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第8讲　“基因的结构、复制与表达”复习策略
基因的结构、复制与表达是高中生物的重点内
( http: / / www.21cnjy.com )容之一，在高考题中也常涉及。主要考查学生对DNA的复制、转录和翻译基本过程的理解掌握。在复习DNA结构时，要抓住DNA平面结构图整理知识要点和碱基计算规律；在复习DNA复制时，要构建出DNA复制模型，在模型基础上推导出相关公式；对于基因表达，要在理解转录和翻译过程的基础上，进行横向比较，强化知识的条理化记忆。
一、抓住DNA的平面结构，理解DNA结构特点和碱基计算规律
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1．针对上图所示DNA平面结构，除了掌握教材上三大结构特点之外，还需要注意以下几个细节知识
(1)DNA的基本骨架：磷酸－脱氧核糖交替连接。
(2)磷酸二酯键：连接相邻两个核苷酸之间的
( http: / / www.21cnjy.com )化学键。能够切割此键的酶有限制酶、DNA(水解)酶，能够连接此键的酶有DNA连接酶、DNA聚合酶、RNA聚合酶(连接两个核糖核苷酸)、RNA复制酶、逆转录酶。
(3)氢键：连接互补碱基之间的键。A、T之
( http: / / www.21cnjy.com )间有2个氢键，G、C之间有3个氢键。能够断开氢键的酶一般理解为解旋酶。氢键是一种很小的分子间的作用力，氢键的形成不需要酶催化，氢键的断开可以用高温处理，也可以用解旋酶催化。
(4)氢键越多DNA结构越
( http: / / www.21cnjy.com )稳定，完全打开DNA双链所需能量也越多。；因为G、C之间有三个氢键，而A、T之间有2个氢键，所以G、C含量高的DNA结构更稳定。
(5)一个DNA有2个游离的磷酸基(在
( http: / / www.21cnjy.com )5′端)和2个游离的羟基(在3′端)，由于磷酸连接在五碳糖的第5号碳上(m所指处)，所以磷酸所在端为5′端。n所指处为五碳糖的3号碳，连接一个羟基(—OH)，称为3′端。
(6)x所指为一个核苷酸，全称是“腺嘌呤脱氧(核糖)核苷酸”，y所指不是一个脱氧核苷酸，因为磷酸没有连接到五碳糖的5号碳上。
(7)在一条脱氧核苷酸链中，相邻碱基之间通过“脱氧核糖－磷酸－脱氧核糖”结构相连。
2．通过对DNA平面结构图的理解，可以整理出碱基计算的相关规律
规律1：互补的两个碱基数量相等，即A＝T，C＝G。
规律2：任意两个不互补的碱基和占总碱基的50%。
例如：A＋G＝T＋C(嘌呤和等于嘧啶和)，A＋C＝T＋G。
规律3：一条链中互补碱基的和所占比
( http: / / www.21cnjy.com )例等于另一条链中这两种碱基的和所占比例，也等于双链中这两种碱基的和所占比例，还等于mRNA中的这两种碱基的和所占比例。
简记为“互补和，比相等”。例如：
(A1＋T1)/单1＝(A2＋T2)/单1＝(A＋T)/双＝(A＋U)/mRNA；
(A1＋T1)/(G1＋C1)＝(A2＋T2)/(G2＋C2)＝(A＋T)/(G＋C)＝(A＋U)/(G＋C)。
规律4：若一条链中＝K，则另一条链中＝。
规律5：氢键数的计算
若碱基对为m，A＝n，则氢键数为3m－n；
若碱基对为m，G＝n，则氢键数为2m＋n。
例1　已知某双链DNA分子中，G与C之和占全部碱基总数的35.8%，其中一条链的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%和17.l%
B．31.3%和18.7%
C．18.7%和31.3%
D．17.1%和32.9%
总结感悟　迅速解出此题的关键是要运
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二、构建DNA复制模型，理解DNA复制相关计算规律
1．构建DNA复制模型
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模型分析：
(1)此模型呈“金字塔型”，DNA分子数呈2n增加。
(2)亲代DNA两条单链始终存在，最后在两个子代DNA中。
(3)在所有子代DNA中，只有两个DNA是杂合分子(15N/14N)，其余DNA是新原料构建而成的纯合分子(14N/14N)。
(4)从脱氧核苷酸单链上分析，只有两条单链是15N，其余单链均是14N。
2．经密度梯度离心后，在离心管中的分布规律
重带(密度最大15N/15N)，中带(密度居中15N/14N)，轻带(密度最小14N/14N)。图示如下：
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3．DNA复制中的相关计算公式
(1)一个DNA分子复制n次后，DNA总数为2n；脱氧核苷酸链总数为2n＋1。
(2)若以被同位素标记的DNA分子的两条链为模板，复制n次后，标记的DNA分子占2/2n，标记的DNA单链占所有单链的1/2n；
若用同位素标记原料，则复制n次后，标记的DNA分子占100%，标记的单链占1－1/2n。
(3)某DNA分子中含某种碱基a个，则
①复制n次，需要含该碱基的脱氧核苷酸数为a·(2n－1)；
②第n次复制，需要含该碱基的脱氧核苷酸数为a·2n－1。
(4)若已知某长度的纯15N
DNA重a，纯
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DNA重b，则15N标记的该DNA分子在14N环境中复制n次后，DNA的平均重量为[a＋b×(2n－1)]/2n。
例2　假设一个双链均被32P标记的噬菌体DNA由5
000个碱基对组成，其中腺嘌呤占全部碱基的20%。用这个噬菌体侵染只含31P的大肠杆菌，共释放出100个子代噬菌体。下列叙述正确的是(　　)
A．该过程至少需要3×105个鸟嘌呤脱氧核苷酸
B．噬菌体增殖需要细菌提供模板、原料和酶等
C．含32P与只含31P的子代噬菌体的比例为1∶49
D．该DNA发生突变，其控制的性状即发生改变
总结感悟　噬菌体由于只含有
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三、对DNA复制、转录、翻译进行横向比较，列表整理细节知识点
DNA复制
转录
翻译
时间
分裂间期
分裂间期及不分裂时期
分裂间期和分裂期及不分裂时期
场所
有DNA的部位(细胞核、线粒体、叶绿体、拟核)
有DNA的部位(细胞核、线粒体、叶绿体、拟核)
细胞质中的核糖体
原料
4种脱氧核苷酸
4种核糖核苷酸
20种氨基酸
模板
DNA的两条链
基因的一条链
mRNA
能量
ATP
ATP
ATP
酶
解旋酶、DNA聚合酶
解旋酶、RNA聚合酶
需要酶
产物
DNA
mRNA、tRNA、rRNA
肽链(蛋白质)
特点
半保留、边解旋边复制
边解旋边转录
碱基配对
A→T、T→A、G→C、C→G
A→U、T→A、G→C、C→G
A→U、U→A、G→C、C→G
遗传信息的传递方向
DNA→DNA
DNA→RNA
RNA→蛋白质
注：真、原核生物在基因表达上的区别
真核生物基因表达的特点是“先转录后翻译”，转录在细胞核、翻译在细胞质中的核糖体，所以“转录和翻译存在时间和空间上的分隔”。
原核生物基因表达的特点是“边转录边翻译”，转录和翻译都在拟核进行，转录开始后，mRNA刚释放下来一小段，核糖体即附着上来开始了翻译过程。
例3　甲、乙两图表示真核细胞内两种物质的合成过程，下列叙述正确的是(　　)
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A．甲、乙所示过程通过半保留方式进行，合成的产物是双链核酸分子
B．甲所示过程在细胞核内进行，乙在细胞质基质中进行
C．DNA分子解旋时，甲所示过程不需要解旋酶，乙需要解旋酶
D．一个细胞周期中，甲所示过程在每个起点只起始一次，乙可起始多次
总结感悟　DNA在复制时
( http: / / www.21cnjy.com )可以有多个起点，如甲图所示，形成多个“复制环”，这样可以提高复制速度，一个复制环中间部位是一个起点，向两侧方向复制，形成两个“复制叉”，复制环越大，复制的时间越早。DNA上有多个基因，不同基因之间往往是不连续的，每个基因都有自己的启动子和终止子，所以不同基因的表达活动互不干扰，如乙图所示，画出了两个基因的转录过程，左侧基因的转录方向是左→右，右侧基因的转录方向是右→左，左侧基因的模板链是DNA上面的单链，而右侧基因的转录链是下面的单链。
四、对于相关概念进行集中整理，逐个突破
比如：遗传信息、遗传密码、反密码子、转运RNA、多聚核糖体等。
遗传密码：又叫密码子，是mRNA上三个相邻的碱基。
(1)密码子的种类：共64种。
(2)起始密码子：核糖体识别结合的三个相邻碱基，翻译的开始信号，共2种：AUG(甲硫氨酸)、GUG(缬氨酸)。
(3)终止密码子：核糖体脱落处的三个相邻碱基，翻译的终止信号，不形成氨基酸，共3种：UAA、UAG、UGA。
(4)有义密码子：61种(即可以对应氨基酸的密码子)。
(5)密码子的简并性：多种密码子可以决定同一种氨基酸的现象。意义：降低突变速率，维持生物性状的相对稳定。
(6)密码子的通用性：生物界共用一套密码子。这可作为生物界有共同祖先的证据。
例4　下列关于基因表达过程的说法，正确的是(　　)
A．真核生物的遗传信息储存于DNA和RNA分子的碱基排列顺序之中
B．一种密码子只能决定一种氨基酸
C．一种tRNA可转运多种氨基酸
D．有两种RNA分子参与核糖体内蛋白质的合成过程
总结感悟　此题主要考查基因表达过程中相
( http: / / www.21cnjy.com )关概念的理解，属于基础题，解答此题的关键是对相关的概念准确理解，并要有细心审题的能力。比如，mRNA、tRNA、rRNA、密码子、反密码子、遗传物质、遗传信息、遗传密码、多聚核糖体、起始密码子、启动子、终止密码子、终止子等相关概念要详细整理，准确理解，准确记忆，这样才能形成真正的细心审题能力，所谓的细心是要以平时牢固的知识积累为基础的。
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一、DNA的结构特点与复制过程
1．下列关于DNA分子结构的叙述，不正确的是(　　)
A．每个DNA分子一般都含有4种脱氧核苷酸
B．一个DNA分子中的碱基、磷酸、脱氧核苷酸、脱氧核糖的数目是相等的
C．每个脱氧核糖上均连着一个磷酸和一个碱基
D．双链DNA分子中的一段，如果有40个腺嘌呤，就一定同时含有40个胸腺嘧啶
2．如图为某真核细胞中DNA复制过程模式图，下列分析错误的是(　　)
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A．酶①和酶②均作用于氢键
B．该过程可发生在细胞有丝分裂间期
C．该过程的模板链是a、b链
D．DNA复制的特点是半保留复制
二、DNA的结构与复制的计算
3．一个32P标记的噬菌体侵染在31P环境中培养的大肠杆菌，已知噬菌体DNA上有m个碱基对，其中胞嘧啶有n个，以下叙述错误的是(　　)
A．大肠杆菌为噬菌体增殖提供原料和酶等
B．噬菌体DNA含有(2m＋n)个氢键
C．该噬菌体增殖四次，子代噬菌体中只有14个含有31P
D．噬菌体DNA第四次复制共需要8(m－n)个腺嘌呤脱氧核苷酸
4．用32P标记玉米体细胞(含20条染
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A．第一次
B．第二次
C．第三次
D．第四次
5.
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右图表示大肠杆菌的DNA复制示意图
( http: / / www.21cnjy.com )。如果是单起点单向复制，按正常的子链延伸速度，此DNA分子复制约需30
s，而实际上复制从开始到结束只需约16
s。根据图分析，下列说法不正确的是(　　)
A．“甲→乙”的场所与真核生物的DNA分子复制场所不同
B．实际复制的时间之所以减半，是由于该DNA分子是从两个起点同时进行复制的
C．把甲放在含15N的培养液中复制三代，子代中含15N的DNA占100%
D．如果甲中碱基A占20%，那么其子代DNA中碱基G的比例为30%
6．一个DNA分子的一条链上，腺嘌呤比鸟
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A．44%
B．24%
C．14%
D．28%
三、转录与翻译的基本过程
7．下列有关DNA复制、转录和翻译三个过程的叙述，错误的是(　　)
A．三个过程的碱基互补配对方式相同
B．三个过程都属于“中心法则”的内容
C．三个过程都可发生在细胞生物中
D．三个过程都需要消耗能量
8．如图为某细胞内基因表达的调控示意图，相关叙述错误的是(　　)
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A．图示不能表示蓝藻基因表达过程
B．RNA聚合酶与mRNA结合启动过程①
C．过程②遵循碱基互补配对原则
D．过程②短时间内能合成较多的肽链
9．下图是起始甲硫氨酸和相邻氨基酸形成肽键的示意图，下列叙述正确的是(　　)
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A．图中结构含有核糖体RNA
B．甲硫氨酸处于图中 的位置
C．密码子位于tRNA的环状结构上
D．mRNA上碱基改变即可改变肽链中氨基酸的种类
四、中心法则理解与应用
10．下面是4种遗传信息的流动过程，对应的叙述不正确的是(　　)
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A．甲可表示胰岛细胞中胰岛素合成过程中的遗传信息的传递方向
B．乙可表示含逆转录酶的RNA病毒在宿主细胞内繁殖时的遗传信息传递方向
C．丙可表示DNA病毒(如噬菌体)在宿主细胞内繁殖时的遗传信息传递方向
D．丁可表示RNA病毒(如烟草花叶病毒)在宿主细胞内繁殖过程中的遗传信息传递方向
11．结合下图分析，下列叙述错误的是(　　)
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A．生物的遗传信息储存在DNA或RNA的核苷酸序列中
B．核苷酸序列不同的基因可表达出相同的蛋白质
C．遗传信息传递到蛋白质是表现型实现的基础
D．编码蛋白质的基因含遗传信息相同的两条单链
综合提升
12．下图是某DNA分子的局部结构示意图，请据图回答。
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(1)写出图中序号代表的结构的中文名
( http: / / www.21cnjy.com )称：①________，⑦________，⑧________________________，⑨________________________。
(2)图中DNA片段中碱基对有________对，该DNA分子应有________个游离的磷酸基。
(3)从主链上看，两条单链________________；从碱基关系看，两条单链________。
(4)如果将14N标记的细胞培养在含1
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(5)若该DNA分子共有a个碱基，其中腺嘌呤有m个，则该DNA分子复制4次，需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸为________个。
第8讲　“基因的结构、复制与表达”复习策略
备考指导
例1　B　[题中G＋C＝35.
( http: / / www.21cnjy.com )8%，G、C是互补碱基，依据“互补和，比相等”，所以在这条单链中G＋C也占35.8%，而C已知占17.1%，所以G占35.8%－17.1%＝18.7%，而这条链中的G与其互补链中的C相同，所以互补链中的C占单链也是18.7%。答案B即可选出。再求互补链中的T时，可以转换成已知链中的A，而已知链中的G＋C＝35.8%，T＝32.9%，所以A＝1－G－C－T＝1－35.8%－32.9%＝31.3%。]
例2　C　[根据题干信息可知，噬菌体的
( http: / / www.21cnjy.com )DNA含有5
000个碱基对，即为10
000个碱基，腺嘌呤(A)占全部碱基的20%，即A＝T＝2
000个，则G＝C＝3
000个。在噬菌体增殖的过程中，DNA进行半保留复制，100个子代噬菌体含有100个DNA，相当于新合成了99个DNA，至少需要的鸟嘌呤(G)脱氧核苷酸数是3
000×99＝297
000，A项错误。噬菌体增殖的过程中需要自身的DNA作为模板，而原料和酶由细菌提供，B项错误。根据半保留复制方式的特点可知，在子代噬菌体的100个DNA中，同时含32P和31P的只有2个，只含31P的为98个，C项正确。DNA发生突变，其控制的性状不一定发生改变，如AA突变为Aa以及密码子的简并性等，D项错误。]
例3　D　[由图可以看出，甲图所示为DNA
( http: / / www.21cnjy.com )分子的复制过程，其方式为半保留复制，产生两个相同的子代DNA分子；乙图所示为以DNA分子的一条链为模板，产生单链RNA的转录过程，故A项错误。DNA分子复制过程可发生在细胞核、叶绿体、线粒体中，转录过程主要发生在细胞核中，B项错误。在上述两个过程中，均需要解旋酶参与，故C项错误。在一个细胞周期中，DNA分子只复制一次，而间期进行蛋白质合成时，基因可以重复转录以合成大量mRNA，有利于蛋白质的大量合成，因此，乙图所示过程可起始多次，D项正确。]
例4　B　[真核生物的遗传物
( http: / / www.21cnjy.com )质是DNA分子，遗传信息储存在DNA的碱基排列顺序之中，而不是在RNA中；一种密码子只能决定一种氨基酸，反过来说是，一种氨基酸可以由多种密码子决定；一种氨基酸可以由多种tRNA转运，反过来说是，一种tRNA只能转运一种氨基酸；核糖体内蛋白质合成时，需要三种RNA参与：mRNA、tRNA、rRNA。]
考点突破
1．C　[在DNA分子长链中间的每个脱氧核糖均连接一个碱基和两个磷酸基团，链端的脱氧核糖只连接一个碱基和一个磷酸基团。]
2．A　[酶①是解旋酶，酶②是DNA聚
( http: / / www.21cnjy.com )合酶，前者作用于氢键，后者作用于磷酸二酯键；该过程需要a、b链分别作模板，c、d链分别是以a、b链为模板合成的子链；细胞有丝分裂间期会发生DNA复制；DNA分子复制具有半保留复制的特点。]
3．C　[噬菌体营寄生生活，大肠杆菌为
( http: / / www.21cnjy.com )噬菌体增殖提供原料、能量、酶和场所等，A正确；噬菌体中含有双链DNA，胞嘧啶有n个，鸟嘌呤有n个，腺嘌呤数目＝胸腺嘧啶数目＝(2m－2n)/2＝m－n(个)，A与T之间有2个氢键，G与C之间有3个氢键，所以噬菌体DNA含有的氢键数目＝(m－n)×2＋n×3＝2m＋n(个)，B正确；DNA复制是半保留复制，该噬菌体增殖四次，一共可形成16个噬菌体，其中子代中含有32P的噬菌体有2个，含有31P的噬菌体有16个，只含有31P的噬菌体有14个，C错误；噬菌体DNA第四次复制共需要的腺嘌呤脱氧核苷酸数目＝(m－n)×24－1＝8(m－n)(个)，D正确。]
4．C　[由染色体总条数为40条可知该细
( http: / / www.21cnjy.com )胞处于有丝分裂后期，若是第一次有丝分裂后期，被32P标记的染色体条数应为40条；若是第二次有丝分裂后期，被32P标记的染色体条数应为20条；若是第三次有丝分裂后期，被32P标记的染色体条数应在0条到20条之间。]
5．B　[原核生物DNA的复制主要在拟核处进
( http: / / www.21cnjy.com )行，真核生物DNA的复制则主要在细胞核内进行。如果是双起点单向同时复制，则在大环内应有两个小环，单起点双向复制所需的时间就比原来少一半。不含15N的亲代DNA放在含15N的培养液中复制，无论复制多少代，形成的所有子代DNA中，至少有一条链含15N。如果双链DNA中碱基A占20%，那么碱基G则占30%，子代DNA中的碱基比例与亲代的相同。]
6．D　[假设该DNA分子上共有100个碱基对，画出DNA简图(如下图)：
INCLUDEPICTURE
"../../../../../暑假作业WROD/生物/高二江苏/179.TIF"
\
MERGEFORMAT
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\
MERGEFORMAT
依题意，列出等量关系：
A1＝(1＋0.4)G1→A1＝1.4G1①
而＝24%→A1＋G1＝48②
由①、②可得，A1＝28%，所以T2＝28%。]
7．A　[DNA复制时，发生的碱基互补配对有A—T、G—C、T—A、C—G，转录时发生的碱基互补配对有A—U、G—C、T—A、C—G，翻译时发生的碱基互补配对有A—U、G—C、U—A、C—G，A错误。中心法则的内容：eq
\a\vs4\al(
INCLUDEPICTURE
"../../../../../暑假作业WROD/生物/高二江苏/L24.TIF"
\
MERGEFORMAT
)，DNA复制、转录和翻译三个过程都属于“中心法则”的内容，B正确。不论是原核生物还是真核生物都可进行DNA复制、转录和翻译三个过程，C正确。DNA复制、转录和翻译三个过程都需要消耗能量，D正确。]
8．B　[题图中转录在细胞核中进行，
( http: / / www.21cnjy.com )因此不能表示原核生物(如蓝藻)基因表达的过程，A正确；RNA聚合酶与DNA的特定位点结合，启动DNA的转录过程，B错误；翻译过程(②)遵循碱基互补配对原则，C正确；一条RNA链上有多个核糖体，这样在短时间内能合成较多的肽链，D正确。]
9．A　[A项，图中结构包括核糖体、m
( http: / / www.21cnjy.com )RNA、tRNA，核糖体由rRNA和蛋白质构成；B项，甲硫氨酸是起始氨基酸，图中 位置对应的氨基酸明显位于第2位；C项，tRNA的环状结构上有反密码子；D项，由于密码子的简并性，mRNA上的碱基发生改变，肽链中氨基酸的种类不一定改变。]
10．A　[胰岛细胞中胰岛素合成过程中的遗传信息传递方向中不包括DNA复制。]
11．D　[生物的遗传物质是DNA或RN
( http: / / www.21cnjy.com )A，则遗传信息储存在DNA或RNA的核苷酸序列中，A正确；由于密码子的简并性，核苷酸序列不同的基因可表达出相同的蛋白质，B正确；表现型通过蛋白质表现，故遗传信息传递到蛋白质是表现型实现的基础，C正确；编码蛋白质的基因含两条单链，碱基序列互补，遗传信息不同，D错误。]
12．(1)胞嘧啶　脱氧核糖　胸腺嘧啶脱氧核苷酸　一条脱氧核苷酸链的片段
(2)4　2　(3)反向平行　互补
(4)①②③④⑥⑧⑨　1∶8
(5)15·(－m)
解析　根据碱基互补配对原则可知：①
( http: / / www.21cnjy.com )是胞嘧啶，②是腺嘌呤，③是鸟嘌呤，④是胸腺嘧啶，⑤是磷酸基团，⑥是胸腺嘧啶，⑦是脱氧核糖，⑧是胸腺嘧啶脱氧核苷酸，⑨是一条脱氧核苷酸链的片段。复制4次，产生16个DNA分子，由于DNA复制为半保留复制，含14N的DNA分子共2个，所有的DNA都含有15N，所以子代DNA分子中含14N和15N的比例为1∶8。A＝T＝m，则G＝C＝－m，复制4次，需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸为(24－1)×(－m)＝15·(－m)。

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