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第3章　基因的本質
第3節　DNA的復制
（一）基礎鞏固
1.(2023·廣東高三四校聯考)下列有關生物科學史的敘述,錯誤的是(　　)
A.沃森和克里克運用“假說—演繹法”證明了DNA半保留復制的機理
B.孟德爾運用“假說—演繹法”提出了基因的分離定律和自由組合定律
C.魯賓和卡門運用“同位素標記技術”發現光合作用釋放的氧氣來自水
D.施萊登和施旺運用“歸納法”提出一切動植物都由細胞發育而來
答案:A
2.下列關于DNA復制的敘述,錯誤的是(　　)
A.DNA復制是指以親代DNA為模板合成子代DNA的過程
B.DNA復制是一個邊解旋邊復制的過程
C.DNA復制只發生在細胞分裂前的間期
D.DNA復制需要模板、原料、能量和酶等基本條件
解析:DNA復制是指以親代DNA的兩條鏈為模板合成子代DNA的過程,A項正確;DNA復制是一個邊解旋邊復制的過程,B項正確;DNA復制主要發生在細胞分裂前的間期,原核細胞內、無絲分裂過程中也能發生DNA復制,C項錯誤;DNA復制需要模板(DNA雙鏈)、酶(解旋酶、DNA聚合酶)、能量(ATP)、原料(脫氧核苷酸)等基本條件,D項正確。
答案:C
3.(2024·廣東二模)把大腸桿菌放在含15N的培養基中培養若干代,提取細胞中的DNA分子并離心,結果示意圖如下圖所示。把上述大腸桿菌轉移到含有14N的培養基中繁殖3代,提取DNA進行離心,結果可表示為(　　)
A B C D　　
解析:大腸桿菌放在含15N的培養基中培養若干代,提取細胞中的DNA分子并離心,會形成重帶,上述大腸桿菌轉移到含有14N的培養基中繁殖3代,則會形成23n=8n個子代大腸桿菌,其中帶有15N的子代大腸桿菌只有2n個,且其中的DNA分子一條鏈含有15N、一條鏈含有14N,另外6n個子代大腸桿菌的DNA分子只含有14N,則子代大腸桿菌離心的結果表現為輕帶和中帶,且比為3∶1,即B項正確。
答案:B
4.下圖所示為DNA復制的片段,圖中a、b、c、d表示各條脫氧核苷酸鏈,下列敘述錯誤的是(　　)
A.b和c的堿基序列互補
B.a和c的堿基序列互補
C.a鏈中的比值與b鏈中同項比值相同
D.a鏈中的比值與c鏈中同項比值相同
解析:a和d的堿基序列互補,b和c的堿基序列也互補,A項正確;a和c的堿基序列相同,B項錯誤;因為a與b的堿基序列互補,根據堿基互補配對原則,a鏈中的比值與b鏈中同項比值相同,C項正確;因為a與c的堿基序列相同,所以a鏈中的比值與c鏈中同項比值相同,D項正確。
答案:B
5.科學家以大腸桿菌為實驗對象,運用同位素標記技術及離心技術進行DNA復制方式的探索實驗,實驗內容及結果見下表。
組別 1 2 3 4
培養液中唯一氮源 14NH4Cl 15NH4Cl 14NH4Cl 14NH4Cl
繁殖代數 多代 多代 一代 兩代
培養產物 A B B的子 Ⅰ 代 B的子 Ⅱ 代
操作 提取DNA并離心
離心結果 僅為輕帶 (14N/14N-DNA) 僅為重帶 (15N/15N-DNA) 僅為中帶 (15N/14N-DNA) 輕帶 (14N/14N-DNA) 中帶 (15N/14N-DNA)
回答下列問題。
(1)要得到DNA中的氮全部被放射性標記的大腸桿菌B,必須經過　　　　代培養,且培養液中的　　　　　　是唯一氮源。
(2)綜合分析本實驗的DNA離心結果,第　　　　組結果對得到結論起到了關鍵作用,但需把它與第　　　　組和第　　　　組的結果進行比較,才能說明DNA分子的復制方式是　　　　　　。
(3)①若子Ⅰ代DNA的離心結果為“輕”和“重”兩條密度帶,則“重帶”DNA來自　　　　　　,據此可判斷DNA分子的復制方式不是　　　　　復制。
②若將子Ⅰ代DNA雙鏈分開后再離心,則其結果　　　　　　(填“能”或“不能”)判斷DNA的復制方式。
③若在同等條件下將子Ⅱ代繼續培養,則子n代DNA離心的結果是密度帶的數量和位置　　　　　　　,放射性強度發生變化的是　　　　　　帶。
(4)將一個某種噬菌體DNA分子的兩條鏈用32P進行標記,并使其感染大腸桿菌,在不含32P的培養基中培養一段時間。若得到的所有噬菌體雙鏈DNA分子都裝配成噬菌體(n個)并釋放,則其中含32P的噬菌體所占的比例為　　　,原因是　 　。
解析:(1)要得到DNA中的氮全部被放射性標記的大腸桿菌B,必須經過多代培養,且培養液中的15N是唯一氮源。(2)第3組實驗結果最為重要,因為B的DNA為15N/15N-DNA,B的子Ⅰ代的DNA為15N/14N-DNA,這就說明DNA的復制方式為半保留復制;但中帶只有與輕帶和重帶進行比較才能得出,所以它要與第1組和第2組的結果進行比較。(3)①“輕帶”DNA為14N/14N-DNA,“重帶”DNA為15N/15N-DNA,據表可知,“重帶”DNA來自B。①的結果是后代DNA的兩條鏈全是原來的或全是新合成的,說明DNA分子的復制方式不是半保留復制。②將子Ⅰ代DNA雙鏈分開后再離心,無法判斷后代DNA的兩條鏈的來源,不能判斷DNA的復制方式。③將子Ⅱ代繼續培養,子n代DNA的情況是有兩個為14N/15N-DNA,其余全部為14N/14N-DNA,所以子n代DNA離心的結果是密度帶的數量和位置沒有變化,放射性強度發生變化的是輕帶。(4)噬菌體的遺傳物質是DNA,該DNA為雙鏈,兩條鏈用32P進行標記,并使其感染大腸桿菌,在不含有32P的培養基中培養一段時間,由于DNA是半保留復制,因此只有2個DNA分子含有放射性,因此比例是。
答案:(1)多　15N(或15NH4Cl)　(2)3　1　2　半保留復制　(3)①B　半保留　②不能　③不變　輕　(4)　一個含有32P標記的雙鏈DNA分子經半保留復制后,標記的兩條單鏈只能分配到兩個噬菌體的雙鏈DNA分子,因此在得到的n個噬菌體中只有兩個帶有標記
(二)拓展提高
6.含15N標記的雙鏈DNA含有200個堿基對,腺嘌呤與胸腺嘧啶之和占全部堿基的30%;其中的一條鏈上腺嘌呤有20個,下列表述正確的是 (　　)
A.該DNA中的堿基排列方式共有4 200種
B.該DNA中4種堿基的比例為A∶T∶G∶C=2∶2∶3∶3
C.該DNA連續復制2次,需要游離的鳥嘌呤脫氧核苷酸560個
D.該DNA在含14N的培養基中連續復制3次,含15N標記的DNA占25%
解析:該DNA含有200個堿基對,由于堿基數目確定,所以其堿基排列方式少于4 200種,A項錯誤;由題意可知,A和T各為60個,C和G各為140個,所以該DNA中4種堿基的比例為A∶T∶G∶C=3∶3∶7∶7,B項錯誤;該DNA連續復制2次,需要游離的鳥嘌呤脫氧核苷酸為 (22-1)×140=420(個),C項錯誤;該DNA在含14N的培養基中連續復制3次得到8個DNA,根據DNA半保留復制的特點,其中有2個DNA有一條鏈含14N,另一條鏈含15N,其余6個DNA只含14N,所以含15N標記的DNA占25%,D項正確。
答案:D
7.已知一個完全標記上15N的DNA含100個堿基對,其中有腺嘌呤40個。經過n次復制后,不含15N的DNA總數與含15N的DNA總數之比為7∶1。若需游離的胞嘧啶為m個,則n、m分別是(　　)
A.3、900 B.3、420 C.4、420 D.4、900
解析:一個完全標記上15N的DNA,經過n次復制后,含15N的DNA總數為2個,根據“不含15N的DNA總數與含15N的DNA總數之比為7∶1”,可知不含15N的DNA總數為14個,故n次復制后產生的DNA總數為16個,說明該DNA復制了4次。該DNA含100個堿基對,其中有腺嘌呤(A)40個,根據A+C=100,可知C=60(個)。一個DNA復制了4次,需游離的胞嘧啶(C)為60×(16-1)=900(個)。
答案:D
8.將蠶豆幼苗放在含3H標記的胸腺嘧啶脫氧核苷(即3H-T,胸腺嘧啶脫氧核苷酸的組成成分)的培養基中培養一段時間,讓3H摻入DNA中,從而使染色體帶有放射性,培養過程如圖甲。隨后,將幼苗轉移到普通培養基(1H-T)中培養一段時間,圖乙是跟蹤檢測根尖細胞部分染色體某時期變化圖。請據圖回答有關問題。
(1)完成圖甲的培養過程,核DNA分子至少經過　　　　次復制。若某核DNA分子含有900個胸腺嘧啶脫氧核苷酸,則復制3次需要　　　　個腺嘌呤脫氧核苷酸。
(2)在細胞分裂過程中,圖乙的B過程發生的時期是 　;此過程
產生的兩條染色體中,含3H的DNA單鏈與全部單鏈的比值為　　　 　。
(3)圖乙中　　　　(填“A”或“B”)階段發生DNA的半保留復制,出現相應實驗結果的原因是　 　。
解析:(1)題圖甲表示將不含放射性的DNA分子放在含有3H—T的培養基中培養一段時間,產生了兩條鏈都具有放射性的DNA分子;由于DNA分子具有半保留復制的特點,第一次復制形成的 DNA分子都只有一條鏈含有放射性,第二次復制形成的DNA分子中有一半的DNA分子的雙鏈都具有放射性。故完成圖甲的培養過程,核DNA分子至少經過2次復制。已知某核DNA分子含有900個胸腺嘧啶脫氧核苷酸,由A=T可知,該核DNA分子含有900個腺嘌呤脫氧核苷酸,則復制3次需要游離的腺嘌呤脫氧核苷酸的個數為(23-1)×
900=6 300。(2)圖乙中A過程表示染色體的復制,B過程表示姐妹染色單體分離。幼苗的根尖細胞不能進行減數分裂,故圖乙的B過程發生在有絲分裂后期;B過程產生的兩條染色體共有2個DNA分子,即4條DNA單鏈,2條染色體中有1條染色體有放射性,1條染色體無放射性,因為DNA的復制方式是半保留復制,故有放射性的染色體中,只有1條DNA單鏈有放射性,故含3H的DNA單鏈與全部單鏈的比值為。(3)圖乙中A過程表示染色體(或DNA)的復制;出現相應實驗結果的原因是開始時染色體中的DNA含有一條3H—T鏈和一條1H—T鏈,A過程進行半保留復制,使所形成的兩條染色單體中,一條有放射性,一條無放射性。
答案:(1)2　6 300　(2)有絲分裂后期　　(3)A　開始時染色體中的DNA含有一條3H—T鏈和一條1H—T鏈,A過程進行半保留復制,使所形成的兩條染色單體中,一條有放射性,一條無放射性(共27張PPT)
第3章　基因的本質
兩條鏈標記情況 相對分子質量 離心位置
都是15N 最大 試管的 部
一條15N,一條14N 適中 試管的 部
都是14N 最小 試管的 部
14N
15N
DNA
能量
解旋
DNA雙螺旋的兩條鏈
母鏈
脫氧核苷酸
DNA聚合酶
堿基互補配對
雙螺旋
合作探究
點撥提升
典例研析
合作探究
點撥提升
點撥提升
課堂建構
2
2門世2有
3厚
細菌在含15N的培養
液中生長若干代
轉入14N培養液中
立即取出
繁殖一代繁殖二代
提取DNA進行密度梯度離心
細菌在含15N的培養液中
生長多代，使DNA雙鏈
充分標記
轉入14N培養液中
a
a.立即取出
b.繁殖一代后取出
c.繁殖二代后取出
提取DNA,密
度梯度離心
輕
中帶
重
2
3
對照
親代
輕
中
重-
全輕
全重
全中
14N/14N-DNA 15N/15N-DNA
輕中

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