【同步练习】高中生物学人教版（2019）必修2 3.3 DNA的复制(解析版)

第三节 DNA的复制
一、选择题
1．玉米（2N=20）一个体细胞中的每条染色体DNA双链均被32P标记，如果把该细胞放置在不含32P的培养液中培养， 使其连续分裂， 将会在第几次分裂中出现每个细胞的中期和后期分别有20条被标记的染色体（ ）
A．第一次 B．第二次 C．第三次 D．第四次
【答案】B
【详解】玉米（2N=20）一个体细胞中的每条染色体DNA双链均被32P标记，如果把该细胞放在不含32P的培养基中培养，DNA会进行半保留复制，导致复制形成的40个DNA分子中均含有一条被标记的脱氧核苷酸链，因此在第一次有丝分裂中期时，细胞中含有20条被标记的染色体；而在第一次有丝分裂后期时，由于着丝粒的分裂染色体加倍为40条，此时40条染色体上均含有标记，此后进行第二次有丝分裂，由于此时的染色体中每个DNA分子均是只有一条单链带有32P标记，经过复制后产生的每个染色体中的2个DNA分子中，均是只有一个DNA分子带有标记（且只有一条单链带有标记），因此在第二次有丝分裂中期的细胞中有20条染色体带有标记，进入有丝分裂后期，由于着丝粒分裂，染色体数目暂时加倍，此时一个细胞中含有的40条染色体中只有20条带有放射性标记，即在第二次有丝分裂的中期和后期的细胞中都只有20条染色体带有放射性标记，即B正确。
2．细菌在含15N的培养基中繁殖数代后，细菌DNA的含氮碱基皆含有15N，然后再将其移入含14N的培养基中培养，抽取亲代及子代的DNA，离心分离，如图①～⑤为可能的结果，下列叙述错误的是（ ）
A．该实验运用了密度梯度离心法和同位素标记技术
B．子一代结果若为②，可以排除全保留复制的学说
C．根据半保留复制学说，推测子二代结果应为③
D．若加入解旋酶后离心，推测子一代结果应为①
【答案】C
【详解】A、该实验运用了密度梯度离心法和同位素标记技术，用15N标记DNA，A正确；B、第一次分裂过程中DNA分子只复制一次，若结果为②，可以排除全保留复制的学说，因为全保留复制的为一个在上层，一个在下层，B正确；C、子二代DNA表明DNA分子复制二次，产生4个DNA分子，其中2个都是14N，2个为15N-14N，所以应为①，C错误；D、亲代的DNA都是15N，放在14N培养基中培养，复制1次形成2个DNA分子，一条含有15N，一条含有14N，加入解旋酶一段时间后双链打开形成单链，离心出现的结果应该是一半的15N带和一半的14N带，即①，D正确。
3．科学家将被15N标记了DNA的大肠杆菌转移到含14N的培养液中培养，来研究DNA的复制，下列关于DNA复制叙述不正确的是（ ）
A．复制3次后，子代中含14N的DNA占75%
B．DNA复制时以4种游离的脱氧核苷酸为原料
C．DNA分子的复制方式是半保留复制
D．DNA复过程需要消耗能量
【答案】A
【详解】A、DNA复制3次后，会形成8个DNA分子，其中有6个DNA分子的两条脱氧核苷酸链被14N标记，还有2个DNA分子的一条脱氧核苷酸链被14N标记，另一条脱氧核苷酸链被15N标记，子代中含14N的DNA占100%，A错误；BC、DNA复制时，以解开的每一段母链为模板，在DNA聚合酶等酶的作用下，利用游离的4种脱氧核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则，合成与母链互补的子链，复制方式是半保留复制，BC正确；D、DNA复制是以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程，是需要消耗能量的，D正确。
4．某DNA分子含有100个碱基对，其中有胞嘧啶60个，现用15N标记其两条链，然后将该DNA分子放在含14N的培养基中连续复制4次。下列结果不可能的是（　　）
A．含有15N的脱氧核苷酸链占1/16
B．含有14N的DNA分子占7/8
C．复制过程中需腺嘌呤脱氧核苷酸600个
D．每条链中均含有60%的C+G
【答案】B
【详解】A、DNA经过了4次复制，形成的子代DNA分子共16个，DNA复制为半保留复制，其中2条脱氧核苷酸链含有15N，因此含有15N的脱氧核苷酸链占2/32，即十六分之一，A正确；B、由于DNA分子的复制是半保留复制，最终只有2个子代DNA各含1条15N链，1条14N链，其余DNA都含14N，因此全部子代DNA都含14N，B错误；C、含有100个碱基对200个碱基的DNA分子，其中有胞嘧啶60个，解得A=40个，故复制过程中需腺嘌呤脱氧核苷酸：（24-1）×40=600，C正确；D、由于DNA中胞嘧啶60个，腺嘌呤40个，又C=G，A=T，所以每条链中均含有60%的C+G，D正确。
5．人体中P53蛋白可以抑制DNA的复制和细胞分裂，所以具有抗肿瘤的作用。它是一条由393个氨基酸组成的肽链经过加工而成的。下列相关叙述错误的是（ ）
A．组成P53蛋白的393个氨基酸的R基均不相同
B．该多肽链必须形成一定的空间结构才具有生物活性
C．P53蛋白至少含有一个游离的氨基和一个游离的羧基
D．P53蛋白起作用的场所可能是细胞核
【答案】A
【详解】A、组成生物体的氨基酸有21种，因此，组成P53蛋白的393个氨基酸的R基最多有21种，A错误；B、P53是一条由393个氨基酸组成的肽链形成的，该多肽链必须形成一定的空间结构才具有生物活性，B正确；C、P53是一条由393个氨基酸组成的肽链形成的，其中至少含有一个游离的氨基和一个游离的羧基，分别位于构成该蛋白质的多肽链的两端，C正确；D、人体中P53蛋白可以抑制DNA的复制和细胞分裂，DNA复制主要发生在细胞核中，据此可推测，P53蛋白起作用的场所可能是细胞核，D正确。
6．在一个密闭的容器里，用含有同位素14C的脱氧核苷酸合成一个DNA分子，然后再加入普通的含12C的脱氧核苷酸，经n次复制后，所得DNA分子中含12C的脱氧核苷酸链数与含14C的脱氧核苷酸链数之比是（ ）
A．2n:1 B．（2n－2）:n C．（2n－2）:2 D．（2n－1）:1
【答案】D
【详解】根据题意分析可知：n次复制后共得到DNA分子2n个，共有脱氧核苷酸链条2n+1条；由于DNA分子复制的特点是半保留复制，形成的子代DNA中共有两条链是模版链14C；新合成的子链含12C的链一共有2n+1-2条，所以DNA分子中含12C的脱氧核苷酸链数与含14C的脱氧核苷酸链数之比是：（2n+1-2）：2=（2n-1）：1，D正确，ABC错误。
7．DN 分子在复制过程中，某位点上的一个正常碱基（设为P）由于诱变变成了尿嘧啶。该菌转移 DNA连续复制2次，得到的4个子代DNA分子相应位点上的碱基对分别为U－A、A－T、G－C、C－G。推测“P”可能是 （ ）
A．胸腺嘧啶或腺嘌呤 B．胞嘧啶或鸟嘌呤
C．胞嘧啶或腺嘌呤 D．腺嘌呤或鸟嘌呤
【答案】B
【详解】根据半保留复制的特点，DNA分子经过两次复制后，突变链形成的两个DNA分子中含有U-A、A-T碱基对，而另一条正常链形成的两个DNA分子中含有G-C、C-G碱基对，因此替换的可能是G，也可能是C，即B正确。
8．取某二倍体动物的原始生殖细胞将其染色体上的DNA用32P标记，置于31p的培养基中培养，如图为其子细胞减数第二次分裂的图像，1-8表示不同的染色体，其中2、4、6、8号染色体的部分基因已标注，已知A/a基因的碱基对数量不等，2号染色体上的DNA分子中有1条链含32P标记，6号染色体上的DNA无标记，下列相关叙述正确的是（　　）
A．该生物体细胞含有8条染色体
B．形成此细胞过程中发生过基因突变或基因重组，该细胞为次级精母或第一极体
C．若该原始生殖细胞全部子细胞增殖时期是同步的，则此细胞占同期子细胞的1/8
D．可以根据子代凝胶电泳的结果，推测此细胞染色体2号或6号中的哪条遗传给了子代
【答案】AD
【详解】A、图示为减数第二次分裂后期，染色体暂时加倍，有8条染色体，初级性母细胞有8条染色体，即该生物体细胞含有8条染色体，A正确；B、形成此细胞过程中发生过基因重组，A和a所在的同源染色体未正常分离，2和6号染色体上发生的是基因突变，不可能是互换，B错误；C、因为2号染色体上的DNA分子中有1条链含32P标记，6号染色体上的DNA无标记，若该原始生殖细胞经过一次有丝分裂后进行减数分裂，若全部子细胞增殖时期是同步的，则此细胞占同期子细胞的1/4，C错误；D、2和6号染色体上分别有A、a基因，A/a基因的碱基对数量不等，所以能根据子代凝胶电泳的结果，推测此细胞染色体2号或6号中的哪条遗传给了子代，D正确。
9．下列物质中与DNA复制无关的是（ ）
A．DNA聚合酶 B．DNA的两条模板链
C．解旋酶 D．腺嘌呤核糖核苷酸
【答案】D
【详解】A、DNA复制需要DNA聚合酶合成子链DNA，A不符合题意；B、DNA复制需要两条模板链，分别为模板进行半保留复制，B不符合题意；C、解旋酶需要在DNA复制时进行解旋断开氢键，C不符合题意；D、腺嘌呤核糖核苷酸是合成RNA的原料，与DNA复制无关，D符合题意。
10．DNA复制所需的基本条件是（　　）
A．模板、温度、能量和酶 B．RNA、DNA、能量和酶
C．模板、原料、能量和酶 D．DNA、脱氧桉糖、能量和酶
【答案】C
【详解】DNA复制所需的基本条件是以DNA的两条链为模板，以4种脱氧核苷酸为原料，需要解旋酶和DNA聚合酶，还要ATP提供能量。
11．下列关于下图所示DNA分子的叙述，正确的是（ ）
A．DNA中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架
B．该DNA的特异性表现在（A＋G）/（T＋C）的比值上
C．若该DNA中A为p个，占全部碱基n/m（m>2n），则胞嘧啶的个数为pm/2n-1
D．把此DNA放在含15N的培养液中复制2代，子代中含14N的DNA占1/2
【答案】A
【详解】A、DNA中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架，A正确；
B、根据碱基互补配对（A=T、C=G）可知，DNA分子中（A＋G）/（T＋C）的比值为1，没有特异性。该DNA的特异性表现在碱基（A＋T）/（G＋C）的比例上，B错误；C、若该DNA中A为p个，占全部碱基的n/m（m＞2n），则碱基总数是P÷（n/m）=pm/n，则G所占的比例是pm/n÷2-p，所以G的个数为pm/2n-P，C错误；D、把DNA放在含15N的培养液中复制两代得到4个DNA分子，根据DNA的半保留复制，其中有一个DNA分子的一条链含有14N，另一条链含有15N，其他3个DNA分子只含15N，所以子代中含14N的DNA占1/4，D错误。
12．将某细菌放在含有15N标记的NH4Cl培养液中培养后，再转移到含有14N的普通培养液中培养，10h后提取DNA进行分析，得出含15N的DNA占总DNA的比例为1/16，则该细菌的分裂周期是（ ）
A．4h B．2h C．1.6h D．1h
【答案】B
【详解】由于DNA是半保留复制，形成子代DNA分子中含有亲代链的DNA为2个，2/2n=1/16，则n=5，说明细胞分裂5次，则细胞周期10÷5=2小时，B正确。
二、非选择题
13．关于DNA复制方式，人们曾提出了“全保留复制”、“半保留复制”等假说。科学家以大肠杆菌为实验对象，运用同位素示踪技术及密度梯度离心方法进行了 DNA 复制方式的探索实验，实验内容及结果见下表。请分析并回答下列问题：
组别 1组 2组 3组 4组
培养液中唯一氮源 14NH4C1 15NH4C1 14NH4Cl 14NH4Cl
繁殖代数 多代 多代 一代 两代
培养产物 A B B的子I代 B的子II代
操作 提取DNA并离心
离心结果 仅为轻带 （14N/14N） 仅为重带 （15N/15N） 仅为中带 （15N/14N） 1／2轻带（14N／14N） 1／2中带（15N／14N）
(1)要得到DNA中的N全部被15N标记的大肠杆菌B，必须经过_____代培养，且培养液中的_____是唯一氮源。
(2)综合分析本实验的DNA 离心结果，第_____组结果对于否定“全保留复制”的假说起到了关键作用，但需把它与第_____组的结果进行比较，才能说明DNA分子的复制方式是_____。
(3)分析讨论：
①若子I代DNA的离心结果为“轻”和“重”两条密度带，则“重带”DNA来自于_____，据此可判断DNA分子的复制方式不是_____复制。
②若将子I代DNA双链分开后再离心，其结果_____（选填“能”或“不能”）判断DNA的复制方式。
③若在同等条件下将子II代继续培养，子n代DNA离心的结果是：密度带的数量和位置_____，密度带变宽的是_____带。
④若某次实验的结果中，子I代DNA的“中带”比以往实验结果的“中带”略宽，可能的原因是新合成DNA单链中的N尚有少部分为_____。
(4)假定该大肠杆菌含14N的DNA的相对分子质量为a，含15N的DNA相对分子质量为b。子一代DNA的相对分子质量平均为_____，子二代DNA的相对分子质量平均为_____。
【答案】(1) 多 15N（15NH4C1）
(2) 3 1和2 半保留复制
(3) B 半保留 不能 没有变化 轻 15N
(4) （a+b）/2 （3a+b）/4
【详解】（1）要得到DNA中的N全部被15N标记的大肠杆菌B，必须经过多代培养，且培养液中的15N是唯一氮源。（2）第3组实验结果最为重要，因为B的DNA为15N/15N型，B的子Ⅰ代的DNA为15N/14N型，这就说明DNA的复制方式为半保留复制；但中带只有与轻带和重带进行比较才能得出，所以它要与第1组和第2组的结果进行比较。（3）①若子I代DNA的离心结果为“轻”和“重”两条密度带，“轻”DNA为14N/14N DNA，“重”DNA为15N/15N DNA，据表，“重带”DNA来自于B代。则①的结果是：后代DNA的两条链全是原来的或全是新合成的，说明DNA分子的复制方式不是半保留复制。②将子Ⅰ代DNA双链分开后再离心，无法判断后代DNA的两条链的来源，不能判断DNA的复制方式。③不管任何一代，亲本经复制后有两个14N/15N DNA，故将子Ⅱ代继续培养，子n代DNA的情况是有两个为14N/15N DNA，其余全部为14N/14N DNA，所以子n代DNA离心的结果是：密度带的数量和位置没有变化，密度带变宽的是轻带。④若子I代DNA的“中带”14N/15N DNA比以往实验结果的“中带”略宽，由于原料为14N，说明新合成DNA单链中的N尚有少部分为15N，从而增加了中带的宽度。（4）DNA为双链，子一代2个DNA分子均是一条链质量为a/2，另一条链为b/2，其相对分子质量为（a+b）/2；子二代共有4个DNA分子，其中有2个DNA分子是一条链质量为a/2，另一条链为b/2，另2个DNA分子每一条链均为a/2，则4个DNA分子相对分子质量为[（a/2+b/2）×2+a/2×4]/4=（3a+b）/4。
14．在研究DNA复制机制的过程中，为检验“DNA半保留复制”假说是否成立，研究者用蚕豆根尖做材料进行实验，主要步骤如下：
步骤① 将蚕豆根尖置于含放射性3H标记胸腺嘧啶的培养液中，培养大约一个细胞周期的时间。 在第一个、第二个和第三个细胞周期取样，检测中期细胞染色体上的放射性分布。
步骤② 取出根尖，洗净后转移至不含放射性物质的培养液中，继续培养大约两个细胞周期的时间。
请回答问题：
(1)选择蚕豆根尖做材料是因为根尖细胞_________。上表中步骤①目的是标记细胞中的_________分子。依据“DNA半保留复制”假说推测，DNA分子复制的产物应符合下图甲中的_________（选填图1中字母）。
(2)若第一个细胞周期的检测结果是每个染色体上的姐妹染色单体都具有放射性，则该结果_________（填写“能”或“不能”）确定假说成立。
(3)若第二个、第三个细胞周期的放射性检测结果分别符合图2中的_________、_________（选填图2中字母），则假说成立。
【答案】(1) 分裂旺盛，便于观察 DNA a
(2)不能
(3) B B和C
【详解】（1）只有能进行连续有丝分裂的细胞才具有细胞周期，因此该实验选择蚕豆根尖的分生区做细胞材料是因为根尖细胞分裂旺盛，便于观察。
胸腺嘧啶是合成DNA的原料，因此步骤①目的是标记细胞中DNA分子。
依据“DNA半保留复制”假说推测，DNA分子复制形成的子代DNA分子中有一条链为亲代链，另一条链为新合成的子链，所以步骤①复制形成的每个DNA分子中只有一条链含有放射性，故符合图中a。
（2）DNA分子复制方式可能为半保留复制（a）、全保留复制（b）或混合复制（c）。若第一个细胞周期的检测结果是每个染色体上的姐妹染色单体都具有放射性，符合图中a和c，因此复制方式可能是半保留复制，也可能是混合复制，因此该结果不能确定假说成立。
（3）若DNA分子的复制方式为半保留复制，则第二个细胞周期的放射性检测结果是每条染色体含有两条染色单体，其中一条单体含有放射性，另一条单体不含放射性，即符合图乙中的B；第三个细胞周期的放射性检测结果是有一半染色体不含放射性，另一半染色体的姐妹染色单体中，有一条单体含有放射性，另一条单体不含放射性，即符合图中的B和C。