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第2练　DNA的结构、复制及基因的本质
A级·大概念对点练
概念点1　DNA的结构和基因的本质
1．下列关于DNA的叙述，正确的是(　　)
A．DNA的基本骨架由C、H、O、N、P等元素组成
B．复制后产生的两个子代DNA分子共含有4个游离的磷酸基团
C．DNA的片段都有遗传效应，可控制生物的性状
D．DNA双螺旋结构以及碱基间的氢键使DNA分子具有较强的特异性
2.
如图是某DNA片段的结构示意图，下列叙述正确的是(　　)
A．图中①是氢键，②是脱氧核苷酸链的5′端，③是3′端
B．DNA分子中A＋T含量高时稳定性较高
C．磷酸与脱氧核糖交替排列构成DNA分子的基本骨架
D．a链、b链方向相同，a链与b链的碱基互补配对
3．下列有关基因的叙述，正确的是(　　)
A．真核细胞中的基因都以染色体为载体
B．唾液淀粉酶基因在人体所有细胞中都能表达
C．等位基因的根本区别是脱氧核苷酸的排列顺序不同
D．基因是由碱基对随机排列成的DNA片段
4．[2022·浙江6月]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
概念点2　DNA的复制
5．如图为真核细胞内某基因(15N标记)的部分结构示意图，该基因全部碱基中A占20%。下列说法正确的是(　　)
A．该基因的特异性表现在碱基种类上
B．DNA聚合酶可催化①和③处化学键的形成
C．该基因的一条核苷酸链中(C＋G)/(A＋T)为3/2
D．将该基因置于14N培养液中复制3次后，含15N的DNA分子占1/8
6．真核生物的DNA分子中有多个复制起始位点，可以大大提高DNA复制速率。中科院李国红团队通过研究揭示了一种精细的DNA复制起始位点的识别调控机制，该成果入选2020年中国科学十大进展。下列叙述错误的是 (　　)
A．DNA复制起始位点是解旋酶与DNA的初始结合位点
B．DNA的两条链在复制起始位点解旋后都可以作为复制模板
C．DNA复制时可能是从复制起始位点开始同时向两个方向进行
D．可将外源的尿嘧啶类似物掺入新合成的DNA链中来鉴定复制起始位点
7．[2024·潍坊模拟]为探究DNA复制方式，美国生物学家梅塞尔森和斯塔尔将15N标记的大肠杆菌，放到只含14N的培养基中培养，通过CsCl密度梯度离心技术，分别将细胞分裂产生的第一代和第二代细胞中的15N DNA、14N DNA及15N14N DNA分离开来。因为DNA能够强烈地吸收紫外线，所以用紫外光源照射离心管，透过离心管在感光胶片上记录DNA带的位置就可以显示出离心管内不同密度的DNA带。下列相关说法正确的是(　　)
A．因为15N具有放射性，所以感光胶片上可以记录DNA带的位置
B．根据第一代只出现一条居中的DNA条带，可以排除DNA是全保留复制
C．大肠杆菌在进行DNA分子复制时需要用到解旋酶、DNA聚合酶和限制酶
D．DNA聚合酶是一种能调节DNA分子复制的信息分子
8．将一个用14N标记的DNA放到15N的培养基上培养，让其连续复制三次，再将全部复制产物置于试管内进行离心，图中分别代表复制1次、2次、3次后的分层结果是(　　)
A．c、d、f B．a、e、b
C．a、b、d D．c、e、b
9．一个双链均被32P标记的DNA由5 000个碱基对组成，其中腺嘌呤占20%，将其置于只含31P的环境中复制三次。下列叙述不正确的是(　　)
A．DNA复制是一个边解旋边复制的过程
B．第三次复制需要2.1×104个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸
C．子代DNA分子中含32P的单链与含31P的单链之比为1∶7
D．子代DNA分子中含32P与含31P的分子数之比为1∶4
B级·素养提能练
10．关于DNA分子复制机制，科学家用荧光染料给Rep(DNA解旋酶中作为引擎的那部分结构，驱动复制叉的移动)加上了绿色荧光蛋白，从而获知被标记的分子相对于DNA分子的运动轨迹，结果如图所示。下列相关叙述错误的是(　　)
A. Rep可以破坏相邻核苷酸之间的磷酸二酯键
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．根据材料推断Rep推动复制叉移动是通过水解ATP提供能量
D．DNA复制具有边解旋边复制和半保留复制的特点
11．[2024·湖北九师联盟检测]如图表示环状DNA复制的一种方式，因只有一个复制起始点，该DNA分子复制形成复制泡而呈现希腊字母θ形，随着复制的进行，复制泡逐渐扩大，直至产生2个相同的环状DNA分子。下列相关叙述错误的是(　　)
A.复制泡的逐渐扩大与解旋酶和DNA聚合酶相关
B．在复制泡的扩大过程中有氢键的断开和氢键的形成
C．复制泡中的每条DNA子链均通过连续复制逐步向两侧延伸
D．子代DNA中包含一条母链和一条子链且没有游离的磷酸基团
12．利用农杆菌转化法，将含有基因修饰系统的T DNA插入到水稻细胞M的某条染色体上，在该修饰系统的作用下，一个DNA分子单链上的一个C脱去氨基变为U，脱氨基过程在细胞M中只发生一次。将细胞M培育成植株N。下列说法错误的是(　　)
A．N的每一个细胞中都含有T DNA
B．N自交，子一代中含T DNA的植株占3/4
C．M经n(n≥1)次有丝分裂后，脱氨基位点为A—U的细胞占1/2n
D．M经3次有丝分裂后，含T DNA且脱氨基位点为A—T的细胞占1/2
13．[2024·潍坊模拟]某研究小组进行“探究DNA复制方式”的实验，结果如图所示。其中培养大肠杆菌的唯一氮源是14NH4Cl或15NH4Cl，a、b、c表示离心管编号，条带表示大肠杆菌DNA离心后在离心管中的位置分布。下列叙述错误的是(　　)
A．本实验所用的技术包括同位素标记技术和密度梯度离心技术
B．大肠杆菌在15NH4Cl培养液中培养多代后可得到a管所示结果
C．c管的结果表明该管中大肠杆菌的DNA包括14N/15N及15N/15N
D．本实验结果可证明DNA分子的复制方式为半保留复制
14．下列图甲中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)从图甲可看出DNA复制的方式是________________________。
(2)图甲中，A和B均是DNA分子复制过程中所需要的酶，其中B能将单个的脱氧核苷酸连接成脱氧核苷酸链，从而形成子链，则A是________酶，B是________酶。
(3)图甲过程在绿色植物幼叶细胞中进行的场所有________________________。
(4)图乙中，7是________________________，DNA分子的基本骨架由________________交替连接而成；DNA分子两条链上的碱基通过________连接成碱基对，并且遵循________________原则。
15．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，证实了DNA以半保留的方式复制。试管②③④⑤是模拟实验中可能出现的结果(如图乙)。回答下列问题。
　
培养过程：
Ⅰ.在含15N的培养液中培养若干代，使DNA双链均被15N标记(试管①)。
Ⅱ.转至含14N的培养液中培养，每30 min复制一代。
Ⅲ.取出每代DNA的样本离心，记录结果。
(1)本实验运用的主要技术为__________________________，步骤Ⅰ的目的是标记大肠杆菌中的________；至少需要________min才会出现试管④的结果。
(2)30 min后离心只有1条中等密度带(如试管③所示)，则可以排除DNA复制的方式是________________________；为进一步确定DNA复制的方式，科学家对结果③中的DNA分子用解旋酶处理后离心，若出现________________________________，则DNA复制的方式为半保留复制。
(3)若某次实验的结果中，中带比以往实验结果所呈现的略宽，其原因可能是新合成的DNA单链中N仍有少部分为________。
C级·真题实战练
16．[2023·山东卷]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
17．[2023·浙江6月]紫外线引发的DNA损伤，可通过“核苷酸切除修复(NER)”方式修复，机制如图所示。着色性干皮症(XP)患者的NER酶系统存在缺陷，受阳光照射后，皮肤出现发炎等症状。患者幼年发病，20岁后开始发展成皮肤癌。下列叙述错误的是(　　)
A．修复过程需要限制酶和DNA聚合酶
B．填补缺口时，新链合成以5′到3′的方向进行
C．DNA有害损伤发生后，在细胞增殖后进行修复，对细胞最有利
D．随年龄增长，XP患者几乎都会发生皮肤癌的原因，可用突变累积解释
第2练　DNA的结构、复制及基因的本质
1．答案：B
解析：DNA的基本骨架是脱氧核糖和磷酸交替连接形成的，由C、H、O、P元素组成，A错误；DNA分子是由两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构，每一条链有1个游离的磷酸基团，所以复制后产生的两个子代DNA分子共含有4个游离的磷酸基团，B正确；DNA上具有遗传效应的片段称为基因，可以控制生物的性状。并非所有片段都有遗传效应，C错误；DNA分子中碱基特定的排列顺序，决定了每一个DNA分子的特异性，与氢键无关，D错误。
2．答案：C
解析：图中①是氢键，②是脱氧核苷酸链的3′端，③是5′端，A项错误；碱基A和T之间有两个氢键，碱基G和C之间有三个氢键，因此G＋C含量高时DNA分子的相对稳定性较高，B项错误；磷酸与脱氧核糖交替排列构成DNA分子的基本骨架，C项正确；DNA分子的两条链反向平行，a链与b链的碱基互补配对，D项错误。
3．答案：C
解析：真核细胞的细胞核基因以染色体为载体，细胞质基因不是以染色体为载体；唾液淀粉酶基因只在唾液腺细胞中表达；等位基因是基因突变产生的，两者的根本区别是脱氧核苷酸的排列顺序不同；基因通常是有遗传效应的DNA片段，其中的碱基对具有特定的排列顺序。
4．答案：C
解析：在制作脱氧核苷酸时，需在脱氧核糖上连接碱基和磷酸，A错误；鸟嘌呤与胞嘧啶之间用3个氢键连接物相连，B错误；制成的模型中，A和T、C和G的分子数分别相等，所以A＋C的量等于T＋G的量，C正确；磷酸和脱氧核糖交替连接位于主链的外侧，D错误。
5．答案：C
解析：该基因的特异性表现在碱基对的排列顺序上，A错误；①处的化学键为氢键，DNA聚合酶不能催化氢键的形成，B错误；该基因中A占20%，则T占20%，G和C分别占30%，该基因中（C＋G）/（A＋T）＝3/2，根据碱基互补配对原则，DNA分子的一条单链中（C＋G）/（A＋T）的值等于其互补链和整个DNA分子中（C＋G）/（A＋T）的值，因此该基因的一条脱氧核苷酸链中（C＋G）/（A＋T）也为3/2，C正确；将该基因置于14N培养液中复制3次后，含15N的DNA分子占2/23＝1/4，D错误。
6．答案：D
解析：DNA复制起始位点是解旋酶与DNA的初始结合位点，使DNA解旋后并开始复制，A正确；DNA的两条链在复制起始位点解旋后都可以作为复制模板，B正确；DNA两条链为反向平行，DNA复制时的多起点双向复制可提高DNA分子的合成效率，C正确；DNA中不含尿嘧啶，故DNA复制过程中不会利用外源的尿嘧啶类似物，D错误。
7．答案：B
解析：由题干信息可知，因为DNA能够强烈地吸收紫外线，用紫外光源照射离心管，可以透过离心管在感光胶片上记录DNA带的位置，且15N是稳定性核素，不具有放射性，A错误；若DNA是全保留复制，第一代会含有两条链都含15N标记的DNA和两条链都含14N标记的DNA，则会出现居下和居上的2条DNA条带，因此根据第一代只出现一条居中的DNA条带，可以排除DNA是全保留复制，B正确；大肠杆菌在进行DNA分子复制时需要用到解旋酶和DNA聚合酶，不需要限制酶，C错误；DNA聚合酶在DNA分子复制过程起到催化底物脱氧核苷酸分子聚合形成子代DNA的作用，而不是传递信息，D错误。
8．答案：D
解析：因为DNA进行的是半保留复制，因此14N/14N的双链DNA置于含15N的培养基中复制一次得到的产物是2个14N/15N的双链DNA分子，密度为中，对应图c；2个组成为14N/15N的DNA进行第二次复制，共得到4个DNA，含2个组成为14N/15N的DNA，2个组成为15N/15N的DNA，密度分别为中和大，对应图e；第三次复制共得到8个DNA，2个组成为14N/15N，6个组成为15N/15N，密度分别为中和大，对应图b，D正确。
9．答案：B
解析：DNA分子中共有10 000个碱基，其中胞嘧啶3 000个，DNA第三次复制需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸数为（23－1）×3 000－（22－1）×3 000＝1.2×104（个），B项错误。
10．答案：A
解析：根据Rep蛋白的功能可推断出，Rep蛋白应为解旋酶，该酶能破坏氢键，A错误；DNA结合蛋白缠绕在DNA单链上，可防止单链之间重新螺旋化，B正确；根据材料推断Rep推动复制叉移动是通过水解ATP提供能量，C正确；根据题意和图示分析可知：DNA复制具有边解旋边复制和半保留复制的特点，D正确。
11．答案：C
解析：复制泡的逐渐扩大与解旋酶逐渐打开氢键和DNA聚合酶催化子链形成有关，A正确；在复制泡的扩大过程中，解旋酶打开氢键，子链形成时，新的脱氧核苷酸上的碱基和母链上的碱基之间自动形成氢键，B正确；图示的复制方式从一个起点开始，每一条子链从起点开始向两侧复制，两侧中一侧为连续复制，一侧不连续复制，C错误；由于DNA是环状，子代中没有游离的磷酸基团，由于复制是半保留复制，子代DNA中含一条母链和一条子链，D正确。
12．答案：D
解析：N是由M细胞形成的，在形成过程中没有DNA的丢失，由于T DNA插入到水稻细胞M的某条染色体上，所以M细胞含有T DNA，因此N的每一个细胞中都含有T DNA，A正确；N植株的一条染色体中含有T DNA，可以记为＋，因此N植株关于是否含有T DNA的基因型记为＋－，如果自交，则子代中相关的基因型为＋＋∶＋－∶－－＝1∶2∶1，有3/4的植株含T DNA，B正确；M中只有1个DNA分子单链上的一个C脱去氨基变为U，所以复制n次后，产生的子细胞有2n个，但脱氨基位点为A—U的细胞只有1个，所以这种细胞的比例为1/2n，C正确；如果M经3次有丝分裂后，形成子细胞有8个，由于M细胞DNA分子单链上的一个C脱去氨基变为U，所以是G和U配对，所以复制三次后，有4个细胞脱氨基位点为C—G，3个细胞脱氨基位点为A—T，1个细胞脱氨基位点为U—A，因此含T DNA且脱氨基位点为A—T的细胞占3/8，D错误。
13．答案：C
解析：a管中条带为重带（15N/15N），b管中条带为中带（14N/15N），c管中条带为轻带（14N/14N）和中带（14N/15N）。由题干信息“培养大肠杆菌的唯一氮源是14NH4Cl或15NH4Cl”“DNA离心后在离心管中的位置分布”可知，本实验所用技术包括同位素标记技术和密度梯度离心技术，A项正确；大肠杆菌在带15N标记的培养液中培养多代后，根据DNA半保留复制的特点，绝大部分条带为15N/15N，即重带，B项正确；c管中的条带包括一条中带和一条轻带，即DNA包括14N/15N和14N/14N，C项错误；据图可知，整个实验中的DNA经离心后，出现15N/15N、14N/15N和14N/14N三种条带，可证明DNA的复制方式为半保留复制，D项正确。
14．答案：（1）半保留复制
（2）解旋　DNA聚合
（3）细胞核、线粒体、叶绿体
（4）胸腺嘧啶脱氧核苷酸　脱氧核糖和磷酸　氢键　碱基互补配对
解析：（1）DNA复制的方式是半保留复制，即子代DNA保留了母链中的一条。（2）由题中图示知，A酶是解旋酶，破坏了DNA分子两条链中的氢键，使DNA分子解开螺旋；B酶催化DNA子链的合成，为DNA聚合酶。（3）题中图甲为DNA复制，发生在绿色植物幼叶细胞的细胞核、线粒体和叶绿体中。（4）题图乙中4为胸腺嘧啶，5为脱氧核糖，6为磷酸，三者构成的7为胸腺嘧啶脱氧核苷酸。
15．答案：（1）同位素标记技术和密度梯度离心技术　DNA　60
（2）全保留复制　重带和轻带两种条带　（3）15N
解析：（1）本实验运用的主要技术为同位素标记技术和密度梯度离心技术，步骤Ⅰ的目的是标记大肠杆菌中的DNA。出现试管④的结果至少需要DNA复制两次，每次复制的时间为30 min，因此至少需要60 min才会出现试管④的结果。（2）复制一代后离心只有1条中等密度带，说明DNA复制方式不会为全保留复制。如果DNA的复制方式为分散复制，则每一条脱氧核苷酸链既保留母链部分又有子链部分，则可能出现不了清晰的条带，而半保留复制能出现清晰的重带和轻带两种条带。（3）若中带比以往实验结果所呈现的略宽，其原因可能是新合成的DNA单链中N元素仍有少部分为15N。
16．答案：D
解析：据题干信息，延伸进行时2条链延伸速率相等，甲时①比②短，说明①在此前延伸时暂停过，而乙时①比②长，说明②在延伸时暂停过，A正确；甲时①和②等长的部分两条链中A和T是互补的，这段区间①中A、T之和与②中A、T之和相等，若②比①长的部分不存在A和T，那么两条链A、T之和是相等的，B正确；丙时复制结束，①和②作为该DNA的两条子链等长而且互补，按照碱基互补配对原则，①中A、T之和与②中A、T之和一定相等，C正确；DNA子链延伸的方向都是5′端到3′端，①和②是一个DNA复制产生的两条子链，二者反向平行，②又和其模板链反向平行，所以②的模板链和①方向相同，都是5′端指向解旋方向，D错误。
17．答案：C
解析：由图可知，修复过程中需要将损伤部位的序列切断，因此需要限制酶的参与；同时修复过程中，单个的脱氧核苷酸需要依次连接，要借助DNA聚合酶，A正确；填补缺口时，新链即子链的延伸方向为5′到3′的方向进行，B正确；DNA有害损伤发生后，在细胞增殖中进行修复，保证DNA复制的正确进行，对细胞最有利，C错误；癌症的发生是多个基因累积突变的结果，随年龄增长，XP患者几乎都会发生皮肤癌的原因，可用突变累积解释，D正确。

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