资源简介

第六单元　遗传的分子基础
第2课　DNA的结构、复制及基因的本质
[复习目标]　1.通过掌握DNA的结构和功能，理解生命的延续和发展。(生命观念)　2.通过DNA中的碱基数量和DNA复制的计算规律，培养归纳与概括、逻辑分析和计算能力。(科学思维)　3.通过DNA复制方式的探究，培养实验设计及结果分析的能力。(科学探究)
考点一　DNA的结构
1．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)过程
2．DNA分子的结构层次
[教材深挖]
　(必修2 P51探究·实践)DNA只含有4种脱氧核苷酸，能够储存足够量遗传信息的原因是构成DNA的4种脱氧核苷酸的数目成千上万，脱氧核苷酸的排列顺序千差万别。
[易错辨析]
1．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。(×)
2．DNA分子一条链上的相邻碱基通过“磷酸—脱氧核糖—磷酸”相连。(×)
3．双链DNA分子同时含有2个游离的磷酸基团，其中嘌呤碱基数等于嘧啶碱基数。(√)
4．DNA分子是由两条核糖核苷酸长链反向平行盘旋成双螺旋结构。(×)
5．DNA分子中(A＋T)/(C＋G)的值越大，该分子结构稳定性越低。(√)
1．理清DNA分子结构中两种关系与两类化学键及方向性
2．DNA分子中碱基数量的计算规律
命题点1　围绕DNA分子的结构和特性考查生命观念及科学思维
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．(2021·山东卷)我国考古学家利用现代人的DNA序列设计并合成了一种类似磁铁的“引子”，成功将极其微量的古人类DNA从提取自土壤沉积物中的多种生物的DNA中识别并分离出来，用于研究人类起源及进化。下列说法正确的是(　　)
A．“引子”的彻底水解产物有两种
B．设计“引子”的DNA序列信息只能来自核DNA
C．设计“引子”前不需要知道古人类的DNA序列
D．土壤沉积物中的古人类双链DNA可直接与“引子”结合从而被识别
解析：选C。根据分析“引子”是一段DNA序列，彻底水解产物有磷酸、脱氧核糖和四种含氮碱基，共6种产物，A错误；由于线粒体中也含有DNA，因此设计“引子”的DNA序列信息还可以来自线粒体DNA，B错误；根据题干信息“利用现代人的DNA序列设计并合成了引子”，说明设计“引子”前不需要知道古人类的DNA序列，C正确；土壤沉积物中的古人类双链DNA需要经过提取，且在体外经过加热解旋后，才能与“引子”结合，而不能直接与引子结合，D错误。
命题点2　围绕DNA结构的相关计算考查科学思维
3．已知某DNA分子中，G与C之和占全部碱基总数的35.8%，其中一条链中的T与C分别占该链碱基总数的32.9%和17.1%。则在它的互补链中，T和C分别占该链碱基总数的(　　)
A．32.9%，17.1%　　 B．31.3%，18.7%
C．18.7%，31.3% D．17.1%，32.9%
解析：选B。互补的碱基之和的比例在DNA的任何一条链中及整个DNA分子中都相等，由G与C之和占全部碱基总数的35.8%，T和C分别占一条链碱基总数的32.9%和17.1%，可知A占这条链碱基总数的1－35.8%－32.9%＝31.3%，G占这条链碱基总数的35.8%－17.1%＝18.7%，根据碱基互补配对原则，它的互补链中T、C的比例分别为31.3%、18.7%。
4.(2022·河南洛阳模拟)如图表示有关DNA分子中的部分关系，下列判断正确的是(　　)
A．若x、y分别表示DNA两条互补链中(A＋G)/(T＋C)的量，则符合甲曲线变化
B．若x、y分别表示DNA两条互补链中(G＋T)/(A＋C)的量，则符合甲曲线变化
C．若x、y分别表示DNA两条互补链中(A＋T)/(G＋C)的量，则符合乙曲线变化
D．若x、y分别表示DNA一条链和整个DNA中嘌呤/嘧啶的量，则符合乙曲线变化
解析：选C。DNA两条互补链中(A＋G)/(T＋C)的量是互为倒数的关系，此情况不符合甲曲线变化，A错误；DNA两条互补链中(G＋T)/(A＋C)的量互为倒数，此情况不符合甲曲线变化，B错误；根据碱基互补配对原则，DNA两条互补链中(A＋T)/(G＋C)的量是相等的，此情况符合乙曲线变化，C正确；由于DNA中A＝T、G＝C，A＋G＝T＋C，嘌呤数＝嘧啶数，整个的量始终等于1，但DNA一条链中嘌呤/嘧啶的量不确定，D错误。
[技法提炼]　解答有关碱基计算题的“三步曲”
考点二　DNA分子的复制及基因的概念
1．证明DNA半保留复制的实验
(1)实验方法：同位素标记技术和离心技术。
(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)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。
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。
(5)实验过程
(6)实验结论：DNA的复制是以半保留的方式进行的。
[教材深挖]
(必修2 P55旁栏思考)第一代只出现一条居中的DNA条带，这个结果排除了哪种复制方式？
提示：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。
2．DNA的复制
(1)概念：以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。
(2)发生时期：在真核生物中，这一过程是在细胞分裂前的间期，随着染色体的复制而完成的。
(3)过程
(4)场所：真核生物的细胞核、线粒体和叶绿体；原核生物的拟核和细胞质。
(5)特点：边解旋边复制、半保留复制。
(6)方向：5′→3′。
(7)意义：DNA分子通过复制，将遗传信息从亲代传给了子代，从而保持了遗传信息的连续性。
(8)DNA分子精确复制的原因
①DNA分子的双螺旋结构提供精确的模板。
②碱基互补配对原则保证复制准确进行。
3．DNA分子的特性与基因的概念
(1)DNA分子的特性
(2)基因的概念
基因通常是具有遗传效应的DNA片段；有些病毒的遗传物质是RNA，对这类病毒而言，基因就是有遗传效应的RNA片段。
[易错辨析]
1．单个脱氧核苷酸在DNA酶的作用下连接合成新的子链。(×)
2．DNA分子复制时解旋酶催化磷酸二酯键的断裂。(×)
3．DNA分子复制时解旋酶与DNA聚合酶不能同时发挥作用。(×)
4．DNA分子复制与染色体复制是分别独立进行的。(×)
5．基因就是具有遗传效应的DNA片段。(×)
1．明辨DNA复制、“剪接”与“水解”中的四种酶
(1)DNA聚合酶：需借助母链模板，依据碱基互补配对原则，将单个脱氧核苷酸连接到已有的链上。
(2)DNA连接酶：将多个复制起点所复制出的“DNA片段”“缝合”起来形成磷酸二酯键，即连接“片段”。
(3)限制性内切核酸酶：用于切断DNA双链中主链上的磷酸二酯键。
(4)DNA水解酶：用于将DNA分子水解为脱氧核苷酸。
2．“图解法”分析DNA复制过程中的数量关系
DNA分子的复制为半保留复制，一个DNA分子复制n次，则有：
(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DNA链的子代DNA分子数＝(2n－2)个。
(2)脱氧核苷酸链数
①子代DNA分子中脱氧核苷酸链数＝2n＋1条；
②亲代脱氧核苷酸链数＝2条；
③新合成的脱氧核苷酸链数＝(2n＋1－2)条。
(3)消耗的脱氧核苷酸数
①若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，经过n次复制需要消耗该脱氧核苷酸数为m×(2n－1)个；
②一个DNA分子复制n次后，得到的DNA分子数为2n个，复制(n－1)次后得到的DNA分子数为2n－1个。第n次复制增加的DNA分子数为2n－2n－1＝ 2n－1(个)，需要含该碱基的脱氧核苷酸数为m·2n－1个。
3．理清基因、DNA、染色体之间的关系
命题点1　围绕DNA复制过程与特点考查生命观念及科学探究
1．如图所示为某DNA复制过程的部分图解，其中rep蛋白具有解旋的功能。下列相关叙述错误的是(　　)
A．rep蛋白可破坏A与C、T与G之间形成的氢键
B．DNA结合蛋白可能具有防止DNA单链重新形成双链的作用
C．DNA复制具有边解旋边复制和半保留复制的特点
D．随从链之间的缺口需要DNA连接酶将其补齐
解析：选A。rep蛋白具有解旋功能，破坏的是A与T、G与C之间的氢键；从题图中可看出有了DNA结合蛋白后，碱基对之间不能再形成氢键，可以防止DNA单链重新形成双链；DNA复制具有边解旋边复制和半保留复制的特点；DNA连接酶可以将随从链之间的缺口通过磷酸二酯键连接，从而形成完整的单链。
2．(2022·河南部分学校开学考试)早期，科学家对DNA分子复制方式的预测如图甲所示。1958年，科学家以大肠杆菌为实验材料，设计了一个巧妙的实验(如图乙所示)，试管②③④⑤是模拟实验中可能出现的结果。下列相关叙述正确的是(　　)
甲
A．图乙实验运用的主要技术包括荧光标记和离心
B．图乙中Ⅰ的目的是标记DNA，至少需要60 min才会出现试管④的结果
C．若培养30 min后离心得到试管③的结果，则可以确定DNA复制的方式是半保留复制
D．若为全保留复制，则复制n代后15N/15N－DNA所占比例为1/2n，离心呈现结果②
解析：选B。图乙实验运用的主要技术为同位素标记和离心，A错误；图乙中Ⅰ的目的是标记大肠杆菌的DNA，每30 min复制一代，故至少需要60 min才会出现试管④的结果，B正确；若培养30 min后离心得到试管③的结果，只能排除全保留复制，还不能确定DNA复制的方式是分散复制还是半保留复制，C错误；若为全保留复制，则复制n代后只有1个15N/15N－DNA，其余全为14N/14N－DNA，故15N/15N－DNA所占比例为1/2n，离心呈现结果为最上边和最下边两种条带，不是结果②，D错误。
3．(2021·全国甲卷)用一段由放射性同位素标记的DNA片段可以确定基因在染色体上的位置。某研究人员使用放射性同位素32P标记的脱氧腺苷三磷酸(dATP，dA－Pα～Pβ～Pγ)等材料制备了DNA片段甲(单链)，对W基因在染色体上的位置进行了研究，实验流程的示意图如下。
回答下列问题：
(1)该研究人员在制备32P标记的DNA片段甲时，所用dATP的α位磷酸基团中的磷必须是32P，原因是___________________。
(2)该研究人员以细胞为材料制备了染色体样品，在混合操作之前去除了样品中的RNA分子，去除RNA分子的目的是________________。
(3)为了使片段甲能够通过碱基互补配对与染色体样品中的W基因结合，需要通过某种处理使样品中的染色体DNA________________。
(4)该研究人员在完成上述实验的基础上，又对动物细胞内某基因的mRNA进行了检测，在实验过程中用某种酶去除了样品中的DNA，这种酶是____________________。
解析：(1)因为dATP分子中的两个高能磷酸键断裂后形成的dAMP(脱氧核糖核苷酸)是组成DNA的基本单位之一，所以只有α位磷酸基团中的磷是32P，才能使DNA合成原料具有放射性，最终使合成的DNA具有32P的放射性。(2)由题意可知，本实验的目的是用一段由放射性同位素标记的DNA片段确定基因在染色体上的位置，在混合操作之前应去除样品中的RNA分子，若不去除RNA分子，则RNA会与DNA分子碱基互补配对结合，从而影响DNA与染色体对应位点的DNA结合，导致无法确定基因在染色体上的位置。(3)DNA要先解开双链，片段甲才能通过碱基互补配对与染色体样品中的W基因结合，因此，需要通过某种处理使样品中的染色体DNA解旋。(4)因为酶具有专一性，故应用DNA水解酶去除样品中的DNA。
答案：(1) dATP分子中的两个高能磷酸键断裂后形成的dAMP是组成DNA的基本单位之一，所以α位磷酸基团中的磷是32P，才能使DNA具有32P的放射性　(2)防止RNA分子与DNA分子碱基互补配对结合，从而影响DNA与染色体对应位点的DNA结合　(3)解旋　(4)DNA水解酶(或DNA酶)
命题点2　围绕DNA复制过程中的有关计算考查科学思维
4．(2022·滨州模拟)用15N标记两条链含有200个碱基的DNA分子，其中胞嘧啶有60个，该DNA分子在含14N的培养基中连续复制3次。下列有关说法不正确的是(　　)
A．该DNA分子含有的氢键数目是260个
B．该DNA分子复制3次共需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸320个
C．子代DNA分子中含15N的单链与含14N的单链之比为1∶7
D．子代DNA分子中含15N的DNA分子与含14N的DNA分子之比为1∶4
解析：选B。该DNA分子有200个碱基，其中胞嘧啶有60个，则G有60个，A和T各有40个，又知C、G之间有3个氢键，A、T之间有2个氢键，因此氢键数目为60×3＋40×2＝260(个)，A正确；该DNA分子含有腺嘌呤脱氧核苷酸(A)40个，则复制3次共需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸的数目为(23－1)×40＝280(个)，B错误；该DNA分子复制3次共产生8个DNA分子、16条DNA单链，其中2条链含15N，故含15N的单链与含14N的单链之比为2∶14，即1∶7，C正确；该DNA分子复制3次共产生8个DNA分子，其中2个DNA分子含有15N，8个DNA分子都含有14N，故二者之比为1∶4，D正确。
[归纳总结]　有关DNA复制和计算的3点“注意”
(1)DNA中氢键可由解旋酶催化断裂，同时需要ATP供能，也可加热断裂(体外)；而氢键是自动形成的，不需要酶和能量。
(2)注意“DNA复制了n次”和“第n次复制”的区别，前者包括所有的复制，后者只包括第n次的复制。
(3)DNA复制计算时看清题中所问的是“DNA分子数”还是“链数”，是“含”还是“只含”。
[真题演练]
1．(2021·广东卷)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(　　)
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：选B。威尔金斯和富兰克林提供了DNA衍射图谱；查哥夫提出碱基A的量总是等于T的量，C的量总是等于G的量；沃森和克里克在以上基础上提出了DNA分子的双螺旋结构模型。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不符合题意；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符合题意；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符合题意；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不符合题意。
2．(2021·辽宁卷)下列有关细胞内的DNA及其复制过程的叙述，正确的是(　　)
A．子链延伸时游离的脱氧核苷酸添加到3′端
B．子链的合成过程不需要引物参与
C．DNA每条链的5′端是羟基末端
D．DNA聚合酶的作用是打开DNA双链
解析：选A。子链延伸时由5′→3′合成，故游离的脱氧核苷酸添加到3′端，A正确；子链的合成过程需要引物参与，B错误；DNA每条链的5′端是磷酸基团末端，3′端是羟基末端，C错误；解旋酶的作用是打开DNA双链，D错误。
3．(2022·广东卷)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：选C。单链序列脱氧核苷酸数量相等、分子骨架同为脱氧核糖与磷酸交替连接，不能决定线性DNA分子两端能够相连，A、B错误；据图可知，单链序列的碱基能够互补配对，决定线性DNA分子两端能够相连，C正确；DNA的两条链是反向的，因此自连环化后两条单链方向相反，D错误。
4．(2021·北京卷)酵母菌的DNA中碱基A约占32%，关于酵母菌核酸的叙述错误的是(　　)
A．DNA复制后A约占32%
B．DNA中C约占18%
C．DNA中(A＋G)/(T＋C)＝1
D．RNA中U约占32%
解析：选D。DNA分子为半保留复制，复制时遵循A－T、G－C的配对原则，则DNA复制后的A约占32%，A正确；酵母菌的DNA中碱基A约占32%，则A＝T＝32%，G＝C＝(1－2×32%)/2＝18%，B正确；DNA遵循碱基互补配对原则，A＝T、G＝C，则(A＋G)/(T＋C)＝1，C正确；由于RNA为单链结构，且RNA是以DNA的一条单链为模板进行转录而来，故RNA中U不一定占32%，D错误。
[长句特训]
(2022·山东济宁市模拟)如图是DNA复制示意图，E表示酶，α、β是新合成的子链。根据资料回答问题：
DNA复制示意图
资料1.所有已知DNA聚合酶的合成方向都是相同的，DNA复制时，以其中一条链为模板，连续合成一条子链(称为前导链)；以另一条链为模板，合成子链片段，在DNA连接酶的作用下将子链片段，连接成一条完整的子链(称为滞后链)。
资料2.所有已知的DNA聚合酶都不能发动新链的合成，而只能催化已有链的延长反应。然而RNA聚合酶则不同，它只需要DNA模板存在，就可以合成出新的RNA链。
资料3.DNA复制过程中，首先以DNA为模板合成几个至十几个核苷酸的RNA引物片段，然后DNA聚合酶Ⅲ继续在引物末端连接核苷酸使子链延伸。RNA引物的消除和缺口的填补是由DNA聚合酶Ⅰ来完成的。
设问形式1　概念表述类命题
(1)图中酶E是____________，作用于DNA分子的____________。
设问形式2　思维推断类命题
(2)图中________是滞后链，RNA引物在其____________端。
设问形式3　科学探究类命题
(3)据资料分析，DNA复制需要____________种酶。现有DNA连接酶变异的温度敏感型大肠杆菌，其DNA连接酶仅在适当温度范围内起作用。根据资料1提出一个证明细胞内合成滞后链DNA片段的思路。____________________。
解析：(1)从图上看，酶E是与DNA双链结合的酶，应该是解旋酶，作用于DNA分子的氢键，使DNA双链打开，分别作复制的模板。(2)从图中看，α链是从5′开始合成的，可以连续合成，是前导链；由于β链是以亲代模板的5′开始碱基互补配对，只能先合成子链片段，在DNA连接酶的作用下将子链片段连接成一条完整的子链，所以是滞后链，RNA引物在β链的5′端。(3)根据资料分析，DNA复制需要5种酶：①解旋酶催化DNA打开双链；②RNA聚合酶合成RNA引物；③DNA聚合酶Ⅲ继续在引物末端连接核苷酸使子链延伸；④DNA聚合酶Ⅰ会消除RNA引物和填补缺口；⑤DNA连接酶将子链片段连接成完整的子链。DNA连接酶主要起连接滞后链的作用，酶的活性受温度的影响，若酶的活性下降，酶促反应速率下降，滞后链不能连接，就会有DNA片段的积累，故设计思路如下：在DNA连接酶不起作用的温度下培养DNA连接酶变异的温度敏感型大肠杆菌，一段时间后，测其细胞内是否有DNA片段积累。
答案：(1)解旋酶　氢键　(2)β　5′　(3)5　在DNA连接酶不起作用的温度下培养DNA连接酶变异的温度敏感型大肠杆菌，一段时间后，测其细胞内是否有DNA片段积累
第2课　DNA的结构、复制及基因的本质
[基础练透]
1．(2022·宁波二模)几个学生充分利用下表提供的材料正确搭建出DNA分子结构模型，但制作的DNA分子片段不尽相同，原因可能是(　　)
塑料片类别 碱基G 碱基C 碱基A 碱基T 磷酸、脱氧核糖
数量(个) 3 3 5 5 充足
①每条脱氧核苷酸单链上的碱基数量不同　②每条脱氧核苷酸单链上碱基种类不同　③DNA片段上的碱基的排列顺序不同　④DNA片段上的碱基配对方式不同
A．①②　　　　　 B．②③
C．③④ D．①④
解析：选B。①表格中给出了碱基G和C各3个，A和T各5个，几个学生充分利用表格提供的材料搭建出DNA分子结构模型，每条链上的碱基数目都应该是8个；②每条脱氧核苷酸单链上碱基种类不同，构成的DNA分子不同；③碱基序列不同，构成的DNA分子不同；④每个DNA分子都遵循相同的碱基配对原则，即A与T配对，G与C配对，故B符合题意。
2．(2022·山东省淄博模拟)DNA的熔点(Tm)是指将DNA加热变性使DNA的双螺旋结构解旋至一半时的温度，其影响机制如图所示。相关叙述错误的是(　　)
A．Tm值大小与G＋C的百分含量和盐溶液浓度有关
B．以高盐溶液为介质的DNA的Tm值范围较大
C．G＋C的百分含量一定时，低盐溶液的Tm值较低
D．一定盐浓度下，G＋C的百分含量越高，DNA分子的热稳定性越强
解析：选B。60 ℃后，DNA分子的Tm值和C＋G含量呈正相关，且低盐溶液比高盐溶液相同的G＋C值所需温度更低，A正确；高盐溶液中随G＋C比值的变化Tm变化较为集中，低盐溶液中Tm变化幅度较大，B错误；根据图示，G＋C的百分含量一定时，低盐溶液的Tm值较低，C正确；一定盐浓度下，G＋C比例越高，Tm越高，DNA分子的热稳定性就越强，D正确。
3．某双链DNA分子中含有200个碱基，一条链上A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，则该DNA分子(　　)
A．四种含氮碱基A∶T∶G∶C＝4∶4∶7∶7
B．若该DNA中A为p个，占全部碱基的n/m(m＞2n)，则G的个数为pm/2n－p
C．碱基排列方式共有4200种
D．含有4个游离的磷酸基团
解析：选B。该DNA分子中A∶T∶G∶C＝3∶3∶7∶7；若该DNA分子中A为p个，其占全部碱基的n/m，则全部碱基数为pm/n，所以G的个数为(pm/n－2p)÷2，即pm/2n－p；该DNA分子中碱基比例已确定，所以碱基排列方式小于4100种；一个DNA分子含有2个游离的磷酸基团。
4．(2022·淄博市一模)大多数真核生物的DNA在复制时会出现多个复制泡，每个复制泡的两端有2个复制叉，复制叉的延伸方向如图所示。已知复制时DNA聚合酶只能沿模板链的3′→5′方向移动，下列说法错误的是(　　)
A．图中DNA的复制为双向半保留复制
B．多起点复制加快了DNA的复制速度
C．复制泡3的DNA复制早于复制泡1
D．子链的延伸方向与复制叉的推进方向相同
解析：选D。由图复制泡的走向可知，DNA复制时以每条链为模板，沿模板链的3′→5′方向移动，图中DNA的复制为多起点不连续双向半保留复制，A正确；多起点复制加快了DNA的复制速度，B正确；根据复制泡的大小可以看出，复制泡3的DNA复制早于复制泡1，C正确；DNA聚合酶只能沿模板链的3′→5′方向移动，两条子链的延伸方向相反，其中一条子链与复制叉的推进方向相反，D错误。
5．(2022·山东日照一模)研究人员将1个含14N—DNA的大肠杆菌转移到以15NH4Cl为唯一氮源的培养液中，培养24 h后提取子代大肠杆菌的DNA。将DNA解开双螺旋，变成单链；然后进行密度梯度离心，试管中出现两种条带(如图)。下列说法正确的是(　　)
A．由结果可推知该大肠杆菌的细胞周期大约为6 h
B．根据条带的数目和位置可以确定DNA的复制方式
C．解开DNA双螺旋的实质是破坏核苷酸之间的磷酸二酯键
D．若直接将子代DNA进行密度梯度离心也能得到两条条带
解析：选D。由于14N单链∶15N单链＝1∶7，说明DNA复制了3次，因此可推知该细菌的细胞周期大约为24÷3＝8 h，A错误；由于DNA经过热变性后解开了双螺旋，变成单链，所以根据条带的数目和位置只能判断DNA单链的标记情况，但无法判断DNA的复制方式，B错误；解开DNA双螺旋的实质是破坏核苷酸之间的氢键，C错误；经过分析可知，DNA复制3次，有2个DNA是15N和14N形成中带，有6个都是15N的DNA形成重带，两种条带，D正确。
6．(2022·辽宁模拟)基因通常是有遗传效应的DNA片段，眼色基因(红眼基因R、白眼基因r)位于果蝇的X染色体上，下列叙述正确的是(　　)
A．雌雄果蝇细胞内的基因都是随染色体的复制而复制的
B．同一DNA分子上不可能同时含有两个控制眼色的基因
C．果蝇正常的卵原细胞有丝分裂时红眼基因最多有4个
D．白眼基因的两侧也都是基因，其中只有一条链可以转录血红蛋白基因
解析：选C。果蝇属于真核生物，其基因主要位于染色体上，但细胞质中也有分布，故果蝇细胞内的基因不都是随染色体的复制而复制的，A错误；一个DNA分子上有多个基因，同一DNA分子上可能同时含有两个控制眼色的基因，如朱红眼和深红眼，B错误；雌果蝇的基因型可能为XRXR，则该个体在有丝分裂间期复制后可能含有四个XR基因，即红眼基因最多有4个，C正确；基因是有遗传效应的DNA片段，一般而言白眼基因的两侧为非基因片段，且由于基因的特异性，控制白眼的基因不能转录出血红蛋白，D错误。
7．(多选)图甲为摩尔根等人研究并绘出的果蝇X染色体上几个基因的相对位置图，图乙为利用荧光标记各个基因，得到的基因在染色体上的位置图，由图分析不正确的是(　　)
图甲　　　　　　　　　图乙　　
A．图甲和图乙都能说明一条染色体上有多个基因，且呈线性排列
B．图甲中朱红眼基因和深红眼基因的遗传遵循自由组合定律
C．图乙中方框内的四个荧光点所在的基因所含遗传信息一定不同
D．图乙中从荧光点的分布来看，图中是两条含有染色单体的非同源染色体
解析：选BCD。据图甲可知，一条染色体上有多个基因，基因在染色体上呈线性排列；据图乙不同荧光点的位置分布可以说明基因在染色体上呈线性排列，A正确。图甲中朱红眼基因和深红眼基因位于同一条染色体上，其遗传不遵循自由组合定律，B错误。图乙中方框内的四个荧光点位置相同，说明这四个基因可能是相同基因(遗传信息相同)，也可能是等位基因(遗传信息不同)，因此，方框内的四个荧光点所在的基因所含遗传信息可能相同，C错误。由图乙可知，图示为两条染色体，二者形态大小相似、基因位点相同，是一对同源染色体，同时，每条染色体的同一位置有两个基因(荧光点)，据此可推测染色体中有染色单体，因此图乙是一对含有染色单体的同源染色体，D错误。
8．(2022·济南市模拟)研究表明，每个人的DNA都不完全相同，因此DNA也可以像指纹一样用来识别身份，这种方法就是DNA指纹技术。回答下列有关问题：
(1)我们可以根据分析指纹图的吻合程度来帮助确认身份，因为DNA能够储存遗传信息，而且不同个体的DNA的__________________各不相同，故每个人的DNA指纹图都是独一无二的。DNA分子中遗传信息量非常大，原因是__________________。
注：M表示母亲，C表示该小孩，F1～F4表示待测男性。
(2)在现代刑侦领域中，DNA指纹技术正在发挥着越来越重要的作用，此外，DNA指纹技术还可以用于亲子鉴定等。如图是通过提取某小孩和其母亲以及待测定的四位男性的DNA，分别经合适的酶处理后，形成若干DNA片段，然后进行电泳等一系列步骤得到的一组DNA指纹图。请分析：F1～F4中，谁是该小孩真正生物学上的父亲？________，为什么？__________________。
(3)DNA分子中，(A＋T)/(G＋C)、(A＋C)/(T＋G)中能体现DNA分子特异性的是________________________________。
解析：(1)利用指纹技术进行DNA指纹鉴定的原理是DNA分子的特异性，因为每个人的DNA的脱氧核苷酸都具有特定的排列顺序，故每个人的DNA指纹图是独一无二的。组成DNA的脱氧核苷酸的数量多，且排列顺序极其多样化，所以DNA分子中遗传信息量非常大。(2)DNA指纹技术是用合适的酶将待测的样品DNA切成片段。子代的核遗传物质一半来自父方，一半来自母方，C的DNA指纹图中一条带与M的DNA指纹图中的一条带相同，另一条带与F2的DNA指纹图中的一条带相同，所以F2是该小孩真正生物学上的父亲。(3)在双链DNA分子中，碱基之间严格按照碱基互补配对原则进行配对，即(A＋C)/(T＋G)＝1，该比值无法体现DNA分子的特异性，而不同生物的DNA分子中互补配对的碱基之和的比值不同，因此(A＋T)/(G＋C)可体现DNA分子的特异性。
答案：(1)脱氧核苷酸排列顺序(或碱基排列顺序)　组成DNA的脱氧核苷酸的数量多，且排列顺序极其多样化　(2)F2　C的DNA指纹图中一条带与M的DNA指纹图中的一条带相同，另一条带与F2的DNA指纹图中的一条带相同　(3)(A＋T)/(G＋C)
[能力提升]
9．(2022·石家庄模拟)沃森和克里克根据DNA分子晶体衍射图谱，解析出经典的DNA双螺旋类型(B-DNA)，后续人们又解析了两种不同的DNA双螺旋类型(A-DNA和Z-DNA)，它们的螺旋直径如表所示。下列叙述错误的是(　　)
A-DNA B-DNA Z-DNA
螺旋直径(nm) 2.55 2.37 1.84
A．Z-DNA双螺旋类型结构更为紧凑而有利于其完成复制
B．不同的双螺旋类型中，基因的转录活跃程度不同
C．三种双螺旋类型DNA双链都遵循碱基互补配对原则
D．推测在生物体内DNA双螺旋类型也是多种多样的
解析：选A。DNA复制过程中需要将DNA解旋，而Z-DNA双螺旋类型结构更为紧凑，解旋更困难，从而不利于其完成复制，A错误；不同螺旋结构的直径不同，转录活跃程度不同，B正确；DNA复制过程中无论什么类型的DNA双螺旋结构，都遵循碱基互补配对原则，C正确；DNA可按其螺旋直径划分不同种类，故可导致生物体内DNA双螺旋类型多种多样，D正确。
10．某种物质可插入DNA分子两条链的碱基之间，使DNA双链不能解开。若在细胞正常生长的培养液中加入适量的该物质，下列相关叙述错误的是(　　)
A．随后细胞中的DNA复制发生障碍
B．随后细胞中的DNA转录发生障碍
C．该物质可将细胞周期阻断在分裂中期
D．可推测该物质对癌细胞的增殖有抑制作用
解析：选C。某物质可插入DNA分子两条链的碱基之间，使DNA双链不能解开，说明该物质会阻碍DNA分子的解旋，因而会阻碍DNA分子的复制、转录并抑制细胞增殖，A、B、D正确；因DNA分子的复制发生在细胞分裂前的间期，所以该物质可将细胞周期阻断在分裂前的间期，C错误。
11．(多选)白斑综合征病毒严重危害对虾养殖业，该病毒经由吸附蛋白与细胞膜上受体蛋白的特异性结合而入侵宿主细胞。科研人员通过引入5-溴尿嘧啶(5-BU)诱变剂提高对虾抗病能力。5-BU能产生两种互变异构体，一种是普通的酮式，一种是较为稀有的烯醇式。酮式可与A互补配对，烯醇式可与G互补配对。下列叙述正确的是(　　)
A．5-BU处理组对虾体细胞中的碱基数目不变
B．5-BU处理组对虾体细胞DNA中(A＋T)/(C＋G)比值可能发生变化
C．5-BU诱变剂是通过干扰吸附蛋白基因表达来阻断病毒的吸附
D．宜选用健壮的成体对虾作为实验材料进行诱变实验
解析：选AB。根据题干信息，利用5-BU处理对虾，酮式可与A互补配对，代替T作为原料，烯醇式可与G互补配对，代替C作为原料，因此细胞中的碱基数目不变，但是由于5-BU能产生两种互变异构体参与比例未知，因此(A＋T)/(C＋G)的比值可能改变，A、B正确；根据以上分析可知，5-BU诱变剂是通过干扰对虾体细胞内DNA的复制诱导基因突变，使得对虾细胞膜上的受体蛋白结构改变，来阻断病毒的吸附，C错误；根据以上分析，5-BU诱变剂是通过干扰对虾体细胞内DNA的复制诱导基因突变，因此宜选用幼体对虾作为实验材料进行诱变实验，D错误。
12．(2022·四川成都模拟)科学家曾对DNA的复制提出两种假说：全保留复制和半保留复制。以下是运用离心等方法探究DNA复制机制的两个实验，请分析并回答下列问题：
实验一：从含15N的大肠杆菌和含14N的大肠杆菌中分别提取亲代DNA，混合后放在100 ℃条件下进行热变性处理，即解开双螺旋，变成单链，然后进行离心，再测定离心管中混合的DNA单链含量，结果如图a所示。
实验二：将含15N的大肠杆菌转移到14NH4Cl培养液中，繁殖一代后提取子代大肠杆菌的DNA(F1DNA)。将F1DNA热变性处理后进行离心，离心管中出现的两个条带对应图b中的两个峰。
(1)热变性处理破坏了DNA分子中的________(填化学键的名称)。
(2)根据图a、图b中条带的数目和位置，能否判断DNA的复制方式是“全保留复制”还是“半保留复制”？________，原因是__________________。
(3)研究人员发现，若实验二中提取的F1DNA________________，将其直接进行离心，则离心管中只出现一个条带，据此分析DNA的复制方式是半保留复制。
(4)研究人员继续研究发现，将含15N的大肠杆菌转移到l4NH4Cl培养液中，培养24 h后提取子代大肠杆菌的DNA，经实验二的相关处理后，离心管中出现的14N条带与15N条带峰值的相对比值为7∶1，则大肠杆菌的分裂周期为________ h。
(5)如果大肠杆菌的DNA分子中含有2000个碱基(P元素只含32P)。若将DNA分子放在只含31P的脱氧核苷酸的溶液中让其复制两次，则子代DNA的相对分子质量平均比原来减少____________。
解析：(1)热变性处理导致DNA分子中碱基之间的氢键发生断裂，形成两条DNA单链。(2)无论DNA是全保留复制还是半保留复制，经热变性后都会在离心管中得到两条14N链和两条15N链，即都会得到两个条带，一条为14N条带，另一条为15N条带，无法区分复制方式。(3)若实验二中提取的F1DNA不做热变性处理，如果DNA复制是半保留复制，则第一代的2个DNA(F1DNA)分子都应一条链含15N，一条链含14N。将其直接进行离心，则离心管中只出现一个条带。(4)由题可知，经实验二的相关处理后，离心管中出现的14N条带与15N条带峰值的相对比值为7∶1，说明离心管中含14N的链有14条，含15N的链有2条，则24 h内得到了8个子代DNA分子，故大肠杆菌的分裂周期为8 h。(5)如果大肠杆菌的DNA分子中含有2000个碱基(P元素只含32P)。若将DNA分子放在只含31P的脱氧核苷酸的溶液中让其复制两次，则子代DNA共4个，两个DNA的一条链含有32P，一条链含有31P，两个DNA分子的两条链均为31P，故相对分子质量平均比原来减少6000/4＝1500。
答案：(1)氢键　(2)不能　无论DNA是全保留复制还是半保留复制，经热变性后都能得到相同的实验结果　(3)不做热变性处理　(4)8　(5)1500

展开更多......

收起↑