人教(2019)生物必修2（知识点+跟踪检测）第6讲 DNA分子的结构(含答案）

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人教(2019)生物必修2（知识点+跟踪检测）
第6讲 DNA分子的结构、复制与基因的本质
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3.1.2　概述DNA分子是由四种脱氧核苷酸构成的，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
一、DNA分子的结构及特性
1．DNA分子结构的建立者及DNA的组成
(1)DNA双螺旋模型构建者：沃森和克里克。
(2)图解DNA分子结构
2．DNA分子的特性
(1)相对稳定性：DNA分子中磷酸和脱氧核糖交替连接的方式不变，两条链间碱基互补配对的方式不变。
(2)多样性：不同的DNA分子中脱氧核苷酸数目不同，排列顺序多种多样。若某DNA分子中有n个碱基对，则排列顺序有4n种。
(3)特异性：每种DNA分子都有区别于其他DNA分子的特定的碱基对排列顺序，代表了特定的遗传信息。
二、DNA的复制及基因的本质
1．DNA的复制
2．染色体、DNA、基因和脱氧核苷酸的关系
[基础微点练清]
1．判断正误
(1)DNA的两条单链不仅碱基数量相等，而且都有A、T、G、C四种碱基[新人教版必修2 P52“概念检测”T1(1)](×)
(2)DNA复制和染色体复制是分别独立进行的(×)
[新人教版必修2 P56“概念检测”T1(1)]
(3)基因通常是有遗传效应的DNA片段(√)
(4)DNA有氢键，RNA没有氢键(×)
(5)沃森和克里克提出在DNA双螺旋结构中嘧啶数不等于嘌呤数(×)
2．某生物体内的嘌呤碱基占碱基总数的50%，具这种特点的可能性较小的生物是(　　)
①烟草花叶病毒　②T2噬菌体　③大肠杆菌　④酵母菌和人
A．①③④　　　　　　　　 B．①②④
C．②③④ D．①②③
解析：选A　烟草花叶病毒属于RNA病毒，只含有RNA一种核酸，因此其所含嘌呤总数与嘧啶总数不一定相同；T2噬菌体属于DNA病毒，只含有DNA一种核酸，其所含嘌呤总数应与嘧啶总数相等；大肠杆菌含有DNA和RNA两种核酸，因此其所含嘌呤总数与嘧啶总数不一定相同；酵母菌和人都含有DNA和RNA两种核酸，因此其所含嘌呤总数与嘧啶总数不一定相同。
3．如图是某同学制作的脱氧核苷酸对模型，其中正确的是(　　)
解析：选D　A图，从五碳糖和磷酸基团的形态和位置可判断，两条脱氧核苷酸链不是反向平行的，错误；B图，A与T之间的氢键应该是两个而不是三个，错误；C图，含氮碱基(C)与五碳糖的连接位置不对，且G与C之间有三个氢键，错误。
4．(新人教版必修2 P59“概念检测”T1)科学研究发现，未经人工转基因操作的番薯都含有农杆菌的部分基因，而这些基因的遗传效应促使番薯根部发生膨大产生了可食用的部分，因此番薯被人类选育并种植。下列相关叙述错误的是(　　)
A．农杆菌这些特定的基因可以在番薯细胞内复制
B．农杆菌和番薯的基因都是4种碱基对的随机排列
C．农杆菌和番薯的基因都是有遗传效应的DNA片段
D．农杆菌这些特定的基因可能在自然条件下转入了番薯细胞
解析：选B　农杆菌和番薯的基因都是具有遗传效应的DNA片段，而不是随机排列的4种碱基对。
5．科学研究发现，小鼠体内HMIGIC基因与肥胖直接相关。具有HMIGIC基因缺陷的实验小鼠与作为对照的正常小鼠，吃同样多的高脂肪食物，一段时间后，对照组小鼠变得十分肥胖，而具有HMIGIC基因缺陷的实验小鼠体重仍然保持正常，说明(　　)
A．基因在DNA上 B．基因在染色体上
C．基因具有遗传效应 D．DNA具有遗传效应
解析：选C　正常小鼠吃高脂肪食物会变得肥胖，而具有HMIGIC基因缺陷的小鼠吃同样多的高脂肪食物后体重仍保持正常，这说明肥胖由基因控制，从而得出基因能够控制性状，具有遗传效应。
6．(新人教版必修2 P59“拓展应用”T2)我国一些城市在交通路口启用了人脸识别技术，针对行人和非机动车闯红灯等违规行为进行抓拍。这种技术应用的前提是每个人都具有独一无二的面孔。为什么人群中没有一模一样的两个人呢？请你从生物学的角度评述人脸识别技术的可行性。
提示：人脸识别技术的前提是每个人都有独特的面部特征，而这些都是由基因决定的，这说明了基因的多样性，人脸识别技术是可行的。
一、DNA分子的结构及相关计算
[试考题·查欠缺]
1．(浙江选考)某DNA片段的结构如图所示。下列叙述正确的是(　　)
A．①表示胞嘧啶　　　　　 B．②表示腺嘌呤
C．③表示葡萄糖 D．④表示氢键
解析：选D　根据碱基互补配对原则可知，DNA结构中与A配对的是T，①表示胸腺嘧啶，A错误。与G配对的是C，②表示胞嘧啶，B错误。脱氧核苷酸中的单糖③表示脱氧核糖，C错误。④表示氢键，D正确。
2.(2021·重庆模拟)现已知基因M含有碱基共N个，腺嘌呤n个，具有类似如图的平面结构，下列说法正确的是(　　)
A．基因M共有4个游离的磷酸基，1.5N－n个氢键
B．图中a可以代表基因M ，基因M的等位基因m可以用b表示；a链含有A的比例最多为2n/N
C．基因M的双螺旋结构中，脱氧核糖和磷脂交替排列在外侧，构成基本骨架
D．基因M和它的等位基因m含有的碱基数可以不相等
解析：选D　基因M的每一条链有1个游离的磷酸基，因此基因M含有2个游离的磷酸基；由题意可知：基因M共含有A＋T＋G＋C＝N个碱基，其中A(腺嘌呤)＝T＝n个，则C＝G＝(N－2n)/2个，由于A—T之间有2个氢键，C—G之间有3个氢键，因此该基因中含有的氢键数目为2n＋3×(N－2n)/2＝1.5N－n(个)，A错误。基因是由两条脱氧核苷酸链组成的，图中a和b共同组成基因M，因此基因M的等位基因m不能用b表示；当基因M中含有的A都在a链上时，a链含有A的比例最多，此种情况下A占a链的比例为n÷(N/2) ＝2 n/N, B错误；基因M的双螺旋结构中，脱氧核糖和磷酸交替连接排列在外侧，构成基本骨架，C错误。等位基因是通过基因突变产生的，而基因突变是指基因中碱基对的增添、缺失和替换，因此基因M和它的等位基因m含有的碱基数可以不相等，D正确。
[强知能·补欠缺]
1．两种DNA结构模型解读
(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，③是氢键。解旋酶作用于③部位，限制性核酸内切酶和DNA连接酶作用于①部位。
2．DNA分子中碱基计算的常用方法
(1)互补的两个碱基数量相等，即A＝T，C＝G。
(2)任意两个不互补的碱基数量之和占总碱基数的50%，即A＋G＝T＋C＝A＋C＝T＋G＝(A＋T＋C＋G)×50%，＝＝1。
(3)一条链中互补的两种碱基的和等于另一条链中这两种碱基的和，即A1＋T1＝A2＋T2，G1＋C1＝G2＋C2(1、2分别代表DNA分子的两条链，下同)。
(4)一条链中互补的两种碱基数量之和占该单链碱基数的比例等于DNA分子两条链中这两种碱基数量之和占总碱基数的比例，即
＝＝，
＝＝。
(5)一条链中两种不互补碱基之和的比值，与另一条链中该比值互为倒数，即若一条链中(或)＝K，则另一条链中(或)＝。
[练题点·全过关]
1．用卡片构建DNA平面结构模型，所提供的卡片类型和数量如下表所示，以下说法正确的是(　　)
卡片类型 脱氧核糖 磷酸 碱基
A T G C
卡片数量 10 10 2 3 3 2
A．最多可构建4种脱氧核苷酸，5个脱氧核苷酸对
B．构成的双链DNA片段最多有10个氢键
C．DNA中每个脱氧核糖均与1分子磷酸相连
D．最多可构建44种不同碱基序列的DNA
解析：选B　根据表格数据可知，代表脱氧核糖、磷酸和含氮碱基的卡片数分别都是10，所以最多可构建10个脱氧核苷酸，根据碱基种类可推知最多构建4种脱氧核苷酸，4个脱氧核苷酸对；构成的双链DNA片段中可含2个A—T碱基对和2个G—C碱基对，故最多可含有氢键数＝2×2＋2×3＝10(个)；DNA分子结构中，与脱氧核糖直接连接的一般是2个磷酸，但最末端的脱氧核糖只连接1个磷酸；碱基序列要达到44种，每种碱基对的数量至少要有4个。
2．如图为真核细胞内某基因片段的结构示意图，该基因全部碱基中C占30%，下列说法正确的是(　　)
A．DNA解旋酶作用于①②两处
B．该基因的一条链中(C＋G)/(A＋T)＝3∶2
C．该基因的一条链中相邻的A与T通过氢键相连
D．该基因片段中有4个游离的磷酸基团
解析：选B　DNA解旋酶作用于碱基对间的②氢键，①是磷酸二酯键；基因的一条链中相邻的A与T通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”相连；该基因片段中有2个游离的磷酸基团；该双链DNA中C和G均占碱基总数的30%，A和T均占碱基总数的20%。
3．(2021·三明月考)用15N标记含有100个碱基对的DNA分子片段，该DNA分子碱基间的氢键共有260个，在含14N的培养基中连续复制多次后共消耗游离的嘌呤类脱氧核苷酸1 500个。下列叙述正确的是(　　)
A．该DNA片段中共有腺嘌呤60个，复制多次后含有14N的DNA分子占7/8
B．若一条链中(A＋G)/(T＋C)<1，则其互补链中该比值也小于1
C．若一条链中A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，则其互补链中该比例为4∶3∶2∶1
D．该DNA分子经复制后产生了16个DNA分子
解析：选D　假设该DNA分子片段中A＝T＝x，则C＝G＝100－x,2x＋3(100－x)＝260，得x＝40。该DNA分子片段中嘌呤总数是碱基总数的一半，即100个，假设DNA分子复制了n次，则100×(2n－1)＝1 500，n＝4。所以该DNA片段中共有腺嘌呤40个，共复制4次，根据半保留复制特点，子代含有14N的DNA分子占100%，A错误；若一条链中(A＋G)/(T＋C)<1，根据碱基互补配对原则，其互补链中该比例为其倒数，应该大于1，B错误；若一条链中A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，根据碱基互补配对原则，其互补链中该比例为2∶1∶4∶3，C错误；根据前面的分析计算可知，该DNA共复制4次，因此经复制后产生了24＝16个DNA分子，D正确。
二、DNA分子的复制及相关计算
[试考题·查欠缺]
1．(海南高考)现有DNA分子的两条单链均只含有14N(表示为14N14N)的大肠杆菌，若将该大肠杆菌在含有15N的培养基中繁殖两代，再转到含有14N 的培养基中繁殖一代，则理论上 DNA 分子的组成类型和比例分别是(　　)
A．有 15N14N 和 14N14N 两种，其比例为 1∶3
B．有 15N15N 和 14N14N 两种，其比例为 1∶1
C．有 15N15N 和 14N14N 两种，其比例为 3∶1
D．有 15N14N 和 14N14N 两种，其比例为 3∶1
解析：选D　只含有14N的大肠杆菌在含有 15N 的培养基中繁殖两代，形成4个DNA，其中2个DNA为15N14N，另外2个DNA为15N15N。再转到含有 14N 的培养基中繁殖一代，DNA为15N14N的大肠杆菌形成的子代DNA中，一个DNA为15N14N，另外1个DNA为 14N14N；而DNA为 15N15N的大肠杆菌形成的2个子代DNA都为 15N14N；因此理论上 DNA 分子的组成类型有 15N14N 和 14N14N 两种，其比例为 3∶1。
2．(2021·青岛模拟)羟胺可使胞嘧啶转化为羟化胞嘧啶而与腺嘌呤配对，假如一个精原细胞在进行DNA复制时，一个DNA分子的两个胞嘧啶碱基发生羟化，不可能出现的现象是(　　)
A．减数分裂产生的四个精子中，两个精子的DNA序列改变，两个没有改变
B．产生的初级精母细胞中可能有四条姐妹染色单体含有羟化胞嘧啶
C．DNA序列发生改变的精子与正常卵细胞结合并发育成具有突变性状的个体
D．DNA序列发生改变的精子与正常卵细胞结合发育成的个体没有发生性状的改变
解析：选B　一个精原细胞在进行DNA复制时，一个DNA分子的两个胞嘧啶碱基发生羟化，若这两个羟化的胞嘧啶位于DNA分子的一条链上，依据半保留复制和减数分裂过程，初级精母细胞一对同源染色体的四个DNA分子中，会有两个DNA序列改变，所以减数分裂产生的四个精子中，两个精子的DNA序列改变，两个没有改变，A正确；产生的初级精母细胞中可能有一条或两条姐妹染色单体含有羟化胞嘧啶，不可能含有四条姐妹染色单体含有羟化胞嘧啶，B错误；由于基因突变不一定引起生物性状的改变，所以DNA序列发生改变的精子和正常卵细胞结合可能发育成具有突变性状的个体(即出现新的性状)，也可能发育成没有突变性状的个体，C、D正确。
[强知能·补欠缺]
1．有关DNA复制的五个问题
(1)复制的场所：主要场所是细胞核，但在拟核、线粒体、叶绿体、细胞质基质(如质粒)中也可进行DNA复制。
(2)外界条件对DNA复制的影响：在DNA复制的过程中，需要酶的催化和ATP供能，凡是影响酶活性的因素和影响细胞呼吸的因素，都会影响DNA的复制。
(3)复制方式：半保留复制。新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链(模板链)。
(4)过程特点：边解旋边复制；多点解旋和复制。
(5)DNA复制的准确性
①一般情况下，DNA分子能准确地进行复制。原因是：DNA具有独特的双螺旋结构，能为复制提供精确的模板；通过碱基互补配对，保证了复制能够准确地进行。
②在特殊情况下，在外界因素和生物内部因素的作用下，可能造成碱基配对发生差错，引发基因突变。
2．DNA半保留复制的相关计算方法
(1)将一个被15N标记的DNA分子放入含14N的培养基中连续培养n代，其后代DNA分子的情况分析如下：
复制代数 —15N ----14N DNA分子
分子数 只含15N 只含14N 含15N 含14N
亲代 | | 1 1 0 1 0
1 |┆ ┆| 2 0 0 2 2
2 |┆┆┆┆┆┆| 4 0 2 2 4
n |┆┆┆…┆┆┆| 2n 0 2n－2 2 2n
规律 繁殖n代后，含15N的DNA分子只有2个；所有子代DNA分子中都有含14N的单链；含15N的DNA分子占全部DNA分子的比为2/2n＝1/2n－1
(2)DNA复制过程中消耗的脱氧核苷酸数的计算(设某双链DNA分子中含某种碱基a个)：
图示
解读 复制的结果是形成两个一样的DNA分子，所以一个DNA分子复制n次后，得到的DNA分子数为2n个，复制(n－1)次后得到的DNA分子数为2n－1(个)。第n次复制增加的DNA分子数为2n－2n－1＝2n－1(个)，需要含该碱基的脱氧核苷酸数为a·2n－1(个)
[练题点·全过关]
1．下列有关双链DNA的结构和复制的叙述，正确的是(　　)
A．DNA分子复制需要模板、原料、酶和ATP等条件
B．DNA分子中每个脱氧核糖均连接着两个磷酸基团
C．DNA分子一条链上相邻的碱基通过氢键连接
D．复制后产生的两个子代DNA分子共含有2个游离的磷酸基团
解析：选A　DNA分子复制需要模板(DNA分子的两条链)、原料(四种游离的脱氧核苷酸)、酶(解旋酶、DNA聚合酶等)和ATP等条件，A正确；DNA分子中每个脱氧核糖连接一个或两个磷酸基团，B错误；DNA分子一条链上相邻的碱基通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”连接，C错误；复制后产生的两个子代DNA分子共含有4个游离的磷酸基团(每个DNA分子含有2个游离的磷酸基团)，D错误。
2．用15N标记细菌的DNA分子，再将其置于含14N的培养基中连续繁殖四代，a、b、c 为三种DNA分子：a只含15N，b同时含14N和15N，c只含14N，则如图所示这三种DNA 分子的比例正确的是(　　)
解析：选D　根据题意分析可知：用15N同位素标记细菌的DNA分子，再将它们放入含14N的培养基上连续繁殖四代，共形成24＝16个DNA分子。由于用15N同位素标记细菌的DNA分子只有两条链，又DNA复制方式为半保留复制，所以在子代的16个DNA分子中，含15N的DNA分子为两个，但只含15N的DNA分子为0；同时含15N和14N的DNA分子为两个；只含14N的DNA分子为16－2＝14(个)。
3.某长度为1 000个碱基对的双链环状DNA分子。其中含腺嘌呤300个。该DNA分子复制时，1链首先被断开形成3′、5′端口，接着5′端与2链发生分离，随后DNA分子以2链为模板，通过滚动从1链的3′端开始延伸子链，同时还以分离出来的5′端单链为模板合成另一条子链，其过程如图所示。下列关于该过程的叙述正确的是(　　)
A．1链中的碱基数目多于2链
B．该过程是从两个起点同时进行的
C．复制过程中2条链分别作模板，边解旋边复制
D．若该DNA连续复制三次，则第三次共需鸟嘌呤4 900个
解析：选C　双链DNA分子的两条链是严格按照碱基互补配对原则形成的，所以1链和2链均含1 000个碱基，两者碱基数目相同，A错误；该DNA分子的复制起始于断口处，由于只有一处断开，故只有一个复制起点，B错误；根据题意，断开后两条链分别作模板，边解旋边复制，C正确；根据碱基互补配对原则(A＝T、G＝C)，DNA分子含腺嘌呤300个，所以胸腺嘧啶也为300个，则胞嘧啶和鸟嘌呤均为700个，在第三次复制过程中，DNA分子数由4个增加到8个，即第三次新合成4个DNA分子，故共需鸟嘌呤700×4＝2 800(个)，D错误。
一、科学探究——DNA半保留复制的实验分析
1．实验方法：同位素示踪技术和离心技术。
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。
(1)重带(密度最大)：两条链都为15N标记的亲代双链DNA。
(2)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。
(3)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的复制是以半保留方式进行的。
[典例]　(2021·江西金太阳联考)科学家以大肠杆菌为实验材料
进行实验(如图所示)，证实了DNA是以半保留方式复制的。试管②、③、④、⑤是模拟可能出现的结果。
培养条件与实验方法：
(1)将大肠杆菌在含15N的培养液中培养若干代，使其DNA双链均被15N标记(试管①)。
(2)转至含14N的培养液中培养，每30 min繁殖一代。
(3)取出每代DNA样本，并离心分层。
下列相关推论正确的是(　　)
A．该实验中运用了同位素标记法，出现试管④的结果至少需要90 min
B．试管③是转入含14N的培养液中复制一代的结果，试管②是复制两代的结果
C．试管③④的结果对得到DNA以半保留方式复制结论起关键作用
D．若在试管④中加入解旋酶，一段时间后离心出现的结果如试管⑤所示
[解析]　根据DNA半保留复制的特点，转入含14N的培养液中复制两代后所得DNA分子中，一半是两条链均含14N，另一半是一条链含15N，另一条链含14N，离心后分布在中带和轻带，即试管④的结果，而大肠杆菌每30 min繁殖一代，因此出现试管④的结果至少需要60 min，A错误；已知亲代DNA的两条链均被15N标记，根据DNA半保留复制的特点，亲代DNA在含14N的培养液中复制一代的结果如试管③所示，即转入含14N的培养液中复制一代后所得DNA分子都是一条链含15N，另一条链含14N，离心后都分布在中带，复制两代的结果如试管④所示，B错误；结合上述分析可知，试管③④的结果对得到DNA以半保留方式复制结论起关键作用，C正确；试管④中有中带，说明其中的DNA分子含有15N，经解旋酶处理后应出现重带，而试管⑤中全为轻带，D错误。
[答案]　C
[素养训练]
1．(2021·厦门一模)下图表示利用大肠杆菌探究DNA复制方式的实验，下列叙述正确的是(　　)
A．可用噬菌体代替大肠杆菌进行上述实验
B．可用(NH4)SO4、(NH4)SO4分别代替15NH4Cl、14NH4Cl进行上述实验
C．试管③中b带的DNA的两条链均含有14N
D．仅比较试管②和③的结果不能证明DNA复制方式为半保留复制
解析：选D　噬菌体是病毒，不能用普通培养基培养，因此不能用噬菌体代替大肠杆菌进行上述实验，A错误；S不是DNA的特征元素，因此不能用含有标记S的化合物代替15NH4Cl、14NH4Cl 进行上述实验，B错误；试管③中a带的DNA的两条链均含有14N，而b带的DNA的一条链含有14N、一条链含有15N，C错误；仅比较试管②和③的结果不能证明DNA复制方式为半保留复制，D正确。
2．如图表示采用同位素示踪技术和离心处理来探究DNA复制方式的过程图解，下列说法错误的是(　　)
A．图中轻带表示14N/14N的DNA分子
B．本实验证明DNA的复制方式为半保留复制
C．若将DNA双链分开来离心，则b、c两组实验结果都是得到两个条带
D．细菌繁殖四代后取样提取DNA离心后的条带类型及数量与繁殖两代后的提取离心结果不同
解析：选D　由于15N与14N的原子量不同，形成DNA的相对质量不同，因此图中轻带表示14N/14N的DNA分子，A正确；本实验证明DNA的复制方式为半保留复制，B正确；若将DNA双链分开来离心，则b、c两组实验结果都是得到两个条带，即15N的单链一个条带，14N的单链一个条带，C正确；细菌繁殖四代后取样提取DNA离心后的条带类型与繁殖两代后的提取离心结果相同，均为中带和轻带，D错误。
二、科学思维——细胞分裂过程中的染色体和DNA标记问题
[思维建模]
1．DNA分子复制后DNA存在位置与去向
(1)2个子DNA位置：当1个DNA分子复制后形成2个新DNA分子后，这2个子DNA恰位于两条姐妹染色单体上，且由着丝点连在一起。(如图所示)
(2)子DNA去向：在有丝分裂后期或减数第二次分裂后期，当着丝点分裂时，两条姐妹染色单体分开，分别移向细胞两极，此时子DNA随染色单体分开而分开。
2．有丝分裂中染色体标记情况
(1)过程图解(一般只研究一条染色体)：
复制一次(母链标记，培养液不含标记同位素)：
转至不含放射性培养液中再培养一个细胞周期：
(2)规律总结：若只复制一次，产生的子染色体都带有标记；若复制两次，产生的子染色体只有一半带有标记。
3．减数分裂中染色体标记情况分析
(1)过程图解：减数分裂一般选取一对同源染色体为研究对象，如下图(母链标记，培养液不含标记同位素)：
(2)规律总结：由于减数分裂没有细胞周期，DNA只复制一次，因此产生的子染色体都带有标记。
[典例]　(2021·西安调研)用32P标记某植物体细胞(含12条染色体)的DNA分子双链，再将这些细胞转入不含32P的培养基中培养，在第二次细胞分裂的中期一个细胞中染色体携带32P标记的情况是(　　)
A．带有32P标记的DNA分子数与染色体数相同
B．带有32P标记的染色体有6条
C．每条染色体的两条姐妹染色单体均带有32P标记
D．每条染色体中带有32P标记的DNA单链为0条或1条
[解析]　依题意和DNA分子的半保留复制，在第一次有丝分裂结束后，每个子细胞中含有的12条染色体，每条染色体上所含有的双链DNA分子中只有一条链被32P标记；在第二次有丝分裂的间期DNA分子完成复制后，每条染色体含2个DNA分子，这2个DNA分子分别位于组成该染色体的2条姐妹染色单体上，其中只有一条染色单体上的DNA被32P标记，所以有丝分裂中期的细胞中有12条被标记的染色体，与带有32P标记的DNA分子数相同，A正确；由A项分析可知，第二次细胞分裂中期一个细胞中，带有32P标记的染色体有12条，每条染色体的两条姐妹染色单体中只有一条带有32P标记，每条染色体中带有32P标记的DNA单链为1条，B、C、D错误。
[答案]　A
[析题用模]
1．(2021·泉州校级联考)取小鼠(2n＝40)的1个精原细胞，诱导其在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸培养基中完成减数分裂形成4个精子，取其中一个精子与卵细胞结合形成受精卵，然后转入无放射性的培养基中培养至早期胚胎。下列叙述正确的是(　　)
A．减数第一次分裂前期形成10个四分体，每个四分体的DNA均被3H标记
B．减数分裂形成的每个精子中有10条染色体被3H标记，10条未被标记
C．受精卵第一次有丝分裂后期，细胞中被3H标记的染色体有20条
D．受精卵第一次有丝分裂产生的每个子细胞中被3H标记的染色体有10条
解析：选C　减数第一次分裂前期形成20个四分体，每个四分体的DNA均被3H标记，A错误；减数分裂形成的每个精子中20条染色体都被3H标记，B错误；受精卵第一次有丝分裂后期，细胞中被3H标记的染色体只有20条，C正确；受精卵第一次有丝分裂产生的每个子细胞中被3H标记的染色体有0～20条，D错误。
2．BrdU能替代T与A配对而渗入新合成的DNA链，植物根尖分生组织放在含有BrdU的培养基中，分别培养到第一、第二个细胞周期的中期。下列有关说法错误的是(　　)
A．1条染色体形成2条染色单体的同时，DNA也完成了复制
B．1个DNA复制2次所产生的DNA分别位于4条染色单体上
C．第一个细胞周期的中期，每条染色体均有1个DNA的2条脱氧核苷酸链都含BrdU
D．第二个细胞周期的中期，每条染色体均有1个DNA的1条脱氧核苷酸链含BrdU
解析：选C　1条染色体形成2条染色单体的同时，DNA也完成了复制，A正确；1个DNA复制2次所产生的DNA分别位于4条染色单体上，B正确；第一个细胞周期的中期，DNA分子只复制一次，根据DNA分子半保留复制特点，每条染色体上的2个DNA均有1条脱氧核苷酸链含BrdU，C错误；到第二个细胞周期的中期，DNA分子进行了2次半保留复制，每条染色体均有1个DNA的1条脱氧核苷酸链含BrdU，D正确。
一、选择题
1．如图为DNA分子片段平面图，有关叙述正确的是(　　)
A．解旋酶作用于结构1和2之间
B．结构6可以代表核糖核苷酸
C．限制酶作用于结构5
D．结构4是鸟嘌呤脱氧核苷酸
解析：选D　解旋酶作用于氢键，即图中的结构5，A错误；结构6代表脱氧核苷酸链，B错误；限制酶作用于磷酸二酯键，而不是氢键，C错误；结构4为鸟嘌呤脱氧核苷酸，是DNA分子的基本组成单位之一，D正确。
2．下列与DNA相关实验的叙述，错误的是(　　)
A．用盐酸处理口腔上皮细胞，可使其染色质中DNA与蛋白质分离
B．向含R型菌的培养基中加入S型菌的DNA，所得S型菌菌落数比R型菌的少
C．用32P标记亲代噬菌体，产生的子一代噬菌体中部分具有放射性
D．DNA亲子鉴定利用了DNA分子结构的特异性
解析：选D　用盐酸处理口腔上皮细胞，可使其染色质中DNA与蛋白质分离，A正确；向含R型菌的培养基中加入S型菌的DNA，使R型菌转化成S型菌，原理是基因重组，频率较低，所以所得S型菌菌落数比R型菌的少，B正确；用32P标记亲代噬菌体，标记的是亲代噬菌体的DNA，产生的子一代噬菌体中部分具有放射性，C正确；DNA亲子鉴定利用了DNA分子中碱基排列顺序的特异性，分子结构都是双螺旋结构，没有特异性，D错误。
3．(2019·浙江选考)在含有BrdU的培养液中进行DNA复制时，BrdU会取代胸苷掺入到新合成的链中，形成BrdU标记链。当用某种荧光染料对复制后的染色体进行染色，发现含半标记DNA(一条链被标记)的染色单体发出明亮荧光，含全标记DNA(两条链均被标记)的染色单体荧光被抑制(无明亮荧光)。若将一个细胞置于含BrdU的培养液中，培养到第三个细胞周期的中期进行染色并观察。下列推测错误的是(　　)
A．1/2的染色体荧光被抑制
B．1/4的染色单体发出明亮荧光
C．全部DNA分子被BrdU标记
D．3/4的DNA单链被BrdU标记
解析：选D　DNA复制方式是半保留复制，第一次分裂结束后所有染色体的DNA分子中一条链不含BrdU，另外一条链含有BrdU；第二次分裂结束后有1/2的染色体上的DNA分子两条链均含有BrdU,1/2的染色体上的DNA分子中一条链不含BrdU，另外一条链含有BrdU；到第三次有丝分裂中期，全部DNA分子被BrdU标记，所有染色体均含有姐妹染色单体，其中有1/2的染色体上的2个DNA分子的两条链均含BrdU(荧光被抑制)，有1/2的染色体上的2个DNA分子中的1个DNA分子的两条链中1条含BrdU、1条不含，另1个DNA分子的两条链均含BrdU，所以有1/4的染色单体会发出明亮荧光，有7/8的DNA单链被BrdU标记。
4．(2021·泉州模拟)下列关于基因、DNA、遗传信息和染色体的描述，正确的是(　　)
A．遗传信息是指DNA中碱基的排列顺序
B．碱基排列顺序的千变万化，构成了DNA分子的多样性和特异性
C．不管是原核生物还是真核生物，体内所有基因的碱基总数均小于DNA分子的碱基总数
D．染色体是DNA的主要载体，每一条染色体上都只有一个DNA分子
解析：选C　基因是有遗传效应的DNA片段，遗传信息是指基因中碱基的排列顺序，A错误；碱基排列顺序的千变万化构成了DNA分子的多样性，B错误；基因是有遗传效应的DNA片段，因此不管是原核生物还是真核生物，体内所有基因的碱基总数均小于DNA分子的碱基总数，C正确；染色体是DNA的主要载体，一条染色体上有1个或2个DNA分子，D错误。
5．(2021年1月新高考8省联考·湖南卷)基因通常是有遗传效应的DNA片段。下列叙述错误的是(　　)
A．DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧
B．DNA分子复制时，首先利用能量在解旋酶作用下解开双螺旋
C．不同DNA序列经转录和翻译得到不同氨基酸序列的蛋白质
D．以mRNA为模板合成具有一定氨基酸序列的蛋白质的过程称为翻译
解析：选C　DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成了DNA的基本骨架，碱基排列在内侧，A正确；DNA分子复制时，需要消耗能量，在解旋酶作用下解开双链，B正确； 不同DNA序列，如果差别不大，转录后形成的mRNA序列差别也不大，由于密码子的简并性，翻译后可能形成氨基酸序列相同的蛋白质，C错误； 以DNA的一条链为模板形成mRNA的过程称为转录，以mRNA为模板合成具有一定氨基酸序列的蛋白质的过程称为翻译，D正确。
6．用3H标记胸腺嘧啶后合成脱氧核苷酸，注入真核细胞，可用于研究(　　)
A．DNA复制的场所　　　　 B．mRNA与核糖体的结合
C．分泌蛋白的运输 D．细胞膜脂质的流动
解析：选A　胸腺嘧啶是DNA特有的碱基，所以将含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸注入真核细胞后，可以用于研究与DNA复制有关的过程，如DNA的复制场所。mRNA与核糖体的结合、分泌蛋白的运输以及细胞膜脂质的流动，均与胸腺嘧啶无关。
7．用32P标记玉米体细胞(含20条染色体)的DNA分子双链，再将这些细胞转入不含32P的培养基中培养，让其分裂n次，若一个细胞中的染色体总条数和被32P标记的染色体条数分别是40条和2条，则该细胞至少是处于第几次分裂的分裂期(　　)
A．第一次　　　　　　　　　 B．第二次
C．第三次 D．第四次
解析：选C　由染色体总条数为40条可知是分裂后期，若是第一次有丝分裂后期，被32P标记的染色体条数应为40条；若是第二次有丝分裂后期，被32P标记的染色体条数应为20条；若是第三次有丝分裂后期，被32P标记的染色体条数应在0～20之间。
8．一个双链均被32P标记的DNA由5 000个碱基对组成，其中腺嘌呤占20%，将其置于只含31P的环境中复制3次。下列叙述错误的是(　　)
A．该DNA分子中含有氢键的数目为1.3×104个
B．复制过程需要2.4×104个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸
C．子代DNA分子中含32P的单链与含31P的单链之比为1∶7
D．子代DNA分子中含32P与只含31P的分子数之比为1∶3
解析：选B　该DNA分子中A－T碱基对的数目为5 000×2×20%＝2 000个，G－C碱基对的数目为5 000－2 000＝3 000个，则该DNA分子中含有的氢键数目为2 000×2＋3 000×3＝1.3×104(个)；该复制过程需要的胞嘧啶脱氧核苷酸数为(23－1)×3 000＝2.1×104(个)；子代中含32 P的单链与含31P的单链之比为2∶(23×2－2)＝1∶7；子代中含32P与只含31P的DNA分子数之比为2∶(23－2)＝1∶3。
9．在一个双链DNA分子中，碱基总数为m，腺嘌呤碱基数为n，G与C之间形成3个氢键，A与T之间形成2个氢键。则下列有关叙述正确的是(　　)
①脱氧核苷酸数＝磷酸数＝碱基总数＝m　②碱基之间的氢键数为(3m－2n)/2　③一条链中A＋T的数量为n ④G的数量为m－n
A．①②③④ B．②③④
C．③④ D．①②③
解析：选D　每个脱氧核苷酸中含一分子磷酸、一分子脱氧核糖和一分子含氮碱基，①正确；因G与C之间形成3个氢键，A与T之间形成2个氢键，故氢键数为2n＋3×[(m－2n)/2]＝(3m－2n)/2，②正确；因两条链中A＋T的总量为2n，故一条链中A＋T的数量应为n，③正确；④中计算G的数量有误，应为(m－2n)/2＝(m/2)－n，④错误。
10．如图为用15N标记的DNA分子片段，下列说法正确的是(　　)
A．把此DNA分子放在含14N的培养基中复制3代，子代中含14N标记的DNA分子占总数的3/4
B．①处的碱基对改变一定会引起生物表现型的变化
C．限制酶作用于③部位，解旋酶作用于②部位
D．该DNA分子的特异性表现在碱基种类上
解析：选C　把15N标记的DNA分子放在含14N的培养基中复制3代，所有的DNA分子中都含14N，A错误；①处的碱基对改变，增殖的过程中不一定会引起生物表现型发生变化，原因是该DNA片段不一定是基因片段，即使是基因片段，由于密码子具有简并性，转录成的mRNA翻译成的蛋白质的结构也不一定改变，B错误；限制酶切断DNA分子上的磷酸二酯键，解旋酶作用于双链碱基间的氢键，C正确；DNA分子中的碱基种类只有4种，而DNA分子中碱基对的特定排列顺序构成了DNA分子的特异性，D错误。
11．如图是在电子显微镜下拍摄的某生物细胞DNA复制过程中的物像。下列有关叙述正确的是(　　)
A．此图反映出的DNA复制模式，可作为DNA双向复制的证据
B．此过程必须遵循碱基互补配对原则，任一条链中A＝T，G＝C
C．若将该DNA进行彻底水解，产物是脱氧核苷酸和四种碱基
D．若该DNA分子的一条链中(A＋T)/(G＋C)＝a，则互补链中该比值为1/a
解析：选A　在DNA的一条链中，A与T、C与G不一定相等；DNA彻底水解时脱氧核苷酸会被进一步水解为脱氧核糖、磷酸和含氮碱基；DNA分子的两条链中互补碱基之和相等，因此DNA分子的一条链中(A＋T)/(G＋C)＝a，其互补链中该比值不变。
12．真核生物染色体上DNA具有多起点双向复制的特点，在复制原点(Ori)结合相关的复合体，进行DNA的复制。下列叙述正确的是(　　)
A．真核生物DNA上Ori多于染色体的数目
B．Ori上结合的复合体具有打开磷酸二酯键的作用
C．DNA子链延伸过程中，结合的复合体促进氢键形成
D．每个细胞周期Ori处可起始多次以保证子代DNA快速合成
解析：选A　DNA是多起点复制的，且一条染色体上有1个或2个DNA，因此真核生物DNA上Ori多于染色体数目，A正确；Ori上结合的复合体具有打开氢键的作用，B错误；DNA子链延伸过程中结合的复合体促进磷酸二酯键的形成，C错误；每个细胞周期中DNA只复制一次，Ori处只起始一次，D错误。
13．下图表示两个脱氧核苷酸分子在DNA聚合酶作用下的聚合过程。若由脱氧核苷酸分子聚合形成的小分子DNA共有500个碱基对，则其缩合过程中形成的磷酸二酯键数、产生的水分子数、该DNA分子中羟基(—OH，碱基中不含羟基)数分别是(　　)
A．499,499,502 B．998,998,501
C．998,998,1 004 D．998,998,1 002
解析：选C　由题意分析可知，磷酸二酯键数目＝脱去的水分子数目＝脱氧核苷酸数目－脱氧核苷酸链数＝500×2－2＝998(个)；该DNA分子中羟基(—OH)数＝脱氧核苷酸数目×2－磷酸二酯键数目＋脱氧核苷酸链数＝500×2×2－998＋2＝1 004(个)。
14.如图是通过荧光标记技术显示基因在染色体上位置的照片。图中字母表示存在于染色体上的部分基因，其中A和a显示黄色荧光，B和b显示红色荧光。关于该图的叙述正确的是(　　)
A．A和a彼此分离发生在减数第二次分裂的后期
B．图中染色体上的基因A与基因B遗传时遵循自由组合定律
C．据荧光点分布判断，甲、乙为一对含姐妹染色单体的同源染色体
D．甲、乙两条染色体上相同位置的四个荧光点脱氧核苷酸序列相同
解析：选C　A和a位于同源染色体上，A和a在减数第一次分裂后期随着同源染色体的分离而分离，A错误；图中染色体上的基因A与基因B位于一对同源染色体上，在遗传时不遵循自由组合定律，B错误；等位基因位于同源染色体上，复制后的姐妹染色单体上基因一般是相同的，所以据荧光点分布判断，甲、乙为一对含姐妹染色单体的同源染色体，C正确；甲、乙两条染色体上相同位置的四个荧光点为一对等位基因的四个荧光点，等位基因的脱氧核苷酸序列一般不相同，D错误。
15．在氮源为14N和15N的培养基上分别生长的大肠杆菌，其DNA分子分别为14NDNA(相对分子质量为a)和15NDNA(相对分子质量为b)。将亲代大肠杆菌转移到含14N的培养基上，再连续繁殖两代(Ⅰ和Ⅱ)，用某种离心方法分离得到的结果如图所示。下列对此实验的叙述错误的是(　　)
A．Ⅰ代细菌DNA分子中一条链是14N，另一条链是15N
B．Ⅱ代细菌含15N的DNA分子占全部DNA分子的1/4
C．预计Ⅲ代细菌DNA分子的平均相对分子质量为(7a＋b)/8
D．预计继续培养细菌，DNA分子离心后不会同时得到轻、中、重三条带
解析：选B　DNA复制的方式是半保留复制，亲代DNA分子均为重带DNA，即15N15N，在含14N的培养基上复制一次后，形成的2个DNA分子均为中带DNA，即14N15N；再复制一次，4个DNA分子中有2个中带(14N15N)、2个轻带(14N14N)，A正确。Ⅱ代细菌中DNA分子为2个中带，即14N15N,2个轻带，即14N14N，故含15N的DNA分子占全部DNA分子的2/4＝1/2，B错误。预计Ⅲ代细菌DNA分子为2个中带，6个轻带，可以把两条含15N的链看作一个DNA分子，则DNA分子的平均相对分子质量为(7a＋b)/8，C正确。预计继续培养细菌，DNA分子离心后不会同时得到轻、中、重三条带，因为不可能形成重带DNA分子，D正确。
二、非选择题
16．如图是某DNA分子的局部结构示意图，请据图回答下列问题：
(1)写出图中某些序号代表的结构的名称：
①______________；⑥______________；⑦_________________________；
⑧________________。
(2)图中DNA片段中碱基对有________对，该DNA分子应有________个游离磷酸基团。
(3)从主链上看，两条单链方向________，从碱基关系看，两条单链________________。
(4)若某DNA分子中的一条单链中(A＋C)/(T＋G)＝m，则其互补链中(A＋C)/(T＋G)＝________，整个DNA分子中(A＋C)/(T＋G)＝________。
解析：(1)分析题图可知，①是胞嘧啶，②是腺嘌呤，③是鸟嘌呤，④是胸腺嘧啶，⑤是磷酸基团，⑥是脱氧核糖，⑦是胸腺嘧啶脱氧核苷酸，⑧是一条脱氧核苷酸链的片段。(2)图中有4对碱基，2个游离的磷酸基团。(3)DNA是由两条反向平行的脱氧核苷酸链通过碱基互补配对形成的。(4)在DNA双链中，A＝T、G＝C，所以互补链中(A＋C)/(T＋G)＝1/m，整个DNA分子中A＋C＝T＋G。
答案：(1)胞嘧啶　脱氧核糖　胸腺嘧啶脱氧核苷酸　
一条脱氧核苷酸链的片段　(2)4　2　(3)反向平行　
碱基互补配对　(4)1/m　1
17．1958年，Meselson和Stahl通过一系列实验首次证明了DNA的半保留复制，此后科学家便开始了有关DNA复制起点数目、方向等方面的研究。试回答下列问题：
(1)DNA分子呈________结构，DNA复制开始时首先必须解旋，从而在复制起点位置形成复制叉(如图1所示)。因此，研究中可以根据复制叉的数量推测_____________。
(2)1963年Cairns将不含放射性的大肠杆菌(其拟核DNA呈环状)放在含有3H 胸腺嘧啶的培养基中培养，进一步证明了DNA的半保留复制。根据图2的大肠杆菌亲代环状DNA示意图，用简图表示复制一次和复制两次后形成的DNA分子。(注：以“……”表示含放射性的脱氧核苷酸链)。
(3)有人探究DNA的复制从一点开始以后是单向进行的还是双向进行的，将不含放射性的大肠杆菌DNA放在含有3H－胸腺嘧啶的培养基中培养，给予适当的条件，让其进行复制，得到图3所示结果，这一结果说明________________________。
(4)为了研究大肠杆菌DNA复制是单起点复制还是多起点复制，用第(2)小题的方法，观察到大肠杆菌DNA复制的过程如图4所示，这一结果说明大肠杆菌细胞中DNA复制是________起点复制的。
解析：(1)因DNA复制开始时首先必须解旋，从而在复制起点位置形成复制叉，所以可以根据复制叉的数量推测复制起点的数量。(2)因为DNA为半保留复制，故复制一次所得的2个DNA分子中，1条链带放射性标记，另一条链不带。复制两次后所得的4个DNA分子中，有2个DNA分子都是其中一条链带放射性标记，另外2个DNA分子则是两条链都带放射性标记。(3)由图示可知：该DNA分子有一个复制起点，复制为双向进行。(4)由图4可知：该DNA分子有一个复制起点，即单起点复制。
答案：(1)(规则的)双螺旋　复制起点的数量
(2)如图所示　(3)DNA复制是双向的　(4)单