2022版高考生物一輪復習第六單元基因的本質(zhì)與表達第二講DNA分子的結(jié)構(gòu)、復制與基因的本質(zhì)精選教案

2021版高考生物一輪復習第六單元基因的本質(zhì)與表達第二講DNA分子的結(jié)構(gòu)、復制與基因的本質(zhì)精選教案

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第二講DNA分子的結(jié)構(gòu)、復制與基因的本質(zhì)

知識體系——定內(nèi)容

核心素養(yǎng)——定能力

生命觀念

通過掌握DNA分子的結(jié)構(gòu)和功能，理解生命的延續(xù)和發(fā)展

理性思維

通過DNA分子中的堿基數(shù)量和DNA復制的計算規(guī)律，培養(yǎng)歸納與概括、邏輯分析和計算能力

科學探究

通過DNA復制方式的探究，培養(yǎng)實驗設計及結(jié)果分析的能力

[基礎知識·系統(tǒng)化]

知識點一DNA分子的結(jié)構(gòu)

1．DNA分子的結(jié)構(gòu)的建立者及DNA的組成

(1)DNA雙螺旋模型構(gòu)建者：沃森和克里克。

(2)圖解DNA分子結(jié)構(gòu)：

[巧學助記]利用數(shù)字“五、四、三、二、一”巧記DNA分子結(jié)構(gòu)

2.DNA分子結(jié)構(gòu)特點

(1)多樣性：若DNA含有n個堿基對，則其可能有4n種堿基對排列順序。

(2)特異性：每個DNA分子都有其特定的堿基對排列順序。

(3)穩(wěn)定性：兩條主鏈磷酸與脫氧核糖交替排列的順序不變，堿基對配對方式不變等。

知識點二DNA的復制及基因的本質(zhì)

1．DNA的復制

2．染色體、DNA、基因和脫氧核苷酸的關(guān)系

[基本技能·問題化]

1．判斷下列說法的正誤

(1)雙鏈DNA分子中一條鏈上的磷酸與脫氧核糖是通過氫鍵連接的(×)

(2)分子大小相同、堿基含量相同的核酸分子所攜帶的遺傳信息一定相同(×)

(3)DNA聚合酶催化兩個游離的脫氧核苷酸之間的連接(×)

(4)真核生物DNA分子復制過程需要解旋酶和能量(√)

(5)DNA復制時，嚴格遵循A—U、C—G的堿基互補配對原則(×)

(6)復制后產(chǎn)生的兩個子代DNA分子中共含4個游離的磷酸基團(√)

2.如圖為核苷酸鏈結(jié)構(gòu)圖，下列敘述錯誤的是()

A．能構(gòu)成一個完整核苷酸的是圖中的a和b

B．圖中與每個五碳糖直接相連的堿基有1個

C．各核苷酸之間是通過化學鍵③連接起來的

D．若該鏈為脫氧核苷酸鏈，從堿基組成上看，缺少的堿基是T

解析：選A核苷酸由1分子磷酸、1分子五碳糖和1分子堿基組成，b中磷酸與脫氧核苷不屬于一個核苷酸分子；由題圖可知，每個五碳糖都只有1個堿基與之直接相連；核苷酸之間通過磷酸二酯鍵相連形成核苷酸鏈，即圖中③；脫氧核糖核苷酸根據(jù)堿基不同分為腺嘌呤脫氧核苷酸、鳥嘌呤脫氧核苷酸、胞嘧啶脫氧核苷酸、胸腺嘧啶脫氧核苷酸，因此若該鏈為脫氧核苷酸鏈，從堿基組成上看，缺少的是胸腺嘧啶即堿基T。

3.如圖為真核細胞DNA復制過程模式圖，相關(guān)分析錯誤的是()

A．酶①為解旋酶，酶②為DNA聚合酶

B．圖示體現(xiàn)了邊解旋邊復制及半保留復制的特點

C．在復制完成后，甲、乙可在有絲分裂后期、減數(shù)第一次分裂后期分開

D．將該模板DNA置于15N培養(yǎng)液中復制3次后，含15N的DNA占100%

解析：選CDNA復制的顯著特點是邊解旋邊復制，圖示有很好的體現(xiàn)，其中酶①為解旋酶，打開雙螺旋，酶②為DNA聚合酶，催化合成新的DNA鏈。復制結(jié)果是一個DNA變成兩個子代DNA分子，分別位于同一條染色體的兩個姐妹染色單體上，在有絲分裂后期、減數(shù)第二次分裂后期隨染色單體分開而分開。由于DNA是半保留復制，因而在15N培養(yǎng)液中復制3次后，含15N的DNA占100%。

4．下列關(guān)于基因的說法正確的是()

A．攜帶致病基因的個體一定患遺傳病，不攜帶致病基因的個體不會患遺傳病

B．一個基因的堿基排列順序的多樣化構(gòu)成了基因的多樣性

C．性染色體上基因的遺傳不遵循分離定律

D．DNA是染色體的主要成分，一個DNA分子上含有許多個基因

解析：選D攜帶隱性致病基因的個體不一定患??；若是染色體變異引起的遺傳病，該病患者不攜帶致病基因。一個基因的堿基排列順序是特定的，構(gòu)成了基因的特異性。性染色體上基因的遺傳也遵循分離定律。染色體的主要成分是DNA和蛋白質(zhì)，基因在染色體上呈線性排列，一個DNA分子上有許多個基因。

考點一DNA分子的結(jié)構(gòu)和相關(guān)計算

[典型圖示]借助示意圖辨析DNA分子的結(jié)構(gòu)

[問題設計]

(1)由圖1可解讀以下信息：

(2)圖2是圖1的簡化形式，其中①是磷酸二酯鍵，②是氫鍵。解旋酶作用于

eq\a\vs4\al(②)

部位，限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶作用于

eq\a\vs4\al(①)

部位。

[對點落實]

1．(2018·淮安調(diào)研)如圖是某同學制作的脫氧核苷酸對模型，其中正確的是()

解析：選D選項A中，從五碳糖和磷酸基團的形態(tài)和位置可判斷，兩條脫氧核苷酸鏈不是反向平行的，錯誤；選項B中，A與T之間的氫鍵應該是兩個而不是三個，錯誤；選項C中，含氮堿基(C)與五碳糖的連接位置不對，且G與C之間有三個氫鍵，錯誤。

2.已知某鏈狀DNA分子含有200個堿基，而堿基間的氫鍵共有260個。如圖為該DNA分子的部分平面結(jié)構(gòu)，虛線表示堿基間的氫鍵。下列有關(guān)敘述正確的是()

A．該DNA分子的每個脫氧核糖上均連著兩個磷酸和一個堿基

B．該DNA分子中一條脫氧核苷酸鏈上的兩個相鄰堿基之間是以氫鍵連接的

C．A與T構(gòu)成的堿基對的比例越高，該DNA分子穩(wěn)定性越高

D．該DNA分子中共有腺嘌呤40個，C和G構(gòu)成的堿基對共60個

解析：選D鏈狀DNA分子中兩條鏈的末端各有一個脫氧核糖只與一個磷酸相連。該DNA分子雙鏈上配對的堿基之間是以氫鍵連接的，而單鏈上兩個相鄰堿基之間是以“—脫氧核糖—磷酸—脫氧核糖—”連接的。由于G與C之間有三個氫鍵，A與T之間有兩個氫鍵，因此，G與C構(gòu)成的堿基對的比例越高，DNA分子穩(wěn)定性越高。假設該DNA分子中A、T的數(shù)目各為x，C、G的數(shù)目各為y，則有2x＋2y＝200,2x＋3y＝260，解得x＝40，y＝60，則其應含有G—C或C—G堿基對共60個，該DNA分子中腺嘌呤數(shù)為40個。

3．(2018·淄博檢測)用卡片構(gòu)建DNA平面結(jié)構(gòu)模型，所提供的卡片類型和數(shù)量如下表所示，以下說法正確的是()

卡片類型

脫氧核糖

磷酸

堿基

A

T

G

C

卡片數(shù)量

10

10

2

3

3

2

A．最多可構(gòu)建4種脫氧核苷酸，5個脫氧核苷酸對

B．構(gòu)成的雙鏈DNA片段最多有10個氫鍵

C．DNA中每個脫氧核糖均與1分子磷酸相連

D．可構(gòu)建45種不同堿基序列的DNA

解析：選B由表中給定的堿基A為2個，C為2個，并結(jié)合堿基互補配對原則可知最多可構(gòu)建4個脫氧核苷酸對；構(gòu)成的雙鏈DNA片段中A與T間的氫鍵共有4個，G與C共有6個，即最多有10個氫鍵；DNA中位于一端的脫氧核糖分子均與1分子磷酸相連，位于內(nèi)部的脫氧核糖分子均與2分子磷酸相連；4個堿基對可構(gòu)建44種不同堿基序列的DNA。

[類題通法]“三看法”判斷DNA分子結(jié)構(gòu)的正誤

“歸納法”求解DNA分子中的堿基數(shù)量的計算規(guī)律

1．堿基互補配對原則

A一定與T配對，G一定與C配對。

2．四個計算規(guī)律

(1)規(guī)律一：一個雙鏈DNA分子中，A＝T、C＝G，則A＋G＝C＋T，即嘌呤堿基總數(shù)等于嘧啶堿基總數(shù)。

(2)規(guī)律二：在雙鏈DNA分子中，互補的兩堿基之和(如A＋T或C＋G)占全部堿基的比值等于其任何一條單鏈中該種堿基比例的比值，且等于其轉(zhuǎn)錄形成的mRNA(T換為U)中該種堿基比例的比值。

(3)規(guī)律三：在DNA雙鏈中，一條單鏈的

eq\f(A1＋G1,T1＋C1)

的值與其互補單鏈的

eq\f(A2＋G2,T2＋C2)

的值互為倒數(shù)關(guān)系。但在整個DNA分子中該比值等于1。

(4)規(guī)律四：在DNA雙鏈中，一條單鏈的

eq\f(A＋T,G＋C)

的值，與該互補鏈的

eq\f(A＋T,G＋C)

的值是相等的，與整個DNA分子中的

eq\f(A＋T,G＋C)

的值是相等的。

[對點落實]

4．(2018·濟南調(diào)研)已知某DNA分子中，G與C之和占全部堿基總數(shù)的35.8%，其中一條鏈的T與C分別占該鏈堿基總數(shù)的32.9%和17.1%。則在它的互補鏈中，T和C分別占該鏈堿基總數(shù)的()

A．32.9%,17.1% B．31.3%,18.7%

C．18.7%,31.3% D．17.1%,32.9%

解析：選B配對的堿基之和在一條鏈中與在整個DNA分子中的比例是相同的，因此，一條鏈中A、T、C、G的比例分別為31.3%、32.9%、17.1%和18.7%，根據(jù)堿基互補配對原則，它的互補鏈中T、C的比例分別為31.3%、18.7%。

5．某雙鏈DNA分子含有200個堿基對，其中一條鏈上A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，則有關(guān)該DNA分子的敘述，正確的是()

A．含有4個游離的磷酸基

B．含有腺嘌呤脫氧核苷酸30個

C．4種含氮堿基A∶T∶G∶C＝3∶3∶7∶7

D．堿基排列方式共有4100種

解析：選C每條單鏈各有一個游離的磷酸基，所以DNA分子應該有2個游離的磷酸基。計算堿基數(shù)目時，需要注意所給堿基總數(shù)為個數(shù)還是對數(shù)，該DNA分子中含有200個堿基對，一條鏈上A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，根據(jù)雙鏈中A＋T所占比例＝單鏈中A＋T所占比例，則雙鏈中A＋T占3/10，根據(jù)A＝T，推知A和T各占3/20，故腺嘌呤脫氧核苷酸的數(shù)量為200×2×(3/20)＝60。雙鏈中A和T分別占3/20，則C和G分別占7/20，故A∶T∶G∶C＝3∶3∶7∶7。在堿基比例不確定的情況下，堿基排列方式共有4n種，n為堿基對數(shù)，即共有4200種，而該DNA分子堿基比例已確定，故排列方式小于4200種。

6.現(xiàn)已知基因M含有堿基共N個，腺嘌呤n個，具有類似如圖的平面結(jié)構(gòu)，下列說法正確的是()

A．基因M共有4個游離的磷酸基，氫鍵數(shù)目為1.5N＋n個

B．如圖a可以代表基因M，基因M的等位基因m可以用b表示；a鏈含有A的比例最多為2n/N

C．基因M的雙螺旋結(jié)構(gòu)，脫氧核糖和磷脂交替排列在外側(cè)，構(gòu)成基本骨架

D．基因M和它的等位基因m含有的堿基數(shù)可以不相等

解析：選D基因M的每一條鏈有1個游離的磷酸基，故有2個游離的磷酸基，氫鍵數(shù)為1.5N－n個?；蚴怯蓛蓷l脫氧核苷酸鏈組成的，圖中a和b共同組成基因M。雙螺旋結(jié)構(gòu)中脫氧核糖和磷酸交替連接排列在外側(cè)，構(gòu)成基本骨架。等位基因是基因突變產(chǎn)生的，基因突變是指基因中堿基對的增添、缺失或替換，基因M和它的等位基因m的堿基數(shù)或排列順序可以不同。

[類題通法]解答有關(guān)堿基計算題的“三步曲”

考點二DNA分子的復制及相關(guān)計算

1．DNA分子連續(xù)復制兩次圖像及解讀

2．DNA分子復制特點及子DNA存在位置與去向

(1)復制特點：半保留復制即新DNA分子總有一條鏈來自親代DNA(即模板鏈)，另一條鏈(子鏈)由新鏈構(gòu)建而成。

(2)2個子DNA位置：當1個DNA分子復制后形成2個新DNA分子后，這2個子DNA恰位于兩姐妹染色單體上，且由著絲點連在一起。(如圖所示)

(3)子DNA去向：在有絲分裂后期或減數(shù)第二次分裂后期，當著絲點分裂時，兩姐妹染色單體分開，分別移向細胞兩極，此時子DNA隨染色單體分開而分開。

[對點落實]

1．(2018·德州重點中學月考)真核細胞中DNA復制過程如圖所示，下列表述錯誤的是()

A．多起點雙向復制能保證DNA復制在短時間內(nèi)完成

B．每個子代DNA都有一條脫氧核苷酸鏈來自親代

C．復制過程中氫鍵的破壞和形成都需要DNA聚合酶的催化

D．DNA分子的準確復制依賴于堿基互補配對原則和精確的模板

解析：選C多起點雙向復制，能保證DNA復制在短時間內(nèi)完成；DNA復制以親代DNA分子的兩條鏈分別為模板，通過堿基互補配對原則合成子鏈DNA，所以每個子代DNA都有一條核苷酸鏈來自親代；復制過程中氫鍵的破壞需要解旋酶的催化；DNA分子的準確復制依賴于堿基互補配對原則即A與T配對、G與C配對。

2．下圖是DNA復制的有關(guān)圖示，A→B→C表示大腸桿菌的DNA復制。D→G表示哺乳動物的DNA分子復制。圖中黑點表示復制起始點，“→”表示復制方向。

(1)若A中含48502個堿基對，而子鏈延伸速度是105個堿基對/min，則此DNA分子復制完成約需30s。而實際上只需約16s。根據(jù)A→C圖分析，是因為__________________。

(2)哺乳動物的DNA分子展開可達2m之長，若按A→C的方式復制，至少8h，而實際上約6h左右。據(jù)D→G圖分析，是因為______________________________。

(3)A→G均有以下特點：延伸的子鏈緊跟著解旋酶，這說明DNA分子復制是______的。

(4)C與A相同，G與D相同，C、G能被如此準確地復制出來，是因為

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

答案：(1)復制是雙向進行的

(2)從多個起始點同時進行復制

(3)邊解旋邊復制

(4)DNA分子獨特的雙螺旋結(jié)構(gòu)為復制提供精確的模板；DNA分子的堿基互補配對原則保證了DNA分子復制能準確無誤地完成

“圖解法”分析DNA復制過程中的數(shù)量關(guān)系

DNA分子的復制為半保留復制，一個DNA分子復制n次，則有：

(1)DNA分子數(shù)：

①子代DNA分子數(shù)＝2n個；

②含有親代DNA鏈的子代DNA分子數(shù)＝2個；

③不含親代DNA鏈的子代DNA分子數(shù)＝(2n－2)個。

(2)脫氧核苷酸鏈數(shù)：

①子代DNA分子中脫氧核苷酸鏈數(shù)＝2n＋1條；

②親代脫氧核苷酸鏈數(shù)＝2條；

③新合成的脫氧核苷酸鏈數(shù)＝(2n＋1－2)條。

(3)消耗的脫氧核苷酸數(shù)：

①若一親代DNA分子含有某種脫氧核苷酸m個，經(jīng)過n次復制需要消耗該脫氧核苷酸數(shù)為m×(2n－1)個；

②n次復制需該脫氧核苷酸數(shù)＝m×2n個，n－1次復制需該脫氧核苷酸數(shù)＝m×2n－1個，則第n次復制需該脫氧核苷酸數(shù)＝2n×m－m×2n－1＝m×(2n－2n－1)＝m×2n－1個。

[對點落實]

3．(2018·徐州調(diào)研)一個雙鏈均被32P標記的DNA由5000個堿基對組成，其中腺嘌呤占20%，將其置于只含31P的環(huán)境中復制3次。下列敘述錯誤的是()

A．該DNA分子的特異性與堿基對的排列順序有關(guān)

B．復制過程需要2.4×104個游離的胞嘧啶脫氧核苷酸

C．子代DNA分子中含32P的單鏈與含31P的單鏈數(shù)目之比為1∶7

D．子代DNA分子中含32P的分子數(shù)目與只含31P的分子數(shù)目之比為1∶3

解析：選B由題可知，該DNA分子中胞嘧啶占30%，則該DNA復制時需要消耗游離的胞嘧啶脫氧核苷酸數(shù)為10000×30%×(23－1)＝2.1×104。

4．某雙鏈DNA分子有100個堿基對，其中腺嘌呤30個，下列敘述正確的是()

A．該DNA分子一條單鏈中，腺嘌呤和胸腺嘧啶占50%

B．該DNA分子兩條鏈之間總是嘌呤和嘧啶形成堿基對

C．該DNA分子第三次復制時需要胞嘧啶脫氧核苷酸490個

D．該DNA分子復制時，在DNA聚合酶的作用下DNA雙螺旋解開

解析：選B該雙鏈DNA分子有100個堿基對，其中腺嘌呤30個，胸腺嘧啶也為30個，該DNA分子中A＋T占30%，則DNA分子一條單鏈中，A＋T占30%。DNA分子兩條鏈之間的堿基靠氫鍵連接成堿基對，腺嘌呤與胸腺嘧啶、鳥嘌呤與胞嘧啶互補配對。該DNA分子中胞嘧啶脫氧核苷酸為70個，第三次復制時需要胞嘧啶脫氧核苷酸70×23－1＝70×4＝280個。DNA復制時，在解旋酶的作用下DNA雙螺旋解開。

[易錯提醒]DNA復制相關(guān)計算時四個易錯點

(1)復制次數(shù)：“DNA復制了n次”和“第n次復制”的區(qū)別：前者包括所有的復制，但后者只包括最后一次復制。

(2)堿基數(shù)目：注意堿基的數(shù)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(guān)鍵詞語：看清是“DNA分子數(shù)”還是“鏈數(shù)”，“含”還是“只含”等關(guān)鍵詞。

巧用圖解，突破DNA復制與細胞分裂中染色體標記問題

解答此類問題的關(guān)鍵是構(gòu)建細胞分裂過程模型圖，并完成染色體與DNA的轉(zhuǎn)換。具體如下：

第一步

畫出含一條染色體的細胞圖，下方畫出該條染色體上的1個DNA分子，用豎實線表示含同位素標記

第二步

畫出復制一次，分裂一次的子細胞染色體圖，下方畫出染色體上的DNA鏈，未被標記的新鏈用豎虛線表示

第三步

再畫出第二次復制(分裂)后的細胞的染色體組成和DNA鏈的情況

第四步

若繼續(xù)推測后期情況，可想象著絲點分裂，染色單體(a與a′)分開的局面，并進而推測子細胞染色體情況

[對點落實]

命題點(一)有絲分裂中染色體標記情況分析

5．將DNA分子雙鏈用3H標記的蠶豆(2n＝12)根尖移入普通培養(yǎng)液(不含放射性元素)中，再讓細胞連續(xù)進行有絲分裂。根據(jù)如圖所示判斷，在普通培養(yǎng)液中的第二次有絲分裂中期，一個細胞中染色體標記情況依次是()

A．6個a,6個b

B．12個b

C．6個b,6個c

D．b＋c＝12個，但b和c數(shù)目不確定

解析：選B根據(jù)題意可知，親代DNA分子雙鏈用3H標記，由于DNA分子為半保留復制，因此親代細胞中染色體經(jīng)過第一次復制后兩個姐妹染色單體均有標記，如圖a；第一次有絲分裂結(jié)束后產(chǎn)生的子細胞中每條染色體上的DNA分子均有一條鏈被標記，該細胞中的染色體再經(jīng)過第二次復制，一條染色體上的兩個染色單體只有1個染色單體的一條鏈有標記，即只有1個染色單體有標記，如圖b，因此在第二次有絲分裂中期，細胞中12條染色體上的兩個染色單體均有一個帶有標記。

[類題通法]有絲分裂中子染色體標記情況分析

(1)過程圖解(一般只研究一條染色體)：

復制一次(母鏈標記，培養(yǎng)液不含標記同位素)：

轉(zhuǎn)至不含放射性培養(yǎng)液中再培養(yǎng)一個細胞周期：

(2)規(guī)律總結(jié)：若只復制一次，產(chǎn)生的子染色體都帶有標記；若復制兩次，產(chǎn)生的子染色體只有一半帶有標記。

命題點(二)減數(shù)分裂中染色體標記情況分析

6．(2017·佛山市二模)用32P標記某動物精原細胞的全部核DNA，然后將細胞置于31P標記的培養(yǎng)液中培養(yǎng)，使其進行一次有絲分裂或減數(shù)分裂(MⅠ、MⅡ)，下列有關(guān)敘述正確的是()

A．有絲分裂前期與MⅠ前期細胞中，32P標記的DNA分子數(shù)相同、染色體數(shù)不同

B．有絲分裂后期與MⅠ后期細胞中，32P標記的DNA分子數(shù)不同、染色體數(shù)不同

C．有絲分裂中期與MⅡ中期細胞中，32P標記的DNA分子數(shù)不同、染色體數(shù)不同

D．有絲分裂后期與MⅡ后期細胞中，32P標記的DNA分子數(shù)不同、染色體數(shù)相同

解析：選C由題干信息并結(jié)合DNA的半保留復制以及細胞分裂過程中染色體數(shù)目、DNA變化規(guī)律可知：有絲分裂前期與MⅠ前期細胞中，32P標記的DNA分子數(shù)目相同，染色體數(shù)也相同；有絲分裂后期與MⅠ后期細胞中32P標記DNA分子數(shù)目相同，前者的染色體數(shù)目是后者的2倍；有絲分裂中期與MⅡ中期細胞中，前者被32P標記的DNA分子數(shù)目、染色體數(shù)均為后者的2倍；有絲分裂后期與MⅡ后期細胞中，前者被32P標記的DNA分子數(shù)目、染色體數(shù)均為后者的2倍。

[類題通法]減數(shù)分裂中子染色體標記情況分析

(1)過程圖解：減數(shù)分裂一般選取一對同源染色體為研究對象，如下圖：

(2)規(guī)律總結(jié)：由于減數(shù)分裂沒有細胞周期，DNA只復制一次，因此產(chǎn)生的子染色體都帶有標記。

命題點(三)分裂產(chǎn)生子細胞中染色體的標記情況

7．將某一經(jīng)3H充分標記DNA的雄性動物細胞(染色體數(shù)為2N)置于不含3H的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，該細胞經(jīng)過兩次連續(xù)分裂后形成4個大小相等的子細胞。下列有關(guān)的說法正確的是()

A．若子細胞中染色體數(shù)為2N，則其中含3H的染色體數(shù)一定為N

B．若子細胞中染色體數(shù)為N，則其中含3H的DNA分子數(shù)為N/2

C．若子細胞中染色體都含3H，則細胞分裂過程中會發(fā)生基因重組

D．若子細胞中有的染色體不含3H，則原因是同源染色體分離

解析：選C根據(jù)同位素示蹤法，該動物細胞經(jīng)過3H標記后，放在不含3H的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，經(jīng)過兩次有絲分裂后形成的4個細胞，每個細胞中含3H的染色體數(shù)可能是0～2N。如果該細胞發(fā)生的是減數(shù)分裂，則含3H的DNA分子數(shù)為N。如果子細胞中染色體都含有3H，該細胞發(fā)生的是減數(shù)分裂，能發(fā)生基因重組。如果子細胞中有的染色體不含3H，則該細胞發(fā)生的是有絲分裂，不可能發(fā)生同源染色體分離。

[類題通法]利用模型分析子細胞中染色體標記情況

此類題目可通過構(gòu)建模型圖解答，圖示及分析如下：

這樣來看，最后形成的4個子細胞有三種情況：第一種情況是4個細胞都是；第二種情況是2個細胞是，1個細胞是，1個細胞是；第三種情況是2個細胞是，另外2個細胞是。

DNA半保留復制的實驗分析

(1)實驗方法：放射性同位素示蹤法和離心技術(shù)。

(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密度居中。

(3)實驗假設：DNA以半保留的方式復制。

(4)實驗預期：離心后應出現(xiàn)3條DNA帶。

①重帶(密度最大)：兩條鏈都為15N標記的親代雙鏈DNA。

②中帶(密度居中)：一條鏈為14N標記，另一條鏈為15N標記的子代雙鏈DNA。

③輕帶(密度最小)：兩條鏈都為14N標記的子代雙鏈DNA。

(5)實驗過程：

(6)過程分析：

①立即取出，提取DNA→離心→全部重帶。

②繁殖一代后取出，提取DNA→離心→全部中帶。

③繁殖兩代后取出，提取DNA→離心→1/2輕帶、1/2中帶。

(7)實驗結(jié)論：DNA的復制是以半保留方式進行的。

[對點落實]

8．DNA的復制方式，可以通過設想來進行預測，可能的情況是全保留復制、半保留復制、分散(彌散)復制三種。究竟是哪種復制方式呢？用下面設計實驗來證明DNA的復制方式。

實驗步驟：

a．在氮源為14N的培養(yǎng)基中生長的大腸桿菌，其DNA分子均為14N-DNA(對照)；

b．在氮源為15N的培養(yǎng)基中生長的大腸桿菌，其DNA分子均為15N-DNA(親代)；

c．將親代15N大腸桿菌轉(zhuǎn)移到氮源為含14N的培養(yǎng)基中，再連續(xù)繁殖兩代(Ⅰ和Ⅱ)，用密度梯度離心法分離，不同分子量的DNA分子將分布在試管中的不同位置上。

實驗預測：

(1)如果與對照(14N/14N)相比，子代Ⅰ能分辨出兩條DNA帶：一條________帶和一條________帶，則可以排除______和分散復制。

(2)如果子代Ⅰ只有一條中密度帶，則可以排除________，但不能肯定是__________。

(3)如果子代Ⅰ只有一條中密度帶，再繼續(xù)做子代ⅡDNA密度鑒定：若子代Ⅱ可以分出________和________，則可以排除分散復制，同時肯定是半保留復制；如果子代Ⅱ不能分出________兩條密度帶，則排除____________，同時確定為____________。

解析：從題目中的圖示可知，深色為親代DNA的脫氧核苷酸鏈(母鏈)，淺色為新形成的子代DNA的脫氧核苷酸鏈(子鏈)。因此全保留復制后得到的兩個DNA分子，一個是原來的兩條母鏈重新形成的親代DNA分子，一個是兩條子鏈形成的子代DNA分子；半保留復制后得到的每個子代DNA分子的一條鏈為母鏈，一條鏈為子鏈；分散復制后得到的每個子代DNA分子的單鏈都是由母鏈片段和子鏈片段間隔連接而成的。

答案：(1)輕(14N/14N)重(15N/15N)半保留復制(2)全保留復制半保留復制或分散復制(3)一條中密度帶一條輕密度帶中、輕半保留復制分散復制

[真題集訓——驗能力]

1．(2017·海南高考)DNA分子的穩(wěn)定性與堿基對之間的氫鍵數(shù)目有關(guān)。下列關(guān)于生物體內(nèi)DNA分子中(A＋T)/(G＋C)與(A＋C)/(G＋T)兩個比值的敘述，正確的是()

A．堿基序列不同的雙鏈DNA分子，后一比值不同

B．前一個比值越大，雙鏈DNA分子的穩(wěn)定性越高

C．當兩個比值相同時，可判斷這個DNA分子是雙鏈

D．經(jīng)半保留復制得到的DNA分子，后一比值等于1

解析：選D雙鏈DNA分子中，互補堿基兩兩相等，即A＝T，C＝G，則A＋C＝G＋T，即A＋C與G＋T的比值為1。因此，堿基序列不同的雙鏈DNA分子，后一比值相同；DNA分子中，C和G之間有3個氫鍵，A與T之間有2個氫鍵，則C與G的含量越高，DNA穩(wěn)定性越高，因此，前一個比值越大，C與G的含量越低，雙鏈DNA分子的穩(wěn)定性越低；當兩個比值相同時，這個DNA分子可能是雙鏈，也可能是單鏈；經(jīng)半保留復制得到的DNA分子，后一比值等于1。

2．(2016·全國卷Ⅱ)某種物質(zhì)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(yǎng)液中加入適量的該物質(zhì)，下列相關(guān)敘述錯誤的是()

A．隨后細胞中的DNA復制發(fā)生障礙

B．隨后細胞中的RNA轉(zhuǎn)錄發(fā)生障礙

C．該物質(zhì)可將細胞周期阻斷在分裂中期

D．可推測該物質(zhì)對癌細胞的增殖有抑制作用

解析：選C在DNA分子的復制和轉(zhuǎn)錄過程中，DNA分子都需要先將雙鏈解開，加入該物質(zhì)后DNA分子雙鏈不能解開，故細胞中的DNA復制和RNA轉(zhuǎn)錄都會發(fā)生障礙。因DNA復制發(fā)生在細胞分裂間期，故該物質(zhì)阻斷的是分裂間期DNA分子的復制過程，從而將細胞周期阻斷在分裂間期。癌細胞的增殖方式是有絲分裂，其分裂過程中可發(fā)生DNA復制和轉(zhuǎn)錄，加入該物質(zhì)會阻礙這兩個過程，從而抑制癌細胞的增殖。

3．(2016·上海高考)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(gòu)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(shù)為()

A．58 B．78

C．82 D．88

解析：選C構(gòu)成一個脫氧核苷酸需要2個訂書釘，20個脫氧核苷酸共需要40個訂書釘；一條DNA單鏈需要9個訂書釘連接，兩條鏈共需要18個訂書釘；雙鏈間的氫鍵數(shù)共有10×2＋4＝24個，總共需要訂書釘40＋18＋24＝82(個)。

4．(2015·上海高考)若N個雙鏈DNA分子在第i輪復制結(jié)束后，某一復制產(chǎn)物分子一條鏈上的某個C突變?yōu)門，這樣在隨后的各輪復制結(jié)束時，突變位點為A—T堿基對的雙鏈DNA分子數(shù)與總DNA分子數(shù)的比例始終為()

A.

eq\f(1,N×2i－1)

B.

eq\f(1,N×2i)

C.

eq\f(1,N×2i＋1)

D.

eq\f(1,N×2i＋2)

解析：選CN個雙鏈DNA分子在第i輪復制后，N×2i個DNA分子中某DNA分子的一條鏈上某個C突變?yōu)門，則在隨后的一輪復制結(jié)束時，有1個DNA分子中突變位點為A—T堿基對，占雙鏈DNA分子數(shù)的比例為

eq\f(1,N×2i＋1)

；在隨后的兩輪復制結(jié)束時，突變位點為A—T堿基對的雙鏈DNA分子數(shù)的比例應為

eq\f(2,N×2i＋2)

＝

eq\f(1,N×2i＋1)

，同理可推得經(jīng)過隨后的幾輪復制后，這一比例為：

eq\f(2n－1,N×2i－n)

＝

eq\f(1,N×2i＋1)

。

5．(2014·山東高考)某研究小組測定了多個不同雙鏈DNA分子的堿基組成，根據(jù)測定結(jié)果繪制了DNA分子的一條單鏈與其互補鏈、一條單鏈與其所在DNA分子中堿基數(shù)目比值的關(guān)系圖，下列正確的是()

解析：選CDNA分子中(A＋C)/(T＋G)應始終等于1；一條單鏈中(A＋C)/(T＋G)與其互補鏈中(A＋C)/(T＋G)互為倒數(shù)，一條單鏈中(A＋C)/(T＋G)＝0.5時，互補鏈中(A＋C)/(T＋G)＝2；一條單鏈中(A＋T)/(G＋C)與其互補鏈中(A＋T)/(G＋C)及DNA分子中(A＋T)/(G＋C)都相等。

6.(2014·江蘇高考)羥胺可使胞嘧啶分子轉(zhuǎn)變?yōu)榱u化胞嘧啶，導致DNA復制時發(fā)生錯配(如圖)。若一個DNA片段的兩個胞嘧啶分子轉(zhuǎn)變?yōu)榱u化胞嘧啶，下列相關(guān)敘述正確的是(多選)()

A．該片段復制后的子代DNA分子上的堿基序列都發(fā)生改變

B．該片段復制后的子代DNA分子中G—C堿基對與總堿基對的比下降

C．這種變化一定會引起編碼的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)改變

D．在細胞核與細胞質(zhì)中均可發(fā)生如圖所示的錯配

解析：選BD由圖示可知，胞嘧啶轉(zhuǎn)化為羥化胞嘧啶后不再與鳥嘌呤配對，而是與腺嘌呤配對。該片段復制后的子代DNA分子上會發(fā)生堿基對的替換，并非堿基序列都發(fā)生改變；因羥化胞嘧啶不再與鳥嘌呤配對，故復制后的子代DNA分子中G—C堿基對在總堿基對中所占比例下降；這種變化為基因突變，由于密碼子的簡并性，不一定引起編碼的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)改變；細胞核與細胞質(zhì)中都含DNA，復制過程中都可能發(fā)生圖示的錯配。

[課下檢測——查缺漏]

一、選擇題

1．下列關(guān)于DNA分子結(jié)構(gòu)的敘述，正確的是()

A．DNA分子是以4種脫氧核苷酸為單位連接而成的單鏈結(jié)構(gòu)

B．DNA分子中的每個磷酸均連接著一個脫氧核糖和一個堿基

C．DNA分子兩條鏈之間總是嘌呤與嘧啶形成堿基對

D．DNA分子一條鏈上的相鄰堿基通過磷酸—脫氧核糖—磷酸相連

解析：選CDNA分子是以4種脫氧核苷酸為單位連接而成的雙鏈結(jié)構(gòu)；DNA分子中的絕大多數(shù)磷酸連接著兩個脫氧核糖，且磷酸不與堿基直接相連；DNA分子一條鏈上的相鄰堿基通過脫氧核糖—磷酸—脫氧核糖相連。

2．(2018·江西九校聯(lián)考)下列關(guān)于DNA的有關(guān)敘述，正確的有幾項()

①堿基互補配對原則是DNA精確復制的保障之一

②DNA復制時一定需要解旋酶的參與

③DNA分子的特異性是指脫氧核苷酸序列的千變?nèi)f化

④嘌呤堿基與嘧啶堿基的配對保證了DNA分子空間結(jié)構(gòu)的相對穩(wěn)定

⑤在細菌的一個完整質(zhì)粒中含有兩個游離的磷酸基團

A．0項 B．1項

C．2項 D．3項

解析：選C堿基互補配對原則保證DNA復制準確無誤地進行，DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)為其復制提供精確的模板；DNA復制在解旋酶和DNA聚合酶的作用下，邊解旋邊復制，但在PCR技術(shù)擴增目的基因時利用了高溫變性解旋；DNA分子的特異性取決于DNA分子中脫氧核苷酸特定的排列順序，即堿基對的排列順序；嘌呤堿基與嘧啶堿基之間通過氫鍵連接，它們的結(jié)合遵循堿基互補配對原則，這保證了DNA分子空間結(jié)構(gòu)的相對穩(wěn)定；細菌的一個完整質(zhì)粒是環(huán)狀的DNA分子，不存在游離的磷酸基因，所以共有2項正確。

3．下圖為真核細胞DNA復制過程的模式圖，據(jù)圖分析，下列相關(guān)敘述錯誤的是()

A．由圖示得知，DNA分子復制的方式是半保留復制

B．解旋酶能使雙鏈DNA解開，但需要消耗ATP

C．子代DNA分子的兩條鏈是反向平行排列的

D．DNA在復制過程中是先進行解旋，后半保留復制

解析：選D由圖示可知，新合成的每個DNA分子中，都保留了原來DNA分子中的一條鏈，因此復制的方式是半保留復制；解旋酶使DNA雙鏈解開，需要消耗ATP；子代DNA分子的兩條鏈是反向平行的；DNA在復制過程中是邊解旋邊半保留復制。

4．(2018·荊州模擬)如圖為果蠅某一條染色體上的幾個基因示意圖，從中得到的正確結(jié)論是()

A．R基因中與脫氧核糖直接相連的一般是一個磷酸和一個堿基

B．R、S、N、O互為非等位基因

C．果蠅的每個基因是由成百上千個核糖核苷酸組成的

D．每個基因中有一個堿基對的替換，都會引起生物性狀的改變

解析：選B一般與脫氧核糖直接相連的是兩個磷酸和一個堿基；一對同源染色體上控制相對性狀的基因才是等位基因，而R、S、N、O是位于同一條染色體上的不同基因，所以它們之間互為非等位基因；果蠅的基因指的是DNA上有遺傳效應的片段，而DNA的基本組成單位是脫氧核苷酸；由于密碼子的簡并性，所以基因中一個堿基對的替換不一定會引起生物性狀的改變。

5．將一個由100個堿基組成的DNA分子(設為親代DNA)放在含有被3H標記的脫氧胸苷(3H-dT)的培養(yǎng)液中進行復制，一段時間后測得子二代的放射性強度(放射性強度＝含3H的堿基總數(shù)/DNA分子中的堿基總數(shù))為30%。則親代DNA分子中含有的胸腺嘧啶的數(shù)量為()

A．10個 B．20個

C．30個 D．40個

解析：選D設每個DNA中含有x個胸腺嘧啶，則子二代的放射性強度＝(22－1)x/(22×100)＝30%，解得：x＝40。

6.H2O2能將鳥嘌呤(G)氧化損傷為8-oxodG，8-oxodG可與腺嘌呤(A)互補配對。若圖中所示DNA片段中有兩個鳥嘌呤發(fā)生上述氧化損傷后，再正常復制多次形成大量的子代DNA，下列相關(guān)敘述錯誤的是()

A．子代DNA分子都有可能發(fā)生堿基序列的改變

B．部分子代DNA中嘧啶堿基的比例可能會增加

C．子代DNA控制合成的蛋白質(zhì)可能不發(fā)生改變

D．氧化損傷可能誘發(fā)原癌基因或抑癌基因的突變

解析：選B由題干信息可知，H2O2能將G氧化損傷為8-oxodG，8-oxodG與A互補配對，而圖示DNA片段中含有3個G，若發(fā)生氧化損傷的兩個G位于不同鏈，則形成的子代DNA分子都有可能發(fā)生堿基序列的改變；由于G氧化損傷為8-oxodG后，能與A配對，所以正常復制多次形成的子代DNA中嘧啶堿基比例會減小；由于密碼子的簡并性，突變后形成的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)可能不變；氧化損傷可能誘發(fā)原癌基因或抑癌基因的突變。

7.某基因(14N)含有3000個堿基，腺嘌呤占35%。若該DNA分子以15N同位素標記過的四種游離脫氧核苷酸為原料復制3次，將全部復制產(chǎn)物進行密度梯度離心，得到如圖甲結(jié)果；如果將全部復制產(chǎn)物加入解旋酶處理后再離心，則得到如圖乙結(jié)果。下列有關(guān)分析正確的是()

A．X層全部是僅含14N的基因

B．W層中含15N標記的胞嘧啶6300個

C．X層中含有氫鍵數(shù)是Y層的1/3

D．W層與Z層的核苷酸數(shù)之比是1∶4

解析：選C復制得到的DNA分子與親代DNA分子的堿基序列相同，則兩者的氫鍵數(shù)也應該是相等的，X層有2個DNA，Y層有6個DNA，故X層與Y層的氫鍵數(shù)之比為1/3。

8．用32P標記某植物體細胞(含12條染色體)的DNA分子雙鏈，再將這些細胞轉(zhuǎn)入不含32P的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，在第二次細胞分裂的中期一個細胞中染色體攜帶32P標記的情況是()

A．帶有32P標記的染色體有6條

B．每條染色體的兩條姐妹染色單體均帶有32P標記

C．帶有32P標記的DNA分子數(shù)與染色體數(shù)相同

D．每條染色體中帶有32P標記的DNA單鏈為0條或1條

解析：選C該細胞中含有12條染色體，但在進行有絲分裂過程中每條染色體的行為一致，因此分析時只需畫出其中一條染色體，便可推知其他染色體攜帶32P標記的情況。繪圖分析如下：

據(jù)圖可知，該細胞第一次分裂產(chǎn)生的兩個子細胞中染色體攜帶32P標記的情況一致；第二次分裂過程中，當染色體復制后每條染色體均具有兩條姐妹染色單體，而其中一條姐妹染色單體的DNA分子帶有32P標記，另一條姐妹染色單體的DNA分子不帶32P標記。由于有絲分裂中期時姐妹染色單體并未分離，故此時細胞中帶有32P標記的染色體應有12條，且每條染色體只有一條DNA單鏈帶有標記；每條染色體的兩條姐妹染色單體中只有一條姐妹染色單體帶有32P標記。

9．下圖為某DNA分子的部分平面結(jié)構(gòu)圖，該DNA分子片段中含100個堿基對，40個胞嘧啶，則下列說法錯誤的是()

A．②與①交替連接，構(gòu)成了DNA分子的基本骨架

B．③是連接DNA單鏈上兩個核糖核苷酸的磷酸二酯鍵

C．該DNA復制n次，含母鏈的DNA分子只有2個

D．該DNA復制n次，消耗的腺嘌呤脫氧核苷酸數(shù)為60×(2n－1)個

解析：選B①是脫氧核糖，②是磷酸，兩者交替連接構(gòu)成了DNA分子的基本骨架；④是連接DNA單鏈上兩個脫氧核糖核苷酸的化學鍵，③是鳥嘌呤脫氧核糖核苷酸中連接磷酸和脫氧核糖的化學鍵；該DNA復制n次，得到2n個DNA，其中含有母鏈的DNA分子共2個；該DNA復制n次，消耗腺嘌呤脫氧核苷酸數(shù)為(200－40×2)÷2×(2n－1)＝60×(2n－1)。

10．(2018·山東省實驗中學月考)20世紀50年代初，查哥夫?qū)Χ喾N生物DNA做了堿基定量分析，發(fā)現(xiàn)(A＋T)/(C＋G)的比值如表。結(jié)合所學知識，你認為能得出的結(jié)論是()

DNA來源

大腸桿菌

小麥

鼠

豬肝

豬胸腺

豬脾

(A＋T)/(C＋G)

1.01

1.21

1.21

1.43

1.43

1.43

A．豬的DNA結(jié)構(gòu)比大腸桿菌的DNA結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定一些

B．小麥和鼠的DNA所攜帶的遺傳信息相同

C．小麥DNA中(A＋T)的數(shù)量是鼠DNA中(C＋G)數(shù)量的1.21倍

D．同一生物不同組織的DNA堿基組成相同

解析：選D大腸桿菌DNA中(A＋T)/(C＋G)的比值小于豬的，說明大腸桿菌DNA所含C—G堿基對的比例較高，而C—G堿基對含三個氫鍵，因此大腸桿菌的DNA結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性高于豬的；雖然小麥和鼠的(A＋T)/(C＋G)比值相同，但不能代表二者的堿基序列與數(shù)目相同；同一生物的不同組織所含DNA的堿基序列是相同的，因此DNA堿基組成也相同。

11．下圖為DNA片段1經(jīng)過誘變處理后獲得DNA片段2，而后DNA片段2經(jīng)過復制得到DNA片段3的示意圖(除圖中變異位點外不考慮其他位點的變異)。下列敘述正確的是()

A．在DNA片段3中同一條鏈上相鄰堿基A與T通過兩個氫鍵連接

B．理論上DNA片段3的結(jié)構(gòu)比DNA片段1的結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定

C．DNA片段2至少需要經(jīng)過3次復制才能獲得DNA片段3

D．DNA片段2復制n次后，可獲得2n－1個DNA片段1

解析：選DDNA中同一條脫氧核苷酸鏈上相鄰堿基A與T通過“—脫氧核糖—磷酸—脫氧核糖—”進行連接。理論上DNA片段3中氫鍵數(shù)目比DNA片段1少，故其結(jié)構(gòu)不如DNA片段1穩(wěn)定。DNA片段2經(jīng)過2次復制即可獲得DNA片段3。DNA片段2復制n次后，獲得的DNA片段1所占的比例為1/2，即2n－1個。

12．某長度為1000個堿基對的雙鏈環(huán)狀DNA分子，其中含腺嘌呤300個，該DNA分子復制時，1鏈首先被斷開形成3′、5′端口，接著5′端與2鏈發(fā)生分離，隨后DNA分子以2鏈為模板，通過滾動從1鏈的3′端開始延伸子鏈，同時還以分離出來的5′端單鏈為模板合成另一條子鏈，其過程如圖所示。下列相關(guān)敘述正確的是()

A．該過程是從兩個起點同時進行的，1鏈中的堿基數(shù)目多于2鏈

B．若該DNA連續(xù)復制3次，則第三次共需鳥嘌呤4900個

C．復制過程中兩條鏈分別作模板，邊解旋邊復制

D．該環(huán)狀DNA通常存在于細菌、酵母菌等原核細胞中

解析：選C雙鏈DNA分子的兩條鏈是嚴格按照堿基互補配對原則形成的，所以1鏈和2鏈均含1000個堿基，兩者堿基數(shù)目相同。根據(jù)堿基互補配對原則(A—T、G—C)，DNA分子含腺嘌呤300個，所以胸腺嘧啶也為300個，則胞嘧啶和鳥嘌呤均為700個，在第三次復制過程中，DNA分子數(shù)由4個增加到8個，即第三次新合成4個DNA分子，故共需鳥嘌呤700×4＝2800個。根據(jù)題意可知，復制過程中兩條鏈分別作模板，邊解旋邊復制。酵母菌細胞是真核細胞。

二、非選擇題

13．(2018·湖北八市重點中學質(zhì)檢)如圖是DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的建構(gòu)過程圖解(1～5)，請據(jù)圖探討相關(guān)問題：

(1)物質(zhì)1是構(gòu)成DNA的基本單位，與RNA的基本單位相比，兩者成分方面的差別是

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(2)催化形成圖2中的磷酸二酯鍵的酶是____________。

(3)圖3和圖4中的氫鍵用于連接兩條脫氧核苷酸鏈，如果DNA耐高溫的能力越強，則____________(填“G—C”或“A—T”)堿基對的比例越高。

(4)RNA病毒相比DNA病毒更容易發(fā)生變異，請結(jié)合圖5和有關(guān)RNA的結(jié)構(gòu)說明其原因：______________________________________________