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(共60张PPT)
必修2　遗传与进化
第3章　基因的本质
2025年高考一轮总复习
第2、3、4节 DNA的结构、DNA的复制及基因通常是有遗传效应的DNA片段
考点一 DNA 分子的结构及相关计算
沃森和克里克
1.DNA 双螺旋结构模型构建者：_______________。
2.构建过程。
衍射图谱
A、T、C、G
螺旋
A＝T，G＝C
T
C
3.DNA 的结构层次。
磷酸二酯键
2
3
注：一个双链 DNA 分子具有 2 个游离的磷酸基团，而环状
DNA 不存在。
4.DNA 的双螺旋结构内容。
(1)DNA 由两条脱氧核苷酸链组成，这两条链按___________
方式盘旋成双螺旋结构。
反向平行
脱氧核糖
磷酸
(2)外侧：____________和___________交替连接构成主链基本
骨架。
碱基对
(3)内侧：两条链上碱基通过氢键连接成________。碱基互补
配对遵循以下原则：A==T(两个氢键)、G≡C(三个氢键)。G≡C
对越多，DNA 分子越稳定。此外，氢键的形成不需要酶，而断裂
需要解旋酶或加热处理。
(1)DNA 初步水解产物是 4 种脱氧核苷酸，彻底水解产物是磷
酸、脱氧核糖和 4 种含氮碱基。
(2)相邻的碱基在 DNA 分子的一条单链中通过“—脱氧核糖
—磷酸—脱氧核糖—”相连接，在 DNA 的双链之间通过“氢键”
相连接。
(3)除 DNA 末端的两个脱氧核糖外，其余每个脱氧核糖都连接
着 2 个磷酸。
5.DNA 分子的结构解读。
图 1
图 2
(1)由图 1 可解读以下信息：
(2)图 2 是图 1 的简化形式，其中①是磷酸二酯键，②是氢键。
解旋酶作用于②部位，限制性内切核酸酶和 DNA 连接酶作用于①
部位。
多样性
(3)DNA 分子的结构特性。
①DNA 分子具有________：若一段 DNA 分子由 n 个碱基对
组成，则共有 4n 种碱基排列顺序。
②DNA 分子具有________：每个 DNA 分子都有其特定的碱
基排列顺序，蕴藏着特定的遗传信息。
特异性
稳定性
6.双链 DNA 分子中碱基的计算规律。
(1)互补的两种碱基数量相等，即 A＝T，C＝G。
(2)任意两个不互补的碱基数量之和占碱基总数的 50%，即嘌
呤之和＝嘧啶之和＝总碱基数×50%，A＋G＝T＋C＝A＋C＝T＋
(3)在双链 DNA 分子中，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。
考点二 DNA 分子的复制及基因的概念
1.DNA 分子的复制方式。
(1)方式推测。
沃森和克里克提出遗传物质自我复制的假说：DNA 分子复制
方式为______________。
半保留复制
同位素标记技术
(2)DNA 半保留复制的实验证据
①实验方法：假说—演绎法。
②实验技术：_________________。
15NH4Cl
15N
14NH4Cl
③实验过程：
a.用含________的培养液培养大肠杆菌，让大肠杆菌繁殖若干
代，这时，大肠杆菌的 DNA 几乎都是________标记的。
b.将大肠杆菌转移到含有_________的普通培养液中。
c.在不同时刻收集大肠杆菌并提取 DNA。
d.将提取的 DNA 进行离心，记录离心后试管中 DNA 的位置。
④实验预期。
全部重带
全部中带
1/2 轻带、1/2 中带
⑤实验结果。
a.亲代取出，提取 DNA→离心→__________。
b.繁殖一代后取出，提取 DNA→离心→____________。
c.繁殖两代后取出，提取 DNA→离心→__________________。
2.DNA 分子的复制过程。
(1)时间：___________________。
(2)场所。
细胞核
线粒体
叶绿体
细胞分裂前的间期
(3)图解
解旋
螺旋双链
脱氧核苷酸
DNA 聚合酶
碱基互补配对
(4)特点：边__________边复制，半保留复制。
(5)准确复制的原因：①DNA 独特的__________结构，为复制
提供了精确的模板。②通过______________，保证了复制能够准
确地进行。
解旋
双螺旋
碱基互补配对
(6)意义：将_________从亲代传给子代，保持了____________
________。
遗传信息
遗传信息的
连续性
3.与 DNA 复制相关的计算。
(1)将含有 15N 的 DNA 分子放在含有 14N 的培养基中连续复制
n 次，则：
(2)DNA 分子复制过程中消耗的脱氧核苷酸数。
①若亲代 DNA 分子含有某种脱氧核苷酸 m 个，经过 n 次复
制需要消耗该种脱氧核苷酸数为 m·(2n－1)个。
②第 n 次复制需要消耗该种脱氧核苷酸数为 m·2n-1 个。
4.基因与 DNA 的关系。
基因与染色体、DNA、脱氧核苷酸的关系
(1)对于 RNA 病毒来说，基因是有遗传效应的 RNA 片段。
(2)基因可以是一段 DNA，但一段 DNA 不一定是基因。
【基础测评】
1.易错诊断
(1)细胞中 DNA 分子的碱基对数等于所有基因的碱基对数之
和。(
)
)
(2)DNA 复制时，双螺旋结构全部解旋后开始进行复制。(
(3)真核细胞基因中核糖核苷酸的排列顺序代表遗传信息。
(
)
(4)若将处于 G1 期的胡萝卜愈伤组织细胞置于含 3H 标记的胸
腺嘧啶脱氧核苷酸培养液中，培养至第二次分裂中期，每条染色
体均只有一个 DNA 分子的两条脱氧核苷酸链含 3H。(　　)
(5)DNA 分子复制过程中的解旋在细胞核中进行，复制在细胞
质中进行。(
)
答案：(1)×　(2)×　(3)×　(4)√ 　(5)×
2.如图为一个 DNA 分子片段，下列有关叙述正确的是(
)
A.DNA 分子中的每个五碳糖都同时连接 2 个磷酸基团
B.图中有 4 种核苷酸，烟草花叶病毒的核酸中只含其中 3 种
核苷酸
C.DNA 发生初步水解的过程中，发生断裂的键是②④
D.DNA 分子中的氮元素，分布在其基本骨架上
答案：C
3.如图为真核细胞 DNA 复制过程的模式图，据图分析，下列
相关叙述不正确的是(
)
A.由图示得知，DNA 复制的方式是半保留复制
B.解旋酶能使双链 DNA 解开，且需要消耗 ATP
C.从图中可以看出合成两条子链的方向都是 5′到 3′
D.DNA 聚合酶的作用位点为两条脱氧核苷酸链之间的氢键
答案：D
4.双微体(DMs)是染色体外成对出现的无着丝粒的环状 DNA
分子，存在于各种类型的癌细胞中，大小不一，可自主复制，经
)
常携带癌基因和耐药基因扩增。下列叙述错误的是(
A.DMs 上含有遗传效应片段
B.成对存在的 DMs 参与构成同源染色体
C.DMs 中每个脱氧核糖均连接两个磷酸基团
D.肿瘤恶性程度可能与癌细胞中 DMs 含量有关
答案：B
考向 1 DNA 分子的结构
[典例 1](2021 年广东高考)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：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。
答案：B
【考向集训】
1.(2023 年 广东河源期末 ) 已 知某个完整 DNA 分 子中共 有
6×106 个碱基对，其中 A 占全部碱基的 30%，图为该 DNA 分子
的结构模式图(部分片段)。下列说法正确的是(
)
A.该 DNA 分子中磷酸基团总数与四种碱基的总和相等
　　B.④⑤⑥组成的脱氧核糖核苷酸是 DNA 分子的基本单位之一
　　C.碱基①和碱基②之间通过“—磷酸—脱氧核糖—磷酸—”
相连接
　　D.该 DNA 分子在第三次复制时需要消耗胞嘧啶的数量为
1.68×107 个
解析：DNA 分子的基本单位是脱氧核苷酸，而一分子脱氧核苷
酸由一分子脱氧核糖、一分子磷酸和一分子含氮碱基组成，所以
DNA 中磷酸基团总数与四种碱基的总和是相等的，A 正确。由图可
知，④⑤⑦组成一个脱氧核糖核苷酸，⑥则是相邻脱氧核糖核苷酸
的磷酸基团，B错误。由图可以看出，碱基①和碱基②之间通过“-脱
氧核糖-磷酸-脱氧核糖-”相连接，C 错误。该 DNA 分子在第三次
复制时，DNA 只复制了一次，由 4 个 DNA 变为 8 个 DNA，相当于
需要合成 4 个新的 DNA，而每个 DNA 中(A＋C)占全部碱基的 50%，
而 A 占全部碱基的 30%，所以胞嘧啶(C)占全部碱基的 20%，故需要
消耗胞嘧啶的数量为 6×106×2×20%×4＝9.6×106，D 错误。
答案：A
2.(2022 年广东高考)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)，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、分子骨架同为脱氧核
糖与磷酸交替连接，不能决定该线性 DNA 分子两端能够相连，A、
B 不符合题意。据图可知，单链序列的碱基能够互补配对，决定
该线性 DNA 分子两端能够相连，C 符合题意。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 不符合题意。
答案：C
考向 2 DNA 结构的相关计算
[典例 2](2023 年四川德阳模拟)某双链 DNA 分子中，鸟嘌呤
与胞嘧啶之和占全部碱基的比例为 a，其中一条链上鸟嘌呤占该链
全部碱基的比例为 b，则互补链中鸟嘌呤占整个 DNA 分子碱基的
比例为(
)
A.(a－b)/2
C.(a－b)/(1－a)
B.a－b
D.(b－a)/2
解析：该双链 DNA 分子中，鸟嘌呤与胞嘧啶之和占全部碱基
的比例为 a，而双链 DNA 分子中鸟嘌呤与胞嘧啶相等，所以双链
中鸟嘌呤 G 占 a/2；又因为一条链上鸟嘌呤占该链全部碱基的比例
为 b，则占双链的比例是 b/2，所以其互补链中鸟嘌呤占整个 DNA
分子碱基的比例为 a/2－b/2＝(a－b)/2。
答案：A
三步解决 DNA 分子中有关碱基比例的计算
【考向集训】
3.(2023 年河北一模)在搭建 DNA 分子结构模型的实验中，若
4 种碱基塑料片共 30 个，其中 6 个 C，10 个 G，6 个 A，8 个 T，
脱氧核糖和磷酸之间的连接物 18 个，脱氧核糖塑料片、磷酸塑料
片、代表氢键的连接物、脱氧核糖和碱基之间的连接物等材料均
充足，则(
)
A.能搭建出 30 个脱氧核苷酸
B.所搭建的 DNA 分子最长为 5 个碱基对
C.能搭建出 415 种不同的 DNA 分子模型
D.能搭建出一个 12 个碱基对的 DNA 分子片段
解析：在双链 DNA 中，碱基之间的配对遵循碱基互补配对原
则，即 A＝T、G＝C，则 A＝T 有 6 对，G＝C 有 6 对。设能搭建
的 DNA 分子含有 n 个碱基对，则每条链需要脱氧核糖和磷酸之间
的连接物的数目为 2n－1，共需(2n－1)×2 个，已知脱氧核糖和磷
酸之间的连接物有 18 个，则 n＝5，所以只能搭建出一个 5 个碱基
对的 DNA 分子片段，只能搭建出一个 10 个脱氧核苷酸的 DNA
分子片段，最多能搭建出 45 种不同的 DNA 分子模型。
答案：B
考向 3 DNA 复制的过程及特点
[典例 3](2021 年浙江 6 月选考)在 DNA 复制时，5-溴尿嘧啶
脱氧核苷(BrdU)可作为原料，与腺嘌呤配对，掺入新合成的子链。
用 Giemsa 染料对复制后的染色体进行染色，DNA 分子的双链都
含有 BrdU 的染色单体呈浅蓝色，只有一条链含有 BrdU 的染色
单体呈深蓝色。现将植物根尖放在含有BrdU的培养液中培养，取
根尖用 Giemsa 染料染色后，观察分生区细胞分裂中期染色体的
着色情况。下列推测错误的是(
)
A.第一个细胞周期的每条染色体的两条染色单体都呈深蓝色
B.第二个细胞周期的每条染色体的两条染色单体着色都不同
C.第三个细胞周期的细胞中染色单体着色不同的染色体均为
1/4
D.根尖分生区细胞经过若干个细胞周期后，还能观察到深蓝
色的染色单体
解析：根据分析，第一个细胞周期的每条染色体的染色单体
都只有一条链含有 BrdU，故呈深蓝色，A 正确。第二个细胞周期
的每条染色体复制之后，每条染色体上的两条染色单体均为一条
单体双链都含有 BrdU 呈浅蓝色，一条单体只有一条链含有 BrdU
呈深蓝色，故着色都不同，B 正确。第二个细胞周期结束后，不
同细胞中含有的带有双链都含有 BrdU 的染色体和只有一条链含
有 BrdU 的染色体的数目是不确定的，故第三个细胞周期的细胞
中染色单体着色不同的染色体比例不能确定，C 错误。 根尖分生
区细胞可以持续进行有丝分裂，所以不管经过多少个细胞周期，
依旧可以观察到一条链含有BrdU的染色单体，成深蓝色，D正确。
答案：C
细胞分裂过程中的同位素标记问题
(1)DNA 分子半保留复制图像及解读
(2)进行有丝分裂的细胞在细胞增殖过程中核 DNA 和染色体
的标记情况分析
细胞 DNA 复制一次细胞分裂一次，如图为连续分裂两次的过
程图(以一条染色体为例)。
由图可以看出，第一次有丝分裂形成的两个子细胞中所有核
DNA 分子均由一条亲代 DNA 链和一条子链组成；第二次有丝分
裂后最终形成的子细胞中含亲代 DNA 链的染色体条数是 0 ～
2n(以体细胞染色体数为 2n 为例)。
(3)进行减数分裂的细胞在分裂过程中核 DNA 和染色体的标
记情况分析
在进行减数分裂之前，DNA 复制一次，减数分裂过程中细胞
连续分裂两次。如图是一次减数分裂的结果(以一对同源染色体为
例)。
由图可以看出，减数分裂过程中细胞虽然连续分裂两次，但
DNA 只复制一次，所以四个子细胞中所有核 DNA 分子均由一条
亲代 DNA 链和一条利用原料合成的子链组成。
【考向集训】
4.(2023 年山东高考)将一个双链 DNA 分子的一端固定于载玻
片上，置于含有荧光标记的脱氧核苷酸的体系中进行复制。甲、
乙和丙分别为复制过程中 3 个时间点的图像，①和②表示新合成
的单链，①的5′端指向解旋方向，丙为复制结束时的图像。该DNA
复制过程中可观察到单链延伸暂停现象，但延伸进行时 2 条链延
伸速率相等。已知复制过程中严格遵守碱基互补配对原则，下列
说法错误的是(
)
A.据图分析，①和②延伸时均存在暂停现象
B.甲时①中 A、T 之和与②中 A、T 之和可能相等
C.丙时①中 A、T 之和与②中 A、T 之和一定相等
D.②延伸方向为 5′端至 3′端，其模板链 3′端指向解旋方向
解析：由于延伸进行时 2 条链延伸速率相等，对比甲和乙可
知，②链延伸存在暂停现象，再对比乙和丙可知，①链延伸也存
在暂停现象，A 正确。甲时①链和②链不等长，①中 A、T 之和与
②中 A、T 之和可能相等，B 正确。丙时①链和②链等长，根据碱
基互补配对原则，①中 A、T 之和与②中 A、T 之和一定相等，C
正确。①的 5′端指向解旋方向，则②链的 3′端指向解旋方向，其
模板链 5′端指向解旋方向，D 错误。
答案：D
考向 4 DNA 复制过程中的相关计算
[典例 4](2021年浙江 6 月选考)含有 100 个碱基对的—个 DNA
分子片段，其中一条链的 A＋T 占 40%，它的互补链中 G 与 T 分
别占 22%和 18%，如果连续复制 2 次，则需游离的胞嘧啶脱氧核
)
糖核苷酸数量为(
A.240 个
C.114 个
B.180 个
D.90 个
解析：分析题意可知：该 DNA 片段含有 100 个碱基对，即每
条链含有 100 个碱基，其中一条链(设为 1 链)的 A＋T 占 40%，即
A1＋T1＝40 个，则 C1＋G1＝60 个；互补链(设为 2 链)中 G 与 T 分
别占 22%和 18%，即 G2＝22，T2＝18，可知 C1＝22，则 G1＝60
－22＝38＝C2，故该 DNA 片段中 C＝22＋38＝60。已知 DNA 复
制了 2 次，则 DNA 的个数为 22＝4，4 个 DNA 中共有胞嘧啶脱氧
核苷酸的数量为 4×60＝240，原 DNA 片段中有 60 个胞嘧啶脱氧
核糖核苷酸，则需要游离的胞嘧啶脱氧核糖核苷酸数量为240－60
＝180，B 正确，A、C、D 错误。
答案：B
【考向集训】
5.(2023 年重庆三模)科学家将大肠杆菌置于含15N的培养液中
培养若干代，使其 DNA 双链均被15N标记，再转至含14N的培养
液中培养，每 30 min 繁殖一代，下列有关叙述错误的是(　　)
A.若 DNA 是全保留复制，90 min 后含 15N 标记的 DNA 占 1/8
B.若 DNA 是半保留复制，90 min 后含 15N 标记的 DNA 占 1/4
C.大肠杆菌的 DNA 复制过程需要 DNA 聚合酶、脱氧核苷酸
等物质参与
D.大肠杆菌的拟核 DNA 中有两个游离的磷酸基团，且嘌呤数
等于嘧啶数
解析：90 min DNA 复制 3 次，产生的 DNA 分子共 23＝8 个，
若 DNA 全保留复制，则被标记的 DNA 只有 1 个，所以 90 min 后
含 15N 标记的 DNA 占 1/8，A 正确。若 DNA 是半保留复制，则被
标记的 DNA 有 2 个，90 min 后含 15N 标记的 DNA 占 1/4，B正确。
DNA 复制条件有模板(DNA 的双链)、能量、酶(解旋酶和 DNA 聚
合酶等)、原料(游离的脱氧核苷酸)，C正确。大肠杆菌的拟核DNA
是环状 DNA 分子，没有游离的磷酸基团，根据碱基互补配对原则，
嘌呤数等于嘧啶数，D 错误。
答案：D
谢谢
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