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第3章 基因的本质
解读章首图文
培养学习志向·勇担社会责任
章引言按照科学史的顺序：“自从摩尔根提出基因的染色体理论以后，基因在人们的认识中不再是抽象的‘因子’，而是存在于染色体上的一个个单位。”对第1章和第2章知识的逻辑顺序进行了回顾和确认，但又不止步于这两章中科学家的认知水平，而是提出了新的研究问题：“但是基因到底是什么呢？”体现了科学一直在发展的认知观和人类不断追求科学真理的价值观。要解决基因到底是什么的问题，引言首先顺其自然地展示了摩尔根的假设：“我们仍然很难放弃这个可爱的假设：就是基因之所以稳定，是因为它代表着一个有机的化学实体。”摩尔根的假设是否成立，当然需要进行探究，而这恰恰是本章将要学习的内容。因此通过本章的探究学习，这些“谜团”就会迎刃而解。
章首页的小诗，抽象和概括了“基因是什么”的研究结果和历程，展现了科学之美、生命之谜，揭示了怀疑、争论、合作对于科学发展的重要意义，激发我们进一步学习的欲望和深入探究的兴趣。章题图是一幅组合图。图的左侧是1953年沃森和克里克在《自然》杂志上发表的构建DNA双螺旋结构模型的论文页面，该论文在生物学的发展中具有里程碑式的意义。而且，教材在第2节“思考·讨论”中呼应了这篇论文，因此，这篇划时代的论文会引起我们阅读的兴趣。与论文图搭配的是一幅DNA结构模式图，这幅图从右侧的一个细胞开始，逐步放大细节，从细胞核到染色体，再到蛋白质和DNA结合形成的核小体，直至DNA双螺旋结构，从整体到局部呈现了染色体和DNA的结构，既表达出遗传物质的结构基础，也带给我们强烈的视觉冲击。现在就让我们带着浓厚的兴趣，进入本章的学习吧。
理清本章架构
初识概念体系·具备系统思维
第1节　DNA是主要的遗传物质
学有目标——课标要求必明 记在平时——核心语句必背
1.阐明DNA是主要的遗传物质的探索过程。2.说明DNA是主要的遗传物质。3.说明自变量控制中的“加法原理”和“减法原理”。4.认同人类对遗传物质的认识是不断深化、不断完善的过程，认同实验技术在证明DNA是遗传物质中的作用。 1.格里菲思实验的结论：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.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。3.噬菌体侵染细菌的实验证明了DNA才是遗传物质。4.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。
【主干知识梳理】
一、对遗传物质的早期推测
二、肺炎链球菌的转化实验
1．肺炎链球菌的类型
项目 有无多糖类荚膜 菌落特征 有无致病性
S型细菌 有 表面光滑 有
R型细菌 无 表面粗糙 无
2．格里菲思的体内转化实验
(1)过程与现象
(2)实验结论：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。
3．艾弗里的体外转化实验
三、噬菌体侵染细菌的实验
1．实验材料：T2噬菌体。
(1)结构[填图]
(2)生活方式：寄生在大肠杆菌体内。
2．实验方法：放射性同位素标记法。
3．实验过程和现象
4．实验结论：DNA才是噬菌体的遗传物质。
四、DNA是主要的遗传物质
1．烟草花叶病毒侵染烟草的实验
(1)烟草花叶病毒的组成：只含有蛋白质和RNA。
(2)侵染实验
蛋白质—RNA——
(3)实验结论：烟草花叶病毒的遗传物质是RNA。
2．DNA是主要的遗传物质：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。
【教材微点发掘】
1．分析格里菲思的体内转化实验(教材P43图32变式)，回答下列问题：
(1)实验①②对比说明R型细菌无毒，S型细菌有毒。
(2)实验②③对比说明加热致死的S型细菌无毒。
(3)实验②③④对比说明加热致死的S型细菌能使部分R型细菌转化为S型细菌。
(4)综合以上实验得出的结论是S型细菌中含有一种“转化因子”，能使R型细菌转化为S型细菌。
2．如图1为噬菌体侵染细菌的电镜照片，图2表示T2噬菌体侵染细菌过程，结合教材P45相关内容据图回答问题：
(1)噬菌体中DNA和蛋白质共有的元素组成是C、H、O、N，蛋白质特有的元素是S，P几乎全部存在于DNA中。
(2)子代噬菌体物质合成所需要的原料来源于大肠杆菌，但合成的子代噬菌体与亲代噬菌体几乎相同，原因是指导子代噬菌体合成的遗传物质来自亲代噬菌体。
(3)T2噬菌体不能(填“能”或“不能”)在肺炎链球菌体内增殖，原因是T2噬菌体是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒。
教材问题提示
思考·讨论(教材第46页)
1．细菌和病毒作为实验材料，具有以下优点：
(1)细菌个体很小，结构简单，是单细胞生物；病毒无细胞结构，只有核酸和蛋白质外壳。易于观察因遗传物质改变导致的结构和功能的变化。
(2)繁殖快，细菌20～30 min就可繁殖一代，病毒短时间内可大量繁殖。
2．从控制自变量的角度，艾弗里在每个实验组中特异性地去除了一种物质，然后观察在没有这种物质的情况下，实验结果会有什么变化。最大的困难是，如何彻底去除细胞中含有的某种物质(如糖类、脂质、蛋白质等)。
3．艾弗里采用的主要技术手段有细菌的培养技术、物质的提纯和鉴定技术等。赫尔希等人采用的主要技术手段有噬菌体的培养技术、放射性同位素标记技术，以及物质的提取和分离技术等。(学生可能回答出其他技术，但只要回答出上述主要技术即可)
科学成果的取得必须有技术手段作保证，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。
新知探究(一)　肺炎链球菌的转化实验
【拓展·深化】
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
科学家 格里菲思 艾弗里及其同事
细菌培养场所 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 加热致死的S型细菌的细胞提取物及其经酶处理后的作用对照
实验结果 加热致死的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 用加热致死的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 分别用不同的酶处理S型菌细胞提取物的成分，再与R型菌混合培养，然后观察除去相关物质后细胞提取物的功能
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．对S型细菌和R型细菌转化的理解
(1)转化原理：加热致死的S型细菌，其蛋白质变性失活，DNA在加热过程中，双螺旋解开，氢键断裂，但缓慢冷却时，其结构可恢复。
(2)转化实质：S型细菌的DNA片段整合到了R型细菌的DNA中。
(3)一般情况下，转化率很低，形成的S型细菌很少，转化后形成的S型细菌可以遗传下去，快速繁殖形成大量的S型细菌，说明S型细菌的DNA是遗传物质。
[思考·讨论]
(1)格里菲思的体内转化四组实验中哪一组发生了细菌转化？对比之后，你能否得出DNA就是转化因子(遗传物质)的结论？
提示：第四组。不能，只能得出“S型细菌含有能让R型细菌发生转化的转化因子”这一结论。
(2)格里菲思的肺炎链球菌转化实验中，R型活细菌与加热后杀死的S型细菌混合注射到小鼠体内后，从死亡小鼠中是否只分离出S型活细菌？
提示：不是，可以分离出S型活细菌和R型活细菌，且R型活细菌数量较多。
(3)分析艾弗里的体外转化实验：
①艾弗里的体外转化实验中DNA酶、酯酶、RNA酶的作用分别是什么？
提示：DNA酶催化DNA水解，酯酶催化酯水解，RNA酶催化RNA水解。
②在艾弗里体外转化实验中，能够证明DNA是遗传物质的最关键的实验设计思路是什么？
提示：艾弗里的实验思路实际是将S型肺炎链球菌中的细胞提取物分别进行不同的处理，再进行转化实验，单独、直接地观察它们的作用效果。
③实验中导致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：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。
(4)请分析格里菲思的肺炎链球菌转化实验和艾弗里转化实验的关系。
提示：肺炎链球菌的转化实验包括格里菲思和艾弗里的实验，其中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。
【典题·例析】
[例1]　如图表示某生物兴趣小组做的肺炎链球菌的转化实验，下列相关叙述错误的是(　　)
A．DNA酶的作用是水解S型细菌的DNA
B．结果1中S型肺炎链球菌占绝大多数
C．该实验证明DNA是遗传物质
D．结果2中全部为R型肺炎链球菌
[解析]　DNA酶的作用是水解S型细菌中的DNA，使其失去转化活性，A正确；结果1中只有少数R型细菌转化为S型细菌，S型肺炎链球菌占少数，B错误；该实验证明DNA是遗传物质，C正确；S型细菌DNA被水解而失去作用，导致S型细菌无法转化为R型细菌，因此结果2中全部为R型肺炎链球菌，D正确。
[答案]　B
[例2]　某研究人员模拟肺炎链球菌转化实验，进行了以下4个实验：
①R型细菌的DNA＋DNA酶→加入S型细菌→注射入小鼠　②S型细菌的DNA＋DNA酶→加入R型细菌→注射入小鼠　③R型细菌＋DNA酶→高温加热后冷却→加入S型细菌的DNA→注射入小鼠　④S型细菌＋DNA酶→高温加热后冷却→加入R型细菌的DNA→注射入小鼠
以上4个实验中小鼠的情况依次是(　　)
A．存活、存活、存活、死亡
B．死亡、存活、存活、存活
C．死亡、死亡、存活、存活
D．存活、死亡、存活、死亡
[解析]　含有S型细菌的会使小鼠死亡，不含有S型细菌的不会使小鼠死亡。①中含有S型细菌；②中的S型细菌的DNA被DNA酶分解掉，所以只含有R型细菌；③④中经高温加热后R、S型两种细菌均死亡，所以小鼠不死亡。故选B。
[答案]　B
易错提醒—————————————————————————————————
肺炎链球菌转化实验的两个常见认识误区
(1)并非所有的R型细菌都被转化。由于转化受到DNA的纯度、两种细菌的亲缘关系、受体菌的状态等因素的影响，因此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)转化的实质并不是基因发生突变，而是S型细菌的DNA片段整合到了R型细菌的DNA中，即实现了基因重组。
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【应用·体验】
1．下列关于肺炎链球菌体内和体外转化实验的说法，错误的是(　　)
A．二者所用的材料相同，都是R型和S型两种肺炎链球菌
B．两实验都遵循对照原则、单一变量原则
C．二者均把DNA和蛋白质分开，单独处理并观察它们各自的作用
D．体外转化实验是在体内转化实验的基础上进行的
解析：选C　二者所用的材料相同，都是R型和S型两种肺炎链球菌，A正确；两实验都遵循对照原则、单一变量原则，B正确；肺炎链球菌体内转化实验并没有把DNA和蛋白质分开，C错误；体外转化实验是在体内转化实验的基础上进行的，D正确。
2．肺炎链球菌有许多类型，有荚膜的S型细菌有毒性，能引起人和小鼠患肺炎，小鼠并发败血症死亡，无荚膜的R型细菌无毒性。如图为细菌转化实验，相关说法错误的是(　　)
A．丙组为空白对照，实验结果为小鼠不死亡
B．能导致小鼠患肺炎并发败血症死亡的有甲、丁两组
C．戊组实验表明，加S型细菌的蛋白质后试管中长出的还是无毒性的R型细菌
D．丁组产生的有毒性的肺炎链球菌不能将该性状遗传给后代
解析：选D　含有荚膜的肺炎链球菌是甲、乙、丁三组，煮沸处理能使有荚膜的肺炎链球菌失去毒性，所以只有甲、丁两组能导致小鼠死亡；戊组加S型细菌的蛋白质后，试管中长出的是无毒性的R型细菌；丁组产生的有毒性的S型细菌是由遗传物质改变引起的，可以遗传给后代。
新知探究(二)　噬菌体侵染细菌的实验
【探究·深化】
[问题驱动]　
如图为用32P标记的T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验，根据图示并结合教材内容回答下列问题：
(1)本实验采用的是放射性同位素标记技术，为什么用35S和32P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，可以单独地观察它们各自的作用。
(2)为什么不能直接用含35S和32P的普通培养基来培养T2噬菌体？
提示：因为T2噬菌体是细菌病毒，只有在细菌体内才能进行增殖，故应先培养细菌，再用细菌培养T2噬菌体，而不能直接用培养基培养T2噬菌体。
(3)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元素，不能用32P和35S同时标记噬菌体，因为放射性检测时只能检测到放射性存在的部位，不能确定是何种元素的放射性。
(4)图2中T2噬菌体侵染大肠杆菌实验中需经过短时间保温后，再进行⑦⑧过程。⑦⑧分别代表搅拌和离心过程，其中⑦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，⑧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。
[重难点拨]　
一、实验结果及误差分析
(一)用含32P的噬菌体侵染大肠杆菌
(二)用含35S的噬菌体侵染大肠杆菌
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
方法 分别用除去蛋白质、RNA、脂质、DNA等成分的S型菌的细胞提取物与R型菌混合培养 分别用同位素35S、32P标记噬菌体的蛋白质和DNA
结论 证明DNA是遗传物质，而蛋白质等不是遗传物质；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，但不能证明蛋白质不是遗传物质；②说明DNA能控制蛋白质的合成；说明DNA能自我复制
【典题·例析】
[例1]　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
[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，A正确；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，所以若b中含有放射性，说明与②过程中搅拌不充分有关，B错误；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，C错误；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，D错误。
[答案]　A
[例2]　如果用15N、32P、35S共同标记噬菌体后，让其侵染未标记的大肠杆菌，在产生的子代噬菌体中，能够找到的标记元素为(　　)
A．在外壳中找到15N和35S
B．在DNA中找到15N和32P
C．在外壳中找到15N和32P
D．在DNA中找到15N、32P和35S
[解析]　噬菌体中P几乎都存在于DNA中，S仅存在于蛋白质中，而N是DNA和蛋白质共有的元素，因此32P只标记DNA,35S只标记蛋白质，而15N可同时标记DNA和蛋白质。噬菌体侵染细菌时，只有DNA进入细菌内，利用细菌的脱氧核苷酸和氨基酸合成子代噬菌体的DNA和蛋白质，故在子代噬菌体中能找到15N和32P标记的DNA，不能找到35S和15N标记的蛋白质。故选B。
[答案]　B
方法规律—————————————————————————————————
“二看法”判断子代噬菌体标记情况
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【应用·体验】
1．下列关于“噬菌体侵染细菌的实验”的叙述，正确的是(　　)
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：选C　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。
2．某实验甲组用35S标记的T2噬菌体侵染32P标记的大肠杆菌，乙组用32P标记的T2噬菌体侵染35S标记的大肠杆菌，检测子代噬菌体的放射性情况。下列有关叙述正确的是(　　)
A．甲组子代有放射性，乙组子代没有放射性
B．甲组子代没有放射性，乙组子代有放射性
C．甲、乙两组子代都有放射性
D．该实验能证明T2噬菌体的DNA是遗传物质
解析：选C　甲组用35S标记的是T2噬菌体的蛋白质，蛋白质不是遗传物质，在子代噬菌体中不会出现35S，32P标记的大肠杆菌能为T2噬菌体增殖提供原料，使得子代噬菌体有放射性；乙组用32P标记的是噬菌体的DNA，DNA是遗传物质，在子代噬菌体中能检测到放射性，35S标记的大肠杆菌能为T2噬菌体合成蛋白质外壳提供原料，因此子代T2噬菌体也具有放射性，A、B错误，C正确。该实验不能证明T2噬菌体的DNA是遗传物质，D错误。
新知探究(三)　DNA是主要的遗传物质
【探究·深化】
[问题驱动]　
(1)流感病毒中有几种核酸、核苷酸、五碳糖和碱基？病毒的遗传物质是否都是RNA
提示：一种、四种、一种和四种；不一定，如噬菌体的遗传物质是DNA。
(2)菠菜细胞中含有几种核酸、核苷酸、五碳糖及碱基？细胞核中的遗传物质是DNA，那么细胞质中的遗传物质是DNA还是RNA
提示：两种、八种、两种和五种；细胞质中的遗传物质也是DNA。
(3)小麦根尖细胞中的“核酸”和“遗传物质”是否含义相同？为什么？
提示：不相同。因为小麦根尖细胞中有DNA和RNA两种核酸，但遗传物质仅指DNA。
(4)为什么说DNA是主要的遗传物质？
提示：因为大部分生物的遗传物质是DNA，只有极少数生物的遗传物质是RNA，所以DNA是主要的遗传物质。
[重难点拨]　
(一)病毒重建及其对烟草叶细胞的感染
1．实验过程及现象
2．结果分析与结论：重组病毒所繁殖的病毒类型取决于提供RNA的株系。
(二)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
【典题·例析】
[例1]　下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．水和苯酚的作用是水解病毒的蛋白质和RNA
B．TMV的蛋白质不能进入烟草细胞中
C．侵入烟草细胞的RNA具有遗传效应
D．RNA是TMV的主要遗传物质
[解析]　水和苯酚的作用是将TMV中的RNA与蛋白质分离开，A错误；能将TMV的蛋白质接种到正常烟草细胞内，B错误；烟草花叶病毒的RNA能使正常烟草感染病毒，说明RNA具有遗传效应，C正确；本实验表明RNA是TMV的遗传物质，而不是表明RNA是TMV的主要遗传物质，D错误。
[答案]　C
[例2]　下列关于生物遗传物质的说法，正确的是(　　)
A．同时含有DNA和RNA的生物的遗传物质是DNA
B．DNA是主要的遗传物质是指一种生物的遗传物质主要是DNA
C．真核生物的遗传物质都是DNA，病毒的遗传物质都是RNA
D．肺炎链球菌体外转化实验和噬菌体侵染细菌实验证明了DNA是主要的遗传物质
[解析]　同时含有DNA和RNA的生物的遗传物质是DNA，A正确；DNA是主要的遗传物质是指绝大多数生物的遗传物质是DNA，B错误；真核生物的遗传物质都是DNA，RNA病毒的遗传物质是RNA，而DNA病毒的遗传物质是DNA，C错误；肺炎链球菌体外转化实验和噬菌体侵染细菌实验证明了DNA是遗传物质，但没有证明DNA是主要的遗传物质，D错误。
[答案]　A
易错提醒—————————————————————————————————
有关遗传物质的三点提醒
(1)并不是所有的核酸都能作为遗传物质，如细胞生物中的RNA。
(2)DNA并不是所有生物的遗传物质，如烟草花叶病毒的遗传物质是RNA。
(3)一种生物的遗传物质是唯一的，对某种生物不能说“主要遗传物质”。
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【应用·体验】
1．如图所示，甲、乙表示两种不同的植物病毒，经重组形成杂种病毒丙，丙侵染植物细胞后，在植物细胞内增殖产生的新一代病毒是(　　)
解析：选D　杂种病毒丙是由病毒甲的蛋白质外壳和病毒乙的核酸组装而成的，核酸为遗传物质，所以子代病毒应与病毒乙相同。故选D。
2．下列关于遗传物质的叙述，正确的是(　　)
A．豌豆的遗传物质主要是DNA
B．流感病毒的遗传物质含有硫元素
C．酵母菌的遗传物质主要分布在染色体上
D．HIV的遗传物质初步水解产生4种脱氧核苷酸
解析：选C　豌豆是真核生物，其遗传物质是DNA，A错误；流感病毒的遗传物质是RNA，含有C、H、O、N、P元素，但不含硫元素，B错误；酵母菌是真核生物，其遗传物质主要分布在细胞核的染色体上，C正确；HIV的遗传物质是RNA，初步被水解的产物是四种核糖核苷酸，D错误。
科学探究——探索遗传物质的实验方法
“遗传物质”探索的4种方法
【素养评价】
1．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(　　)
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：选B　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不符合题意；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符合题意；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，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不符合题意；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，是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不符合题意。
2．烟草花叶病毒(TMV)和车前草病毒(HRV)都是以RNA为遗传物质的病毒，由于所含RNA不同，因而侵染后导致的植物症状不同(如下图所示)。
将病毒的RNA和蛋白质分离，使其单独感染植物；或使不同病毒的RNA与蛋白质之间重新组合形成“杂种”病毒，然后使其感染植物。回答下列问题：
(1)图(a)、图(b)表现症状不同，其根本原因是________________________。
(2)在图中画出叶片A、叶片B、叶片C表现出的感染症状。
(3)从以上感染实验可知，起感染作用的是____________________。
(4)画出叶片C中繁殖产生的子代病毒的图示。
(5)以上实验证明__________________________________________。
(6)该实验的设计思路是________________________________________。
答案：(1)TMV和HRV具有不同的RNA
(2)如图：
(3)病毒的RNA
(4)如图：
(5)TMV和HRV的遗传物质是RNA
(6)将病毒的RNA与蛋白质分离，单独研究其遗传功能
3．流感病毒的遗传物质是DNA还是RNA？下面是科研小组为探究流感病毒的遗传物质是DNA还是RNA设计的实验步骤，请将其补充完整。
(1)实验目的：________________________________。
(2)材料用具：显微注射器，流感病毒的核酸提取液，鼠胚胎干细胞，DNA水解酶和RNA水解酶等。
(3)实验步骤：
第一步：把流感病毒的核酸提取液分成相同的A、B、C三组，________________________________________________________________________。
第二步：取等量的鼠胚胎干细胞分成三组，用显微注射技术分别把A、B、C三组处理过的核酸提取物注射到三组鼠胚胎干细胞中。
第三步：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，检测是否有流感病毒产生。
(4)请预测结果及结论：
①________________________________________________________________________；
②若B、C两组出现流感病毒，A组没有出现，则流感病毒的遗传物质是DNA；
③若A、B、C三组均出现流感病毒，则流感病毒的遗传物质既不是DNA也不是RNA。
解析：(1)由题意知，该实验的目的是探究流感病毒的遗传物质是DNA还是RNA。(3)实验的自变量是是否含有DNA或RNA，因变量是是否出现流感病毒，其他属于无关变量，按照实验设计的对照原则和单一变量原则，实验步骤如下所示。第一步：把流感病毒核酸提取液分成相同的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。第二步：取等量的鼠胚胎干细胞分成三组，用显微注射技术分别把A、B、C三组处理过的核酸提取物注射到三组鼠胚胎干细胞中。第三步：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，检测是否有流感病毒产生。(4)预测结果及结论：①若A、C两组出现流感病毒，B组没有出现，则流感病毒的遗传物质是RNA；②若B、C两组出现流感病毒，A组没有出现，则流感病毒的遗传物质是DNA；若A、B、C三组出现流感病毒，则流感病毒的遗传物质既不是DNA也不是RNA。
答案：(1)探究流感病毒的遗传物质是DNA还是RNA　(3)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　(4)若A、C两组出现流感病毒，B组没有出现，则流感病毒的遗传物质是RNA
[课时跟踪检测]
[理解·巩固·落实]
1．判断下列叙述的正误，对的打“√”，错的打“×”。
(1)有荚膜的S型肺炎链球菌有毒，无荚膜的R型肺炎链球菌无毒，所以荚膜有毒。(×)
(2)格里菲思和艾弗里分别用不同的方法证明DNA是遗传物质。(×)
(3)可用含32P的培养基培养T2噬菌体，以使其DNA带上放射性。(×)
(4)肺炎链球菌体外转化实验和噬菌体侵染细菌的实验均可说明DNA是主要的遗传物质。(×)
2．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
解析：选D　该实验模拟的是格里菲思实验，A错误；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，B错误；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，C错误；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，D正确。
3．艾弗里的体外转化实验证明，促使R型细菌转化为S型细菌的转化因子是(　　)
A．S型细菌的蛋白质　　 B．S型细菌的DNA
C．R型细菌的DNA D．S型细菌的荚膜多糖
解析：选B　艾弗里通过体外转化实验证明，促使R型细菌转化为S型细菌的是S型细菌的DNA。
4．在证明DNA是遗传物质的过程中，T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验发挥了重要作用。下列与该噬菌体相关的叙述，正确的是(　　)
A．T2噬菌体也可以在肺炎链球菌中复制和增殖
B．T2噬菌体病毒颗粒内可以合成蛋白质
C．培养基中的32P经宿主摄取后可出现在T2噬菌体的核酸中
D．流感病毒与T2噬菌体的核酸类型相同
解析：选C　T2噬菌体只能侵染大肠杆菌，不能侵染肺炎链球菌，A错误；病毒没有细胞结构，不能独立生活，T2噬菌体病毒颗粒内不可以合成蛋白质，B错误；T2噬菌体侵染大肠杆菌时，其DNA进入大肠杆菌细胞内，以大肠杆菌的脱氧核苷酸为原料，合成子代噬菌体的DNA，而核苷酸中含有P，则培养基中的32P经宿主摄取后可出现在T2噬菌体的核酸中，C正确；流感病毒为RNA病毒，T2噬菌体为DNA病毒，二者所含核酸类型不同，D错误。
5．下列关于生物的遗传物质的叙述，错误的是(　　)
A．某一生物体内的遗传物质只能是DNA或RNA
B．除部分病毒外，生物的遗传物质都是DNA
C．绝大多数生物的遗传物质是DNA
D．细胞中DNA较多，所以DNA是主要的遗传物质
解析：选D　在生物中，只有部分病毒的遗传物质是RNA，绝大多数生物的遗传物质是DNA。故选D。
6．为研究R型肺炎链球菌转化为S型肺炎链球菌的转化物质是DNA还是蛋白质，进行了肺炎链球菌体外转化实验，其基本过程如图所示，下列叙述正确的是(　　)
A．甲组培养皿中只有S型菌落，推测加热不会破坏转化物质的活性
B．乙组培养皿中有R型及S型菌落，推测转化物质是蛋白质
C．丙组培养皿中只有R型菌落，推测转化物质是DNA
D．该实验能证明肺炎链球菌的主要遗传物质是DNA
解析：选C　甲组中培养一段时间后可发现有极少的R型菌转化成了S型菌，因此甲组培养皿中不仅有S型菌落也有R型菌落，A错误；乙组培养皿中加入了蛋白酶，故在乙组的转化中已经排除了蛋白质的干扰，应当推测转化物质是DNA，B错误；丙组培养皿中加入了DNA酶，DNA被水解后R型菌便不发生转化，故可推测是DNA参与了R型菌的转化，C正确；该实验只能证明肺炎链球菌的遗传物质是DNA，无法证明还有其他的物质也可做遗传物质，D错误。
7.在噬菌体侵染细菌的实验中，随着培养时间的延长，培养基内噬菌体与细菌的数量变化如图所示，下列相关叙述错误的是(　　)
A．噬菌体增殖所需的原料、酶、能量均来自细菌
B．在O～t1时间内，噬菌体还未侵入细菌体内
C．在t1～t2时间内，噬菌体侵入细菌体内导致细菌大量死亡
D．在t2～t3时间内，噬菌体因失去寄生场所而停止增殖
解析：选B　噬菌体属于病毒，必须在宿主细胞内才能代谢和繁殖，模板是亲代噬菌体的DNA，原料是细菌体内的脱氧核苷酸和氨基酸，能量是细菌提供的ATP，场所是细菌的核糖体，A正确；在O～t1时间内，噬菌体可能已侵入到细菌体内，但还没有大量繁殖，B错误；在t1～t2时间内，由于噬菌体侵入细菌体内，导致细菌大量死亡，C正确；在t2～t3时间内，被侵染的细菌已裂解死亡，所以噬菌体因失去寄生场所而停止增殖，D正确。
8．赫尔希和蔡斯通过T2噬菌体侵染细菌的实验证明DNA是遗传物质，实验包括六个步骤：
①噬菌体侵染大肠杆菌　②用35S或32P标记噬菌体　③上清液和沉淀物的放射性检测　④离心分离　⑤子代噬菌体的放射性检测　⑥噬菌体与大肠杆菌混合培养
最合理的实验步骤顺序为(　　)
A．⑥①②④③⑤ B．②⑥①③④⑤
C．②⑥①④③⑤ D．②⑥①④⑤③
解析：选C　该实验首先要用32P和35S分别标记T2噬菌体，然后将标记的T2噬菌体和未标记的大肠杆菌混合培养，使T2噬菌体侵染大肠杆菌，保温培养一段时间后，充分搅拌，离心分离，最后对上清液和沉淀物的放射性进行检测，以此来判断DNA和蛋白质在亲子代之间的传递情况。故选C。
9．如图为肺炎链球菌转化实验的部分图解，请据图回答：
(1)该实验是____________________所做的肺炎链球菌转化实验的部分图解。
(2)该实验是在______________实验的基础上进行的。
(3)S型细菌的细胞提取物中，使R型细菌发生转化的物质最可能是________。
(4)为进一步探究细胞提取物中使R型细菌发生转化物质的化学成分，他们又设计了下面的实验。
实验中加入DNA酶的目的是__________________，当细胞提取物中加入DNA酶时，他们观察到的实验现象是______________________。
(5)该实验能够说明________________________。
解析：(1)由实验图解可看出，这是肺炎链球菌的体外转化实验，是艾弗里及其同事所做的。(2)该实验是在格里菲思实验的基础上为进一步证明“转化因子”的化学成分而设计的。(3)组成S型细菌的有机化合物中，除去大部分蛋白质、脂质、糖类等，剩余的物质最可能是核酸。(4)酶具有专一性，DNA酶可以特异性地水解DNA，细胞提取物中加入DNA酶时，培养基中只出现R型细菌。(5)通过对照实验说明，蛋白质、RNA和脂质不是遗传物质，DNA是遗传物质。
答案：(1)艾弗里及其同事　(2)格里菲思　(3)核酸
(4)催化细胞提取物中DNA的水解　培养基中只出现R型细菌　(5)蛋白质、RNA和脂质不是遗传物质，DNA是遗传物质
[迁移·应用·发展]
10．某研究人员模拟赫尔希和蔡斯关于噬菌体侵染细菌的实验，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3H标记的噬菌体侵染未标记的细菌
以上3个实验，经过短时间的保温后，用搅拌器搅拌、离心，检测到放射性的主要部位是(　　)
A．上清液、沉淀、沉淀和上清液
B．沉淀、沉淀、沉淀和上清液
C．上清液、上清液、上清液
D．沉淀、上清液、沉淀和上清液
解析：选B　①用未标记的噬菌体侵染35S标记的细菌，35S将出现在新的噬菌体中，所以离心后主要在沉淀物中检测到放射性；②用32P标记的噬菌体侵染未标记的细菌，32P标记噬菌体的DNA，将出现在新的噬菌体中，所以离心后主要在沉淀物中检测到放射性；③用3H标记的噬菌体侵染未标记的细菌，由于3H可标记噬菌体的DNA和蛋白质，蛋白质外壳出现在上清液中，3H标记的噬菌体DNA将出现在新的噬菌体中，所以离心后在沉淀物和上清液中都可检测到放射性。
11．细菌转化是指某一受体细菌通过直接吸收来自另一供体细菌的一些含有特定基因的DNA片段，从而获得供体细菌的相应遗传性状的现象，如肺炎链球菌转化实验。S型肺炎链球菌有荚膜，菌落光滑，可致病，对青霉素敏感。在多代培养的S型细菌中分离出了两种突变型：R型，无荚膜，菌落粗糙，不致病；抗青霉素的S型(记为PenrS型)。现用PenrS型细菌和R型细菌进行下列实验，对其结果的分析最合理的是(　　)
A．甲组中部分小鼠患败血症，注射青霉素治疗后均可康复
B．乙组中可观察到两种菌落，加青霉素后仍有两种菌落继续生长
C．丙组培养基中含有青霉素，所以生长的菌落是PenrS型细菌
D．丁组培养基中无菌落生长
解析：选D　抗青霉素的S型(PenrS型)细菌的DNA是转化因子。在甲组中，将加热致死的PenrS型细菌与活的R型活细菌混合注射到小鼠体内，部分活的R型细菌会转化为PenrS型细菌，部分小鼠会患败血症，注射青霉素治疗后，体内有抗青霉素的S型细菌存在的小鼠不能康复，A不符合题意；在乙组中，PenrS型细菌的DNA与活的R型活细菌混合培养，可观察到R型细菌和PenrS型细菌两种菌落，加青霉素后R型细菌生长受到抑制，只有PenrS型菌落继续生长，B不符合题意；丙组培养基中含有青霉素，活的R型细菌不能生长，也不能发生转化，因此无菌落出现，C不符合题意；丁组中因为PenrS型细菌的DNA被DNA酶催化水解而无转化因子，且活的R型细菌不抗青霉素，因此培养基中无菌落生长，D符合题意。
12．在探究生物的遗传物质的相关实验研究中，有如下的实验过程或理论解释。
Ⅰ.图1是关于肺炎链球菌R型细菌的转化过程图。据研究，并非任意两株R型细菌与S型细菌之间的接触都可发生转化，凡能发生转化的，其R型细菌必须处于感受态，产生一些感受态特异蛋白，包括膜相关DNA结合蛋白、细胞壁自溶素和几种核酸酶。
Ⅱ.图2是部分研究人员做的关于肺炎链球菌的体外转化实验过程图(图中表示无毒性R型细菌，表示有毒性S型细菌)。
Ⅲ.图3是噬菌体的蛋白质和DNA在侵染过程中的检测数据。
请回答下列问题：
(1)图1中，步骤________是将S型细菌加热致死的过程，S型细菌的DNA双链片段与A细胞膜表面的相关DNA结合蛋白结合，其中一条链(a)在______酶的作用下水解，另一条链(b)与感受态特异蛋白结合进入R型细菌细胞内。完成步骤④后，这条链(b)在相关酶的作用下，形成____(填“单”或“双”)链整合进R型细菌的DNA中，这种变异属于________。
(2)图2中，实验最关键的设计思路是___________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)图3中所示实验中，以噬菌体为研究材料，利用____________________技术，分别用32P和35S标记噬菌体，用标记的噬菌体侵染细菌，从而追踪在侵染过程中 DNA和蛋白质的位置变化。
实验结果表明：______(填整数) min后的曲线变化基本上可说明DNA与蛋白质实现分离。图中“被侵染的细菌的存活率”曲线基本保持在100%，这组数据的意义是作为对照组，以证明________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)实验过程中，首先要将S型细菌加热致死，因此步骤①是将S型细菌加热致死的过程。S型细菌的DNA双链片段与A细胞膜表面的相关DNA结合蛋白结合，其中一条链(a)在核酸酶(DNA水解酶)的作用下水解，另一条链(b)与感受态特异蛋白结合进入R型细菌细胞内。将外源DNA片段整合到R型细菌的DNA双链，需要限制性内切核酸酶切割形成末端和DNA连接酶进行缝合，从而实现基因重组。(2)图2中，实验最关键的设计思路是把S型细菌的DNA和蛋白质等分开，单独、直接地观察它们在细菌转化中的作用。 (3)标记噬菌体利用了放射性同位素标记技术，用含32P和35S的培养基分别培养大肠杆菌，再用噬菌体分别侵染被32P和35S标记的大肠杆菌的方法获得被32P和35S标记的噬菌体。图中“被浸染的细菌存活率”曲线基本保持在100%，本组数据的意义是作为对照组，以证明细菌没有裂解，没有子代噬菌体释放出来。
答案：(1)①　核酸(DNA水解)　双　基因重组
(2)把S型细菌的DNA和蛋白质等分开，单独、直接地观察它们在细菌转化中的作用　(3)放射性同位素标记　2　细菌没有裂解，无子代噬菌体释放出来第2节　DNA的结构
学有目标——课标要求必明 记在平时——核心语句必背
1.概述DNA结构的主要特点。2.通过对DNA双螺旋结构模型构建过程的交流和讨论，认同交流合作、多学科交叉在科学发展中的作用。3.制作DNA双螺旋结构模型。 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，排列在外侧，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。
【主干知识梳理】
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．构建历程
3．模型的特点及意义
二、DNA的结构
项目 特点
整体结构 由两条脱氧核苷酸链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构
基本骨架 由脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架
碱基配对 两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，排列在内侧并且遵循碱基互补配对原则：A与T配对、G与C配对
三、制作DNA双螺旋结构模型
1．目的要求：通过制作DNA双螺旋结构模型，加深对DNA结构特点的认识和理解。
2．制作程序
【教材微点发掘】
1．下图为DNA的结构模式图，据图回答有关问题：
(1)写出图中相应序号表示的物质或结构：
①胸腺嘧啶；②脱氧核糖；③磷酸；④胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸；⑤胞嘧啶；⑥腺嘌呤_；⑦鸟嘌呤；⑧胞嘧啶。
(2)脱氧核糖中的1′C是指与碱基相连的碳，5′C是指与磷酸基团相连的碳。
(3)从图中看出DNA两条链是反向平行的依据是：从双链的一端起始，一条单链是从5′端到3′端的，另一条单链则是从3′端到5′端的。
2．在沃森和克里克在构建模型的过程中，借鉴利用了他人的哪些经验和成果？
提示：①当时科学界已发现的证据；②英国生物物理学家威尔金斯和富兰克林提供的DNA衍射图谱；③奥地利生物化学家查哥夫的研究成果：腺嘌呤(A)的量总是等于胸腺嘧啶(T)的量，鸟嘌呤(G)的量总是等于胞嘧啶(C)的量。
教材问题提示
(一)思考·讨论(教材第48、49页)
1．(1)DNA是由两条链构成的。它的立体结构为：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的基本骨架包括脱氧核糖和磷酸，它们排列在DNA的外侧。
(3)DNA中的碱基通过氢键连接成碱基对，它们位于DNA的内侧。碱基配对有一定的规律：A一定与T配对，G一定与C配对。
2．要善于利用他人的研究成果和经验；要善于与他人交流、合作，闪光的思想是在交流与碰撞中获得的；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。
(二)探究·实践(教材第51页)
1．DNA虽然只含有4种脱氧核苷酸，但是碱基的排列顺序却是千变万化的。碱基排列顺序的千变万化，使DNA储存了大量的遗传信息。
2．(1)靠DNA碱基对之间的氢键维系两条链的偶联；(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(该点可不作要求)。
3．可从DNA的结构来进行推测，如从碱基互补配对原则出发去思考。
新知探究(一)　DNA的结构
【探究·深化】
[问题驱动]　
坐落在北京中关村高新科技园区的DNA雕塑，以它简洁而独特的造型吸引着过往行人，它象征着中关村生生不息的精神，寓意创新的生命更加顽强。
（1）该双螺旋模型代表的双链之间通过什么键连接？
提示：氢键。
(2)该双螺旋模型代表的双链长度是否相等？为什么？
提示：相等。两条链之间通过碱基互补配对，所以两条链的脱氧核苷酸数目相等。
(3)DNA中的N、P分别存在于脱氧核苷酸的哪种成分中？
提示：N存在于含氮碱基中，P存在于磷酸基团中。
(4)为什么“G—C”含量越多的DNA越耐高温？
提示：G—C之间的氢键数量是3个，而A—T之间的氢键数量是2个，所以含“G—C”越多则结构越稳定，越不容易被高温破坏。
(5)DNA分子中，每个脱氧核糖均连接一个磷酸和一个碱基吗？
提示：DNA分子中，每个脱氧核糖均连接一个碱基；而除3′端的脱氧核糖只连接一个磷酸外，其他部位的脱氧核糖均连接两个磷酸。
[重难点拨]　
一、DNA分子的结构及特点
1．由图1得到以下信息：
(4)DNA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。
2．图2是图1的简化形式，其中①是磷酸二酯键，②是氢键。
二、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→遗传信息的多样性→生物多样性。
3．特异性：每种DNA都具有不同于其他DNA的特定的碱基排列顺序。
【典题·例析】
[典例]　 (2022·广东高考)λ噬菌体的线性双链DNA两端各有一段单链序列。这种噬菌体在侵染大肠杆菌后其DNA会自连环化(如图所示)，该线性分子两端能够相连的主要原因是(　　)
A．单链序列脱氧核苷酸数量相等
B．分子骨架同为脱氧核糖与磷酸
C．单链序列的碱基能够互补配对
D．自连环化后两条单链方向相同
[解析]　单链序列脱氧核苷酸数量相等和分子骨架同为脱氧核糖与磷酸都不是该线性DNA分子两端能够相连的原因，A、B错误；据图可知，单链序列的碱基能够互补配对，这是该线性DNA分子两端能够相连的主要原因，C正确；该线性DNA分子自连环化后两条单链方向相反，D错误。
[答案]　C
方法技巧————————————————————————————————
巧用“五、四、三、二、一”记忆DNA的结构
—————————————————————————————————————
【应用·体验】
1．如图是某DNA分子的部分结构示意图，下列叙述正确的是(　　)
A．该DNA分子中①与②比例为2∶1
B．该DNA分子的多样性与其空间结构有关
C．该DNA一条链中碱基⑥和③通过氢键相连
D．该DNA分子的两条链中⑥的数量可能不等
解析：选D　该DNA分子中①磷酸与②脱氧核糖的比例为1∶1，A错误；DNA分子的空间结构只有双螺旋结构一种，不具有多样性，B错误；处于一条链中的互补碱基不能通过氢键相连，C错误；一个DNA分子两条链中，某个碱基的数量可以不等，D正确。
2．下列关于威尔金斯、沃森、克里克、富兰克林和查哥夫等人在DNA分子结构构建方面突出贡献的说法，正确的是(　　)
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：选B　威尔金斯和富兰克林提供了DNA衍射图谱，A错误；查哥夫发现腺嘌呤的量总是等于胸腺嘧啶的量，鸟嘌呤的量总是等于胞嘧啶的量，C错误；沃森和克里克提出了DNA双螺旋结构模型，D错误，故选B。
新知探究(二)　 DNA分子中有关碱基数量的计算
【拓展·深化】
1．碱基互补配对原则
在双链DNA分子中，A＝T，G＝C，A1＝T2，T1＝A2，G1＝C2，C1＝G2。如图：
2．DNA分子中碱基数量关系的规律
(1)规律一：在双链DNA分子中，嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数，各占全部碱基数的一半，或“不互补碱基之和相等，比值为1” 。即
A＋G＝T＋C＝A＋C＝G＋T
(A＋G)/(T＋C)＝(A＋C)/(G＋T)＝1
(2)规律二：在双链DNA分子中，互补碱基之和的比值在两条链中和整个DNA分子中相等。即
若(A1＋T1)/(G1＋C1)＝m，则(A2＋T2)/(G2＋C2)＝(A＋T)/(G＋C)＝m。
(3)规律三：在双链DNA分子中，不互补碱基之和的比值在两条链中互为倒数，在整个DNA分子中为 1 。 即
若(A1＋G1)/(T1＋C1)＝n，则(A2＋G2)/(T2＋C2)＝1/n，双链DNA分子中(A＋G)/(T＋C)＝1。
注意：规律二和规律三可巧记为“补则等，不补则倒”。
[思考·讨论]
(1)在整个双链DNA分子中，嘌呤总数是否等于嘧啶总数？在DNA分子一条单链中呢？
提示：整个双链DNA分子中，嘌呤总数等于嘧啶总数，因为A＝T，G＝C，所以A＋G＝T＋C。在DNA分子一条单链中，上述关系一般不成立。
(2)某双链DNA分子中，鸟嘌呤占23%，求腺嘌呤占多少？
提示：27%。
(3)在DNA的一条单链中，(A＋G)/(T＋C)＝0.4，上述比例在其互补链和整个DNA分子中分别是多少？
提示：2.5和1。
(4)若DNA的一个单链中，(A＋T)/(G＋C)＝0.4，上述比例在其互补链和整个DNA分子中分别是多少？
提示：0.4和0.4。
【典题·例析】
[例1]　下面四个DNA分子的一条单链与其所在DNA分子中、一条单链与其互补链中碱基数目比值的关系图，错误的是(　　)
[解析]　DNA分子中，(A＋C)/(T＋G)一定等于1；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；一条单链中(A＋C)/(G＋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，则其互补链中(A＋C)/(T＋G)＝2。故选C。
[答案]　C
[例2]　在一个DNA分子中，腺嘌呤与胸腺嘧啶之和占全部碱基总数的54%。若其中一条链的胞嘧啶占该链碱基总数的22%，胸腺嘧啶占28%，则另一条链上，胞嘧啶、胸腺嘧啶分别占该链碱基总数的(　　)
A．24%、26%　　　　　 B．22%、28%
C．27%、23% D．20%、30%
[解析]　已知双链DNA分子中，腺嘌呤与胸腺嘧啶之和占全部碱基的54%，即A＋T＝54%，则A＝T＝27%，C＝G＝50%－27%＝23%。又已知一条链上的胞嘧啶占该链碱基总数的22%、胸腺嘧啶占28%，即C1＝22%，T1＝28%，根据碱基互补配对原则，C＝(C1＋C2)÷2，所以C2＝24%，同理T2＝26%。故选A。
[答案]　A
方法规律————————————————————————————————
解答DNA分子中有关碱基计算的“三步曲”
—————————————————————————————————————
【应用·体验】
1．(2022·浙江6月选考)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(　　)
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：选C　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。
2．某双链DNA分子含有400个碱基，其中一条链上A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4。下列表述正确的是(　　)
A．该DNA分子的另一条链上A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4
B．该DNA分子共有腺嘌呤60个
C．该DNA分子共有鸟嘌呤160个
D．其中一条链中(A＋T)/(G＋C)＝3/7，另一条链中(A＋T)/(G＋C)＝7/3
解析：选B　根据碱基互补配对原则，该DNA分子另一条链上A∶T∶G∶C＝2∶1∶4∶3，则A＋T占该链碱基总数的比例为30%，G＋C占70%，即DNA分子中A＋T占30%，G＋C占70%，共有A＝T＝400×(30%÷2)＝60(个)，G＝C＝400×(70%÷2)＝140(个)，A、C错误，B正确；该DNA分子一条链中(A＋T)/(G＋C)＝3/7，则另一条链中(A＋T)/(G＋C)＝3/7，D错误。
科学视野——DNA分子杂交技术和DNA指纹技术
DNA分子杂交的基础是具有互补碱基序列的DNA分子，可以通过碱基对之间形成氢键等，形成稳定的双链区。其基本原理就是应用核酸分子的变性和复性的性质，使来源不同的 DNA片段，按碱基互补关系形成杂交双链分子。DNA分子杂交技术可以用来比较不同种生物DNA分子的差异。当两种生物的DNA单链具有互补的碱基序列时，互补的碱基序列就会结合在一起，形成杂合双链区；在没有互补碱基序列的部位，仍然是两条游离的单链(如图所示)。形成杂合双链区的部位越多，说明这两种生物的亲缘关系越近。
人的遗传信息主要分布于染色体上的DNA中。两个随机个体具有相同DNA序列的可能性微乎其微，因此，DNA可以像指纹一样用来识别身份，这种方法就是DNA指纹技术。因为每个人的DNA指纹图是独一无二的，所以我们可以根据分析指纹图的吻合程度来帮助确认身份。
【素养评价】
1．已知病毒的核酸有双链DNA、单链DNA、双链RNA和单链RNA四种类型，现发现了一种新病毒，要确定其核酸属于上述哪一种类型，应该(　　)
A．分析碱基类型，确定碱基比率
B．分析碱基类型，分析五碳糖类型
C．分析蛋白质的氨基酸组成，分析碱基类型
D．分析蛋白质的氨基酸组成，分析核糖类型
解析：选A　含有碱基T的核酸为DNA，含有碱基U的核酸为RNA，双链DNA中A＝T，G＝C。分析碱基类型和五碳糖类型只能确定是DNA还是RNA，无法确定是双链还是单链结构，所以还得确定碱基比率。故选A。
2．如图为DNA测序仪显示的某真核生物DNA片段一条链的碱基排列顺序图片。其中图1的碱基排列顺序已经解读，其顺序是：GGTTATGCGT，那么图2显示的碱基排列顺序应该是(　　)
A．GCTTGCGTAT　　　　 B．GATGCGTTCG
C．TAGTCTGGCT D．GCTGAGTTAG
解析：选B　图1为DNA测序仪显示的某真核生物DNA片段一条链的碱基排列顺序图片。图1的碱基排列顺序已经解读，其顺序是：GGTTATGCGT，所以图中碱基序列应从下向上读，且由左至右的顺序依次是ACGT，所以图2中碱基序列是：GATGCGTTCG，B正确。
3．DNA指纹技术正发挥着越来越重要的作用，可用于亲子鉴定、侦察罪犯等方面，请思考并回答下列有关DNA指纹技术的问题。
(1)DNA亲子鉴定中，DNA探针必不可少，DNA探针是一种已知碱基顺序的DNA片段。请问用DNA探针检测基因所用的原理是________________________________________。现在已知除了同卵双生双胞胎外，每个人的DNA都是独一无二的，就好像指纹一样，这说明：__________________________________________________。
(2)为了确保实验的准确性，需要克隆出较多的DNA样品。若一个只含31P的DNA分子被32P标记的脱氧核苷酸为原料连续复制3次后，含32P的单链占全部单链的________。
(3)DNA指纹技术可应用于尸体的辨认工作中，煤矿瓦斯爆炸事故中尸体的辨认就可借助于DNA指纹技术。
①如表所示为分别从尸体和死者生前的生活用品中提取的某条染色体上同一区段DNA单链的碱基序列，根据碱基配对情况判断(不考虑基因突变)，A、B、C三组DNA中不是同一人的是________组。
A组 B组 C组
尸体中的DNA碱基序列　 　 ACTGACGGTT GGCTTATCGA GCAATCGTGC
家属提供的DNA碱基序列　 　 TGACTGCCAA CCGAATAGCA CGGTAAGACG
②为什么从尸体与死者家属提供的死者生前的生活用品中分别提取的DNA可以完全互补配对？______________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)DNA探针检测基因依据的原理是碱基互补配对原则和DNA分子的特异性。每个人的DNA独一无二，说明DNA分子具有多样性；每个人又有特定的DNA序列，说明DNA分子具有特异性。(2)一个双链被31P标记的DNA分子，在复制过程中，只能提供2条含31P的单链，复制3次后，得到8个DNA分子、16条脱氧核苷酸链，其中只有2条单链含31P，所以含32P的单链占全部单链的(16－2)/16＝7/8。(3)①分析表格可知，A组尸体中的DNA碱基序列和家属提供的DNA碱基序列能完全进行互补配对，但B组与C组的不能完全配对，说明B、C组不是同一个人的。②一个人的所有细胞都来自同一个受精卵的有丝分裂，不考虑基因突变时，家属提供的死者生前物品上的DNA与死者尸体中的DNA相同，碱基可以完全互补配对。
答案：(1)碱基互补配对原则和DNA分子的特异性　DNA分子具有多样性和特异性　(2)7/8　(3)①B、C　②人体所有细胞均由一个受精卵经有丝分裂产生，细胞核中均含有相同的遗传物质(或DNA)
[课时跟踪检测]
[理解·巩固·落实]
1．判断下列叙述的正误，对的打“√”，错的打“×”。
(1)在DNA模型构建过程中，沃森和克里克曾尝试构建三螺旋结构模型。(√)
(2)DNA是由四种核糖核苷酸连接而成的。(×)
(3)在DNA分子中一定存在如下数量关系：A＝G，C＝T。(×)
(4)DNA的一条单链中相邻两个碱基通过氢键连接。(×)
(5)双链DNA分子中的每个磷酸都与两个五碳糖相连接。(×)
2．DNA分子具有双螺旋结构，下列有关叙述错误的是(　　)
A．双螺旋结构由科学家沃森和克里克提岀
B．两条链反向平行
C．脱氧核糖和磷酸交替排列构成基本骨架
D．碱基间通过肽键构成碱基对
解析：选D　DNA分子双螺旋结构由科学家沃森和克里克提岀，A正确；DNA分子是由两条反向平行的脱氧核苷酸长链盘旋而成的，B正确；DNA分子中，脱氧核糖和磷酸交替连接构成基本骨架，排列在外侧，碱基排列在内侧，C正确；碱基间通过氢键构成碱基对，D错误。
3．某同学制作了DNA分子结构模型，其中一条链所用碱基A、C、T、G的数量比为1∶2∶3∶4，下列相关叙述正确的是(　　)
A．两条脱氧核苷酸链以反向平行方式盘旋成双螺旋结构
B．该DNA分子中A、C、T、G的数量比为1∶1∶1∶1
C．脱氧核糖、磷酸、碱基交替连接构成该模型的基本骨架
D．DNA分子双链中碱基随机配对且因物种而异
解析：选A　DNA分子的两条链是按反向平行方式盘旋成双螺旋结构的；该DNA分子中A、C、T、G的数量比为2∶3∶2∶3；脱氧核糖和磷酸交替连接排列在外侧，构成基本骨架；DNA分子双链中碱基A和T配对，G和C配对。
4．DNA由反向平行的两条脱氧核苷酸长链组成。如果DNA的一条链上某碱基序列是5′－AGCTGCG－3′，则另一条链与之配对的部分是(　　)
A．5′－CGCAGCT－3′　　 B．5′－TCGACGC－3′
C．5′－AGCTGCG－3′ D．5′－GCGTCGA－3′
解析：选A　双链DNA的两条单链通过碱基互补配对，且两条单链方向相反。故选A。
5．下列与生物体内核酸分子功能多样性无关的是(　　)
A．核苷酸的组成种类 B．核苷酸的连接方式
C．核苷酸的排列顺序 D．核苷酸的数量
解析：选B　核酸包括DNA和RNA，两种物质功能不同。DNA由4种脱氧核苷酸组成，RNA由4种核糖核苷酸组成；核苷酸的数量和排列顺序的不同，决定了核酸分子结构的多样性，结构的多样性决定了功能的多样性；组成核酸的核苷酸分子之间都是通过磷酸二酯键连接的。故选B。
6．下列关于沃森和克里克构建DNA双螺旋结构模型的叙述，错误的是(　　)
A．沃森和克里克构建DNA双螺旋结构模型是建立在DNA分子以4种脱氧核苷酸(碱基为A、T、G、C)为单位连接而成的长链的基础上
B．威尔金斯和富兰克林通过对DNA衍射图谱的有关数据进行分析，得出DNA分子呈螺旋结构
C．沃森和克里克曾尝试构建了多种模型，但都不科学
D．沃森和克里克最后受腺嘌呤(A)的量总是等于胸腺嘧啶(T)的量，鸟嘌呤(G)的量总是等于胞嘧啶(C)的量的启发，构建出了科学的模型
解析：选B　沃森和克里克以威尔金斯和富兰克林提供的 DNA衍射图谱的有关数据为基础，推算出DNA分子呈螺旋结构。故选B。
7．查哥夫对多种生物DNA做了碱基定量分析，发现(A＋T)/(C＋G)的值如表。结合所学知识，你认为能得出的结论是(　　)
DNA来源 大肠杆菌 小麦 鼠 猪肝 猪胸腺 猪脾
(A＋T)/ (C＋G) 1.01 1.21 1.21 1.43 1.43 1.43
A．猪的DNA结构比大肠杆菌的DNA结构更稳定一些
B．小麦和鼠的DNA所携带的遗传信息相同
C．小麦DNA中(A＋T)的数量是鼠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：选D　大肠杆菌DNA中(A＋T)/(C＋G)的值小于猪的，说明大肠杆菌DNA所含C—G碱基对的比例较高，而C—G碱基对含三个氢键，因此大肠杆菌的DNA结构稳定性高于猪的，A错误；虽然小麦和鼠的DNA中(A＋T)/(C＋G)的值相同，但不能代表二者的碱基序列与数目相同，B、C错误；同一生物的不同组织所含DNA的碱基序列是相同的，因此DNA碱基组成也相同，D正确。
8．假设一个DNA分子片段中碱基A共有312个，占全部碱基总数的26%，则此DNA分子片段中碱基G所占的百分比和数目分别是(　　)
A．26%；312 B．24%；312
C．26%；288 D．24%；288
解析：选D　双链DNA分子中，非互补配对碱基之和占碱基总数的一半。某DNA分子片段，含有312个碱基A，占全部碱基总数的26%，则此DNA片段中碱基G所占百分比为50%－26%＝24%，数目＝312/26%×24%＝288(个)。故选D。
9．如图是DNA分子片段的结构图，请据图回答问题：
(1)图甲是DNA分子片段的__________结构，图乙是DNA分子片段的________结构。
(2)写出图中部分结构的名称：[2]______________、[5]__________________。
(3)从图中可以看出DNA分子中的两条长链是由________和________交替连接的。
(4)碱基配对的方式为：__________与__________配对，__________与__________配对。
(5)从图甲中可以看出，组成DNA分子的两条链的方向是________的；从图乙中可以看出，组成DNA分子的两条链相互盘旋成________的________结构。
解析：(1)从图中可以看出：甲表示的是DNA分子片段的平面结构，而乙表示的是DNA分子片段的立体(或空间)结构。(2)图中2表示的是一条脱氧核苷酸长链的片段，而5表示的是腺嘌呤脱氧核苷酸。(3)从图甲的平面结构可以看出，DNA分子中脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成了基本骨架。(4)DNA分子两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，且有一定规律：A与T配对，G与C配对。(5)从图甲中可以看出，组成DNA分子的两条脱氧核苷酸链是反向平行的；从图乙中可以看出，组成DNA分子的两条脱氧核苷酸链相互盘旋成有规则的双螺旋结构。
答案：(1)平面　立体(或空间)　(2)一条脱氧核苷酸长链的片段　腺嘌呤脱氧核苷酸　(3)脱氧核糖　磷酸　(4)A(腺嘌呤)　T(胸腺嘧啶)　G(鸟嘌呤)　C(胞嘧啶)　(5)反向　有规则　双螺旋
[迁移·应用·发展]
10．科学家发现DNA也有酶催化活性，他们根据共有序列设计并合成了由47个核苷酸组成的单链DNAE47，它可以催化两个DNA片段之间的连接。下列有关叙述正确的是(　　)
A．在单链DNAE47中，嘌呤碱基数一定等于嘧啶碱基数
B．在单链DNAE47中，碱基数＝脱氧核苷酸数＝脱氧核糖数
C．单链DNAE47作用的底物和DNA聚合酶作用的底物是相同的
D．在单链DNAE47中，每个脱氧核糖上均连有一个磷酸和一个含氮碱基
解析：选B　单链DNA中嘌呤碱基数不一定等于嘧啶碱基数；单链DNAE47催化DNA片段间的连接，DNA聚合酶则催化单个脱氧核苷酸的连接；在脱氧核苷酸链中的脱氧核糖可连有两个(或一个)磷酸和一个含氮碱基。故选B。
11．对DNA分子的碱基进行数量分析，可以通过检测其中某种碱基的数目及其比例来推断其他碱基数目及其比例。假如检测某DNA分子得知碱基A的数目为x，其比例为y，以下推断正确的是(　　)
A．碱基总数量为x/y
B．碱基C的数目为x(0.5y－1)
C．嘌呤数与嘧啶数之比为x/(1－y)
D．碱基G的比例为(1－y)/2
解析：选A　根据题意知，A＝x，则T＝x，它们所占比例均为y，则碱基总数量为x/y；C＋G＝x/y－A－T＝x/y－2x，则C＝G＝x；嘌呤数与嘧啶数之比为1；碱基G的比例为(1－2y)/2。
12．犬细小病(CPV)是由犬细小病毒感染幼犬所引起的一种急性传染病。细小病毒是一种单链DNA病毒，碱基A约占30%。下列关于犬细小病毒的叙述正确的是(　　)
A．可在液体培养基中繁殖
B．遗传物质是DNA
C．DNA中(A＋G)/(T＋C)＝1
D．DNA中C约占20%
解析：选B　犬细小病毒不能独立代谢，必须寄生在活细胞中才能表现出生命活性，所以不能在液体培养基中繁殖，A错误；犬细小病毒是一种单链DNA病毒，故遗传物质是DNA，B正确；作为单链DNA病毒，没有碱基互补配对关系，(A＋G)/(T＋C)的值无法计算，也无法计算C的数量，C、D错误。
13．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)根据图甲中脱氧核苷酸链中的碱基排列顺序，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__________，由此证明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，因此该DNA片段上的鸟嘌呤核苷酸数量是5个。(2)看清楚图甲中各列所示的碱基种类是读出图乙中脱氧核苷酸链碱基序列的关键。(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；根据图甲中DNA片段的一条脱氧核苷酸链中的碱基排列顺序(TGCGTATTGG)，可计算出此DNA片段中A/G＝(1＋4)/(4＋1)＝1；由图乙中脱氧核苷酸链中的碱基排列顺序(CCAGTGCGCC)，可计算出此DNA片段中A/G＝2/8＝1/4，不同的DNA分子中(A＋T)/(G＋C)、A/G、T/C是不同的，体现了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第3、4节　DNA的复制、基因通常是有遗传效应的DNA片段
学有目标——课标要求必明 记在平时——核心语句必背
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.举例说明基因通常是有遗传效应的DNA片段。4.说明基因与DNA的关系。 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(RNA)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。
【主干知识梳理】
一、DNA的复制
1．对DNA复制的推测
(1)提出者：沃森和克里克。
(2)假说内容：
①解旋：DNA复制时，DNA双螺旋解开，互补的碱基之间的氢键断裂。
②复制
③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，因此，这种复制方式称作半保留复制。
2．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
(4)实验预期
①亲代DNA分子中两条链均含15N，DNA分子密度高。
②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。
③复制两次产生的DNA分子中，有两个DNA分子双链均含14N，DNA分子密度较低；另两个DNA分子中一条链含 15N，另一条链含 14N。
3．DNA复制的过程
(1)相关知识归纳总结
概念 以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程
时间 有丝分裂间期和减数分裂Ⅰ前的间期
场所 主要是细胞核
条件 模板、原料、能量、酶等
特点 半保留复制、边解旋边复制
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
(2)复制的过程
(3)准确复制的原因
①DNA分子独特的双螺旋结构，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。
二、基因通常是有遗传效应的DNA片段
1．基因与DNA关系的实例(结合教材P57“思考·讨论”资料分析)
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分子有特定的碱基排列顺序。
③稳定性：DNA分子的结构较稳定。
3．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。
4．基因的延伸：对于遗传物质是RNA的生物，基因就是有遗传效应的RNA片段。
【教材微点发掘】
　下图是DNA复制的示意图(教材第55页图310)，据图回答有关问题：
(1)DNA复制时，解旋酶的作用是将DNA双螺旋的两条链解开。
(2)DNA聚合酶的作用是连接相邻的两个脱氧核苷酸形成与母链互补的子链。
(3)在DNA复制过程中，两条子链延伸的方向相反的原因是DNA中两条母链是反向平行的。
(4)真核生物的核DNA复制通常发生在细胞分裂的间期。
(5)有丝分裂或减数分裂的细胞进行DNA的复制；蛙的红细胞进行无丝分裂，进行DNA的复制；哺乳动物成熟的红细胞，不会进行DNA的复制。(均填“会”或“不会”)
教材问题提示
第3节　(一)思考·讨论(教材第54页)
1．细胞分裂一次后，方框中填15N/14NDNA；细胞再分裂一次后，试管上部的方框中填14N/14NDNA，试管中部的方框中填15N/14NDNA。
2．假如全保留复制是正确的，第一代的结果：一半的细胞中DNA是15N/15NDNA，另一半的细胞中DNA是14N/14NDNA；第二代的结果：1/4的细胞中DNA是15N/15NDNA，3/4的细胞中DNA是14N/14NDNA。
(二)旁栏思考(教材第55页)
第一代只出现一条居中的DNA条带，这个结果排除了全保留复制的方式。
第4节　思考·讨论1(教材第57～58页)
1．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．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，如能够指导相应蛋白质的合成、控制生物体的性状等。“问题探讨”中提到的生长激素基因的遗传效应是使转基因鲤鱼的生长速率加快。
3．基因是有遗传效应的DNA片段。
思考·讨论2(教材第58～59页)
1．4100种。
2．碱基排列顺序的千变万化，构成了DNA的多样性，而碱基特定的排列顺序，又构成了每个DNA分子的特异性。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．在人类的DNA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．略。
新知探究(一)　DNA复制的过程和特点
【探究·深化】
[问题驱动]　
根据图1、图2思考下列问题：
(1)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；有丝分裂间期和减数分裂前的间期，无丝分裂也有DNA复制。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。
(2)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。
(3)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，因为两条母链进入到两个子代DNA分子中，新形成的子代DNA分子中只有一条链是亲代的母链。图中还能看出DNA分子是边解旋边复制；可采用同位素标记法检测母链、子链。
(4)DNA分子复制受到各种外界因素的干扰时，碱基序列会发生变化吗？
提示：碱基序列可能会发生改变，使后代DNA分子与亲代DNA分子不同，遗传信息发生改变。
[重难点拨]　
(一)DNA复制的场所
1．真核生物：细胞核、线粒体、叶绿体，其中主要场所是细胞核。
2．原核生物：核区、细胞质(如质粒的复制)。
3．病毒：宿主细胞内。
(二)真核生物细胞核中DNA复制发生的时间
分裂前的间期在体细胞中发生在有丝分裂间期；在有性生殖过程中发生在减数第一次分裂前的间期。
(三)DNA复制所需的酶
1．解旋酶的作用是破坏碱基间的氢键。
2．DNA聚合酶的作用是连接游离的脱氧核苷酸。
3．DNA连接酶的作用是连接DNA片段。
(四)两个子代核DNA的位置及分开时间
复制产生的两个子代核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，如下图所示：
【典题·例析】
[例1]　下列有关DNA复制的叙述，正确的是(　　)
A．DNA分子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分子
[解析]　DNA分子在解旋酶的作用下，将双螺旋的两条链解开，变成单链，A错误；DNA复制过程是边解旋边复制，所以解旋和复制是同时进行的，B正确；解旋后的每条脱氧核苷酸链都可以作为DNA复制的模板，C错误；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分子，D错误。
[答案]　B
[例2]　图1是果蝇DNA电镜照片，图中的泡状结构是DNA复制泡，是DNA上正在复制的部分；图2为真核生物染色体上DNA分子复制过程示意图。下列有关叙述错误的是(　　)
A．图2 DNA分子复制是从多个起点同时开始的
B．图2 DNA分子复制是边解旋边双向复制的
C．真核生物DNA分子复制过程需要解旋酶
D．真核生物的这种复制方式提高了复制速率
[解析]　由该DNA分子复制过程示意图可看出，DNA分子复制有多个复制起始点，且边解旋边双向复制(箭头代表DNA复制方向)，DNA分子复制需要解旋酶参与。这种多起点复制可有效地提高复制速率。由图示不同复制起点复制出的DNA片段长度不同可知，DNA分子的多个复制起点并不是同时开始复制的。故选A。
[答案]　A
【应用·体验】
1．真核细胞中DNA复制如下图所示，下列叙述错误的是(　　)
A．多起点双向复制能保证DNA复制在短时间内完成
B．每个子代DNA都有一条核苷酸链来自亲代
C．复制过程中氢键的破坏和形成都需要DNA聚合酶的催化
D．DNA分子的准确复制依赖于碱基互补配对原则
解析：选C　多起点双向复制能保证DNA复制在短时间内完成，提高复制效率，A正确。DNA为半保留复制，每个子代DNA都有一条核苷酸链来自亲代，B正确。DNA解旋酶破坏碱基对的氢键，使DNA双链解旋，而氢键的形成不需要酶的催化；DNA聚合酶可催化形成磷酸二酯键，C错误。碱基对之间严格的碱基互补配对原则，保证了遗传信息准确地从亲代DNA传向子代DNA，D正确。
2．下图表示DNA复制的过程，结合图示判断，下列有关叙述错误的是(　　)
A．DNA复制过程中首先需要解旋酶破坏DNA双链间的氢键，使两条链解开
B．DNA分子的复制具有边解旋边复制的特点，生成的两条子链方向相反
C．DNA分子的复制需要DNA聚合酶将单个脱氧核苷酸连接成DNA片段
D．DNA的两条子链都是连续合成的
解析：选D　由图可知，两条子链中，一条是连续合成的，另一条是不连续合成的。
新知探究(二)　DNA复制的相关计算
【拓展·深化】
DNA复制过程中相关物质数量变化规律
将含有15N的DNA分子放在含有14N的培养基上培养，复制n次，则：
1．DNA分子数
①子代DNA分子数＝2n个。
②含有亲代DNA链的子代DNA分子数＝2个。
③不含亲代链的子代DNA分子数＝(2n－2)个。
2．脱氧核苷酸链数
①子代DNA分子中脱氧核苷酸链数＝2n＋1条。
②亲代脱氧核苷酸链数＝2条。
③新合成的脱氧核苷酸链数＝(2n＋1－2)条。
3．消耗的脱氧核苷酸数
若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，经过n次复制需要消耗该脱氧核苷酸m×(2n－1)个；第n次复制，消耗该脱氧核苷酸数为m×2n－1。
[思考·讨论]
(1)用15N标记的DNA分子，放入含14N的培养基中进行复制，当测得含有15N的DNA分子数为12.5%时，该DNA分子复制了几次？
提示：4次。含15N的DNA分子在含14N培养基中复制n次，则形成2n个DNA分子，其中含15N的DNA分子占2/2n，已知2/2n＝12.5%，则n＝4。
(2)DNA复制n次与第n次复制各形成多少个DNA分子？
提示：DNA复制n次形成2n个DNA分子，第n次复制形成2n－1个DNA分子。
【典题·例析】
[例1]　假设一个双链均被32P标记的DNA由5 000个碱基对组成，其中腺嘌呤占全部碱基的20%，将其置于只含有31P的环境中复制3次。下列叙述错误的是(　　)
A．该DNA分子中含有氢键的数目为1.3×104
B．子代DNA分子平均相对分子质量与亲代相比减少3.75×103
C．子代DNA分子中含32P的脱氧核苷酸单链与含31P的脱氧核苷酸单链之比为1∶7
D．复制过程中需要2.1×104个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸
[解析]　根据题干信息分析可知，DNA中A＝T＝2 000，C＝G＝3 000，A、T碱基对之间有2个氢键，G、C碱基对之间有3个氢键，因此该DNA分子中含有氢键的数目为2 000×2＋3 000×3＝1.3×104，A正确。亲代DNA中的磷元素全为32P，复制3次后，共形成8个DNA分子。其中有2个DNA分子的一条链只含32P、另一条链只含31P，其相对分子质量比原来减少了5 000；另6个DNA分子的两条链都只含31P，其相对分子质量比原来减少了10 000，则子代DNA的相对分子质量平均比亲代DNA减少(5 000×2＋10 000×6)÷8＝8 750，B错误。由题意可知，被32P标记的DNA单链是2条，含有31P的单链是2×8－2＝14(条)，因此子代DNA分子中含32P的单链与含31P的单链之比为1∶7，C正确。复制过程需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸数为3 000×(8－1)＝2.1×104(个)，D正确。
[答案]　B
[例2]　已知某DNA分子含有500个碱基对，其中一条链上A∶G∶T∶C＝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2 100个，则该DNA分子已经复制了(　　)
A．3次　　　　　　　 B．4次
C．5次 D．6次
[解析]　根据DNA分子含有500个碱基对，而一条单链上碱基A∶G∶T∶C＝1∶2∶3∶4，则该链中A、G、T、C分别是50、100、150、200(个)，另一条单链上依次是150、200、50、100(个)。因此，该DNA分子中含有鸟嘌呤的脱氧核苷酸为100＋200＝300(个)。复制数次后，所有DNA中的鸟嘌呤脱氧核苷酸的数量是2 100＋300＝2 400(个)，设该DNA分子复制了n次，则有关系式：2n ×300＝2 400，解得n＝3。故选A。
[答案]　A
易错提醒—————————————————————————————————
DNA复制相关计算的3个易错点
(1)“DNA复制了n次”和“第n次复制”的区别，前者包括所有的复制，但后者只包括最后一次复制。
(2)在DNA复制过程中，无论复制了几次，含有亲代脱氧核苷酸单链的DNA分子都只有两个。
(3)看清碱基的数目单位是“对”还是“个”，“DNA分子数”还是“链数”，“含”还是“只含”等关键词。
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【应用·体验】
1．用一个32P标记的噬菌体侵染在31P环境中培养的大肠杆菌，已知噬菌体DNA上有m个碱基对，其中胞嘧啶有n个。下列叙述错误的是(　　)
A．大肠杆菌为噬菌体增殖提供原料和酶等
B．噬菌体DNA含有(2m＋n)个氢键
C．该噬菌体繁殖4次，子代中只有14个含有31P
D．噬菌体DNA第4次复制共需要8(m－n)个腺嘌呤脱氧核苷酸
解析：选C　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的合成，其DNA的复制及表达需要大肠杆菌提供原料、酶和ATP等，A正确；噬菌体DNA上有m个碱基对，其中胞嘧啶有n个，则鸟嘌呤有n个，胸膘嘧啶=腺嘌呤=（m-n）个，因此氢键个数＝2(m－n)＋3n＝(2m＋n)个，B正确；噬菌体繁殖4次，子代噬菌体中有16个含31P，C错误；噬菌体DNA第4次复制共需要腺嘌呤脱氧核苷酸＝2n－1(m－n)＝8(m－n)个，D正确。
2．某DNA分子含m对碱基，其中腺嘌呤有a个。下列有关此DNA在连续复制时所需的胞嘧啶脱氧核苷酸数目的叙述，错误的是(　　)
A．在第一次复制时，需要(m－a)个
B．在第二次复制时，需要2(m－a)个
C．在第n次复制时，需要2n－1(m－a)个
D．在n次复制过程中，总共需要2n(m－a)个
解析：选D　DNA分子复制一次，可产生2个DNA分子，因为每个DNA分子中含有(m－a)个胞嘧啶脱氧核苷酸，所以复制一次时，需要胞嘧啶脱氧核苷酸为(m－a)个，A正确；在第二次复制时，2个DNA分子会形成4个DNA分子，相当于形成2个新DNA分子，所以需要胞嘧啶脱氧核苷酸为2(m－a)个，B正确；在第n次复制后，会形成2n个DNA分子，所以需要胞嘧啶脱氧核苷酸为(2n－2n－1)(m－a)＝2n－1(m－a)个，C正确；在第n次复制过程中，1个DNA分子变为2n个DNA分子，总共需要胞嘧啶脱氧核苷酸为(2n－1)(m－a)个，D错误。
新知探究(三)　基因通常是有遗传效应的DNA片段
【探究·深化】
[问题驱动]　
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：
(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。基因并不是都在染色体上，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分子中基因并非连续排列的，基因之间有一些碱基序列不属于基因。
(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。
[重难点拨]　
(一)全面理解基因的内涵
(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。
(二)染色体、DNA、基因、脱氧核苷酸的关系
(三)基因、染色体、蛋白质、性状的关系
(1)对于真核细胞来说，染色体是基因的主要载体；线粒体和叶绿体中也含有基因。
(2)对于原核细胞来说，基因存在于拟核中的DNA分子或质粒上，DNA是裸露的，并没有与蛋白质一起构成染色体，因此，没有染色体这一载体。
【典题·例析】
[例1]　下列有关基因的叙述，错误的是(　　)
A．每个基因通常都是DNA分子上的一个片段
B．DNA分子上的每一个片段都是基因
C．DNA分子的结构发生改变，基因的结构不一定发生改变
D．真核细胞的核基因位于染色体上，在染色体上呈线性排列
[解析]　每个基因通常都是DNA分子上的一个片段，A正确；基因通常是有遗传效应的DNA片段，B错误；DNA分子的非基因结构发生改变，不会引起基因结构变化，C正确；染色体是基因的主要载体，基因在染色体上呈线性排列，D正确。
[答案]　B
[例2]　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(　　)
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
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四种，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，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。
[答案]　C
易错提醒—————————————————————————————————
基因概念理解的三个误区
(1)不是所有的DNA片段都是基因，必须是有遗传效应的DNA片段才是基因。
(2)不是所有的基因都位于染色体上，叶绿体、线粒体和拟核区也有基因。
(3)基因不全是有遗传效应的DNA片段，对于遗传物质是RNA的生物而言，基因就是有遗传效应的RNA片段，遗传信息蕴藏在4种碱基(A、U、G、C)的排列顺序之中。
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【应用·体验】
1．如图是果蝇某条染色体上的一段DNA分子的示意图。下列说法正确的是(　　)
A．白眼基因含有多个核糖核苷酸
B．白眼基因是有遗传效应的DNA片段
C．白眼基因位于细胞质内
D．白眼基因基本组成单位是4种碱基
解析：选B　基因通常是有遗传效应的DNA片段，其基本组成单位与DNA相同，即为脱氧核苷酸，脱氧核苷酸共有4种，B正确，D错误；每个DNA分子上含有很多个基因，每个基因中含有许多个脱氧核苷酸，A错误；染色体是DNA的主要载体，白眼基因位于染色体上，是细胞核基因，C错误。
2．从分子水平上对生物体具有多样性或特异性的分析，错误的是(　　)
A．碱基对的排列顺序的千变万化，决定了DNA分子的多样性
B．碱基对的特定的排列顺序，决定了DNA分子的特异性
C．一个含2 000个碱基的DNA分子，其碱基对可能的排列方式就有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，其碱基对可能的排列方式有41 700种
解析：选D　碱基对的排列顺序的千变万化，构成了DNA分子基因的多样性，A正确；碱基对的特定的排列顺序，又构成了每一个DNA分子基因的特异性，B正确；DNA中的碱基有A、T、C、G 4种，由n对碱基形成的DNA分子，其碱基对可能的排列方式最多有4n种，C正确；β 珠蛋白基因碱基对的排列顺序是β 珠蛋白所特有的，D错误。
科学探究——探究DNA半保留复制方式的假说—演绎过程分析
1．实验方法：同位素标记法和离心技术。
2．实验原理：含15N的双链DNA密度大，含14N的双链DNA密度小，一条链含14N、一条链含15N的双链DNA密度居中。
3．假说—演绎过程
(1)实验假设：DNA以半保留的方式复制。
(2)实验预期：离心后应出现3条DNA带。
①重带(密度最大)：两条链都为15N标记的亲代双链DNA。
②中带(密度居中)：一条链为14N标记，另一条链为15N标记的子代双链DNA。
③轻带(密度最小)：两条链都为14N标记的子代双链DNA。
(3)实验过程
(4)过程分析
①立即取出，提取DNA→离心→全部重带。
②繁殖一代后取出，提取DNA→离心→全部中带。
③繁殖两代后取出，提取DNA→离心→1/2轻带、1/2中带。
4．实验结论：DNA的复制是以半保留方式进行的。
【素养评价】
1．细菌在含15N的培养液中繁殖数代后，细菌DNA的含氮碱基皆含有15N，然后再将其移入含14N的培养液中培养，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DNA应为⑤
解析：选C　亲代DNA只含15N标记，应为⑤；复制一次后，DNA一条链含15N，一条链含14N，应为②；复制两次后形成4个DNA，其中2个DNA只含14N标记，2个DNA的一条链含15N，一条链含 14N，应为①；复制三次后形成8个DNA，其中6个DNA只含 14N标记，2个DNA的一条链含 14N，一条链含15N，应为③。故选C。
2．下列有关“探究DNA的复制过程”活动的叙述，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解旋处理后进行离心，离心管中将只出现1个条带
解析：选C　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，A错误；通过对亲代、第一代、第二代大肠杆菌DNA的离心，对比分析才可得出DNA复制的特点为半保留复制，B错误；根据DNA的半保留复制特点，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，C正确；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解旋处理后进行离心，离心管中将出现轻、重2个条带，D错误。
3．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？用下面设计实验来证明DNA的复制方式。
实验步骤：
a．在氮源为14N的培养基中生长的大肠杆菌，其DNA分子均为14NDNA(对照)。
b．在氮源为15N的培养基中生长的大肠杆菌，其DNA分子均为15NDNA(亲代)。
c．将亲代15N大肠杆菌转移到氮源为含14N的培养基中，再连续繁殖两代(Ⅰ和Ⅱ)，用离心法分离，不同分子量的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)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ⅡDNA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，深色代表亲代DNA的脱氧核苷酸链(母链)，浅色代表新形成的子代DNA的脱氧核苷酸链(子链)。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，另一条链为子链；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)　重(15N/15N)　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

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