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第2讲　DNA的结构、复制和基因的本质
明确 目标 1.概述DNA分子是由4种脱氧核苷酸构成,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.理解基因通常是有遗传效应的DNA片段的含义;　3.概述DNA分子通过半保留方式进行复制;　4.掌握有关DNA分子结构和复制的计算方法。
建构 知识 体系
主题研习(一)　DNA的结构和基因的本质
1.DNA双螺旋结构模型的构建
(1)构建者:　　　　　　　　　。
(2)构建过程(连线)
2.DNA结构
(1)图解DNA双螺旋结构
①DNA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。
②外侧:　　　　　　　　　交替连接,构成基本骨架。
③内侧:两条链上碱基通过　　　连接成碱基对。碱基互补配对遵循以下原则:AT(两个氢键)、G≡C(三个氢键)。
(2)DNA的结构特点
稳定性 　　　　　　　　　　　　交替连接,排列在外侧构成基本骨架
多样性 碱基排列顺序的千变万化,如某DNA分子中有n个碱基对,则其可能的排列顺序有　　种
特异性 每种DNA分子都有特定的　　　　　排列顺序,代表了特定的遗传信息
3.染色体、DNA、基因和脱氧核苷酸的关系
自我诊断
1.概念理解(判断正误)
(1)沃森和克里克用DNA衍射图谱得出碱基配对方式。 (　　)
(2)某同学制作DNA双螺旋结构模型,在制作脱氧核苷酸时,需在磷酸上连接脱氧核糖和碱基。 (　　)
(3)制作DNA双螺旋结构模型时,鸟嘌呤与胞嘧啶之间用2个氢键连接物相连。 (　　)
(4)DNA每条链的5'端是羟基末端。 (　　)
(5)与RNA分子相比,DNA分子特有的碱基是U。 (　　)
(6)生物体内DNA分子中(A+T)/(G+C)的值越大,双链DNA分子的稳定性越高。 (　　)
2.事理分析
(1)(人教版必修2 P51“探究·实践”问题分析)
DNA只有4种脱氧核苷酸,能够储存足够量遗传信息的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)(人教版必修2 P62“非选择题T1”问题分析)
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,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
重难点(一)　DNA的结构模型图分析
|情|境|探|究|
根据下列DNA的两模型思考回答下列问题:
(1)由图1可知,每个DNA分子片段中,游离磷酸基团有　　　个。单链中相邻碱基通过　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　连接。互补链中相邻碱基通过　　　　　　连接。
(2)图2是图1的简化形式,其中①是　　　　　,②是　　　。解旋酶作用于　　　(填序号)部位,限制性内切核酸酶和DNA连接酶作用于　　(填序号)部位。
(3)DNA初步水解的产物和彻底水解的产物分别是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
|认|知|生|成|
1.DNA结构的两种关系和两种化学键
2.与DNA有关酶的作用位点
重难点(二)　双链DNA分子中碱基数量的计算
　　[典例]　(2025·聊城高三期中)某双链(α链和β链)DNA分子中鸟嘌呤与胞嘧啶的数量之和占全部碱基总数的56%,α链中腺嘌呤占28%。下列关于该DNA分子的叙述,错误的是 (　　)
A.β链中腺嘌呤与胸腺嘧啶的数量之和占该链碱基总数的44%
B.α链中(G+C)/(A+T)=11/14,β链中(G+C)/(A+T)=14/11
C.α链中胸腺嘧啶所占的比例是16%,占双链DNA分子的8%
D.(A+T)/(G+C)的值可体现不同生物DNA分子的特异性
听课随笔:
|认|知|生|成|　双链DNA分子中碱基的计算规律
题点(一)　DNA分子的结构及特点
1.(2024·浙江6月选考)下列关于双链DNA分子结构的叙述,正确的是 (　　)
A.磷酸与脱氧核糖交替连接构成了DNA的基本骨架
B.双链DNA中T占比越高,DNA热变性温度越高
C.两条链之间的氢键形成由DNA聚合酶催化
D.若一条链的G+C占47%,则另一条链的A+T也占47%
2.(2024·连云港高三期末)如图是某学生在“制作DNA双螺旋结构模型”活动中制作的一个模型,①②③④分别代表四种不同的碱基模型(①③代表嘌呤碱基,②④代表嘧啶碱基)。下列叙述正确的是 (　　)
A.该模型可代表一个双链脱氧核糖核酸分子
B.该模型表明每个脱氧核糖都与一个磷酸相连
C.①②③④位于DNA双螺旋结构的外侧
D.若要将此链和其互补链连接,则需要10个连接物代表氢键
　　[易错提醒]　有关DNA结构的几个易错点
①一个链状双链DNA分子具有2个游离的磷酸基团,而环状DNA不存在游离的磷酸基团。
②氢键的形成不需要酶,但断裂需解旋酶或加热处理;G—C碱基对比例越大,DNA热稳定性越高。
③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。
④链状DNA分子中不是所有的脱氧核糖都连接着两个磷酸基团,两条链各有一个3'端的脱氧核糖连接着一个磷酸基团。
　
题点(二)　基因的本质及基因与染色体、DNA的关系
3.(2025·广州模拟)下列有关基因、DNA、染色体的说法,错误的是 (　　)
A.碱基特定的排列顺序构成了每一个DNA分子的特异性
B.随着细胞质基因的发现,基因与染色体的关系可概括为染色体是基因的主要载体
C.分子大小相同、碱基含量相同的基因所携带的遗传信息一定相同
D.一条染色体上含有1个或2个DNA分子
4.基因通常是具有遗传效应的DNA片段,下列关于基因的说法,错误的是 (　　)
A.基因的遗传效应是指基因能直接或间接影响蛋白质的合成
B.基因的碱基排列顺序的多样性决定了基因的多样性
C.基因位于染色体上,基因在染色体上呈线性排列
D.DNA的转录过程是以基因为单位进行的,实质是基因的表达
题点(三)　DNA分子中碱基数量相关计算
5.某DNA分子含有1 000个碱基对,其中A的含量为30%,α链中G的含量为30%,下列与该DNA分子有关的叙述,正确的是 (　　)
A.该DNA分子中含有的氢键数为2.4×103个
B.该DNA分子的两条单链中(A+C)/(T+G)的值一定相等
C.该DNA分子的α链中碱基A所占的比例在0~40%范围内
D.由于碱基互补配对,DNA分子中C与G的和一定占50%
6.(2025·郑州模拟)如图表示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
　　[思维建模]
“三步”解决DNA分子中碱基比例的计算
主题研习(二)　DNA的复制及相关计算
1.证明DNA半保留复制的实验分析
(1)假说:DNA复制是半保留复制。
(2)材料:大肠杆菌。
(3)技术:　　　　　　　技术、(密度梯度)离心技术。
(4)实验过程
(5)过程分析
①提取亲代DNA→离心→　　　　　　;
②繁殖一代后提取DNA→离心→全部中带;
③繁殖两代后提取DNA→离心→　　　　　　　。
(6)结论:DNA的复制是以　　　　　的方式进行的。
2.DNA复制的过程
(1)概念:以　　　　　　为模板合成　　　　　　的过程。
(2)发生时期:在真核生物中,这一过程是在　　　　　　　　　,随着染色体的复制而完成的。
(3)过程
(4)场所:真核生物的　　　　　　　　　　　　　　　　　　;原核生物的　　　　　　和细胞质。
(5)结果:一个DNA分子形成了两个　　　　　的DNA分子。
(6)意义:DNA通过复制,将　　　　　　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。
自我诊断
1.概念理解(判断正误)
(1)DNA分子复制时,子链的合成过程不需要引物参与。 (　　)
(2)DNA聚合酶的作用是打开DNA双链。 (　　)
(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复制遵循碱基互补配对原则,新合成的两条子链形成新的DNA双链。 (　　)
(5)DNA聚合酶按3'端→5'端方向使互补结合的脱氧核苷酸连接成链。 (　　)
2.事理分析
(1)(人教版必修2 P55“图3 10”拓展分析)
在细胞分裂过程中,两个子代DNA分子位于两条姐妹染色单体中,在细胞分裂的　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(填时期)分离。这两个DNA分子是否相同,请说明理由:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)(人教版必修2 P56“拓展应用T2”问题分析)
真核细胞中DNA复制的速率一般为50~100 bp/s,果蝇DNA的电镜照片中有一些泡状结构,叫作DNA复制泡,是DNA上正在复制的部分,果蝇DNA上形成多个复制泡,这说明　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
重难点(一)　DNA复制的过程和特点
|情|境|探|究|
　　据图分析DNA复制过程:
(1)图示中的解旋酶和DNA聚合酶各有什么作用
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)通常DNA分子复制从一个复制起点开始,有单向复制和双向复制,如图所示。放射性越高的3H 胸腺嘧啶脱氧核糖核苷(3H 脱氧胸苷),在放射自显影技术的图像上,感光还原的银颗粒密度越高。
①请利用放射自显影技术、低放射性3H 脱氧胸苷和高放射性3H 脱氧胸苷,设计实验以确定大肠杆菌DNA复制的方向。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
②预测实验结果并得出结论。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)将发生癌变的小肠上皮细胞用含3H 脱氧胸苷的培养液培养,一段时间后再移至普通培养液中培养,不同间隔时间取样,检测到被标记的癌细胞比例减少,解释出现上述结果的原因。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)不进行细胞分裂的细胞中,还会发生DNA的复制吗
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
|认|知|生|成|　归纳概括DNA复制的五个问题
复制的场所 主要场所是细胞核,但在拟核、线粒体、叶绿体、细胞质(如质粒)中也可进行DNA复制
外界条件对DNA复 制的影响 在DNA复制的过程中,需要酶的催化和ATP供能,凡是影响酶活性和细胞呼吸的因素,都会影响DNA的复制
复制方式 半保留复制。新合成的每个DNA分子中,都保留了原来DNA分子中的一条链(模板链)
过程特点 边解旋边复制
DNA复制 的准确性 (1)一般情况下,DNA分子能准确地进行复制。原因是DNA具有独特的双螺旋结构,能为复制提供精确的模板;通过碱基互补配对,保证了复制能够准确地进行; (2)特殊情况下,在外界因素和生物内部因素的作用下,可能造成碱基配对发生差错,引发基因突变
重难点(二)　“图解法”分析DNA复制的相关计算
(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(如上图),则:
子代DNA 分子共2n个 含15N的DNA分子:2个 只含15N的DNA分子:0个 含14N的DNA分子:2n个 只含14N的DNA分子:2n-2个
脱氧核苷酸链共2n+1条 含15N的脱氧核苷酸链:2条 含14N的脱氧核苷酸链:2n+1-2条
(2)DNA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次复制共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。
　　[例1]　(2025·邢台模拟)用15N标记含有100个碱基对的DNA分子(其中有腺嘌呤60个),该DNA分子在含14N的培养基中连续复制4次。下列有关判断错误的是 (　　)
A.含有15N的DNA分子有两个
B.含有14N的DNA分子占总数的7/8
C.第4次复制消耗胞嘧啶脱氧核苷酸320个
D.复制共产生16个DNA分子
听课随笔:
重难点(三)　细胞分裂中染色体和DNA的标记问题
　　[例2]　将果蝇精原细胞(2n=8)的核DNA分子用15N完全标记后置于含14N的培养基中培养,进行两次细胞分裂(两次有丝分裂或一次完整的减数分裂),检测分裂过程中和分裂后细胞核中DNA标记情况。关于这两次分裂过程,下列推断正确的是 (　　)
A.若第一次分裂结束后,细胞中的染色体均含15N,则进行的是两次有丝分裂
B.若第二次分裂结束后细胞中含15N的染色体有4条,则进行的是一次完整的减数分裂
C.若分裂过程中出现含有16条被15N标记的染色体的细胞,则进行的是两次有丝分裂
D.若某细胞中,含15N的脱氧核苷酸链占总数的1/2,则进行的是一次完整的减数分裂
听课随笔:
|认|知|生|成|　细胞分裂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
在进行有丝分裂之前,核DNA复制一次,有丝分裂过程中细胞分裂一次。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,核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链和一条利用新原料合成的子链组成。
题点(一)　DNA复制方式的实验探究
1.(2022·海南高考)科学家曾提出DNA复制方式的三种假说:全保留复制、半保留复制和分散复制(图1)。对此假说,科学家以大肠杆菌为实验材料,进行了如下实验(图2):
下列有关叙述正确的是 (　　)
A.第一代细菌DNA离心后,试管中出现1条中带,说明DNA复制方式一定是半保留复制
B.第二代细菌DNA离心后,试管中出现1条中带和1条轻带,说明DNA复制方式一定是全保留复制
C.结合第一代和第二代细菌DNA的离心结果,说明DNA复制方式一定是分散复制
D.若DNA复制方式是半保留复制,继续培养至第三代,细菌DNA离心后试管中会出现1条中带和1条轻带
题点(二)　DNA复制过程和相关计算
2.将1个被15N标记的DNA分子转移至含有14N的环境中培养,复制3次得到了8个DNA分子,则在这些DNA分子中 (　　)
A.含有15N的DNA共有8个,含有14N的DNA共有0个
B.含有14N的DNA共有8个,只有14N的DNA共有6个
C.含有15N的DNA共有2个,含有14N的DNA共有6个
D.含有15N的脱氧核苷酸链共有8条,含有14N的脱氧核苷酸链共有8条
3.(2025·安康模拟)一个DNA分子由500个脱氧核苷酸构成,其中含100个胸腺嘧啶。该DNA经过诱变,DNA上的一个碱基C变成了5 溴尿嘧啶(5 BU),5 BU可与碱基A配对。下列叙述不正确的是 (　　)
A.经过诱变之后的DNA中含有100个腺嘌呤和150个鸟嘌呤
B.诱变后的DNA分子经2次复制,可产生2个正常的DNA
C.诱变后的DNA分子经3次复制,共需要胞嘧啶1 046个
D.诱变后的DNA分子经3次复制得到的子代DNA加热后可得到5种单链片段
　　[易错提醒]
有关DNA复制和计算的4点“注意”
①DNA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。
③DNA复制计算时看清题中所给出的碱基的单位是“对”还是“个”;所问的是“DNA分子数”还是“链数”,是“含”还是“只含”。
④在真核生物中,DNA复制一般是多起点复制;在原核生物中,DNA复制一般是一个起点。无论是真核生物还是原核生物,DNA复制大多数都是双向进行的。
题点(三)　细胞分裂的核DNA(染色体)标记问题
4.(2025·保定模拟)一个含有2n条染色体的生物体细胞,其染色体中DNA的两条链都被标记,在不含标记的原料中进行有丝分裂,下列叙述错误的是 (　　)
A.第一次分裂的后期细胞中有4n条带标记的染色体
B.第二次分裂的中期每个细胞中有2n条带标记的染色单体
C.第二次分裂的后期每个细胞中有4n条带标记的染色体
D.第二次分裂结束后有的子细胞中可能不带有标记
5.将某雄性动物细胞(染色体数为2n)的全部DNA分子的两条链经32P标记后,置于不含32P的培养基中培养。经过连续两次正常的细胞分裂后产生4个子细胞,检测子细胞中的放射性情况。下列推断正确的是 (　　)
A.若进行有丝分裂,则含32P染色体的子细胞比例一定为1/2
B.若进行减数分裂,则含32P染色体的子细胞比例一定为1
C.若子细胞中的染色体都含32P,则一定进行有丝分裂
D.若子细胞中的染色体不都含32P,则一定进行减数分裂
　　[思维建模]
建模分析细胞分裂中核DNA和染色体标记问题
　
第2讲　DNA的结构、复制和基因的本质
主题研习(一)
基础全面落实
1．(1)沃森和克里克　(2)①－c　②－e　③－a　④－b、d　
2．(1)①反向平行　②脱氧核糖和磷酸　③氢键　(2)磷酸和脱氧核糖　4n　碱基
3．一个或两个　有遗传效应的DNA片段　核苷酸排列顺序
[自我诊断]
1．(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×　(6)×
2．(1)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变万化
(2)形成杂合双链区的部位越多，两种生物互补的碱基序列越多，DNA碱基序列的一致性越高，说明在生物进化过程中，DNA碱基序列发生的变化越小，因此亲缘关系越近
重难深化拓展
[情境探究]
(1)2　—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—　氢键　(2)磷酸二酯键
氢键　②　①　(3)4种脱氧核苷酸；磷酸、脱氧核糖和4种含氮碱基
[典例]　选B　DNA分子中G与C的数量之和占全部碱基总数的56%，则A与T的数量之和占全部碱基总数的44%，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，因此β链中A与T的数量之和也占该链碱基总数的44%，A正确；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，因此α链和β链中(G＋C)/(A＋T)的值相等，都是56%/44%＝14/11，B错误；α链中胸腺嘧啶所占的比例是1－56%－28%＝16%，占双链DNA分子的比例是16%÷2＝8%，C正确；不同生物的DNA分子中互补碱基之和的比值一般不同，即(A＋T)/(C＋G)的值体现了不同生物DNA分子的特异性，D正确。
考向精细研究
1．选A　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，A正确；双链DNA中G—C碱基对占比越高，DNA热变性温度越高，B错误；DNA聚合酶催化形成的是磷酸二酯键，C错误；在双链DNA分子中，若一条链的G＋C占47%，则另一条链的G＋C也占47%，A＋T占1－47%＝53%，D错误。
2．选D　该模型只有一条单链，不可代表一个双链脱氧核糖核酸分子，A错误；该模型中有三个脱氧核糖都与两个磷酸相连，有一个脱氧核糖与一个磷酸相连，B错误；①②③④是碱基，位于DNA双螺旋结构的内侧，磷酸和脱氧核糖交替连接，排列在外侧，C错误；若要将此链和其互补链连接，其中的A—T之间有2个氢键，C—G之间有3个氢键，图中A—T碱基对有2个，C—G碱基对有2个，则需要2×2＋2×3＝10个连接物代表氢键，D正确。
3．选C　分子大小相同、碱基含量相同的基因的碱基排列顺序可能不同，所携带的遗传信息可能不同，C错误。
4．选C　染色体是基因的主要载体，基因在染色体上呈线性排列，C错误。
5．选A　该DNA分子中A＝T＝2 000×30%＝600个，G＝C＝2 000×20%＝400个，A—T之间有2个氢键，C—G之间有3个氢键，所以该DNA分子中氢键数为600×2＋400×3＝2 400个，即2.4×103个，A正确；DNA分子中，A与T数量相等，C与G数量相等，(A＋C)/(T＋G)＝1，而两条单链中该比值互为倒数，B错误；该DNA分子中A的含量为30%，则T的含量也为30%，α链中A＋T的含量与DNA分子中A＋T的含量相等，都为60%，若α链不含A，则该链中A的含量为0，若该DNA分子中的碱基A都在α链中，则该链中A的含量为60%，所以该链中碱基A所占的比例在0～60%范围内，C错误；该DNA分子中，A＝T＝30%，G＝C＝20%，故该DNA分子中G＋C占40%，D错误。
6．选C　DNA两条互补链中，(A＋G)/(T＋C)的量互为倒数，(G＋T)/(A＋C)的量互为倒数，均不符合甲曲线变化，A、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；双链DNA中嘌呤/嘧啶始终等于1，但DNA一条链中嘌呤/嘧啶的量不确定，故不符合乙曲线变化，D错误。
主题研习(二)
基础全面落实
1．(3)同位素标记　(5)①全部重带　③1/2轻带、1/2中带　(6)半保留　2.(1)亲代DNA　子代DNA　(2)细胞分裂前的间期　(3)解开的每一条母链　脱氧核苷酸　DNA聚合酶　(4)细胞核、线粒体和叶绿体　拟核　(5)完全相同　(6)遗传信息
[自我诊断]
1．(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×
2．(1)有丝分裂后期或减数分裂Ⅱ后期　不一定，理由是若是复制过程中发生了基因突变，会导致两个DNA分子不同
(2)果蝇的DNA有多个复制起点，可同时从不同起点开始DNA复制，由此加快DNA复制的速率，为细胞分裂做好物质准备
重难深化拓展
[情境探究]
(1)提示：前者使氢键打开，将DNA双螺旋的两条链解开；后者将游离的4种脱氧核苷酸按照碱基互补配对原则，依次连接到子链的3′端，并催化形成磷酸二酯键，从而形成新的子链。
(2)①提示：复制开始时，首先用含低放射性3H 脱氧胸苷培养基培养大肠杆菌，一段时间后转移到含有高放射性3H 脱氧胸苷的培养基中继续培养，用放射自显影技术观察复制起点及其两侧银颗粒密度情况。
②提示：若复制起点处银颗粒密度低，复制起点的一侧银颗粒密度高，则DNA分子复制为单向复制；若复制起点处银颗粒密度低，复制起点的两侧银颗粒密度高，则DNA分子复制为双向复制。
(3)提示：依据DNA半保留复制的特点，移到普通培养液中的被标记的癌细胞，随着细胞增殖次数的增加，不被标记的癌细胞开始出现并不断增多，故被标记的癌细胞比例减少。
(4)提示：会发生DNA的复制。叶绿体和线粒体之中也含有DNA，它们在增殖时会进行DNA的自我复制，但细胞此时不处于分裂状态。
[例1]　选B　由于DNA分子的复制是半保留复制，亲代DNA分子的两条链始终存在于子代的两个DNA分子中，因此含有15N的DNA分子有两个，A正确；该DNA分子是在含14N的培养基中复制的，新形成的子链均含有14N，故DNA分子都含14N，比例为1，B错误；根据碱基互补配对原则，DNA分子中腺嘌呤有60个，则胞嘧啶有40个，第4次复制需消耗胞嘧啶脱氧核苷酸24－1×40＝320个，C正确；1个DNA分子经过4次复制，共产生24＝16个DNA分子，D正确。
[例2]　选C　 果蝇的精原细胞有8条染色体，精细胞中有4条染色体，题述两次细胞分裂可能是两次有丝分裂，也可能是一次完整的减数分裂。对两种情况分析如下：
有丝分裂 减数分裂
第一次后(情况①) 第二次后(情况②) 减Ⅰ后(情况③) 减Ⅱ后(情况④)
细胞中含15N的染色体数(条) 8 0～8 4 4
细胞中含15N的脱氧核苷酸链数/总数(条) 8/16 (0～8)/16 8/16 4/8
若第一次分裂结束后，细胞中的染色体均含15N，则情况①和情况③符合，A错误；若第二次分裂结束后细胞中含15N的染色体有4条，则情况②和情况④均可能符合，B错误；若分裂过程中出现含有16条被15N标记的染色体的细胞，则该细胞处于第一次有丝分裂后期，说明进行的是两次有丝分裂，C正确；若某细胞中，含15N的脱氧核苷酸链占总数的1/2，则情况①③④都符合，②有可能也符合，D错误。
考向精细研究
1．选D　第一代细菌DNA离心后，试管中出现1条中带，说明DNA复制方式一定不是全保留复制，可能为半保留复制或分散复制，A错误；若DNA复制方式为全保留复制，则第二代细菌DNA离心后，4个子代DNA分子中，1个为15N15N,3个为14N14N，会在试管中出现1条重带和1条轻带，与题图信息不符，B错误；结合第一代和第二代的离心结果，说明DNA复制方式是半保留复制，C错误；若DNA复制方式为半保留复制，继续培养至第三代，得到的8个子代DNA分子中，2个为15N14N，6个为14N14N，细菌DNA离心后试管中会出现1条中带和1条轻带，D正确。
2．选B　由于DNA分子的复制是半保留复制，所以复制3次，含有15N的DNA共有2个，含有14N的DNA共有8个，只有14N的DNA共有6个，A、C错误，B正确；每个DNA含有2条脱氧核苷酸链，复制3次得到了8个DNA分子，共16条脱氧核苷酸链，由于DNA分子的复制是半保留复制，所以含有15N的脱氧核苷酸链共有2条，含有14N的脱氧核苷酸链共有14条，D错误。
3．选C　该DNA中含有500个脱氧核苷酸，其中100个胸腺嘧啶，可推出正常的DNA分子共含有100个腺嘌呤、150个鸟嘌呤和150个胞嘧啶，经过诱变，DNA上的一个碱基C变成了5 BU，故经过诱变之后的DNA中含有149个胞嘧啶，150个鸟嘌呤，A正确；诱变后的DNA分子有一条链是正常的，有一条链中的一个C变成了5 BU，经2次复制，可产生2个正常的DNA，B正确；诱变后的DNA分子经3次复制，可得到8个DNA，其中4个是正常的DNA,4个是不正常的DNA，每个正常的DNA中含有150个胞嘧啶，每个不正常的DNA中含有149个胞嘧啶，因此8个DNA中共有胞嘧啶150×4＋149×4＝1 196个，但最初的模板DNA中有149个胞嘧啶，因此共需要胞嘧啶的数量为1 196－149＝1 047个，C错误；诱变后的DNA分子经3次复制得到的子代DNA加热后可得到5种单链片段，相应位点的碱基分别是A、G、C、T、5 BU，D正确。
4．选C　含有2n条染色体的生物体细胞，其染色体中DNA的两条链都被标记，在不含标记的原料中进行有丝分裂，根据DNA的半保留复制原理可知，第一次分裂的间期DNA复制完成后，每条染色单体均带标记，则第一次分裂后期的细胞中有4n条带标记的染色体，A正确；第一次分裂结束后，每条染色体的DNA分子中均为一条链带标记而另一条链不带标记，DNA复制后两条姐妹染色单体由一个着丝粒相连，因此第二次分裂中期每个细胞中有2n条带标记的染色单体，B正确；第二次分裂后期着丝粒分裂，姐妹染色单体分开，形成的子染色体随机移向细胞两极，每个细胞中有2n条带标记的染色体，C错误；由于有丝分裂后期含有标记的和不含有标记的姐妹染色单体分开，形成子染色体并随机移向细胞两极，故第二次分裂结束后有的子细胞中可能不带有标记，D正确。
5．选B　若子细胞中的染色体都含32P，说明DNA只复制一次，则一定进行减数分裂，B正确，C错误；若子细胞中的染色体不都含32P，则一定进行的是有丝分裂，此种情况下，染色体复制两次，第二次复制完成后，染色体中含有一条含32P的染色单体和一条不含32P的染色单体，有丝分裂后期，着丝粒分裂，两条染色单体随机移向两极，则四个子细胞中有两个、三个或四个含有32P，A、D错误。(共113张PPT)
DNA的结构、复制和基因的本质
第2讲
1.概述DNA分子是由4种脱氧核苷酸构成,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.理解基因通常是有遗传效应的DNA片段的含义;　
3.概述DNA分子通过半保留方式进行复制;　
4.掌握有关DNA分子结构和复制的计算方法。
明确目标
建构知识体系
目录
主题研习（二）
DNA的复制及相关计算
课时跟踪检测
主题研习（一）
DNA的结构和基因的本质
主题研习（一）DNA的结构和基因的本质
1.DNA双螺旋结构模型的构建
(1)构建者:______________。
(2)构建过程(连线)
基础全面落实
沃森和克里克
2.DNA结构
(1)图解DNA双螺旋结构
①DNA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。
②外侧:___________________交替连接,构成基本骨架。
③内侧:两条链上碱基通过_____连接成碱基对。碱基互补配对遵循以下原则:A T(两个氢键)、G≡C(三个氢键)。
反向平行
脱氧核糖和磷酸
氢键
(2)DNA的结构特点
稳定性 ________________交替连接,排列在外侧构成基本骨架
多样性 碱基排列顺序的千变万化,如某DNA分子中有n个碱基对,则其可能的排列顺序有___种
特异性 每种DNA分子都有特定的_____排列顺序,代表了特定的遗传信息
磷酸和脱氧核糖
4n
碱基
3.染色体、DNA、基因和脱氧核苷酸的关系
有遗传
效应的DNA片段
一
个或两个
核苷酸排列
顺序
1.概念理解(判断正误)
(1)沃森和克里克用DNA衍射图谱得出碱基配对方式。 ( )
(2)某同学制作DNA双螺旋结构模型,在制作脱氧核苷酸时,需在磷酸上连接脱氧核糖和碱基。 ( )
(3)制作DNA双螺旋结构模型时,鸟嘌呤与胞嘧啶之间用2个氢键连接物相连。 ( )
自我诊断
×
×
×
(4)DNA每条链的5'端是羟基末端。 ( )
(5)与RNA分子相比,DNA分子特有的碱基是U。 ( )
(6)生物体内DNA分子中(A+T)/(G+C)的值越大,双链DNA分子的稳定性越高。 ( )
×
×
×
2.事理分析
(1)(人教版必修2 P51“探究·实践”问题分析)
DNA只有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变万化
(2)(人教版必修2 P62“非选择题T1”问题分析)
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,原因是_____________________________________
__________________________________________________________
__________________________________________________。
形成杂合双链区的部位越多,两种生物互补的碱基序列越多,DNA碱基序列的一致性越高,说明在生物进化过程中,DNA碱基序列发生的变化越小,因此亲缘关系越近
重难点(一)　DNA的结构模型图分析
|情|境|探|究|
根据下列DNA的两模型思考回答下列问题:
重难深化拓展
(1)由图1可知,每个DNA分子片段中,游离磷酸基团有__个。单链中相邻碱基通过______________________________连接。互补链中相邻碱基通过_______连接。
2
—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—
氢键
(2)图2是图1的简化形式,其中①是______________,②是______。解旋酶作用于____ (填序号)部位,限制性内切核酸酶和DNA连接酶作用于_____ (填序号)部位。
(3)DNA初步水解的产物和彻底水解的产物分别是___________
___________________________________。
磷酸二酯键
氢键
②
①
4种脱氧核苷酸;磷酸、脱氧核糖和4种含氮碱基
|认|知|生|成|
1.DNA结构的两种关系和两种化学键
2.与DNA有关酶的作用位点
重难点(二)　双链DNA分子中碱基数量的计算
[典例]　(2025·聊城高三期中)某双链(α链和β链)DNA分子中鸟嘌呤与胞嘧啶的数量之和占全部碱基总数的56%,α链中腺嘌呤占28%。下列关于该DNA分子的叙述,错误的是(　　)
A.β链中腺嘌呤与胸腺嘧啶的数量之和占该链碱基总数的44%
B.α链中(G+C)/(A+T)=11/14,β链中(G+C)/(A+T)=14/11
C.α链中胸腺嘧啶所占的比例是16%,占双链DNA分子的8%
D.(A+T)/(G+C)的值可体现不同生物DNA分子的特异性
√
[解析]　DNA分子中G与C的数量之和占全部碱基总数的56%,则A与T的数量之和占全部碱基总数的44%,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,因此β链中A与T的数量之和也占该链碱基总数的44%,A正确;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,因此α链和β链中(G+C)/(A+T)的值相等,都是56%/44%=14/11,B错误;α链中胸腺嘧啶所占的比例是1-56%-28%=16%,占双链DNA分子的比例是16%÷2=8%,C正确;不同生物的DNA分子中互补碱基之和的比值一般不同,即(A+T)/(C+G)的值体现了不同生物DNA分子的特异性,D正确。
|认|知|生|成|
双链DNA分子中碱基的计算规律
题点(一)　DNA分子的结构及特点
1.(2024·浙江6月选考)下列关于双链DNA分子结构的叙述,正确的是(　　)
A.磷酸与脱氧核糖交替连接构成了DNA的基本骨架
B.双链DNA中T占比越高,DNA热变性温度越高
C.两条链之间的氢键形成由DNA聚合酶催化
D.若一条链的G+C占47%,则另一条链的A+T也占47%
考向精细研究
√
解析: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,A正确;双链DNA中G—C碱基对占比越高,DNA热变性温度越高,B错误;DNA聚合酶催化形成的是磷酸二酯键,C错误;在双链DNA分子中,若一条链的G+C占47%,则另一条链的G+C也占47%,A+T占1-47%=53%,D错误。
2.(2024·连云港高三期末)如图是某学生在“制作DNA双螺旋结构模型”活动中制作的一个模型,①②③④分别代表四种不同的碱基模型(①③代表嘌呤碱基,②④代表嘧啶碱基)。下列叙述正确的是 (　　)
A.该模型可代表一个双链脱氧核糖核酸分子
B.该模型表明每个脱氧核糖都与一个磷酸相连
C.①②③④位于DNA双螺旋结构的外侧
D.若要将此链和其互补链连接,则需要10个连接物代表氢键
解析:该模型只有一条单链,不可代表一个双链脱氧核糖核酸分子,A错误;该模型中有三个脱氧核糖都与两个磷酸相连,有一个脱氧核糖与一个磷酸相连,B错误;①②③④是碱基,位于DNA双螺旋结构的内侧,磷酸和脱氧核糖交替连接,排列在外侧,C错误;若要将此链和其互补链连接,其中的A—T之间有2个氢键,C—G之间有3个氢键,图中A—T碱基对有2个,C—G碱基对有2个,则需要2×2+2×3=10个连接物代表氢键,D正确。
√
[易错提醒]　有关DNA结构的几个易错点
①一个链状双链DNA分子具有2个游离的磷酸基团,而环状DNA不存在游离的磷酸基团。
②氢键的形成不需要酶,但断裂需解旋酶或加热处理;G—C碱基对比例越大,DNA热稳定性越高。
③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。
④链状DNA分子中不是所有的脱氧核糖都连接着两个磷酸基团,两条链各有一个3'端的脱氧核糖连接着一个磷酸基团。
题点(二)　基因的本质及基因与染色体、DNA的关系
3.(2025·广州模拟)下列有关基因、DNA、染色体的说法,错误的是(　　)
A.碱基特定的排列顺序构成了每一个DNA分子的特异性
B.随着细胞质基因的发现,基因与染色体的关系可概括为染色体是基因的主要载体
C.分子大小相同、碱基含量相同的基因所携带的遗传信息一定相同
D.一条染色体上含有1个或2个DNA分子
√
解析:　分子大小相同、碱基含量相同的基因的碱基排列顺序可能不同,所携带的遗传信息可能不同,C错误。
4.基因通常是具有遗传效应的DNA片段,下列关于基因的说法,错误的是 (　　)
A.基因的遗传效应是指基因能直接或间接影响蛋白质的合成
B.基因的碱基排列顺序的多样性决定了基因的多样性
C.基因位于染色体上,基因在染色体上呈线性排列
D.DNA的转录过程是以基因为单位进行的,实质是基因的表达
解析:染色体是基因的主要载体,基因在染色体上呈线性排列,C错误。
√
题点(三)　DNA分子中碱基数量相关计算
5.某DNA分子含有1 000个碱基对,其中A的含量为30%,α链中G的含量为30%,下列与该DNA分子有关的叙述,正确的是(　　)
A.该DNA分子中含有的氢键数为2.4×103个
B.该DNA分子的两条单链中(A+C)/(T+G)的值一定相等
C.该DNA分子的α链中碱基A所占的比例在0~40%范围内
D.由于碱基互补配对,DNA分子中C与G的和一定占50%
√
解析:该DNA分子中A=T=2 000×30%=600个,G=C=2000×20%=400个,A—T之间有2个氢键,C—G之间有3个氢键,所以该DNA分子中氢键数为600×2+400×3=2 400个,即2.4×103个,A正确;DNA分子中,A与T数量相等,C与G数量相等,(A+C)/(T+G)=1,而两条单链中该比值互为倒数,B错误;该DNA分子中A的含量为30%,则T的含量也为30%,α链中A+T的含量与DNA分子中A+T的含量相等,都为60%,若α链不含A,则该链中A的含量为0,若该DNA分子中的碱基A都在α链中,则该链中A的含量为60%,所以该链中碱基A所占的比例在0~60%范围内,C错误;该DNA分子中,A=T=30%,G=C=20%,故该DNA分子中G+C占40%,D错误。
6.(2025·郑州模拟)如图表示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:DNA两条互补链中,(A+G)/(T+C)的量互为倒数,(G+T)/(A+C)的量互为倒数,均不符合甲曲线变化,A、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;双链DNA中嘌呤/嘧啶始终等于1,但DNA一条链中嘌呤/嘧啶的量不确定,故不符合乙曲线变化,D错误。
[思维建模]
“三步”解决DNA分子中碱基比例的计算
主题研习（二）DNA的复制及相关计算
1.证明DNA半保留复制的实验分析
(1)假说:DNA复制是半保留复制。
(2)材料:大肠杆菌。
(3)技术:_____________技术、(密度梯度)离心技术。
基础全面落实
同位素标记
(4)实验过程
(5)过程分析
①提取亲代DNA→离心→_________;
②繁殖一代后提取DNA→离心→全部中带;
③繁殖两代后提取DNA→离心→________________。
(6)结论:DNA的复制是以_______的方式进行的。
全部重带
1/2轻带、1/2中带
半保留
2.DNA复制的过程
(1)概念:以__________为模板合成___________的过程。
(2)发生时期:在真核生物中,这一过程是在___________________,随着染色体的复制而完成的。
41
亲代DNA
子代DNA
细胞分裂前的间期
(3)过程
42
解开的每一条母链
脱氧核苷酸
DNA聚合酶
(4)场所:真核生物的_______________________;原核生物的_____和细胞质。
(5)结果:一个DNA分子形成了两个____________的DNA分子。
(6)意义:DNA通过复制,将__________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。
43
细胞核、线粒体和叶绿体
拟核
完全相同
遗传信息
1.概念理解(判断正误)
(1)DNA分子复制时,子链的合成过程不需要引物参与。 ( )
(2)DNA聚合酶的作用是打开DNA双链。 ( )
(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复制遵循碱基互补配对原则,新合成的两条子链形成新的DNA双链。 ( )
(5)DNA聚合酶按3'端→5'端方向使互补结合的脱氧核苷酸连接成链。 ( )
自我诊断
×
×
×
×
×
2.事理分析
(1)(人教版必修2 P55“图3-10”拓展分析)
在细胞分裂过程中,两个子代DNA分子位于两条姐妹染色单体中,在细胞分裂的_____________________________分离。这两个DNA分子是否相同,请说明理由:____________________________________
________________________________。
45
有丝分裂后期或减数分裂Ⅱ后期
不一定,理由是若是复制过程中发生了基因突变,会导致两个DNA分子不同
(2)(人教版必修2 P56“拓展应用T2”问题分析)
真核细胞中DNA复制的速率一般为50~100 bp/s,果蝇DNA的电镜照片中有一些泡状结构,叫作DNA复制泡,是DNA上正在复制的部分,果蝇DNA上形成多个复制泡,这说明_____________________________
___________________________________________________________
__________________。
果蝇的DNA有多个复制起点,可同时从不同起点开始DNA复制,由此加快DNA复制的速率,为细胞分裂做好物质准备
重难点(一)　DNA复制的过程和特点
|情|境|探|究|
　据图分析DNA复制过程:
重难深化拓展
(1)图示中的解旋酶和DNA聚合酶各有什么作用
提示:前者使氢键打开,将DNA双螺旋的两条链解开;后者将游离的4种脱氧核苷酸按照碱基互补配对原则,依次连接到子链的3'端,并催化形成磷酸二酯键,从而形成新的子链。
(2)通常DNA分子复制从一个复制起点开始,有单向复制和双向复制,如图所示。放射性越高的3H-胸腺嘧啶脱氧核糖核苷(3H-脱氧胸苷),在放射自显影技术的图像上,感光还原的银颗粒密度越高。
①请利用放射自显影技术、低放射性3H-脱氧胸苷和高放射性3H-脱氧胸苷,设计实验以确定大肠杆菌DNA复制的方向。
提示:复制开始时,首先用含低放射性3H-脱氧胸苷培养基培养大肠杆菌,一段时间后转移到含有高放射性3H-脱氧胸苷的培养基中继续培养,用放射自显影技术观察复制起点及其两侧银颗粒密度情况。
②预测实验结果并得出结论。
提示:若复制起点处银颗粒密度低,复制起点的一侧银颗粒密度高,则DNA分子复制为单向复制;若复制起点处银颗粒密度低,复制起点的两侧银颗粒密度高,则DNA分子复制为双向复制。
(3)将发生癌变的小肠上皮细胞用含3H-脱氧胸苷的培养液培养,一段时间后再移至普通培养液中培养,不同间隔时间取样,检测到被标记的癌细胞比例减少,解释出现上述结果的原因。
提示:依据DNA半保留复制的特点,移到普通培养液中的被标记的癌细胞,随着细胞增殖次数的增加,不被标记的癌细胞开始出现并不断增多,故被标记的癌细胞比例减少。
(4)不进行细胞分裂的细胞中,还会发生DNA的复制吗
提示:会发生DNA的复制。叶绿体和线粒体之中也含有DNA,它们在增殖时会进行DNA的自我复制,但细胞此时不处于分裂状态。
|认|知|生|成|
归纳概括DNA复制的五个问题
复制 的场所 主要场所是细胞核,但在拟核、线粒体、叶绿体、细胞质(如质粒)中也可进行DNA复制
外界条件 对DNA复 制的影响 在DNA复制的过程中,需要酶的催化和ATP供能,凡是影响酶活性和细胞呼吸的因素,都会影响DNA的复制
复制方式 半保留复制。新合成的每个DNA分子中,都保留了原来DNA分子中的一条链(模板链)
过程特点 边解旋边复制
DNA复制 的准确性 (1)一般情况下,DNA分子能准确地进行复制。原因是DNA具有独特的双螺旋结构,能为复制提供精确的模板;通过碱基互补配对,保证了复制能够准确地进行;
(2)特殊情况下,在外界因素和生物内部因素的作用下,可能造成碱基配对发生差错,引发基因突变
续表
重难点(二)　“图解法”分析DNA复制的相关计算
(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(如上图),则:
(2)DNA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次复制共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。
子代DNA 分子共2n个 含15N的DNA分子:2个
只含15N的DNA分子:0个
含14N的DNA分子:2n个
只含14N的DNA分子:2n-2个
脱氧核苷酸链 共2n+1条 含15N的脱氧核苷酸链:2条
含14N的脱氧核苷酸链:2n+1-2条
[例1]　(2025·邢台模拟)用15N标记含有100个碱基对的DNA分子(其中有腺嘌呤60个),该DNA分子在含14N的培养基中连续复制4次。下列有关判断错误的是 (　　)
A.含有15N的DNA分子有两个
B.含有14N的DNA分子占总数的7/8
C.第4次复制消耗胞嘧啶脱氧核苷酸320个
D.复制共产生16个DNA分子
√
[解析]　由于DNA分子的复制是半保留复制,亲代DNA分子的两条链始终存在于子代的两个DNA分子中,因此含有15N的DNA分子有两个,A正确;该DNA分子是在含14N的培养基中复制的,新形成的子链均含有14N,故DNA分子都含14N,比例为1,B错误;根据碱基互补配对原则,DNA分子中腺嘌呤有60个,则胞嘧啶有40个,第4次复制需消耗胞嘧啶脱氧核苷酸24-1×40=320个,C正确;1个DNA分子经过4次复制,共产生24=16个DNA分子,D正确。
重难点(三)　细胞分裂中染色体和DNA的标记问题
[例2]　将果蝇精原细胞(2n=8)的核DNA分子用15N完全标记后置于含14N的培养基中培养,进行两次细胞分裂(两次有丝分裂或一次完整的减数分裂),检测分裂过程中和分裂后细胞核中DNA标记情况。关于这两次分裂过程,下列推断正确的是 (　　)
A.若第一次分裂结束后,细胞中的染色体均含15N,则进行的是两次有丝分裂
B.若第二次分裂结束后细胞中含15N的染色体有4条,则进行的是一次完整的减数分裂
C.若分裂过程中出现含有16条被15N标记的染色体的细胞,则进行的是两次有丝分裂
D.若某细胞中,含15N的脱氧核苷酸链占总数的1/2,则进行的是一次完整的减数分裂
√
[解析]　 果蝇的精原细胞有8条染色体,精细胞中有4条染色体,题述两次细胞分裂可能是两次有丝分裂,也可能是一次完整的减数分裂。对两种情况分析如下:
有丝分裂 减数分裂
第一次后 (情况①) 第二次后 (情况②) 减Ⅰ后 (情况③) 减Ⅱ后
(情况④)
细胞中含15N的 染色体数(条) 8 0~8 4 4
细胞中含15N的 脱氧核苷酸链 数/总数(条) 8/16 (0~8)/16 8/16 4/8
若第一次分裂结束后,细胞中的染色体均含15N,则情况①和情况③符合,A错误;若第二次分裂结束后细胞中含15N的染色体有4条,则情况②和情况④均可能符合,B错误;若分裂过程中出现含有16条被15N标记的染色体的细胞,则该细胞处于第一次有丝分裂后期,说明进行的是两次有丝分裂,C正确;若某细胞中,含15N的脱氧核苷酸链占总数的1/2,则情况①③④都符合,②有可能也符合,D错误。
|认|知|生|成|
细胞分裂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
在进行有丝分裂之前,核DNA复制一次,有丝分裂过程中细胞分裂一次。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,核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链和一条利用新原料合成的子链组成。
题点(一)　DNA复制方式的实验探究
1.(2022·海南高考)科学家曾提出DNA复制方式的三种假说:全保留复制、半保留复制和分散复制(图1)。对此假说,科学家以大肠杆菌为实验材料,进行了如下实验(图2):
考向精细研究
下列有关叙述正确的是 (　　)
A.第一代细菌DNA离心后,试管中出现1条中带,说明DNA复制方式一定是半保留复制
B.第二代细菌DNA离心后,试管中出现1条中带和1条轻带,说明DNA复制方式一定是全保留复制
C.结合第一代和第二代细菌DNA的离心结果,说明DNA复制方式一定是分散复制
D.若DNA复制方式是半保留复制,继续培养至第三代,细菌DNA离心后试管中会出现1条中带和1条轻带
√
解析:第一代细菌DNA离心后,试管中出现1条中带,说明DNA复制方式一定不是全保留复制,可能为半保留复制或分散复制,A错误;若DNA复制方式为全保留复制,则第二代细菌DNA离心后,4个子代DNA分子中,1个为15N15N,3个为14N14N,会在试管中出现1条重带和1条轻带,与题图信息不符,B错误;结合第一代和第二代的离心结果,说明DNA复制方式是半保留复制,C错误;若DNA复制方式为半保留复制,继续培养至第三代,得到的8个子代DNA分子中,2个为15N14N,6个为14N14N,细菌DNA离心后试管中会出现1条中带和1条轻带,D正确。
题点(二)　DNA复制过程和相关计算
2.将1个被15N标记的DNA分子转移至含有14N的环境中培养,复制3次得到了8个DNA分子,则在这些DNA分子中(　　)
A.含有15N的DNA共有8个,含有14N的DNA共有0个
B.含有14N的DNA共有8个,只有14N的DNA共有6个
C.含有15N的DNA共有2个,含有14N的DNA共有6个
D.含有15N的脱氧核苷酸链共有8条,含有14N的脱氧核苷酸链共有8条
√
解析:由于DNA分子的复制是半保留复制,所以复制3次,含有15N的DNA共有2个,含有14N的DNA共有8个,只有14N的DNA共有6个,A、C错误,B正确;每个DNA含有2条脱氧核苷酸链,复制3次得到了8个DNA分子,共16条脱氧核苷酸链,由于DNA分子的复制是半保留复制,所以含有15N的脱氧核苷酸链共有2条,含有14N的脱氧核苷酸链共有14条,D错误。
3.(2025·安康模拟)一个DNA分子由500个脱氧核苷酸构成,其中含100个胸腺嘧啶。该DNA经过诱变,DNA上的一个碱基C变成了5-溴尿嘧啶(5-BU),5-BU可与碱基A配对。下列叙述不正确的是 (　　)
A.经过诱变之后的DNA中含有100个腺嘌呤和150个鸟嘌呤
B.诱变后的DNA分子经2次复制,可产生2个正常的DNA
C.诱变后的DNA分子经3次复制,共需要胞嘧啶1 046个
D.诱变后的DNA分子经3次复制得到的子代DNA加热后可得到5种单链片段
√
解析:该DNA中含有500个脱氧核苷酸,其中100个胸腺嘧啶,可推出正常的DNA分子共含有100个腺嘌呤、150个鸟嘌呤和150个胞嘧啶,经过诱变,DNA上的一个碱基C变成了5-BU,故经过诱变之后的DNA中含有149个胞嘧啶,150个鸟嘌呤,A正确;诱变后的DNA分子有一条链是正常的,有一条链中的一个C变成了5-BU,经2次复制,可产生2个正常的DNA,B正确;诱变后的DNA分子经3次复制,可得到8个DNA,其中4个是正常的DNA,4个是不正常的DNA,每个正常的DNA中含有150个胞嘧啶,每个不正常的DNA中含
有149个胞嘧啶,因此8个DNA中共有胞嘧啶150×4+149×4=1 196个,但最初的模板DNA中有149个胞嘧啶,因此共需要胞嘧啶的数量为1 196-149=1 047个,C错误;诱变后的DNA分子经3次复制得到的子代DNA加热后可得到5种单链片段,相应位点的碱基分别是A、G、C、T、5-BU,D正确。
有关DNA复制和计算的4点“注意”
①DNA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。
③DNA复制计算时看清题中所给出的碱基的单位是“对”还是“个”;所问的是“DNA分子数”还是“链数”,是“含”还是“只含”。
④在真核生物中,DNA复制一般是多起点复制;在原核生物中,DNA复制一般是一个起点。无论是真核生物还是原核生物,DNA复制大多数都是双向进行的。
　
题点(三)　细胞分裂的核DNA(染色体)标记问题
4.(2025·保定模拟)一个含有2n条染色体的生物体细胞,其染色体中DNA的两条链都被标记,在不含标记的原料中进行有丝分裂,下列叙述错误的是(　　)
A.第一次分裂的后期细胞中有4n条带标记的染色体
B.第二次分裂的中期每个细胞中有2n条带标记的染色单体
C.第二次分裂的后期每个细胞中有4n条带标记的染色体
D.第二次分裂结束后有的子细胞中可能不带有标记
√
解析:含有2n条染色体的生物体细胞,其染色体中DNA的两条链都被标记,在不含标记的原料中进行有丝分裂,根据DNA的半保留复制原理可知,第一次分裂的间期DNA复制完成后,每条染色单体均带标记,则第一次分裂后期的细胞中有4n条带标记的染色体,A正确;第一次分裂结束后,每条染色体的DNA分子中均为一条链带标记而另一条链不带标记,DNA复制后两条姐妹染色单体由一个着丝粒相连,因此第二次分裂中期每个细胞中有2n条带标记的染色单体,B正确;第二次分裂后期着丝粒分裂,姐妹染色单体分开,形成的子染色体随机移向细胞两极,每个细胞中有2n条带标记的染色体,C错误;由于有丝分裂后期含有标记的和不含有标记的姐妹染色单体分开,形成子染色体并随机移向细胞两极,故第二次分裂结束后有的子细胞中可能不带有标记,D正确。
79
5.将某雄性动物细胞(染色体数为2n)的全部DNA分子的两条链经32P标记后,置于不含32P的培养基中培养。经过连续两次正常的细胞分裂后产生4个子细胞,检测子细胞中的放射性情况。下列推断正确的是 (　　)
A.若进行有丝分裂,则含32P染色体的子细胞比例一定为1/2
B.若进行减数分裂,则含32P染色体的子细胞比例一定为1
C.若子细胞中的染色体都含32P,则一定进行有丝分裂
D.若子细胞中的染色体不都含32P,则一定进行减数分裂
80
√
解析:若子细胞中的染色体都含32P,说明DNA只复制一次,则一定进行减数分裂,B正确,C错误;若子细胞中的染色体不都含32P,则一定进行的是有丝分裂,此种情况下,染色体复制两次,第二次复制完成后,染色体中含有一条含32P的染色单体和一条不含32P的染色单体,有丝分裂后期,着丝粒分裂,两条染色单体随机移向两极,则四个子细胞中有两个、三个或四个含有32P,A、D错误。
81
82
[思维建模]
建模分析细胞分裂中核DNA和染色体标记问题
课时跟踪检测
(标 的题目为推荐讲评题目，配有精品课件)
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一、选择题
1.(2025·张家口一模)下列有关基因的描述,错误的是(　　)
A.对于绝大多数生物来说,基因是有遗传效应的DNA片段
B.基因中的碱基排列顺序千变万化,构成了基因的多样性
C.基因可通过DNA分子复制把遗传信息传递给下一代
D.基因中的遗传信息均通过密码子反映到蛋白质的分子结构上
√
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解析:除了少数RNA病毒,对于绝大多数生物来说,基因是有遗传效应的DNA片段,A正确;不同基因中的碱基排列顺序千变万化,构成了基因的多样性,B正确;在细胞分裂过程中,基因可通过DNA分子复制把遗传信息传递给下一代,C正确;基因中的遗传信息部分通过密码子反映到蛋白质的分子结构上,部分遗传信息不进行转录,D错误。
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2.(2025·广州一模)下列有关梅塞尔森和斯塔尔证明DNA半保留复制实验的叙述,错误的是 (　　)
A.DNA双螺旋结构的发现为该实验提供了理论基础
B.放射性同位素检测技术为实验结果检测提供了技术手段
C.密度梯度离心为DNA分子在试管分层提供了有效方法
D.假说—演绎法为该实验的研究过程提供了科学的思维方法
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解析:DNA双螺旋结构的发现是该实验提出假说的依据,因此能为该实验提供必要的理论基础,A正确;梅塞尔森和斯塔尔将15N标记的大肠杆菌转移到14N的普通培养液中培养,收集大肠杆菌并提取DNA,对其密度梯度离心,15N不具备放射性,因此不需要用放射性同位素检测技术进行检测,其中密度梯度离心为DNA分子在试管分层提供了有效方法,B错误,C正确;梅塞尔森和斯塔尔在实验之前进行演绎推理,观察到与演绎一致的预期现象后,实验证明了“DNA的半保留复制”,因此假说—演绎法为该实验的研究过程提供了科学的思维方法,D正确。
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3.(2025·娄底高三联考)mtDNA是线粒体基质中的环状双链分子,能够自我复制。下列关于mtDNA的叙述,错误的是(　　)
A.该mtDNA分子中每个脱氧核糖都和两个磷酸基团相连
B.mtDNA分子中(A+G)/(T+C)的值与每条单链中的相等
C.mtDNA能够与蛋白质结合形成DNA-蛋白质复合物
D.mtDNA不含游离的磷酸基团,通过卵细胞传递给后代
√
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解析:该mtDNA分子为环状双链分子,因此,其中每个脱氧核糖都和两个磷酸基团相连,A正确;mtDNA为环状双链DNA分子,mtDNA分子中(A+G)/(T+C)=1,而两条单链中该比值互为倒数,B错误;mtDNA能自我复制,DNA复制需要DNA聚合酶和解旋酶等参与,因此mtDNA能够与蛋白质结合形成DNA-蛋白质复合物,C正确;mtDNA存在于线粒体基质,通过卵细胞遗传给后代,其结构为环状双链DNA分子,故不含游离的磷酸基团,D正确。
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4.(2025·安庆一模)我国科研人员成功从酵母细胞中纯化得到人内源MCM-DH,也称为复制前复合体,并解析出高分辨率冷冻电镜结构,揭示了人细胞DNA复制起始新机制。下列叙述错误的是 (　　)
A.图中DNA分子复制是从多个起点同时开始的
B.在细胞周期的间期MCM-DH被组装和激活
C.一个细胞周期中图示复制的起点只起始一次
D.抑制MCM-DH能够实现细胞周期的同步化
√
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解析:图中DNA分子复制是从多起点双向复制,但复制环(两复制叉之间部分)大小不同,因此不是同时开始,A错误;MCM-DH复合物最终能启动DNA复制,故在细胞周期的间期MCM-DH复合物被组装和激活,B正确;一个细胞周期中,核DNA只复制一次,故图示过程在每个起点只起始一次,C正确;抑制MCM-DH,导致DNA无法复制,从而使细胞停留在间期,可实现细胞周期的同步化,D正确。
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5.(2025·大庆一模)用32P标记马蛔虫(2N=4)甲、乙两个精原细胞的核DNA双链,接着将细胞置于不含32P的培养液中培养,在特定的条件下甲细胞连续进行两次有丝分裂、乙细胞进行减数分裂。下列叙述正确的是 (　　)
A.甲的子细胞有50%含32P,且每个细胞含32P的染色体数量为0~4条
B.甲有丝分裂后期与乙减数分裂Ⅱ后期细胞中的染色体数量相同
C.分别对乙的4个子细胞的核DNA进行密度梯度离心,结果一致
D.乙分裂过程中会出现联会现象,同源染色体的姐妹染色单体可发生互换
√
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解析:甲第一个细胞周期结束形成的2个子细胞的每个DNA分子都有一条链含有32P,另一条链不含32P。在第二个细胞周期中,DNA分子又进行了一次半保留复制,则每个细胞中形成的8个DNA分子中,有4个DNA分子是一条链含有32P,另一条链不含32P,另外4个DNA分子都不含32P,而在有丝分裂后期,姐妹染色单体分开后随机移向两极,因此甲在第二个细胞周期后,有2个或3个或4个细胞含32P,且每个细胞含有32P的染色体数为0~4,A错误。甲有丝分裂后期染色体数量为8个,乙减数分裂Ⅱ后期细胞的染色体
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数量为4个,B错误。由于减数分裂过程中DNA分子进行一次半保留复制(DNA均为一条链含32P,一条链不含32P),而细胞连续分裂两次,所以分别对减数分裂产生的四个子细胞的核DNA进行密度梯度离心,其结果一致,C正确。乙分裂(减数分裂)过程中会出现联会现象,同源染色体的非姐妹染色单体可发生互换,D错误。
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6.(2025·铜川模拟)BrdU是一种嘧啶类似物,能替代胸腺嘧啶与腺嘌呤配对。某精原细胞一个核DNA分子双链上均有一个胸腺嘧啶被BrdU替代,该精原细胞在不含BrdU的培养基中经染色体复制后进行减数分裂,在减数分裂Ⅱ中期其染色体DNA上BrdU的分布情况可能是 (　　)
A.两个次级精母细胞均有一条染色体的一条单体含有BrdU
B.两个次级精母细胞所有染色体的单体都不含有BrdU
C.其中一个次级精母细胞每条染色体均有一条单体含有BrdU
D.其中一个次级精母细胞所有染色体的单体都不含有BrdU
√
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解析:由题意分析,精原细胞一个核DNA分子双链上均有一个胸腺嘧啶被BrdU替代,在不含BrdU的培养基中经染色体复制,则含BrdU染色体的两条单体上的两个DNA分子均有一条链上含有一个BrdU,另一条同源染色体的两条单体上的两个DNA分子双链均不含BrdU。减数分裂Ⅱ中期,其中一个次级精母细胞的一条染色体的两条染色单体均含有一个BrdU;另一个次级精母细胞的所有染色体的染色单体均不含有BrdU,D正确。
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7.(苏教版必修2 P57“课外探究”分析应用)DNA指纹分析可用于鉴定亲子关系。特定的限制性内切核酸酶能将DNA分子切割成多个长度不同的片段,再利用电泳等技术分离这些片段,即可获得DNA片段图谱,即DNA指纹。如图为A、B、C、D四人的DNA指纹模式图,其中B男和C女是夫妻,A女和D男可能是这对夫妻的子女。下列分析不正确的是 (　　)
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A.限制性内切核酸酶能在DNA分子的特定部位切割磷酸二酯键
B.B男和C女DNA指纹图谱的不同,体现了DNA分子的特异性
C.根据A、B、C、D的DNA指纹分析,A女和D男是B男和C女的子女
D.从A个体的血液、唾液中分别提取DNA,获得的DNA指纹图谱不同
√
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解析:限制性内切核酸酶能识别DNA分子内部的特定脱氧核苷酸序列,并在特定的位点切割DNA分子中的磷酸二酯键,A正确;B男和C女DNA指纹图谱的不同是由于DNA分子内脱氧核苷酸的排列顺序不同,体现DNA分子的特异性,B正确;A或D个体的指纹图谱部分与B相同,部分与C相同,没有出现与B或C个体不同的图谱,C正确;从A个体的血液、唾液中提取的DNA相同,获得的指纹图谱相同,D错误。
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8.(2025·南通模拟)南瓜曲叶病毒的遗传物质是单链环状DNA分子,下图为该病毒DNA的复制过程。相关叙述错误的是(　　)
A.南瓜曲叶病毒的遗传物质中嘌呤数与嘧啶数不一定相等
B.过程①②产生复制型DNA需要DNA聚合酶、DNA连接酶等参与
C.过程③滚动复制需要RNA聚合酶催化形成的引物引导子链延伸
D.滚动复制的结果是产生一个双链DNA和一个单链DNA
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解析:南瓜曲叶病毒的遗传物质是单链环状DNA分子,则遗传物质中嘌呤数与嘧啶数不一定相等,A正确;过程①②产生复制型DNA需要DNA聚合酶合成子链DNA,通过DNA连接酶将DNA分子连接成环状,B正确;过程③滚动复制是在已经形成的单链DNA的3'端继续延伸DNA,故不需要RNA聚合酶催化形成的引物,C错误;据图可知,滚动复制的结果是④(产生一个双链DNA和一个单链DNA),D正确。
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二、非选择题(除特别注明外,每空1分)
9.(8分)沃森和克里克发现的DNA双螺旋结构在生物学的发展中具有里程碑式的意义,他们提出了DNA半保留复制的假说。图1是DNA分子的部分结构模式图。14N和15N是N元素的两种稳定同位素,这两种同位素的相对原子质量不同,含15N的DNA密度大,因此,利用离心技术可以在试管中区分含有不同N元素的DNA。回答下列问题:
9
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(1)图1中的⑤表示_____,④表示____________ (用文字表示)。
解析:图1中的⑤是连接两条DNA单链的碱基之间的化学键,表示氢键;④可以与腺嘌呤(A)配对,表示胸腺嘧啶(T)。
9
氢键
胸腺嘧啶
(2)已知某DNA片段共有4×108个碱基对,其中碱基C的数量占全部碱基的30%,则该DNA片段中碱基A有____________个。该DNA片段第3次复制,需要周围环境提供____________个胸腺嘧啶脱氧核苷酸。
解析:双链DNA分子含有4×108个碱基对,即含有8×108个碱基,C占全部碱基的30%,即G+C=60%,则A=T=(1-60%)/2=20%,则碱基数量A=T=20%×8×108=1.6×108个;该DNA分子第3次复制,需要周围环境提供胸腺嘧啶脱氧核苷酸数量为2(3-1)×1.6×108=6.4×108个。
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1.6×108
6.4×108
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(3)科学家将被同位素标记的DNA分子(14N/15N-DNA)放到只含15N的培养液中培养,让其复制两次。将亲代DNA和每次复制的产物分别置于离心管中进行离心,结果分别对应图2中的a、b、c。三个结果中密度为中的DNA分子的数量比为_________,c结果中含15N标记的DNA单链与含14N标记的DNA单链的比例为_______。
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1∶1∶1
7∶1
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解析:由于DNA分子的复制是半保留复制,被同位素标记的DNA分子(14N/15N-DNA)放到只含15N的培养液中培养,让其复制两次,则得到4个DNA分子。亲代中的DNA分子分布在中带,对应a;第一次复制得到的DNA分子为1/2中、1/2重(大),对应b;第二次复制得到的DNA分子为1/4中、3/4重(大),对应c。三个结果中密度为中的DNA分子的数量均有1个,即密度为中的DNA分子的数量比为1∶1∶1;c结果是第二次复制的结果,该过程中得到4个DNA分子,8条链,只有一条亲代DNA链含14N,则其中含15N标记的DNA单链与含14N标记的DNA单链的比例为7∶1。
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(4)将根尖分生区细胞(其核DNA分子为14N/15N-DNA)置于只含有14N的培养液中培养,在图2中的d处画出第一次有丝分裂中期一条染色体中两条姐妹染色单体的DNA分子的相对位置。(2分)
答案:
解析:由于DNA分子的半保留复制,第一次有丝分裂中期一条染色体中两条姐妹染色单体中的一条DNA分子是14N/15N,另一条是14N/14N,分别分布在中和轻(小),对应图形见答案。
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10.(10分)(2025·南阳联考)将SP8噬菌体的双链DNA温和加热,两条链分离(即DNA变性),用密度梯度离心分离两条链。用SP8噬菌体感染枯草杆菌细胞后提取RNA(图中c),分别与分离的SP8噬菌体DNA单链混合。SP8噬菌体的DNA分子由两条碱基组成很不平均的链构成。示意图如下:
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(1)SP8噬菌体双链DNA中嘌呤与嘧啶的数量关系可用简式表示为_____________ ,其中a链的嘌呤与嘧啶的数量关系可用文字表示为________________。
解析:双链DNA中,嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数,但嘌呤为双环结构,相对分子质量较大,嘧啶为单环结构,相对分子质量较小。由图可知,经密度梯度离心后,a链在b链上方,说明a链密度小于b链,则a链的嘌呤少于嘧啶,为“轻链”。
9
G+A=C+T
嘌呤少于嘧啶
(2)构成a、b链的核苷酸由___________键连接,a链与b链之间相邻碱基由____键连接。
解析:DNA分子单链上脱氧核苷酸由磷酸二酯键连接,两条链之间相邻碱基由氢键连接。
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磷酸二酯
氢
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(3)图中显示的实验结果是__________________________________
____________________________________________________________ (2分)。
解析:实验结果显示,噬菌体DNA的b链与RNA分子杂交形成DNA-RNA杂合分子,而RNA不与a链杂交。
111
从枯草杆菌细胞中提取的RNA只能与噬菌体DNA的一条链杂交形成DNA-RNA杂合分子,不与另一条链杂交
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(4)由实验可知,____ 链为“重链”,____ 链为模板链。
解析:(4)由(1)题分析可知,b链嘌呤多于嘧啶,为“重链”。b链能与SP8噬菌体感染枯草杆菌细胞后提取的RNA杂交,说明是转录过程中的模板链。
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b
b
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9
(5)为什么要用SP8噬菌体感染枯草杆菌细胞后提取RNA分子 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　____________________________________________________________ (2分)。
解析:噬菌体是病毒,不能独立进行生命活动,只能在宿主细胞中复制和转录。
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噬菌体是病毒,不能独立进行生命活动,只能在宿主细胞中复制和转录
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9课时跟踪检测(二十六)　DNA的结构、复制和基因的本质
一、选择题
1.(2025·张家口一模)下列有关基因的描述,错误的是 (　　)
A.对于绝大多数生物来说,基因是有遗传效应的DNA片段
B.基因中的碱基排列顺序千变万化,构成了基因的多样性
C.基因可通过DNA分子复制把遗传信息传递给下一代
D.基因中的遗传信息均通过密码子反映到蛋白质的分子结构上
2.(2025·广州一模)下列有关梅塞尔森和斯塔尔证明DNA半保留复制实验的叙述,错误的是 (　　)
A.DNA双螺旋结构的发现为该实验提供了理论基础
B.放射性同位素检测技术为实验结果检测提供了技术手段
C.密度梯度离心为DNA分子在试管分层提供了有效方法
D.假说—演绎法为该实验的研究过程提供了科学的思维方法
3.(2025·娄底高三联考)mtDNA是线粒体基质中的环状双链分子,能够自我复制。下列关于mtDNA的叙述,错误的是 (　　)
A.该mtDNA分子中每个脱氧核糖都和两个磷酸基团相连
B.mtDNA分子中(A+G)/(T+C)的值与每条单链中的相等
C.mtDNA能够与蛋白质结合形成DNA 蛋白质复合物
D.mtDNA不含游离的磷酸基团,通过卵细胞传递给后代
4.(2025·安庆一模)我国科研人员成功从酵母细胞中纯化得到人内源MCM DH,也称为复制前复合体,并解析出高分辨率冷冻电镜结构,揭示了人细胞DNA复制起始新机制。下列叙述错误的是 (　　)
A.图中DNA分子复制是从多个起点同时开始的
B.在细胞周期的间期MCM DH被组装和激活
C.一个细胞周期中图示复制的起点只起始一次
D.抑制MCM DH能够实现细胞周期的同步化
5.(2025·大庆一模)用32P标记马蛔虫(2N=4)甲、乙两个精原细胞的核DNA双链,接着将细胞置于不含32P的培养液中培养,在特定的条件下甲细胞连续进行两次有丝分裂、乙细胞进行减数分裂。下列叙述正确的是 (　　)
A.甲的子细胞有50%含32P,且每个细胞含32P的染色体数量为0~4条
B.甲有丝分裂后期与乙减数分裂Ⅱ后期细胞中的染色体数量相同
C.分别对乙的4个子细胞的核DNA进行密度梯度离心,结果一致
D.乙分裂过程中会出现联会现象,同源染色体的姐妹染色单体可发生互换
6.(2025·铜川模拟)BrdU是一种嘧啶类似物,能替代胸腺嘧啶与腺嘌呤配对。某精原细胞一个核DNA分子双链上均有一个胸腺嘧啶被BrdU替代,该精原细胞在不含BrdU的培养基中经染色体复制后进行减数分裂,在减数分裂Ⅱ中期其染色体DNA上BrdU的分布情况可能是 (　　)
A.两个次级精母细胞均有一条染色体的一条单体含有BrdU
B.两个次级精母细胞所有染色体的单体都不含有BrdU
C.其中一个次级精母细胞每条染色体均有一条单体含有BrdU
D.其中一个次级精母细胞所有染色体的单体都不含有BrdU
7.(苏教版必修2 P57“课外探究”分析应用)DNA指纹分析可用于鉴定亲子关系。特定的限制性内切核
酸酶能将DNA分子切割成多个长度不同的片段,再利用电泳等技术分离这些片段,即可获得DNA片段图谱,即DNA指纹。如图为A、B、C、D四人的DNA指纹模式图,其中B男和C女是夫妻,A女和D男可能是这对夫妻的子女。下列分析不正确的是 (　　)
A.限制性内切核酸酶能在DNA分子的特定部位切割磷酸二酯键
B.B男和C女DNA指纹图谱的不同,体现了DNA分子的特异性
C.根据A、B、C、D的DNA指纹分析,A女和D男是B男和C女的子女
D.从A个体的血液、唾液中分别提取DNA,获得的DNA指纹图谱不同
8.(2025·南通模拟)南瓜曲叶病毒的遗传物质是单链环状DNA分子,下图为该病毒DNA的复制过程。相关叙述错误的是 (　　)
A.南瓜曲叶病毒的遗传物质中嘌呤数与嘧啶数不一定相等
B.过程①②产生复制型DNA需要DNA聚合酶、DNA连接酶等参与
C.过程③滚动复制需要RNA聚合酶催化形成的引物引导子链延伸
D.滚动复制的结果是产生一个双链DNA和一个单链DNA
二、非选择题(除特别注明外,每空1分)
9.(8分)沃森和克里克发现的DNA双螺旋结构在生物学的发展中具有里程碑式的意义,他们提出了DNA半保留复制的假说。图1是DNA分子的部分结构模式图。14N和15N是N元素的两种稳定同位素,这两种同位素的相对原子质量不同,含15N的DNA密度大,因此,利用离心技术可以在试管中区分含有不同N元素的DNA。回答下列问题:
(1)图1中的⑤表示　　　　　,④表示　　　　　(用文字表示)。
(2)已知某DNA片段共有4×108个碱基对,其中碱基C的数量占全部碱基的30%,则该DNA片段中碱基A有　　　　个。该DNA片段第3次复制,需要周围环境提供　　　　个胸腺嘧啶脱氧核苷酸。
(3)科学家将被同位素标记的DNA分子(14N/15N DNA)放到只含15N的培养液中培养,让其复制两次。将亲代DNA和每次复制的产物分别置于离心管中进行离心,结果分别对应图2中的a、b、c。三个结果中密度为中的DNA分子的数量比为　　　　　,c结果中含15N标记的DNA单链与含14N标记的DNA单链的比例为　　　　　。
(4)将根尖分生区细胞(其核DNA分子为14N/15N DNA)置于只含有14N的培养液中培养,在图2中的d处画出第一次有丝分裂中期一条染色体中两条姐妹染色单体的DNA分子的相对位置。(2分)
10.(10分)(2025·南阳联考)将SP8噬菌体的双链DNA温和加热,两条链分离(即DNA变性),用密度梯度离心分离两条链。用SP8噬菌体感染枯草杆菌细胞后提取RNA(图中c),分别与分离的SP8噬菌体DNA单链混合。SP8噬菌体的DNA分子由两条碱基组成很不平均的链构成。示意图如下:
(1)SP8噬菌体双链DNA中嘌呤与嘧啶的数量关系可用简式表示为　　　　　　　　　　,其中a链的嘌呤与嘧啶的数量关系可用文字表示为　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)构成a、b链的核苷酸由　　　　键连接,a链与b链之间相邻碱基由　　　　　键连接。
(3)图中显示的实验结果是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
(2分)。
(4)由实验可知,　　　链为“重链”,　　　链为模板链。
(5)为什么要用SP8噬菌体感染枯草杆菌细胞后提取RNA分子 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
(2分)。
课时跟踪检测(二十六)
1．选D　除了少数RNA病毒，对于绝大多数生物来说，基因是有遗传效应的DNA片段，A正确；不同基因中的碱基排列顺序千变万化，构成了基因的多样性，B正确；在细胞分裂过程中，基因可通过DNA分子复制把遗传信息传递给下一代，C正确；基因中的遗传信息部分通过密码子反映到蛋白质的分子结构上，部分遗传信息不进行转录，D错误。
2．选B　DNA双螺旋结构的发现是该实验提出假说的依据，因此能为该实验提供必要的理论基础，A正确；梅塞尔森和斯塔尔将15N标记的大肠杆菌转移到14N的普通培养液中培养，收集大肠杆菌并提取DNA，对其密度梯度离心，15N不具备放射性，因此不需要用放射性同位素检测技术进行检测，其中密度梯度离心为DNA分子在试管分层提供了有效方法，B错误，C正确；梅塞尔森和斯塔尔在实验之前进行演绎推理，观察到与演绎一致的预期现象后，实验证明了“DNA的半保留复制”，因此假说—演绎法为该实验的研究过程提供了科学的思维方法，D正确。
3．选B　该mtDNA分子为环状双链分子，因此，其中每个脱氧核糖都和两个磷酸基团相连，A正确；mtDNA为环状双链DNA分子，mtDNA分子中(A＋G)/(T＋C)＝1，而两条单链中该比值互为倒数，B错误；mtDNA能自我复制，DNA复制需要DNA聚合酶和解旋酶等参与，因此mtDNA能够与蛋白质结合形成DNA 蛋白质复合物，C正确；mtDNA存在于线粒体基质，通过卵细胞遗传给后代，其结构为环状双链DNA分子，故不含游离的磷酸基团，D正确。
4．选A　图中DNA分子复制是从多起点双向复制，但复制环(两复制叉之间部分)大小不同，因此不是同时开始，A错误；MCM DH复合物最终能启动DNA复制，故在细胞周期的间期MCM DH复合物被组装和激活，B正确；一个细胞周期中，核DNA只复制一次，故图示过程在每个起点只起始一次，C正确；抑制MCM DH，导致DNA无法复制，从而使细胞停留在间期，可实现细胞周期的同步化，D正确。
5．选C　甲第一个细胞周期结束形成的2个子细胞的每个DNA分子都有一条链含有32P，另一条链不含32P。在第二个细胞周期中，DNA分子又进行了一次半保留复制，则每个细胞中形成的8个DNA分子中，有4个DNA分子是一条链含有32P，另一条链不含32P，另外4个DNA分子都不含32P，而在有丝分裂后期，姐妹染色单体分开后随机移向两极，因此甲在第二个细胞周期后，有2个或3个或4个细胞含32P，且每个细胞含有32P的染色体数为0～4，A错误。甲有丝分裂后期染色体数量为8个，乙减数分裂Ⅱ后期细胞的染色体数量为4个，B错误。由于减数分裂过程中DNA分子进行一次半保留复制(DNA均为一条链含32P，一条链不含32P)，而细胞连续分裂两次，所以分别对减数分裂产生的四个子细胞的核DNA进行密度梯度离心，其结果一致，C正确。乙分裂(减数分裂)过程中会出现联会现象，同源染色体的非姐妹染色单体可发生互换，D错误。
6．选D　由题意分析，精原细胞一个核DNA分子双链上均有一个胸腺嘧啶被BrdU替代，在不含BrdU的培养基中经染色体复制，则含BrdU染色体的两条单体上的两个DNA分子均有一条链上含有一个BrdU，另一条同源染色体的两条单体上的两个DNA分子双链均不含BrdU。减数分裂Ⅱ中期，其中一个次级精母细胞的一条染色体的两条染色单体均含有一个BrdU；另一个次级精母细胞的所有染色体的染色单体均不含有BrdU，D正确。
7．选D　限制性内切核酸酶能识别DNA分子内部的特定脱氧核苷酸序列，并在特定的位点切割DNA分子中的磷酸二酯键，A正确；B男和C女DNA指纹图谱的不同是由于DNA分子内脱氧核苷酸的排列顺序不同，体现DNA分子的特异性，B正确；A或D个体的指纹图谱部分与B相同，部分与C相同，没有出现与B或C个体不同的图谱，C正确；从A个体的血液、唾液中提取的DNA相同，获得的指纹图谱相同，D错误。
8．选C　南瓜曲叶病毒的遗传物质是单链环状DNA分子，则遗传物质中嘌呤数与嘧啶数不一定相等，A正确；过程①②产生复制型DNA需要DNA聚合酶合成子链DNA，通过DNA连接酶将DNA分子连接成环状，B正确；过程③滚动复制是在已经形成的单链DNA的3′端继续延伸DNA，故不需要RNA聚合酶催化形成的引物，C错误；据图可知，滚动复制的结果是④(产生一个双链DNA和一个单链DNA)，D正确。
9．解析：(1)图1中的⑤是连接两条DNA单链的碱基之间的化学键，表示氢键；④可以与腺嘌呤(A)配对，表示胸腺嘧啶(T)。
(2)双链DNA分子含有4×108个碱基对，即含有8×108个碱基，C占全部碱基的30%，即G＋C＝60%，则A＝T＝(1－60%)/2＝20%，则碱基数量A＝T＝20%×8×108＝1.6×108个；该DNA分子第3次复制，需要周围环境提供胸腺嘧啶脱氧核苷酸数量为2(3－1)×1.6×108＝6.4×108个。
(3)由于DNA分子的复制是半保留复制，被同位素标记的DNA分子(14N/15N DNA)放到只含15N的培养液中培养，让其复制两次，则得到4个DNA分子。亲代中的DNA分子分布在中带，对应a；第一次复制得到的DNA分子为1/2中、1/2重(大)，对应b；第二次复制得到的DNA分子为1/4中、3/4重(大)，对应c。三个结果中密度为中的DNA分子的数量均有1个，即密度为中的DNA分子的数量比为1∶1∶1；c结果是第二次复制的结果，该过程中得到4个DNA分子，8条链，只有一条亲代DNA链含14N，则其中含15N标记的DNA单链与含14N标记的DNA单链的比例为7∶1。
(4)由于DNA分子的半保留复制，第一次有丝分裂中期一条染色体中两条姐妹染色单体中的一条DNA分子是14N/15N，另一条是14N/14N，分别分布在中和轻(小)，对应图形见答案。
答案：(1)氢键　胸腺嘧啶　(2)1.6×108　6.4×108　(3)1∶1∶1　7∶1　(4)
10．解析：(1)双链DNA中，嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数，但嘌呤为双环结构，相对分子质量较大，嘧啶为单环结构，相对分子质量较小。由图可知，经密度梯度离心后，a链在b链上方，说明a链密度小于b链，则a链的嘌呤少于嘧啶，为“轻链”。
(2)DNA分子单链上脱氧核苷酸由磷酸二酯键连接，两条链之间相邻碱基由氢键连接。
(3)实验结果显示，噬菌体DNA的b链与RNA分子杂交形成DNA RNA杂合分子，而RNA不与a链杂交。
(4)由(1)题分析可知，b链嘌呤多于嘧啶，为“重链”。b链能与SP8噬菌体感染枯草杆菌细胞后提取的RNA杂交，说明是转录过程中的模板链。
(5)噬菌体是病毒，不能独立进行生命活动，只能在宿主细胞中复制和转录。
答案：(1)G＋A＝C＋T　嘌呤少于嘧啶　(2)磷酸二酯　氢　(3)从枯草杆菌细胞中提取的RNA只能与噬菌体DNA的一条链杂交形成DNA RNA杂合分子，不与另一条链杂交　(4)b　b　(5)噬菌体是病毒，不能独立进行生命活动，只能在宿主细胞中复制和转录

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