資源簡介

第2節　DNA的結構
課標要求
1．概述DNA分子是由4種脫氧核苷酸構成的，通常由兩條堿基互補配對的反向平行長鏈形成雙螺旋結構，堿基的排列順序編碼了遺傳信息。
2．搜集DNA分子結構模型建立過程的資料并進行討論和交流。
3．制作DNA雙螺旋結構模型。
核心素養
1．了解科學家構建模型的研究歷程，領悟模型建構在研究中的應用，體會持之以恒的科學精神。(社會責任)
2．總結DNA結構的主要特點，初步形成遺傳物質結構與功能相統一的觀點。(生命觀念)
3．嘗試制作DNA雙螺旋結構模型，領悟模型方法在科學研究中的作用。(科學探究)
一、DNA雙螺旋結構模型的構建
基礎知識·雙基夯實
1．構建者：美國生物學家_沃森__和英國物理學家_克里克__。
2．過程
活|學|巧|練
1．沃森和克里克構建了一個磷酸—脫氧核糖骨架排在螺旋外部，堿基排在螺旋內部的雙鏈螺旋。( √ )
2．由于DNA雙螺旋結構的發現，沃森、克里克和威爾金斯共同獲得了諾貝爾生理學或醫學獎。( √ )
3．A—T堿基對和G—C堿基對的形狀和直徑是不相同的，使得DNA的直徑也不同。( × )
合|作|探|究
1．兩條鏈中的堿基排列在內側，是相同的堿基兩兩相連嗎？請結合以下資料進行分析：
資料1　DNA螺旋的直徑是固定的，均為2 nm。
資料2　嘌呤和嘧啶的分子結構圖
結論：_不是相同的堿基兩兩相連，應是嘌呤與嘧啶相連__。
2．請根據查哥夫堿基數據表猜測應是哪兩種堿基配對？
來源 堿基的相對含量
腺嘌呤A 鳥嘌呤G 胞嘧啶C 胸腺嘧啶T
人 30.9 19.9 19.8 29.4
牛 27.9 22.7 22.1 27.3
酵母菌 31.3 18.7 17.1 32.9
結合分枝桿菌 15.1 34.9 35.4 14.6
結論：_A與T配對，G與C配對__。
歸|納|提|升
DNA雙螺旋結構的特點
典例1 1962年沃森、克里克和威爾金斯三人因什么成果共同獲得了諾貝爾生理學或醫學獎( C )
A．通過細菌轉化實驗證明轉化因子的存在
B．通過噬菌體侵染細菌的實驗證明遺傳物質是DNA
C．DNA雙螺旋結構模型
D．確定了基因存在于染色體上
解析： 選項中成果與科學家之間的對應如下：格里菲思通過肺炎鏈球菌的體內轉化實驗，證明了轉化因子的存在；赫爾希和蔡斯通過噬菌體侵染細菌實驗，證明了DNA是遺傳物質；沃森、克里克和威爾金斯因DNA的雙螺旋結構，獲得了諾貝爾生理學或醫學獎；摩爾根通過果蠅雜交實驗，證明了基因在染色體上。
變式訓練 下列關于威爾金斯、沃森和克里克、富蘭克林、查哥夫等人在DNA結構模型構建方面的突出貢獻的說法，正確的是( B )
A．威爾金斯和富蘭克林提供了DNA的電子顯微鏡圖像
B．沃森和克里克提出了DNA雙螺旋結構模型
C．查哥夫提出了A與T配對、C與G配對的正確關系
D．富蘭克林和查哥夫發現DNA分子中A的量等于T的量、C的量等于G的量
解析： 在DNA結構模型構建方面，威爾金斯和富蘭克林提供了DNA的衍射圖譜，A錯誤；查哥夫發現了在雙鏈DNA中A的量總是等于T的量、C的量總是等于G的量，沃森和克里克在此基礎上提出了A與T配對、C與G配對的正確關系，還構建了DNA雙螺旋結構模型，B正確，C、D錯誤。
二、DNA的結構
基礎知識·雙基夯實
DNA雙螺旋結構的主要特點
(1)DNA是由兩條單鏈組成的，這兩條鏈按_反向平行__方式盤旋成雙螺旋結構。DNA的一條單鏈具有兩個末端，一端有一個游離的磷酸基團，這一端稱作_5′－端__，另一端有一個羥基(—OH)，稱作_3′－端__。DNA的兩條單鏈走向_相反__，從雙鏈的一端開始，一條單鏈是從5′－端到3′－端的，另一條單鏈則是從3′－端到5′－端的。
(2)DNA中的_脫氧核糖和磷酸__交替連接，排列在外側，構成基本骨架；_堿基__排列在內側。
(3)兩條鏈上的堿基通過_氫鍵__連接成堿基對，并且堿基配對具有一定規律：_A(腺嘌呤)__一定與T(胸腺嘧啶)配對，_G(鳥嘌呤)__一定與C(胞嘧啶)配對。堿基之間的這種一一對應的關系，叫作_堿基互補配對__原則。
活|學|巧|練
1．DNA中堿基數＝磷酸數＝核糖數。( × )
2．含有G、C堿基對比較多的DNA熱穩定性較差。( × )
3．雙鏈DNA中一條鏈上的磷酸和核糖是通過氫鍵連接的。( × )
4．DNA一條鏈上相鄰的兩個堿基通過“脫氧核糖—磷酸—脫氧核糖”相連。( √ )
合|作|探|究
1．圖1為脫氧核苷酸的結構圖，圖2為DNA分子的空間結構和平面結構，請分析并回答問題：
圖1
圖2
(1)DNA分子的基本組成單位是_脫氧核苷酸__，它由磷酸、脫氧核糖和_含氮堿基__構成。構成DNA的堿基有_四__種，分別為A_腺嘌呤__、T_胸腺嘧啶__、G_鳥嘌呤__、C_胞嘧啶__。
(2)圖2的①②③④中，構成一個脫氧核苷酸的是_①②③__。DNA的一條鏈中，一個磷酸與_一個或兩__個脫氧核糖相連，一個脫氧核糖與_一個或兩__個磷酸相連。兩條鏈的堿基通過_氫鍵__相連，該片段中有_兩__個游離的磷酸基團。
(3)一條DNA單鏈的序列是5′—CAGTAC—3′，那么它的互補鏈的序列是什么？_5′—GTACTG—3′__。
2．DNA的多樣性和穩定性
(1)DNA只含有4種脫氧核苷酸，它為什么能夠儲存足夠量的遺傳信息？
(2)DNA是如何維系它的遺傳穩定性的？
提示：(1)堿基排列順序的千變萬化，使DNA儲存了大量的遺傳信息。
(2)兩條鏈上的堿基之間的氫鍵和每條鏈上的磷酸二酯鍵共同維持了雙螺旋結構的穩定性。
歸|納|提|升
1．準確辨析DNA結構中的數量、位置關系及連接方式
(1) 數量關系
(2) 位置關系
(3) 連接方式
2．DNA初步水解的產物是4種脫氧核糖核苷酸；徹底水解的產物是磷酸、脫氧核糖和4種含氮堿基。
3．DNA多樣性和穩定性的原因
DNA上的脫氧核苷酸雖然只有4種，但是數量龐大，所以導致堿基的排列順序千變萬化，而遺傳信息就蘊藏在堿基的排列順序中。兩條鏈上的堿基之間的氫鍵能夠維持DNA的雙鏈狀態，而每條鏈上的磷酸二酯鍵能夠維持DNA單鏈的穩定，所以主要是這兩種鍵維持了DNA雙螺旋結構的穩定。
典例2 (2023·江西上饒質檢)2019年8月發表在《自然》雜志上的一項研究表明：與人類相比，魚的后代之間的記憶以“DNA甲基化”的形式保存著，而人類幾乎完全被抹去了這一點。下列關于DNA的敘述，錯誤的是( B )
A．構成人類和魚類DNA的基本骨架相同
B．人類和魚類的DNA中堿基數＝磷酸數＝核糖數
C．人類和魚類的DNA不同與堿基對數量和排序有關
D．DNA雙螺旋結構中堿基排列在內側，通過氫鍵相連，遵循堿基互補配對原則
解析： 不同生物中構成DNA的基本骨架是一樣的，所以構成人類和魚類DNA的基本骨架相同，A正確；人類和魚類的DNA中有脫氧核糖，沒有核糖，B錯誤；DNA可以攜帶多種遺傳信息與堿基對數量和排序有關，C正確；DNA雙螺旋結構中堿基排列在內側，通過氫鍵相連形成堿基對，遵循堿基互補配對原則，D正確。
變式訓練 (2023·平頂山高一月考)下面關于DNA分子結構的敘述中，錯誤的是( B )
A．每個雙鏈DNA分子一般都含有4種脫氧核苷酸
B．每個核糖上均連接著1個磷酸和1個堿基
C．DNA分子的基本骨架排列在外側
D．雙鏈DNA分子中的一段若含有40個胞嘧啶，就一定會同時含有40個鳥嘌呤
解析： DNA分子的基本組成單位是脫氧核苷酸，每個DNA分子中通常都會含有4種脫氧核苷酸，A正確；在DNA分子中，一般情況下除了3′－端的脫氧核糖，其他脫氧核糖上連接2個磷酸和1個堿基，B錯誤。
典例3 某研究小組用如圖所示的6種卡片、脫氧核糖和磷酸之間的連接物、脫氧核糖和堿基之間的連接物、代表氫鍵的連接物若干，成功搭建了一個完整的DNA分子模型，模型中有4個T和6個G。下列有關說法正確的是( C )
A．代表氫鍵的連接物有24個
B．代表胞嘧啶的卡片有4個
C．脫氧核糖和磷酸之間的連接物有38個
D．理論上能搭建出410種不同的DNA分子模型
解析： 模型中有4個A—T堿基對，6個C—G堿基對，則氫鍵的連接物有4×2＋6×3＝26(個)，A錯誤；模型中有6個C—G堿基對，因此代表胞嘧啶的卡片有6個，B錯誤；模型中共有10個堿基對，每條鏈中各有10個脫氧核苷酸，因此脫氧核糖和磷酸之間的連接物有10×2＋9×2＝38(個)，C正確；由于A—T堿基對和C—G堿基對的數目已經確定，因此理論上能搭建出的DNA分子模型的種類數少于410種，D錯誤。
變式訓練 在DNA分子模型的搭建實驗中，若僅有訂書釘將脫氧核糖、磷酸、堿基連為一體并構建一個含10對堿基(A有6個)的DNA雙鏈片段，那么使用的訂書釘個數為( C )
A．58　 B．78　
C．82　 D．88
解析： 需要使用訂書釘連接的部位有堿基與堿基的連接處、脫氧核糖與磷酸的連接處以及脫氧核糖與堿基的連接處，連接堿基與堿基需要的訂書釘數目為6×2＋4×3＝24，連接脫氧核糖與磷酸需要的訂書釘數目為20×2－2＝38，連接脫氧核糖與堿基需要的訂書釘數目是20，故總共需要的訂書釘數目是82。
DNA堿基數目的相關計算規律
回答有關堿基互補配對原則應用的問題：
設DNA一條鏈為1鏈，互補鏈為2鏈。根據堿基互補配對原則可知，A1＝T2，A2＝T1，G1＝C2，G2＝C1。
請據此完成以下推論：
(1)A1＋A2＝T1＋T2；G1＋G2＝C1＋C2。
即：雙鏈中A＝T，G＝C，A＋G＝T＋C＝A＋C＝T＋G＝(A＋G＋T＋C)。
規律一：雙鏈DNA分子中嘌呤堿基總數等于嘧啶堿基總數，任意兩個不互補堿基之和為堿基總數的一半。
(2)A1＋T1＝A2＋T2；G1＋C1＝G2＋C2。
＝＝(N為相應的堿基總數)
＝＝
規律二：互補堿基之和所占比例在任意一條鏈及整個DNA分子中都相等，簡記為“補則等”。
(3)與的關系是互為倒數。
規律三：非互補堿基之和的比值在兩條互補鏈中互為倒數，簡記為“不補則倒”。
(4)若＝a，＝b，則＝(a＋b)。
規律四：某種堿基在雙鏈中所占的比例等于它在每一條單鏈中所占比例和的一半。
典例4 (2023·河北石家莊二中月考)已知某DNA分子中，G與C之和占全部堿基總數的40%，其中一條鏈的T與C分別占該鏈堿基總數的40%和15%。下列有關敘述正確的是( B )
A．則在它的互補鏈中，T與C之和占該鏈堿基總數的55%
B．則在它的互補鏈中，T和C分別占該鏈堿基總數的20%和25%
C．若該DNA分子含1 000個堿基對，則堿基之間的氫鍵數為2 600
D．則該DNA分子的堿基(C＋G)/(A＋T)為3∶2
解析： 依題意，G＋C＝40%，則C＝G＝20%，A＝T＝1/2－20%＝30%。則(A＋T)/(A＋T＋C＋G)＝60%，(A＋T)/(A＋T＋C＋G)＝(A1＋T1)/(A1＋T1＋C1＋G1)＝60%，其中一條鏈的T占該鏈堿基總數的40%，即T1/(A1＋T1＋C1＋G1)＝40%，可求出A1/(A1＋T1＋C1＋G1)＝(A1＋T1)/(A1＋T1＋C1＋G1)－T1/(A1＋T1＋C1＋G1)＝20%，A1/(A1＋T1＋C1＋G1)＝T2/(A2＋T2＋C2＋G2)＝20%。由于(C＋G)/(A＋T＋C＋G)＝(C1＋G1)/(A1＋T1＋C1＋G1)＝40%，其中一條鏈的C占該鏈堿基總數的15%，C1/(A1＋T1＋C1＋G1)＝15%，可求出G1/(A1＋T1＋C1＋G1)＝(C1＋G1)/(A1＋T1＋C1＋G1)－C1/(A1＋T1＋C1＋G1)＝25%，G1/(A1＋T1＋C1＋G1)＝C2/(A2＋T2＋C2＋G2)＝25%，則(T2＋C2)/(A2＋T2＋C2＋G2)＝45%，A錯誤，B正確；若該DNA分子含1 000個堿基對，則A＝T堿基對＝600，C≡G堿基對＝400，A、T之間的氫鍵數為600×2＝1 200，C、G之間的氫鍵數為400×3＝1 200，堿基之間的氫鍵數為2 400，C錯誤；該DNA分子的堿基(C＋G)/(A＋T)＝40∶60＝2∶3，D錯誤。
1．下列關于DNA結構的敘述，正確的是( C )
A．DNA是以4種脫氧核苷酸為單位連接而成的單鏈結構
B．DNA中的每個磷酸均連接著一個脫氧核糖和一個堿基
C．DNA兩條鏈之間總是嘌呤與嘧啶形成堿基對
D．DNA一條鏈上的相鄰堿基通過磷酸—脫氧核糖—磷酸相連
解析： DNA是以4種脫氧核苷酸為單位連接而成的雙鏈結構，A項錯誤；DNA中的絕大多數磷酸連接著兩個脫氧核糖，且磷酸不與堿基直接相連，B項錯誤；DNA一條鏈上的相鄰堿基通過脫氧核糖—磷酸—脫氧核糖相連，D項錯誤。
2．分析一個雙鏈DNA分子時，發現20%的脫氧核苷酸含有腺嘌呤，由此可知該分子中一條鏈上鳥嘌呤含量的最大值可占此鏈堿基總數的( D )
A．20% B．30%
C．40% D．60%
解析： 在一個DNA分子中，有20%的脫氧核苷酸含有腺嘌呤，即A＝20%。根據堿基互補配對原則，T＝A＝20%，則C＝G＝50%－20%＝30%。該DNA分子中鳥嘌呤所占的比例為30%，則該分子中一條鏈上鳥嘌呤占此鏈堿基總數的比例為：0～60%。所以該分子中一條鏈上鳥嘌呤含量的最大值可占此鏈堿基總數的60%。故選D。
3．已知某雙鏈DNA分子中，G與C之和占全部堿基總數的34%，其一條鏈中的T與C分別占該鏈堿基總數的32%和18%，則在它的互補鏈中，T和C分別占該鏈堿基總數的( A )
A．34%和16% B．34%和18%
C．16%和34% D．32%和18%
解析： 設該DNA分子的兩條鏈分別為1鏈和2鏈，雙鏈DNA中，G與C之和占全部堿基總數的34%，則A＋T占66%，又因為雙鏈DNA中，互補配對的兩種堿基之和占整個DNA分子的比例與每條鏈中這兩種堿基之和所占的比例相同，因此A1＋T1＝66%，G1＋C1＝34%，又因為T1與C1分別占該鏈堿基總數的32%和18%，則A1＝66%－32%＝34%；G1＝34%－18%＝16%，根據DNA的堿基互補配對關系，所以T2＝A1＝34%，C2＝G1＝16%，A正確。
學|霸|記|憶
1．DNA的雙螺旋結構的特點
(1)兩條鏈反向平行。
(2)脫氧核糖和磷酸交替連接，排列在外側，構成基本骨架；堿基排列在內側。
(3)兩條鏈上的堿基通過氫鍵連接成堿基對。
2．堿基互補配對原則是指雙鏈DNA中，A與T配對，C與G配對，相關規律有：
(1)嘌呤堿基數＝嘧啶堿基數，即A＋G＝T＋C。
(2)互補堿基之和所占的比例在DNA的任何一條鏈及整個DNA中都相等。
(3)非互補堿基和之比在兩條互補鏈中互為倒數，而在整個DNA中比值為1。
3．在DNA中，A與T之間有兩個氫鍵，C與G之間有三個氫鍵，故含G/C堿基對越多的DNA越穩定。第1節　DNA是主要的遺傳物質
課標要求
1．初步形成遺傳物質的結構與功能相統一的觀點。
2．認同科學結論獲得的最基本的方法是實證，提升科學思維能力。
3．說明DNA是主要的遺傳物質的原因。
核心素養
1．分析比較本節三大實驗的實驗方法和實驗結論。(科學思維)
2．理解DNA是主要的遺傳物質的結論。(科學思維)
3．感悟科學技術在生命科學探索過程中的作用。(社會責任)
一、肺炎鏈球菌的轉化實驗
基礎知識·雙基夯實
1．對遺傳物質的早期推測
20世紀20年代，大多數科學家認為_蛋白質__是生物體的遺傳物質。20世紀30年代，人們認識到組成DNA的脫氧核苷酸有4種，每一種有一個特定的堿基。這一認識本可以使人們意識到_DNA__的重要性，但是，由于對DNA的結構沒有清晰的了解，認為_蛋白質__是遺傳物質的觀點仍占主導地位。
2．肺炎鏈球菌的類型
項目 S型細菌 R型細菌
菌落 表面_光滑__ 表面_粗糙__
菌體
有無致病性 _有__ _無__
3．格里菲思的肺炎鏈球菌轉化實驗
實驗過程 結果分析 結論
(1)R型活細菌小鼠_不死亡__ R型細菌無致病性 已經加熱致死的S型細菌，含有某種促使R型活細菌轉化為S型活細菌的活性物質——轉化因子
(2)S型活細菌小鼠_死亡__S型活細菌 S型細菌有致病性
(3)加熱致死的S型細菌小鼠_不死亡__ 加熱致死的S型細菌已失活
小鼠_死亡___S型__活細菌 R型細菌轉化為_S型__細菌，且性狀可以遺傳
4．艾弗里的肺炎鏈球菌轉化實驗
(1)實驗過程及結果
(2)結論：_DNA__才是使R型細菌產生穩定遺傳變化的物質。
(3)減法原理：在對照實驗中，與常態比較，人為去除某種影響因素稱為“減法原理”。例如，在艾弗里的肺炎鏈球菌轉化實驗中，每個實驗組特異性地去除了一種物質，從而鑒定出DNA是遺傳物質。
活|學|巧|練
1．肺炎鏈球菌的遺傳遵循基因的分離定律和自由組合定律。( × )
2．格里菲思的肺炎鏈球菌體內轉化實驗直接證明了DNA是“轉化因子”。( × )
3．在艾弗里的實驗中，DNA酶將S型細菌的DNA分解為脫氧核苷酸，因此不能使R型細菌發生轉化。( √ )
4．肺炎鏈球菌轉化成功的關鍵是R型活細菌＋S型細菌的DNA。( √ )
合|作|探|究
1．根據對格里菲思體內轉化實驗的理解，回答以下問題：
(1)格里菲思的體內轉化實驗有無設計對照實驗？若有，則對照組和實驗組分別是第幾組？怎樣設計的？
(2)將R型活細菌與加熱致死的S型細菌混合注射到小鼠體內后，從死亡小鼠中只分離出了S型活細菌嗎？
提示：(1)有。對照組是第一至第三組，分別向健康小鼠體內注射R型活細菌、S型活細菌、加熱致死的S型細菌。第四組是實驗組，向健康小鼠體內注射R型活細菌和加熱致死的S型細菌的混合液。
(2)分離出的細菌既有S型活細菌，又有R型活細菌。
2．根據對艾弗里體外轉化實驗的理解，回答以下問題：
(1)艾弗里實驗的單一變量是什么？將可能作為“轉化因子”的各種物質，分別進行實驗的設計意圖是什么？
(2)第一組實驗中，將細胞提取物加入有R型活細菌的培養基中，所有的R型細菌全部轉化為了S型細菌嗎？
(3)艾弗里等人在S型細菌的提取物中，分別加入蛋白酶、RNA酶和酯酶，利用了酶的什么特點？分別起到了什么作用？
(4)實驗中設計了在S型細菌的細胞提取物與R型細菌中加入DNA酶混合培養，設計該組實驗的目的是什么？
(5)R型細菌轉化為S型細菌的遺傳物質、原料、能量分別由哪方提供？
提示：(1)實驗的單一變量是向R型細菌培養基中加入從S型細菌提取的不同物質。進行相互對照，可對實驗結果進行對比分析，得出結論，同時可避免其他物質的干擾。
(2)沒有，培養基中絕大多數是R型細菌，因轉化效率很低，只有少數R型細菌轉化為S型細菌。
(3)利用了酶的專一性。分別去除S型細菌提取物中的蛋白質、RNA和脂質。
(4)DNA酶將DNA水解為脫氧核苷酸，分解后的產物不能使R型細菌轉化為S型細菌，說明DNA必須保持完整性，才能行使其功能。同時證明了DNA是遺傳物質。
(5)實現轉化時遺傳物質來自S型細菌，原料和能量均來自R型細菌。
歸|納|提|升
1．易錯歸納
(1)肺炎鏈球菌轉化實驗的實質是S型細菌的DNA片段整合到了R型細菌的DNA中，進而在R型細菌中指導合成了S型細菌的一些物質，使R型細菌轉化成了S型細菌。
(2)一般情況下，轉化率很低，只有極少數R型細菌被S型細菌的DNA侵入并發生轉化，培養基中(或小鼠體內)的大量S型細菌大多是由轉化后的S型細菌繁殖而來的。
2．加熱的作用原理
(1)加熱會使蛋白質變性失活，這種失活是不可逆的。由于蛋白質失活，酶等生命體系失去其相應功能，細菌死亡。
(2)加熱時，DNA的結構也會被破壞，但當溫度降低到55 ℃左右時，DNA的結構會恢復，進而恢復活性。
典例1 在肺炎鏈球菌感染小鼠的實驗中，下列有關實驗結果的敘述，錯誤的是( C )
A．注射R型活細菌后，小鼠不死亡
B．注射S型活細菌后，小鼠死亡，從小鼠體內能分離出活的S型細菌
C．注射R型活細菌及加熱處理的S型細菌后，小鼠死亡，從小鼠體內只能分離出活的S型細菌
D．注射S型活細菌及加熱處理的R型細菌后，小鼠死亡，從小鼠體內能分離出活的S型細菌
解析： 注射R型活細菌及加熱處理的S型細菌，S型細菌的DNA使無致病性的R型細菌轉化為有致病性的S型細菌，使小鼠死亡，從小鼠體內既能分離出活的S型細菌又能分離出活的R型細菌，C錯誤。
變式訓練 艾弗里及其同事用R型和S型肺炎鏈球菌進行了實驗，如表所示。下列說法錯誤的是( D )
實驗組號 接種菌型 加入物質
① R型 S型細菌的細胞提取物 —
② R型 蛋白酶
③ R型 RNA酶
④ R型 酯酶
⑤ R型 DNA酶
A．①～④均會出現S型活細菌
B．②③④⑤利用了酶的專一性
C．實驗設計嚴格遵循了單一變量原則
D．通過本實驗說明DNA是主要的遺傳物質
解析： ①～④的S型細菌的細胞提取物中均含有DNA，與R型活細菌混合培養后會出現S型活細菌，A正確；本實驗利用了酶的專一性，用不同的酶進行處理，嚴格遵循了單一變量原則，B、C正確；本實驗只能說明DNA是遺傳物質，而不能說明DNA是主要的遺傳物質，D錯誤。
二、噬菌體侵染細菌的實驗
基礎知識·雙基夯實
1．實驗者：_赫爾希和蔡斯__。
2．實驗方法：_放射性同位素標記__技術。
3．實驗材料：T2噬菌體和大腸桿菌
(1)T2噬菌體的模式圖
(2)T2噬菌體的增殖
①合成T2噬菌體的DNA的模板：進入大腸桿菌體內的T2噬菌體的遺傳物質。
②合成T2噬菌體的DNA的原料：大腸桿菌提供的4種脫氧核苷酸。
③合成T2噬菌體的蛋白質的原料：大腸桿菌的氨基酸，場所：大腸桿菌的核糖體。
4．實驗過程
(1)標記T2噬菌體
(2)侵染細菌
5．實驗分析
(1)噬菌體侵染細菌時，_DNA__進入細菌的細胞中，而_蛋白質外殼__仍留在細胞外。
(2)子代噬菌體的各種性狀是通過_親代的DNA__遺傳的。
6．實驗結論：_DNA__才是噬菌體的遺傳物質。
活|學|巧|練
1．赫爾希和蔡斯用35S和32P分別標記T2噬菌體的蛋白質和DNA，證明了DNA是噬菌體的遺傳物質。( √ )
2．噬菌體須在活菌中增殖是因其缺乏獨立的代謝系統。( √ )
3．噬菌體侵染細菌的實驗獲得成功的原因之一是T2噬菌體只將DNA注入大腸桿菌細胞中。( √ )
4．噬菌體侵染細菌的實驗證明了DNA是細菌的遺傳物質。( × )
合|作|探|究
閱讀教材P44～46噬菌體侵染細菌的實驗，思考并回答以下問題：
1．實驗中為什么用35S標記T2噬菌體的蛋白質，32P標記T2噬菌體的DNA？能否直接用含35S和32P的培養基培養噬菌體，為什么？
提示：T2噬菌體由蛋白質和DNA組成，S只存在于蛋白質中，而P幾乎都存在于DNA分子中，所以用35S標記蛋白質，32P標記DNA，這樣可將蛋白質和DNA分開，單獨研究它們各自的作用。不能，因為T2噬菌體無細胞結構，其體內缺少完整的獨立生活的酶系統，專營寄生生活，其在普通培養基上無法生存。
2．大腸桿菌裂解釋放出的噬菌體中不能檢測到35S的蛋白質，那么蛋白質外殼來源于哪里？
提示：蛋白質外殼是以大腸桿菌的氨基酸為原料合成的。
3．在T2噬菌體侵染大腸桿菌實驗中需經過短時間保溫后，再攪拌、離心、檢測放射性，如果保溫時間較長對32P標記的噬菌體侵染細菌的結果有什么影響？
提示：如果保溫時間較長，已被T2噬菌體侵染的大腸桿菌會裂解釋放出子代噬菌體，導致上清液中也出現較高放射性。
4．實驗中，攪拌的目的是什么，如果攪拌不充分，會影響哪組實驗結果？
提示：實驗中攪拌的目的是使吸附在細菌上的噬菌體蛋白質外殼與細菌分離，如果攪拌不充分，35S標記的噬菌體的蛋白質外殼會附著在菌體上，與菌體一起到沉淀物中，從而導致沉淀物中有較強的放射性，會影響到35S標記的噬菌體的實驗結果。
歸|納|提|升
1．噬菌體侵染細菌實驗的兩個關鍵環節——“保溫”與“攪拌”
(1)保溫時間要合適——若保溫時間過短或過長會使32P組的上清液中放射性偏高，原因是部分噬菌體未侵染細菌或子代噬菌體被釋放出來。
(2)“攪拌”要充分——如果攪拌不充分，35S組部分噬菌體與大腸桿菌沒有分離，噬菌體與細菌共存于沉淀物中，這樣會造成沉淀物中放射性偏高。
2．噬菌體侵染細菌的實驗中應注意的問題
(1)病毒營寄生生活，T2噬菌體只能侵染大腸桿菌，而不能侵染其他細菌。
(2)標記噬菌體時應先標記細菌，用噬菌體侵染被標記的細菌，這樣來標記噬菌體。因為噬菌體是沒有細胞結構的病毒，必須依賴活細胞生存。
(3)三次涉及大腸桿菌
3．使用不同元素標記后子代放射性有無的判斷
典例2 (2023·廈門高一月考)某校生物研究性學習小組模擬赫爾希和蔡斯做了噬菌體侵染細菌的實驗，過程如圖所示。下列有關分析正確的是( A )
A．理論上，b和c中不應具有放射性
B．實驗中b含少量放射性與①過程中培養時間過長或過短有關
C．實驗中c含有放射性與④過程中攪拌不充分有關
D．該實驗直接證明了DNA是遺傳物質，蛋白質不是遺傳物質
解析： 35S標記的是噬菌體的蛋白質外殼，32P標記的是噬菌體的DNA，所以離心后，理論上，b和c中不應具有放射性，A正確；35S標記的是噬菌體的蛋白質外殼，噬菌體侵染細菌時，蛋白質外殼留在外面，經攪拌后與細菌分開，所以若b中含有放射性，則說明是攪拌不充分，培養時間過長或過短不影響放射性的分布，B錯誤；實驗中c含有放射性與③過程中培養時間過長或過短有關，C錯誤；該實驗直接證明了DNA是遺傳物質，沒有直接證明蛋白質不是遺傳物質，D錯誤。
變式訓練 用分別被32P和35S標記的T2噬菌體分別侵染未被標記的細菌，經短時間保溫后，用攪拌器攪拌，然后離心，得到上清液和沉淀物，檢測上清液和沉淀物中的放射性。據圖判斷下列敘述錯誤的是( B )
圖1
圖2
A．32P和35S標記T2噬菌體的位置分別為圖1中的①、④
B．32P標記的T2噬菌體，增殖n代后(n>3)子代T2噬菌體大部分帶有放射性
C．若圖2 C中含有較高放射性，則B中也可能檢測到放射性
D．被35S標記的T2噬菌體侵染細菌實驗中，攪拌不充分會使沉淀物中出現較低放射性
解析： 32P標記的是噬菌體的DNA，而DNA分子由磷酸、脫氧核糖和堿基組成，其中只有磷酸基團中含有磷元素，因此在圖1中標記元素所在部位是①；35S標記的是噬菌體的蛋白質，蛋白質由氨基酸組成，氨基酸中只有R基團中可能存在硫元素，因此在圖1中標記元素所在部位是④，A正確；用32P標記T2噬菌體，增殖n代后(n>3)子代T2噬菌體只有少部分帶有放射性，B錯誤；C為沉淀物，若含有較高放射性，說明T2噬菌體被32P標記，可能有少量被32P標記的T2噬菌體DNA未進入細菌中，或者侵染時間過長，部分細菌裂解，T2噬菌體被釋放，這部分噬菌體經離心后處于上清液中，使上清液檢測到放射性，C正確；被35S標記的T2噬菌體侵染細菌實驗中，若攪拌不充分，少部分未與細菌分離的噬菌體蛋白質外殼會隨細菌進入沉淀物中，沉淀物中會出現放射性，D正確。
三、生物的遺傳物質
基礎知識·雙基夯實
1．RNA是遺傳物質的依據
(1)實驗材料
煙草花葉病毒(物質組成為_RNA和蛋白質__)、煙草。
(2)侵染過程
(3)結論：煙草花葉病毒的遺傳物質是RNA。
2．不同生物的遺傳物質
結論：絕大多數生物的遺傳物質是_DNA__，所以說_DNA__是主要的遺傳物質。
活|學|巧|練
1．真核生物的遺傳物質是DNA。( √ )
2．原核生物的遺傳物質是RNA。( × )
3．艾弗里的肺炎鏈球菌轉化實驗證明了DNA是肺炎鏈球菌主要的遺傳物質。( × )
合|作|探|究
1．分析下列有關遺傳物質種類的問題：
(1)人、噬菌體及大腸桿菌的遺傳物質分別是_DNA__、_DNA__、_DNA__。
(2)下列所示的生物，其遺傳物質的種類是什么？_RNA__。
(3)蠶豆細胞內的遺傳物質徹底水解的產物有_6__種，分別是_磷酸、脫氧核糖、4種含氮堿基__。
(4)SARS病毒和噬菌體病毒的核酸在組成上有哪些區別？_五碳糖不同，SARS病毒核酸的五碳糖是核糖，噬菌體核酸的五碳糖是脫氧核糖；堿基種類不同，SARS病毒核酸的堿基有尿嘧啶，沒有胸腺嘧啶，而噬菌體核酸的堿基有胸腺嘧啶，沒有尿嘧啶__。
2．根據煙草花葉病毒遺傳物質的探索，還有哪些簡便方法可以確定某種遺傳物質是DNA還是RNA
提示：病毒＋DNA酶→檢測能否產生子代；病毒＋RNA酶→檢測能否產生子代。
歸|納|提|升
1．請總結：探索“遺傳物質”的思路和方法
(1)探究思路：探究哪種物質是遺傳物質——設法將物質分開，單獨看其作用。
(2)三種方法
2．某種物質能否作為遺傳物質應具備的條件
(1)能自我復制，使得前后代具有一定的連續性。
(2)能夠指導蛋白質的合成，從而控制生物體的性狀和新陳代謝過程。
(3)能儲存大量的遺傳信息。
(4)結構比較穩定，但是在特殊情況下能發生可遺傳變異。
典例3 煙草花葉病毒(TMV)與車前草病毒(HRV)都能感染煙草，這兩種病毒的結構如A、B，兩種病毒侵染煙草后在葉片上留下的病斑如C、D。下列相關敘述錯誤的是( B )
A．用E去侵染F時，F的患病癥狀與D相同
B．F上的病毒蛋白質在F細胞的中心體中合成
C．E病毒子代的各項特性都由HRV的RNA決定
D．本實驗可證明RNA是某些病毒的遺傳物質
解析： 分析圖示，用E去侵染F時，F的患病癥狀與D相同，A正確；F上的病毒蛋白質在F細胞的核糖體中合成，B錯誤；E病毒的遺傳物質來自HRV，因此子代的各項特性都由HRV的RNA決定，C正確；本實驗可證明RNA是某些病毒的遺傳物質，D正確。
變式訓練 煙草花葉病毒(TMV)和車前草病毒(HRV)都能感染煙葉，但二者引起的病斑不同，如圖甲。將TMV的遺傳物質和蛋白質分離，并分別單獨感染健康煙葉，結果如圖乙?？茖W家將不同病毒的遺傳物質與蛋白質重新組合形成“雜種病毒”，然后感染健康煙葉，如圖丙。依據實驗，下列推論合理的是( C )
A．圖甲實驗結果說明病毒的蛋白質外殼能感染煙葉
B．圖乙實驗結果說明TMV的蛋白質外殼能感染煙葉
C．圖丙實驗結果是煙葉被感染，并且出現b病斑
D．雜種病毒產生的子代具有TMV的蛋白質外殼
解析： 圖甲實驗結果不能說明病毒的蛋白質外殼能感染煙葉，A錯誤；圖乙過程中用TMV的蛋白質外殼感染煙葉，煙葉沒有出現病斑，說明TMV的蛋白質外殼不能感染煙葉，B錯誤；圖丙表示用TMV的蛋白質外殼和HRV的遺傳物質組合成的“雜種病毒”感染煙葉，結果是煙葉被感染，出現b病斑，C正確；雜種病毒中含有HRV的遺傳物質，故其產生的子代為HRV，D錯誤。
生物的遺傳物質不同
生物 細胞生物 非細胞生物
類型 真核生物 原核生物 多數病毒 少數病毒
實例 真菌、原生生物、所有動植物 細菌等 噬菌體、乙肝病毒、天花病毒等 HIV、SARS病毒、煙草花葉病毒等
核酸種類 DNA和RNA DNA和RNA DNA RNA
遺傳物質 DNA DNA DNA RNA
結果 絕大多數生物的遺傳物質是DNA，只有少部分病毒的遺傳物質是RNA
結論 DNA是主要的遺傳物質
典例4 (2023·福建莆田一中期末)下列關于生物體內遺傳物質的說法，正確的是( D )
A．細菌的遺傳物質主要是DNA
B．細胞核內的遺傳物質是DNA，細胞質內的遺傳物質是RNA
C．具有細胞結構的生物的遺傳物質是DNA，病毒的遺傳物質是RNA
D．生物的遺傳物質是RNA或DNA
解析： 細菌為原核生物，其遺傳物質是DNA，A錯誤；細胞核和細胞質內的遺傳物質都是DNA，B錯誤；具有細胞結構的生物的遺傳物質都是DNA，病毒的遺傳物質是RNA或DNA，C錯誤；生物的遺傳物質主要是DNA，也可以說，生物的遺傳物質是RNA或DNA，D正確。
1．肺炎鏈球菌的轉化實驗中，發生轉化的細菌和含轉化因子的細菌分別是( A )
A．R型細菌和S型細菌
B．R型細菌和R型細菌
C．S型細菌和S型細菌
D．S型細菌和R型細菌
解析： 肺炎鏈球菌轉化實驗證明失去活性的S型細菌含有某種轉化因子，它能使R型活細菌轉化為S型細菌。
2．赫爾希和蔡斯分別用35S和32P標記T2噬菌體的蛋白質和DNA，下列被標記的部分組合是( A )
A．①②　 B．①③　
C．①④　 D．③④
解析： 組成噬菌體蛋白質的基本單位是氨基酸，僅蛋白質分子R基中含有S，而P是噬菌體DNA組成成分磷酸的構成元素，對照圖解標號，被標記的部分應分別為①②。
3．(2023·安徽高二期末)人類對遺傳物質本質的探索經歷了漫長的過程，噬菌體侵染細菌的實驗是利用放射性同位素標記技術完成的具有說服力的實驗，如圖為T2噬菌體侵染細菌實驗部分過程。下列敘述錯誤的是( A )
A．攪拌的目的是使T2噬菌體DNA與細菌分離
B．本實驗中標記T2噬菌體的是32P，而不是35S
C．T2噬菌體注入宿主細胞內的物質是DNA
D．細菌裂解后新形成的子代噬菌體部分有放射性
解析： 攪拌的目的是使吸附在細菌上的T2噬菌體與細菌分離，A錯誤。
學|霸|記|憶
1．S型肺炎鏈球菌有莢膜，有致病性；R型肺炎鏈球菌無莢膜，無致病性。
2．在肺炎鏈球菌體外轉化實驗中，DNA才是使R型細菌產生穩定遺傳變化的物質，即轉化因子是DNA。
3．T2噬菌體由蛋白質和DNA組成，S存在于蛋白質中，P幾乎都存在于DNA中。
4．肺炎鏈球菌體外轉化實驗和噬菌體侵染細菌實驗分別證明了DNA是遺傳物質。
5．煙草花葉病毒的遺傳物質是RNA。
6．DNA是主要的遺傳物質是因為絕大多數生物的遺傳物質是DNA。第3節　DNA的復制
課標要求
1．概述DNA復制方式的假說及實驗依據。
2．掌握DNA復制的過程。
3．歸納DNA復制的相關計算規律。
核心素養
1．通過DNA的復制，認同生命的延續與發展觀；理解遺傳信息，認同DNA的遺傳物質觀。(生命觀念)
2．分析DNA復制過程，歸納DNA復制過程中相關數量計算，提高邏輯分析和計算能力。(科學思維)
3．運用假說—演繹法，探究DNA半保留復制。(科學探究)
一、對DNA復制的推測及DNA半保留復制的實驗證據
基礎知識·雙基夯實
1．對DNA復制的推測
(1)半保留復制
Ⅰ.提出者：_沃森和克里克__。
Ⅱ.假說：
a．解旋：DNA復制時，DNA雙螺旋解開，互補的堿基之間的_氫鍵__斷裂。
b．復制：解開的_兩條單鏈__分別作為復制的模板，游離的脫氧核苷酸根據_堿基互補配對__原則，通過形成_氫鍵__，結合到作為模板的單鏈上。
Ⅲ.特點：新合成的每個DNA分子中，都保留了原來DNA分子中的一條鏈，這種復制方式稱作_半保留復制__。
(2)全保留復制
DNA復制以DNA雙鏈為模板，子代DNA的雙鏈都是新合成的。一個DNA分子復制的結果是得到一個_子代DNA____，一個_親代DNA__。
2．DNA半保留復制的實驗證據
實驗方法：_同位素標記__技術和離心技術。
活|學|巧|練
1．沃森和克里克以大腸桿菌為材料，運用同位素標記技術證明DNA復制方式是半保留復制。( × )
2．證明DNA為半保留復制的研究過程中運用了假說—演繹法。( √ )
合|作|探|究
閱讀教材P54思考·討論內容，思考并回答以下問題：
1．實驗假設：DNA以_半保留__的方式復制。
2．實驗原理：含15N的雙鏈DNA密度大，含14N的雙鏈DNA密度小，一條鏈含14N、一條鏈含15N的雙鏈DNA的密度_居中__。
3．實驗過程：
用含有_15NH4Cl__的培養液培養大腸桿菌，標記大腸桿菌的DNA→將大腸桿菌轉移到含有_14NH4Cl__的培養液中→不同時刻收集大腸桿菌并提取_DNA__，將提取的DNA進行離心處理。
4．演繹推理：假設DNA復制方式是半保留復制，預期實驗結果。
(1)立即取出，提取DNA，離心，獲得_15N/15N－DNA__。
(2)繁殖一代，提取DNA，離心，獲得_15N/14N－DNA__。
(3)繁殖二代，提取DNA，離心，獲得_15N/14N－DNA和14N/14N－DNA__。
5．實驗結果：
(1)提取親代DNA→離心→位置靠近試管_底部__。
(2)繁殖一代后，提取DNA→離心→位置_居中__。
(3)繁殖二代后，提取DNA→離心→1/2位置_居中__,1/2位置_更靠上__。
6．實驗結論：
實驗結果和假設DNA復制方式是半保留復制的預期結果一致，說明DNA的復制是以_半保留__的方式進行的。
7．若將培養后第三代大腸桿菌的DNA提取后進行離心，則靠近試管底部、位置居中和靠近試管的上部的DNA數之比為_0∶2∶6__。
8．假設DNA復制方式是全保留復制，預期實驗結果：
(1)立即取出，提取DNA，離心，獲得15N/15N－DNA。
(2)繁殖一代，提取DNA，離心，獲得_15N/15N－DNA和14N/14N－DNA__。
(3)繁殖二代，提取DNA，離心，獲得_15N/15N－DNA和14N/14N－DNA__。
歸|納|提|升
假說—演繹法分析DNA半保留復制的實驗
(1)假說：DNA的復制是半保留復制。
(2)演繹推理
(3)實驗結果
(4)實驗結論：DNA的復制方式為半保留復制。
典例1 如圖所示是研究DNA復制方式的實驗，根據這些實驗結果進行的推論，正確的是( B )
菌種：大腸桿菌
培養條件與方法：
(1)在含15NH4Cl的培養基中培養若干代，使DNA均被15N標記(甲圖)；
(2)轉至含14NH4Cl的培養基中培養，每30分鐘繁殖一代；
(3)取出每代DNA樣本，并離心。
①丙是轉入含14NH4Cl培養基中繁殖一代的結果　②乙是轉入含14NH4Cl培養基中繁殖二代的結果?、鄢霈F丁的結果至少需要60分鐘?、芪靾D表示復制三代后不再具有15N標記的DNA
A．①④　 B．①③　
C．②③　 D．①②③
解析： 由于DNA分子是半保留復制，而丙中全為中帶，所以丙是轉入14NH4Cl培養基中復制一代的結果，①正確；乙中是重帶、中帶，而DNA分子是半保留復制，所以復制后不可能有全重帶的DNA存在，②錯誤；丁中是中帶、輕帶，說明DNA已復制兩次，而復制一次需要30分鐘，所以出現丁的結果至少需要60分鐘，③正確；戊中全為輕帶，表示不具有15N標記的DNA，而DNA分子是半保留復制，15N標記的DNA一直存在，④錯誤。綜上所述，B正確。
變式訓練 (2023·重慶十九中月考)DNA的復制方式可能是半保留復制、全保留復制、分散復制。如圖為科學家采用同位素標記技術，利用大腸桿菌探究DNA的復制方式，下列敘述正確的是( D )
A．比較試管①和②的結果即可證明DNA復制為半保留復制
B．若DNA為半保留復制方式，則試管③中有輕帶和重帶兩條帶，寬度比例為1∶1
C．可用噬菌體代替大腸桿菌進行該實驗，且提取DNA更方便
D．大腸桿菌在含有15NH4Cl的培養液中生長若干代，大腸桿菌DNA的雙鏈可能都含有15N
解析： 比較試管①和②的結果，試管中DNA帶分別為重帶和中帶，半保留復制和分散復制，子一代DNA帶都是中帶，所以不能證明DNA復制為半保留復制，A錯誤；若DNA為半保留復制方式，則試管②DNA帶為中帶，試管③中DNA帶應有輕帶和中帶兩條帶，B錯誤；噬菌體是病毒，沒有細胞結構，不能在培養液中獨立生活和繁殖，因而不能代替大腸桿菌進行實驗，C錯誤；蛋白質和核酸等物質都含有N，所以大腸桿菌在含有15NH4Cl的培養液中生長若干代，大腸桿菌的DNA的雙鏈可能都含有15N，D正確。
二、DNA復制的過程
基礎知識·雙基夯實
1．概念：以_親代DNA__為模板合成_子代DNA__的過程。
2．發生時間：細胞分裂前的_間期__(在真核生物中)。
3．場所
(1)真核生物：主要在_細胞核__內，_線粒體__和_葉綠體__內也可以進行。
(2)原核生物：主要在_擬核__。
(3)DNA病毒：活的宿主細胞內。
4．復制過程
5．結果：形成兩個_完全相同__的DNA分子。
6．特點
(1)_邊解旋邊復制__。
(2)_半保留__復制。
7．準確復制的原因
(1)DNA獨特的_雙螺旋__結構，為復制提供了精確的模板。
(2)通過_堿基互補配對__，保證了復制能夠準確地進行。
8．意義：將_遺傳信息__從親代細胞傳遞給子代細胞，從而保持了_遺傳信息__的_連續性__。
活|學|巧|練
1．DNA復制時新合成的兩條鏈堿基排列順序相同。( × )
2．DNA雙螺旋結構全部解旋后，開始DNA的復制。( × )
3．單個脫氧核苷酸在DNA酶的作用下連接合成新的子鏈。( × )
4．解旋酶和DNA聚合酶的作用部位均為氫鍵。( × )
合|作|探|究
如圖為真核細胞DNA復制過程的模式圖，據圖回答相關問題：
1．據圖可知，DNA聚合酶使兩條子鏈從_5′__－端到_3′__－端進行合成。
2．合成的兩條子鏈間堿基排列順序是_互補__的。
3．DNA復制過程中，解旋酶的作用是_將DNA雙螺旋的兩條鏈解開__；DNA聚合酶的作用是_將單個的脫氧核苷酸連接到3′－端__。
4．如果將DNA分子的兩條鏈用15N標記，轉移到含14N的培養基中培養，復制2次后，含15N的DNA、含14N的DNA、含15N的DNA單鏈、含14N的DNA單鏈各是多少？
提示：含15N的DNA有2個，含14N的DNA有4個，含15N的DNA單鏈有2條，含14N的DNA單鏈有6條。
5．DNA分子復制具有準確性，那么在任何情況下，DNA分子復制產生的子代DNA分子與親代DNA分子都完全相同嗎？為什么？
提示：不一定。DNA分子復制時，會受到各種因素的干擾，堿基序列可能會發生改變，從而使子代DNA分子與親代DNA分子堿基序列不同，導致遺傳信息發生改變。
歸|納|提|升
DNA復制的起點和方向
(1)原核生物：單起點雙向復制
(2)真核生物：多起點雙向復制
在復制速率相同的前提下，圖中DNA是從其最右邊開始復制的，這種復制方式提高了DNA復制的效率。
典例2 下圖為某真核細胞中DNA復制過程的模式圖，下列敘述正確的是( B )
A．DNA分子在酶①的作用下水解成脫氧核苷酸，酶②催化堿基對之間的連接
B．在復制過程中解旋和復制是同時進行的
C．解旋酶能使雙鏈DNA解開，并且不需要消耗ATP
D．兩條新的子鏈通過氫鍵形成一個新的DNA分子
解析： 酶①是解旋酶作用于氫鍵，酶②是DNA聚合酶催化脫氧核苷酸的連接，A項錯誤；解旋酶能使雙鏈DNA解開，并且需要消耗ATP提供能量，C項錯誤；新的子鏈與母鏈通過氫鍵形成一個新的DNA分子，D項錯誤。
變式訓練 (2023·河南鄭州期末)下圖為DNA復制過程示意圖，下列有關敘述正確的是( D )
A．根尖細胞中，DNA復制過程都發生于細胞核內
B．該過程以4種核糖核苷酸為原料
C．酶1可使磷酸二酯鍵斷開，酶2可催化磷酸二酯鍵的形成
D．a鏈與c鏈的堿基序列相同
解析： DNA復制主要在細胞核中進行，此外在根尖細胞的線粒體中也能進行，A錯誤；該過程表示DNA分子的復制，以4種脫氧核糖核苷酸為原料，B錯誤；酶1表示的是解旋酶，解旋酶的作用是使氫鍵斷裂，酶2表示DNA聚合酶，可催化磷酸二酯鍵的形成，C錯誤；DNA分子中兩條鏈反向平行盤旋成雙螺旋結構，根據堿基互補配對原則，a鏈和c鏈均與d鏈堿基互補，因此a鏈與c鏈的堿基序列相同，D正確。
假設將一個全部被15N標記的雙鏈DNA分子(親代)轉移到含14N的培養液中培養n代，結果如下：
從圖中可以得到如下規律：
(1)DNA分子數
①子n代DNA分子總數為2n個。
②含15N的DNA分子數為2個。
③含14N的DNA分子數為2n個。
④只含15N的DNA分子數為0個。
⑤只含14N的DNA分子數為(2n－2)個。
(2)脫氧核苷酸鏈數
①子代DNA中脫氧核苷酸鏈數＝2n＋1條。
②親代脫氧核苷酸鏈數＝2條。
③新合成的脫氧核苷酸鏈數＝(2n＋1－2)條。
(3)消耗的脫氧核苷酸數
①若一親代DNA分子含有某種脫氧核苷酸m個，經過n次復制需消耗游離的該脫氧核苷酸數為m·(2n－1)個。
②若一親代DNA分子含有某種脫氧核苷酸m個，在第n次復制時，需消耗游離的該脫氧核苷酸數為m·2n－1個。
典例3 某未被32P標記的DNA分子含有1 000個堿基對，其中鳥嘌呤300個，將該DNA分子置于含32P的培養基中連續復制3次。下列有關敘述錯誤的是( C )
A．所有子代DNA分子都含32P
B．含32P的子代DNA分子中，可能只有一條鏈含32P
C．第三次復制過程中需要消耗腺嘌呤脫氧核苷酸4 900個
D．子代DNA分子中不含32P的脫氧核苷酸鏈占總鏈數的1/8
解析： 一個DNA分子中含有腺嘌呤數＝1 000－300＝700(個)，則第三次復制過程中需要消耗腺嘌呤脫氧核苷酸數＝700×(23－22)＝2 800(個)，C錯誤。
1．下列有關探究DNA復制過程的敘述，不正確的是( C )
A．本實驗利用了同位素標記法
B．細胞有絲分裂一次意味著DNA復制一次
C．密度梯度離心后，DNA在試管中的位置與相對分子質量無關
D．本實驗結果說明了DNA具有半保留復制的特點
解析： 探究DNA復制的實驗是利用同位素15N標記親代細胞的DNA，使其在含14N的培養液中連續分裂兩次(在分裂前的間期DNA都復制一次)，分別取分裂一次和分裂兩次的細胞DNA，進行密度梯度離心，DNA在試管中的位置取決于DNA分子所含同位素的情況，即相對分子質量的大??；實驗結果說明了DNA具有半保留復制的特點。
2．細菌在含有15N的培養基中繁殖數代后，使細菌DNA的含氮堿基皆含有15N，然后再移入含有14N的培養基中培養，提取其子代的DNA經密度梯度離心后，可能出現如圖①～⑤的結果，下列敘述錯誤的是( A )
A．第一次分裂的子代DNA應為⑤
B．第二次分裂的子代DNA應為①
C．第三次分裂的子代DNA應為③
D．親代的DNA應為⑤
解析： 親代是被15N標記的雙鏈DNA(15N/15N－DNA)，分布于試管底部，經第一次復制所形成的子代DNA中均有一條被15N標記的母鏈，有一條被14N標記的子鏈(15N/14N－DNA)，分布于試管中部，應如題圖②所示。
3．一個被15N標記的DNA分子，以含14N的4種脫氧核苷酸為原料，連續復制3次，則含15N的脫氧核苷酸鏈占全部脫氧核苷酸鏈的比例是( D )
A．1/2 B．1/4
C．1/6 D．1/8
解析： DNA的復制方式為半保留復制，連續復制3次形成8個DNA分子，含15N的脫氧核苷酸鏈只有2條，則其占全部脫氧核苷酸鏈的比例是2/16＝1/8，D項正確。
學|霸|記|憶
1．半保留復制是指新合成的每個DNA分子中，都保留了原來DNA分子中的一條鏈。
2．全保留復制是指DNA復制以DNA雙鏈為模板，子代DNA的雙鏈都是新合成的。
3．DNA復制的條件有DNA模板、4種脫氧核苷酸為原料以及酶和能量。
4．解旋是指在細胞提供的能量的驅動下，解旋酶將DNA雙螺旋的兩條鏈解開的過程。
5．DNA復制的方向是5′－端→3′－端。
6．DNA復制的特點是邊解旋邊復制和半保留復制。
7．保證DNA復制能夠準確進行的原因是DNA獨特的雙螺旋結構，為復制提供了精確的模板，通過堿基互補配對，保證了復制能夠準確地進行。
8．DNA復制的意義：通過復制，將遺傳信息從親代細胞傳遞給子代細胞，從而保持了遺傳信息的連續性。第4節　基因通常是有遺傳效應的DNA片段
課標要求
舉例說明基因是核酸的功能片段。說明基因和遺傳信息的關系。
核心素養
1．舉例說出DNA與基因、遺傳信息間的關系。(生命觀念、科學思維)
2．舉例說出基因通常是有遺傳效應的DNA片段。(生命觀念、科學思維)
3．理解基因多樣性和特異性的原因。(生命觀念、科學思維)
一、說明基因與DNA關系的實例
基礎知識·雙基夯實
說明基因與DNA關系的實例
(1)教材“思考·討論”中資料1和3說明基因中的堿基數目只是DNA分子堿基總數的一部分，可推測每個DNA分子上有_許多__個基因，只有_部分__堿基參與基因的組成，結論是基因是_特定的DNA__片段。
(2)教材“思考·討論”資料2中綠色熒光與基因有關，且基因具有一定的獨立性，可推測基因能控制生物體的_性狀__，結論是基因具有特定的_遺傳效應__。
由上述材料可知：基因通常是有遺傳效應的DNA片段。
活|學|巧|練
1．基因是DNA上任意的一個片段。( × )
2．基因是DNA上有一定功能的，具有特異性排列順序的一段脫氧核苷酸序列。( √ )
3．基因和DNA是同一概念。( × )
4．人體基因全部位于染色體上。( × )
合|作|探|究
下圖甲表示果蠅某一條染色體上的幾個基因，圖乙表示物質或結構的從屬關系，請分析回答下列問題。
1．圖甲體現了基因與染色體有什么關系？基因都在染色體上嗎？
提示：①基因在染色體上呈線性排列；②一條染色體上含有多個基因；③染色體是基因的載體。不是，真核生物的核基因位于染色體上，質基因位于葉綠體或線粒體中，原核生物的基因位于擬核或質粒中，病毒的基因位于核酸分子中。
2．一條染色體上有幾個DNA分子？一個DNA分子中有很多個基因，這些基因是不是連續排列的？
提示：一條染色體上有1個或2個DNA分子。一個DNA分子中的基因不一定是連續排列的。
3．圖乙中表示染色體、基因、DNA、脫氧核苷酸之間的關系，則a、b、c、d分別是什么？
提示：a為染色體，b為DNA，c為基因，d為脫氧核苷酸。
歸|納|提|升
1．全方位理解基因
(1)本質上，基因通常是有遺傳效應的DNA片段。
(2)結構上，基因是含有特定遺傳信息的脫氧核苷酸序列。
(3)功能上，基因是遺傳物質的結構和功能的基本單位。
(4)位置上，基因在染色體上呈線性排列。
2．基因與染色體、DNA、脫氧核苷酸之間的關系
(1)圖解
(2)范圍大小
典例1 果蠅的體細胞有8條染色體，攜帶有1萬個以上的基因。這一事實說明( C )
A．基因通常是DNA上有遺傳效應的片段
B．基因即染色體
C．1條染色體上有許多個基因
D．基因只存在于染色體上
解析： 8條染色體上含有1萬多個基因，說明1條染色體上含有許多個基因；基因不只存在于染色體上，線粒體內的基因就不在染色體上。
變式訓練 (2023·河北高一期末)如圖表示脫氧核苷酸、基因、DNA和染色體間的關系。下列有關敘述錯誤的是( C )
A．d是脫氧核苷酸，其種類取決于c的種類
B．基因通常是具有遺傳效應的f片段
C．e含有的堿基總數等于f的堿基總數
D．基因的主要載體是染色體
解析： 圖中c為含氮堿基，d為脫氧核苷酸，根據含氮堿基不同，可將脫氧核苷酸分為4種，A正確；基因(e)是有遺傳效應的DNA(f)片段，故基因含有的堿基總數小于f的堿基總數，B正確，C錯誤；基因的主要載體是染色體，并在其上呈線性排列，D正確。
二、DNA片段中的遺傳信息
基礎知識·雙基夯實
1．遺傳信息：遺傳信息是指基因中的脫氧核苷酸的排列順序。不同基因的脫氧核苷酸的排列順序不同，含有的遺傳信息不同。
2．DNA分子的多樣性和特異性
(1)多樣性：DNA分子中共有_4__種類型的堿基，但是堿基對的_數目__卻可以成千上萬，形成的堿基對的_排列順序__也可以千變萬化，若某個DNA分子具有n個堿基對，則DNA分子可有_4n__種組合方式，從而構成了DNA分子的多樣性。
(2)特異性：每個特定的DNA分子都有特定的_堿基排列__順序，構成了DNA分子的特異性。
3．生物體多樣性和特異性與DNA的關系：DNA的多樣性和特異性是生物體多樣性和特異性的物質基礎。
4．基因的本質：基因通常是 有遺傳效應　的_DNA__片段。
活|學|巧|練
1．DNA的遺傳信息蘊藏在4種堿基的排列順序中。( √ )
2．基因A和基因a的根本區別是這兩種基因所含的脫氧核苷酸的種類不同。( × )
3．DNA的多樣性是指一個DNA分子上有許多個基因。( × )
合|作|探|究
資料1　1個DNA分子的基本骨架是由脫氧核糖和磷酸交替連接而成的，從頭至尾沒有變化，而骨架內側4種堿基的排列順序卻是可變的。如果1個堿基對組成1個基因，4種堿基對的排列可能形成4種基因(這僅僅是假設)；如果2個堿基對組成1個基因，4種堿基對的排列可能形成16(即4×4)種基因；如果3個堿基對組成1個基因，4種堿基對的排列可能形成64(即4×4×4)種基因。
資料2　央視“每周質量報告”曾播出“假羊肉真相”。餐桌上熱氣騰騰的涮羊肉可能是用其他肉品加工而成的，而且還添加了嚴禁使用的亞硝酸鹽等非食用物質，如果亞硝酸鹽在人們的體內積蓄到一定的含量，就可能致癌、致畸、中毒，甚至導致死亡。
請結合上述資料討論解決下列問題。
(1)假設有4 000個堿基組成一個DNA分子，其堿基對可能的排列方式有多少種？牛體內控制編碼胰島素的基因由306個堿基組成，其堿基對可能的排列方式有多少種？由此說明什么問題？
(2)有人認為基因就是堿基對隨機排列形成的DNA片段，你認同這個觀點嗎？
(3)在同一草場，牛和羊雖吃同樣的草料，但牛肉和羊肉的味道卻不同，其根本原因是什么？不法商人往往用鴨肉冒充牛羊肉，檢測機構如何鑒別鴨源性成分？
(4)如何理解DNA的多樣性和特異性是生物多樣性和特異性的物質基礎？
提示：(1)4 000個堿基組成2 000個堿基對，每個堿基對都可以隨機排列，因此有42000種。牛體內控制編碼胰島素的基因由306個堿基組成，但其堿基對的排列方式是唯一的，如果改變了，就不是牛胰島素基因了。由此說明DNA(基因)既有多樣性又有特異性。
(2)不認同。有些堿基對形成的片段具有遺傳效應，有些則沒有遺傳效應，只有具有遺傳效應的DNA片段才是基因。
(3)DNA(基因)不同，控制合成的蛋白質不同。檢測機構可以利用基因檢測鑒別鴨源性成分。
(4)蛋白質的多樣性和特異性是生物多樣性和特異性的直接原因，DNA的多樣性和特異性是生物體多樣性和特異性的根本原因，基因通常是具有遺傳效應的DNA片段，基因控制蛋白質的合成，所以說DNA的多樣性和特異性是生物多樣性和特異性的物質基礎。
歸|納|提|升
基因的多樣性和特異性
(1)多樣性：基因中堿基對的排列順序千變萬化決定了DNA的多樣性。
(2)特異性：每個特定的基因都有特定的堿基排列順序，即基因的特異性。
典例2 決定DNA分子的多樣性和特異性的是( D )
A．脫氧核苷酸鏈上磷酸和脫氧核糖的排列特點
B．嘌呤總數與嘧啶總數的比值
C．堿基互補配對原則
D．堿基排列順序
解析： DNA分子的多樣性主要表現為堿基排列順序的千變萬化，A、D錯誤；特異性主要表現為每個特定的DNA分子的堿基都有特定的排列順序，B錯誤。
變式訓練 下列關于基因的敘述，正確的是( C )
A．DNA上任意一個片段都是基因
B．人體細胞中染色體是基因的唯一載體
C．等位基因的根本區別是脫氧核苷酸的排列順序不同
D．基因的多樣性決定了DNA的多樣性
解析： 基因通常是有遺傳效應的DNA片段，而不是DNA上任意一個片段；人體細胞中染色體是基因的主要載體，線粒體中也分布著基因；構成基因的基本單位是脫氧核苷酸，等位基因的根本區別是脫氧核苷酸的排列順序不同；基因的多樣性與DNA的多樣性均與脫氧核苷酸的數量和排列順序有關。
生物多樣性與DNA多樣性的關系
DNA(基因)多樣性蛋白質多樣性生物多樣性
(1)DNA的多樣性和特異性是生物體多樣性和特異性的物質基礎。
(2)生物體的多樣性和特異性是DNA多樣性和特異性的客觀體現。
典例3 下列有關DNA多樣性的敘述，正確的是( C )
A．DNA多樣性的原因是DNA分子空間結構千變萬化
B．含有200個堿基的DNA分子，堿基對可能的排列方式有4200種
C．DNA的多樣性和特異性是生物體多樣性和特異性的基礎
D．DNA的多樣性是指一個DNA分子上有許多個基因
解析： DNA的多樣性是指DNA分子中堿基排列順序的千變萬化，A、D錯誤；含有200個堿基的DNA分子中，堿基對可能的排列方式有4100種，B錯誤。
1．下列關于DNA、染色體、基因之間的敘述，不正確的是( D )
A．每條染色體上有一個DNA分子，經復制后每條染色單體上有一個DNA分子
B．每個DNA分子上有許多基因，基因通常是有遺傳效應的DNA片段
C．基因在染色體上呈線性排列
D．基因在DNA分子雙鏈上成對存在
解析： 基因是DNA分子雙鏈上的片段，在一個DNA分子上不會成對存在。
2．下列關于遺傳信息的說法，不正確的是( D )
A．基因中脫氧核苷酸的排列順序代表遺傳信息
B．遺傳信息主要是通過染色體上的基因傳遞的
C．生物體內的遺傳信息主要儲存在DNA上
D．遺傳信息即生物表現出來的性狀
解析： 遺傳信息是基因中脫氧核苷酸的排列順序。
3．科學研究發現，小鼠體內HMGIC基因與肥胖直接相關。給具有HMGIC基因缺陷的實驗組小鼠與作為對照組的正常小鼠喂食同樣多的高脂肪食物，一段時間后，對照組小鼠變得十分肥胖，而具有HMGIC基因缺陷的實驗組小鼠體重仍然保持正常，這說明( C )
A．基因在DNA上 B．基因在染色體上
C．基因具有遺傳效應 D．DNA具有遺傳效應
解析： 該實驗說明肥胖由基因控制，從而說明基因能夠控制生物體性狀，具有遺傳效應。
學|霸|記|憶
1．基因通常是有遺傳效應的DNA片段，對于RNA病毒而言，基因是有遺傳效應的RNA片段。
2．遺傳信息是指基因中的脫氧核苷酸的排列順序或堿基的排列順序。
3．DNA的多樣性：DNA中共有4種類型的堿基，但是堿基對的數目卻可以成千上萬，形成的堿基對的排列順序也可以千變萬化，若某個DNA分子具有n個堿基對，則該DNA分子可有4n種組合方式，從而構成了DNA的多樣性。
4．DNA的特異性：每個特定的DNA分子都有特定的堿基排列順序，都儲存著特定的遺傳信息。

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