__
菌体
有无致病性 _有__ _无__
3．格里菲思的肺炎链球菌转化实验
实验过程 结果分析 结论
(1)R型活细菌小鼠_不死亡__ R型细菌无致病性 已经加热致死的S型细菌，含有某种促使R型活细菌转化为S型活细菌的活性物质——转化因子
(2)S型活细菌小鼠_死亡__S型活细菌 S型细菌有致病性
(3)加热致死的S型细菌小鼠_不死亡__ 加热致死的S型细菌已失活
小鼠_死亡___S型__活细菌 R型细菌转化为_S型__细菌，且性状可以遗传
4．艾弗里的肺炎链球菌转化实验
(1)实验过程及结果
(2)结论：_DNA__才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。
(3)减法原理：在对照实验中，与常态比较，人为去除某种影响因素称为“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，从而鉴定出DNA是遗传物质。
活|学|巧|练
1．肺炎链球菌的遗传遵循基因的分离定律和自由组合定律。( × )
2．格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验直接证明了DNA是“转化因子”。( × )
3．在艾弗里的实验中，DNA酶将S型细菌的DNA分解为脱氧核苷酸，因此不能使R型细菌发生转化。( √ )
4．肺炎链球菌转化成功的关键是R型活细菌＋S型细菌的DNA。( √ )
合|作|探|究
1．根据对格里菲思体内转化实验的理解，回答以下问题：
(1)格里菲思的体内转化实验有无设计对照实验？若有，则对照组和实验组分别是第几组？怎样设计的？
(2)将R型活细菌与加热致死的S型细菌混合注射到小鼠体内后，从死亡小鼠中只分离出了S型活细菌吗？
提示：(1)有。对照组是第一至第三组，分别向健康小鼠体内注射R型活细菌、S型活细菌、加热致死的S型细菌。第四组是实验组，向健康小鼠体内注射R型活细菌和加热致死的S型细菌的混合液。
(2)分离出的细菌既有S型活细菌，又有R型活细菌。
2．根据对艾弗里体外转化实验的理解，回答以下问题：
(1)艾弗里实验的单一变量是什么？将可能作为“转化因子”的各种物质，分别进行实验的设计意图是什么？
(2)第一组实验中，将细胞提取物加入有R型活细菌的培养基中，所有的R型细菌全部转化为了S型细菌吗？
(3)艾弗里等人在S型细菌的提取物中，分别加入蛋白酶、RNA酶和酯酶，利用了酶的什么特点？分别起到了什么作用？
(4)实验中设计了在S型细菌的细胞提取物与R型细菌中加入DNA酶混合培养，设计该组实验的目的是什么？
(5)R型细菌转化为S型细菌的遗传物质、原料、能量分别由哪方提供？
提示：(1)实验的单一变量是向R型细菌培养基中加入从S型细菌提取的不同物质。进行相互对照，可对实验结果进行对比分析，得出结论，同时可避免其他物质的干扰。
(2)没有，培养基中绝大多数是R型细菌，因转化效率很低，只有少数R型细菌转化为S型细菌。
(3)利用了酶的专一性。分别去除S型细菌提取物中的蛋白质、RNA和脂质。
(4)DNA酶将DNA水解为脱氧核苷酸，分解后的产物不能使R型细菌转化为S型细菌，说明DNA必须保持完整性，才能行使其功能。同时证明了DNA是遗传物质。
(5)实现转化时遗传物质来自S型细菌，原料和能量均来自R型细菌。
归|纳|提|升
1．易错归纳
(1)肺炎链球菌转化实验的实质是S型细菌的DNA片段整合到了R型细菌的DNA中，进而在R型细菌中指导合成了S型细菌的一些物质，使R型细菌转化成了S型细菌。
(2)一般情况下，转化率很低，只有极少数R型细菌被S型细菌的DNA侵入并发生转化，培养基中(或小鼠体内)的大量S型细菌大多是由转化后的S型细菌繁殖而来的。
2．加热的作用原理
(1)加热会使蛋白质变性失活，这种失活是不可逆的。由于蛋白质失活，酶等生命体系失去其相应功能，细菌死亡。
(2)加热时，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，进而恢复活性。
典例1 在肺炎链球菌感染小鼠的实验中，下列有关实验结果的叙述，错误的是( C )
A．注射R型活细菌后，小鼠不死亡
B．注射S型活细菌后，小鼠死亡，从小鼠体内能分离出活的S型细菌
C．注射R型活细菌及加热处理的S型细菌后，小鼠死亡，从小鼠体内只能分离出活的S型细菌
D．注射S型活细菌及加热处理的R型细菌后，小鼠死亡，从小鼠体内能分离出活的S型细菌
解析： 注射R型活细菌及加热处理的S型细菌，S型细菌的DNA使无致病性的R型细菌转化为有致病性的S型细菌，使小鼠死亡，从小鼠体内既能分离出活的S型细菌又能分离出活的R型细菌，C错误。
变式训练 艾弗里及其同事用R型和S型肺炎链球菌进行了实验，如表所示。下列说法错误的是( D )
实验组号 接种菌型 加入物质
① R型 S型细菌的细胞提取物 —
② R型 蛋白酶
③ R型 RNA酶
④ R型 酯酶
⑤ R型 DNA酶
A．①～④均会出现S型活细菌
B．②③④⑤利用了酶的专一性
C．实验设计严格遵循了单一变量原则
D．通过本实验说明DNA是主要的遗传物质
解析： ①～④的S型细菌的细胞提取物中均含有DNA，与R型活细菌混合培养后会出现S型活细菌，A正确；本实验利用了酶的专一性，用不同的酶进行处理，严格遵循了单一变量原则，B、C正确；本实验只能说明DNA是遗传物质，而不能说明DNA是主要的遗传物质，D错误。
二、噬菌体侵染细菌的实验
基础知识·双基夯实
1．实验者：_赫尔希和蔡斯__。
2．实验方法：_放射性同位素标记__技术。
3．实验材料：T2噬菌体和大肠杆菌
(1)T2噬菌体的模式图
(2)T2噬菌体的增殖
①合成T2噬菌体的DNA的模板：进入大肠杆菌体内的T2噬菌体的遗传物质。
②合成T2噬菌体的DNA的原料：大肠杆菌提供的4种脱氧核苷酸。
③合成T2噬菌体的蛋白质的原料：大肠杆菌的氨基酸，场所：大肠杆菌的核糖体。
4．实验过程
(1)标记T2噬菌体
(2)侵染细菌
5．实验分析
(1)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。
(2)子代噬菌体的各种性状是通过_亲代的DNA__遗传的。
6．实验结论：_DNA__才是噬菌体的遗传物质。
活|学|巧|练
1．赫尔希和蔡斯用35S和32P分别标记T2噬菌体的蛋白质和DNA，证明了DNA是噬菌体的遗传物质。( √ )
2．噬菌体须在活菌中增殖是因其缺乏独立的代谢系统。( √ )
3．噬菌体侵染细菌的实验获得成功的原因之一是T2噬菌体只将DNA注入大肠杆菌细胞中。( √ )
4．噬菌体侵染细菌的实验证明了DNA是细菌的遗传物质。( × )
合|作|探|究
阅读教材P44～46噬菌体侵染细菌的实验，思考并回答以下问题：
1．实验中为什么用35S标记T2噬菌体的蛋白质，32P标记T2噬菌体的DNA？能否直接用含35S和32P的培养基培养噬菌体，为什么？
提示：T2噬菌体由蛋白质和DNA组成，S只存在于蛋白质中，而P几乎都存在于DNA分子中，所以用35S标记蛋白质，32P标记DNA，这样可将蛋白质和DNA分开，单独研究它们各自的作用。不能，因为T2噬菌体无细胞结构，其体内缺少完整的独立生活的酶系统，专营寄生生活，其在普通培养基上无法生存。
2．大肠杆菌裂解释放出的噬菌体中不能检测到35S的蛋白质，那么蛋白质外壳来源于哪里？
提示：蛋白质外壳是以大肠杆菌的氨基酸为原料合成的。
3．在T2噬菌体侵染大肠杆菌实验中需经过短时间保温后，再搅拌、离心、检测放射性，如果保温时间较长对32P标记的噬菌体侵染细菌的结果有什么影响？
提示：如果保温时间较长，已被T2噬菌体侵染的大肠杆菌会裂解释放出子代噬菌体，导致上清液中也出现较高放射性。
4．实验中，搅拌的目的是什么，如果搅拌不充分，会影响哪组实验结果？
提示：实验中搅拌的目的是使吸附在细菌上的噬菌体蛋白质外壳与细菌分离，如果搅拌不充分，35S标记的噬菌体的蛋白质外壳会附着在菌体上，与菌体一起到沉淀物中，从而导致沉淀物中有较强的放射性，会影响到35S标记的噬菌体的实验结果。
归|纳|提|升
1．噬菌体侵染细菌实验的两个关键环节——“保温”与“搅拌”
(1)保温时间要合适——若保温时间过短或过长会使32P组的上清液中放射性偏高，原因是部分噬菌体未侵染细菌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组部分噬菌体与大肠杆菌没有分离，噬菌体与细菌共存于沉淀物中，这样会造成沉淀物中放射性偏高。
2．噬菌体侵染细菌的实验中应注意的问题
(1)病毒营寄生生活，T2噬菌体只能侵染大肠杆菌，而不能侵染其他细菌。
(2)标记噬菌体时应先标记细菌，用噬菌体侵染被标记的细菌，这样来标记噬菌体。因为噬菌体是没有细胞结构的病毒，必须依赖活细胞生存。
(3)三次涉及大肠杆菌
3．使用不同元素标记后子代放射性有无的判断
典例2 (2023·厦门高一月考)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，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标记的是噬菌体的蛋白质外壳，32P标记的是噬菌体的DNA，所以离心后，理论上，b和c中不应具有放射性，A正确；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，经搅拌后与细菌分开，所以若b中含有放射性，则说明是搅拌不充分，培养时间过长或过短不影响放射性的分布，B错误；实验中c含有放射性与③过程中培养时间过长或过短有关，C错误；该实验直接证明了DNA是遗传物质，没有直接证明蛋白质不是遗传物质，D错误。
变式训练 用分别被32P和35S标记的T2噬菌体分别侵染未被标记的细菌，经短时间保温后，用搅拌器搅拌，然后离心，得到上清液和沉淀物，检测上清液和沉淀物中的放射性。据图判断下列叙述错误的是( B )
图1
图2
A．32P和35S标记T2噬菌体的位置分别为图1中的①、④
B．32P标记的T2噬菌体，增殖n代后(n>3)子代T2噬菌体大部分带有放射性
C．若图2 C中含有较高放射性，则B中也可能检测到放射性
D．被35S标记的T2噬菌体侵染细菌实验中，搅拌不充分会使沉淀物中出现较低放射性
解析： 32P标记的是噬菌体的DNA，而DNA分子由磷酸、脱氧核糖和碱基组成，其中只有磷酸基团中含有磷元素，因此在图1中标记元素所在部位是①；35S标记的是噬菌体的蛋白质，蛋白质由氨基酸组成，氨基酸中只有R基团中可能存在硫元素，因此在图1中标记元素所在部位是④，A正确；用32P标记T2噬菌体，增殖n代后(n>3)子代T2噬菌体只有少部分带有放射性，B错误；C为沉淀物，若含有较高放射性，说明T2噬菌体被32P标记，可能有少量被32P标记的T2噬菌体DNA未进入细菌中，或者侵染时间过长，部分细菌裂解，T2噬菌体被释放，这部分噬菌体经离心后处于上清液中，使上清液检测到放射性，C正确；被35S标记的T2噬菌体侵染细菌实验中，若搅拌不充分，少部分未与细菌分离的噬菌体蛋白质外壳会随细菌进入沉淀物中，沉淀物中会出现放射性，D正确。
三、生物的遗传物质
基础知识·双基夯实
1．RNA是遗传物质的依据
(1)实验材料
烟草花叶病毒(物质组成为_RNA和蛋白质__)、烟草。
(2)侵染过程
(3)结论：烟草花叶病毒的遗传物质是RNA。
2．不同生物的遗传物质
结论：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。
活|学|巧|练
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．艾弗里的肺炎链球菌转化实验证明了DNA是肺炎链球菌主要的遗传物质。( × )
合|作|探|究
1．分析下列有关遗传物质种类的问题：
(1)人、噬菌体及大肠杆菌的遗传物质分别是_DNA__、_DNA__、_DNA__。
(2)下列所示的生物，其遗传物质的种类是什么？_RNA__。
(3)蚕豆细胞内的遗传物质彻底水解的产物有_6__种，分别是_磷酸、脱氧核糖、4种含氮碱基__。
(4)SARS病毒和噬菌体病毒的核酸在组成上有哪些区别？_五碳糖不同，SARS病毒核酸的五碳糖是核糖，噬菌体核酸的五碳糖是脱氧核糖；碱基种类不同，SARS病毒核酸的碱基有尿嘧啶，没有胸腺嘧啶，而噬菌体核酸的碱基有胸腺嘧啶，没有尿嘧啶__。
2．根据烟草花叶病毒遗传物质的探索，还有哪些简便方法可以确定某种遗传物质是DNA还是RNA
提示：病毒＋DNA酶→检测能否产生子代；病毒＋RNA酶→检测能否产生子代。
归|纳|提|升
1．请总结：探索“遗传物质”的思路和方法
(1)探究思路：探究哪种物质是遗传物质——设法将物质分开，单独看其作用。
(2)三种方法
2．某种物质能否作为遗传物质应具备的条件
(1)能自我复制，使得前后代具有一定的连续性。
(2)能够指导蛋白质的合成，从而控制生物体的性状和新陈代谢过程。
(3)能储存大量的遗传信息。
(4)结构比较稳定，但是在特殊情况下能发生可遗传变异。
典例3 烟草花叶病毒(TMV)与车前草病毒(HRV)都能感染烟草，这两种病毒的结构如A、B，两种病毒侵染烟草后在叶片上留下的病斑如C、D。下列相关叙述错误的是( B )
A．用E去侵染F时，F的患病症状与D相同
B．F上的病毒蛋白质在F细胞的中心体中合成
C．E病毒子代的各项特性都由HRV的RNA决定
D．本实验可证明RNA是某些病毒的遗传物质
解析： 分析图示，用E去侵染F时，F的患病症状与D相同，A正确；F上的病毒蛋白质在F细胞的核糖体中合成，B错误；E病毒的遗传物质来自HRV，因此子代的各项特性都由HRV的RNA决定，C正确；本实验可证明RNA是某些病毒的遗传物质，D正确。
变式训练 烟草花叶病毒(TMV)和车前草病毒(HRV)都能感染烟叶，但二者引起的病斑不同，如图甲。将TMV的遗传物质和蛋白质分离，并分别单独感染健康烟叶，结果如图乙。科学家将不同病毒的遗传物质与蛋白质重新组合形成“杂种病毒”，然后感染健康烟叶，如图丙。依据实验，下列推论合理的是( C )
A．图甲实验结果说明病毒的蛋白质外壳能感染烟叶
B．图乙实验结果说明TMV的蛋白质外壳能感染烟叶
C．图丙实验结果是烟叶被感染，并且出现b病斑
D．杂种病毒产生的子代具有TMV的蛋白质外壳
解析： 图甲实验结果不能说明病毒的蛋白质外壳能感染烟叶，A错误；图乙过程中用TMV的蛋白质外壳感染烟叶，烟叶没有出现病斑，说明TMV的蛋白质外壳不能感染烟叶，B错误；图丙表示用TMV的蛋白质外壳和HRV的遗传物质组合成的“杂种病毒”感染烟叶，结果是烟叶被感染，出现b病斑，C正确；杂种病毒中含有HRV的遗传物质，故其产生的子代为HRV，D错误。
生物的遗传物质不同
生物 细胞生物 非细胞生物
类型 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
典例4 (2023·福建莆田一中期末)下列关于生物体内遗传物质的说法，正确的是( D )
A．细菌的遗传物质主要是DNA
B．细胞核内的遗传物质是DNA，细胞质内的遗传物质是RNA
C．具有细胞结构的生物的遗传物质是DNA，病毒的遗传物质是RNA
D．生物的遗传物质是RNA或DNA
解析： 细菌为原核生物，其遗传物质是DNA，A错误；细胞核和细胞质内的遗传物质都是DNA，B错误；具有细胞结构的生物的遗传物质都是DNA，病毒的遗传物质是RNA或DNA，C错误；生物的遗传物质主要是DNA，也可以说，生物的遗传物质是RNA或DNA，D正确。
1．肺炎链球菌的转化实验中，发生转化的细菌和含转化因子的细菌分别是( A )
A．R型细菌和S型细菌
B．R型细菌和R型细菌
C．S型细菌和S型细菌
D．S型细菌和R型细菌
解析： 肺炎链球菌转化实验证明失去活性的S型细菌含有某种转化因子，它能使R型活细菌转化为S型细菌。
2．赫尔希和蔡斯分别用35S和32P标记T2噬菌体的蛋白质和DNA，下列被标记的部分组合是( A )
A．①②　 B．①③　
C．①④　 D．③④
解析： 组成噬菌体蛋白质的基本单位是氨基酸，仅蛋白质分子R基中含有S，而P是噬菌体DNA组成成分磷酸的构成元素，对照图解标号，被标记的部分应分别为①②。
3．(2023·安徽高二期末)人类对遗传物质本质的探索经历了漫长的过程，噬菌体侵染细菌的实验是利用放射性同位素标记技术完成的具有说服力的实验，如图为T2噬菌体侵染细菌实验部分过程。下列叙述错误的是( A )
A．搅拌的目的是使T2噬菌体DNA与细菌分离
B．本实验中标记T2噬菌体的是32P，而不是35S
C．T2噬菌体注入宿主细胞内的物质是DNA
D．细菌裂解后新形成的子代噬菌体部分有放射性
解析： 搅拌的目的是使吸附在细菌上的T2噬菌体与细菌分离，A错误。
学|霸|记|忆
1．S型肺炎链球菌有荚膜，有致病性；R型肺炎链球菌无荚膜，无致病性。
2．在肺炎链球菌体外转化实验中，DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质，即转化因子是DNA。
3．T2噬菌体由蛋白质和DNA组成，S存在于蛋白质中，P几乎都存在于DNA中。
4．肺炎链球菌体外转化实验和噬菌体侵染细菌实验分别证明了DNA是遗传物质。
5．烟草花叶病毒的遗传物质是RNA。
6．DNA是主要的遗传物质是因为绝大多数生物的遗传物质是DNA。第3节　DNA的复制
课标要求
1．概述DNA复制方式的假说及实验依据。
2．掌握DNA复制的过程。
3．归纳DNA复制的相关计算规律。
核心素养
1．通过DNA的复制，认同生命的延续与发展观；理解遗传信息，认同DNA的遗传物质观。(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半保留复制。(科学探究)
一、对DNA复制的推测及DNA半保留复制的实验证据
基础知识·双基夯实
1．对DNA复制的推测
(1)半保留复制
Ⅰ.提出者：_沃森和克里克__。
Ⅱ.假说：
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。
Ⅲ.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)全保留复制
DNA复制以DNA双链为模板，子代DNA的双链都是新合成的。一个DNA分子复制的结果是得到一个_子代DNA____，一个_亲代DNA__。
2．DNA半保留复制的实验证据
实验方法：_同位素标记__技术和离心技术。
活|学|巧|练
1．沃森和克里克以大肠杆菌为材料，运用同位素标记技术证明DNA复制方式是半保留复制。( × )
2．证明DNA为半保留复制的研究过程中运用了假说—演绎法。( √ )
合|作|探|究
阅读教材P54思考·讨论内容，思考并回答以下问题：
1．实验假设：DNA以_半保留__的方式复制。
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的密度_居中__。
3．实验过程：
用含有_15NH4Cl__的培养液培养大肠杆菌，标记大肠杆菌的DNA→将大肠杆菌转移到含有_14NH4Cl__的培养液中→不同时刻收集大肠杆菌并提取_DNA__，将提取的DNA进行离心处理。
4．演绎推理：假设DNA复制方式是半保留复制，预期实验结果。
(1)立即取出，提取DNA，离心，获得_15N/15N－DNA__。
(2)繁殖一代，提取DNA，离心，获得_15N/14N－DNA__。
(3)繁殖二代，提取DNA，离心，获得_15N/14N－DNA和14N/14N－DNA__。
5．实验结果：
(1)提取亲代DNA→离心→位置靠近试管_底部__。
(2)繁殖一代后，提取DNA→离心→位置_居中__。
(3)繁殖二代后，提取DNA→离心→1/2位置_居中__,1/2位置_更靠上__。
6．实验结论：
实验结果和假设DNA复制方式是半保留复制的预期结果一致，说明DNA的复制是以_半保留__的方式进行的。
7．若将培养后第三代大肠杆菌的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_0∶2∶6__。
8．假设DNA复制方式是全保留复制，预期实验结果：
(1)立即取出，提取DNA，离心，获得15N/15N－DNA。
(2)繁殖一代，提取DNA，离心，获得_15N/15N－DNA和14N/14N－DNA__。
(3)繁殖二代，提取DNA，离心，获得_15N/15N－DNA和14N/14N－DNA__。
归|纳|提|升
假说—演绎法分析DNA半保留复制的实验
(1)假说：DNA的复制是半保留复制。
(2)演绎推理
(3)实验结果
(4)实验结论：DNA的复制方式为半保留复制。
典例1 如图所示是研究DNA复制方式的实验，根据这些实验结果进行的推论，正确的是( B )
菌种：大肠杆菌
培养条件与方法：
(1)在含15NH4Cl的培养基中培养若干代，使DNA均被15N标记(甲图)；
(2)转至含14NH4Cl的培养基中培养，每30分钟繁殖一代；
(3)取出每代DNA样本，并离心。
①丙是转入含14NH4Cl培养基中繁殖一代的结果　②乙是转入含14NH4Cl培养基中繁殖二代的结果　③出现丁的结果至少需要60分钟　④戊图表示复制三代后不再具有15N标记的DNA
A．①④　 B．①③　
C．②③　 D．①②③
解析： 由于DNA分子是半保留复制，而丙中全为中带，所以丙是转入14NH4Cl培养基中复制一代的结果，①正确；乙中是重带、中带，而DNA分子是半保留复制，所以复制后不可能有全重带的DNA存在，②错误；丁中是中带、轻带，说明DNA已复制两次，而复制一次需要30分钟，所以出现丁的结果至少需要60分钟，③正确；戊中全为轻带，表示不具有15N标记的DNA，而DNA分子是半保留复制，15N标记的DNA一直存在，④错误。综上所述，B正确。
变式训练 (2023·重庆十九中月考)DNA的复制方式可能是半保留复制、全保留复制、分散复制。如图为科学家采用同位素标记技术，利用大肠杆菌探究DNA的复制方式，下列叙述正确的是( D )
A．比较试管①和②的结果即可证明DNA复制为半保留复制
B．若DNA为半保留复制方式，则试管③中有轻带和重带两条带，宽度比例为1∶1
C．可用噬菌体代替大肠杆菌进行该实验，且提取DNA更方便
D．大肠杆菌在含有15NH4Cl的培养液中生长若干代，大肠杆菌DNA的双链可能都含有15N
解析： 比较试管①和②的结果，试管中DNA带分别为重带和中带，半保留复制和分散复制，子一代DNA带都是中带，所以不能证明DNA复制为半保留复制，A错误；若DNA为半保留复制方式，则试管②DNA带为中带，试管③中DNA带应有轻带和中带两条带，B错误；噬菌体是病毒，没有细胞结构，不能在培养液中独立生活和繁殖，因而不能代替大肠杆菌进行实验，C错误；蛋白质和核酸等物质都含有N，所以大肠杆菌在含有15NH4Cl的培养液中生长若干代，大肠杆菌的DNA的双链可能都含有15N，D正确。
二、DNA复制的过程
基础知识·双基夯实
1．概念：以_亲代DNA__为模板合成_子代DNA__的过程。
2．发生时间：细胞分裂前的_间期__(在真核生物中)。
3．场所
(1)真核生物：主要在_细胞核__内，_线粒体__和_叶绿体__内也可以进行。
(2)原核生物：主要在_拟核__。
(3)DNA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
(1)DNA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，从而保持了_遗传信息__的_连续性__。
活|学|巧|练
1．DNA复制时新合成的两条链碱基排列顺序相同。( × )
2．DNA双螺旋结构全部解旋后，开始DNA的复制。( × )
3．单个脱氧核苷酸在DNA酶的作用下连接合成新的子链。( × )
4．解旋酶和DNA聚合酶的作用部位均为氢键。( × )
合|作|探|究
如图为真核细胞DNA复制过程的模式图，据图回答相关问题：
1．据图可知，DNA聚合酶使两条子链从_5′__－端到_3′__－端进行合成。
2．合成的两条子链间碱基排列顺序是_互补__的。
3．DNA复制过程中，解旋酶的作用是_将DNA双螺旋的两条链解开__；DNA聚合酶的作用是_将单个的脱氧核苷酸连接到3′－端__。
4．如果将DNA分子的两条链用15N标记，转移到含14N的培养基中培养，复制2次后，含15N的DNA、含14N的DNA、含15N的DNA单链、含14N的DNA单链各是多少？
提示：含15N的DNA有2个，含14N的DNA有4个，含15N的DNA单链有2条，含14N的DNA单链有6条。
5．DNA分子复制具有准确性，那么在任何情况下，DNA分子复制产生的子代DNA分子与亲代DNA分子都完全相同吗？为什么？
提示：不一定。DNA分子复制时，会受到各种因素的干扰，碱基序列可能会发生改变，从而使子代DNA分子与亲代DNA分子碱基序列不同，导致遗传信息发生改变。
归|纳|提|升
DNA复制的起点和方向
(1)原核生物：单起点双向复制
(2)真核生物：多起点双向复制
在复制速率相同的前提下，图中DNA是从其最右边开始复制的，这种复制方式提高了DNA复制的效率。
典例2 下图为某真核细胞中DNA复制过程的模式图，下列叙述正确的是( B )
A．DNA分子在酶①的作用下水解成脱氧核苷酸，酶②催化碱基对之间的连接
B．在复制过程中解旋和复制是同时进行的
C．解旋酶能使双链DNA解开，并且不需要消耗ATP
D．两条新的子链通过氢键形成一个新的DNA分子
解析： 酶①是解旋酶作用于氢键，酶②是DNA聚合酶催化脱氧核苷酸的连接，A项错误；解旋酶能使双链DNA解开，并且需要消耗ATP提供能量，C项错误；新的子链与母链通过氢键形成一个新的DNA分子，D项错误。
变式训练 (2023·河南郑州期末)下图为DNA复制过程示意图，下列有关叙述正确的是( D )
A．根尖细胞中，DNA复制过程都发生于细胞核内
B．该过程以4种核糖核苷酸为原料
C．酶1可使磷酸二酯键断开，酶2可催化磷酸二酯键的形成
D．a链与c链的碱基序列相同
解析： DNA复制主要在细胞核中进行，此外在根尖细胞的线粒体中也能进行，A错误；该过程表示DNA分子的复制，以4种脱氧核糖核苷酸为原料，B错误；酶1表示的是解旋酶，解旋酶的作用是使氢键断裂，酶2表示DNA聚合酶，可催化磷酸二酯键的形成，C错误；DNA分子中两条链反向平行盘旋成双螺旋结构，根据碱基互补配对原则，a链和c链均与d链碱基互补，因此a链与c链的碱基序列相同，D正确。
假设将一个全部被15N标记的双链DNA分子(亲代)转移到含14N的培养液中培养n代，结果如下：
从图中可以得到如下规律：
(1)DNA分子数
①子n代DNA分子总数为2n个。
②含15N的DNA分子数为2个。
③含14N的DNA分子数为2n个。
④只含15N的DNA分子数为0个。
⑤只含14N的DNA分子数为(2n－2)个。
(2)脱氧核苷酸链数
①子代DNA中脱氧核苷酸链数＝2n＋1条。
②亲代脱氧核苷酸链数＝2条。
③新合成的脱氧核苷酸链数＝(2n＋1－2)条。
(3)消耗的脱氧核苷酸数
①若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，经过n次复制需消耗游离的该脱氧核苷酸数为m·(2n－1)个。
②若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，在第n次复制时，需消耗游离的该脱氧核苷酸数为m·2n－1个。
典例3 某未被32P标记的DNA分子含有1 000个碱基对，其中鸟嘌呤300个，将该DNA分子置于含32P的培养基中连续复制3次。下列有关叙述错误的是( C )
A．所有子代DNA分子都含32P
B．含32P的子代DNA分子中，可能只有一条链含32P
C．第三次复制过程中需要消耗腺嘌呤脱氧核苷酸4 900个
D．子代DNA分子中不含32P的脱氧核苷酸链占总链数的1/8
解析： 一个DNA分子中含有腺嘌呤数＝1 000－300＝700(个)，则第三次复制过程中需要消耗腺嘌呤脱氧核苷酸数＝700×(23－22)＝2 800(个)，C错误。
1．下列有关探究DNA复制过程的叙述，不正确的是( C )
A．本实验利用了同位素标记法
B．细胞有丝分裂一次意味着DNA复制一次
C．密度梯度离心后，DNA在试管中的位置与相对分子质量无关
D．本实验结果说明了DNA具有半保留复制的特点
解析： 探究DNA复制的实验是利用同位素15N标记亲代细胞的DNA，使其在含14N的培养液中连续分裂两次(在分裂前的间期DNA都复制一次)，分别取分裂一次和分裂两次的细胞DNA，进行密度梯度离心，DNA在试管中的位置取决于DNA分子所含同位素的情况，即相对分子质量的大小；实验结果说明了DNA具有半保留复制的特点。
2．细菌在含有15N的培养基中繁殖数代后，使细菌DNA的含氮碱基皆含有15N，然后再移入含有14N的培养基中培养，提取其子代的DNA经密度梯度离心后，可能出现如图①～⑤的结果，下列叙述错误的是( A )
A．第一次分裂的子代DNA应为⑤
B．第二次分裂的子代DNA应为①
C．第三次分裂的子代DNA应为③
D．亲代的DNA应为⑤
解析： 亲代是被15N标记的双链DNA(15N/15N－DNA)，分布于试管底部，经第一次复制所形成的子代DNA中均有一条被15N标记的母链，有一条被14N标记的子链(15N/14N－DNA)，分布于试管中部，应如题图②所示。
3．一个被15N标记的DNA分子，以含14N的4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，含15N的脱氧核苷酸链只有2条，则其占全部脱氧核苷酸链的比例是2/16＝1/8，D项正确。
学|霸|记|忆
1．半保留复制是指新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链。
2．全保留复制是指DNA复制以DNA双链为模板，子代DNA的双链都是新合成的。
3．DNA复制的条件有DNA模板、4种脱氧核苷酸为原料以及酶和能量。
4．解旋是指在细胞提供的能量的驱动下，解旋酶将DNA双螺旋的两条链解开的过程。
5．DNA复制的方向是5′－端→3′－端。
6．DNA复制的特点是边解旋边复制和半保留复制。
7．保证DNA复制能够准确进行的原因是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地进行。
8．DNA复制的意义：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。第4节　基因通常是有遗传效应的DNA片段
课标要求
举例说明基因是核酸的功能片段。说明基因和遗传信息的关系。
核心素养
1．举例说出DNA与基因、遗传信息间的关系。(生命观念、科学思维)
2．举例说出基因通常是有遗传效应的DNA片段。(生命观念、科学思维)
3．理解基因多样性和特异性的原因。(生命观念、科学思维)
一、说明基因与DNA关系的实例
基础知识·双基夯实
说明基因与DNA关系的实例
(1)教材“思考·讨论”中资料1和3说明基因中的碱基数目只是DNA分子碱基总数的一部分，可推测每个DNA分子上有_许多__个基因，只有_部分__碱基参与基因的组成，结论是基因是_特定的DNA__片段。
(2)教材“思考·讨论”资料2中绿色荧光与基因有关，且基因具有一定的独立性，可推测基因能控制生物体的_性状__，结论是基因具有特定的_遗传效应__。
由上述材料可知：基因通常是有遗传效应的DNA片段。
活|学|巧|练
1．基因是DNA上任意的一个片段。( × )
2．基因是DNA上有一定功能的，具有特异性排列顺序的一段脱氧核苷酸序列。( √ )
3．基因和DNA是同一概念。( × )
4．人体基因全部位于染色体上。( × )
合|作|探|究
下图甲表示果蝇某一条染色体上的几个基因，图乙表示物质或结构的从属关系，请分析回答下列问题。
1．图甲体现了基因与染色体有什么关系？基因都在染色体上吗？
提示：①基因在染色体上呈线性排列；②一条染色体上含有多个基因；③染色体是基因的载体。不是，真核生物的核基因位于染色体上，质基因位于叶绿体或线粒体中，原核生物的基因位于拟核或质粒中，病毒的基因位于核酸分子中。
2．一条染色体上有几个DNA分子？一个DNA分子中有很多个基因，这些基因是不是连续排列的？
提示：一条染色体上有1个或2个DNA分子。一个DNA分子中的基因不一定是连续排列的。
3．图乙中表示染色体、基因、DNA、脱氧核苷酸之间的关系，则a、b、c、d分别是什么？
提示：a为染色体，b为DNA，c为基因，d为脱氧核苷酸。
归|纳|提|升
1．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。
2．基因与染色体、DNA、脱氧核苷酸之间的关系
(1)图解
(2)范围大小
典例1 果蝇的体细胞有8条染色体，携带有1万个以上的基因。这一事实说明( C )
A．基因通常是DNA上有遗传效应的片段
B．基因即染色体
C．1条染色体上有许多个基因
D．基因只存在于染色体上
解析： 8条染色体上含有1万多个基因，说明1条染色体上含有许多个基因；基因不只存在于染色体上，线粒体内的基因就不在染色体上。
变式训练 (2023·河北高一期末)如图表示脱氧核苷酸、基因、DNA和染色体间的关系。下列有关叙述错误的是( C )
A．d是脱氧核苷酸，其种类取决于c的种类
B．基因通常是具有遗传效应的f片段
C．e含有的碱基总数等于f的碱基总数
D．基因的主要载体是染色体
解析： 图中c为含氮碱基，d为脱氧核苷酸，根据含氮碱基不同，可将脱氧核苷酸分为4种，A正确；基因(e)是有遗传效应的DNA(f)片段，故基因含有的碱基总数小于f的碱基总数，B正确，C错误；基因的主要载体是染色体，并在其上呈线性排列，D正确。
二、DNA片段中的遗传信息
基础知识·双基夯实
1．遗传信息：遗传信息是指基因中的脱氧核苷酸的排列顺序。不同基因的脱氧核苷酸的排列顺序不同，含有的遗传信息不同。
2．DNA分子的多样性和特异性
(1)多样性：DNA分子中共有_4__种类型的碱基，但是碱基对的_数目__却可以成千上万，形成的碱基对的_排列顺序__也可以千变万化，若某个DNA分子具有n个碱基对，则DNA分子可有_4n__种组合方式，从而构成了DNA分子的多样性。
(2)特异性：每个特定的DNA分子都有特定的_碱基排列__顺序，构成了DNA分子的特异性。
3．生物体多样性和特异性与DNA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。
4．基因的本质：基因通常是 有遗传效应　的_DNA__片段。
活|学|巧|练
1．DNA的遗传信息蕴藏在4种碱基的排列顺序中。( √ )
2．基因A和基因a的根本区别是这两种基因所含的脱氧核苷酸的种类不同。( × )
3．DNA的多样性是指一个DNA分子上有许多个基因。( × )
合|作|探|究
资料1　1个DNA分子的基本骨架是由脱氧核糖和磷酸交替连接而成的，从头至尾没有变化，而骨架内侧4种碱基的排列顺序却是可变的。如果1个碱基对组成1个基因，4种碱基对的排列可能形成4种基因(这仅仅是假设)；如果2个碱基对组成1个基因，4种碱基对的排列可能形成16(即4×4)种基因；如果3个碱基对组成1个基因，4种碱基对的排列可能形成64(即4×4×4)种基因。
资料2　央视“每周质量报告”曾播出“假羊肉真相”。餐桌上热气腾腾的涮羊肉可能是用其他肉品加工而成的，而且还添加了严禁使用的亚硝酸盐等非食用物质，如果亚硝酸盐在人们的体内积蓄到一定的含量，就可能致癌、致畸、中毒，甚至导致死亡。
请结合上述资料讨论解决下列问题。
(1)假设有4 000个碱基组成一个DNA分子，其碱基对可能的排列方式有多少种？牛体内控制编码胰岛素的基因由306个碱基组成，其碱基对可能的排列方式有多少种？由此说明什么问题？
(2)有人认为基因就是碱基对随机排列形成的DNA片段，你认同这个观点吗？
(3)在同一草场，牛和羊虽吃同样的草料，但牛肉和羊肉的味道却不同，其根本原因是什么？不法商人往往用鸭肉冒充牛羊肉，检测机构如何鉴别鸭源性成分？
(4)如何理解DNA的多样性和特异性是生物多样性和特异性的物质基础？
提示：(1)4 000个碱基组成2 000个碱基对，每个碱基对都可以随机排列，因此有42000种。牛体内控制编码胰岛素的基因由306个碱基组成，但其碱基对的排列方式是唯一的，如果改变了，就不是牛胰岛素基因了。由此说明DNA(基因)既有多样性又有特异性。
(2)不认同。有些碱基对形成的片段具有遗传效应，有些则没有遗传效应，只有具有遗传效应的DNA片段才是基因。
(3)DNA(基因)不同，控制合成的蛋白质不同。检测机构可以利用基因检测鉴别鸭源性成分。
(4)蛋白质的多样性和特异性是生物多样性和特异性的直接原因，DNA的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的根本原因，基因通常是具有遗传效应的DNA片段，基因控制蛋白质的合成，所以说DNA的多样性和特异性是生物多样性和特异性的物质基础。
归|纳|提|升
基因的多样性和特异性
(1)多样性：基因中碱基对的排列顺序千变万化决定了DNA的多样性。
(2)特异性：每个特定的基因都有特定的碱基排列顺序，即基因的特异性。
典例2 决定DNA分子的多样性和特异性的是( D )
A．脱氧核苷酸链上磷酸和脱氧核糖的排列特点
B．嘌呤总数与嘧啶总数的比值
C．碱基互补配对原则
D．碱基排列顺序
解析： DNA分子的多样性主要表现为碱基排列顺序的千变万化，A、D错误；特异性主要表现为每个特定的DNA分子的碱基都有特定的排列顺序，B错误。
变式训练 下列关于基因的叙述，正确的是( C )
A．DNA上任意一个片段都是基因
B．人体细胞中染色体是基因的唯一载体
C．等位基因的根本区别是脱氧核苷酸的排列顺序不同
D．基因的多样性决定了DNA的多样性
解析： 基因通常是有遗传效应的DNA片段，而不是DNA上任意一个片段；人体细胞中染色体是基因的主要载体，线粒体中也分布着基因；构成基因的基本单位是脱氧核苷酸，等位基因的根本区别是脱氧核苷酸的排列顺序不同；基因的多样性与DNA的多样性均与脱氧核苷酸的数量和排列顺序有关。
生物多样性与DNA多样性的关系
DNA(基因)多样性蛋白质多样性生物多样性
(1)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。
(2)生物体的多样性和特异性是DNA多样性和特异性的客观体现。
典例3 下列有关DNA多样性的叙述，正确的是( C )
A．DNA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的多样性是指一个DNA分子上有许多个基因
解析： DNA的多样性是指DNA分子中碱基排列顺序的千变万化，A、D错误；含有200个碱基的DNA分子中，碱基对可能的排列方式有4100种，B错误。
1．下列关于DNA、染色体、基因之间的叙述，不正确的是( D )
A．每条染色体上有一个DNA分子，经复制后每条染色单体上有一个DNA分子
B．每个DNA分子上有许多基因，基因通常是有遗传效应的DNA片段
C．基因在染色体上呈线性排列
D．基因在DNA分子双链上成对存在
解析： 基因是DNA分子双链上的片段，在一个DNA分子上不会成对存在。
2．下列关于遗传信息的说法，不正确的是( D )
A．基因中脱氧核苷酸的排列顺序代表遗传信息
B．遗传信息主要是通过染色体上的基因传递的
C．生物体内的遗传信息主要储存在DNA上
D．遗传信息即生物表现出来的性状
解析： 遗传信息是基因中脱氧核苷酸的排列顺序。
3．科学研究发现，小鼠体内HMGIC基因与肥胖直接相关。给具有HMGIC基因缺陷的实验组小鼠与作为对照组的正常小鼠喂食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基因缺陷的实验组小鼠体重仍然保持正常，这说明( 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： 该实验说明肥胖由基因控制，从而说明基因能够控制生物体性状，具有遗传效应。
学|霸|记|忆
1．基因通常是有遗传效应的DNA片段，对于RNA病毒而言，基因是有遗传效应的RNA片段。
2．遗传信息是指基因中的脱氧核苷酸的排列顺序或碱基的排列顺序。
3．DNA的多样性：DNA中共有4种类型的碱基，但是碱基对的数目却可以成千上万，形成的碱基对的排列顺序也可以千变万化，若某个DNA分子具有n个碱基对，则该DNA分子可有4n种组合方式，从而构成了DNA的多样性。
4．DNA的特异性：每个特定的DNA分子都有特定的碱基排列顺序，都储存着特定的遗传信息。

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