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第18讲　DNA分子的结构、复制及基因的本质
考点一
● 必备知识
1.(1)沃森和克里克　(2)脱氧核苷酸　A=T,G=C　T　C　相反的
2.C、H、O、N、P　脱氧核糖　A、T、G、C　脱氧核苷酸　磷酸　脱氧核糖　碱基　氢键　A　T　G　C　反向平行
3.(1)氢键　(2)多样　4种碱基的排列顺序　4n　(3)特异　特定的碱基排列顺序　(4)DNA的多样性和特异性
【考点易错】
(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×　(6)×
[解析] (1)沃森和克里克以DNA衍射图谱为基础推算出DNA呈螺旋结构。(2)在制作脱氧核苷酸时,需在脱氧核糖上连接磷酸和碱基。(3)G、C之间形成3个氢键。(4)DNA每条链的5'端是磷酸基团末端,3'端是羟基(—OH)末端。(5)DNA分子中大多数脱氧核糖上连接两个磷酸基团和一个含氮碱基,但每条链3'端的脱氧核糖上只连接一个磷酸基团和一个含氮碱基。(6)在双链DNA分子中,有2个游离的磷酸基团。
【长句拓展】
(1)不能。①磷酸基团属于胸腺嘧啶脱氧核苷酸　(2)DAN通常为双链,RNA一般为单链,DNA的双螺旋结构比RNA的单链结构更稳定　(3)在DNA分子中,配对的C和G之间有三个氢键,A和T之间有两个氢键,G—C碱基对数量越多,含氢键数量越多,DNA分子越稳定
● 典型例题
1.C　[解析] DNA分子两条链之间遵循碱基互补配对原则,故任取两位同学制作的单链不一定连接成DNA双链,C错误。
2.B　[解析] 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%,则α链中鸟嘌呤与胞嘧啶的数量之和占该链全部碱基的56%,α链中腺嘌呤与胸腺嘧啶的数量之和占该链碱基总数的1-56%=44%,在双链DNA分子中,互补碱基两两相等,A=T,C=G,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%,①正确;β链中鸟嘌呤和胞嘧啶的数量之和占该链全部碱基的56%,但鸟嘌呤和胞嘧啶各自所占的比例不一定相等,②错误;α链中腺嘌呤与胸腺嘧啶的数量之和占该链碱基总数的44%,已知α链中腺嘌呤占28%,则α链中胸腺嘧啶所占的比例是44%-28%=16%,③正确;α链中鸟嘌呤与胞嘧啶的数量之和占该链全部碱基的56%,若该链无鸟嘌呤,则嘧啶所占的比例最多,为56%+16%=72%,④正确;由于A=T,C=G,在不同DNA分子中(A+C)/(G+T)的值均为1,⑤错误。综上所述,选B。
考点二
● 必备知识
1.(1)半保留复制　(2)①梅塞尔森　斯塔尔　②同位素标记技术　密度梯度离心
④DNA以半保留的方式复制　⑦全部重带　全部中带　1/2轻带、1/2中带
⑧DNA的复制是以半保留的方式进行的
2.(1)①亲代DNA　子代DNA　②细胞分裂间期　③细胞核　(2)解旋　脱氧核苷酸　DNA聚合酶　碱基互补配对　(3)边解旋边复制　(4)完全相同　(5)双螺旋　碱基互补配对　遗传信息　遗传信息
3.染色体　线性　遗传信息
【考点易错】
(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×　(6)×　(7)×
[解析] (1)子链的合成过程需要引物。(2)解旋酶的作用是打开DNA双链。(3)DNA复制是边解旋边复制的,而不是氢键全部断裂后以两条母链为模板各合成一条子链。(4)基因通常是有遗传效应的DNA片段,一个DNA分子上有许多个基因。(5)真核细胞中基因主要位于染色体上,此外在线粒体、叶绿体的DNA中也有基因。(6)双链DNA中嘌呤和嘧啶的数量相等,但DNA单链中嘌呤和嘧啶的数量不一定相等。(7)该病毒的基因位于单链RNA上,通过两次复制过程将基因传递给子代,而不是通过半保留复制传递给子代。
【长句拓展】
1.加快DNA复制的速度,为细胞分裂做好物质准备
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,亲缘关系越近
● 典型例题
1.D　[解析] 题图中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,其中一条子链的延伸方向与复制叉的推进方向相反,D错误。
2.C　[解析] 复制叉向前移动需要解旋酶参与,解旋酶破坏氢键,消耗ATP,A正确;DNA复制有一条子链为不连续链,冈崎片段连接成滞后链可能需要DNA连接酶的作用,B正确;前导链的延伸方向是5'端→3'端,滞后链的延伸方向也是5'端→3'端,C错误;图示过程体现了DNA复制的半保留复制特点,即保留一条母链,以碱基互补配对为原则,合成新的子链,D正确。
3.D　[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,但无法判断是半保留复制还是分散复制,将第二代细菌DNA离心,若试管中出现一条中带和一条轻带,则可以确定DNA的复制方式是半保留复制而不是分散复制,A、B、C错误;若DNA复制方式是半保留复制,继续培养至第三代,形成的子代DNA只有两条链均为14N、两条链分别含有14N和15N两种类型,因此细菌DNA离心后试管中只会出现1条中带和1条轻带,D正确。
4.B　[解析] DNA 分子的复制是边解旋边复制,且是半保留复制,A正确;DNA复制时在DNA聚合酶的催化下利用四种游离的脱氧核糖核苷酸为原料合成子链,B错误;由题意知子代DNA分子中被32P标记的DNA单链是2条,含有31P的DNA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;子代DNA分子中含32P的DNA分子数是2个,含31P的分子数是8个,二者之比是1∶4,D正确。
5.B　[解析] DNA复制时遵循半保留复制原则。将双链经32P标记的DNA分子置于不含32P的环境中连续复制,复制一次得到32P/31P-DNA,复制两次得到32P/31P-DNA和31P/31P-DNA(二者数量比为1∶1),复制三次得到32P/31P-DNA和31P/31P-DNA(二者数量比为1∶3)。细胞进行有丝分裂时DNA复制一次,细胞分裂一次;细胞进行减数分裂时DNA复制一次,细胞分裂两次。在细胞分裂成两个子细胞时,细胞中的染色体是随机分配的。若只进行有丝分裂,DNA复制三次得到32P/31P-DNA和31P/31P-DNA(二者数量比为1∶3),细胞分裂三次,则含32P染色体的子细胞比例最少为1/4,最多为1,A错误;若先进行一次有丝分裂再进行减数分裂,DNA复制两次得到32P/31P-DNA和31P/31P-DNA(二者数量比为1∶1),细胞分裂三次,则含32P染色体的子细胞比例至少占1/2,最多占1,B正确;根据上述分析,若子细胞中的染色体都含32P ,则有可能只进行有丝分裂,也有可能先进行一次有丝分裂再进行减数分裂,C错误;根据上述分析,若部分子细胞中的染色体都不含32P,有可能只进行有丝分裂,也有可能先进行一次有丝分裂再进行减数分裂,D错误。
6.C　[解析] 图中的细胞是一个精原细胞进行一次有丝分裂和减数第一次分裂后产生的,这些细胞含有染色单体,说明着丝粒没有分裂,因此该精原细胞经历了2次DNA复制,1次着丝粒分裂,A错误;四个细胞还没有进入减数第二次分裂后期(着丝粒未分裂),因此可能处于减数第二次分裂前期或中期,且均含有一个染色体组,B错误;精原细胞进行一次有丝分裂后,产生的子细胞每个DNA上都有一条链含有32P,减数分裂前的间期完成DNA复制后,每条染色体上有1条染色单体含有32P,另一条染色单体不含32P,减数第一次分裂结束,每个细胞中应该含有2条染色体,四条染色单体,其中有两条染色单体含有32P,但乙细胞中有3条染色单体含有32P,原因是形成乙的过程中发生了同源染色体的配对和交叉互换,C正确;甲、丙、丁完成减数第二次分裂后至少产生3个含32P的细胞,乙细胞有3条染色单体含有32P,完成减数第二次分裂后产生的2个细胞都含有32P,因此4个细胞完成分裂形成8个细胞,至多有3个细胞不含32P,D错误。
7.D　[解析] c基因内碱基对缺失,属于基因突变,A错误;在减数分裂四分体时期,同源染色体的非姐妹染色单体之间发生互换,而a、b属于一条染色体上的非等位基因,B错误;据图分析, Ⅰ 、 Ⅱ 为非基因序列,基因序列中发生碱基对的替换、增添或缺失才属于基因突变,C错误;a、b、c三个基因均控制毛色,说明基因与性状之间并不都是一一对应的关系,D正确。
8.B　[解析] 由于碱基的排列顺序不同,不同生物的STR不同,体现了DNA具有多样性,A 正确; STR是DNA 分子,彻底水解后可以得到6种小分子物质,即磷酸、脱氧核糖和4种碱基,B 错误;STR中的A—T碱基对所占的比例较大,而 A 与 T 之间形成两个氢键, G 与 C 之间形成三个氢键,所以 STR 的稳定性可能较差,C正确; 由于不同个体的STR具有明显的差异,STR序列可作为遗传标记基因用于个体鉴定,D正确。
经典真题·明考向
1.C　[解析] DNA的元素组成都是C、H、O、N、P,A不符合题意;DNA分子的核苷酸种类都只有4种,B不符合题意;每种DNA的碱基序列不同,“尼安德特人”与现代人的DNA 碱基序列相似度高,证明“尼安德特人”与现代人是近亲,C符合题意;DNA的空间结构都是规则的双螺旋结构,D不符合题意。
2.B　[解析] 由表可知,碱基T的含量为0,则该病毒的遗传物质为RNA,由于A≠U,C≠G,故该RNA为单链。RNA中G+C的含量为48.8%,由碱基互补配对原则可知,其互补链中G+C的含量也为48.8%,A错误。该病毒的遗传物质为RNA,其可能会通过逆转录产生 DNA,然后整合到宿主DNA 上,导致宿主DNA 发生变异,B正确。病毒无细胞结构,没有核糖体,自身不能合成蛋白质,病毒基因的遗传不符合分离定律,C、D错误。
3.B　[解析] 大肠杆菌在含有3H-脱氧核苷培养液中培养,DNA的复制方式为半保留复制,大肠杆菌拟核DNA第1次复制,3H-脱氧核苷掺入新合成的DNA链中,两条母链未掺入3H-脱氧核苷,仅子链掺入,故拟核DNA双链显浅色。拟核DNA在进行第2次复制时,区域①为暂未复制的区域,仅单链掺入,显浅色。区域②③,DNA两条模板链中一条掺入3H-脱氧核苷,另一条没有掺入,而新合成的子链都掺入3H-脱氧核苷。故双链都掺入3H-脱氧核苷的DNA双链区段显深色;仅单链掺入的DNA双链区段显浅色,B正确。第18讲　DNA分子的结构、复制及基因的本质
课标 要求 1.概述DNA分子是由四种脱氧核苷酸构成,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.概述DNA分子通过半保留方式进行复制 3.教学活动:制作DNA分子双螺旋结构模型
考点一DNA分子的结构及相关计算(迁移·提能类)
1.DNA双螺旋结构模型的构建
(1)构建者: 。
(2)构建过程
2.DNA分子的结构
3.DNA分子的特性
(1)稳定性:磷酸和脱氧核糖交替连接,排列在外侧,构成基本骨架,两条链互补的碱基之间通过 相连。
(2) 性:遗传信息蕴藏在 之中。碱基排列顺序千变万化,如某DNA分子中有n个碱基对,则排列顺序有 种(其中n代表碱基对数)。
(3) 性:每种DNA分子都有 。
(4) 是生物体多样性和特异性的物质基础。
考点易错·明辨析
(1)[2022·广东卷]沃森和克里克用DNA衍射图谱得出碱基配对方式。()
(2)[2022·浙江6月选考]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)[2022·浙江6月选考]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)[2021·辽宁卷]DNA每条链的5'端是羟基末端。()
(5)DNA分子中每个脱氧核糖上均连着两个磷酸基团和一个含氮碱基。()
(6)在双链DNA分子中,有4个游离的磷酸基团。()
长句拓展·练思维
[必修2P50图3-8]根据DNA分子结构图像分析回答下列问题:
(1)图中④能表示胞嘧啶脱氧核苷酸吗 说明理由:
。
(2)RNA病毒比DNA病毒更容易发生突变,从结构差异角度思考,原因是 。
(3)在基因启动子的位置常存在多个C—G序列成簇分布的现象,该部分稳定性较高,原因是 。
1.DNA分子结构中两种关系、连接方式及方向性
2.DNA分子结构中氢键、磷酸二酯键的打开与形成
(1)如图为DNA双螺旋结构的简化形式,其中①是磷酸二酯键,②是氢键。
(2)氢键、磷酸二酯键的打开与形成
3.碱基互补配对原则及相关计算
1.[2024·湖南衡阳模拟]下图是制作DNA双螺旋结构模型的过程图,下列叙述错误的是()
A.图甲中②③交替连接构成DNA基本骨架
B.若一条链的下端是磷酸,则另一条链的上端也是磷酸
C.任取两位同学制作的单链即可连接成DNA双链
D.丙到丁过程体现了DNA分子双螺旋的特点
2.[2024·广东广州联考]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链中腺嘌呤占该链的28%。下列叙述错误的有()
①β链中腺嘌呤与胸腺嘧啶的数量之和占该链碱基总数的44%
②β链中鸟嘌呤与胞嘧啶所占的比例相等,均是28%
③α链中胸腺嘧啶所占的比例是16%
④α链中嘧啶所占的比例最多为72%
⑤在不同DNA分子中(A+C)/(G+T)的值不同,体现了DNA分子的特异性
A.一项B.两项
C.三项D.四项
DNA分子结构的5点提醒
(1)并非所有的DNA均具“双链”。
(2)DNA分子中氢键的形成不需要酶,而断裂需解旋酶或加热处理。
(3)DNA在DNA酶作用下能够水解生成4种脱氧核苷酸;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。
(4)不是所有的脱氧核糖都连接着2个磷酸基团,DNA的2条链各有一个3'端的脱氧核糖连接着一个磷酸基团。
(5)一个双链DNA分子具有2个游离的磷酸基团,而环状DNA不存在游离的磷酸基团。
考点二DNA的复制及基因的本质(迁移·提能类)
1.DNA半保留复制的实验证据
(1)方式推测
沃森和克里克提出假说:DNA分子复制方式为 。
(2)实验证据
①实验者:美国生物学家 和 。
②实验方法: 和 技术。
③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。
④实验假设: 。
⑤实验预期结果:离心后应出现3条DNA带。重带(密度最大):两条链都被15N标记的亲代双链DNA;中带(密度居中):一条链含14N、另一条链含15N的子代双链DNA;轻带(密度最小):两条链都含14N的子代双链DNA。
⑥实验过程
⑦过程分析:立即取出,提取DNA→离心→ 。繁殖一代后取出,提取DNA→离心→ 。繁殖两代后取出,提取DNA→离心→ 。
⑧实验结论: 。
2.DNA复制
(1)概念、时间、场所、实质
①概念:以 为模板合成 的过程。
②时间: 。
③场所:主要是 ,线粒体和叶绿体中也存在。
④实质:遗传信息的复制。
[注意]DNA病毒的复制是在宿主细胞内进行的。
(2)过程
(3)过程特点: 。
(4)结果:一个DNA分子形成了两个 的DNA分子。
(5)DNA准确复制及意义
3.基因和染色体、DNA、脱氧核苷酸的关系
考点易错·明辨析
(1)[2021·辽宁卷]DNA分子复制时,子链的合成过程不需要引物参与。()
(2)[2021·辽宁卷]DNA聚合酶的作用是打开DNA双链。()
(3)DNA中氢键全部断裂后,以两条母链为模板各合成一条子链。()
(4)DNA和基因都是遗传信息的载体,所以DNA就是基因。()
(5)DNA分子上有基因,基因都在染色体上。()
(6)DNA复制合成的子代DNA的一条链中嘌呤和嘧啶的数量相等。()
(7)[2021·浙江卷]某单链RNA病毒的基因以半保留复制的方式传递给子代。()
长句拓展·练思维
1.果蝇的DNA有多个复制起点。果蝇DNA复制的这一特点有利于
。
2.[必修2P62“复习与提高”]DNA分子杂交技术可以用来比较不同种生物DNA分子的差异。两种生物的DNA分子的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 。
1.DNA复制的主要类型
2.DNA复制相关计算的分析
(1)将含有15N的DNA分子放在含有14N的培养基中培养,复制n次,则:
①子代DNA共2n个
②脱氧核苷酸链
脱氧核
苷酸链
共2n+1条
(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)。
②第n次复制需要消耗该种脱氧核苷酸数为m·2n-1。
3.染色体中的DNA分子半保留复制图像及解读
命题角度一DNA复制的过程
1.[2024·山东淄博联考]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下图所示。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
2.[2024·湖北荆州模拟]DNA复制部分过程如下图所示,复制区的双螺旋分开,以一条链为模板,连续合成一条子链(前导链);以另一条链为模板,合成子链片段(冈崎片段),再连接成一条完整的子链(滞后链),子代双链与亲代双链相接区域称为复制叉。下列叙述错误的是()
A.复制叉向前移动需要解旋酶参与,并消耗ATP
B.冈崎片段连接成滞后链可能需要DNA连接酶的作用
C.前导链的延伸方向是5'端→3'端,滞后链的延伸方向相反
D.图示过程体现了DNA复制的半保留复制特点
命题角度二DNA半保留复制的实验证据及相关计算
3.[2022·海南卷]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(图甲)。对此假说,科学家以大肠杆菌为实验材料,进行了如下实验(图乙):
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
4.一个双链均被32P标记的DNA置于只含31P的环境中复制3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.DNA复制时在DNA聚合酶的催化下利用四种核糖核苷酸合成子链
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
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)碱基的数目单位是“对”还是“个”。
(3)在DNA复制过程中,无论复制了几次,含有亲代脱氧核苷酸链的DNA分子都只有两个。
命题角度三综合考查DNA复制与细胞分裂
5.[2024·湖北武汉月考]将全部DNA分子双链经32P标记的雄性动物细胞(染色体数为2N)置于不含32P的培养基中培养。经过连续3次细胞分裂后产生8个子细胞,检测子细胞中的情况。下列推断正确的是()
A.若只进行有丝分裂,则含32P染色体的子细胞比例一定为1/2
B.若先进行一次有丝分裂再进行减数分裂,则含32P染色体的子细胞比例至少占1/2
C.若子细胞中的染色体都含32P,则一定进行有丝分裂
D.若部分子细胞中的染色体都不含32P,则一定进行减数分裂
6.[2024·浙江6月选考]假定某二倍体动物(2n=4)精原细胞DNA中的P均为32P,精原细胞在不含32P的培养液中培养,其中1个精原细胞进行一次有丝分裂和减数第一次分裂后,产生甲~丁4个细胞。这些细胞的染色体和染色单体情况如下图所示。
不考虑染色体变异的情况下,下列叙述正确的是()
A.该精原细胞经历了2次DNA复制和2次着丝粒分裂
B.4个细胞均处于减数第二次分裂前期,且均含有一个染色体组
C.形成细胞乙的过程发生了同源染色体的配对和交叉互换
D.4个细胞完成分裂形成8个细胞,可能有4个细胞不含32P
(1)有丝分裂中染色体标记情况分析
过程 图解 复制一次(母链标记,培养液不含标记同位素): 转至不含放射性培养液中再培养一个细胞周期:
规律 总结 若只复制一次,产生的子染色体全部带有标记;若复制两次,产生的子染色体只有一半带有标记
(2)减数分裂中染色体标记情况分析
过程 图解 减数分裂一般选取一对同源染色体为研究对象,如图(母链标记,培养液不含标记同位素):
规律 总结 由于减数分裂没有细胞周期,DNA只复制一次,因此产生的子染色体都带有标记
命题角度四基因的本质
7.[2024·江苏徐州月考]下图为某哺乳动物某个DNA分子中控制毛色的a、b、c三个基因的分布状况,其中Ⅰ、Ⅱ为无遗传效应的片段。有关叙述正确的是()
A.c基因内碱基对的缺失,属于染色体变异
B.在减数分裂四分体时期的染色体互换,可发生在a、b之间
C.Ⅰ、Ⅱ中发生的碱基对的增添、缺失或替换,属于基因突变
D.基因与性状之间并不都是一一对应关系
8.[2024·福建龙岩期中]微卫星DNA(STR)是真核细胞基因组中含有高度重复序列的DNA。富含A—T碱基对,不同个体的STR具有明显的差异。下列有关STR的说法错误的是()
A.不同生物STR序列不同体现了DNA具有多样性
B.STR序列彻底水解产物是磷酸、核糖和4种碱基
C.相对于其他DNA序列,STR序列结构的稳定性可能较差
D.STR序列可作为遗传标记基因用于个体鉴定
(1)对于真核细胞(遗传物质为DNA)来说,染色体是基因的主要载体;线粒体和叶绿体也是基因的载体。
(2)遗传效应一般是指基因能够转录成mRNA,进而翻译成蛋白质,能够控制一定的性状。
(3)DNA分子中还存在着不具有遗传效应的片段,在真核细胞中这部分片段所占比例很大,但这些片段不是基因。
(4)基因通常是指具有遗传效应的DNA片段,而RNA病毒的基因是指具有遗传效应的RNA片段。
经典真题·明考向
1.[2024·北京卷]科学家证明“尼安德特人”是现代人的近亲,依据的是DNA的()
A.元素组成
B.核苷酸种类
C.碱基序列
D.空间结构
2.[2024·河北卷]某病毒具有蛋白质外壳,其遗传物质的碱基含量如表所示,下列叙述正确的是()
碱基种类 A C G T U
含量/% 31.2 20.8 28.0 0 20.0
A.该病毒复制合成的互补链中G+C含量为51.2%
B.病毒的遗传物质可能会引起宿主DNA变异
C.病毒增殖需要的蛋白质在自身核糖体合成
D.病毒基因的遗传符合分离定律
3.[2024·浙江1月选考]大肠杆菌在含有3H-脱氧核苷培养液中培养,3H-脱氧核苷掺入新合成的DNA链中,经特殊方法显色,可观察到双链都掺入3H-脱氧核苷的DNA区段显深色,仅单链掺入的显浅色,未掺入的不显色。掺入培养中,大肠杆菌拟核DNA第2次复制时,局部示意图如图。DNA双链区段①②③对应的显色情况可能是()
A.深色、浅色、浅色
B.浅色、浅色、深色
C.浅色、深色、深色
D.深色、浅色、深色(共129张PPT)
第18讲
分子的结构、复制及
基因的本质
考点一 分子的结构及相关计算（迁移·提能类）
考点二 的复制及基因的本质（迁移·提能类）
经典真题·明考向
作业手册
备用习题
答案速查【听】
答案速查【作】
课标要求
考点一 分子的结构及相关计算（迁移·提能类）
1. 双螺旋结构模型的构建
（1）构建者:______________。
沃森和克里克
（2）构建过程
脱氧核苷酸
，
T
C
相反的
2. 分子的结构
C、、、、
脱氧核糖
A、、、C
脱氧核苷酸
磷酸
脱氧核糖
碱基
氢键
A
T
G
C
反向平行
3. 分子的特性
（1）稳定性:磷酸和脱氧核糖交替连接,排列在外侧,构成基本骨架,两
条链互补的碱基之间通过______相连。
氢键
（2）______性:遗传信息蕴藏在___________________ 之中。碱基排
列顺序千变万化,如某分子中有 个碱基对,则排列顺序有____种
（其中 代表碱基对数）。
多样
4种碱基的排列顺序
（3）______性:每种 分子都有____________________。
（4）______________________是生物体多样性和特异性的物质基础。
特异
特定的碱基排列顺序
的多样性和特异性
【考点易错】（明辨析）
（1）[2022·广东卷] 沃森和克里克用 衍射图谱得出碱基配对方式。
( )
×
[解析] 沃森和克里克以衍射图谱为基础推算出 呈螺旋结构。
（2）[2022·浙江6月选考] 某同学制作 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。( )
×
[解析] 在制作脱氧核苷酸时，需在脱氧核糖上连接磷酸和碱基。
（3）[2022·浙江6月选考] 制作 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。( )
×
[解析] 、C之间形成3个氢键。
（4）[2021·辽宁卷] 每条链的 端是羟基末端。( )
×
[解析] 每条链的端是磷酸基团末端，端是羟基 末端。
（5） 分子中每个脱氧核糖上均连着两个磷酸基团和一个含氮碱
基。( )
×
[解析] 分子中大多数脱氧核糖上连接两个磷酸基团和一个含氮
碱基,但每条链 端的脱氧核糖上只连接一个磷酸基团和一个含氮碱基。
（6）在双链 分子中,有4个游离的磷酸基团。( )
×
[解析] 在双链 分子中,有2个游离的磷酸基团。
【长句拓展】（练思维）
［必修图3-8］ 根据 分子结构图像分析回答下列问题：
（1）图中④能表示胞嘧啶脱氧核苷酸吗？说明理由：_____________
___________________________。
不能。①磷酸基团属于胸腺嘧啶脱氧核苷酸
（2）病毒比 病毒更容易发生突变,从结构差异角度思考,原因
是__________________________________________________________
_____________。
通常为双链，一般为单链，的双螺旋结构比的单链结构更稳定
（3）在基因启动子的位置常存在多个 序列成簇分布的现象,该部
分稳定性较高,原因是__________________________________________
____________________________________________________________
_______。
在分子中,配对的C和之间有三个氢键,A和之间有两个氢键,碱基对数量越多,含氢键数量越多,分子越稳定
1.分子结构中两种关系、连接方式及方向性
2.分子结构中氢键、磷酸二酯键的打开与形成
（1）如图为 双螺旋结构的简化形式,其中①是磷酸二酯键,②是氢
键。
（2）氢键、磷酸二酯键的打开与形成
3.碱基互补配对原则及相关计算
1.[2024·湖南衡阳模拟] 下图是制作 双螺旋结构模型的过程图，下
列叙述错误的是( )
A.图甲中②③交替连接构成 基本骨架
B.若一条链的下端是磷酸，则另一条链的上端也是磷酸
C.任取两位同学制作的单链即可连接成 双链
D.丙到丁过程体现了 分子双螺旋的特点
√
[解析] 分子两条链之间遵循碱基互补配对原则，故任取两位同
学制作的单链不一定连接成 双链，C错误。
2.[2024·广东广州联考] 某双链（ 链和 链） 分子中鸟嘌呤与
胞嘧啶的数量之和占全部碱基总数的, 链中腺嘌呤占该链的
。 下列叙述错误的有( )
链中腺嘌呤与胸腺嘧啶的数量之和占该链碱基总数的
链中鸟嘌呤与胞嘧啶所占的比例相等,均是
链中胸腺嘧啶所占的比例是
链中嘧啶所占的比例最多为
⑤在不同分子中的值不同,体现了 分子的特异性
A.一项 B.两项 C.三项 D.四项
√
[解析] 某双链（ 链和 链） 分子中鸟嘌呤与胞嘧啶的数量之
和占全部碱基总数的,则 链中鸟嘌呤与胞嘧啶的数量之和占该
链全部碱基的, 链中腺嘌呤与胸腺嘧啶的数量之和占该链碱基
总数的,在双链 分子中,互补碱基两两相等,
, , 链中腺嘌呤与胸腺嘧啶的数量之和占该链碱基总数
的, ①正确; 链中鸟嘌呤和胞嘧啶的数量之和占该链全部碱基
的，但鸟嘌呤和胞嘧啶各自所占的比例不一定相等，②错误；
链中腺嘌呤与胸腺嘧啶的数量之和占该链碱基总数的,已知 链
中腺嘌呤占,则 链中胸腺嘧啶所占的比例是
,③正确; 链中鸟嘌呤与胞嘧啶的数量之和占该
链全部碱基的 ,若该链无鸟嘌呤,则嘧啶所占的比例最多,为
,④正确;由于,,在不同 分子中
的值均为1,⑤错误。综上所述，选B。
分子结构的5点提醒
（1）并非所有的均具“双链”。
（2）分子中氢键的形成不需要酶，而断裂需解旋酶或加热处理。
（3）在酶作用下能够水解生成4种脱氧核苷酸;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。
[题后归纳]
（4）不是所有的脱氧核糖都连接着2个磷酸基团, 的2条链各有一
个 端的脱氧核糖连接着一个磷酸基团。
（5）一个双链分子具有2个游离的磷酸基团，而环状 不存在
游离的磷酸基团。
考点二 的复制及基因的本质（迁移·提能类）
1. 半保留复制的实验证据
（1）方式推测
沃森和克里克提出假说: 分子复制方式为____________。
半保留复制
（2）实验证据
①实验者:美国生物学家__________和________。
②实验方法：________________和______________技术。
③实验原理:含的双链密度大,含的双链 密度小,一条链
含、一条链含的双链 密度居中。
④实验假设：________________________。
梅塞尔森
斯塔尔
同位素标记技术
密度梯度离心
以半保留的方式复制
⑤实验预期结果:离心后应出现3条 带。重带（密度最大）:两条链
都被标记的亲代双链;中带（密度居中）:一条链含 、另一
条链含的子代双链;轻带（密度最小）:两条链都含 的子代
双链 。
⑥实验过程
⑦过程分析:立即取出,提取 离心 __________。繁殖一代后
取出,提取 离心 __________。繁殖两代后取出,提取
离心 __________________。
全部重带
全部中带
轻带、中带
⑧实验结论：__________________________________。
的复制是以半保留的方式进行的
2. 复制
（1）概念、时间、场所、实质
①概念:以_________为模板合成_________的过程。
②时间:______________。
③场所：主要是________，线粒体和叶绿体中也存在。
亲代
子代
细胞分裂间期
细胞核
④实质：遗传信息的复制。
［注意］ 病毒的复制是在宿主细胞内进行的。
（2）过程
解旋
脱氧核苷酸
聚合酶
碱基互补配对
（3）过程特点：______________。
（4）结果：一个分子形成了两个__________的 分子。
（5） 准确复制及意义
边解旋边复制
完全相同
双螺旋
碱基互补配对
遗传信息
遗传信息
3.基因和染色体、 、脱氧核苷酸的关系
染色体
线性
遗传信息
【考点易错】（明辨析）
（1）[2021·辽宁卷] 分子复制时，子链的合成过程不需要引物参
与。( )
×
[解析] 子链的合成过程需要引物。
（2）[2021·辽宁卷] 聚合酶的作用是打开 双链。( )
×
[解析] 解旋酶的作用是打开 双链。
（3） 中氢键全部断裂后,以两条母链为模板各合成一条子链。
( )
×
[解析] 复制是边解旋边复制的,而不是氢键全部断裂后以两条母
链为模板各合成一条子链。
（4）和基因都是遗传信息的载体,所以 就是基因。( )
×
[解析] 基因通常是有遗传效应的片段,一个 分子上有许多个
基因。
（5） 分子上有基因,基因都在染色体上。( )
×
[解析] 真核细胞中基因主要位于染色体上,此外在线粒体、叶绿体的
中也有基因。
（6）复制合成的子代 的一条链中嘌呤和嘧啶的数量相等。
( )
×
[解析] 双链中嘌呤和嘧啶的数量相等,但 单链中嘌呤和嘧啶
的数量不一定相等。
（7）[2021·浙江卷] 某单链 病毒的基因以半保留复制的方式传递
给子代。( )
×
[解析] 该病毒的基因位于单链 上，通过两次复制过程将基因传
递给子代，而不是通过半保留复制传递给子代。
【长句拓展】（练思维）
1.果蝇的有多个复制起点。果蝇 复制的这一特点有利于
____________________________________________。
加快复制的速度,为细胞分裂做好物质准备
2.［必修“复习与提高”］ 分子杂交技术可以用来比较不同种
生物分子的差异。两种生物的 分子的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, 碱基序列的一致性越
高,说明在生物进化过程中, 碱基序列发生的变化越小,亲缘关系越
近
1.复制的主要类型
2.复制相关计算的分析
（1）将含有的分子放在含有的培养基中培养,复制 次,则:
①子代共 个
②脱氧核苷酸链
脱氧核
苷酸链
共条
（2） 分子复制过程中消耗的脱氧核苷酸数
①若亲代分子含有某种脱氧核苷酸个,经过 次复制需要消耗该
种脱氧核苷酸数为 。
②第次复制需要消耗该种脱氧核苷酸数为 。
3.染色体中的分子半保留复制图像及解读
命题角度一 复制的过程
1.[2024·山东淄博联考] 大多数真核生物的 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下图所
示。已知复制时聚合酶只能沿模板链的 方向移动，下列说
法错误的是( )
A.图中 的复制为双向半保留复制
B.多起点复制加快了 的复制速度
C.复制泡3的 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] 题图中 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 的复制速度，B正确；根据复制泡的大小可以
看出，复制泡3的复制早于复制泡1，C正确； 聚合酶只能沿
模板链的 方向移动，两条子链的延伸方向相反，其中一条子
链的延伸方向与复制叉的推进方向相反，D错误。
2.[2024·湖北荆州模拟] 复制部分过程如下图所示，复制区的双螺
旋分开，以一条链为模板，连续合成一条子链（前导链）；以另一条
链为模板，合成子链片段（冈崎片段），再连接成一条完整的子链
（滞后链），子代双链与亲代双链相接区域称为复制叉。下列叙述错
误的是( )
A.复制叉向前移动需要解旋酶参与，并消耗
B.冈崎片段连接成滞后链可能需要 连接酶的作用
C.前导链的延伸方向是端 端，滞后链的延伸方向相反
D.图示过程体现了 复制的半保留复制特点
√
[解析] 复制叉向前移动需要解旋酶参与，解旋酶破坏氢键，消耗
，A正确； 复制有一条子链为不连续链，冈崎片段连接成滞
后链可能需要连接酶的作用，B正确；前导链的延伸方向是 端
端，滞后链的延伸方向也是端 端，C错误；图示过程体现
了 复制的半保留复制特点，即保留一条母链，以碱基互补配对
为原则，合成新的子链，D正确。
命题角度二 半保留复制的实验证据及相关计算
3.[2022·海南卷] 科学家曾提出 复制方式的三种假说：全保留复制、
半保留复制和分散复制（图甲）。对此假说，科学家以大肠杆菌为实
验材料，进行了如下实验（图乙）
A.第一代细菌离心后，试管中出现1条中带，说明 复制方式一
定是半保留复制
B.第二代细菌离心后，试管中出现1条中带和1条轻带，说明
复制方式一定是全保留复制
C.结合第一代和第二代细菌的离心结果，说明 复制方式一定
是分散复制
D.若复制方式是半保留复制，继续培养至第三代，细菌 离心
后试管中会出现1条中带和1条轻带
√
下列有关叙述正确的是( )
[解析] 第一代细菌离心后，试管中出现1条中带，说明 复制
方式一定不是全保留复制，但无法判断是半保留复制还是分散复制，
将第二代细菌 离心，若试管中出现一条中带和一条轻带，则可
以确定 的复制方式是半保留复制而不是分散复制，A、B、C错
误；若 复制方式是半保留复制，继续培养至第三代，形成的子
代只有两条链均为、两条链分别含有和 两种类型，因
此细菌 离心后试管中只会出现1条中带和1条轻带，D正确。
4.一个双链均被标记的置于只含 的环境中复制3次。下列叙
述不正确的是( )
A. 复制是一个边解旋边复制的过程
B.复制时在 聚合酶的催化下利用四种核糖核苷酸合成子链
C.子代分子中含的单链与含的单链之比为
D.子代分子中含与含的分子数之比为
√
[解析] 分子的复制是边解旋边复制，且是半保留复制，A正
确；复制时在 聚合酶的催化下利用四种游离的脱氧核糖核
苷酸为原料合成子链，B错误；由题意知子代分子中被 标记
的单链是2条，含有的单链是 （条），因
此子代分子中含的单链与含的单链之比为 ，C正确；
子代分子中含的分子数是2个，含 的分子数是8个，
二者之比是 ，D正确。
复制相关计算的3个易错点
（1）“复制了次”和“第次复制”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）碱基的数目单位是“对”还是“个”。
（3）在复制过程中,无论复制了几次,含有亲代脱氧核苷酸链的
分子都只有两个。
[题后归纳]
命题角度三 综合考查 复制与细胞分裂
5.[2024·湖北武汉月考] 将全部分子双链经 标记的雄性动物细
胞（染色体数为）置于不含 的培养基中培养。经过连续3次细胞
分裂后产生8个子细胞，检测子细胞中的情况。下列推断正确的是
( )
A.若只进行有丝分裂，则含染色体的子细胞比例一定为
B.若先进行一次有丝分裂再进行减数分裂，则含 染色体的子细胞比
例至少占
C.若子细胞中的染色体都含 ，则一定进行有丝分裂
D.若部分子细胞中的染色体都不含 ，则一定进行减数分裂
√
[解析] 复制时遵循半保留复制原则。将双链经标记的 分
子置于不含的环境中连续复制，复制一次得到 ，
复制两次得到和（二者数量比为 ），
复制三次得到和（二者数量比为 ）。
细胞进行有丝分裂时 复制一次，细胞分裂一次；细胞进行减数
分裂时 复制一次，细胞分裂两次。在细胞分裂成两个子细胞时，
细胞中的染色体是随机分配的。若只进行有丝分裂， 复制三次
得到和（二者数量比为 ），细胞分
裂三次，则含染色体的子细胞比例最少为 ，最多为1，A错误；
若先进行一次有丝分裂再进行减数分裂， 复制两次得到
和（二者数量比为 ），细胞分裂三
次，则含染色体的子细胞比例至少占 ，最多占1，B正确；根
据上述分析，若子细胞中的染色体都含 ，则有可能只进行有丝
分裂，也有可能先进行一次有丝分裂再进行减数分裂，C错误；根据
上述分析,若部分子细胞中的染色体都不含 ，有可能只进行有丝分
裂，也有可能先进行一次有丝分裂再进行减数分裂，D错误。
6.[2024·浙江6月选考] 假定某二倍
体动物精原细胞 中的
均为，精原细胞在不含 的
培养液中培养，其中1个精原细胞
进行一次有丝分裂和减数第一次分
不考虑染色体变异的情况下，下列叙述正确的是( )
裂后，产生甲~丁4个细胞。这些细胞的染色体和染色单体情况如下图
所示。
A.该精原细胞经历了2次 复制
和2次着丝粒分裂
B.4个细胞均处于减数第二次分裂
前期，且均含有一个染色体组
C.形成细胞乙的过程发生了同源染
色体的配对和交叉互换
D.4个细胞完成分裂形成8个细胞，
可能有4个细胞不含
√
[解析] 图中的细胞是一个精原细
胞进行一次有丝分裂和减数第一
次分裂后产生的，这些细胞含有
染色单体，说明着丝粒没有分裂，
因此该精原细胞经历了2次 复
制，1次着丝粒分裂，A错误；四个细胞还没有进入减数第二次分裂
后期（着丝粒未分裂），因此可能处于减数第二次分裂前期或中期，
且均含有一个染色体组，B错误；精原细胞进行一次有丝分裂后，产
生的子细胞每个上都有一条链含有 ，减数分裂前的间期完成
复制后，每条染色体上有1
条染色单体含有 ，另一条染色
单体不含 ，减数第一次分裂结
束，每个细胞中应该含有2条染
色体，四条染色单体，其中有两
条染色单体含有 ，但乙细胞中有3条染色单体含有 ，原因是
形成乙的过程中发生了同源染色体的配对和交叉互换，C正确；甲、丙、丁完成减数第二次分裂后至少产生3个含 的细胞，乙细胞有3条染色单体含有 ，完成减数第二次分裂后产生的2个细胞都含有 ，因此4个细胞完成分裂形成8个细胞，至多有3个细胞不含 ，D错误。
（1）有丝分裂中染色体标记情况分析
过程图 解 复制一次（母链标记，培养液不含标记同位素）：
________________________________________________
转至不含放射性培养液中再培养一个细胞周期：
____________________________________________
规律总 结 若只复制一次，产生的子染色体全部带有标记；若复制两
次，产生的子染色体只有一半带有标记
[题后归纳]
（2）减数分裂中染色体标记情况分析
过程图 解 减数分裂一般选取一对同源染色体为研究对象，如图
（母链标记，培养液不含标记同位素）：
________________________________________________________________________
规律总 结
命题角度四 基因的本质
7.[2024·江苏徐州月考] 下图为某哺乳动物某个 分子中控制毛色的
、、 三个基因的分布状况，其中 Ⅰ、Ⅱ 为无遗传效应的片段。有
关叙述正确的是( )
A. 基因内碱基对的缺失，属于染色体变异
B.在减数分裂四分体时期的染色体互换，可发生在、 之间
C.Ⅰ 、Ⅱ 中发生的碱基对的增添、缺失或替换，属于基因突变
D.基因与性状之间并不都是一一对应关系
√
[解析] 基因内碱基对缺失，属于基因突变，A错误；在减数分裂四
分体时期，同源染色体的非姐妹染色单体之间发生互换，而、 属
于一条染色体上的非等位基因，B错误；据图分析，Ⅰ 、 Ⅱ 为非基
因序列，基因序列中发生碱基对的替换、增添或缺失才属于基因突
变，C错误；、、 三个基因均控制毛色，说明基因与性状之间并
不都是一一对应的关系，D正确。
8.[2024·福建龙岩期中] 微卫星 是真核细胞基因组中含有高
度重复序列的。富含碱基对，不同个体的 具有明显的差
异。下列有关 的说法错误的是( )
A.不同生物序列不同体现了 具有多样性
B. 序列彻底水解产物是磷酸、核糖和4种碱基
C.相对于其他序列， 序列结构的稳定性可能较差
D. 序列可作为遗传标记基因用于个体鉴定
√
[解析] 由于碱基的排列顺序不同，不同生物的 不同，体现了
具有多样性，A正确；是 分子，彻底水解后可以得到6
种小分子物质，即磷酸、脱氧核糖和4种碱基，B错误； 中的
碱基对所占的比例较大，而A与之间形成两个氢键， 与C之
间形成三个氢键，所以 的稳定性可能较差，C正确； 由于不同
个体的具有明显的差异， 序列可作为遗传标记基因用于个体
鉴定，D正确。
（1）对于真核细胞（遗传物质为 ）来说,染色体是基因的主要载
体;线粒体和叶绿体也是基因的载体。
（2）遗传效应一般是指基因能够转录成 ,进而翻译成蛋白质,能
够控制一定的性状。
（3） 分子中还存在着不具有遗传效应的片段,在真核细胞中这部
分片段所占比例很大,但这些片段不是基因。
（4）基因通常是指具有遗传效应的片段,而 病毒的基因是指
具有遗传效应的 片段。
[题后归纳]
经典真题·明考向
1.[2024·北京卷] 科学家证明“尼安德特人”是现代人的近亲，依据的是
的( )
A.元素组成 B.核苷酸种类 C.碱基序列 D.空间结构
[解析] 的元素组成都是C、、、、，A不符合题意；
分子的核苷酸种类都只有4种，B不符合题意；每种 的碱基序列
不同，“尼安德特人”与现代人的 碱基序列相似度高，证明“尼安
德特人”与现代人是近亲，C符合题意； 的空间结构都是规则的
双螺旋结构，D不符合题意。
√
2.[2024·河北卷] 某病毒具有蛋白质外壳，其遗传物质的碱基含量如表
所示，下列叙述正确的是( )
碱基种类 A C
含量/% 31.2 20.8 28.0 0 20.0
A.该病毒复制合成的互补链中含量为
B.病毒的遗传物质可能会引起宿主 变异
C.病毒增殖需要的蛋白质在自身核糖体合成
D.病毒基因的遗传符合分离定律
√
[解析] 由表可知，碱基的含量为0，则该病毒的遗传物质为 ，
由于,,故该为单链。中的含量为 ，由
碱基互补配对原则可知，其互补链中的含量也为 ,A错误。
该病毒的遗传物质为，其可能会通过逆转录产生 ，然后整
合到宿主上，导致宿主 发生变异，B正确。病毒无细胞结构，
没有核糖体，自身不能合成蛋白质，病毒基因的遗传不符合分离定
律，C、D错误。
3.[2024·浙江1月选考] 大肠杆菌在含有 脱氧核苷
培养液中培养，脱氧核苷掺入新合成的 链中，
经特殊方法显色，可观察到双链都掺入 脱氧核苷
的 区段显深色，仅单链掺入的显浅色，未掺入的
不显色。掺入培养中，大肠杆菌拟核 第2次复制时，
A.深色、浅色、浅色 B.浅色、浅色、深色
C.浅色、深色、深色 D.深色、浅色、深色
局部示意图如图。 双链区段①②③对应的显色情况可能是( )
√
[解析] 大肠杆菌在含有 脱氧核苷培养液中培
养， 的复制方式为半保留复制，大肠杆菌拟核
第1次复制,脱氧核苷掺入新合成的 链中，
两条母链未掺入 脱氧核苷,仅子链掺入，故拟核
双链显浅色。拟核 在进行第2次复制时，区
域①为暂未复制的区域，仅单链掺入，显浅色。区域②③， 两
条模板链中一条掺入 脱氧核苷，另一条没有掺入，而新合成的
子链都掺入脱氧核苷。故双链都掺入脱氧核苷的 双链
区段显深色;仅单链掺入的 双链区段显浅色，B正确。
备用习题
1.病毒X174和红藻的遗传信息都储存于DNA中,前者的DNA为单链结构,鸟嘌呤约占全部碱基的21%,后者的核DNA为双链结构,鸟嘌呤占全部碱基的32%。下列叙述正确的是 ( )
A.病毒X174中胞嘧啶占全部碱基的29%
B.病毒X174中的RNA与DNA序列互补
C.红藻的核DNA中胞嘧啶占全部碱基的32%
D.病毒X174的DNA比红藻的DNA更不容易发生突变
√
[解析]病毒X174的DNA为单链结构,其中鸟嘌呤约占全部碱基的21%,但由于不存在碱基互补配对关系而无法计算出其他碱基的含量,A错误;病毒X174中不含RNA,B错误;红藻的核DNA是双链DNA,鸟嘌呤的含量等于胞嘧啶的含量,C正确;病毒X174的单链DNA稳定性差,更容易发生突变,D错误。
2. 复制叉是真核生物DNA复制过程中的基本结构,复制叉由“Y”字形DNA以及结合在该处的、与DNA复制相关的蛋白质组成,如图所示。DNA甲基化会引起染色质结构、DNA构象、DNA稳定性及DNA与蛋白质相互作用方式的改变。下列有关叙述错误的是 ( )
A.DNA复制相关蛋白质包括解旋酶(A)和DNA聚合酶(B)
B.a、b为新合成的子链,会相互结合形成子代DNA
C.甲基化修饰DNA链可能会影响复制叉的有序移动
D.DNA复制时有氢键的断裂,也有氢键的合成
√
[解析] DNA复制相关蛋白质包括A(解旋
酶)和B(DNA聚合酶),A正确;a、b为新合
成的子链,子代DNA由子链和对应的母链
形成,B错误;由于DNA甲基化会引起染色质结构、DNA构象、DNA稳定性及DNA与蛋白质相互作用方式发生改变,故甲基化修饰DNA链可能会影响复制叉的有序移动,C正确;DNA解旋时有氢键的断裂,母链与子链结合形成子代DNA时有氢键的合成,D正确。
3.研究人员将含15N-DNA的大肠杆菌转移到含14NH4Cl的培养液中,培养x分钟后提取子代大肠杆菌的DNA进行热变性处理,然后进行密度梯度离心,离心管中出现的两个条带分别对应图中的两个峰。下列分析正确的是 ( )
A.热变性处理导致DNA分子中的磷酸二酯键断裂
B.根据条带的位置和数目可以判断DNA的复制方式
C.根据实验结果推测x分钟内大肠杆菌细胞最多分裂一次
D.未经热变性处理的子代DNA进行密度梯度离心后也能出现两个条带
√
[解析]热变性处理导致DNA分子中的氢键断裂,A错误;离心管中分别是15N-DNA单链、14N-DNA单链,不能说明DNA复制是半保留复制还是全保留复制,B错误;从15N-DNA单链、14N-DNA单链的含量相等可知,DNA只复制了一次,DNA在细胞分裂前的间期进行复制,因此细胞最多分裂了一次,C正确;未进行热变性处理的子代DNA进行密度梯度离心后在离心管中只出现一个条带(中带),D错误。
4. 将两个双链均被3H标记的M基因导入某动物(2n=40)精原细胞的染色体中,然后置于不含3H的培养液中培养,经过两次细胞分裂后产生4个子细胞,测定子细胞的染色体被标记情况。不考虑染色体互换和染色体变异,下列叙述错误的是 ( )
A.每个子细胞中含有的基因M的数量可能是0个或1个或2个
B.可能出现3个子细胞中含3H、1个子细胞中不含3H的情况
C.若4个子细胞中只有2个含有3H,则一定进行了减数分裂
D.4个子细胞中3H标记的染色体总数最多为4条,最少为2条
√
[解析]若两个M基因插入两对同源染色体上,进行减数分裂,减数第一次分裂后期,同源染色体分离,非同源染色体自由组合,每个子细胞中可能有0个或1个或2个M基因,A正确;DNA复制遵循半保留复制原则,若两个M基因插入两条染色体上,进行2次有丝分裂,在第二次有丝分裂后期,着丝粒分裂,子染色体随机移向细胞两极,可能出现3个子细胞中含3H、1个子细胞中不含3H的情况,B正确;
若4个子细胞中只有2个子细胞中含有3H,其余2个子细胞不含有3H,可能进行有丝分裂,也可能进行减数分裂,C错误;若2个M基因插入两条染色体上,则共有4条DNA单链带有3H标记,该精原细胞进行两次有丝分裂或者一次减数分裂可产生4个子细胞,含有3H的染色体共有4条,则子细胞中被标记的染色体总数为4条,若两个M基因插入一条染色体上,则4个子细胞中被标记的染色体总数为2条,D正确。
A.重叠基因能更有效地利用DNA的遗传信息
B.重叠基因的嘌呤碱基数与嘧啶碱基数相等
C.基因A、B的转录是各自独立进行的
D.重叠基因在基因A、B中指导合成的氨基酸序列完全相同
√
5. 几个基因共用一段DNA序列的情况,称为基因重叠。基因重叠现象在病毒、细菌和果蝇中均有发现。以下推测错误的是 ( )
[解析]基因通常是有遗传效应的DNA片段,重叠
基因能更有效地利用DNA的遗传信息,A正确;
根据碱基互补配对原则可知,重叠基因的嘌呤
碱基(A+G)数与嘧啶碱基(T+C)数相等,B正确;转录是以DNA的一条链(模板链)为模板合成RNA的过程,基因A、B是不同的基因,其转录是各自独立进行的,C正确;重叠基因在基因A、B中进行转录时的模板链可能不同,即使模板链相同,起始转录位点可能不同,因此指导合成的氨基酸序列不一定完全相同,D错误。
作业手册
题组一 DNA分子的结构及基因的本质
1.[2024·辽宁大连模拟] 如图为某链状 分子部分结构示意图，以下
叙述正确的是( )
A.④是一个鸟嘌呤脱氧核苷酸
B. 聚合酶可催化⑥或⑦的形成
C.解旋酶可断开⑤，因此 的稳定性与⑤无关
D.A链和B链的方向相反，该 分子共具有2个游离的磷酸基团
√
[解析] ①是胸腺嘧啶脱氧核苷酸中的磷酸，①②③不能构成一个鸟
嘌呤脱氧核苷酸，A错误； 聚合酶催化⑥的形成，不催化⑦的形
成，B错误；⑤是氢键，氢键是维持 结构稳定的因素之一，C错
误；链状 分子两条链的方向相反,每条链末端均有一个游离的磷
酸基团，所以该 中共具有2个游离的磷酸基团，D正确。
2.[2024·江西南昌联考] 单链上的和配对，可形成 四链体，
C与C配对，则形成 ，二者结构如图所示。下列有关叙述正确
的是( )
A.在形成四链体的 分子中，完全遵循碱基互补配对原则
B.分子的四链体或 区域仍能形成双螺旋结构
C.四链体和的形成不会发生在同一 中
D.上述2种结构不会改变 中嘌呤和嘧啶的比例
√
[解析] 四链体中和配对，所以在形成四链体的 分子中
不完全遵循碱基互补配对原则，A错误；从图中看出， 四链体或
区域没有形成双螺旋结构，B错误；单链上的和 配对，
可形成四链体，C与C配对，则形成 ，有可能发生在同一
个分子中，C错误；题述2种结构形成于双链 分子的单链上，
没有改变碱基的种类和数目，即不会改变 中嘌呤和嘧啶的比例，
D正确。
3.[2024·安徽合肥一中三模] 科学家分析了多种生物 的碱基组成，
一部分实验数据如下表所示。下列叙述错误的是( )
生物或器官（细胞） 小麦 人 猪 牛 肝 胰 脾 肾 胃 肺 精子
1.21 1.52 1.43 1.42 1.43 1.29 1.30 1.29 1.30
A.小麦和人的 的值不同，据此初步判断小麦和人的
的热稳定性不同
B.除少数病毒外，所有生物的 都由相同的4种脱氧核苷酸组成，说
明生物由共同祖先进化而来
C.同种生物不同器官细胞的 的值基本相同，因为它们
的 序列基本相同
D.不同生物的的值不一致，说明 分子的特异性
√
[解析] 在的双螺旋结构中，碱基对之间有2个氢键，
碱基对之间有3个氢键，因此分子中 碱基对比例越高，
分子越稳定，故可根据小麦和人的 的值不同，
初步判断小麦和人的 的热稳定性不同，A正确；除少数病毒外，
所有生物的都是由相同的4种脱氧核苷酸、、、 组成的，
从分子水平说明生物有共同的祖先，B正确；同种生物不同器官细胞
的中脱氧核苷酸的排列顺序基本相同，这说明同种生物的
碱基组成具有一致性，C正确；不同生物的 的值不一
致，说明 分子的多样性，D错误。
4.[2024·北京密云区模拟] 下图为一只果蝇两条染色体上部分基因分布
示意图。下列叙述不正确的是( )
A.朱红眼基因、暗栗色眼基因、白眼基因 均不属于等位基因
B.在有丝分裂中期， 染色体和常染色体的着丝粒都排列在赤道板上
C.在有丝分裂后期，基因、、、 是不会出现在细胞同一极的
D.在减数第二次分裂后期，基因、、、 可出现在细胞的同一极
√
[解析] 由图示可知朱红眼基因、暗栗色眼基因 位于常染色体上，
而辰砂眼基因、白眼基因位于 染色体上，依据等位基因的定义
（位于同源染色体上的同一位置，控制相对性状的两个基因），可
知它们均属于非等位基因，A正确；有丝分裂中期，染色体的着丝粒
整齐地排列在赤道板上，染色体形态结构稳定，数目清晰，B正确；
有丝分裂后期，常染色体和 染色体的着丝粒均会一分为二，每条染
色体变成两条相同的子染色体，在纺锤丝（星射线）的牵拉下，基
因、、、 会出现在细胞同一极的，C错误；
含基因、、、 的两条非同源染色体，在减数第一次分裂后，
可能会进入同一个次级性母细胞，因此，减数第二次分裂后期，基
因、、、 可能出现在细胞的同一极，D正确。
题组二 DNA复制过程的分析及相关计算
5.[2024·福建宁德三模] 梅塞尔森和斯塔尔用含 的培养液培养大肠
杆菌繁殖数代，被 标记。然后将大肠杆菌（亲代）转移到含
的培养液中继续培养，在不同时刻取样品抽提 并离心分析。
下列相关叙述错误的是( )
A.上述操作过程属于演绎推理
B.子一代结果即可区分半保留复制和全保留复制
C.实验方法采用同位素标记法和密度梯度离心法
D.本实验能够证明“ 复制是半保留复制”的假说
√
[解析] 题述操作过程在进行大肠杆菌培养实验，属于实验验证过程，
A错误。如果是半保留复制，子一代所有分子都是一条链含 ，
另一条链含；如果是全保留复制，子一代一半 分子两条链全
含，另一半分子两条链都含 ，综合以上分析，子一代结
果即可区分半保留复制和全保留复制，B正确。用标记 分子
属于同位素标记法，用一定的介质在离心管内形成一连续或不连续
的密度梯度，通过重力或离心力场的作用使 分子分层、分离，
这方法属于密度梯度离心法，C正确。
梅塞尔森和斯塔尔实验的结果是亲代大肠杆菌的 经离心处理后，
试管中只出现了一条 带，位置靠近试管的底部，说明其密度最
大，是标记的亲代双链 ；将转移培养后第
一代细菌的 离心后，试管中也只有一条带，但位置居中，说明
其密度居中，是只有一条单链被 标记的子代双链
；将第二代细菌的 离心后，试管中出现两
条带，一条带位置居中，为 ，另一条带的位置更靠
上，说明其密度最小，是两条单链都没有被 标记的子代双链
，因此，本实验能够证明“ 复制是半保留
复制”的假说，D正确。
6.[2024·广东佛山一模] 关于合成 的原料——脱氧核苷酸的来源，
科学家曾提出三种假说：①细胞内自主合成，②从培养基中摄取，③
二者都有。为验证三种假说，设计如下实验：将大肠杆菌在含 标
记的脱氧核苷酸的培养基中培养一代，然后利用密度梯度离心分离提
取，记录离心后试管中的位置。图甲～丙表示 在离心管
中的位置。下列叙述正确的是( )
A.若支持观点①，则实验结果为图丙
B.若支持观点②，则实验结果为图乙
C.若支持观点③，则实验结果为图甲
D.大肠杆菌的 复制不遵循半保留复制原则
√
[解析] 将大肠杆菌在含 标记的脱氧核苷酸的培养基中培养一代，
然后提取并利用密度梯度离心分离，若合成 的原料是细胞
内自主合成的，则合成的子代分子没有标记，均为 ，离
心后位于顶部，对应图丙，A正确；若合成 的原料是从培养基中
摄取的，则得到的子代分子都是一条链含，一条链含 ，
离心后位于中部，对应图甲，B错误；若合成 的原料既可以在细
胞内自主合成，也可以从培养基中摄取，则合成的子代 分子的
新链上可能既有又有 ，离心后位于中部和顶部之间，对应图
乙，C错误；大肠杆菌的 复制遵循半保留复制原则，D错误。
7.下图是果蝇 复制的电镜照片，图中泡状结构①②和③是复制过
程中形成的复制泡。下列叙述不正确的是( )
A.多起点、边解旋边复制提高了复制效率
B.③的 复制起始的时间早于①和②
C.①②③中遵循碱基互补配对原则合成新链
D.参与复制的酶有解旋酶和 聚合酶
√
[解析] 图中复制泡的大小可代表复制时间的长短，
复制泡越大，复制起始时间越早。 复制时，
多起点、边解旋边复制提高了复制效率，A正确；
由图可知，③的复制泡最小，说明其复制起始时
间晚于①和②，B错误； 复制时遵循碱基互补配对原则，即①②
③中遵循碱基互补配对原则合成新链，C正确； 复制过程中需要
解旋酶将双螺旋的两条链解开， 聚合酶将脱氧核糖核苷酸
连接到新合成的单链上，D正确。
8.质粒是独立于染色体或拟核以外的能自主复制的双链闭合环状
分子，一般为，常见于原核细胞中。将不含 的大肠杆菌
放到含的环境中培养一段时间，结果大肠杆菌细胞内的 分子有
图 Ⅰ 、图 Ⅱ 两种类型。下列相关叙述正确的是( )
A.质粒与大肠杆菌的拟核 均含2个游离的磷酸基团
B.大肠杆菌复制发生在有丝分裂前的间期，虚线表示含有 的
链
C.图示细胞中的质粒至少复制了2次，且遵循半保留复制
D.复制后形成的子代质粒中嘌呤数和嘧啶数不一定相等
√
[解析] 质粒与大肠杆菌的拟核 均为环状结构，不含有游离的磷
酸基团，A错误；据题干可知虚线表示含有的 链，但大肠杆
菌不能进行有丝分裂，有丝分裂是真核生物进行细胞分裂的主要方
式，B错误；图 Ⅰ 中 分子只有一条链是新合成的，遵循半保留
复制，图 Ⅱ 中 的两条链都是虚线，都是新合成的，推测质粒至
少复制了2次，C正确；复制后形成的子代质粒仍是双链环状 ，
由于， ，嘌呤数和嘧啶数始终相等，D错误。
9.[2024·山东实验中学一模] 噬菌体是一种寄生于大肠杆菌的丝状
噬菌体，其为含有6407个脱氧核苷酸的单链环状。 噬菌
体增殖的部分过程如图所示，其中是单链 结合蛋白。下列相
关叙述正确的是( )
A.噬菌体的遗传物质复制过
程中不需要先合成 引物来引
导子链延伸
B.的作用是防止解开的两条单
链重新形成双链，利于 复制
C.过程⑥得到的单链环状是过程②~⑤中新合成的
D.过程②~⑥需要断裂2个磷酸二酯键，合成6407个磷酸二酯键
√
[解析] 据图可知，噬菌体在宿主细胞内的复制过程为
噬菌体（一种单链 ）进入大肠杆菌后先合成为复制型双链
，再进行滚环复制，即在双链环状 分子一条链上切一个切
口，产生游离的端羟基作为延伸起点，最后在宿主细胞 聚合
酶的催化下，以另一条单链为模板不断地合成新的链，①过程需要
先合成引物来引导子链延伸，③过程不需要，A错误； 是单
链结合蛋白，由图可知 的作用是防止解开的两条单链重新形
成双链，利于 复制，B正确；
据题图可知，过程⑥得到的单链环状是原来的，过程②~⑤中新合成的 单链存在于复制型双链中，C错误；该为含有6407个脱氧核苷酸的单链环状 ，由图可知过程②~⑥需要断裂2个磷酸二酯键，一共合成6409个磷酸二酯键，D错误。
综合应用练
10.[2024·江西上饶模拟] 大肠杆菌是研究 的复制特点的理想材料，
根据实验回答下列问题。
实验 细菌 培养及取样 操作 实验结果
密度梯度离心和放射自显影
1 大肠杆菌
实验 细菌 培养及取样 操作 实验结果
密度梯度离心和放射自显影
2 大肠杆菌 同上
3 同上 同上 同实验1
（续表）
（1）科学家用碱变性方法让新合成的单链和模板链分开，即______
断裂，在大肠杆菌体内该过程在________作用下完成。
氢键
解旋酶
[解析] 两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，所以用碱变性
方法让新合成的单链和模板链分开，即氢键断裂，在大肠杆菌体内
该过程在解旋酶作用下完成。
（2）实验1结果表明，标记的片段，一半是含 个
脱氧核苷酸的小片段，另一半是 大片段，说明_____________
____________________________________________________。
复制过程中，一条链的复制是连续的，另一条链的复制是不连续的
[解析] 复制是以两条链为模板的，因为 的两条链是反向平
行的，所以在复制起点处两条链解开时，一条链是 ，一条链
是，但是子链延伸的方向都是，所以在 聚合酶的
作用下，前导链按 方向连续合成，滞后链的合成是不连续的，
所以实验1结果说明 复制过程中，一条链的复制是连续的，另一
条是不连续的。
（3）若实验2结果为一半大片段具有放射性，一半 大片段无
放射性，______（填“能”或“不能”）说明 复制方式为半保留复制。
不能
[解析] 分子通过半保留复制，每条子链与对应的模板链构成一
个新的分子，若实验2结果为一半 大片段具有放射性，一半
大片段无放射性，不能体现每条子链与对应的模板链构成一个
新的分子，即不能说明 复制方式为半保留复制。
（4）实验______比较表明，大肠杆菌形成的含 个脱氧核
苷酸的 小片段，需要____________进一步催化连接成新链。
2、3
连接酶
[解析] 实验3中，连接酶突变型大肠杆菌缺乏 连接酶，实验
结果和实验1相同，即被标记的片段，一半是含 个脱
氧核苷酸的 小片段，说明这些小片段不能形成大片段,所以分析
实验2、3结果，说明大肠杆菌所形成的含 个脱氧核苷酸
的小片段子链需要 连接酶进一步催化连接成新链。
快速核答案
考点一 分子的结构及相关计算（迁移·提能类）
必备知识 精梳理
1.（1）沃森和克里克 （2）脱氧核苷酸 ， T C 相
反的
2.C、、、、 脱氧核糖 A、、、C 脱氧核苷酸 磷酸 脱
氧核糖 碱基 氢键 A T G C 反向平行
3.（1）氢键 （2）多样,4种碱基的排列顺序, （3）特异,特定的
碱基排列顺序 （4）的多样性和特异性
考点易错·明辨析
（1）× （2）× （3）× （4）× （5）× （6）×
长句拓展·练思维
（1）不能。①磷酸基团属于胸腺嘧啶脱氧核苷酸 （2）通常为
双链，一般为单链，的双螺旋结构比的单链结构更稳
定 （3）在分子中,配对的C和之间有三个氢键,A和之间有两个
氢键,碱基对数量越多,含氢键数量越多,分子越稳定
典型例题 提能力
1.C 2.B
考点二 的复制及基因的本质（迁移·提能类）
必备知识 精梳理
1.（1）半保留复制 （2）梅塞尔森,斯塔尔,同位素标记技术,密度梯
度离心,以半保留的方式复制,全部重带,全部中带,轻带、中
带,的复制是以半保留的方式进行的 （1）①亲代,子代
②细胞分裂间期 ③细胞核 （2）解旋 脱氧核苷酸
聚合酶 碱基互补配对 （3）边解旋边复制 （4）完全相同
（5）双螺旋 碱基互补配对 遗传信息 遗传信息
3.染色体 线性 遗传信息
考点易错·明辨析
（1）× （2）× （3）× （4）× （5）× （6）× （7）×
长句拓展·练思维
1.加快复制的速度,为细胞分裂做好物质准备
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,碱基
序列的一致性越高,说明在生物进化过程中,碱基序列发生的变化越
小,亲缘关系越近
典型例题 提能力
命题角度一 复制的过程 1.D 2.C
命题角度二 半保留复制的实验证据及相关计算
3.D 4.B
命题角度三 综合考查复制与细胞分裂
5.B 6.C
命题角度四 基因的本质
7.D 8.B
经典真题·明考向
1.C 2.B 3.B
题组一 DNA分子的结构及基因的本质
1.D 2.D 3.D 4.C
题组二 DNA复制过程的分析及相关计算
5.A 6.A 7.B 8.C 9.B
综合应用练
10.（1）氢键,解旋酶 （2）复制过程中，一条链的复制是连续
的，另一条链的复制是不连续的 （3）不能 （4）2、3,连接酶课时作业(二十六)　DNA分子的结构、复制及基因的本质
1.D　[解析] ①是胸腺嘧啶脱氧核苷酸中的磷酸,①②③不能构成一个鸟嘌呤脱氧核苷酸,A错误;DNA聚合酶催化⑥的形成,不催化⑦的形成,B错误;⑤是氢键,氢键是维持DNA结构稳定的因素之一,C错误;链状DNA分子两条链的方向相反,每条链末端均有一个游离的磷酸基团,所以该DNA中共具有2个游离的磷酸基团,D正确。
2.D　[解析] G-四链体中G和G配对,所以在形成G-四链体的DNA分子中不完全遵循碱基互补配对原则,A错误;从图中看出,G-四链体或i-motif区域没有形成双螺旋结构,B错误;DNA单链上的G和G配对,可形成G-四链体,C与C配对,则形成i-motif,有可能发生在同一个DNA分子中,C错误;题述2种结构形成于双链DNA分子的单链上,没有改变碱基的种类和数目,即不会改变DNA中嘌呤和嘧啶的比例,D正确。
3.D　[解析] 在DNA的双螺旋结构中,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DNA分子中G—C碱基对比例越高,DNA分子越稳定,故可根据小麦和人的(A+T)/(G+C)的值不同,初步判断小麦和人的DNA的热稳定性不同,A正确;除少数病毒外,所有生物的DNA都是由相同的4种脱氧核苷酸(A、T、G、C)组成的,从分子水平说明生物有共同的祖先,B正确;同种生物不同器官细胞的DNA中脱氧核苷酸的排列顺序基本相同,这说明同种生物的DNA碱基组成具有一致性,C正确;不同生物的(A+T)/(G+C)的值不一致,说明DNA分子的多样性,D错误。
4.C　[解析] 由图示可知朱红眼基因cn、暗栗色眼基因cl位于常染色体上,而辰砂眼基因v、白眼基因w位于X染色体上,依据等位基因的定义(位于同源染色体上的同一位置,控制相对性状的两个基因),可知它们均属于非等位基因,A正确;有丝分裂中期,染色体的着丝粒整齐地排列在赤道板上,染色体形态结构稳定,数目清晰,B正确;有丝分裂后期,常染色体和X染色体的着丝粒均会一分为二,每条染色体变成两条相同的子染色体,在纺锤丝(星射线)的牵拉下,基因cn、cl、v、w会出现在细胞同一极的,C错误;含基因cn、cl、v、w的两条非同源染色体,在减数第一次分裂后,可能会进入同一个次级性母细胞,因此,减数第二次分裂后期,基因cn、cl、v、w可能出现在细胞的同一极,D正确。
5.A　[解析] 题述操作过程在进行大肠杆菌培养实验,属于实验验证过程,A错误。如果是半保留复制,子一代所有DNA分子都是一条链含15N,另一条链含14N;如果是全保留复制,子一代一半DNA分子两条链全含15N,另一半DNA分子两条链都含14N,综合以上分析,子一代结果即可区分半保留复制和全保留复制,B正确。用15N标记DNA分子属于同位素标记法,用一定的介质在离心管内形成一连续或不连续的密度梯度,通过重力或离心力场的作用使DNA分子分层、分离,这方法属于密度梯度离心法,C正确。梅塞尔森和斯塔尔实验的结果是亲代大肠杆菌的DNA 经离心处理后,试管中只出现了一条DNA带,位置靠近试管的底部,说明其密度最大,是15N标记的亲代双链DNA (15N/15N-DNA);将转移培养后第一代细菌的DNA离心后, 试管中也只有一条带,但位置居中,说明其密度居中,是只有一条单链被15N标记的子代双链DNA(15N/14N-DNA);将第二代细菌的DNA离心后,试管中出现两条带,一条带位置居中,为15N/14N-DNA,另一条带的位置更靠上,说明其密度最小,是两条单链都没有被15N标记的子代双链DNA (14N/14N-DNA),因此,本实验能够证明“DNA复制是半保留复制”的假说,D正确。
6.A　[解析] 将大肠杆菌在含15N标记的脱氧核苷酸的培养基中培养一代,然后提取并利用密度梯度离心分离DNA,若合成DNA的原料是细胞内自主合成的,则合成的子代DNA分子没有15N标记,均为14N,离心后位于顶部,对应图丙,A正确;若合成DNA的原料是从培养基中摄取的,则得到的子代DNA分子都是一条链含15N,一条链含14N,离心后位于中部,对应图甲,B错误;若合成DNA的原料既可以在细胞内自主合成,也可以从培养基中摄取,则合成的子代DNA分子的新链上可能既有14N又有15N,离心后位于中部和顶部之间,对应图乙,C错误;大肠杆菌的DNA复制遵循半保留复制原则,D错误。
7.B　[解析] 图中复制泡的大小可代表复制时间的长短,复制泡越大,复制起始时间越早。DNA复制时,多起点、边解旋边复制提高了复制效率,A正确;由图可知,③的复制泡最小,说明其复制起始时间晚于①和②,B错误;DNA复制时遵循碱基互补配对原则,即①②③中遵循碱基互补配对原则合成新链,C正确;DNA复制过程中需要解旋酶将DNA双螺旋的两条链解开,DNA聚合酶将脱氧核糖核苷酸连接到新合成的单链上,D正确。
8.C　[解析] 质粒与大肠杆菌的拟核DNA均为环状结构,不含有游离的磷酸基团,A错误;据题干可知虚线表示含有32P的 DNA 链,但大肠杆菌不能进行有丝分裂,有丝分裂是真核生物进行细胞分裂的主要方式,B错误;图 Ⅰ 中DNA分子只有一条链是新合成的,遵循半保留复制,图 Ⅱ 中DNA的两条链都是虚线,都是新合成的,推测质粒至少复制了2次,C正确;复制后形成的子代质粒仍是双链环状DNA,由于A=T,C=G,嘌呤数和嘧啶数始终相等,D错误。
9.B　[解析] 据图可知,M13噬菌体 DNA 在宿主细胞内的复制过程为M13噬菌体 DNA(一种单链DNA)进入大肠杆菌后先合成为复制型双链 DNA ,再进行滚环复制,即在双链环状 DNA 分子一条链上切一个切口,产生游离的3'端羟基作为延伸起点,最后在宿主细胞 DNA 聚合酶的催化下,以另一条单链为模板不断地合成新的链,①过程需要先合成RNA引物来引导子链延伸,③过程不需要,A错误;SSB是单链DNA结合蛋白,由图可知SSB的作用是防止解开的两条单链重新形成双链,利于DNA复制,B正确;据题图可知,过程⑥得到的单链环状DNA是原来的,过程②~⑤中新合成的DNA单链存在于复制型双链DNA中,C错误;该DNA为含有6407个脱氧核苷酸的单链环状DNA,由图可知过程②~⑥需要断裂2个磷酸二酯键,一共合成6409个磷酸二酯键,D错误。
10.(1)氢键　解旋酶
(2)DNA复制过程中,一条链的复制是连续的,另一条链的复制是不连续的
(3)不能
(4)2、3　DNA连接酶
[解析] (1)DNA两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对,所以用碱变性方法让新合成的单链和模板链分开,即氢键断裂,在大肠杆菌体内该过程在解旋酶作用下完成。(2)DNA复制是以两条链为模板的,因为DNA的两条链是反向平行的,所以在复制起点处两条链解开时,一条链是5'→3',一条链是3'→5',但是子链延伸的方向都是5'→3',所以在DNA聚合酶的作用下,前导链按5'→3'方向连续合成,滞后链的合成是不连续的,所以实验1结果说明DNA复制过程中,一条链的复制是连续的,另一条是不连续的。(3)DNA分子通过半保留复制,每条子链与对应的模板链构成一个新的DNA分子,若实验2结果为一半DNA大片段具有放射性,一半DNA大片段无放射性,不能体现每条子链与对应的模板链构成一个新的DNA分子,即不能说明DNA复制方式为半保留复制。(4)实验3中,DNA连接酶突变型大肠杆菌缺乏DNA连接酶,实验结果和实验1相同,即被3H标记的片段,一半是含1000~2000个脱氧核苷酸的DNA小片段,说明这些小片段不能形成大片段,所以分析实验2、3结果,说明大肠杆菌所形成的含1000~2000个脱氧核苷酸的小片段子链需要DNA连接酶进一步催化连接成新链。课时作业(二十六)　DNA分子的结构、复制及基因的本质
题组一　DNA分子的结构及基因的本质
1.[2024·辽宁大连模拟] 如图为某链状DNA分子部分结构示意图,以下叙述正确的是 (　)
A.④是一个鸟嘌呤脱氧核苷酸
B.DNA聚合酶可催化⑥或⑦的形成
C.解旋酶可断开⑤,因此DNA的稳定性与⑤无关
D.A链和B链的方向相反,该DNA分子共具有2个游离的磷酸基团
2.[2024·江西南昌联考] DNA单链上的G和G配对,可形成G-四链体,C与C配对,则形成i-motif,二者结构如图所示。下列有关叙述正确的是 (　)
A.在形成G-四链体的DNA分子中,完全遵循碱基互补配对原则
B.DNA分子的G-四链体或i-motif区域仍能形成双螺旋结构
C.G-四链体和i-motif的形成不会发生在同一DNA中
D.上述2种结构不会改变DNA中嘌呤和嘧啶的比例
3.[2024·安徽合肥一中三模] 科学家分析了多种生物DNA的碱基组成,一部分实验数据如下表所示。下列叙述错误的是 (　)
生物或器 官(细胞) 小麦 人 猪 牛
肝 胰 脾 肾 胃 肺 精子
(A+T)/ (G+C) 1.21 1.52 1.43 1.42 1.43 1.29 1.30 1.29 1.30
A.小麦和人的(A+T)/(G+C)的值不同,据此初步判断小麦和人的DNA的热稳定性不同
B.除少数病毒外,所有生物的DNA都由相同的4种脱氧核苷酸组成,说明生物由共同祖先进化而来
C.同种生物不同器官细胞的(A+T)/(G+C)的值基本相同,因为它们的DNA序列基本相同
D.不同生物的(A+T)/(G+C)的值不一致,说明DNA分子的特异性
4.[2024·北京密云区模拟] 下图为一只果蝇两条染色体上部分基因分布示意图。下列叙述不正确的是 (　)
A.朱红眼基因cn、暗栗色眼基因cl、白眼基因w均不属于等位基因
B.在有丝分裂中期,X染色体和常染色体的着丝粒都排列在赤道板上
C.在有丝分裂后期,基因cn、cl、v、w是不会出现在细胞同一极的
D.在减数第二次分裂后期,基因cn、cl、v、w可出现在细胞的同一极
题组二　DNA复制过程的分析及相关计算
5.[2024·福建宁德三模] 梅塞尔森和斯塔尔用含15N的培养液培养大肠杆菌繁殖数代,DNA被15N标记。然后将大肠杆菌(亲代)转移到含14N的培养液中继续培养,在不同时刻取样品抽提DNA并离心分析。下列相关叙述错误的是 (　)
A.上述操作过程属于演绎推理
B.子一代结果即可区分半保留复制和全保留复制
C.实验方法采用同位素标记法和密度梯度离心法
D.本实验能够证明“DNA复制是半保留复制”的假说
6.[2024·广东佛山一模] 关于合成DNA的原料——脱氧核苷酸的来源,科学家曾提出三种假说:①细胞内自主合成,②从培养基中摄取,③二者都有。为验证三种假说,设计如下实验:将大肠杆菌在含15N标记的脱氧核苷酸的培养基中培养一代,然后利用密度梯度离心分离提取DNA,记录离心后试管中DNA的位置。图甲~丙表示DNA在离心管中的位置。下列叙述正确的是 (　)
A.若支持观点①,则实验结果为图丙
B.若支持观点②,则实验结果为图乙
C.若支持观点③,则实验结果为图甲
D.大肠杆菌的DNA复制不遵循半保留复制原则
7.下图是果蝇DNA复制的电镜照片,图中泡状结构①②和③是复制过程中形成的复制泡。下列叙述不正确的是 (　)
A.多起点、边解旋边复制提高了复制效率
B.③的DNA复制起始的时间早于①和②
C.①②③中遵循碱基互补配对原则合成新链
D.参与DNA复制的酶有解旋酶和DNA聚合酶
8.质粒是独立于染色体或拟核以外的能自主复制的双链闭合环状DNA分子,一般为1~200 kb,常见于原核细胞中。将不含32P的大肠杆菌放到含32P的环境中培养一段时间,结果大肠杆菌细胞内的DNA分子有图 Ⅰ 、图 Ⅱ 两种类型。下列相关叙述正确的是(　)
A.质粒与大肠杆菌的拟核DNA均含2个游离的磷酸基团
B.大肠杆菌DNA复制发生在有丝分裂前的间期,虚线表示含有32P的DNA链
C.图示细胞中的质粒至少复制了2次,且遵循半保留复制
D.复制后形成的子代质粒中嘌呤数和嘧啶数不一定相等
9.[2024·山东实验中学一模] M13噬菌体是一种寄生于大肠杆菌的丝状噬菌体,其DNA为含有6407个脱氧核苷酸的单链环状DNA。M13噬菌体增殖的部分过程如图所示,其中SSB是单链DNA结合蛋白。下列相关叙述正确的是 (　)
A.M13噬菌体的遗传物质复制过程中不需要先合成RNA引物来引导子链延伸
B.SSB的作用是防止解开的两条单链重新形成双链,利于DNA复制
C.过程⑥得到的单链环状DNA是过程②~⑤中新合成的DNA
D.过程②~⑥需要断裂2个磷酸二酯键,合成6407个磷酸二酯键
综合应用练
10.[2024·江西上饶模拟] 大肠杆菌是研究DNA的复制特点的理想材料,根据实验回答下列问题。
实 验 细 菌 培养及 取样 操作 实验结果
密度梯度离心 和放射自显影
1 大肠杆菌 含3H标记的dTTP(胸腺嘧啶脱氧核糖核苷三磷酸)的液体培养基,30秒取样 分离DNA,碱性条件变性(双链分开) 被3H标记的片段,一半是含1000~2000个脱氧核苷酸的DNA小片段,而另一半则是长很多的DNA大片段
2 大肠杆菌 含3H标记的dTTP胸腺嘧啶脱氧核糖核苷三磷酸的液体培养基,3分钟取样 同上 被3H标记的片段大多数是DNA大片段
3 DNA连接酶缺陷型大肠杆菌 同上 同上 同实验1
(1)科学家用碱变性方法让新合成的单链和模板链分开,即　　　　断裂,在大肠杆菌体内该过程在　　　　作用下完成。
(2)实验1结果表明,3H标记的DNA片段,一半是含1000~2000个脱氧核苷酸的DNA小片段,另一半是DNA大片段,说明　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)若实验2结果为一半DNA大片段具有放射性,一半DNA大片段无放射性,　　　　(填“能”或“不能”)说明DNA复制方式为半保留复制。
(4)实验　　　　比较表明,大肠杆菌形成的含1000~2000个脱氧核苷酸的DNA小片段,需要　　　　　　进一步催化连接成新链。

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