资源简介

(共64张PPT)
第16课　DNA是主要的遗传物质
第六单元　基因的本质和表达
01
必备知识·落实基础性
概念梳理
概念辨析
概念构建
蛋白质
DNA
蛋白质
S型细菌
光滑
有
有
R型细菌
粗糙
无
无
R型细菌无致病性，S型细菌有致病性
加热致死的S型细菌无致病性
R型细菌转化为S型细菌
S型细菌中含有一种“转化因
子”
，能使R型细菌转化为S型细菌
同位素标记技术
35S、32P
寄生在大肠杆菌中
32P－DNA进入了宿
主细胞内
35S－蛋白质外壳未
进入宿主细胞，留
在外面
DNA
RNA
蛋白质
DNA
绝大多数
×
×
×
×
×
√
×
×
×
√
×
×
×
02
关键能力·提升综合性
考点1
考点2
S型细菌有致病性，能使人和小鼠患肺炎，小鼠并发败血症死亡；而R型细菌无致病性，不会使人和小鼠患病。并且S型细菌的菌落表面光滑，而R型细菌的菌落表面粗糙
稳定性和连续性
03
命题案例·强化创新性
AC
DNA酶
生理盐水
B、D组未发病
B、C组发病，A、D组未发病
RNA是该病毒的遗
传物质
酶具有专一性
核酸控制生物的性状
6
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概念梳理
点此进入
答案
R型细菌+S型细菌
Oo
有R型
第一组
细菌的
培养基
混
(或RNA酶、酯酶)
第二至
有R型
S型细菌
细菌的
的细胞
第四组
培养基
提取物
混合
酶
oo
长
有R型
●
S型细菌
第五组)亠细菌的
的细胞
养基
提取物
人
去除糖类、蛋白质、RNA、脂质后,细胞提取物仍然具有
分析」转化活性
去除DNA后细胞提取物失去转化活性
实验
分析推测转化因子很可能就是
结论
才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质
R型细菌+S型细菌
Oo
有R型
第一组
细菌的
培养基
混
(或RNA酶、酯酶)
第二至
有R型
S型细菌
细菌的
的细胞
第四组
培养基
提取物
混合
酶
oo
长
有R型
●
S型细菌
第五组)亠细菌的
的细胞
养基
提取物
人
去除糖类、蛋白质、RNA、脂质后,细胞提取物仍然具有
分析」转化活性
去除DNA后细胞提取物失去转化活性
实验
分析推测转化因子很可能就是
结论
才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质第16课　DNA是主要的遗传物质
课程标准要求
学业质量水平
3.1.1　概述多数生物的基因是DNA分子的功能片段，有些病毒的基因在RNA分子上
1.认识DNA分子作为遗传物质应具备的特征，形成结构决定功能的观念。(生命观念)2.总结肺炎链球菌转化实验和噬菌体侵染细菌实验的原理和过程，学习科学探究方法。(科学探究)3.分析人类对遗传物质探究的实验设计思路，培养探究意识。(科学思维)
一、肺炎链球菌的转化实验
1．对遗传物质的早期推测
(1)20世纪20年代，大多数科学家认为蛋白质是生物体的遗传物质。
(2)20世纪30年代，人们认识到DNA的重要性，但是认为蛋白质是遗传物质的观点仍占主导地位。
2．两种肺炎链球菌的比较
类型
图示
菌落表面形态
有无荚膜
有无致病性
S型细菌
光滑
有
有
R型细菌
粗糙
无
无
3.格里菲思的体内转化实验
(1)实验a、b对比说明R型细菌无致病性，S型细菌有致病性。
(2)实验b、c对比说明加热致死的S型细菌无致病性。
(3)实验b、c、d对比说明R型细菌转化为S型细菌。
(4)综合以上实验得出的结论是S型细菌中含有一种“转化因子”，能使R型细菌转化为S型细菌。
4．艾弗里的体外转化实验
二、噬菌体侵染细菌的实验
1．实验方法：放射性同位素标记技术，即用35S、32P分别标记噬菌体的蛋白质和DNA。
2．实验材料：T2噬菌体和大肠杆菌。
(1)T2噬菌体的结构
(2)T2噬菌体的生活方式：寄生在大肠杆菌中。
3．实验过程
(1)标记噬菌体
(2)侵染细菌
4．实验结果分析
分组
结果
结果分析
对比实验(相互对照)
被32P标记的噬菌体＋细菌
32P主要分布在沉淀物中
32P－DNA进入了宿主细胞内
被35S标记的噬菌体＋细菌
35S主要分布在上清液中
35S－蛋白质外壳未进入宿主细胞，留在外面
5.结论：DNA是遗传物质。
三、烟草花叶病毒感染烟草叶实验及生物的遗传物质
1．烟草花叶病毒对烟草叶细胞的感染实验
(1)实验过程及现象
(2)实验结论
RNA是烟草花叶病毒的遗传物质，而蛋白质不是。
2．探索结论
DNA是主要的遗传物质，因为实验证明绝大多数生物的遗传物质是DNA，只有少部分生物的遗传物质是RNA。
1．格里菲思和艾弗里等利用肺炎链球菌分别进行体内和体外转化实验
(1)格里菲思的肺炎链球菌转化实验直接证明了DNA是“转化因子”。
(×)
(2)从格里菲思的第四组实验中死亡小鼠体内分离得到的S型活细菌是由S型死细菌转化而来的。
(×)
(3)S型细菌与R型细菌致病性差异的根本原因是发生了细胞分化。
(×)
(4)加热致死的S型细菌与R型细菌的DNA混合注射后能使实验小鼠死亡。(×)
(5)艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验证明了DNA是主要的遗传物质。
(×)
(6)艾弗里的体外转化实验是通过观察菌落的形态来判断是否发生转化。(√)
2．赫尔希和蔡斯利用放射性同位素标记技术进行噬菌体侵染细菌的实验
(1)噬菌体增殖需要细菌提供模板、原料和酶等。
(×)
(2)分别用含有放射性同位素35S和放射性同位素32P的培养基培养噬菌体。(×)
(3)用1个含35S标记的T2噬菌体去侵染大肠杆菌，裂解释放的子代噬菌体中只有2个含35S。
(×)
(4)噬菌体侵染细菌的实验能够证明DNA是遗传物质。
(√)
3．DNA是主要的遗传物质
(1)只有细胞内的核酸才是携带遗传信息的物质。
(×)
(2)细胞生物遗传物质的基本组成单位是脱氧核糖核苷酸或核糖核苷酸。
(×)
(3)细胞核内的遗传物质是DNA，细胞质内的遗传物质是RNA。
(×)
　　
肺炎链球菌转化实验
关于肺炎链球菌的转化实验，有些同学仍然存在疑问，请你帮助解决：
(1)在体内转化实验中，如果没有第三组实验，能否得出格里菲思的结论？为什么？
答案：不能。因为无对照实验，不能说明加热致死的S型细菌中含有促使R型活细菌转化成S型活细菌的转化因子。
(2)完成体内转化实验，应该注意哪些无关变量对实验的影响？
答案：四组实验应选用年龄、体重相同且健康的小鼠；所用R型活菌液、S型活菌液的浓度及注射量应该相同。
(3)体外转化实验中导致R型细菌转化为S型细菌的遗传物质、原料、能量分别由哪方提供？
答案：实现转化时遗传物质来自S型细菌，原料和能量均来自R型细菌。
(4)请在格里菲思实验的基础上利用R型活细菌、加热致死的S型细菌、小鼠等为实验材料。设计一个实验方案证明DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质。简要写出实验思路并预期实验结果及结论。
答案：实验思路：①将加热致死的S型细菌体内物质分离，分别得到蛋白质和DNA。②将分离得到的S型细菌蛋白质和DNA分别与R型细菌混合一段时间后，再分别注射甲、乙两组小鼠，观察两组小鼠的生活情况。
实验结果及结论：甲组小鼠不死亡，乙组小鼠死亡，并在乙组小鼠体内发现S型活细菌，则证明DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质。
1．肺炎链球菌两个转化实验的比较
比较项目
体内转化实验
体外转化实验
科学家
格里菲思
艾弗里及其同事
细菌培养
小鼠体内
体外培养基
实验原理
S型细菌可以使人和小鼠患肺炎，小鼠并发败血症，R型细菌不能够引发上述症状，是无致病性的
S型细菌中有某种物质能使R型细菌转化为
S型细菌
实验构思
用加热致死的S型细菌注射到小鼠体内作为对照实验来说明确实发生了转化
从混合物中有选择地除去某种物质，通过转化活性，确定这种物质是否起作用
结果观察
小鼠是否死亡
培养基中菌落类型
实验结论
S型细菌体内有转化因子
S型细菌的DNA是遗传物质，蛋白质等不是遗传物质
联系
①所用的材料相同，都是R型细菌与S型细菌；②体内转化实验是体外转化实验的基础，体外转化实验则是体内转化实验的延伸；③实验设计都遵循对照原则和单一变量原则
2.对S型细菌和R型细菌转化的理解
(1)加热致死的S型细菌，其蛋白质变性失活，DNA在加热过程中，双螺旋解开，氢键断裂，但缓慢冷却时，其结构可恢复。
(2)一般情况下，转化率很低，形成的S型细菌很少，转化后形成的S型细菌可以遗传，快速繁殖形成大量的S型细菌。
考向1|
肺炎链球菌体内转化实验
1．(2020·山东德州模拟)将加热致死的S型细菌与R型细菌混合后，注射到小鼠体内，小鼠体内S型、R型细菌含量的变化情况如图所示。下列有关叙述不正确的是(　　)
A．实验过程中，R型细菌内DNA发生了重组
B．曲线ab段，小鼠体内还没形成大量的相应抗体
C．曲线bc段，绝大多数的R型细菌转化成了S型细菌
D．cd段上升的原因可能是S型细菌降低了小鼠的免疫能力
C　解析：R型细菌转化为S型细菌，是S型细菌的DNA进入R型细菌内，使R型细菌内DNA发生了重组，A正确；曲线ab段上升的原因是小鼠的体内还没有形成大量的免疫R型细菌的抗体，因而R型细菌能大量繁殖，B正确；曲线bc段下降的原因是一部分R型细菌被小鼠的免疫系统消灭，且有少数R型细菌转化成S型细菌，C错误；从曲线中看出，可能是S型细菌数量逐渐上升降低了小鼠的免疫能力，从而导致cd段R型细菌的数量上升，D正确。
考向2|
肺炎链球菌体外转化实验
2．(2021·重庆模拟)为研究R型肺炎链球菌转化为S型肺炎链球菌的转化物质是DNA还是蛋白质，进行了肺炎链球菌体外转化实验，其基本过程如图所示：
下列叙述正确的是(　　)
A．甲组培养皿中只有S型菌落，推测加热不会破坏转化物质的活性
B．乙组培养皿中有R型及S型菌落，推测转化物质是蛋白质
C．丙组培养皿中只有R型菌落，推测转化物质是DNA
D．该实验能证明肺炎链球菌的主要遗传物质是DNA
C　解析：甲组中培养一段时间后可发现有极少的R型细菌转化成S型细菌，因此甲组培养皿中不仅有S型菌落也有R型菌落，A错误；乙组培养皿中加入了蛋白酶，故在乙组的转化中已经排除了蛋白质的干扰，应当推测蛋白质不是转化物质，B错误；丙组培养皿中加入了DNA酶，DNA被水解后R型细菌便不发生转化，故可推测是DNA参与了R型细菌的转化，C正确；该实验只能证明肺炎链球菌的遗传物质是DNA，不能证明DNA是其主要的遗传物质，D错误。
(1)S型细菌和R型细菌的区别在生命特征上的具体表现是S型细菌有致病性，能使人和小鼠患肺炎，小鼠并发败血症死亡；而R型细菌无致病性，不会使人和小鼠患病。并且S型细菌的菌落表面光滑，而R型细菌的菌落表面粗糙。
(2)遗传物质在亲子代之间应具有的特点是稳定性和连续性。
考向3|
肺炎链球菌转化过程及机理的拓展分析
3．(2020·山东济南模拟)肺炎链球菌转化实验中，S型细菌的部分DNA片段进入R型细菌内，并整合到R型细菌的DNA分子上，使这种R型细菌转化为能合成有荚膜多糖的S型细菌。下列叙述中正确的是(　　)
A．R型细菌转化为S型细菌后的DNA中，嘌呤碱基总比例会改变
B．整合到R型细菌内的DNA分子片段，表达产物都是荚膜多糖
C．进入R型细菌的DNA片段上，可有多个RNA聚合酶结合位点
D．S型细菌转录的mRNA上，可由多个核糖体共同合成一条肽链
C　解析：R型细菌和S型细菌的DNA都是双链结构，碱基的配对遵循碱基互补配对原则，因此R型细菌转化为S型细菌后的DNA中，嘌呤碱基总比例不会改变，依然是50%，A错误；整合到R型细菌内的DNA分子片段可能含有多个基因，表达产物不都是荚膜多糖，B错误；基因是有遗传效应的DNA片段，即一个DNA分子中有多个基因，每个基因都具有RNA聚合酶的结合位点，因此进入R型细菌的DNA片段上，可有多个RNA聚合酶结合位点，C正确；S型细菌转录的mRNA上，可由多个核糖体同时合成多条相同的肽链，而不是一条，D错误。
　　　　噬菌体侵染细菌实验的分析
噬菌斑(下图1中的白色区域)是在长满大肠杆菌(黑色)的培养基上，由一个T2噬菌体侵染细菌后不断裂解细菌产生的一个不长细菌的透明小圆区，它是检测噬菌体数量的重要方法之一。现有噬菌体在感染大肠杆菌后形成噬菌斑数量的变化曲线如图2。
(1)曲线a～b段，噬菌斑数量为什么没有变化？
答案：细菌内正旺盛地进行噬菌体DNA的复制和有关蛋白质的合成，还没有裂解释放噬菌体。
(2)限制b～d段噬菌斑数量快速增加的原因是什么？
答案：绝大部分细菌已经被裂解。
(3)有同学认为在曲线b～c段所对应的时间内噬菌体共繁殖了10代，你认为这种说法是否正确？
答案：不正确。曲线b～c段所对应的时间内噬菌斑数从100个增加到1
000个，只能说明噬菌体数量的增加，不能说明其繁殖了几代。
1．关注噬菌体侵染细菌实验的2个关键环节——“保温”与“搅拌”
(1)侵染时间要合适——若保温时间过短或过长会使32P组的上清液中出现放射性。原因是部分噬菌体未侵染或子代噬菌体被释放出来。
(2)“搅拌”要充分——如果搅拌不充分，35S组部分噬菌体与大肠杆菌没有分离，噬菌体与细菌共存于沉淀物中，会造成沉淀物中出现放射性。
2．噬菌体侵染细菌的实验中应注意的3个关键点
(1)病毒营寄生生活，T2噬菌体只能侵染大肠杆菌，而不能侵染其他细菌。
(2)该实验中，在沉淀物中放射性较高时，在上清液中放射性并不是0；在上清液中放射性较高时，在沉淀物中放射性也不是0。
(3)标记噬菌体时应先标记细菌，用噬菌体侵染被标记的细菌，这样来标记噬菌体。因为噬菌体是没有细胞结构的病毒，必须依赖活细胞生存。
3．噬菌体侵染细菌实验和肺炎链球菌体外转化实验的比较
比较项目
噬菌体侵染细菌实验
肺炎链球菌体外转化实验
处理方法
放射性同位素标记技术：分别标记DNA和蛋白质的特殊元素
分别用蛋白酶、RNA酶、酯酶和DNA酶处理S型细菌的细胞提取物
检测结果的方式
检测放射性位置
观察菌落类型
结论
DNA是遗传物质
DNA是遗传物质，蛋白质等不是遗传物质
考向1|
噬菌体侵染细菌实验的分析
1．下面是噬菌体侵染细菌实验的部分实验步骤示意图，有关叙述正确的是(　　)
A．被标记的噬菌体是直接接种在含有35S的培养基中获得的
B．培养时间过长会影响上清液中放射性物质的含量
C．培养时间过短会影响上清液中放射性物质的含量
D．搅拌不充分会影响上清液中放射性物质的含量
D　解析：病毒必须寄生在活细胞中，不能用培养基直接培养，A错误；培养时间的长短会影响32P标记的实验结果，不影响35S标记的实验结果，因此B、C错误；搅拌不充分会使噬菌体的蛋白质外壳吸附在大肠杆菌表面，使沉淀物中有少量放射性，D正确。
考向2|
噬菌体侵染细菌实验的拓展分析
2．(2020·山东淄博模拟)朊病毒是一种不含核酸的病原微生物，其本质是具有感染性的蛋白质。有人用同位素标记法做了下图所示实验(组成牛脑组织细胞的元素无放射性)，验证了朊病毒的“侵染因子”是蛋白质。在实验得到的上清液和沉淀物中，放射性最强的是(　　)
A．上清液a
B．沉淀物b
C．上清液c
D．沉淀物d
D　解析：由于朊病毒不含核酸只含蛋白质，蛋白质中P含量极低，故上清液a和沉淀物b中几乎不能检测到放射性32P；朊病毒的蛋白质中含有S元素，如果添加35S标记的(NH4)SO4，连续培养一段时间后，朊病毒的蛋白质中含有35S，大部分35S标记的朊病毒进入牛脑组织细胞中，只有少量可能没侵入牛脑组织细胞，故离心后放射性主要位于沉淀物d中，少量位于上清液c中，故选D。
【方法规律】“二看法”判断子代噬菌体标记情况
学习探索情境
　　人类揭示遗传物质本质的过程历经近30年，从格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验，到艾弗里及其同事的肺炎链球菌体外转化实验，再到赫尔希与蔡斯的噬菌体侵染细菌实验；从肺炎链球菌到噬菌体；从微生物培养技术到同位素标记技术，充分表明科学知识是科学家基于证据，运用科学方法，经过巧妙的实验设计，经严密的逻辑推理获得的。
命题生长点1
实验材料、实验方法、实验技术的拓展运用
(多选)科学家利用基因型为hr(噬菌斑透明且大)和h＋r＋(噬菌斑混浊且小)的两种T2噬菌体同时侵染未被标记的大肠杆菌，大肠杆菌裂解后分离得到了hr、hr＋、h＋r和h＋r＋4种子代噬菌体，以下叙述正确的是(AC)
A．可以用32P对噬菌体的DNA进行标记
B．T2噬菌体复制的模板、原料和酶均来自大肠杆菌
C．两种噬菌体的DNA在大肠杆菌内可能发生了基因重组
D．大肠杆菌裂解后，hr、hr＋、h＋r和h＋r＋的比例为1∶1∶1∶1
解析：DNA分子中含有P元素，可以用32P对噬菌体的DNA进行标记，A正确；T2噬菌体复制的模板来自亲代噬菌体，原料和酶均来自大肠杆菌，B错误；hr和h＋r＋的两种T2噬菌体可得到hr、hr＋、h＋r和h＋r＋4种子代噬菌体，说明两种噬菌体的DNA在大肠杆菌内可能发生了基因重组，C正确；hr和h＋r＋的两种T2噬菌体同时侵染未被标记的大肠杆菌，大肠杆菌裂解后分离得到的hr、hr＋、h＋r和h＋r＋4种子代噬菌体，由于不属于有性生殖，并且两种噬菌体的数量未知，交换的比例未知等，其比例不一定为1∶1∶1∶1，D错误。
命题生长点2
生物遗传物质的探究实验分析
某研究小组在南极冰层中发现一种全新的病毒，为探究该病毒的遗传物质是DNA还是RNA，做了如下实验。回答下列问题：
(1)材料用具：该病毒核酸提取物、DNA酶、RNA酶、小白鼠及等渗生理盐水、注射器等。
(2)实验步骤
①取健康且生长状况基本一致的小白鼠若干，随机均分成四组，编号分别为A、B、C、D。
②将下表补充完整，并将配制溶液分别注射入小白鼠体内。
组别
A
B
C
D
注射溶液
该病毒核酸提取物和RNA酶
该病毒核酸提取物和DNA酶
该病毒核酸提取物
生理盐水
③相同条件下培养一段时间后，观察比较各组小白鼠的发病情况。
(3)结果预测及结论
①A、C组发病，B、D组未发病，说明DNA是该病毒的遗传物质；
②B、C组发病，A、D组未发病，说明RNA是该病毒的遗传物质。
(4)从注射的物质看，该探究实验所依据的生物学原理是酶具有专一性；从实验现象预测和相关判断看，该实验依据的生物学原理是核酸控制生物的性状。
(5)若该病毒的遗物物质为DNA，则其彻底水解产物有6种。
解析：(2)因为探究的是遗传物质是DNA还是RNA，相应的酶能水解特定核酸，故应在B组中加入核酸提取物和DNA酶，而D组做空白对照，应加入等量的生理盐水。(3)如果A、C组发病，B、D组未发病，说明DNA是该病毒的遗传物质，因为DNA酶将DNA水解。如果B、C组发病，A、D组未发病，说明RNA是该病毒的遗传物质，因为RNA酶将RNA水解。(4)酶具有专一性，遗传物质控制生物的性状。(5)若该病毒的遗传物质为DNA，则其彻底水解产物有脱氧核糖、磷酸和4种含氮碱基，共6种。
实验分析
实验材料
以细菌、病毒作为研究模型，具有材料简单、生长周期短、操作方便等优点
实验方法
(1)肺炎链球菌体内转化实验体系；(2)肺炎链球菌的体外转化实验体系：该体系简化了实验过程，为鉴定转化因子打下基础
实验技术
(1)微生物培养技术；(2)同位素标记技术
遗传物质探究实验的思路和方法
(1)探究思路
①若探究哪种物质是遗传物质——设法将物质分开，单独看作用。
②若探究未知病毒的遗传物质是DNA还是RNA——利用酶的专一性。
(2)探究方法
①减法原理：艾弗里的体外转化实验。
②分离提纯法：可将物质分离提纯，单独观察其作用，缺点是物质纯度不能保证100%。
③同位素标记法：噬菌体侵染细菌的实验。
④病毒重组法：烟草花叶病毒的遗传物质验证实验。
⑤酶解法：利用酶的专一性，如加入DNA水解酶，将DNA水解，观察起控制作用的物质是否还有控制作用。若“是”，其遗传物质不是DNA；若“否”，其遗传物质可能是DNA。
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11
-(共63张PPT)
第17课　DNA的结构、复制和基因的本质
第六单元　基因的本质和表达
01
必备知识·落实基础性
概念梳理
概念辨析
概念构建
沃森和克里克
脱氧核苷酸链
反向平行
脱氧核糖
磷酸
氢键
多样性
特异性
稳定性
磷酸
脱氧核糖
碱基互补配对
半保留复制
同位素标记技术和密度梯度离心技术
DNA以半保留的方式复制
全部重带
全部中带
DNA的复制是以半保留的方式进行的
亲代DNA
子代DNA
细胞核
叶绿体
拟核
边解旋边复制
半保留复制
两个完全相同
DNA独特的双螺旋结构
碱基互补配对
遗传效应
4种碱基
小于
√
×
×
×
×
×
×
×
×
02
关键能力·提升综合性
考点1
考点2
03
命题案例·强化创新性
B
BC
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边的高考专家!】
概念梳理
点此进入
答案
磷酸-P
A:腺嘌呤
氮T
5′4
C、H、O
磷酸
碱基C:胞嘧啶
五碳糖→
3′2′
G:鸟嘌呤
和碱基
脱氧核苷酸
聚
3,5′-磷酸二酯键
条脱氧核苷酸链
形两条链
A、T间形成个氢键
外:基本骨架
成之间
C、G间形成个氢键
内:碱基对
AeT
氢键
螺旋化
△G:
DNA双链平面结构
DNA双螺旋结构
磷酸-P
A:腺嘌呤
氮T
5′4
C、H、O
磷酸
碱基C:胞嘧啶
五碳糖→
3′2′
G:鸟嘌呤
和碱基
脱氧核苷酸
聚
3,5′-磷酸二酯键
条脱氧核苷酸链
形两条链
A、T间形成个氢键
外:基本骨架
成之间
C、G间形成个氢键
内:碱基对
AeT
氢键
螺旋化
△G:
DNA双链平面结构
DNA双螺旋结构
大肠杆菌在含有1NHCl
培养液中生长若干代
使DNA双链充分标记
转入含14NH4Cl的培养液
(a)立即(b)繁殖
(c)繁殖两
取出
代后取出
提取DNA,进行
密度梯度离
轻带、
重带
CG
亲代D
解旋〔需要细胞提供
需要酶的作用
结果:把两条螺旋的双链解开
聚合酶
模板:解开后的两条母链
C
T
合成」原料:游离的四种
子链|酶
等
母链
G
C
C
G
原则:碱基互补配对原则
G
C
聚合酶
重新螺旋:每条新链与其对应的模板
链盘绕成
染色体
染色体是DNA
每条染色体上含有
主要载体
DNA分子
DNAK是主要的遗传物质
基因是
的DNA片段
一每个DNA分子含有
基因
基因在染色体匚基因K口是遗传物质的结构和功能单位
基因的
每个基因中含有脱氧核苷酸
□脱氧核苷酸
代表遗传信第17课　DNA的结构、复制和基因的本质
课程标准要求
学业质量水平
3.1.1　概述多数生物的基因是DNA
分子的功能片段，有些病毒的基因在RNA
分子上3.1.2　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3.1.3　概述DNA
分子通过半保留方式进行复制
1.通过搜集DNA结构模型构建过程的资料并进行交流和讨论，运用结构与功能观，分析DNA的结构与其蕴藏遗传信息的功能是相适应的。(生命观念)2.通过模型构建，理解DNA的化学组成、平面结构以及立体结构。(科学思维)3.结合DNA双螺旋结构模型，运用结构与功能观和物质与能量观，阐明DNA分子通过复制，传递遗传信息。(生命观念)4.分析DNA复制过程，归纳DNA复制过程中相关数量计算，提高逻辑分析和计算能力。(科学思维)
一、DNA的结构
1．DNA双螺旋结构模型的构建者：沃森和克里克。
2．DNA双螺旋结构的形成
3．DNA的双螺旋结构
(1)空间结构：DNA由两条脱氧核苷酸链组成，这两条链按反向平行的方式盘旋成双螺旋结构。
(2)整体骨架：脱氧核糖和磷酸交替连接构成。
(3)碱基互补配对：两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对。
4．DNA的结构特点
(1)多样性：具有n个碱基对的DNA共有4n种碱基对排列顺序。
(2)特异性：如每种DNA分子都有其特定的碱基对排列顺序。
(3)稳定性：DNA分子中磷酸与脱氧核糖交替连接顺序不变，碱基之间严格按照碱基互补配对的原则进行。
二、DNA的复制
1．方式推测：DNA分子复制方式为半保留复制。
2．实验证据
(1)实验方法：同位素标记技术和密度梯度离心技术。
(2)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。
(3)实验假设：DNA以半保留的方式复制。
(4)实验预期：离心后应出现3条DNA带。重带(密度最大)：两条链都为15N标记的亲代双链DNA；中带(密度居中)：一条链为14N标记，另一条链为15N标记的子代双链DNA；轻带(密度最小)：两条链都为14N标记的子代双链DNA。
(5)实验过程
(6)过程分析
①立即取出，提取DNA→离心→全部重带。
②繁殖一代后取出，提取DNA→离心→全部中带。
③繁殖两代后取出，提取DNA→离心→1/2轻带、1/2中带。
(7)实验结论：DNA的复制是以半保留的方式进行的。
3．复制过程
(1)概念：以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。
(2)时间：细胞分裂前的间期。
(3)图解
(4)场所：真核生物在细胞核、线粒体和叶绿体；原核生物在拟核和细胞质。
(5)特点：边解旋边复制。
(6)方式：半保留复制。
(7)结果：形成两个完全相同的DNA分子。
(8)意义：DNA通过复制，将遗传信息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。
(9)保障：DNA独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板；通过碱基互补配对，保证了复制能够准确地进行。
三、基因的本质
1．对于绝大多数生物，基因是有遗传效应的DNA片段；对于极少数生物，基因是有遗传效应的RNA片段。
2．染色体、DNA、基因和脱氧核苷酸的关系
3．基因与碱基的关系
遗传信息蕴藏在4种碱基的排列顺序之中，构成基因的碱基数小于(填“大于”“小于”或“等于”)DNA分子的碱基总数。
1．DNA具有双螺旋结构
(1)沃森和克里克研究DNA分子的结构时，运用了构建物理模型的方法。
(√)
(2)双链DNA分子中一条链上的磷酸和核糖是通过氢键连接的。
(×)
(3)DNA分子的多样性和特异性主要与它的空间结构密切相关。
(×)
2．DNA的复制是以半保留的方式进行的
(1)DNA复制时，严格遵循A—U、C—G的碱基互补配对原则，并且新合成的DNA分子中两条链均是新合成的。
(×)
(2)DNA复制时，解旋酶与DNA聚合酶不能同时发挥作用。
(×)
(3)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。
(×)
3．基因通常是有遗传效应的DNA片段
(1)真核细胞的基因只存在于细胞核中，而核酸并非仅存在于细胞核中。
(×)
(2)等位基因位于同一个DNA分子的两条脱氧核苷酸链上。
(×)
(3)细胞中组成一个基因的嘌呤碱基与嘧啶碱基数量不一定相等。
(×)
　　　　DNA的结构及相关计算
某小组在搭建DNA分子模型的实验中，预备了如下实验材料：4种碱基塑料片共20个，其中4个C，6个G，3个A，7个T，脱氧核糖塑料片30个，磷酸塑料片50个，脱氧核糖和磷酸之间的连接物若干，代表氢键的连接物若干，脱氧核糖和碱基之间的连接物若干。
(1)用这些实验材料可搭建多长的DNA序列？
答案：含7个碱基对长度的DNA序列。
(2)需要氢键连接物多少个？
答案：A和T之间需要2个连接物，C和G之间需要3个连接物，共需要氢键连接物为3×2＋4×3＝18个。
(3)需要脱氧核糖和磷酸之间的连接物多少个？一个磷酸或脱氧核糖连接几个连接物？
答案：26个。一个磷酸连接1或2个连接物；一个脱氧核糖连接2或3个连接物。
1．解读两种DNA结构模型
(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。
(3)利用数字“五、四、三、二、一”巧记DNA结构
2．“归纳法”求解DNA分子中的碱基数量的计算规律
(1)在DNA双链中嘌呤总数与嘧啶总数相同，即A＋G＝T＋C。
(2)互补碱基之和的比例在任意一条链及整个DNA分子中都相同，即若在一条链中＝m，在互补链及整个DNA分子中＝m。
(3)非互补碱基之和的比例在两条互补链中互为倒数，在整个DNA分子中为1，即若在DNA一条链中＝a，则在其互补链中＝，而在整个DNA分子中＝1。
(4)某种碱基在DNA分子中所占比例，等于这种碱基在DNA每条链中所占比例和的平均数。
考向1|
DNA分子结构分析
1．20世纪90年代，Cuenoud等发现DNA也有酶催化活性，他们根据共有序列设计并合成了由47个核苷酸组成的单链DNA?E47，它可以催化两个DNA片段之间的连接。下列有关叙述正确的是(　　)
A．在DNA?E47中，嘌呤碱基数一定等于嘧啶碱基数
B．在DNA?E47中，碱基数＝脱氧核苷酸数＝脱氧核糖数
C．DNA?E47作用的底物和DNA聚合酶作用的底物是相同的
D．在DNA?E47中，每个脱氧核糖上均连有一个磷酸和一个含氮碱基
B　解析：单链DNA中嘌呤碱基数不一定等于嘧啶碱基数，A错误；DNA?E47催化DNA片段间的连接，DNA聚合酶则催化单个脱氧核苷酸的连接，C错误；在脱氧核苷酸链中的脱氧核糖可连有两个(或一个)磷酸和一个含氮碱基，D错误。
【易错提醒】DNA结构的五点提醒
(1)DNA分子中并不是所有的脱氧核糖都连接两个磷酸基团，在每条链的3′端的脱氧核糖只连接了一个磷酸基团。
(2)DNA分子的特异性是由碱基对的排列方式决定的，而不是由碱基配对方式决定的。
(3)DNA分子中能体现特异性的碱基比例是两互补碱基的和(如A＋T)，而不是任意两不互补碱基的和(如A＋G)。
(4)并不是所有的DNA分子都是双链结构，有少数的DNA分子是单链的，还有部分DNA是双链环状结构，如原核细胞的拟核DNA、质粒、真核细胞的线粒体DNA和叶绿体DNA等。
(5)在单链DNA分子中嘌呤数不一定等于嘧啶数。
考向2|
DNA分子结构的相关计算
2．下列有关双链DNA分子的叙述，正确的是(　　)
A．若DNA分子一条链中的碱基A所占比例为a，则另一条链的碱基C所占比例为1/(2－a)
B．如果一条链上(A＋T)∶(G＋C)＝m，则另一条链上该比值也为m
C．如果一条链上的A∶T∶G∶C＝2∶2∶3∶3，则另一条链上该比值为3∶3∶2∶2
D．由50个碱基对组成的DNA分子片段中至少含有氢键的数量为150个
B　解析：若DNA分子一条链中的碱基A所占比例为a，据此无法计算出另一条链的碱基C所占比例，A错误；如果一条链上(A＋T)∶(G＋C)＝m，根据碱基互补配对原则，则另一条链上该比值也为m，B正确；如果一条链上的A∶T∶G∶C＝2∶2∶3∶3，则另一条链上该比值为2∶2∶3∶3，C错误；由50个碱基对组成的DNA分子片段中至少含有氢键的数量为50×2＝100(个)，最多含有氢键的数量为50×3＝150(个)，D错误。
　　
DNA的复制及相关计算
人体细胞中最长的DNA分子可达36
mm，已知DNA分子复制速度约为4
μm/min，但此DNA分子复制过程仅需40
min左右即完成。
(1)由上面信息可推出DNA复制还有什么特点？
答案：根据题意知，长为36
mm的DNA分子进行复制，如果只从一个位点复制需要的时间是36×1
000÷4＝9
000
(min)，而实际复制过程中只需要40
min左右即完成，由此可以推出该DNA分子复制时具有多个起点，多个起点同时分段复制。
(2)已知放射性越高的3H－胸腺嘧啶脱氧核糖核苷(3H－脱氧胸苷)，在放射性自显影技术的图像上，感光还原的银颗粒密度越高。请利用放射性自显影技术，设计实验以证明DNA复制是多起点同时复制，简要写出实验思路并预测实验结果。
答案：实验思路：首先用不含放射性的脱氧胸苷培养基培养细胞，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，用放射性自显影技术观察银颗粒密度情况。预期实验结果：在一条DNA中出现多处高密度感光还原的银颗粒区域。
1．利用数字“1、2、3、4”巧记DNA的复制
2．关于DNA复制的三点提醒
(1)DNA复制的场所并非只在细胞核，线粒体、叶绿体、原核细胞中都可以进行DNA复制，因而说DNA复制的主要场所是细胞核。
(2)DNA水解酶不参与DNA复制。DNA水解酶可以催化DNA分子水解成脱氧核苷酸。
(3)细胞内DNA复制时解旋酶催化解旋，PCR时高温使氢键断裂，导致解旋。
3．DNA分子复制中相关计算公式
若将一个被15N标记的DNA转移到含14N的培养基中培养(复制)若干代，其结果分析如下：
(1)子代DNA分子数：2n个。
①无论复制多少次，含15N的DNA分子始终是
2个。
②含14N的有2n个，只含14N的有(2n－2)个，做题时应看准是“含”还是“只含”。
(2)子代DNA分子的总链数：2n×2＝2n＋1条。
①无论复制多少次，含15N的链始终是2条。
②含14N的链数是(2n＋1－2)条。做题时应看准是“DNA分子数”还是“链数”。
(3)消耗的脱氧核苷酸数
①若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，则经过n次复制需要消耗游离的该脱氧核苷酸为m×(2n－1)个。
②若进行第n次复制，则需消耗该脱氧核苷酸数为m×2n－1个。
考向1|
DNA复制过程的分析
1．在DNA复制开始时，将大肠杆菌放在含低剂量3H标记的脱氧胸苷(3H?dT)的培养基中，3H?dT可掺入正在复制的DNA分子中，使其带有放射性标记。几分钟后，将大肠杆菌转移到含高剂量3H?dT的培养基中培养一段时间。收集、裂解细胞，抽取其中的DNA进行放射性自显影检测，结果如图所示。据图可以作出的推测是(　　)
A．复制起始区在高放射性区域
B．DNA复制为半保留复制
C．DNA复制从起始点向两个方向延伸
D．DNA复制的方向为a→c
C　解析：根据放射性自显影结果可知，中间低放射性区域是复制开始时在含低剂量3H标记的脱氧胸苷(3H?dT)的培养基中进行复制的结果，A错误；两侧高放射性区域是将大肠杆菌转移到含高剂量3H?dT的培养基中进行复制的结果，因此可判断DNA复制从起始点(中间)向两个方向延伸，C正确，D错误；该实验不能证明DNA复制为半保留复制，B错误。
考向2|
DNA复制的相关计算
2．(2021·安徽合肥模拟)下图为某DNA分子片段，假设该DNA分子中有5
000对碱基，A＋T占碱基总数的34%，若该DNA分子在含14N的培养基中连续复制2次，下列叙述正确的是(　　)
A．复制时作用于③处的酶为DNA聚合酶
B．DNA分子复制2次需游离的胞嘧啶脱氧核苷酸9
900个
C．④处指的是腺嘌呤核糖核苷酸
D．子代中含15N的DNA分子占1/2
B　解析：复制时作用于③处的酶为DNA解旋酶，A错误；由题意知，DNA分子中A＋T占碱基总数的34%，则C＋G占66%，DNA分子中G＝C＝5
000×2×66%÷2＝3
300(个)，该DNA分子复制2次增加3个DNA分子，需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸3
300×3＝9
900(个)，B正确；DNA分子的基本单位是脱氧核糖核苷酸，所以④处指的是腺嘌呤脱氧核糖核苷酸，C错误；由题图可知，该DNA分子中的两条链一条含有15N，一条含有14N，若该DNA分子在含14N的培养基中连续复制
2次，则形成的4个DNA分子中，只有一个含有15N，即占1/4，D错误。
考向3|
DNA分子的半保留复制
3．DNA的复制方式可以通过设想来进行预测，可能的情况是全保留复制、半保留复制、分散复制三种。究竟是哪种复制方式呢？下面设计实验来证明DNA的复制方式。
实验步骤：
a．在氮源为14N的培养基中生长的大肠杆菌，其DNA分子均为14N?DNA(对照)。
b．在氮源为15N的培养基中生长的大肠杆菌，其DNA分子均为15N?DNA(亲代)。
c．将亲代含15N的大肠杆菌转移到氮源为14N的培养基中，再连续繁殖两代(Ⅰ和Ⅱ)，用密度梯度离心法分离，不同相对分子质量的DNA分子将分布在试管中的不同位置上。
实验预测：
(1)如果与对照(14N/14N)相比，子代Ⅰ能分辨出两条DNA带：一条__________带和一条__________带，则可以排除____________________。
(2)如果子代Ⅰ只有一条中密度带，则可以排除__________，但不能肯定是________________。
(3)如果子代Ⅰ只有一条中密度带，再继续做子代ⅡDNA密度鉴定：若子代Ⅱ可以分出________和____________，则可以排除分散复制，同时肯定半保留复制；如果子代Ⅱ不能分出________密度两条带，则排除__________，同时确定为________。
解析：由题图可知，深色为亲代DNA的脱氧核苷酸链(母链)，浅色为新形成的子代DNA的脱氧核苷酸链(子链)。因此全保留复制后得到的两个DNA分子，一个是原来的两条母链重新形成的亲代DNA分子，一个是两条子链形成的子代DNA分子；半保留复制后得到的每个子代DNA分子的一条链为母链，一条链为子链；分散复制后得到的每个子代DNA分子的单链都是由母链片段和子链片段间隔连接而成的。
答案：(1)轻(14N/14N)　重(15N/15N)　半保留复制和分散复制　(2)全保留复制　半保留复制还是分散复制　(3)一条中密度带　一条轻密度带　中、轻　半保留复制　分散复制
学习探索情境
　　在沃森和克里克发表DNA双螺旋结构模型后，科学家曾提出三个用于解释DNA复制方式的模型，分别为半保留复制、全保留复制和分散复制模型。1958年，梅塞尔森和斯塔尔以大肠杆菌为实验材料，运用同位素标记技术，证明了DNA复制方式为半保留复制。1956年，美国生物学家亚瑟·科恩伯格首次分离出DNA聚合酶，并构建了DNA体外合成体系，并揭示参与DNA合成的4种必要成分：DNA聚合酶、DNA模板、RNA引物和dNTP前体物。体外合成技术重要特点和优势：(1)没有宿主细胞的生理调控系统，反应条件更容易控制，可以方便地进行反应条件的优化；(2)不存在副反应和宿主细胞本身的代谢需求，能够达到更高的产品得率和产品纯度；(3)可以使用高负载量的酶，用于提高反应速率；(4)宽泛的反应条件(如高温、有机相催化体系)、底物的自由选择，解决了底物或中间产物的毒性问题；(5)具有相当大的工业化潜力。
命题生长点1
DNA复制的相关计算
用15N标记了两条链含有100个碱基对的DNA分子，其中有胞嘧啶60个，该DNA分子在含14N的培养基中连续复制3次。下列有关说法中错误的是(B)
A．该DNA分子含有的氢键数目是260个
B．该DNA分子复制3次共需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸160个
C．子代DNA分子中含15N的单链与含14N的单链之比为1∶7
D．子代DNA分子中含15N的DNA分子与含14N的DNA分子之比为1∶4
B　解析：该DNA分子有100个碱基对，其中胞嘧啶有60个，则C和G各有60个，A和T各有40个，又知C、G之间有3个氢键，A、T之间有2个氢键，因此氢键数目为60×3＋40×2＝260(个)，A项正确；该DNA分子第一次复制需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸(A)40个，第二次复制需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸80个，第三次复制需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸160个，则复制3次共需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸的数目为40＋80＋160＝280(个)，B项错误；该DNA分子复制3次共产生8个DNA分子，16条DNA单链，其中2条单链含15N，含15N的单链与含14N的单链之比为2∶14，即1∶7，C项正确；该DNA分子复制3次共产生8个DNA分子，其中2个DNA分子含有15N，8个DNA分子都含有14N，故二者之比为1∶4，D项正确。
命题生长点2
DNA复制与细胞分裂中染色体标记的问题分析
(多选)蚕豆根尖细胞(2n＝12)在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸培养基中完成一个细胞周期，然后在不含放射性标记的培养液中继续分裂至中期，其染色体的放射性标记分布情况是(BC)
A．每条染色体的两条单体都被标记
B．每条染色体中都只有一条单体被标记
C．每条染色体都被标记
D．每条染色体的两条单体都不被标记
解析：DNA复制是半保留复制，蚕豆根尖细胞在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸(3H?T)培养基中完成一个细胞周期，每一个DNA分子都有一条脱氧核苷酸链含3H标记，然后在不含放射性标记的培养液中培养至中期，DNA分子复制后形成的两个DNA分子通过着丝粒连接，其中一个DNA分子的一条链含3H标记，如下图：
故每条染色体都被标记，且每条染色体都只有一条单体被标记。
准确把握DNA复制的相关计算问题
(1)复制次数：“DNA复制了n次”和“第n次复制”的区别：前者包括所有的复制，后者只包括最后一次复制。
(2)碱基数目：碱基的数目单位是“对”还是“个”。
(3)复制模板：在DNA复制过程中，无论复制了几次，含有亲代脱氧核苷酸单链的DNA分子都只有两条。
(4)关键词语：看清是“DNA分子数”还是“链数”，“含”还是“只含”等关键词。
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-(共72张PPT)
第18课　基因的表达
第六单元　基因的本质和表达
01
必备知识·落实基础性
概念梳理
概念辨析
概念构建
脱氧核糖
T(胸腺嘧啶)
双链
核糖
U(尿嘧啶)
单链
核糖核苷酸
蛋白质
识别并转运氨基酸
核糖体
细胞核
叶绿体
线粒体
DNA的一条链
4种核糖核苷酸
ATP
RNA聚合酶
信使RNA、核糖体RNA、转运RNA
mRNA
mRNA
62
3
克里克
蛋白质的结构
酶的合成
代谢过程
保持不变
基因表达和表型
可遗传
组蛋白
乙酰化
甲基化
√
×
×
×
√
√
×
√
√
×
×
×
√
02
关键能力·提升综合性
考点1
考点2
考点3
一种密码子只能决定一种氨基酸，但一种氨基酸可以由多种密码子来决定
03
命题案例·强化创新性
D
答案：A
高考赘源网
高考资源
边的高考专家!】
概念梳理
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答案
解旋:双链解开,暴露碱基
原则:碱基互补配对原则(A
A、C-G
写配对模板:,解开的DNA双链中的一条链
接:RNA聚合酶
课:形成一个RNA分子
释放合成的RNA从模板链上释放,
DNA双链恢复双螺旋
游离的4种核糖核苷酸
起始
与mRNA结合
识别mRNA上的密码子,并将携带的氨
运输」基酸置于特定位置
核糖体沿
移动读取下一个密码子,由
延伸对应RNA运输相应的氨基酸加到延伸中的肽
链上(一个mRNA可以结合多个核糖体)
当核糖体到达mRNA上的
归:停止
时,合成
脱离肽链合成后从核糖体与mRNA的复合物上
脱离
概念辨析
概念枸建
DNA(基因)
mRNA
蛋白质
G
c
A
CGU
精氨酸
DNA碱基数
mRNA碱基数
氨基酸数
6
点此进入
解析答案
GGU
G
gc
GGA
mrna
mrnA
mrNa
RNA复制酶基因病毒RNA
酶
5
酶酶
mRNA
多种病毒蛋白—>组装成子代病毒
SARS-CoV-2的增殖过程
病毒RNA
,酶
mRNA
5酶多种病毒蛋白
酶
5
组装成子代病毒
EBOV的增殖过程
DNA
DNA一核膜
mRNA
mrna
2
核糖体
核糖体
多肽链
多肽链
细胞甲
细胞乙第18课　基因的表达
课程标准要求
学业质量水平
3.1.4　概述DNA
分子上的遗传信息通过RNA
指导蛋白质的合成，
细胞分化的本质是基因选择性表达的结果，生物的性状主要通过蛋白质表现3.1.5　概述某些基因中碱基序列不变但表型改变的表观遗传现象
1.结合DNA双螺旋结构模型，阐明DNA分子转录、翻译的过程。(生命观念)2.运用中心法则，阐明DNA分子上的遗传信息通过RNA指导蛋白质合成的过程。(科学思维)3.结合实例分析基因表达的异常情况。(社会责任)
一、基因指导蛋白质的合成
1．RNA的结构与分类
(1)RNA与DNA的区别
种类
物质组成
结构特点
五碳糖
特有碱基
DNA
脱氧核糖
T(胸腺嘧啶)
一般是双链
RNA
核糖
U(尿嘧啶)
通常是单链
(2)基本单位：核糖核苷酸。
(3)种类及功能
2．转录
(1)场所：主要是细胞核，在叶绿体、线粒体中也能发生转录过程。
(2)条件
(3)过程
(4)产物：信使RNA、核糖体RNA、转运RNA。
3．翻译
(1)概念：游离在细胞质中的各种氨基酸，以mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。
(2)密码子
①概念：mRNA上3个相邻的碱基决定1个氨基酸，每3个这样的碱基称为1个密码子。
②种类：64种，其中决定氨基酸的密码子有62种，终止密码子有3种。
(3)翻译过程
(4)过程图示
二、中心法则
1．提出者：克里克。
2．补充后的内容图解
三、基因表达与性状的关系
1．直接控制途径(用文字和箭头表示)
基因蛋白质的结构生物体的性状
2．间接控制途径(用文字和箭头表示)
基因酶的合成代谢过程
3．基因控制性状的实例(连线)
提示：①③⑤⑥—b　②④—a
4．基因与性状之间不是一一对应的关系
(1)可以是一对基因同时影响多对性状，如控制豌豆粒形的基因也决定其甜度。
(2)也可以是多对基因同时控制一种性状，如玉米叶绿素的合成与50个基因有关。
(3)生物体的性状表现还与环境条件有关。
5．表观遗传
(1)概念：生物体基因的碱基序列保持不变，但基因表达和表型发生可遗传变化的现象，叫作表观遗传。
(2)现象：DNA甲基化、构成染色体的组蛋白发生甲基化、乙酰化等修饰会影响基因的表达。
(3)吸烟与人体健康的关系：吸烟会使人体细胞内DNA的甲基化水平升高，对染色体上的组蛋白也会产生影响。
1．基因指导蛋白质的合成
(1)rRNA能参与蛋白质的合成。
(√)
(2)转录是以DNA分子的两条链为模板完成的。
(×)
(3)转录和翻译都可在细胞核中发生。
(×)
(4)转录和翻译过程都存在T—A、A—U、G—C的碱基配对方式。
(×)
(5)细胞中有多种tRNA，一种tRNA只能转运一种氨基酸。
(√)
(6)基因B1和由其突变而来的B2在指导蛋白质合成时使用同一套遗传密码。
(√)
2．中心法则反映了遗传信息的传递规律
(1)中心法则没有体现遗传信息的表达功能。
(×)
(2)线粒体中的DNA能控制某些蛋白质的合成。
(√)
(3)线粒体和叶绿体中遗传信息的传递遵循中心法则。
(√)
(4)DNA病毒中没有RNA，其遗传信息的传递不遵循中心法则。(×)
3．基因通过不同途径调控生物体的性状
(1)豌豆粒形的形成机理体现了基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。
(×)
(2)白化病是酪氨酸酶活性降低造成的。
(×)
(3)某些性状由多个基因共同决定，有的基因可能影响多个性状。(√)
　　遗传信息的转录和翻译过程分析
当某些基因转录形成的mRNA分子难与模板链分离时，会形成RNA－DNA杂交体，这时非模板链、RNA－DNA杂交体共同构成R环结构。研究表明R环结构会影响DNA复制、转录和基因的稳定性等。下图是原核细胞DNA相关过程的示意图。请回答下列问题：
(1)1代表什么过程？2代表什么过程？
答案：1代表DNA复制；2代表转录过程。
(2)酶C是什么酶？与酶A相比，酶C除能催化核苷酸之间形成磷酸二酯键外，还具什么功能？
答案：酶C是RNA聚合酶。RNA聚合酶催化核苷酸之间形成磷酸二酯键，也能催化氢键断裂。
(3)R环中的碱基互补配对方式是什么？若R环区域中，
DNA非转录模板链共20个碱基，其中含6个碱基A，则R环中含有T—A碱基对多少个？
答案：R环中的碱基互补配对方式是A—U，T—A，G—C；6个。
(4)原核生物的拟核基因表达速度往往比真核生物的核基因表达速度快很多，原因是什么？
答案：原核生物没有核膜，基因表达时转录和翻译可以同步进行，真核生物有核膜，基因表达时先完成转录，再完成翻译。
1．界定遗传信息、密码子(遗传密码)、反密码子
2．辨析氨基酸与密码子、反密码子的数量关系
(1)每种氨基酸对应一种或几种密码子(即密码子的简并性)，可由一种或几种tRNA转运。
(2)一般情况下除终止密码子外，一种密码子只能决定一种氨基酸；一种tRNA只能转运一种氨基酸。
(3)密码子有64种(3种终止密码子；62种决定氨基酸的密码子，UGA作为终止密码子，也可编码硒代半胱氨酸)。
3．DNA复制、转录和翻译的比较(以真核生物为例)
项目
复制
转录
翻译
场所
主要在细胞核
主要在细胞核
在细胞质(核糖体)
模板
DNA的两条链
DNA的一条链
mRNA
原料
4种脱氧核苷酸
4种核糖核苷酸
21种氨基酸
原则
T—A；A—T；G—C；C—G
T—A；A—U；G—C；C—G
U—A；A—U；G—C；C—G
结果
两个子代DNA分子
mRNA、tRNA、rRNA
蛋白质
模板去向
子代DNA中
恢复双螺旋
降解
信息传递
DNA→DNA
DNA→RNA
mRNA→蛋白质
意义
传递遗传信息
表达遗传信息
4.基因表达中的相关计算
(1)DNA模板链中A＋T(或C＋G)与mRNA中A＋U(或C＋G)相等，则(A＋T)总%＝(A＋U)mRNA%。
(2)相关数量关系：基因碱基数∶mRNA碱基数∶氨基酸数＝6∶3∶1(忽略终止密码子)。
注意：①在基因片段中，有的片段起调控作用，不转录。
②转录出的mRNA有终止密码子，终止密码子不对应氨基酸，并且合成的肽链在加工过程中可能会剪掉部分氨基酸。
所以mRNA上的碱基数目比蛋白质中氨基酸数目的3倍多。基因或DNA上的碱基数目比蛋白质中氨基酸数目的6倍多。
(3)关注计算中“最多”和“最少”问题
不能忽略“最多”或“最少”等字(忽略终止密码子)：如mRNA上有n个碱基，转录产生它的基因中至少有2n个碱基，该mRNA指导合成的蛋白质中最多有n/3个氨基酸。
考向1|
遗传信息的转录过程
1．(2020·全国卷Ⅲ)关于真核生物的遗传信息及其传递的叙述，错误的是(　　)
A．遗传信息可以从DNA流向RNA，也可以从RNA流向蛋白质
B．细胞中以DNA的一条单链为模板转录出的RNA均可编码多肽
C．细胞中DNA分子的碱基总数与所有基因的碱基数之和不相等
D．染色体DNA分子中的一条单链可以转录出不同的
RNA分子
B　解析：遗传信息的表达过程包括DNA转录成mRNA，mRNA进行翻译合成蛋白质，A正确；以DNA的一条单链为模板可以转录出mRNA、tRNA、rRNA等，mRNA可以编码多肽，而tRNA的功能是转运氨基酸，rRNA是构成核糖体的组成物质，B错误；基因是有遗传效应的DNA片段，而DNA分子上还含有不具有遗传效应的片段，因此DNA分子的碱基总数大于所有基因的碱基数之和，C正确；染色体DNA分子上含有多个基因，由于基因的选择性表达，一条单链可以转录出不同的RNA分子，D正确。
考向2|
翻译过程
2．(2019·海南卷)下列关于蛋白质合成的叙述错误的是(　　)
A．蛋白质合成通常从起始密码子开始到终止密码子结束
B．携带肽链的tRNA会先后占据核糖体的2个tRNA
结合位点
C．携带氨基酸的tRNA都与核糖体的同一个tRNA结合位点结合
D．最先进入核糖体的携带氨基酸的tRNA在肽键形成时脱掉氨基酸
C　解析：蛋白质合成中，翻译的模板是mRNA，从起始密码子开始到终止密码子结束，A正确；核糖体同时占据2个密码子位点，携带肽链的tRNA会先后占据核糖体的2个tRNA结合位点，通过反密码子与密码子进行互补配对，B正确，C错误；最先进入核糖体的携带氨基酸的tRNA在肽键形成时脱掉氨基酸，继续运输其他氨基酸，D正确。
考向3|
遗传信息、密码子和反密码子的区分
3．(2020·全国卷Ⅲ)细胞内有些tRNA分子的反密码子中含有稀有碱基次黄嘌呤(I)，含有I的反密码子在与mRNA中的密码子互补配对时，存在下图所示的配对方式(Gly表示甘氨酸)。下列说法错误的是(　　)
A．一种反密码子可以识别不同的密码子
B．密码子与反密码子的碱基之间通过氢键结合
C．tRNA分子由两条链组成，mRNA分子由单链组成
D．mRNA中的碱基改变不一定造成所编码氨基酸的改变
C　解析：分析题图可知，I与U、C、A均能配对，因此含I的反密码子可以识别多种不同的密码子，A正确；密码子与反密码子的配对遵循碱基互补配对原则，碱基对之间通过氢键结合，B正确；由题图可知，tRNA分子由单链RNA经过折叠后形成三叶草形，C错误；由于密码子的简并性，mRNA中碱基的改变不一定造成所编码氨基酸的改变，从题图三种密码子均编码甘氨酸也可以看出，D正确。
密码子与氨基酸之间的对应关系是一种密码子只能决定一种氨基酸，但一种氨基酸可以由多种密码子来决定。
考向4|
结合信息考查基因的表达过程
4．抗生素P能有效抑制细胞内蛋白质的合成，原因是其具有与tRNA结构中“结合氨基酸部位”类似的结构。在进行试管内翻译时，将足量抗生素P加到反应试管内，可能会观察到的现象是(　　)
A．试管内翻译的最终产物为不完整蛋白质
B．携带氨基酸的tRNA无法与mRNA进行碱基互补配对
C．mRNA无法与核糖体结合
D．抗生素P与游离的核糖核苷酸结合
A　解析：由题干信息可知，试管中加入抗生素P后，试管中游离的氨基酸与抗生素P结合后，就不能和tRNA结合，可能导致试管内翻译的蛋白质不完整；抗生素P不会影响携带氨基酸的tRNA与mRNA进行碱基互补配对，也不会影响核糖体与mRNA结合。综上所述，A项正确。
　　中心法则的书写和过程判断
1．利用图示分类剖析中心法则
图示中1、8为转录过程；2、5、9为翻译过程；3、10为DNA复制过程；4、6为RNA复制过程；7为逆转录过程。
2．不同类型生物遗传信息的传递
(1)能分裂的细胞生物及噬菌体等DNA病毒遗传信息的传递
(2)具有RNA复制功能的RNA病毒(如烟草花叶病毒)遗传信息的传递
(3)具有逆转录功能的RNA病毒(如艾滋病病毒)遗传信息的传递
(4)高度分化的细胞遗传信息的传递
3．中心法则各生理过程确认的三大依据
1．图甲所示为基因表达的过程，图乙为中心法则，①～⑤表示生理过程。下列叙述正确的是(　　)
　
甲　　　　　　　
　　　　乙
A．图甲所示过程需要多种酶参与，是染色体DNA上的基因表达过程
B．图乙所示过程均需要核苷酸为原料
C．图甲所示过程为图乙中的①②③过程
D．图乙中涉及碱基A与U之间配对的过程为②③④⑤
D　解析：图甲为边转录边翻译过程，为原核生物所特有的，原核生物无染色体，A错误；图乙中①为DNA的复制，②为转录，③为翻译，④为RNA复制，⑤为逆转录，③过程需要氨基酸为原料，B错误；图甲所示过程为图乙中的②③过程，C错误；①为DNA的复制，无碱基A与U之间的配对，D正确。
2．新型冠状病毒(SARS
?CoV?2)和埃博拉病毒(EBOV)是威胁人类健康的高致病性RNA病毒。两种病毒侵入宿主细胞后的增殖过程如下图所示。下列说法错误的是(　　)
A．两种病毒的遗传物质均为单链RNA，变异性较强
B．两种病毒均需至少复制两次才能获得子代病毒RNA
C．两种病毒首次RNA复制所需的酶均在侵入宿主细胞后合成
D．SARS?CoV?2的RNA可直接作翻译模板，EBOV的RNA需复制后才能作翻译模板
C　解析：题图中显示两种病毒的遗传物质均为单链RNA，单链结构稳定性差，因此变异性较强，A正确；由题图可以看出，两种病毒均需至少复制两次才能获得子代病毒RNA，B正确；SARS?CoV?2病毒RNA复制所需的酶是在宿主细胞内合成的，而EBOV病毒的RNA复制酶在侵入宿主细胞之前就已存在，C错误；图中显示SARS?CoV?2的RNA可直接作翻译模板，合成RNA复制酶，而EBOV的RNA需复制后才能作翻译模板，D正确。
　　基因表达与性状的关系
周期性共济失调是一种由常染色体上的基因(用A或a表示)控制的遗传病，致病基因导致细胞膜上正常钙离子通道蛋白结构异常，从而使正常钙离子通道的数量不足，造成细胞功能异常。该致病基因纯合会导致胚胎致死。患者发病的分子机理如图所示。请回答下列问题：
(1)图中①②分别表示什么生理过程？
答案：图中①过程表示转录，②过程表示翻译。
(2)结构C的形成与什么结构有关？
答案：结构C为核糖体，核仁与核糖体的形成有关。
(3)图中所揭示的基因控制性状的方式是什么？
答案：图中的基因所编码的通道蛋白属于结构蛋白，因此图中所揭示的基因控制性状的方式是基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。
(4)若不发生基因突变，是否可能产生异常钙离子通道蛋白？
答案：可能，表观遗传。
1．基因与性状的关系整合
(1)一个基因一种性状(多数性状受单基因控制)
(2)一个基因多种性状(如基因间相互作用)
(3)多个基因一种性状(如身高、体重等)
2．基因与性状的关系示意图
3．性状是基因和环境共同作用的结果
(1)生物体的性状不完全由基因决定，环境对性状也有着重要影响。如后天的营养和体育锻炼等对人的身高也有重要作用。
(2)基因与基因、基因与基因表达产物、基因与环境之间存在着复杂的相互作用，形成了一个错综复杂的网络，精细地调控着生物体的性状。
考向1|
基因对性状的控制
1．(多选)下图为豌豆种子圆粒性状的产生机制，请据图判断下列叙述错误的是(　　)
A．淀粉分支酶基因R是豌豆种子细胞中具有遗传效应的DNA片段
B．b过程能发生碱基互补配对的是碱基A与T，C与G
C．当R中插入一小段DNA序列后，豌豆不能合成淀粉分支酶，而使蔗糖增多，其发生的变异是基因重组
D．此图解说明基因通过控制酶的合成来控制代谢过程进而控制生物体性状
BC　解析：基因的本质是具有遗传效应的DNA片段；b过程为翻译，发生互补配对的物质是mRNA上的密码子对应的碱基与tRNA上的反密码子相对应的碱基，两种RNA上均没有碱基T；当R中插入一小段DNA序列后，导致R基因的结构发生改变，豌豆不能合成淀粉分支酶而使蔗糖增多，影响了细胞代谢，属于基因突变。
考向2|
表观遗传
2．真核生物细胞内存在着种类繁多、长度为21～23个核苷酸的小分子RNA(简称miRNA)，它们能与相关基因转录形成的mRNA互补，形成局部双链。这些miRNA抑制基因表达的机制是(　　)
A．阻断rRNA装配成核糖体
B．妨碍双链DNA分子的解旋
C．干扰核糖体与mRNA结合
D．影响RNA分子的远距离转运
C　解析：根据题意，miRNA与rRNA装配成核糖体无关，A错误；miRNA并没有与双链DNA分子互补，故不会妨碍双链DNA分子的解旋，B错误；
miRNA是与相关基因转录出来的mRNA互补，则mRNA就无法与核糖体结合，C正确；miRNA只是阻止了mRNA发挥作用，不会影响RNA分子的远距离转运，D错误。
学习探索情境
　　真核细胞细胞核内的基因，其编码蛋白质的碱基序列被很多称为内含子的不能编码蛋白质的碱基序列分隔开，在转录时，先形成了不成熟的前体mRNA，然后需要经过5′端的加帽、3′端的多聚腺苷酸化、去除内含子、碱基甲基化等加工过程。去掉内含子对应的转录片段，再把其他片段连接起来，才形成成熟的mRNA，才能指导核糖体翻译形成蛋白质。
命题生长点1
基因表达中的有关计算
已知一个由2条肽链组成的蛋白质分子，共有肽键198个，控制翻译该蛋白质分子的mRNA中A和U共占25%，则控制转录该mRNA的DNA分子中，C与G应该共有(不考虑终止密码子)(D)
A．600个
B．700个
C．800个
D．900个
解析：根据由2条肽链组成的蛋白质分子共有肽键198个可知，该蛋白质由200个氨基酸组成，则翻译形成该蛋白质的mRNA分子中含有600个碱基，转录该mRNA的DNA分子含有1
200个碱基。mRNA中A和U共占25%，可知A＋U＝150(个)，则转录形成该mRNA的DNA模板链上T＋A＝150(个)，DNA分子中非模板链上A＋T＝150(个)，整个DNA分子中A＋T＝300(个)，则该DNA分子中C＋G＝1
200－300＝900(个)。
命题生长点2
真核细胞和原核细胞基因表达的区别
下图所示为甲、乙两类细胞内遗传信息的传递过程，下列相关叙述正确的是(A)
A．细胞甲可表示大肠杆菌细胞内遗传信息的传递过程
B．细胞甲中多个核糖体共同完成一条多肽链的翻译
C．细胞乙中①和②过程都有T－A碱基配对现象
D．细胞乙中核糖体从mRNA的3′端向5′端移动
解析：细胞甲中转录与翻译过程同时进行，是原核生物细胞，A正确；细胞甲中多个核糖体同时与一条mRNA结合，可以在短时间内大量合成相同的多条多肽链，B错误；细胞乙中①为DNA转录成RNA的过程，②为翻译过程，存在密码子与反密码子的配对，是RNA与RNA的配对，只有在转录中有T－A碱基配对现象，C错误；一条mRNA可同时结合多个核糖体，核糖体上合成的肽链越短说明翻译用时越少，细胞乙中核糖体从mRNA的5′端向3′端移动，D错误。
“三步法”解答关于基因表达中的计算题
第一步：作图。通常只需画出下图甲，但当涉及转录、逆转录、翻译时还要画出图乙。
第二步：转换。即根据第一步画出的图，把题干给出的条件转换成数学等式。
第三步：计算。即根据题干的要求，结合第二步中的数学等式，求出相应的数值。
“三步法”判断真、原核细胞的DNA复制、转录及翻译
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高频考点进阶课4　同位素标记法在生物实验中的应用
第六单元　基因的本质和表达
01
类型1同位素标记法在经典实验中的应用
典题引领
素养建构
素能训练
02
类型2　同位素标记法在DNA相关实验中的应用
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解析答案同位素标记法在生物实验中的应用
　　　　同位素标记法在经典实验中的应用
(2020·浙江绍兴模拟)对下列生物学实验结果进行分析与讨论：
(1)某研究小组进行“探究DNA的复制过程”的活动，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分布位置。
本活动运用了__________和__________技术。c管的结果表明该管中的大肠杆菌的DNA是_______________________(填“15N/15N?DNA、14N/14N?DNA”或“14N/15N?DNA、14N/14N?DNA”或“14N/15N?DNA、15N/15N?DNA”)，实验结果说明DNA的复制方式是________________。
(2)在细胞分裂间期，线粒体的数目增多，其增多的方式有3种假设：Ⅰ.细胞利用磷脂、蛋白质等重新合成；Ⅱ.细胞利用其他生物膜装配形成；Ⅲ.线粒体分裂增殖形成。有人通过放射性标记实验，对上述假设进行了探究，方法如下：首先将一种链孢霉营养缺陷型突变株(自身不能合成胆碱)在加有3H标记的胆碱(磷脂的前体)培养基(培养生物的人工营养基质)中培养，然后转入另一种培养基中继续培养，定期取样，检测细胞中线粒体的放射性。结果如下：
标记后细胞增殖的代数
1
2
3
4
测得的相对放射性
2.0
1.0
0.5
0.25
①实验中采用链孢霉营养缺陷型突变株的目的是__________________________________________。
②实验中所用的“另一种培养基”在配制成分上的要求是_________________________________________________________。
③通过上述实验，初步判断3种假设中成立的是________(在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中选择)。
解析：(1)由题意“培养大肠杆菌的唯一氮源是14NH4Cl或15NH4Cl”和“条带表示大肠杆菌DNA离心后在离心管中的分布位置”可知，本活动运用了同位素标记技术和密度梯度离心技术。分析题图可知，a管中的DNA密度最大，表明该管中的大肠杆菌是在含15NH4Cl的培养液中培养的，其DNA都是15N/15N?DNA；b管中的DNA密度介于最大和最小之间，表明该管中的大肠杆菌的DNA都是14N/15N?DNA；c管中的DNA密度一半介于最大和最小之间，一半最小，表明该管中的大肠杆菌的DNA一半是14N/15N?DNA，一半是14N/14N?DNA。实验结果说明DNA的复制方式是半保留复制。(2)①与野生型相比，实验中所用链孢霉营养缺陷型突变株要加胆碱才能繁殖，说明链孢霉营养缺陷型突变株的代谢特点是自身不能合成胆碱，所以采用链孢霉营养缺陷型突变株的目的是排除细胞内自身合成的胆碱对实验的干扰。②实验中所用的“另一种培养基”与前一种培养基相比，能让链孢霉营养缺陷型突变株在其上培养，从结果来看检测的是标记后细胞增殖的代数与测得的相对放射性的关系，所以“另一种培养基”配制成分应与前一步骤的培养基相同，只是胆碱没有3H标记。③题表结果显示，随着细胞增殖代数的增加，测得的细胞中线粒体的相对放射性成倍减少，初步判断3种假设中成立的是“Ⅲ.线粒体分裂增殖形成”。
答案：(1)同位素标记技术　密度梯度(超速)离心　14N/15N?DNA、14N/14N?DNA　半保留复制　(2)①排除细胞内自身合成的胆碱对实验的干扰　②成分与前一步骤的培养基相同，只是胆碱没有3H标记　③Ⅲ
1．同位素标记法在高中生物学实验中的应用
同位素标记法是利用放射性同位素作为示踪剂对研究对象进行标记的微量分析方法，生物学上经常使用的同位素是组成细胞的主要元素，即H、N、C、S、P和O等的同位素。注意，1H、16O和14N没有放射性。
(1)探究光合作用中元素(原子)的转移：①美国科学家鲁宾和卡门用18O分别标记H2O和CO2，证明光合作用释放的氧气全部来自水。②卡尔文等用14C
标记的CO2供小球藻进行光合作用，追踪检测其放射性，探明了CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径。
(2)证明DNA是遗传物质：赫尔希和蔡斯分别用放射性同位素标记蛋白质和DNA的特征元素，即用32P标记噬菌体的DNA，用35S标记噬菌体的蛋白质，证明DNA是噬菌体的遗传物质。
(3)研究分泌蛋白的合成和运输：用3H标记亮氨酸，研究分泌蛋白在细胞中的合成、运输与分泌途径，证明分泌蛋白的合成及运输方向为核糖体→内质网→高尔基体→细胞膜，从而证明了细胞内的各种生物膜在功能上是紧密联系的。
(4)证明DNA分子进行半保留复制：用含有15N标记的NH4Cl培养液培养大肠杆菌，让大肠杆菌繁殖几代，再将大肠杆菌转移到含14N的普通培养液中培养，然后在不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA，再通过密度梯度离心来区别亲代与子代DNA，从而证明DNA的复制是以半保留的方式进行的。
(5)研究生长素的极性运输：证明植物生长素的极性运输时，用同位素14C标记茎形态学上端的生长素(吲哚乙酸)，可在茎的形态学下端检测到放射性同位素14C，而标记茎形态学下端的生长素，在茎的形态学上端检测不到放射性同位素14C，说明植物生长素只能从形态学上端运输到形态学下端。
(6)基因工程：在目的基因的检测与鉴定中，采用了DNA分子杂交技术。将转基因生物的基因组DNA提取出来，在含有目的基因的DNA片段上用放射性同位素作标记，以此为探针使之与基因组DNA杂交，如果显示出杂交带，就表明目的基因已导入受体细胞中。另外，还可采用同样方法检测目的基因是否转录出了mRNA，不同的是从转基因生物中提取的是mRNA。
(7)基因诊断：基因诊断是用放射性同位素(如32P)、荧光分子等标记的DNA分子作探针，依据DNA分子杂交原理，鉴定被检测样本上的遗传信息，从而达到检测疾病的目的。
(8)示踪原子不仅用于科学研究，还用于疾病的诊断和治疗。例如，射线能破坏甲状腺细胞，使甲状腺肿大得到缓解。因此，碘的放射性同位素就可用于治疗甲状腺肿大。
2．与荧光标记法的区别
荧光标记法常用绿色荧光蛋白(GFP)为目标蛋白，通过转基因技术一起构建到载体上，可跟踪和判断生物细胞的分子变化。同位素标记法和荧光标记法的区别：同位素标记法通常采用放射性同位素标记物质中的分子、原子，荧光标记法通常是借助荧光分子来标记蛋白质。一个是元素标记，另一个是分子标记。
(1)常用的荧光蛋白有绿色和红色两种
①绿色荧光蛋白(GFP)常用的是来源于发光水母的一种功能独特的蛋白质，蓝光或近紫外光照射，发出绿色荧光。
②红色荧光蛋白来源于珊瑚虫，是一种与绿色荧光蛋白同源的荧光蛋白，在紫外光的照射下可发出红色荧光。
(2)教材中用到的荧光标记法
①“人鼠细胞融合实验”：这一实验很有力地证明了细胞膜的结构特点是具有一定的流动性。
②荧光标记可用于观察细胞分裂。
③荧光标记显示基因在染色体上的位置：通过现代分子生物学技术，运用荧光标记的手段，可以很直观地观察到某一基因在染色体上的位置。
1．(2020·江苏卷)同位素可用于追踪物质的运行和变化规律。在生物科学史中，下列科学研究未采用同位素标记法的是(　　)
A．卡尔文(M.Calvin)等探明CO2中的碳在光合作用中的转化途径
B．赫尔希(A.D.Hershey)等利用T2噬菌体侵染大肠杆菌证明DNA是遗传物质
C．梅塞尔森(M.Meselson)等证明DNA进行半保留复制
D．温特(F.W.Went)证明胚芽鞘产生促进生长的化学物质
D　解析：卡尔文等探明CO2中的碳在光合作用中的转化途径时，用14C标记了CO2中的碳，A不符合题意；赫尔希等利用T2噬菌体侵染大肠杆菌证明DNA是遗传物质的实验中，采用35S、32P分别标记T2噬菌体，B不符合题意；梅塞尔森等证明DNA进行半保留复制时，利用15N标记DNA，C不符合题意；温特证明胚芽鞘产生促进生长的化学物质时并没有采用同位素标记法，D符合题意。
2．有人以豌豆完整植株为材料研究植物侧芽的生长受生长素(IAA)及其他物质的共同影响，进行了以下实验：实验一：分组进行去除顶芽、去顶并在切口涂抹IAA处理后，定时测定侧芽长度，见图1；实验二：用14CO2饲喂叶片，测定去顶8
h时侧芽附近14C放射性强度和IAA含量，见图2。据图分析，下列说法错误的是(　　)
A．实验一中，去顶32
h时Ⅲ组侧芽长度明显小于Ⅱ组，原因可能是人工涂抹的IAA起到抑制作用
B．实验二中，a、b两组侧芽附近14C放射性强度差异明显，说明去顶后往侧芽分配的光合产物增加
C．去顶8
h时Ⅰ组和Ⅱ组侧芽附近的IAA浓度关系为Ⅰ组等于Ⅱ组
D．去顶8
h时Ⅱ组侧芽长度明显大于Ⅰ组可能原因是生长素浓度降低，抑制生长的效果被解除
D　解析：实验一中，去顶32
h时，Ⅲ组侧芽长度明显小于Ⅱ组，其原因是人工涂抹IAA后，导致侧芽部位生长素浓度过高，起到抑制作用，A正确；实验二中，14CO2进入叶绿体后，首先能检测到含14C的有机物是C3，该物质被还原成糖类需要光反应提供ATP和NADPH，a、b两组侧芽附近14C信号强度差异明显，说明去顶后往侧芽分配的光合产物增加，B正确；由实验二可知，去顶8
h时，Ⅰ组和Ⅱ组侧芽附近的IAA浓度应该是Ⅰ组等于Ⅱ组，C正确；去顶8
h时Ⅱ组侧芽长度明显大于Ⅰ组，据实验二可知，Ⅱ组去顶后IAA的含量并没有降低，去顶后往侧芽分配的光合产物增多，促进侧芽的生长，D错误。
3．(多选)在体外用14C标记半胱氨酸?tRNA复合物中的半胱氨酸(Cys)，得到
Cys?tRNACys，再用无机催化剂镍将其中的半胱氨酸还原成丙氨酸(Ala)，得到
Ala?tRNACys(见下图，tRNA不变)。如果该
Ala?tRNACys参与翻译过程，那么下列说法正确的是(　　)
A．在一个mRNA
分子上可以同时合成多条被14C标记的多肽链
B．反密码子与密码子的配对由tRNA上结合的氨基酸决定
C．新合成的肽链中，原来Cys的位置会被替换为14C
标记的Ala
D．新合成的肽链中，原来Ala的位置会被替换为14C
标记的Cys
AC　解析：多聚核糖体是指一条mRNA上同时结合多个核糖体，可同时合成多条被14C标记的多肽链，A正确；反密码子与密码子按碱基互补配对原则进行配对，与tRNA携带的氨基酸无关，B错误；由于该tRNA携带的氨基酸由Cys替换成Ala，则新合成的肽链中，原来Cys的位置会被替换成Ala，C正确；该tRNA本应运输Cys，则Ala的位置不会替换为Cys，D错误。
　　　　同位素标记法在DNA相关实验中的应用
根据遗传物质的化学组成，可将病毒分为RNA病毒和DNA病毒两种类型，有些病毒对人类健康会造成很大危害，通常一种新病毒出现后需要确定该病毒的类型。
假设在宿主细胞内不发生碱基之间的相互转换，请利用放射性同位素标记的方法，以体外培养的宿主细胞等为材料，设计实验以确定一种新病毒的类型，简要写出：(1)实验思路；(2)预期实验结果及结论即可。(要求：实验包含可相互印证的甲、乙两个组)
解析：(1)由于DNA和RNA有各自的特有碱基，DNA特有碱基为T，RNA特有碱基为U，在用放射性同位素标记碱基U的培养基中培养宿主细胞，使宿主细胞含有放射性。再用病毒去侵染含放射性的宿主细胞，看子代病毒是否含有放射性，为甲组；在用放射性同位素标记碱基T的培养基中培养宿主细胞，使宿主细胞含有放射性。再用病毒去侵染含放射性的宿主细胞，看子代病毒是否含有放射性，为乙组。(2)若甲组收集的病毒有放射性，乙组无，即为RNA病毒；反之为DNA病毒。
答案：(1)实验思路：甲组：将宿主细胞培养在含有放射性标记尿嘧啶的培养基中，之后接种新病毒，培养一段时间后收集病毒并检测其放射性。乙组：将宿主细胞培养在含有放射性标记胸腺嘧啶的培养基中，之后接种新病毒，培养一段时间后收集病毒并检测其放射性。(2)结果及结论：若甲组收集的病毒有放射性，乙组无，即为RNA病毒；若乙组收集的病毒有放射性，甲组无，即为DNA病毒。
细胞分裂与DNA复制
(1)有丝分裂与DNA复制的关系
如果用15N标记细胞中的核DNA分子，然后将细胞放在正常环境(含14N)中培养，让其进行两次有丝分裂，结果染色体中的DNA标记情况如图所示：
这样来看，最后形成的4个子细胞有3种情况：第1种情况是4个细胞都是；第2种情况是2个细胞是，1个细胞是，1个细胞是；第3种情况是2个细胞是，2个细胞是。
(2)减数分裂与DNA复制的关系
如果用15N标记细胞中的核DNA分子，然后将细胞放在正常环境(含14N)中培养，让其进行减数分裂，结果染色体中的DNA标记情况如图所示：
由图可以看出，减数分裂过程中细胞虽然连续分裂2次，但DNA只复制1次，所以4个子细胞均为，细胞中所有DNA分子均呈杂合状态。
(3)解题步骤
第一步
画出含一条染色体的细胞图，下方画出该条染色体上的1个DNA分子，用竖实线表示含同位素标记
第二步
画出复制一次，分裂一次的子细胞染色体图，下方画出染色体上的DNA链，未被标记的新链用竖虚线表示
第三步
再画出第二次复制(分裂)后的细胞的染色体组成和DNA链的情况
第四步
若继续推测后期情况，可想象着丝粒分裂，染色单体分开的局面，并进而推测子细胞染色体的情况
1．水稻体细胞中含24条染色体，现有一水稻根尖分生区细胞，此细胞中的DNA双链均被15N标记。将其放入含14N的培养基中进行培养，下列有关叙述错误是(　　)
A．细胞有丝分裂一次，被15N标记的子细胞占所有子细胞的比例为100%
B．细胞有丝分裂两次，被15N标记的子细胞占所有子细胞的比例为50%或100%
C．细胞有丝分裂n次(n＞6)，被15N标记的子细胞最多有48个
D．细胞有丝分裂n次(n＞6)，被15N标记的子细胞最少有2个
B　解析：以一条染色体分析标记物情况如下图：
由以上分析可知，细胞有丝分裂一次，全部子细胞均会被15N标记；细胞有丝分裂两次，因着丝粒分裂时，含15N的子染色体是随机拉向细胞的一极，有可能出现15N全被拉向同一极，或拉向两极，因而，被15N标记的子细胞占所有子细胞比例可能为50%或75%或100%；同理，细胞有丝分裂n次(n＞6)，被15N标记的子细胞最多有48个，若每次分裂时15N均全被拉向细胞一极，则可能出现只有2个细胞被15N标记，综上所述，选B项。
2．取1个含有1对同源染色体的精原细胞，用15N标记细胞核中的DNA，然后放在含14N的培养基中培养，让其连续进行两次有丝分裂，形成4个细胞，这4个细胞中含15N的细胞个数可能是(　　)
A．2
B．3
C．4
D．前三项都可能
D　解析：绘制图示如下：
这样来看，最后形成的4个子细胞有3种情况：第1种情况是4个细胞都是；第2种情况是2个细胞是，1个细胞是，1个细胞是；第3种情况是2个细胞是，2个细胞是。
3．同位素标记法在遗传学的研究中发挥了重要作用。请根据所学知识回答下列问题：
(1)现提供3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸、尿嘧啶核糖核苷酸以及亮氨酸，若要研究抗体的合成与转运，应选择____________；若要验证抗体合成所需的直接模板，应选择____________________。
(2)为探究T2噬菌体的遗传物质，用放射性同位素标记的T2噬菌体侵染未被标记的大肠杆菌，经短时间保温培养、搅拌离心，检测到上清液中的放射性很低。此组实验标记的元素是________，离心的目的是_____________。
(3)科学家将15N标记的DNA分子(15N15N?DNA)放到含14N的培养液中培养，让其复制3次。将亲代DNA和每次复制产物置于试管进行离心，结果如图。其中代表复制2次后的分层结果是________(填字母)，理由是_______________________________________。
解析：(1)抗体的化学本质是蛋白质，其基本组成单位是氨基酸，因此若要研究抗体的合成与转运，应选择3H标记的亮氨酸；抗体是蛋白质，其合成的直接模板是mRNA，若要验证抗体合成所需的直接模板，应选择3H标记的尿嘧啶核糖核苷酸。(2)噬菌体侵染细菌的实验分两组，一组噬菌体用35S对其蛋白质外壳进行标记，另一组用32P对噬菌体的核酸进行标记。噬菌体在侵染细菌时，只是把遗传物质DNA注入细菌，因此如果标记的是蛋白质，则上清液放射性高，沉淀物放射性很低；如果标记的是DNA，则上清液放射性很低，沉淀物放射性高。综上所述，此组实验中标记的是DNA，即DNA中的P元素。此实验过程中，离心的目的是让上清液中析出质量较轻的T2噬菌体颗粒，沉淀物中留下被侵染的大肠杆菌。(3)由于DNA分子的复制方式是半保留复制，一个用15N标记的DNA在含14N的培养液中培养，复制1次后，每个DNA分子的一条链含15N，一条链含14N，离心后对应图中的b，复制2次后，产生4个DNA分子，其中含15N和14N的DNA分子为2个，只含14N的DNA分子为2个，离心后对应图中的c。
答案：(1)3H标记的亮氨酸　3H标记的尿嘧啶核糖核苷酸　(2)P　让上清液中析出质量较轻的T2噬菌体颗粒，沉淀物中留下被侵染的大肠杆菌　(3)c　DNA复制方式为半保留复制，15N15N?DNA分子复制2次后，子代中1/2为15N14N?DNA，1/2为14N14N?DNA，离心结果与c相符
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