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第18講　DNA的結構、復制及基因的本質
[課標內容]　1.概述多數生物的基因是DNA分子的功能片段,有些病毒的基因在RNA分子上。2.概述DNA分子由四種脫氧核苷酸構成,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。3.概述DNA分子通過半保留方式進行復制。4.活動:制作DNA分子雙螺旋結構模型。
微考點大突破
考點一　DNA的結構
　
1.DNA雙螺旋結構模型的構建
2.DNA的結構
提醒　DNA雙螺旋結構的考點
①
②
③
④
3.DNA的結構特點
(1)DNA分子中的每個磷酸均連接著一個脫氧核糖和一個堿基。(必修2 P50“圖3-8”)()
(2)生物體內所有基因的堿基總數與DNA分子的堿基總數相同。(必修2 P57、58“思考·討論”)()
(3)DNA分子的多樣性和特異性主要與它的空間結構密切相關。(源自必修2 P59)()
(必修2 P52“科學·技術·社會”)在現代刑偵領域中,DNA指紋技術正在發揮著越來越重要的作用,比如可以用于親子鑒定等。如圖是通過提取某小孩和其母親以及待測定的四位男性的DNA,分別經合適的酶處理后,形成若干DNA片段,然后進行電泳等一系列步驟得到的一組DNA指紋圖,請分析:F1~F4中,誰是該小孩真正生物學上的父親 為什么
答:____________________________________________。
能力　DNA分子的結構與特點(考查生命觀念、科學思維)
1.(2022·廣東卷,T12)λ噬菌體的線性雙鏈DNA兩端各有一段單鏈序列。這種噬菌體在侵染大腸桿菌后其DNA會自連環化(如圖),該線性分子兩端能夠相連的主要原因是(　　)
A.單鏈序列脫氧核苷酸數量相等
B.分子骨架同為脫氧核糖與磷酸
C.單鏈序列的堿基能夠互補配對
D.自連環化后兩條單鏈方向相同
2.(2021·北京卷,T4)酵母菌的DNA中堿基A約占32%,下列關于酵母菌核酸的敘述錯誤的是(　　)
A.DNA復制后A約占32%
B.DNA中C約占18%
C.DNA中(A+G)/(T+C)=1
D.RNA中U約占32%
DNA中堿基數量的計算規律
考點二　DNA的復制
　
1.假說—演繹法分析DNA半保留復制的實驗證據
2.DNA的復制
(1)概念、時間、場所。
(2)過程。
(3)結果:一個DNA分子形成了兩個__________的DNA分子。
(4)特點:①______________;②______________復制。
提醒　半保留復制為每個子代DNA分子都保留原DNA的一條鏈。
(5)準確復制的原因。
①DNA獨特的__________結構,為復制提供了精確的模板。
②通過__________,保證了復制能夠準確地進行。
(6)DNA復制的意義:DNA通過復制,將__________從親代細胞傳遞給子代細胞,從而保持了__________的連續性。
3.染色體、DNA、基因和脫氧核苷酸的關系
(1)將已被15N標記了DNA的大腸桿菌在含14N的培養基中培養繁殖一代,若子代大腸桿菌的DNA分子中既含有14N,又含有15N,則可說明DNA的復制為半保留復制。(必修2 P54“思考·討論”)()
(2)真核細胞的DNA復制都發生在細胞核中。(源自必修2 P55)()
(3)DNA分子復制時,解旋酶與DNA聚合酶不能同時發揮作用。(必修2 P55“圖3-10”)()
(4)單個脫氧核苷酸在DNA聚合酶的作用下連接合成新的子鏈。(必修2 P55“圖3-10”)()
(5)基因的遺傳效應是指基因能夠復制、傳遞和表達性狀的過程。(必修2 P57、58“思考·討論”)()
1.(必修2 P56“拓展應用”2)真核細胞中DNA復制的速率一般為50~100 bp/s,果蠅DNA的電鏡照片中有一些泡狀結構,叫作DNA復制泡,是DNA上正在復制的部分,果蠅DNA上形成多個復制泡,這說明__________________________________________________________________。
2.據圖思考:生物細胞內所有的DNA聚合酶都只能催化DNA子鏈從5'→3'方向延伸,但是DNA的兩條鏈是反向平行的,那么DNA的兩條鏈是如何同時作為模板合成其互補鏈的 DNA復制還需要什么酶
答:________________________________________________________________________________________。
1.“圖解法”分析DNA復制相關計算
(1)將含有15N的DNA放在含有14N的培養基中連續復制n次,則:
①子代DNA共2n個
(2)DNA復制中消耗的脫氧核苷酸數,若一親代DNA分子含有某種脫氧核苷酸m個:
①經過n次復制需要消耗游離的該種脫氧核苷酸數為m·(2n-1)。
②第n次復制所需游離的該種脫氧核苷酸數為m·2n-1。
2.細胞分裂中標記染色體去向的分析
(1)有絲分裂中染色體的標記情況。
用15N標記細胞的DNA分子,然后將其放到含14N的培養液中進行兩次有絲分裂,情況如圖所示(以一對同源染色體為例):
[注]　表示15N標記的DNA鏈,表示14N標記的DNA鏈。
(注:體細胞染色體為2n條) 第一次有絲分裂中期 第一次有絲分裂后期 第二次有絲分裂中期 第二次有絲分裂后期
15N標記的染色體數 2n 4n 2n 2n
15N標記的染色單體數 4n 0 2n 0
1個細胞經兩次有絲分裂產生的4個子細胞中有2或3或4個細胞含有15N標記的染色體;每個子細胞含15N標記的染色體為0~2n條。
(2)減數分裂中染色體的標記情況。
用15N標記細胞的DNA分子,然后將其放到含14N的培養液中進行正常減數分裂,情況如圖所示(以一對同源染色體為例):
[注]　“”表示15N標記的DNA鏈,“”表示14N標記的DNA鏈。
由圖可以看出,子細胞中的所有染色體都含15N。
(3)先進行一次有絲分裂再進行一次減數分裂細胞中染色體的標記情況。
用15N標記細胞的DNA分子,然后將其放到含14N的培養液中進行一次有絲分裂,再繼續在含14N的培養液中進行一次減數分裂,情況如圖所示(以一對同源染色體為例):
[注]　“”表示15N標記的DNA鏈,“”表示14N標記的DNA鏈。
若該生物的正常體細胞的核DNA為2n,則經上述過程形成的子細胞中含15N標記DNA的個數為0~n個。
能力一　DNA復制的過程與特點(考查科學思維)
1.(2021·遼寧卷,T4)下列有關細胞內的DNA及其復制過程的敘述,正確的是(　　)
A.子鏈延伸時游離的脫氧核苷酸添加到3'端
B.子鏈的合成過程不需要引物參與
C.DNA每條鏈的5'端是羥基末端
D.DNA聚合酶的作用是打開DNA雙鏈
2.(2022·海南卷,T11)科學家曾提出DNA復制方式的三種假說:全保留復制、半保留復制和分散復制(如圖1)。對此假說,科學家以大腸桿菌為實驗材料,進行了如下實驗(如圖2):
圖1
圖2
下列有關敘述正確的是(　　)
A.第一代細菌DNA離心后,試管中出現1條中帶,說明DNA復制方式一定是半保留復制
B.第二代細菌DNA離心后,試管中出現1條中帶和1條輕帶,說明DNA復制方式一定是全保留復制
C.結合第一代和第二代細菌DNA的離心結果,說明DNA復制方式一定是分散復制
D.若DNA復制方式是半保留復制,繼續培養至第三代,細菌DNA離心后試管中會出現1條中帶和1條輕帶
能力二　DNA復制的相關計算(考查科學思維)
3.(2021·海南卷,T6)已知5 溴尿嘧啶(BU)可與堿基A或G配對。大腸桿菌DNA上某個堿基位點已由A—T轉變為A—BU,要使該位點由A—BU轉變為G—C,則該位點所在的DNA至少需要復制的次數是(　　)
A.1　　　B.2　　　C.3　　　D.4
4.一個15N標記的、含1 000個堿基對的DNA分子片段,其中一條鏈中T+A占30%,若將該DNA分子放在含14N的培養基中連續復制3次,下列相關敘述正確的是(　　)
A.該DNA分子的另一條鏈中T+A占70%
B.該DNA分子中含有A的數目為400個
C.該DNA分子第3次復制時需要消耗1 400個G
D.經3次復制后,子代DNA分子中含14N的比例為1
準確把握DNA復制的相關計算問題
(1)復制次數:“DNA復制了n次”和“第n次復制”的區別:前者包括所有的復制,后者只包括最后一次復制。
(2)堿基數目:注意堿基的數目單位是“對”還是“個”。
(3)復制模板:在DNA復制過程中,無論復制了幾次,含有親代脫氧核苷酸單鏈的DNA分子都只有兩個。
(4)關鍵詞語:看清是“DNA分子數”還是“鏈數”,“含”還是“只含”等關鍵詞。
能力三　DNA復制與細胞分裂的關系(考查科學思維)
5.在含有BrdU的培養液中進行DNA復制時,BrdU會取代胸苷摻入到新合成的鏈中,形成BrdU標記鏈。當用某種熒光染料對復制后的染色體進行染色,發現含半標記DNA(一條鏈被標記)的染色單體發出明亮熒光,含全標記DNA(兩條鏈均被標記)的染色單體熒光被抑制(無明亮熒光)。若將一個細胞置于含BrdU的培養液中,培養到第三個細胞周期的中期進行染色并觀察(以一條模板DNA觀察)。下列推測錯誤的是(　　)
A.1/2的染色體無明亮熒光
B.1/4的染色單體發出明亮熒光
C.全部DNA分子被BrdU標記
D.3/4的DNA單鏈被BrdU標記
6.(2025·鄭州聯考)將某二倍體動物精原細胞(2n=38)全部DNA中的一條單鏈被32P標記后置于不含32P的培養液中培養,經過減數分裂最終得到4個子細胞,檢測相應細胞中標記的情況。若不考慮染色體互換和染色體變異,下列敘述不正確的是(　　)
A.最終可能出現2個子細胞中含32P,2個不含32P的情況
B.最終可能出現3個子細胞中含32P,1個不含32P的情況
C.減數第一次分裂得到的2個子細胞均含有32P
D.減數第二次分裂后期細胞中全部染色體均含32P
微真題重體悟
　
1.(2024·北京卷,T2)科學家證明“尼安德特人”是現代人的近親,依據的是DNA的(　　)
A.元素組成 B.核苷酸種類
C.堿基序列 D.空間結構
2.(2024·河北卷,T4)下列關于DNA復制和轉錄的敘述,正確的是(　　)
A.DNA復制時,脫氧核苷酸通過氫鍵連接成子鏈
B.復制時,解旋酶使DNA雙鏈由5'端向3'端解旋
C.復制和轉錄時,在能量的驅動下解旋酶將DNA雙鏈解開
D.DNA復制合成的子鏈和轉錄合成的RNA延伸方向均為由5'端向3'端
3.(2024·浙江1月選考,T10)大腸桿菌在含有3H 脫氧核苷培養液中培養,3H 脫氧核苷摻入到新合成的DNA鏈中,經特殊方法顯色,可觀察到雙鏈都摻入3H 脫氧核苷的DNA區段顯深色,僅單鏈摻入的顯淺色,未摻入的不顯色。摻入培養中,大腸桿菌擬核DNA第2次復制時,局部示意圖如圖。DNA雙鏈區段①②③對應的顯色情況可能是(　　)
A.深色、淺色、淺色 B.淺色、深色、淺色
C.淺色、淺色、深色 D.深色、淺色、深色
4.(2021·山東卷,T5)利用農桿菌轉化法,將含有基因修飾系統的T DNA插入到水稻細胞M的某條染色體上,在該修飾系統的作用下,一個DNA分子單鏈上的一個C脫去氨基變為U,脫氨基過程在細胞M中只發生一次。將細胞M培育成植株N。下列說法錯誤的是(　　)
A.N的每一個細胞中都含T DNA
B.N自交,子一代中含T DNA的植株占3/4
C.M經n(n≥1)次有絲分裂后,脫氨基位點為A—U的細胞占1/2n
D.M經3次有絲分裂后,含T DNA且脫氨基位點為A—T的細胞占1/2
5.(2021·全國甲卷,T30)用一段由放射性同位素標記的DNA片段可以確定基因在染色體上的位置。某研究人員使用放射性同位素32P標記的脫氧腺苷三磷酸(dATP,dA—Pα~Pβ~Pγ)等材料制備了DNA片段甲(單鏈),對W基因在染色體上的位置進行了研究,實驗流程的示意圖如圖。
回答下列問題:
(1)該研究人員在制備32P標記的DNA片段甲時,所用dATP的α位磷酸基團中的磷必須是32P,原因是____________________________________________。
(2)該研究人員以細胞為材料制備了染色體樣品,在混合操作之前去除了樣品中的RNA分子,去除RNA分子的目的是____________________________________________。
(3)為了使片段甲能夠通過堿基互補配對與染色體樣品中的W基因結合,需要通過某種處理使樣品中的染色體DNA__________。
(4)該研究人員在完成上述實驗的基礎上,又對動物細胞內某基因的mRNA進行了檢測,在實驗過程中用某種酶去除了樣品中的DNA,這種酶是__________。
第18講　DNA的結構、復制及基因的本質
微考點·大突破
考點一
教材解讀
1.衍射圖譜　A　G　C　T　螺旋　A=T、G=C　T　C　脫氧核糖—磷酸　內部　A與T　G與C　相反
2.C、H、O、N、P　脫氧核苷酸　磷酸　脫氧核糖　堿基　A與T配對、G與C配對
3.脫氧核糖和磷酸　4n　堿基排列順序
教材基礎辨析
　(1)×　(2)×　(3)×
教材素材拓展
　提示　F2。C的DNA指紋圖中一條帶與M DNA指紋圖中的一條帶相同,另一條帶與F2DNA指紋圖中的一條帶相同
能力提升
1.C　解析　單鏈序列脫氧核苷酸數量相等和分子骨架同為脫氧核糖與磷酸都不是該線性DNA分子兩端能夠相連的主要原因,A、B兩項錯誤;據題圖可知,單鏈序列的堿基能夠互補配對,這是該線性DNA分子兩端能夠相連的主要原因,C項正確;該線性DNA分子自連環化后兩條單鏈方向相反,D項錯誤。
2.D　解析　DNA的復制方式為半保留復制,且遵循堿基互補配對原則,故DNA復制后堿基A所占比例不變,即子代DNA分子中A也約占32%,A項正確;根據堿基互補配對原則,雙鏈DNA中,A=T,G=C,A約占32%,則C約占(100%-2×32%)÷2=18%,B項正確;雙鏈DNA中,A=T,G=C,(A+G)/(T+C)=1,C項正確;RNA是以DNA中的一條鏈為模板按照堿基互補配對原則形成的,由于模板鏈中A所占比例未知,故不能確定RNA中U所占比例,D項錯誤。
考點二
教材解讀
1.半保留　半保留
2.(1)間期　線粒體　葉綠體　(2)①解旋酶　解開　②母鏈　脫氧核苷酸　DNA聚合酶　堿基互補配對　③雙螺旋結構　(3)完全相同
(4)①邊解旋邊復制　②半保留　(5)①雙螺旋　②堿基互補配對　(6)遺傳信息　遺傳信息
3.一個或兩個　有遺傳效應的DNA片段　許多個基因　脫氧核苷酸排列順序
教材基礎辨析
　(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√
教材素材拓展
1.提示　果蠅的DNA有多個復制起點,可從多個起點開始DNA復制,由此加快DNA復制的速率,為細胞分裂做好物質準備
2.提示　DNA復制過程中,當以a鏈為模板時,DNA聚合酶可以沿5'→3'方向連續合成新的互補鏈(稱為前導鏈);以b鏈為模板時,DNA聚合酶也是沿5'→3'方向合成新鏈片段,但是與前導鏈的合成方向相反,最終合成的互補鏈(稱為后隨鏈)實際上是由許多沿b鏈5'→3'方向合成的DNA片段連接起來的。因此,還需要DNA連接酶將相鄰DNA片段連接起來。DNA復制除DNA聚合酶外,還需要解旋酶、DNA連接酶等的參與
能力提升
1.A　解析　在DNA復制過程中,DNA聚合酶從引物的3'端延伸子鏈,即子鏈延伸時游離的脫氧核苷酸添加到3'端,A項正確;DNA聚合酶不能從頭開始合成DNA,而只能從3'端延伸DNA鏈,因此,子鏈的合成過程需要引物參與,B項錯誤;通常將DNA的羥基末端稱為3'端,而磷酸基團末端稱為5'端,C項錯誤;解旋酶的作用是打開DNA雙鏈,DNA聚合酶的作用是催化合成DNA子鏈,D項錯誤。
2.D　解析　第一代細菌DNA離心后,試管中出現1條中帶,則可以排除全保留復制,但不能確定是半保留復制還是分散復制,繼續做第二代DNA密度鑒定,若第二代DNA可以分出一條中帶和一條輕帶,則可以排除分散復制,同時肯定是半保留復制,A、B、C三項錯誤;若DNA復制方式是半保留復制,繼續培養至第三代,形成的子代DNA有兩條鏈均為14N或一條鏈含有14N、一條鏈含有15N兩種類型,因此細菌DNA離心后試管中會出現1條中帶和1條輕帶,D項正確。
3.B　解析　根據題意可知,BU既可以與堿基A配對,又可以和堿基G配對,又知大腸桿菌DNA上某個堿基位點已由A—T轉變為A—BU,則該位點所在的DNA復制一次,該位點可能會變為G—BU,再復制一次,該位點可能會變為G—C,即該位點所在的DNA至少需要復制2次才能使該位點由A—BU轉變為G—C,B項正確。
4.D　解析　DNA分子片段的一條鏈中T+A占30%,根據堿基互補配對原則,另一條鏈中T+A也占30%,A項錯誤;根據堿基互補配對原則,該DNA分子一條鏈中T+A占30%,則整個DNA分子中T+A占30%,所以DNA分子中A=T=1 000×2×30%÷2=300(個),則鳥嘌呤G=1 000-300=700(個),第3次復制時需要消耗G=22×700=2 800(個),B、C兩項錯誤;經3次復制后,8個子代DNA分子中都含14N,故子代DNA分子中含14N的比例為1,D項正確。
5.D　解析　DNA復制方式是半保留復制,第一次分裂結束后所有染色體的DNA分子中一條鏈不含BrdU,另外一條鏈含有BrdU;第二次分裂結束后有1/2的染色體上的DNA分子兩條鏈均含有BrdU,1/2的染色體上的DNA分子中一條鏈不含BrdU,另外一條鏈含有BrdU;到第三次有絲分裂中期,全部DNA分子被BrdU標記,所有染色體均含有姐妹染色單體,其中有1/2的染色體上的2個DNA分子的兩條鏈均含BrdU(熒光被抑制),有1/2的染色體上的2個DNA分子中的1個DNA分子的兩條鏈中的1條含BrdU、1條不含,另1個DNA分子的兩條鏈均含BrdU,所以有1/4的染色單體會發出明亮熒光,故選D。
6.D　解析　精原細胞全部DNA中的一條單鏈被32P標記后置于不含32P的培養液中培養,經過減數分裂最終得到4個子細胞,由于DNA是半保留復制,細胞中DNA復制后每條染色體上有一條姐妹染色單體含32P,另一條姐妹染色單體不含32P,由于減數第一次分裂發生同源染色體分離,因此經過減數第一次分裂后得到的兩個子細胞均含有32P,減數第二次分裂姐妹染色單體分離,形成的子染色體隨機移向兩極,最終可能出現2個子細胞中含32P、2個不含32P的情況,也可能出現3個子細胞中含32P、1個不含32P的情況,減數第二次分裂后期細胞中一半染色體含32P,A、B、C三項正確,D項錯誤。
微真題·重體悟
1.C　解析　人的遺傳信息蘊藏在DNA的脫氧核苷酸的排列順序之中,可作為親緣關系遠近的判斷依據,故選C。
2.D　解析　DNA復制時,脫氧核苷酸通過磷酸二酯鍵連接成子鏈,A項錯誤;復制時,解旋酶將DNA雙螺旋的兩條鏈解開,其并不是從5'端到3'端的單向解旋,B項錯誤;轉錄時不需要解旋酶,RNA聚合酶即可完成解旋,C項錯誤;DNA復制合成的子鏈和轉錄合成的RNA延伸方向均為由5'端向3'端,D項正確。
3.B　解析　大腸桿菌在含有3H 脫氧核苷培養液中培養,DNA的復制方式為半保留復制,大腸桿菌擬核DNA第1次復制后產生的子代DNA的兩條鏈一條被3H標記,另一條未被標記,大腸桿菌擬核DNA第2次復制時,以兩條鏈中一條被3H標記,另一條未被標記的DNA分子為模板,結合題干顯色情況,DNA雙鏈區段①為淺色,②中兩條鏈均含有3H顯深色,③中一條鏈含有3H一條鏈不含3H顯淺色,A、C、D三項錯誤,B項正確。
4.D　解析　在M培育成N的過程中,增殖方式為有絲分裂。根據題意M細胞中某條染色體上含有T DNA,有絲分裂過程中T DNA會隨著水稻DNA的復制而復制,復制后精確分配到子細胞中去,所以細胞M培育成的植株N的每個細胞中都含有T DNA,A項正確。N的原始生殖細胞中其中一條染色體含有T DNA(可記為T),其同源染色體不含T DNA(可記為O),那么N植株可表示為TO,根據分離定律N(TO)自交子一代中含T的植株占3/4,即含T DNA的植株占3/4,B項正確。根據題意M細胞某染色體一個DNA分子單鏈上的C變為U,由于DNA復制的原料是脫氧核苷酸不含堿基U,故復制n次后脫氨基位點含有A—U的細胞只有一個,復制n次后細胞總數為2n個,所以脫氨基位點為A—U的細胞占1/2n,C項正確。據A項解析知,M經3次有絲分裂后的細胞都含有T DNA。由于M細胞中某染色體一個DNA分子單鏈上的C變為U,其互補鏈的對應位點正常為G,所以子代細胞1/2是正常的G—C,1/2是堿基對被替換的。M經3次復制后形成的8個子DNA中4個脫氨基位點為正常的(G—C或C—G);4個脫氨基位點為替換的,其中一個DNA含有U—A(或A—U),三個DNA為A—T(或T—A),綜上分析M經3次有絲分裂后,含T DNA且脫氨基位點為A—T的細胞占3/8,D項錯誤。
5.答案　(1)dATP分子中的兩個特殊化學鍵斷裂后形成的dA—P是組成DNA的基本單位之一,所以α位磷酸基團中的磷是32P,才能使DNA具有32P的放射性　(2)防止RNA分子與DNA分子堿基互補配對結合,從而影響DNA與染色體對應位點的DNA結合　(3)解旋
(4)DNA酶(或DNA水解酶)
解析　(1)因為dATP分子中的兩個特殊化學鍵斷裂后形成的dA—P(腺嘌呤脫氧核糖核苷酸)是組成DNA的基本單位之一,所以只有α位磷酸基團中的磷是32P,才能使DNA合成原料具有放射性,最終使合成的DNA具有32P的放射性。(2)由題意可知,本實驗的目的是用一段由放射性同位素標記的DNA片段確定W基因在染色體上的位置,在混合操作之前應去除樣品中的RNA分子,若不去除RNA分子,則RNA分子會與DNA分子堿基互補配對結合,從而影響DNA與染色體對應位點的DNA結合,導致無法確定基因在染色體上的位置。(3)DNA要先解開雙鏈,片段甲才能通過堿基互補配對與染色體樣品中的W基因結合,因此,需要通過某種處理使樣品中的染色體DNA解旋。(4)因為酶具有專一性,故應用DNA酶(或DNA水解酶)去除樣品中的DNA。(共73張PPT)
第18講
第五單元　遺傳的物質基礎
DNA的結構、復制及基因的本質
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容
1.概述多數生物的基因是DNA分子的功能片段，有些病毒的基因在RNA分子上。2.概述DNA分子由四種脫氧核苷酸構成，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。3.概述DNA分子通過半保留方式進行復制。4.活動：制作DNA分子雙螺旋結構模型。
微考點 大突破
內容
索引
微真題 重體悟
考點一　DNA的結構
考點二　DNA的復制
考點一　DNA的結構
微考點/大突破
第一部分
1.DNA雙螺旋結構模型的構建
衍射圖譜
A
G
C
T
螺旋
A=T、G=C
T
C
脫氧核糖—磷酸
內部
A與T
G與C
相反
2.DNA的結構
C、H、O、N、P
脫氧核苷酸
磷酸
脫氧核糖
堿基
A與T配對、G與C配對
提醒　DNA雙螺旋結構的考點
3.DNA的結構特點
脫氧核糖和磷酸
4n
堿基排列順序
教材基礎辨析
(1)DNA分子中的每個磷酸均連接著一個脫氧核糖和一個堿基。(必修2 P50“圖3-8”)( )
(2)生物體內所有基因的堿基總數與DNA分子的堿基總數相同。(必修2 P57、58“思考·討論”)( )
(3)DNA分子的多樣性和特異性主要與它的空間結構密切相關。(源自必修2 P59)( )
×
×
×
教材素材拓展
(必修2 P52“科學·技術·社會”)在現代刑偵領域中，DNA指紋技術正在發揮著越來越重要的作用，比如可以用于親子鑒定等。如圖是通過提取某小孩和其母親以及待測定的四位男性的DNA，分別經合適的酶處理后，形成若干DNA片段，然后進行電泳等一系列步驟得到的一組DNA指紋圖，請分析：F1~F4中，誰是該小孩真正生物學上的父親 為什么
答：______________________________________________________
___________________________________________。
F2。C的DNA指紋圖中一條帶與M DNA指紋圖中的一條帶相同，另一條帶與F2DNA指紋圖中的一條帶相同
能力　DNA分子的結構與特點(考查生命觀念、科學思維)
1.(2022·廣東卷，T12)λ噬菌體的線性雙鏈DNA兩端各有一段單鏈序列。這種噬菌體在侵染大腸桿菌后其DNA會自連環化(如圖)，該線性分子兩端能夠相連的主要原因是(　　)
A.單鏈序列脫氧核苷酸數量相等
B.分子骨架同為脫氧核糖與磷酸
C.單鏈序列的堿基能夠互補配對
D.自連環化后兩條單鏈方向相同
單鏈序列脫氧核苷酸數量相等和分子骨架同為脫氧核糖與磷酸都不是該線性DNA分子兩端能夠相連的主要原因，A、B兩項錯誤；據題圖可知，單鏈序列的堿基能夠互補配對，這是該線性DNA分子兩端能夠相連的主要原因，C項正確；該線性DNA分子自連環化后兩條單鏈方向相反，D項錯誤。
解析
2.(2021·北京卷，T4)酵母菌的DNA中堿基A約占32%，下列關于酵母菌核酸的敘述錯誤的是(　　)
A.DNA復制后A約占32%
B.DNA中C約占18%
C.DNA中(A+G)/(T+C)=1
D.RNA中U約占32%
DNA的復制方式為半保留復制，且遵循堿基互補配對原則，故DNA復制后堿基A所占比例不變，即子代DNA分子中A也約占32%,
A項正確；根據堿基互補配對原則，雙鏈DNA中，A=T，G=C，A約占32%，則C約占(100%-2×32%)÷2=18%，B項正確；雙鏈DNA中，A=T，G=C，(A+G)/(T+C)=1，C項正確；RNA是以DNA中的一條鏈為模板按照堿基互補配對原則形成的，由于模板鏈中A所占比例未知，故不能確定RNA中U所占比例，D項錯誤。
解析
DNA中堿基數量的計算規律
考點二　DNA的復制
微考點/大突破
第一部分
1.假說—演繹法分析DNA半保留復制的實驗證據
半保留
半保留
2.DNA的復制
(1)概念、時間、場所。
間期
線粒體
葉綠體
(2)過程。
解旋酶
解開
母鏈
脫氧核苷酸
DNA聚合酶
堿基互補配對
雙螺旋結構
(3)結果：一個DNA分子形成了兩個__________的DNA分子。
(4)特點：①______________；②____________復制。
提醒　半保留復制為每個子代DNA分子都保留原DNA的一條鏈。
(5)準確復制的原因。
①DNA獨特的________結構，為復制提供了精確的模板。
②通過______________，保證了復制能夠準確地進行。
(6)DNA復制的意義：DNA通過復制，將__________從親代細胞傳遞給子代細胞，從而保持了__________的連續性。
完全相同
邊解旋邊復制
半保留
雙螺旋
堿基互補配對
遺傳信息
遺傳信息
3.染色體、DNA、基因和脫氧核苷酸的關系
一個或兩個
有遺傳效應的DNA片段
許多個基因
脫氧核苷酸排列順序
教材基礎辨析
(1)將已被15N標記了DNA的大腸桿菌在含14N的培養基中培養繁殖一代，若子代大腸桿菌的DNA分子中既含有14N，又含有15N，則可說明DNA的復制為半保留復制。(必修2 P54“思考·討論”)( )
(2)真核細胞的DNA復制都發生在細胞核中。(源自必修2 P55)( )
(3)DNA分子復制時，解旋酶與DNA聚合酶不能同時發揮作用。(必修2 P55“圖3-10”)( )
×
×
×
(4)單個脫氧核苷酸在DNA聚合酶的作用下連接合成新的子鏈。(必修2 P55“圖3-10”)( )
(5)基因的遺傳效應是指基因能夠復制、傳遞和表達性狀的過程。(必修2 P57、58“思考·討論”)( )
×
√
教材素材拓展
1.(必修2 P56“拓展應用”2)真核細胞中DNA復制的速率一般為50~100 bp/s，果蠅DNA的電鏡照片中有一些泡狀結構，叫作DNA復制泡，是DNA上正在復制的部分，果蠅DNA上形成多個復制泡，這說明________________________________________________________________________________________________________。
果蠅的DNA有多個復制起點，可從多個起點開始DNA復制，由此加快DNA復制的速率，為細胞分裂做好物質準備
2.據圖思考：生物細胞內所有的DNA聚合酶都只能催化DNA子鏈從5'→3'方向延伸，但是DNA的兩條鏈是反向平行的，那么DNA的兩條鏈是如何同時作為模板合成其互補鏈的 DNA復制還需要什么酶
答：_______________________________________________________
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
DNA復制過程中，當以a鏈為模板時，DNA聚合酶可以沿5'→3'方向連續合成新的互補鏈(稱為前導鏈)；以b鏈為模板時，DNA聚合酶也是沿5'→3'方向合成新鏈片段，但是與前導鏈的合成方向相反,最終合成的互補鏈(稱為后隨鏈)實際上是由許多沿b鏈5'→3'方向合成的DNA片段連接起來的。因此，還需要DNA連接酶將相鄰DNA片段連接起來。DNA復制除DNA聚合酶外，還需要解旋酶、DNA連接酶等的參與
1.“圖解法”分析DNA復制相關計算
(1)將含有15N的DNA放在含有14N的培養基中連續復制n次，則：
(2)DNA復制中消耗的脫氧核苷酸數，若一親代DNA分子含有某種脫氧核苷酸m個：
①經過n次復制需要消耗游離的該種脫氧核苷酸數為m·(2n-1)。
②第n次復制所需游離的該種脫氧核苷酸數為m·2n-1。
2.細胞分裂中標記染色體去向的分析
(1)有絲分裂中染色體的標記情況。
用15N標記細胞的DNA分子，然后將其放到含14N的培養液中進行兩次有絲分裂，情況如圖所示(以一對同源染色體為例)：
[注]　 表示15N標記的DNA鏈， 表示14N標記的DNA鏈。
(注：體細胞染色體為2n條) 第一次有絲分裂中期 第一次有絲分裂后期 第二次有絲分裂中期 第二次有絲分裂后期
15N標記的染色體數 2n 4n 2n 2n
15N標記的染色單體數 4n 0 2n 0
1個細胞經兩次有絲分裂產生的4個子細胞中有2或3或4個細胞含有15N標記的染色體；每個子細胞含15N標記的染色體為0~2n條。
(2)減數分裂中染色體的標記情況。
用15N標記細胞的DNA分子，然后將其放到含14N的培養液中進行正常減數分裂，情況如圖所示(以一對同源染色體為例)：
[注]　“ ”表示15N標記的DNA鏈，“ ”表示14N標記的DNA鏈。
由圖可以看出，子細胞中的所有染色體都含15N。
(3)先進行一次有絲分裂再進行一次減數分裂細胞中染色體的標記情況。
用15N標記細胞的DNA分子，然后將其放到含14N的培養液中進行一次有絲分裂，再繼續在含14N的培養液中進行一次減數分裂，情況如圖所示(以一對同源染色體為例)：
[注]　“ ”表示15N標記的DNA鏈，“ ”表示14N標記的DNA鏈。
若該生物的正常體細胞的核DNA為2n，則經上述過程形成的子細胞中含15N標記DNA的個數為0~n個。
能力一　DNA復制的過程與特點(考查科學思維)
1.(2021·遼寧卷，T4)下列有關細胞內的DNA及其復制過程的敘述，正確的是(　　)
A.子鏈延伸時游離的脫氧核苷酸添加到3'端
B.子鏈的合成過程不需要引物參與
C.DNA每條鏈的5'端是羥基末端
D.DNA聚合酶的作用是打開DNA雙鏈
在DNA復制過程中，DNA聚合酶從引物的3'端延伸子鏈，即子鏈延伸時游離的脫氧核苷酸添加到3'端，A項正確；DNA聚合酶不能從頭開始合成DNA，而只能從3'端延伸DNA鏈，因此，子鏈的合成過程需要引物參與，B項錯誤；通常將DNA的羥基末端稱為3'
端，而磷酸基團末端稱為5'端，C項錯誤；解旋酶的作用是打開DNA雙鏈，DNA聚合酶的作用是催化合成DNA子鏈，D項錯誤。
解析
2.(2022·海南卷，T11)科學家曾提出DNA復制方式的三種假說：全保留復制、半保留復制和分散復制(如圖1)。對此假說，科學家以大腸桿菌為實驗材料，進行了如下實驗(如圖2)：
下列有關敘述正確的是(　　)
A.第一代細菌DNA離心后，試管中出現1條中帶，說明DNA復制方式一定是半保留復制
B.第二代細菌DNA離心后，試管中出現1條中帶和1條輕帶，說明DNA復制方式一定是全保留復制
C.結合第一代和第二代細菌DNA的離心結果，說明DNA復制方式一定是分散復制
D.若DNA復制方式是半保留復制，繼續培養至第三代，細菌DNA離心后試管中會出現1條中帶和1條輕帶
第一代細菌DNA離心后，試管中出現1條中帶，則可以排除全保留復制，但不能確定是半保留復制還是分散復制，繼續做第二代DNA密度鑒定，若第二代DNA可以分出一條中帶和一條輕帶，則可以排除分散復制，同時肯定是半保留復制，A、B、C三項錯誤;若DNA復制方式是半保留復制，繼續培養至第三代，形成的子代DNA有兩條鏈均為14N或一條鏈含有14N、一條鏈含有15N兩種類型,因此細菌DNA離心后試管中會出現1條中帶和1條輕帶，D項正確。
解析
能力二　DNA復制的相關計算(考查科學思維)
3.(2021·海南卷，T6)已知5-溴尿嘧啶(BU)可與堿基A或G配對。大腸桿菌DNA上某個堿基位點已由A—T轉變為A—BU，要使該位點由A—BU轉變為G—C，則該位點所在的DNA至少需要復制的次數是
(　　)
A.1　　　B.2　　　C.3　　　D.4
根據題意可知，BU既可以與堿基A配對，又可以和堿基G配對，又知大腸桿菌DNA上某個堿基位點已由A—T轉變為A—BU，則該位點所在的DNA復制一次，該位點可能會變為G—BU，再復制一次，該位點可能會變為G—C，即該位點所在的DNA至少需要復制2次才能使該位點由A—BU轉變為G—C，B項正確。
解析
4.一個15N標記的、含1 000個堿基對的DNA分子片段,其中一條鏈中T+A占30%,若將該DNA分子放在含14N的培養基中連續復制3次,下列相關敘述正確的是( )
A.該DNA分子的另一條鏈中T+A占70%
B.該DNA分子中含有A的數目為400個
C.該DNA分子第3次復制時需要消耗1 400個G
D.經3次復制后,子代DNA分子中含14N的比例為1
DNA分子片段的一條鏈中T+A占30%,根據堿基互補配對原則,另一條鏈中T+A也占30%,A項錯誤；根據堿基互補配對原則,該DNA分子一條鏈中T+A占30%,則整個DNA分子中T+A占30%,所以DNA分子中A=T=1 000×2×30%÷2=300(個),則鳥嘌呤G=1 000-300=700
(個),第3次復制時需要消耗G=22×700=2 800(個),B、C兩項錯誤；經3次復制后,8個子代DNA分子中都含14N,故子代DNA分子中含14N的比例為1,D項正確。
解析
準確把握DNA復制的相關計算問題
(1)復制次數：“DNA復制了n次”和“第n次復制”的區別：前者包括所有的復制，后者只包括最后一次復制。
(2)堿基數目：注意堿基的數目單位是“對”還是“個”。
(3)復制模板：在DNA復制過程中，無論復制了幾次，含有親代脫氧核苷酸單鏈的DNA分子都只有兩個。
(4)關鍵詞語：看清是“DNA分子數”還是“鏈數”，“含”還是“只含”等關鍵詞。
能力三　DNA復制與細胞分裂的關系(考查科學思維)
5.在含有BrdU的培養液中進行DNA復制時，BrdU會取代胸苷摻入到新合成的鏈中，形成BrdU標記鏈。當用某種熒光染料對復制后的染色體進行染色，發現含半標記DNA(一條鏈被標記)的染色單體發出明亮熒光，含全標記DNA(兩條鏈均被標記)的染色單體熒光被抑制(無明亮熒光)。若將一個細胞置于含BrdU的培養液中，培養到第三個細胞周期的中期進行染色并觀察(以一條模板DNA觀察)。下列推測錯誤的是(　　)
A.1/2的染色體無明亮熒光 B.1/4的染色單體發出明亮熒光
C.全部DNA分子被BrdU標記 D.3/4的DNA單鏈被BrdU標記
DNA復制方式是半保留復制，第一次分裂結束后所有染色體的DNA分子中一條鏈不含BrdU，另外一條鏈含有BrdU；第二次分裂結束后有1/2的染色體上的DNA分子兩條鏈均含有BrdU，1/2的染色體上的DNA分子中一條鏈不含BrdU，另外一條鏈含有BrdU；到第三次有絲分裂中期，全部DNA分子被BrdU標記，所有染色體均含有姐妹染色單體，其中有1/2的染色體上的2個DNA分子的兩條
解析
鏈均含BrdU(熒光被抑制)，有1/2的染色體上的2個DNA分子中的1個DNA分子的兩條鏈中的1條含BrdU、1條不含，另1個DNA分子的兩條鏈均含BrdU，所以有1/4的染色單體會發出明亮熒光，故選D。
解析
6.(2025·鄭州聯考)將某二倍體動物精原細胞(2n=38)全部DNA中的一條單鏈被32P標記后置于不含32P的培養液中培養，經過減數分裂最終得到4個子細胞，檢測相應細胞中標記的情況。若不考慮染色體互換和染色體變異，下列敘述不正確的是( )
A.最終可能出現2個子細胞中含32P，2個不含32P的情況
B.最終可能出現3個子細胞中含32P，1個不含32P的情況
C.減數第一次分裂得到的2個子細胞均含有32P
D.減數第二次分裂后期細胞中全部染色體均含32P
精原細胞全部DNA中的一條單鏈被32P標記后置于不含32P的培養液中培養，經過減數分裂最終得到4個子細胞，由于DNA是半保留復制，細胞中DNA復制后每條染色體上有一條姐妹染色單體含32P,另一條姐妹染色單體不含32P，由于減數第一次分裂發生同源染色體分離，因此經過減數第一次分裂后得到的兩個子細胞均含有32P,減數第二次分裂姐妹染色單體分離，形成的子染色體隨機移向兩
解析
極，最終可能出現2個子細胞中含32P、2個不含32P的情況，也可能出現3個子細胞中含32P、1個不含32P的情況，減數第二次分裂后期細胞中一半染色體含32P，A、B、C三項正確，D項錯誤。
解析
微真題/重體悟
第二部分
1.(2024·北京卷，T2)科學家證明“尼安德特人”是現代人的近親，依據的是DNA的(　　)
A.元素組成 B.核苷酸種類
C.堿基序列 D.空間結構
人的遺傳信息蘊藏在DNA的脫氧核苷酸的排列順序之中，可作為親緣關系遠近的判斷依據，故選C。
解析
2.(2024·河北卷，T4)下列關于DNA復制和轉錄的敘述，正確的是
(　　)
A.DNA復制時，脫氧核苷酸通過氫鍵連接成子鏈
B.復制時，解旋酶使DNA雙鏈由5'端向3'端解旋
C.復制和轉錄時，在能量的驅動下解旋酶將DNA雙鏈解開
D.DNA復制合成的子鏈和轉錄合成的RNA延伸方向均為由5'端向3'端
DNA復制時，脫氧核苷酸通過磷酸二酯鍵連接成子鏈，A項錯誤;復制時，解旋酶將DNA雙螺旋的兩條鏈解開，其并不是從5'端到3'端的單向解旋，B項錯誤；轉錄時不需要解旋酶，RNA聚合酶即可完成解旋，C項錯誤；DNA復制合成的子鏈和轉錄合成的RNA延伸方向均為由5'端向3'端，D項正確。
解析
3.(2024·浙江1月選考，T10)大腸桿菌在含有3H-脫氧核苷培養液中培養，3H-脫氧核苷摻入到新合成的DNA鏈中，經特殊方法顯色，可觀察到雙鏈都摻入3H-脫氧核苷的DNA區段顯深色，僅單鏈摻入的顯淺色，未摻入的不顯色。摻入培養中，大腸桿菌擬核DNA第2次復制時,局部示意圖如圖。DNA雙鏈區段①②③對應的顯色情況可能是(　　)
A.深色、淺色、淺色 B.淺色、深色、淺色
C.淺色、淺色、深色 D.深色、淺色、深色
大腸桿菌在含有3H-脫氧核苷培養液中培養，DNA的復制方式為半保留復制，大腸桿菌擬核DNA第1次復制后產生的子代DNA的兩條鏈一條被3H標記，另一條未被標記，大腸桿菌擬核DNA第2次復制時，以兩條鏈中一條被3H標記，另一條未被標記的DNA分子為模板，結合題干顯色情況，DNA雙鏈區段①為淺色，②中兩條鏈均含有3H顯深色，③中一條鏈含有3H一條鏈不含3H顯淺色，A、C、D三項錯誤，B項正確。
解析
4.(2021·山東卷，T5)利用農桿菌轉化法，將含有基因修飾系統的T-DNA插入到水稻細胞M的某條染色體上，在該修飾系統的作用下，一個DNA分子單鏈上的一個C脫去氨基變為U，脫氨基過程在細胞M中只發生一次。將細胞M培育成植株N。下列說法錯誤的是(　　)
A.N的每一個細胞中都含T-DNA
B.N自交，子一代中含T-DNA的植株占3/4
C.M經n(n≥1)次有絲分裂后，脫氨基位點為A—U的細胞占1/2n
D.M經3次有絲分裂后，含T-DNA且脫氨基位點為A—T的細胞占1/2
在M培育成N的過程中，增殖方式為有絲分裂。根據題意M細胞中某條染色體上含有T-DNA，有絲分裂過程中T-DNA會隨著水稻DNA的復制而復制，復制后精確分配到子細胞中去，所以細胞M培育成的植株N的每個細胞中都含有T-DNA，A項正確。N的原始生殖細胞中其中一條染色體含有T-DNA(可記為T)，其同源染色體不含T-DNA(可記為O)，那么N植株可表示為TO，根據分離定律
解析
N(TO)自交子一代中含T的植株占3/4，即含T-DNA的植株占3/4，
B項正確。根據題意M細胞某染色體一個DNA分子單鏈上的C變為U，由于DNA復制的原料是脫氧核苷酸不含堿基U，故復制n次后脫氨基位點含有A—U的細胞只有一個，復制n次后細胞總數為2n個，所以脫氨基位點為A—U的細胞占1/2n，C項正確。據A項解析知，M經3次有絲分裂后的細胞都含有T-DNA。由于M細胞中某染
解析
色體一個DNA分子單鏈上的C變為U，其互補鏈的對應位點正常為G，所以子代細胞1/2是正常的G—C，1/2是堿基對被替換的。M經3次復制后形成的8個子DNA中4個脫氨基位點為正常的(G—C或C—G)；4個脫氨基位點為替換的，其中一個DNA含有U—A(或A—U)，三個DNA為A—T(或T—A)，綜上分析M經3次有絲分裂后，含T-DNA且脫氨基位點為A—T的細胞占3/8，D項錯誤。
解析
5.(2021·全國甲卷，T30)用一段由放射性同位素標記的DNA片段可以確定基因在染色體上的位置。某研究人員使用放射性同位素32P標記的脫氧腺苷三磷酸(dATP，dA—Pα~Pβ~Pγ)等材料制備了DNA片段甲
(單鏈)，對W基因在染色體上的位置進行了研究，實驗流程的示意圖如圖。
回答下列問題：
(1)該研究人員在制備32P標記的DNA片段甲時，所用dATP的α位磷酸基團中的磷必須是32P，原因是_____________________________
______________________________________________________________________________________________________。
(2)該研究人員以細胞為材料制備了染色體樣品，在混合操作之前去除了樣品中的RNA分子，去除RNA分子的目的是_____________
_____________________________________________________________________。
dATP分子中的兩個特殊化學鍵斷裂后形成的dA—P是組成DNA的基本單位之一，所以α位磷酸基團中的磷是32P，才能使DNA具有32P的放射性
防止RNA分子與DNA分子堿基互補配對結合，從而影響DNA與染色體對應位點的DNA結合
(3)為了使片段甲能夠通過堿基互補配對與染色體樣品中的W基因結合，需要通過某種處理使樣品中的染色體DNA__________。
(4)該研究人員在完成上述實驗的基礎上，又對動物細胞內某基因的mRNA進行了檢測，在實驗過程中用某種酶去除了樣品中的DNA，這種酶是______________________。
解旋
DNA酶(或DNA水解酶)
(1)因為dATP分子中的兩個特殊化學鍵斷裂后形成的dA—P(腺嘌呤脫氧核糖核苷酸)是組成DNA的基本單位之一，所以只有α位磷酸基團中的磷是32P，才能使DNA合成原料具有放射性，最終使合成的DNA具有32P的放射性。(2)由題意可知，本實驗的目的是用一段由放射性同位素標記的DNA片段確定W基因在染色體上的位置，在混合操作之前應去除樣品中的RNA分子，若不去除RNA分子，
解析
則RNA分子會與DNA分子堿基互補配對結合，從而影響DNA與染色體對應位點的DNA結合，導致無法確定基因在染色體上的位置。(3)DNA要先解開雙鏈，片段甲才能通過堿基互補配對與染色體樣品中的W基因結合，因此，需要通過某種處理使樣品中的染色體DNA解旋。(4)因為酶具有專一性，故應用DNA酶(或DNA水解酶)去除樣品中的DNA。
解析課時微練(十八)　DNA的結構、復制及基因的本質
　
一、選擇題:本題共10小題,在每小題給出的四個選項中,只有一項是符合題目要求的
1.(2022·重慶卷,T4)下列發現中,以DNA雙螺旋結構模型為理論基礎的是(　　)
A.遺傳因子控制性狀
B.基因在染色體上
C.DNA是遺傳物質
D.DNA半保留復制
2.(經典高考題)某種物質可插入DNA分子兩條鏈的堿基對之間,使DNA雙鏈不能解開。若在細胞正常生長的培養液中加入適量的該物質,下列相關敘述錯誤的是(　　)
A.隨后細胞中的DNA復制發生障礙
B.隨后細胞中的RNA轉錄發生障礙
C.該物質可將細胞周期阻斷在分裂中期
D.可推測該物質對癌細胞的增殖有抑制作用
3.某DNA部分片段結構如圖所示,下列敘述正確的是(　　)
A.③為磷酸二酯鍵,③的形成需要RNA聚合酶催化
B.①代表氫鍵,①的形成與斷裂需要ATP提供能量
C.片段中堿基②與五碳糖構成的脫氧核苷與ATP中的腺苷相同
D.若該DNA一條鏈中堿基A與T之和占48%,則整個DNA中堿基C占26%
4.(2023·山東卷,T5)將一個雙鏈DNA分子的一端固定于載玻片上,置于含有熒光標記的脫氧核苷酸的體系中進行復制。甲、乙和丙分別為復制過程中3個時間點的圖像,①和②表示新合成的單鏈,①的5'端指向解旋方向,丙為復制結束時的圖像。該DNA復制過程中可觀察到單鏈延伸暫停現象,但延伸進行時2條鏈延伸速率相等。已知復制過程中嚴格遵守堿基互補配對原則,下列說法錯誤的是(　　)
A.據圖分析,①和②延伸時均存在暫停現象
B.甲時①中A、T之和與②中A、T之和可能相等
C.丙時①中A、T之和與②中A、T之和一定相等
D.②延伸方向為5'端至3'端,其模板鏈3'端指向解旋方向
5.(2023·浙江6月選考,T16)紫外線引發的DNA損傷,可通過“核苷酸切除修復(NER)”方式修復,機制如圖所示。著色性干皮癥(XP)患者的NER酶系統存在缺陷,受陽光照射后,皮膚出現發炎等癥狀。患者幼年發病,20歲后開始發展成皮膚癌。下列敘述錯誤的是(　　)
A.修復過程需要限制酶和DNA聚合酶
B.填補缺口時,新鏈合成以5'到3'的方向進行
C.DNA有害損傷發生后,在細胞增殖后進行修復,對細胞最有利
D.隨年齡增長,XP患者幾乎都會發生皮膚癌的原因,可用突變累積解釋
6.(2025·長沙模擬)某雙鏈DNA分子復制的過程如圖所示。據圖分析,下列有關敘述錯誤的是(　　)
A.前導鏈與后隨鏈的延伸方向均為5'→3'
B.解旋酶的移動方向為從右向左
C.DNA聚合酶的移動方向為從右向左
D.圖示體現了DNA分子的半保留復制
7.(2025·西安聯考)用DNA測序儀檢測某DNA片段的一條核苷酸鏈的堿基序列,具體序列(5'—TGCGTATTGG)如圖1所示,圖2為另一條脫氧核苷酸鏈的堿基序列測序示意圖。下列分析錯誤的是(　　)
A.圖1中DNA片段復制3次,需要35個腺嘌呤脫氧核苷酸
B.圖2所示單鏈的堿基序列為5'—CCAGTGCGCC
C.與圖2相比,圖1所示的DNA片段耐高溫的能力較弱
D.圖1、圖2所示單鏈中的相鄰堿基之間通過氫鍵相連
8.在氮源為14N和15N的培養基上生長的大腸桿菌,其DNA分子分別為14N DNA(相對分子質量為a)和15N DNA(相對分子質量為b)。將親代15N DNA大腸桿菌轉移到含14N的培養基上,連續繁殖兩代(Ⅰ和Ⅱ),用離心方法分離得到的結果如圖所示。下列對此實驗的敘述正確的是(　　)
A.Ⅰ代細菌DNA分子中兩條鏈都是14N
B.Ⅱ代細菌含15N的DNA分子占全部DNA分子的1/4
C.預計Ⅲ代細菌DNA分子的平均相對分子質量為(7a+b)/8
D.上述實驗Ⅰ代→Ⅱ代的結果能證明DNA復制方式為半保留復制
9.(2025·信陽聯考)左氧氟沙星的作用機制是通過特異性抑制細菌DNA旋轉酶的活性,阻止細菌DNA的復制而導致細菌死亡。迄今為止,只在原核生物中發現了DNA旋轉酶。下列相關敘述正確的是(　　)
A.左氧氟沙星可抑制DNA聚合酶從而抑制人體細胞的DNA復制,故毒副作用很大
B.DNA復制時以每條單鏈為模板,DNA聚合酶沿模板鏈的5'端向3'端方向移動
C.沃森和克里克通過實驗證明了DNA的半保留復制
D.一個DNA在體外復制n次所得的DNA分子中,含有親代母鏈的DNA分子占1/2n-1
10.(2025·汕頭模擬)重疊基因是指兩個或兩個以上的基因共有一段DNA序列,或是指一段DNA序列成為兩個或兩個以上基因的組成部分的現象。如圖為某重疊基因發生的兩個過程。下列說法錯誤的是(　　)
A.基因的重疊性使有限的DNA序列包含了更多的遺傳信息
B.圖中重疊區域的甲基化會導致基因2的復制產物發生改變
C.α鏈是基因1的轉錄產物,α鏈的延伸方向是5'→3'
D.基因1和基因2的重疊基因合成的蛋白質的氨基酸序列可能不同
二、非選擇題
11.將SP8噬菌體的雙鏈DNA溫和加熱,兩條鏈分離(即DNA變性),用密度梯度離心分離兩條鏈,如圖所示。用SP8噬菌體感染枯草桿菌細胞后提取RNA(如圖中c),分別與分離的SP8噬菌體DNA單鏈混合。SP8噬菌體的DNA分子由兩條堿基組成很不平均的鏈構成。示意圖如下:
CGCTATAGCGTTT　a
GCGATATCGCAAA　b
(1)SP8噬菌體雙鏈DNA中嘌呤與嘧啶量的關系可用簡式表示為____________,其中a鏈的嘌呤與嘧啶量的關系可用文字表示為_________。
(2)構成a、b鏈的核苷酸由_______鍵連接,a鏈與b鏈之間由_______鍵連接。
(3)圖中顯示的實驗結果是_____________________________________。
(4)由實驗可知,_______鏈為“重鏈”,“重鏈”的堿基組成特點是_____________________,_______鏈為模板鏈。
(5)要用SP8噬菌體感染枯草桿菌細胞后提取RNA分子,其原因是______________________________________________________________________________________________________。
12.(科學探究)雙鏈DNA由兩條反向平行的脫氧核苷酸鏈組成。1966年,科學家岡崎提出DNA半不連續復制假說:DNA復制形成互補子鏈時,一條子鏈連續形成,另一條子鏈不連續即先形成短鏈片段(如圖1所示)。為驗證這一假說,岡崎進行了如下實驗:讓T4噬菌體在20 ℃時侵染大腸桿菌70 min后,將同位素3H標記的脫氧核苷酸添加到大腸桿菌的培養基中,在2 s、7 s、15 s、30 s、60 s、120 s后,分離T4噬菌體DNA并通過加熱使DNA分子變性、全部解螺旋,再進行密度梯度離心,以DNA單鏈片段分布位置確定片段大小(分子越小離試管口距離越近),并檢測相應位置DNA單鏈片段的放射性,結果如圖2所示。請分析并回答下列問題:
(1)若1個雙鏈DNA片段中有1 000個堿基對,其中胸腺嘧啶有350個,該DNA連續復制四次,在第四次復制時需要消耗_______個胞嘧啶脫氧核苷酸。
(2)將3H標記的脫氧核苷酸添加到大腸桿菌的培養基中,最終在T4噬菌體DNA中檢測到放射性,其原因是_______________________________________________________________。
(3)DNA解旋在細胞中需要解旋酶的催化,在體外通過加熱也能實現。解旋酶不能為反應提供能量,但能________________。研究表明,在DNA分子加熱解鏈時,DNA分子中G+C的比例越高,需要的解鏈溫度越高,原因是_________________________________________________。
(4)圖2中,與60 s結果相比,120 s結果中短鏈片段減少的原因是_________________________________________________。該實驗結果為岡崎假說提供的有力證據是_________________________________________________。
課時微練(十八)　DNA的結構、復制及基因的本質
1.D　解析　DNA半保留復制是以DNA的兩條單鏈為模板,以游離的脫氧核苷酸為原料,根據堿基互補配對原則合成互補DNA鏈的過程,因此DNA半保留復制的發現需以DNA雙螺旋結構模型為理論基礎,D項符合題意。
2.C　解析　因為該物質可使DNA雙鏈不能解開,DNA復制時需要解旋,所以若在細胞正常生長的培養液中加入該物質,會導致細胞中DNA復制發生障礙,A項正確;由于RNA主要是在細胞核中以DNA的一條鏈為模板合成的,因此,RNA轉錄前需要DNA解旋,B項正確;因為該物質使DNA復制不能完成,所以可將細胞周期阻斷在分裂間期,C項錯誤;該物質能抑制DNA復制,因此,可抑制癌細胞增殖,D項正確。
3.D　解析　③為磷酸二酯鍵,③的形成需要DNA聚合酶催化,A項錯誤;①代表氫鍵,氫鍵的形成不需要消耗能量,B項錯誤;構成脫氧核苷酸的五碳糖是脫氧核糖,而構成腺苷的五碳糖是核糖,C項錯誤;由于DNA分子中堿基互補配對,A=T、G=C,所以若該DNA一條鏈中堿基A與T之和占48%,則整個DNA分子中堿基A與T之和占48%,G和C之和占1-48%=52%,所以整個DNA中堿基C占26%,D項正確。
方法技巧　解答有關堿基計算題的“三步曲”
4.D　解析　據題干信息,延伸進行時2條鏈延伸速率相等,甲時①比②短,說明①在此前延伸時暫停過,而乙時①比②長,說明②在延伸時暫停過,A項正確;甲時①和②等長的部分兩條鏈中A和T是互補的,這段區間①中A、T之和與②中A、T之和相等,若②比①長的部分不存在A和T,那么兩條鏈A、T之和是相等的,B項正確;丙時復制結束,①和②作為該DNA的兩條子鏈等長而且互補,按照堿基互補配對原則,①中A、T之和與②中A、T之和一定相等,C項正確;DNA子鏈延伸的方向都是5'端到3'端,①和②是一個DNA復制產生的兩條子鏈,二者反向平行,②又和其模板鏈反向平行,所以②的模板鏈和①方向相同,都是5'端指向解旋方向,D項錯誤。
5.C　解析　修復時需要限制酶識別并切除損傷位點的單鏈DNA序列,再用DNA聚合酶以另一條鏈為模板補齊缺口,A項正確;填補缺口時,新鏈合成與DNA復制相似,以5'到3'的方向進行,B項正確;細胞增殖會進行DNA復制,若沒有及時修復受損DNA,則增殖產生的子細胞可能會因基因突變導致功能異常,因此在細胞增殖前進行修復,對細胞最有利,C項錯誤;XP患者無法對紫外線引發的DNA損傷進行修復,導致原癌基因、抑癌基因等發生突變的積累,最終導致癌癥的產生,D項正確。
6.C　解析　DNA聚合酶只能從子鏈的5'端向3'端延伸,故前導鏈和后隨鏈的延伸方向都是5'→3',A項正確;由題圖可知,解旋酶的移動方向為從右向左,B項正確;DNA聚合酶的移動方向與前導鏈和后隨鏈的延伸方向一致,即對前導鏈而言,DNA聚合酶從右向左移動,對于后隨鏈而言,DNA聚合酶從左向右移動,C項錯誤;題圖所示復制過程體現了DNA分子的半保留復制,即子代DNA均保留了親代DNA的一條鏈,D項正確。
7.D　解析　題圖1所示DNA片段中有5個腺嘌呤脫氧核苷酸,其復制3次需要腺嘌呤脫氧核苷酸數目為5×(23-1)=35(個),A項正確;根據題圖1脫氧核苷酸鏈的堿基排列順序可知,圖中堿基序列應從上向下讀,且由左至右的順序依次是ACGT,所以題圖2所示單鏈的堿基序列為5'—CCAGTGCGCC,B項正確;題圖1所示DNA片段中堿基對C—G有5個,題圖2所示DNA片段中堿基對C—G有8個,所以題圖2所示的DNA片段耐高溫能力較強,C項正確;題圖1、題圖2所示單鏈中的相鄰堿基之間不通過氫鍵相連,雙鏈中的互補配對的堿基之間才通過氫鍵相連,D項錯誤。
8.C　解析　Ⅰ代細菌DNA分子中一條鏈是14N,另一條鏈是15N,A項錯誤。Ⅱ代細菌含15N的DNA分子有2個,占全部(4個)DNA分子的1/2,B項錯誤。由于1個含有14N的DNA分子的相對分子質量為a,則每條鏈的相對分子質量為a/2;1個含有15N的DNA分子的相對分子質量為b,則每條鏈相對分子質量為b/2;將親代大腸桿菌轉移到含14N的培養基上,連續繁殖三代,得到的子三代共8個DNA分子,這8個DNA分子共16條鏈,只有2條是含有15N的,14條是含有14N的,因此總相對分子質量為b/2×2+a/2×14=b+7a,所以每個DNA的平均相對分子質量為(7a+b)/8,C項正確。由于Ⅰ代為全中,而Ⅱ代中一半是全中,另一半是輕,所以實驗Ⅰ代→Ⅱ代的結果不能證明DNA復制方式為半保留復制,有可能是全保留復制,D項錯誤。
9.D　解析　由題意可知,左氧氟沙星特異性地抑制細菌DNA旋轉酶的活性,而迄今為止只在原核生物中發現了DNA旋轉酶,所以左氧氟沙星不會抑制DNA聚合酶的活性從而抑制人體細胞的DNA復制,A項錯誤;DNA復制時以每條單鏈為模板,DNA聚合酶只能沿模板鏈的3'端→5'端方向移動,子鏈延伸方向是5'端→3'端,B項錯誤;梅塞爾森和斯塔爾通過實驗證明了DNA的半保留復制,C項錯誤;一個DNA復制n次后形成2n個DNA分子,其中含有親代母鏈的DNA分子有2個,占1/2n-1,D項正確。
10.B　解析　由重疊基因的概念可知,基因的重疊性使有限的DNA序列包含了更多的遺傳信息,A項正確;甲基化不改變基因的堿基序列,題圖中重疊區域的甲基化不會使基因2的復制產物發生改變,B項錯誤;題圖中的α鏈是基因1的轉錄產物,新合成的RNA鏈的延伸方向是5'→3',C項正確;mRNA上3個相鄰堿基編碼一個氨基酸,據此推測,基因1和基因2的重疊基因合成的蛋白質的氨基酸序列可能不同,D項正確。
11.答案　(1)G+A=C+T　嘌呤少于嘧啶　(2)磷酸二酯　氫　(3)只與噬菌體DNA的一條鏈雜交形成DNA—RNA雜合分子,不與另一條鏈雜交　(4)b　嘌呤多于嘧啶　b　(5)噬菌體是病毒,沒有自己的酶系統,只能在宿主細胞中復制和轉錄
解析　(1)雙鏈DNA中,嘌呤堿基總數等于嘧啶堿基總數,由題圖可知,a鏈的嘌呤少于嘧啶,為“輕鏈”。(2)DNA分子單鏈上脫氧核苷酸由磷酸二酯鍵連接,兩條鏈之間由氫鍵連接。(3)實驗結果顯示,噬菌體DNA的b鏈與RNA分子雜交形成DNA—RNA雜合分子,不與a鏈雜交。(4)由題圖可知,b鏈嘌呤多于嘧啶,且b鏈密度梯度離心后位于a鏈下方,為“重鏈”。b鏈能與SP8噬菌體感染枯草桿菌細胞后提取的RNA雜交,說明是轉錄過程中的模板鏈。(5)噬菌體是病毒,沒有自己的酶系統,只能在宿主細胞中復制和轉錄。
12.答案　(1)5 200　(2)3H標記的脫氧核苷酸被大腸桿菌吸收,為T4噬菌體DNA復制提供原料　(3)降低反應的活化能　DNA分子中G+C的比例越高,氫鍵數越多,DNA結構越穩定　(4)短鏈片段連接形成了長片段　在實驗時間內,細胞中均能檢測到較多的短鏈片段
解析　(1)已知1個雙鏈DNA片段中共有A+T+G+C=2 000(個)堿基,其中T=350(個),依據堿基互補配對原則可推知,在該DNA片段中,A=T=350(個),C=G=650(個)。該DNA連續復制四次,在第四次復制時需要消耗胞嘧啶脫氧核苷酸數=(24-1)×650=5 200(個)。(2)將3H標記的脫氧核苷酸添加到大腸桿菌的培養基中,因3H標記的脫氧核苷酸被大腸桿菌吸收,為T4噬菌體DNA復制提供原料,所以最終在T4噬菌體DNA中檢測到放射性。(3)解旋酶能降低反應的活化能。在每個DNA分子中,堿基對A與T之間有2個氫鍵,C與G之間有3個氫鍵,而且DNA分子中G+C的比例越高,含有的氫鍵數越多,DNA結構越穩定,因此在DNA分子加熱解鏈時,DNA分子中G+C的比例越高,需要的解鏈溫度也越高。(4)已知分子越小離試管口距離越近。題圖2顯示:與60 s結果相比,120 s結果中有放射性的單鏈距離試管口較遠,說明短鏈片段減少,其原因是短鏈片段連接形成了長片段。在實驗時間內,細胞中均能檢測到較多的短鏈片段,為岡崎假說提供了實驗證據。(共40張PPT)
DNA的結構、復制及基因的本質
課時微練(十八)
一、選擇題：本題共10小題，在每小題給出的四個選項中，只有一項是符合題目要求的
1.(2022·重慶卷，T4)下列發現中，以DNA雙螺旋結構模型為理論基礎的是( )
A.遺傳因子控制性狀 B.基因在染色體上
C.DNA是遺傳物質 D.DNA半保留復制
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DNA半保留復制是以DNA的兩條單鏈為模板，以游離的脫氧核苷酸為原料，根據堿基互補配對原則合成互補DNA鏈的過程，因此DNA半保留復制的發現需以DNA雙螺旋結構模型為理論基礎，D項符合題意。
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2.(經典高考題)某種物質可插入DNA分子兩條鏈的堿基對之間，使DNA雙鏈不能解開。若在細胞正常生長的培養液中加入適量的該物質，下列相關敘述錯誤的是( )
A.隨后細胞中的DNA復制發生障礙
B.隨后細胞中的RNA轉錄發生障礙
C.該物質可將細胞周期阻斷在分裂中期
D.可推測該物質對癌細胞的增殖有抑制作用
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因為該物質可使DNA雙鏈不能解開，DNA復制時需要解旋，所以若在細胞正常生長的培養液中加入該物質，會導致細胞中DNA復制發生障礙，A項正確；由于RNA主要是在細胞核中以DNA的一條鏈為模板合成的,因此，RNA轉錄前需要DNA解旋，B項正確；因為該物質使DNA復制不能完成，所以可將細胞周期阻斷在分裂間期，C項錯誤；該物質能抑制DNA復制，因此，可抑制癌細胞增殖，D項正確。
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3.某DNA部分片段結構如圖所示，下
列敘述正確的是( )
A.③為磷酸二酯鍵，③的形成需要
RNA聚合酶催化
B.①代表氫鍵，①的形成與斷裂需要
ATP提供能量
C.片段中堿基②與五碳糖構成的脫氧核苷與ATP中的腺苷相同
D.若該DNA一條鏈中堿基A與T之和占48%，則整個DNA中堿基C占26%
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③為磷酸二酯鍵，③的形成需要DNA聚合酶催化，A項錯誤；①代表氫鍵，氫鍵的形成不需要消耗能量，B項錯誤；構成脫氧核苷酸的五碳糖是脫氧核糖，而構成腺苷的五碳糖是核糖，C項錯誤；由于DNA分子中堿基互補配對，A=T、G=C，所以若該DNA一條鏈中堿基A與T之和占48%，則整個DNA分子中堿基A與T之和占48%，G和C之和占1-48%=52%，所以整個DNA中堿基C占26%，D項正確。
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方法技巧　解答有關堿基計算題的“三步曲”
4.(2023·山東卷，T5)將一個雙鏈DNA分子的
一端固定于載玻片上，置于含有熒光標記的
脫氧核苷酸的體系中進行復制。甲、乙和丙
分別為復制過程中3個時間點的圖像，①和
②表示新合成的單鏈，①的5'端指向解旋方向，丙為復制結束時的圖像。該DNA復制過程中可觀察到單鏈延伸暫停現象，但延伸進行時2條鏈延伸速率相等。已知復制過程中嚴格遵守堿基互補配對原則，下列說法錯誤的是( )
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A.據圖分析，①和②延伸時均存在暫停現象
B.甲時①中A、T之和與②中A、T之和可能相等
C.丙時①中A、T之和與②中A、T之和一定相等
D.②延伸方向為5'端至3'端，其模板鏈3'端指向解旋方向
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據題干信息，延伸進行時2條鏈延伸速率相等，甲時①比②短，說明①在此前延伸時暫停過，而乙時①比②長，說明②在延伸時暫停過，A項正確;甲時①和②等長的部分兩條鏈中A和T是互補的，這段區間①中A、T之和與②中A、T之和相等，若②比①長的部分不存在A和T，那么兩條鏈A、T之和是相等的，B項正確；丙時復制結束，①和②作為該DNA的兩條子鏈等長而且互補，按照堿
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基互補配對原則，①中A、T之和與②中A、T之和一定相等，C項正確；DNA子鏈延伸的方向都是5‘端到3'端，①和②是一個DNA復制產生的兩條子鏈，二者反向平行，②又和其模板鏈反向平行，所以②的模板鏈和①方向相同,都是5'端指向解旋方向，D項錯誤。
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5.(2023·浙江6月選考，T16)紫外線引發的DNA損傷，可通過“核苷酸切除修復(NER)”方式修復，機制如圖所示。著色性干皮癥(XP)患者的NER酶系統存在缺陷，受陽光照射后，皮膚出現發炎等癥狀。患者幼年發病，20歲后開始發展成皮膚癌。下列敘述錯誤的是( )
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A.修復過程需要限制酶和DNA聚合酶
B.填補缺口時，新鏈合成以5'到3'的方向進行
C.DNA有害損傷發生后，在細胞增殖后進行修復，對細胞最有利
D.隨年齡增長，XP患者幾乎都會發生皮膚癌的原因，可用突變累積解釋
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修復時需要限制酶識別并切除損傷位點的單鏈DNA序列，再用DNA聚合酶以另一條鏈為模板補齊缺口，A項正確；填補缺口時,新鏈合成與DNA復制相似，以5'到3'的方向進行，B項正確；細胞增殖會進行DNA復制，若沒有及時修復受損DNA，則增殖產生的子細胞可能會因基因突變導致功能異常，因此在細胞增殖前進行修復，對細胞最有利，C項錯誤；XP患者無法對紫外線引發的DNA損傷進行修復，導致原癌基因、抑癌基因等發生突變的積累,最終導致癌癥的產生，D項正確。
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6.(2025·長沙模擬)某雙鏈DNA分子復制的過程如圖所示。據圖分析,下列有關敘述錯誤的是( )



A.前導鏈與后隨鏈的延伸方向均為5'→3'
B.解旋酶的移動方向為從右向左
C.DNA聚合酶的移動方向為從右向左
D.圖示體現了DNA分子的半保留復制
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DNA聚合酶只能從子鏈的5'端向3'端延伸，故前導鏈和后隨鏈的延伸方向都是5'→3'，A項正確；由題圖可知，解旋酶的移動方向為從右向左，B項正確；DNA聚合酶的移動方向與前導鏈和后隨鏈的延伸方向一致，即對前導鏈而言，DNA聚合酶從右向左移動，對于后隨鏈而言，DNA聚合酶從左向右移動，C項錯誤；題圖所示復制過程體現了DNA分子的半保留復制，即子代DNA均保留了親代DNA的一條鏈，D項正確。
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7.(2025·西安聯考)用DNA測序儀檢測某DNA片段的一條核苷酸鏈的堿基序列，具體序列(5'—TGCGTATTGG)如圖1所示，圖2為另一條脫氧核苷酸鏈的堿基序列測序示意圖。下列分析錯誤的是( )
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A.圖1中DNA片段復制3次，需要35個腺嘌呤脫氧核苷酸
B.圖2所示單鏈的堿基序列為5'—CCAGTGCGCC
C.與圖2相比，圖1所示的DNA片段耐高溫的能力較弱
D.圖1、圖2所示單鏈中的相鄰堿基之間通過氫鍵相連
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題圖1所示DNA片段中有5個腺嘌呤脫氧核苷酸，其復制3次需要腺嘌呤脫氧核苷酸數目為5×(23-1)=35(個)，A項正確；根據題圖1脫氧核苷酸鏈的堿基排列順序可知，圖中堿基序列應從上向下讀,且由左至右的順序依次是ACGT，所以題圖2所示單鏈的堿基序列為5'—CCAGTGCGCC，B項正確；題圖1所示DNA片段中堿基對C—G有5個，題圖2所示DNA片段中堿基對C—G有8個，所以題圖
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2所示的DNA片段耐高溫能力較強，C項正確；題圖1、題圖2所示單鏈中的相鄰堿基之間不通過氫鍵相連，雙鏈中的互補配對的堿基之間才通過氫鍵相連，D項錯誤。
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8.在氮源為14N和15N的培養基上生
長的大腸桿菌，其DNA分子分別
為14N-DNA(相對分子質量為a)和
15N-DNA(相對分子質量為b)。將
親代15N-DNA大腸桿菌轉移到含
14N的培養基上，連續繁殖兩代
(Ⅰ和Ⅱ)，用離心方法分離得到的結果如圖所示。下列對此實驗的敘述正確的是( )
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A.Ⅰ代細菌DNA分子中兩條鏈都是14N
B.Ⅱ代細菌含15N的DNA分子占全部DNA分子的1/4
C.預計Ⅲ代細菌DNA分子的平均相對分子質量為(7a+b)/8
D.上述實驗Ⅰ代→Ⅱ代的結果能證明DNA復制方式為半保留復制
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Ⅰ代細菌DNA分子中一條鏈是14N，另一條鏈是15N，A項錯誤。Ⅱ代細菌含15N的DNA分子有2個，占全部(4個)DNA分子的1/2，B項錯誤。由于1個含有14N的DNA分子的相對分子質量為a，則每條鏈的相對分子質量為a/2；1個含有15N的DNA分子的相對分子質量為b，則每條鏈相對分子質量為b/2；將親代大腸桿菌轉移到含14N的培養基上，連續繁殖三代，得到的子三代共8個DNA分子，這8個
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DNA分子共16條鏈，只有2條是含有15N的，14條是含有14N的，因此總相對分子質量為b/2×2+a/2×14=b+7a，所以每個DNA的平均相對分子質量為(7a+b)/8，C項正確。由于Ⅰ代為全中，而Ⅱ代中一半是全中，另一半是輕，所以實驗Ⅰ代→Ⅱ代的結果不能證明DNA復制方式為半保留復制，有可能是全保留復制，D項錯誤。
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9.(2025·信陽聯考)左氧氟沙星的作用機制是通過特異性抑制細菌DNA旋轉酶的活性，阻止細菌DNA的復制而導致細菌死亡。迄今為止，只在原核生物中發現了DNA旋轉酶。下列相關敘述正確的是( )
A.左氧氟沙星可抑制DNA聚合酶從而抑制人體細胞的DNA復制，故毒副作用很大
B.DNA復制時以每條單鏈為模板，DNA聚合酶沿模板鏈的5'端向3'端方向移動
C.沃森和克里克通過實驗證明了DNA的半保留復制
D.一個DNA在體外復制n次所得的DNA分子中，含有親代母鏈的DNA分子占1/2n-1
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由題意可知，左氧氟沙星特異性地抑制細菌DNA旋轉酶的活性，而迄今為止只在原核生物中發現了DNA旋轉酶，所以左氧氟沙星不會抑制DNA聚合酶的活性從而抑制人體細胞的DNA復制，A項錯誤；DNA復制時以每條單鏈為模板，DNA聚合酶只能沿模板鏈的3'端→5'端方向移動，子鏈延伸方向是5'端→3'端，B項錯誤；梅塞爾森和斯塔爾通過實驗證明了DNA的半保留復制，C項錯誤；一個DNA復制n次后形成2n個DNA分子，其中含有親代母鏈的DNA分子有2個，占1/2n-1，D項正確。
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10.(2025·汕頭模擬)重疊基因是指兩個或兩個以上的基因共有一段DNA序列，或是指一段DNA序列成為兩個或兩個以上基因的組成部分的現象。如圖為某重疊基因發生的兩個過程。下列說法錯誤的是
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A.基因的重疊性使有限的DNA序列包含了更多的遺傳信息
B.圖中重疊區域的甲基化會導致基因2的復制產物發生改變
C.α鏈是基因1的轉錄產物，α鏈的延伸方向是5'→3'
D.基因1和基因2的重疊基因合成的蛋白質的氨基酸序列可能不同
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由重疊基因的概念可知，基因的重疊性使有限的DNA序列包含了更多的遺傳信息，A項正確；甲基化不改變基因的堿基序列，題圖中重疊區域的甲基化不會使基因2的復制產物發生改變，B項錯誤；題圖中的α鏈是基因1的轉錄產物，新合成的RNA鏈的延伸方向是5'→3'，C項正確；mRNA上3個相鄰堿基編碼一個氨基酸，據此推測，基因1和基因2的重疊基因合成的蛋白質的氨基酸序列可能不同，D項正確。
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二、非選擇題
11.將SP8噬菌體的雙鏈DNA溫和加熱，兩條鏈分離(即DNA變性)，用密度梯度離心分離兩條鏈，如圖所示。用SP8噬菌體感染枯草桿菌細胞后提取RNA(如圖中c)，分別與分離的SP8噬菌體DNA單鏈混合。SP8噬菌體的DNA分子由兩條堿基組成很不平均的鏈構成。示意圖如下:
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(1)SP8噬菌體雙鏈DNA中嘌呤與嘧啶量的關系可用簡式表示為_____________，其中a鏈的嘌呤與嘧啶量的關系可用文字表示為_______________。
(2)構成a、b鏈的核苷酸由_____________鍵連接，a鏈與b鏈之間由_______鍵連接。
(3)圖中顯示的實驗結果是_____________________________________
________________________________________。
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G+A=C+T
嘌呤少于嘧啶
磷酸二酯
氫
只與噬菌體DNA的一條鏈雜交形成DNA—RNA雜合分子，不與另一條鏈雜交
(4)由實驗可知，___________鏈為“重鏈”，“重鏈”的堿基組成特點是_______________，________鏈為模板鏈。
(5)要用SP8噬菌體感染枯草桿菌細胞后提取RNA分子，其原因是_________________________________________________________。
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b
嘌呤多于嘧啶
b
噬菌體是病毒，沒有自己的酶系統，只能在宿主細胞中復制和轉錄
(1)雙鏈DNA中，嘌呤堿基總數等于嘧啶堿基總數，由題圖可知，a鏈的嘌呤少于嘧啶，為“輕鏈”。(2)DNA分子單鏈上脫氧核苷酸由磷酸二酯鍵連接，兩條鏈之間由氫鍵連接。(3)實驗結果顯示，噬菌體DNA的b鏈與RNA分子雜交形成DNA—RNA雜合分子，不與a鏈雜交。(4)由題圖可知，b鏈嘌呤多于嘧啶，且b鏈密度梯度離心后位于a鏈下方，為“重鏈”。b鏈能與SP8噬菌體感染枯草桿菌細胞后提取的RNA雜交，說明是轉錄過程中的模板鏈。(5)噬菌體是病毒，沒有自己的酶系統，只能在宿主細胞中復制和轉錄。
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12.(科學探究)雙鏈DNA由兩條反向平行的脫氧核苷酸鏈組成。1966年，科學家岡崎提出DNA半不連續復制假說:DNA復制形成互補子鏈時，一條子鏈連續形成，另一條子鏈不連續即先形成短鏈片段(如圖1所示)。為驗證這一假說，岡崎進行了如下實驗:讓T4噬菌體在20 ℃時侵染大腸桿菌70 min后，將同位素3H標記的脫氧核苷酸添加到大腸桿菌的培養基中，在2 s、7 s、15 s、30 s、60 s、120 s后，分離T4噬菌體DNA并通過加熱使DNA分子變性、全部解螺旋，再進行密度梯度離心，以DNA單鏈片段分布位置確定片段大小(分子越小離試管口距離越近)，并檢測相應位置DNA單鏈片段的放射性，結果如圖2所示。請分析并回答下列問題:
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(1)若1個雙鏈DNA片段中有1 000個堿基對，其中胸腺嘧啶有350個，該DNA連續復制四次，在第四次復制時需要消耗__________個胞嘧啶脫氧核苷酸。
(2)將3H標記的脫氧核苷酸添加到大腸桿菌的培養基中，最終在T4噬菌體DNA中檢測到放射性，其原因是___________________________
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5 200
3H標記的脫氧核苷酸被大腸桿菌吸收，為T4噬菌體DNA復制提供原料
(3)DNA解旋在細胞中需要解旋酶的催化，在體外通過加熱也能實
現。解旋酶不能為反應提供能量，但能___________________。研究表明，在DNA分子加熱解鏈時，DNA分子中G+C的比例越高，需要的解鏈溫度越高，原因是_____________________________________
______________________。
(4)圖2中，與60 s結果相比，120 s結果中短鏈片段減少的原因是__________________________。該實驗結果為岡崎假說提供的有力證據是________________________________________________。
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降低反應的活化能
DNA分子中G+C的比例越高，氫鍵數越多，DNA結構越穩定
短鏈片段連接形成了長片段
在實驗時間內，細胞中均能檢測到較多的短鏈片段
(1)已知1個雙鏈DNA片段中共有A+T+G+C=2 000(個)堿基，其中T=350(個)，依據堿基互補配對原則可推知，在該DNA片段中，A=T=350(個)，C=G=650(個)。該DNA連續復制四次，在第四次復制時需要消耗胞嘧啶脫氧核苷酸數=(24-1)×650=5 200(個)。(2)將3H標記的脫氧核苷酸添加到大腸桿菌的培養基中，因3H標記的脫氧核苷酸被大腸桿菌吸收，為T4噬菌體DNA復制提供原料，所以最終在T4噬菌體DNA中檢測到放射性。(3)解旋酶能降低反應的活
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化能。在每個DNA分子中，堿基對A與T之間有2個氫鍵，C與G之間有3個氫鍵，而且DNA分子中G+C的比例越高，含有的氫鍵數越多，DNA結構越穩定，因此在DNA分子加熱解鏈時，DNA分子中G+C的比例越高，需要的解鏈溫度也越高。(4)已知分子越小離試管口距離越近。題圖2顯示：與60 s結果相比，120 s結果中有放射性的單鏈距離試管口較遠，說明短鏈片段減少，其原因是短鏈片段連接形成了長片段。在實驗時間內，細胞中均能檢測到較多的短鏈片段，為岡崎假說提供了實驗證據。
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