新人教生物一轮复习学案：第18讲 DNA的结构（教师版）
文档属性
| 名称 | 新人教生物一轮复习学案：第18讲 DNA的结构（教师版） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 1.6MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2023-08-10 23:23:52 | ||
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文档简介
新人教生物一轮复习学案
第18讲 DNA的结构、复制及基因
【素养目标】 1.通过搜集DNA结构模型构建过程的资料并进行交流和讨论，运用结构与功能观，分析DNA的结构与其蕴藏遗传信息的功能是相适应的。(生命观念) 2.通过模型构建，理解DNA的化学组成、平面结构以及立体结构。(科学思维) 3.结合DNA双螺旋结构模型，运用结构与功能观和物质与能量观，阐明DNA分子通过复制，传递遗传信息。(生命观念) 4.分析DNA复制过程，归纳DNA复制过程中相关数量的计算，提高逻辑分析能力和计算能力。(科学思维)
考点一 DNA的结构及相关计算
1．DNA的双螺旋结构特点
(1)DNA是由两条单链组成的，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。DNA的一条单链具有两个末端，一端有一个游离的磷酸基团，称作5′－端，另一端有一个羟基(—OH)，称作3′－端，两条单链走向相反，一条单链是从5′－端到3′－端的，另一条单链是从3′－端到5′－端的。
(2)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；碱基排列在内侧。
(3)两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，并且碱基配对具有一定规律：A(腺嘌呤)一定与T(胸腺嘧啶)配对，G(鸟嘌呤)一定与C(胞嘧啶)配对。碱基之间的这种一一对应的关系，叫作碱基互补配对原则。
2．DNA中的碱基数量的计算规律
设DNA一条链为1链，互补链为2链。根据碱基互补配对原则可知，A1＝T2，A2＝T1，G1＝C2，G2＝C1。
(1)A1＋A2＝T1＋T2；G1＋G2＝C1＋C2。
即：双链中A＝T，G＝C，A＋G＝T＋C＝A＋C＝T＋G＝(A＋G＋T＋C)。
规律一：双链DNA中嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数，任意两个不互补碱基之和为碱基总数的一半。
(2)A1＋T1＝A2＋T2；G1＋C1＝G2＋C2。
＝＝(N为相应的碱基总数)，
＝＝。
规律二：互补碱基之和所占比例在任意一条链及整个DNA分子中都相等，简记为“补则等”。
(3)与的关系是互为倒数。
规律三：非互补碱基之和的比值在两条互补链中互为倒数，简记为“不补则倒”。
(4)若＝a，＝b，则＝(a＋b)。
规律四：某种碱基在双链中所占的比例等于它在每一条单链中所占比例和的一半。
(1)DNA分子一条链上的相邻碱基通过“磷酸—脱氧核糖—磷酸”相连( )
(2)DNA分子中的每个磷酸均连接着一个脱氧核糖和一个碱基( )
(3)双链DNA分子同时含有2个游离的磷酸基团，其中嘌呤碱基数等于嘧啶碱基数( )
(4)DNA分子中(A＋T)/(C＋G)的值越大，该分子结构稳定性越低( )
(5)人体内控制β 珠蛋白合成的基因由1 700个碱基对组成，其碱基对可能的排列方式有41 700种( )
答案 (1)× (2)× (3)√ (4)√ (5)×
[典例剖析]
(2023·三明高三检测)叶绿体DNA (cpDNA) 是存在于叶绿体内的双链环状DNA分子。某cpDNA分子中含有2400个磷酸二酯键，其中含有的氢键为2800。下列叙述错误的是( )
A．脱氧核糖和磷酸交替连接构成该cpDNA的基本骨架
B．该cpDNA分子中每个脱氧核糖都和两个磷酸基团相连
C．该cpDNA分子连续复制3次，会消耗6400个腺嘌呤脱氧核苷酸
D．该DNA－条链中(A＋T)∶(G＋C)＝2∶1
C [脱氧核糖和磷酸交替连接，排例在外侧，构成该cpDNA的基本骨架，A正确；该cpDNA分子脱氧核糖和磷酸交替连接成环状，所以每个脱氧核糖都和两个磷酸基团相连，B正确；某cpDNA分子中含有2400个磷酸二酯键，说明含有2400个碱基，1200个碱基对，C＝G含有3个氢键，A＝T含有2个氢键，该DNA分子共含有2800个氢键，假设C＝G有X个，则3X＋2 (1200－X) ＝2800, 解得X＝400, C＝G＝400, A＝T＝800, 故(A＋T)∶(G＋C)＝ (800＋800)∶(400＋400) ＝2∶1；一个cpDNA分子中含有碱基A为800个，连续复制3次，会消耗(23－1)×800＝5600个腺嘌呤脱氧核苷酸，C错误，D正确。]
【名师点拨】 掌握信息转化能力
信息提取 信息1：双链环状DNA分子
信息2：2400个磷酸二酯键
信息3：氢键为2800
信息转化 1.无游离的磷酸基团，脱氧核糖和磷酸交替连接成环状
2.含有2400个碱基
3.A＝T、G＝C
素养考查 生命观念：结构与功能观 科学思维：分析与综合能力
【角度转换】 提升语言表达能力
在DNA的一条链上，(A＋G)/(T＋C)一般不等于 1，理由是一般情况下，在DNA的一条链上，A≠T，G≠C，所以(A＋G)/(T＋C)一般也不等于1。
考向一 DNA的结构分析
1．(2022·浙江6月选考，13)某同学欲制作DNA双螺旋结构模型，已准备了足够的相关材料。下列叙述正确的是( )
A．在制作脱氧核苷酸时，需在磷酸上连接脱氧核糖和碱基
B．制作模型时，鸟嘌呤与胞嘧啶之间用2个氢键连接物相连
C．制成的模型中，腺嘌呤与胞嘧啶之和等于鸟嘌呤和胸腺嘧啶之和
D．制成的模型中，磷酸和脱氧核糖交替连接位于主链的内侧
C [在制作脱氧核苷酸时，需在脱氧核糖上连接磷酸和碱基，A错误；鸟嘌呤和胞嘧啶之间由3个氢键连接，B错误；DNA的两条链之间遵循碱基互补配对原则，即A＝T、C＝G，故在制作的模型中A＋C＝G＋T，C正确；DNA分子中脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在主链的外侧，构成基本骨架，碱基在内侧，D错误。]
2．(2022·南通高三检测)美国科学家通过调整普通碱基G、C、A、T的分子结构，创建出四种新碱基：S、B、P、Z，其中S和B配对，P和Z配对，连接它们之间的氢键都是3个。随后，他们将合成碱基与天然碱基结合，得到了由8种碱基组成的DNA。实验证明，该DNA与天然DNA拥有相同属性，也可转录成RNA，但不能复制。下列关于合成的含8种碱基的DNA的叙述，正确的是( )
A．该DNA分子中磷酸、五碳糖、碱基三者数量比例为1∶1∶8
B．该DNA分子中碱基对排列顺序构成基本骨架，具有稳定的双螺旋结构
C．因该DNA分子不能复制，所以其只能贮存遗传信息，不能传递和表达遗传信息
D．含x个碱基对的该DNA分子中含有y个腺嘌呤，则该DNA分子中氢键的个数为3x－y
D [组成DNA分子的基本单位是脱氧核苷酸，一分子脱氧核苷酸由一分子磷酸、一分子脱氧核糖和一分子碱基组成，因此该DNA分子中磷酸、五碳糖、碱基三者的比例为1∶1∶1，A错误；该DNA分子中磷酸和五碳糖交替连接构成基本骨架，具有稳定的双螺旋结构，B错误；因为该DNA分子不能复制，但可转录成RNA，所以其只能贮存遗传信息和表达遗传信息，不能传递遗传信息，C错误；由于A－T之间有2个氢键，而C－G、S－B、P－Z之间都有3个氢键，因此含x个碱基对的该DNA分子中含有y个腺嘌呤，则该DNA分子中氢键个数为(x－y)×3＋2y＝3x－y，D正确。]
【题后归纳】 DNA双螺旋结构的热考点
考向二 DNA结构的相关计算
3．(2021·北京卷，4)酵母菌的DNA中碱基A约占32%，关于酵母菌核酸的叙述错误的是( )
A．DNA复制后A约占32%
B．DNA中C约占18%
C．DNA中(A＋G)/(T＋C)＝1
D．RNA中U约占32%
D [DNA分子为半保留复制，复制时遵循A－T、G－C的配对原则，则DNA复制后的A约占32%，A正确；酵母菌的DNA中碱基A约占32%，则A＝T＝32%，G＝C＝(1－2×32%)/2＝18%，B正确；DNA遵循碱基互补配对原则，A＝T、G＝C，则(A＋G)/(T＋C)＝1，C正确；由于RNA为单链结构，且RNA是以DNA的一条单链为模板转录而来，故RNA中U不一定占32%，D错误。]
4．(2022·淄博高三检测)病毒X174和红藻的遗传信息都储存于DNA中，前者的DNA为单链结构，鸟嘌呤约占全部碱基的21%，后者的核DNA为双链结构，鸟嘌呤占全部碱基的32%。下列叙述正确的是( )
A．病毒X174中胞嘧啶占全部碱基的29%
B．病毒X174中的RNA与DNA序列互补
C．红藻的核DNA中胞嘧啶占全部碱基的32%
D．病毒X174的DNA比红藻的DNA更不容易突变
C [病毒X174的DNA为单链结构，不符合碱基互补配对原则，其胞嘧啶不一定占全部碱基的29%，A错误；病毒X174中无RNA，B错误；红藻的核DNA中，胞嘧啶等于鸟嘌呤，占全部碱基的32%，C正确；病毒X174的DNA为单链结构，不稳定，相比红藻的DNA更容易突变，D错误。]
【题后归纳】 三步解决DNA分子中有关碱基比例的计算
第一步：搞清题中已知的和所求的碱基比例是占整个DNA分子碱基的比例，还是占DNA分子一条链上碱基的比例。
第二步：画一个DNA分子模式图，并在图中标出已知的和所求的碱基。
第三步：根据碱基互补配对原则及其规律进行计算。
考点二 DNA的复制及基因的概念
1．DNA的复制
(1)方式推测：沃森和克里克提出遗传物质自我复制的假说：DNA的复制方式为半保留复制。也有人提出全保留复制的假说。
(2)实验证据：①实验方法：同位素标记技术和离心技术。
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。重带(密度最大)：两条链都为15N标记的亲代双链DNA；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；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：a.立即取出：提取DNA→离心→全部重带。b.细胞分裂一次(即细菌繁殖一代)取出：提取DNA→离心→全部中带。c.细胞再分裂一次(即细菌繁殖两代)取出：提取DNA→离心→轻带、中带。
⑦实验结论：DNA的复制是以半保留的方式进行的。
(3)DNA的复制
①概念：以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。
②发生时期：在真核生物中，这一过程是在细胞分裂前的间期，随着染色体的复制而完成的。
③过程
④场所：真核生物在细胞核、线粒体和叶绿体；原核生物在拟核和细胞质。
⑤结果：一个DNA分子形成了两个完全相同的DNA分子。
⑥特点
⑦意义：DNA通过复制，将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞，从而保持了遗传信息的连续性。
2．基因与DNA
(1)遗传信息：遗传信息是指基因中的脱氧核苷酸的排列顺序。不同基因的脱氧核苷酸的排列顺序不同，含有的遗传信息不同。
(2)DNA的特性
①多样性：具有n个碱基对的DNA具有4n种碱基对排列顺序。
②特异性：每种DNA分子都有其特定的碱基排列顺序。
③稳定性：两条主链中磷酸与脱氧核糖交替连接的顺序不变，碱基配对方式不变等。
(3)基因通常是有遗传效应的DNA片段。
(1)DNA复制时，严格遵循A—T、C—G的碱基互补配对原则，并且新合成的DNA分子中两条链均是新合成的( )
(2)DNA分子复制时，解旋酶与DNA聚合酶不能同时发挥作用( )
(3)在一个细胞周期中，DNA复制过程中的解旋发生在两条DNA母链之间( )
(4)DNA分子复制过程中的解旋在细胞核中进行，复制在细胞质中进行( )
(5)细胞中组成一个基因的嘌呤碱基与嘧啶碱基数量不一定相等( )
答案 (1)× (2)× (3)√ (4)× (5)×
1．“图解法”分析DNA复制相关计算
(1)将含有15N的双链DNA分子放在含有14N的培养液中连续复制n次，则：
(2)DNA分子复制过程中消耗的某种脱氧核苷酸数
①若亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，经过n次复制需要消耗该种脱氧核苷酸数为m·(2n－1)。
②第n次复制需要消耗该种脱氧核苷酸数为m·2n－1。
2．基因、DNA、染色体之间的关系
[典例剖析]
(2021·山东卷，5)利用农杆菌转化法，将含有基因修饰系统的T－DNA插入到水稻细胞 M 的某条染色体上，在该修饰系统的作用下，一个 DNA 分子单链上的一个C脱去氨基变为U，脱氨基过程在细胞 M 中只发生一次。将细胞 M 培育成植株 N。下列说法错误的是( )
A．N 的每一个细胞中都含有 T－DNA
B．N自交，子一代中含 T－DNA 的植株占 3/4
C．M经n(n≥1)次有丝分裂后，脱氨基位点为 A－U 的细胞占 1/2n
D．M 经 3 次有丝分裂后，含T－DNA 且脱氨基位点为 A－T 的细胞占 1/2
D [N是由细胞M形成的，在形成过程中没有DNA的丢失，由于T－DNA 插入到水稻细胞M的某条染色体上，所以细胞M含有T－DNA，因此N的每一个细胞中都含有 T－DNA，A正确；N植株的一条染色体中含有T－DNA，可以记为＋，因此N植株的基因型记为＋－，如果自交，则子代中相关的基因型为＋＋∶＋－∶－－＝1∶2∶1，有 3/4的植株含 T－DNA ，B正确；M中只有1个DNA分子单链上的一个 C 脱去氨基变为 U，所以复制n次后，产生的子细胞有2n个，但脱氨基位点为 A－U 的细胞只有1个，所以这种细胞的比例为1/2n，C正确；如果M经 3 次有丝分裂后，形成的子细胞有8个，由于细胞M DNA 分子单链上的一个 C 脱去氨基变为 U，所以是G和U配对，所以复制3次后，有4个细胞脱氨基位点为C－G，3个细胞脱氨基位点为A－T，1个细胞脱氨基位点为U－A，因此含T－DNA 且脱氨基位点为 A－T 的细胞占 3/8，D错误。]
【名师点拨】 掌握信息转化能力
信息提取 信息1：T－DNA插入到水稻细胞 M 的某条染色体上
信息2：C脱去氨基变为U
信息转化 1.T－DNA插入可类比等位基因的A(或＋)，未插入的可类比a(或－)。如插入到一条染色体上，记作Aa(或＋－)；插入到两条染色体上记作AA(或＋＋)；未插入记作aa(或－－)
2.C变U后，注意对应碱基的变化
素养考查 生命观念：结构与功能观 科学思维：分析与综合能力
【角度转换】 提升语言表达能力
若N与没有基因修饰的水稻杂交，子一代中含T－DNA 的植株占1/2，理由是N植株的一条染色体中含有T－DNA，可以记为＋，因此N植株的基因型记为＋－，没有基因修饰的水稻记作－－，因此杂交子代是1/2＋－，1/2－－，因此子一代中含T－DNA的植株占1/2。
考向一 DNA复制过程及实验证据辨析
5．(2022·海南卷，11)科学家曾提出DNA复制方式的三种假说：全保留复制、半保留复制和分散复制(图1)。对此假说，科学家以大肠杆菌为实验材料，进行了如下实验(图2)：
下列有关叙述正确的是( )
A．第一代细菌DNA离心后，试管中出现1条中带，说明DNA的复制方式一定是半保留复制
B．第二代细菌DNA离心后，试管中出现1条中带和1条轻带，说明DNA的复制方式一定是全保留复制
C．结合第一代和第二代细菌DNA的离心结果，说明DNA的复制方式一定是分散复制
D．若DNA的复制方式是半保留复制，继续培养至第三代，细菌DNA离心后试管中会出现1条中带和1条轻带
D [根据图示信息，只含15N标记的DNA离心后，试管中出现1条重带，将15N标记的大肠杆菌在含14N的培养基中培养一代，细胞分裂一次，DNA复制一次，如果第一代细菌DNA离心后，试管中出现1条中带，说明DNA的复制方式为半保留复制或分散复制，DNA中的两条链分别含有或均含有15N和14N，A错误；第二代细菌DNA离心后，试管中出现中带和轻带，说明DNA的复制方式是半保留复制，处于中带的DNA的两条链分别含有15N和14N，处于轻带的DNA的两条链均含14N，B错误；结合第一代和第二代细菌DNA的离心结果说明，DNA的复制方式为半保留复制，C错误；若为半保留复制，继续培养至第三代，得到的DNA分子中，1/4的DNA分子的两条链分别含有15N和14N，3/4的DNA分子的两条链只含14N，细菌DNA离心后，试管中出现一条中带和一条轻带，D正确。]
6．(2022·南京高三检测)图1为真核细胞DNA复制的电镜照片，其中泡状结构为复制泡，是DNA上正在复制的部分。滚环复制为某些环状DNA分子的一种复制方式，新合成的链可沿环状模板链滚动而延伸，其过程如图2所示。下列相关叙述不正确的是( )
A．每个复制泡中含有2条DNA母链和2条子链
B．每个复制泡中的一条子链是完全连续的，另一条子链是不连续的
C．滚环复制起始时需要特异的酶在起始点切开一条链的磷酸二酯键
D．滚环复制在3′ OH端开始以该链为引物向前延伸
B [DNA复制过程是以解开的两条DNA单链为模板进行复制的，因此，每个复制泡中含有2条DNA母链和2条子链，A正确；DNA聚合酶只能催化子链沿5′到3′段延伸，每个复制泡向两侧双向复制，每个复制泡中同一方向的一条子链是连续的，另一条子链是不连续的，B错误；结合题图可知：滚环复制前亲代双链DNA的一条链在DNA复制起点处被切开，其5′端游离出来，此后开始复制；C正确；由于DNA复制过程中子链的延伸在3′ OH端，结合图示可知，滚环复制在3′ OH端开始以切开的该链为引物向前延伸，D正确。]
【题后归纳】 真核生物DNA复制的特点
(1)DNA分子复制是从多个起点开始的，但多起点并非同时进行。
(2)DNA分子复制是边解旋边双向复制的。
(3)真核生物的这种复制方式的意义在于提高了复制速率。
考向二 DNA复制过程的有关计算
7．(2023·豫北名校高三联考)某双链DNA分子共含有1 000个碱基对，其所含氮元素均为15N，放在含14N的脱氧核苷酸的培养液中让其复制。该DNA复制n次后，下列相关叙述错误的是( )
A．第n代DNA分子中，含有15N的只有2个
B．该过程消耗的脱氧核苷酸中含嘌呤碱基的占50%
C．第n代DNA分子中都含有14N标记的碱基
D．该过程消耗的脱氧核苷酸总数为2 000×2n＋1
D [DNA复制为半保留复制，亲代DNA的两条链含有15N，放在含有14N的培养基中复制后，第n代DNA分子中，含有15N的只有2个，A正确；DNA分子中嘌呤碱基数与嘧啶碱基数相等，因此该过程消耗的脱氧核苷酸中含嘌呤碱基的占50%，B正确；第n代DNA分子中都含有14N标记的碱基，其中有两个DNA只有一条链含有14N，C正确；该DNA分子中脱氧核苷酸总数为2 000个，n次复制后，需要消耗的脱氧核苷酸总数为2 000×(2n－1)，D错误。]
8．(2022·广州高三检测)下图为我国新型冠状病毒(RNA病毒)核酸检测的基本流程，采用的是“实时荧光定量RT RCR”技术，1～2 h内即可得到检测结果。其基本原理是DNA的复制，过程中加入与特定模板链互补的荧光探针，这样每新合成一条DNA链，就会产生一个荧光分子，通过检测荧光信号即可确定是否为阳性。下列相关说法错误的是( )
A．①②过程都需要加入四种游离的脱氧核糖核苷酸作为原料
B．若只考虑一个DNA，其复制了n次，则整个过程中可以检测到2n＋1－2个荧光信号
C．若样本RNA中A占碱基总数的20%，则其产生的DNA中C占碱基总数的30%
D．在核酸检测过程中出现假阳性，可能是由外源DNA片段的污染造成的
C [①为逆转录，②为复制，两者都是以脱氧核苷酸为原料合成DNA，因此①②过程都需要加入四种游离的脱氧核糖核苷酸作为原料，A正确；复制n次，新形成了2n－1个DNA分子，共新产生2n＋1－2个脱氧核苷酸链，由于每新合成一条DNA链，就会产生一个荧光分子，则共有2n＋1－2个荧光信号，B正确；逆转录时，RNA的碱基与合成的DNA链的碱基互补，即G与C碱基互补，RNA为单链分子，由A含量无法推出C和G的含量，因此无法计算DNA中C占的比例，C错误；外源DNA片段的污染也可能会造成假阳性，D正确。]
考向三 DNA复制与细胞分裂的关系
9．(2023·扬州高三模拟)某果蝇精原细胞中8条染色体上的DNA已全部被15N标记，其中一对同源染色体上有基因A和a，现给此精原细胞提供含14N的原料让其连续进行两次分裂，产生四个子细胞，分裂过程中无基因突变和染色体畸变发生。下列叙述中正确的是( )
A．若四个子细胞中均含4条染色体，则一定有一半子细胞含有a基因
B．若四个子细胞中均含8条染色体，则每个子细胞中均含2个A基因
C．若四个子细胞中的核DNA均含15N，则每个子细胞均含8条染色体
D．若四个子细胞中有一半核DNA含15N，则每个子细胞均含4条染色体
A [若四个子细胞中均含4条染色体(染色体数目是体细胞的一半)，则说明精原细胞进行的是减数分裂，等位基因会发生分离，形成4个精细胞两两相同，故有一半子细胞含有a基因，A正确；若四个子细胞中均含8条染色体(染色体数目与体细胞相同)，则精原细胞进行的是有丝分裂，子细胞的基因型与体细胞相同，则每个子细胞中均只含有1个A基因和1个a基因，B错误；若四个子细胞中的核DNA均含15N，说明DNA只复制一次，则精原细胞进行的是减数分裂，产生的四个子细胞为精细胞，染色体数目是体细胞的一半，因此每个子细胞均含4条染色体，C错误；若四个子细胞中有一半核DNA含15N，说明DNA不止复制一次，则细胞进行的是有丝分裂，所以每个子细胞均含8条染色体，D错误。]
10．(2022·郑州高三检测)BrdU能代替胸腺嘧啶脱氧核苷掺入新合成的DNA链中，用Giemsa染料对复制后的染色体进行染色，DNA分子双链都含有BrdU的染色单体呈浅蓝色，只有一条链含有BrdU的染色单体呈深蓝色，两条姐妹染色单体颜色不同的染色体称为色差染色体。将某动物的一个精原细胞置于含有BrdU的培养液中培养，一段时间后细胞已发生两次胞质分裂，在第三次胞质分裂中期取出细胞用Giemsa染料染色。下列相关叙述正确的是( )
A．第一次胞质分裂过程中，细胞可能发生交叉互换
B．第三次胞质分裂完成后，细胞将不再连续分裂
C．染色后存在色差染色体的细胞可能有2、3、4个
D．染色后不可能观察到所有细胞中的染色体均为色差染色体
C [分析题意可知，该精原细胞正在发生第三次胞质分裂，说明第一次胞质分裂一定不能是减数分裂，所以第一次胞质分裂的过程中，细胞不可能发生交叉互换，A错误；该精原细胞可能发生了3次有丝分裂，则在第三次胞质分裂完成后，细胞可以再分裂，B错误；假设该精原细胞共有2n条染色体，如果前两次细胞分裂为有丝分裂，则第一次分裂，DNA半保留复制后，染色单体都为深蓝色，第一次分裂结束，两个子细胞中的每条染色体都为深蓝色；第二次分裂DNA复制后，一个染色体中，一条染色单体为深蓝，另一条为浅蓝，第二次分裂结束，由于子染色体向细胞两极移动的方向是随机的，则得到的子细胞中存在色差染色体的数目为0～2n条，所以染色后存在色差染色体的细胞可能有2、3、4个，C正确，D错误。]
(十八)真核细胞DNA复制起始与增殖
1．复制准备：分两步进行，包括复制基因的选择和复制起点的激活。
2．复制基因：指DNA复制起始所必需的全部DNA序列。复制基因的选择出现于G1期，在这一阶段，基因组的每个复制基因位点均组装前复制复合物(pre RC)。这个过程包括了起始点识别复合物结合到复制基因位点，并且招募解旋酶装载蛋白Cdc6和Cdt1，进而招募解旋酶Mcm2 7组装成前复制复合物。
3．复制起始点的激活：前复制复合物的激活依赖于蛋白激酶家族Cdk和Ddk。Cdk负责磷酸化Cdc6、Cdt1，磷酸化的Cdc6进而被降解。Ddk主要负责磷酸化Mcm，并且促进其获得解旋活性。
4．起始和延长：增殖细胞核抗原(PCNA)在复制起始和延长中起关键作用。在RFC(复制因子)的作用下PCNA结合于引物 模板链。PCNA水平也是检验细胞增殖的重要指标。
[对点训练]
1．(2022·湖南师大附中高三检测)增殖细胞核抗原(简称PCNA)由Miyachi等于1978年在系统性红斑狼疮患者的血清中首次发现并命名。PCNA是一类只存在于正常增殖细胞和肿瘤细胞中的蛋白质，其浓度变化如图所示，下列推断正确的是( )
A．分析细胞中PCNA基因的表达水平，可作为评价细胞增殖状态的指标
B．PCNA在细胞核内合成并发挥作用
C．PCNA可能与染色体平均分配到细胞两极有关
D．依据PCNA的功能与特点分析，PCNA基因是正常增殖细胞和肿瘤细胞特有的
A [PCNA在间期DNA复制时含量最高，分析PCNA基因的表达水平，可以作为评价细胞增殖状态的指标，A正确；PCNA是一种蛋白质，在核糖体上合成，在细胞核中发挥作用，B错误；PCNA浓度在DNA复制时期达到最高峰，随着DNA复制的完成，PCNA的浓度快速下降，说明PCNA与DNA的复制有关，C错误；PCNA是一类只存在于正常增殖细胞和肿瘤细胞中的蛋白质，是PCNA基因选择性表达的结果，PCNA基因并不是正常增殖细胞和肿瘤细胞所特有的，D错误。]
2．(多选)(2023·潍坊高三检测)p21蛋白是重要的细胞周期调控因子，其调控DNA 复制的机制如下图。下列说法错误的是( )
A．E2F活性被抑制后，会使细胞分裂受阻
B．pRb蛋白磷酸化不利于DNA的复制
C．CDK2 cyclinE处于非活性状态会使E2F活性下降
D．根据该调控过程可推测p21基因属于原癌基因
BD [据题意可知，E2F有活性时，能激活参与DNA合成的基因；E2F活性被抑制后，无法激活参与DNA合成的基因，故细胞分裂会受阻，A正确；pRb蛋白磷酸化后，pRb蛋白就不能与E2F结合，不能抑制E2F的活性，E2F有活性时，能激活参与DNA合成的基因，B错误；CDK2 cyclinE处于非活性状态，则影响对pRb蛋白的磷酸化，进而影响E2F的活性，C正确；p21基因的表达不利于细胞的增殖，属于抑癌基因，D错误。]
1．(2022·河北卷，8)关于遗传物质DNA的经典实验，叙述错误的是( )
A．摩尔根依据果蝇杂交实验结果首次推理出基因位于染色体上
B．孟德尔描述的“遗传因子”与格里菲思提出的“转化因子”化学本质相同
C．肺炎双(链)球菌体外转化实验和噬菌体浸染细菌实验均采用了能区分DNA和蛋白质的技术
D．双螺旋模型的碱基互补配对原则解释了DNA分子具有稳定的直径
A [摩尔根通过假说—演绎法利用果蝇杂交遗传实验证明了基因位于染色体上，A错误；孟德尔描述的“遗传因子”实质是基因，基因是有遗传效应的DNA片段，格里菲思提出的“转化因子”是DNA，两者化学本质相同，B正确；肺炎双(链)球菌体外转化实验利用酶解法区分DNA和蛋白质，噬菌体浸染细菌实验利用同位素标记法区分DNA和蛋白质，两者均采用了能区分DNA和蛋白质的技术，C正确；DNA两条链上的碱基由氢键连接形成碱基对，且遵循A与T配对、G与C配对的碱基互补配对原则，使DNA分子具有稳定的直径，D正确。]
2．(多选)(2022·河北卷，16)人染色体DNA中存在串联重复序列，对这些序列进行体外扩增、电泳分离后可得到个体的DNA指纹图谱。该技术可用于亲子鉴定和法医学分析。下列叙述错误的是( )
A．DNA分子的多样性、特异性及稳定性是DNA鉴定技术的基础
B．串联重复序列在父母与子女之间的遗传不遵循孟德尔遗传定律
C．指纹图谱显示的DNA片段属于人体基础代谢功能蛋白的编码序列
D．串联重复序列突变可能会造成亲子鉴定结论出现错误
BC [DNA分子的多样性、特异性及稳定性是DNA鉴定技术的基础，A正确；串联重复序列在染色体上，属于核基因，在父母与子女之间的遗传遵循孟德尔遗传定律，B错误；指纹图谱由串联重复序列扩增获得，串联重复序列是广泛分布于真核生物核基因组中的简单重复非编码序列，C错误；串联重复序列突变后，分离得到的指纹图谱可能会发生改变，进而造成亲子鉴定结论出现错误，D正确。]
3．(2022·广东卷，12)λ噬菌体的线性双链DNA两端各有一段单链序列。这种噬菌体在侵染大肠杆菌后其DNA会自连环化(如图)，该线性分子两端能够相连的主要原因是( )
A．单链序列脱氧核苷酸数量相等
B．分子骨架同为脱氧核糖与磷酸
C．单链序列的碱基能够互补配对
D．自连环化后两条单链方向相同
C [单链序列脱氧核苷酸数量相等，分子骨架同为脱氧核糖与磷酸交替连接，不能决定线性DNA分子两端能够相连，A、B错误；据图可知，单链序列的碱基能够互补配对，决定线性DNA分子两端能够相连，C正确；DNA的两条链是反向的，因此自连环化后两条单链方向相反，D错误。]
4．(2021·广东卷，5)DNA双螺旋结构模型的提出是二十世纪自然科学的伟大成就之一。下列研究成果中，为该模型构建提供主要依据的是( )
①赫尔希和蔡斯证明DNA是遗传物质的实验
②富兰克林等拍摄的DNA分子X射线衍射图谱
③查哥夫发现的DNA中嘌呤含量与嘧啶含量相等
④沃森和克里克提出的DNA半保留复制机制
A．①② B．②③
C．③④ D．①④
B [赫尔希和蔡斯通过噬菌体侵染大肠杆菌的实验，证明了DNA是遗传物质，与构建DNA双螺旋结构模型无关，①错误；沃森和克里克根据富兰克林等拍摄的DNA分子X射线衍射图谱，推算出DNA分子呈螺旋结构，②正确；查哥夫发现的DNA中嘌呤含量与嘧啶含量相等，沃森和克里克据此推出碱基的配对方式，③正确；沃森和克里克提出的DNA半保留复制机制，是在DNA双螺旋结构模型之后提出的，④错误。故选B。]
5．(2021·浙江1月选考，25)现建立“动物精原细胞(2n＝4)有丝分裂和减数分裂过程”模型。1个精原细胞(假定DNA中的P元素都为32P，其他分子不含32P)在不含32P的培养液中正常培养，分裂为2个子细胞，其中1个子细胞发育为细胞①。细胞①和②的染色体组成如图所示，H(h)、R(r)是其中的两对基因，细胞②和③处于相同的分裂时期。下列叙述正确的是( )
A．细胞①形成过程中没有发生基因重组
B．细胞②中最多有两条染色体含有32P
C．细胞②和细胞③中含有32P的染色体数相等
D．细胞④～⑦中含32P的核DNA分子数可能分别是2、1、1、1
D [图中细胞①处于减数第一次分裂前期，分析细胞①中基因组成可知，发生了互换，即发生了基因重组，A错误；根据DNA分子半保留复制，1个精原细胞(DNA中的P元素都为32P)，在不含32P的培养液中正常培养，经过一次有丝分裂产生的子细胞中每条染色体中的DNA分子一条链含32P和另一链不含32P。该子细胞经过减数第一次分裂前的间期复制，形成的细胞①中每条染色体，只有一条单体的DNA分子一条链含32P(共4条染色单体含有32P)，细胞①形成细胞②会发生同源染色体分离，正常情况下，细胞②有两条染色体含有32P(分布在非同源染色体上)，但根据题图可知，H所在的染色体发生过互换，很有可能H和h所在染色体都含有32P，因此细胞②中最多有3条染色体含有32P，B错误；根据B项分析可知，正常情况下，细胞②和③中各有两条染色体含有32P(分布在非同源染色体上)，但由于细胞①中发生了H和h的互换，而发生互换的染色单体上不确定是否含有32P，故细胞②和细胞③中含有32P的染色体数可能相等也可能不相等，C错误；如果细胞②的H和R所在染色体含有32P，且细胞②中h所在染色体含有32P，则r所在染色体不含有32P，因此形成的细胞④含有32P的核DNA分子数为2个，形成的细胞⑤含有32P的核DNA分子数为1个，由于细胞③的基因型为Hhrr(h为互换的片段)，h所在的染色体与其中一个r所在染色体含有32P(H和另一个r所在染色体不含32P)，如果含有32P的2条染色体不在同一极，则形成的细胞⑥和⑦都含32P的核DNA分子数为1个，D正确。]
第18讲 DNA的结构、复制及基因
【素养目标】 1.通过搜集DNA结构模型构建过程的资料并进行交流和讨论，运用结构与功能观，分析DNA的结构与其蕴藏遗传信息的功能是相适应的。(生命观念) 2.通过模型构建，理解DNA的化学组成、平面结构以及立体结构。(科学思维) 3.结合DNA双螺旋结构模型，运用结构与功能观和物质与能量观，阐明DNA分子通过复制，传递遗传信息。(生命观念) 4.分析DNA复制过程，归纳DNA复制过程中相关数量的计算，提高逻辑分析能力和计算能力。(科学思维)
考点一 DNA的结构及相关计算
1．DNA的双螺旋结构特点
(1)DNA是由两条单链组成的，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。DNA的一条单链具有两个末端，一端有一个游离的磷酸基团，称作5′－端，另一端有一个羟基(—OH)，称作3′－端，两条单链走向相反，一条单链是从5′－端到3′－端的，另一条单链是从3′－端到5′－端的。
(2)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；碱基排列在内侧。
(3)两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，并且碱基配对具有一定规律：A(腺嘌呤)一定与T(胸腺嘧啶)配对，G(鸟嘌呤)一定与C(胞嘧啶)配对。碱基之间的这种一一对应的关系，叫作碱基互补配对原则。
2．DNA中的碱基数量的计算规律
设DNA一条链为1链，互补链为2链。根据碱基互补配对原则可知，A1＝T2，A2＝T1，G1＝C2，G2＝C1。
(1)A1＋A2＝T1＋T2；G1＋G2＝C1＋C2。
即：双链中A＝T，G＝C，A＋G＝T＋C＝A＋C＝T＋G＝(A＋G＋T＋C)。
规律一：双链DNA中嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数，任意两个不互补碱基之和为碱基总数的一半。
(2)A1＋T1＝A2＋T2；G1＋C1＝G2＋C2。
＝＝(N为相应的碱基总数)，
＝＝。
规律二：互补碱基之和所占比例在任意一条链及整个DNA分子中都相等，简记为“补则等”。
(3)与的关系是互为倒数。
规律三：非互补碱基之和的比值在两条互补链中互为倒数，简记为“不补则倒”。
(4)若＝a，＝b，则＝(a＋b)。
规律四：某种碱基在双链中所占的比例等于它在每一条单链中所占比例和的一半。
(1)DNA分子一条链上的相邻碱基通过“磷酸—脱氧核糖—磷酸”相连( )
(2)DNA分子中的每个磷酸均连接着一个脱氧核糖和一个碱基( )
(3)双链DNA分子同时含有2个游离的磷酸基团，其中嘌呤碱基数等于嘧啶碱基数( )
(4)DNA分子中(A＋T)/(C＋G)的值越大，该分子结构稳定性越低( )
(5)人体内控制β 珠蛋白合成的基因由1 700个碱基对组成，其碱基对可能的排列方式有41 700种( )
答案 (1)× (2)× (3)√ (4)√ (5)×
[典例剖析]
(2023·三明高三检测)叶绿体DNA (cpDNA) 是存在于叶绿体内的双链环状DNA分子。某cpDNA分子中含有2400个磷酸二酯键，其中含有的氢键为2800。下列叙述错误的是( )
A．脱氧核糖和磷酸交替连接构成该cpDNA的基本骨架
B．该cpDNA分子中每个脱氧核糖都和两个磷酸基团相连
C．该cpDNA分子连续复制3次，会消耗6400个腺嘌呤脱氧核苷酸
D．该DNA－条链中(A＋T)∶(G＋C)＝2∶1
C [脱氧核糖和磷酸交替连接，排例在外侧，构成该cpDNA的基本骨架，A正确；该cpDNA分子脱氧核糖和磷酸交替连接成环状，所以每个脱氧核糖都和两个磷酸基团相连，B正确；某cpDNA分子中含有2400个磷酸二酯键，说明含有2400个碱基，1200个碱基对，C＝G含有3个氢键，A＝T含有2个氢键，该DNA分子共含有2800个氢键，假设C＝G有X个，则3X＋2 (1200－X) ＝2800, 解得X＝400, C＝G＝400, A＝T＝800, 故(A＋T)∶(G＋C)＝ (800＋800)∶(400＋400) ＝2∶1；一个cpDNA分子中含有碱基A为800个，连续复制3次，会消耗(23－1)×800＝5600个腺嘌呤脱氧核苷酸，C错误，D正确。]
【名师点拨】 掌握信息转化能力
信息提取 信息1：双链环状DNA分子
信息2：2400个磷酸二酯键
信息3：氢键为2800
信息转化 1.无游离的磷酸基团，脱氧核糖和磷酸交替连接成环状
2.含有2400个碱基
3.A＝T、G＝C
素养考查 生命观念：结构与功能观 科学思维：分析与综合能力
【角度转换】 提升语言表达能力
在DNA的一条链上，(A＋G)/(T＋C)一般不等于 1，理由是一般情况下，在DNA的一条链上，A≠T，G≠C，所以(A＋G)/(T＋C)一般也不等于1。
考向一 DNA的结构分析
1．(2022·浙江6月选考，13)某同学欲制作DNA双螺旋结构模型，已准备了足够的相关材料。下列叙述正确的是( )
A．在制作脱氧核苷酸时，需在磷酸上连接脱氧核糖和碱基
B．制作模型时，鸟嘌呤与胞嘧啶之间用2个氢键连接物相连
C．制成的模型中，腺嘌呤与胞嘧啶之和等于鸟嘌呤和胸腺嘧啶之和
D．制成的模型中，磷酸和脱氧核糖交替连接位于主链的内侧
C [在制作脱氧核苷酸时，需在脱氧核糖上连接磷酸和碱基，A错误；鸟嘌呤和胞嘧啶之间由3个氢键连接，B错误；DNA的两条链之间遵循碱基互补配对原则，即A＝T、C＝G，故在制作的模型中A＋C＝G＋T，C正确；DNA分子中脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在主链的外侧，构成基本骨架，碱基在内侧，D错误。]
2．(2022·南通高三检测)美国科学家通过调整普通碱基G、C、A、T的分子结构，创建出四种新碱基：S、B、P、Z，其中S和B配对，P和Z配对，连接它们之间的氢键都是3个。随后，他们将合成碱基与天然碱基结合，得到了由8种碱基组成的DNA。实验证明，该DNA与天然DNA拥有相同属性，也可转录成RNA，但不能复制。下列关于合成的含8种碱基的DNA的叙述，正确的是( )
A．该DNA分子中磷酸、五碳糖、碱基三者数量比例为1∶1∶8
B．该DNA分子中碱基对排列顺序构成基本骨架，具有稳定的双螺旋结构
C．因该DNA分子不能复制，所以其只能贮存遗传信息，不能传递和表达遗传信息
D．含x个碱基对的该DNA分子中含有y个腺嘌呤，则该DNA分子中氢键的个数为3x－y
D [组成DNA分子的基本单位是脱氧核苷酸，一分子脱氧核苷酸由一分子磷酸、一分子脱氧核糖和一分子碱基组成，因此该DNA分子中磷酸、五碳糖、碱基三者的比例为1∶1∶1，A错误；该DNA分子中磷酸和五碳糖交替连接构成基本骨架，具有稳定的双螺旋结构，B错误；因为该DNA分子不能复制，但可转录成RNA，所以其只能贮存遗传信息和表达遗传信息，不能传递遗传信息，C错误；由于A－T之间有2个氢键，而C－G、S－B、P－Z之间都有3个氢键，因此含x个碱基对的该DNA分子中含有y个腺嘌呤，则该DNA分子中氢键个数为(x－y)×3＋2y＝3x－y，D正确。]
【题后归纳】 DNA双螺旋结构的热考点
考向二 DNA结构的相关计算
3．(2021·北京卷，4)酵母菌的DNA中碱基A约占32%，关于酵母菌核酸的叙述错误的是( )
A．DNA复制后A约占32%
B．DNA中C约占18%
C．DNA中(A＋G)/(T＋C)＝1
D．RNA中U约占32%
D [DNA分子为半保留复制，复制时遵循A－T、G－C的配对原则，则DNA复制后的A约占32%，A正确；酵母菌的DNA中碱基A约占32%，则A＝T＝32%，G＝C＝(1－2×32%)/2＝18%，B正确；DNA遵循碱基互补配对原则，A＝T、G＝C，则(A＋G)/(T＋C)＝1，C正确；由于RNA为单链结构，且RNA是以DNA的一条单链为模板转录而来，故RNA中U不一定占32%，D错误。]
4．(2022·淄博高三检测)病毒X174和红藻的遗传信息都储存于DNA中，前者的DNA为单链结构，鸟嘌呤约占全部碱基的21%，后者的核DNA为双链结构，鸟嘌呤占全部碱基的32%。下列叙述正确的是( )
A．病毒X174中胞嘧啶占全部碱基的29%
B．病毒X174中的RNA与DNA序列互补
C．红藻的核DNA中胞嘧啶占全部碱基的32%
D．病毒X174的DNA比红藻的DNA更不容易突变
C [病毒X174的DNA为单链结构，不符合碱基互补配对原则，其胞嘧啶不一定占全部碱基的29%，A错误；病毒X174中无RNA，B错误；红藻的核DNA中，胞嘧啶等于鸟嘌呤，占全部碱基的32%，C正确；病毒X174的DNA为单链结构，不稳定，相比红藻的DNA更容易突变，D错误。]
【题后归纳】 三步解决DNA分子中有关碱基比例的计算
第一步：搞清题中已知的和所求的碱基比例是占整个DNA分子碱基的比例，还是占DNA分子一条链上碱基的比例。
第二步：画一个DNA分子模式图，并在图中标出已知的和所求的碱基。
第三步：根据碱基互补配对原则及其规律进行计算。
考点二 DNA的复制及基因的概念
1．DNA的复制
(1)方式推测：沃森和克里克提出遗传物质自我复制的假说：DNA的复制方式为半保留复制。也有人提出全保留复制的假说。
(2)实验证据：①实验方法：同位素标记技术和离心技术。
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。重带(密度最大)：两条链都为15N标记的亲代双链DNA；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；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：a.立即取出：提取DNA→离心→全部重带。b.细胞分裂一次(即细菌繁殖一代)取出：提取DNA→离心→全部中带。c.细胞再分裂一次(即细菌繁殖两代)取出：提取DNA→离心→轻带、中带。
⑦实验结论：DNA的复制是以半保留的方式进行的。
(3)DNA的复制
①概念：以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。
②发生时期：在真核生物中，这一过程是在细胞分裂前的间期，随着染色体的复制而完成的。
③过程
④场所：真核生物在细胞核、线粒体和叶绿体；原核生物在拟核和细胞质。
⑤结果：一个DNA分子形成了两个完全相同的DNA分子。
⑥特点
⑦意义：DNA通过复制，将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞，从而保持了遗传信息的连续性。
2．基因与DNA
(1)遗传信息：遗传信息是指基因中的脱氧核苷酸的排列顺序。不同基因的脱氧核苷酸的排列顺序不同，含有的遗传信息不同。
(2)DNA的特性
①多样性：具有n个碱基对的DNA具有4n种碱基对排列顺序。
②特异性：每种DNA分子都有其特定的碱基排列顺序。
③稳定性：两条主链中磷酸与脱氧核糖交替连接的顺序不变，碱基配对方式不变等。
(3)基因通常是有遗传效应的DNA片段。
(1)DNA复制时，严格遵循A—T、C—G的碱基互补配对原则，并且新合成的DNA分子中两条链均是新合成的( )
(2)DNA分子复制时，解旋酶与DNA聚合酶不能同时发挥作用( )
(3)在一个细胞周期中，DNA复制过程中的解旋发生在两条DNA母链之间( )
(4)DNA分子复制过程中的解旋在细胞核中进行，复制在细胞质中进行( )
(5)细胞中组成一个基因的嘌呤碱基与嘧啶碱基数量不一定相等( )
答案 (1)× (2)× (3)√ (4)× (5)×
1．“图解法”分析DNA复制相关计算
(1)将含有15N的双链DNA分子放在含有14N的培养液中连续复制n次，则：
(2)DNA分子复制过程中消耗的某种脱氧核苷酸数
①若亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，经过n次复制需要消耗该种脱氧核苷酸数为m·(2n－1)。
②第n次复制需要消耗该种脱氧核苷酸数为m·2n－1。
2．基因、DNA、染色体之间的关系
[典例剖析]
(2021·山东卷，5)利用农杆菌转化法，将含有基因修饰系统的T－DNA插入到水稻细胞 M 的某条染色体上，在该修饰系统的作用下，一个 DNA 分子单链上的一个C脱去氨基变为U，脱氨基过程在细胞 M 中只发生一次。将细胞 M 培育成植株 N。下列说法错误的是( )
A．N 的每一个细胞中都含有 T－DNA
B．N自交，子一代中含 T－DNA 的植株占 3/4
C．M经n(n≥1)次有丝分裂后，脱氨基位点为 A－U 的细胞占 1/2n
D．M 经 3 次有丝分裂后，含T－DNA 且脱氨基位点为 A－T 的细胞占 1/2
D [N是由细胞M形成的，在形成过程中没有DNA的丢失，由于T－DNA 插入到水稻细胞M的某条染色体上，所以细胞M含有T－DNA，因此N的每一个细胞中都含有 T－DNA，A正确；N植株的一条染色体中含有T－DNA，可以记为＋，因此N植株的基因型记为＋－，如果自交，则子代中相关的基因型为＋＋∶＋－∶－－＝1∶2∶1，有 3/4的植株含 T－DNA ，B正确；M中只有1个DNA分子单链上的一个 C 脱去氨基变为 U，所以复制n次后，产生的子细胞有2n个，但脱氨基位点为 A－U 的细胞只有1个，所以这种细胞的比例为1/2n，C正确；如果M经 3 次有丝分裂后，形成的子细胞有8个，由于细胞M DNA 分子单链上的一个 C 脱去氨基变为 U，所以是G和U配对，所以复制3次后，有4个细胞脱氨基位点为C－G，3个细胞脱氨基位点为A－T，1个细胞脱氨基位点为U－A，因此含T－DNA 且脱氨基位点为 A－T 的细胞占 3/8，D错误。]
【名师点拨】 掌握信息转化能力
信息提取 信息1：T－DNA插入到水稻细胞 M 的某条染色体上
信息2：C脱去氨基变为U
信息转化 1.T－DNA插入可类比等位基因的A(或＋)，未插入的可类比a(或－)。如插入到一条染色体上，记作Aa(或＋－)；插入到两条染色体上记作AA(或＋＋)；未插入记作aa(或－－)
2.C变U后，注意对应碱基的变化
素养考查 生命观念：结构与功能观 科学思维：分析与综合能力
【角度转换】 提升语言表达能力
若N与没有基因修饰的水稻杂交，子一代中含T－DNA 的植株占1/2，理由是N植株的一条染色体中含有T－DNA，可以记为＋，因此N植株的基因型记为＋－，没有基因修饰的水稻记作－－，因此杂交子代是1/2＋－，1/2－－，因此子一代中含T－DNA的植株占1/2。
考向一 DNA复制过程及实验证据辨析
5．(2022·海南卷，11)科学家曾提出DNA复制方式的三种假说：全保留复制、半保留复制和分散复制(图1)。对此假说，科学家以大肠杆菌为实验材料，进行了如下实验(图2)：
下列有关叙述正确的是( )
A．第一代细菌DNA离心后，试管中出现1条中带，说明DNA的复制方式一定是半保留复制
B．第二代细菌DNA离心后，试管中出现1条中带和1条轻带，说明DNA的复制方式一定是全保留复制
C．结合第一代和第二代细菌DNA的离心结果，说明DNA的复制方式一定是分散复制
D．若DNA的复制方式是半保留复制，继续培养至第三代，细菌DNA离心后试管中会出现1条中带和1条轻带
D [根据图示信息，只含15N标记的DNA离心后，试管中出现1条重带，将15N标记的大肠杆菌在含14N的培养基中培养一代，细胞分裂一次，DNA复制一次，如果第一代细菌DNA离心后，试管中出现1条中带，说明DNA的复制方式为半保留复制或分散复制，DNA中的两条链分别含有或均含有15N和14N，A错误；第二代细菌DNA离心后，试管中出现中带和轻带，说明DNA的复制方式是半保留复制，处于中带的DNA的两条链分别含有15N和14N，处于轻带的DNA的两条链均含14N，B错误；结合第一代和第二代细菌DNA的离心结果说明，DNA的复制方式为半保留复制，C错误；若为半保留复制，继续培养至第三代，得到的DNA分子中，1/4的DNA分子的两条链分别含有15N和14N，3/4的DNA分子的两条链只含14N，细菌DNA离心后，试管中出现一条中带和一条轻带，D正确。]
6．(2022·南京高三检测)图1为真核细胞DNA复制的电镜照片，其中泡状结构为复制泡，是DNA上正在复制的部分。滚环复制为某些环状DNA分子的一种复制方式，新合成的链可沿环状模板链滚动而延伸，其过程如图2所示。下列相关叙述不正确的是( )
A．每个复制泡中含有2条DNA母链和2条子链
B．每个复制泡中的一条子链是完全连续的，另一条子链是不连续的
C．滚环复制起始时需要特异的酶在起始点切开一条链的磷酸二酯键
D．滚环复制在3′ OH端开始以该链为引物向前延伸
B [DNA复制过程是以解开的两条DNA单链为模板进行复制的，因此，每个复制泡中含有2条DNA母链和2条子链，A正确；DNA聚合酶只能催化子链沿5′到3′段延伸，每个复制泡向两侧双向复制，每个复制泡中同一方向的一条子链是连续的，另一条子链是不连续的，B错误；结合题图可知：滚环复制前亲代双链DNA的一条链在DNA复制起点处被切开，其5′端游离出来，此后开始复制；C正确；由于DNA复制过程中子链的延伸在3′ OH端，结合图示可知，滚环复制在3′ OH端开始以切开的该链为引物向前延伸，D正确。]
【题后归纳】 真核生物DNA复制的特点
(1)DNA分子复制是从多个起点开始的，但多起点并非同时进行。
(2)DNA分子复制是边解旋边双向复制的。
(3)真核生物的这种复制方式的意义在于提高了复制速率。
考向二 DNA复制过程的有关计算
7．(2023·豫北名校高三联考)某双链DNA分子共含有1 000个碱基对，其所含氮元素均为15N，放在含14N的脱氧核苷酸的培养液中让其复制。该DNA复制n次后，下列相关叙述错误的是( )
A．第n代DNA分子中，含有15N的只有2个
B．该过程消耗的脱氧核苷酸中含嘌呤碱基的占50%
C．第n代DNA分子中都含有14N标记的碱基
D．该过程消耗的脱氧核苷酸总数为2 000×2n＋1
D [DNA复制为半保留复制，亲代DNA的两条链含有15N，放在含有14N的培养基中复制后，第n代DNA分子中，含有15N的只有2个，A正确；DNA分子中嘌呤碱基数与嘧啶碱基数相等，因此该过程消耗的脱氧核苷酸中含嘌呤碱基的占50%，B正确；第n代DNA分子中都含有14N标记的碱基，其中有两个DNA只有一条链含有14N，C正确；该DNA分子中脱氧核苷酸总数为2 000个，n次复制后，需要消耗的脱氧核苷酸总数为2 000×(2n－1)，D错误。]
8．(2022·广州高三检测)下图为我国新型冠状病毒(RNA病毒)核酸检测的基本流程，采用的是“实时荧光定量RT RCR”技术，1～2 h内即可得到检测结果。其基本原理是DNA的复制，过程中加入与特定模板链互补的荧光探针，这样每新合成一条DNA链，就会产生一个荧光分子，通过检测荧光信号即可确定是否为阳性。下列相关说法错误的是( )
A．①②过程都需要加入四种游离的脱氧核糖核苷酸作为原料
B．若只考虑一个DNA，其复制了n次，则整个过程中可以检测到2n＋1－2个荧光信号
C．若样本RNA中A占碱基总数的20%，则其产生的DNA中C占碱基总数的30%
D．在核酸检测过程中出现假阳性，可能是由外源DNA片段的污染造成的
C [①为逆转录，②为复制，两者都是以脱氧核苷酸为原料合成DNA，因此①②过程都需要加入四种游离的脱氧核糖核苷酸作为原料，A正确；复制n次，新形成了2n－1个DNA分子，共新产生2n＋1－2个脱氧核苷酸链，由于每新合成一条DNA链，就会产生一个荧光分子，则共有2n＋1－2个荧光信号，B正确；逆转录时，RNA的碱基与合成的DNA链的碱基互补，即G与C碱基互补，RNA为单链分子，由A含量无法推出C和G的含量，因此无法计算DNA中C占的比例，C错误；外源DNA片段的污染也可能会造成假阳性，D正确。]
考向三 DNA复制与细胞分裂的关系
9．(2023·扬州高三模拟)某果蝇精原细胞中8条染色体上的DNA已全部被15N标记，其中一对同源染色体上有基因A和a，现给此精原细胞提供含14N的原料让其连续进行两次分裂，产生四个子细胞，分裂过程中无基因突变和染色体畸变发生。下列叙述中正确的是( )
A．若四个子细胞中均含4条染色体，则一定有一半子细胞含有a基因
B．若四个子细胞中均含8条染色体，则每个子细胞中均含2个A基因
C．若四个子细胞中的核DNA均含15N，则每个子细胞均含8条染色体
D．若四个子细胞中有一半核DNA含15N，则每个子细胞均含4条染色体
A [若四个子细胞中均含4条染色体(染色体数目是体细胞的一半)，则说明精原细胞进行的是减数分裂，等位基因会发生分离，形成4个精细胞两两相同，故有一半子细胞含有a基因，A正确；若四个子细胞中均含8条染色体(染色体数目与体细胞相同)，则精原细胞进行的是有丝分裂，子细胞的基因型与体细胞相同，则每个子细胞中均只含有1个A基因和1个a基因，B错误；若四个子细胞中的核DNA均含15N，说明DNA只复制一次，则精原细胞进行的是减数分裂，产生的四个子细胞为精细胞，染色体数目是体细胞的一半，因此每个子细胞均含4条染色体，C错误；若四个子细胞中有一半核DNA含15N，说明DNA不止复制一次，则细胞进行的是有丝分裂，所以每个子细胞均含8条染色体，D错误。]
10．(2022·郑州高三检测)BrdU能代替胸腺嘧啶脱氧核苷掺入新合成的DNA链中，用Giemsa染料对复制后的染色体进行染色，DNA分子双链都含有BrdU的染色单体呈浅蓝色，只有一条链含有BrdU的染色单体呈深蓝色，两条姐妹染色单体颜色不同的染色体称为色差染色体。将某动物的一个精原细胞置于含有BrdU的培养液中培养，一段时间后细胞已发生两次胞质分裂，在第三次胞质分裂中期取出细胞用Giemsa染料染色。下列相关叙述正确的是( )
A．第一次胞质分裂过程中，细胞可能发生交叉互换
B．第三次胞质分裂完成后，细胞将不再连续分裂
C．染色后存在色差染色体的细胞可能有2、3、4个
D．染色后不可能观察到所有细胞中的染色体均为色差染色体
C [分析题意可知，该精原细胞正在发生第三次胞质分裂，说明第一次胞质分裂一定不能是减数分裂，所以第一次胞质分裂的过程中，细胞不可能发生交叉互换，A错误；该精原细胞可能发生了3次有丝分裂，则在第三次胞质分裂完成后，细胞可以再分裂，B错误；假设该精原细胞共有2n条染色体，如果前两次细胞分裂为有丝分裂，则第一次分裂，DNA半保留复制后，染色单体都为深蓝色，第一次分裂结束，两个子细胞中的每条染色体都为深蓝色；第二次分裂DNA复制后，一个染色体中，一条染色单体为深蓝，另一条为浅蓝，第二次分裂结束，由于子染色体向细胞两极移动的方向是随机的，则得到的子细胞中存在色差染色体的数目为0～2n条，所以染色后存在色差染色体的细胞可能有2、3、4个，C正确，D错误。]
(十八)真核细胞DNA复制起始与增殖
1．复制准备：分两步进行，包括复制基因的选择和复制起点的激活。
2．复制基因：指DNA复制起始所必需的全部DNA序列。复制基因的选择出现于G1期，在这一阶段，基因组的每个复制基因位点均组装前复制复合物(pre RC)。这个过程包括了起始点识别复合物结合到复制基因位点，并且招募解旋酶装载蛋白Cdc6和Cdt1，进而招募解旋酶Mcm2 7组装成前复制复合物。
3．复制起始点的激活：前复制复合物的激活依赖于蛋白激酶家族Cdk和Ddk。Cdk负责磷酸化Cdc6、Cdt1，磷酸化的Cdc6进而被降解。Ddk主要负责磷酸化Mcm，并且促进其获得解旋活性。
4．起始和延长：增殖细胞核抗原(PCNA)在复制起始和延长中起关键作用。在RFC(复制因子)的作用下PCNA结合于引物 模板链。PCNA水平也是检验细胞增殖的重要指标。
[对点训练]
1．(2022·湖南师大附中高三检测)增殖细胞核抗原(简称PCNA)由Miyachi等于1978年在系统性红斑狼疮患者的血清中首次发现并命名。PCNA是一类只存在于正常增殖细胞和肿瘤细胞中的蛋白质，其浓度变化如图所示，下列推断正确的是( )
A．分析细胞中PCNA基因的表达水平，可作为评价细胞增殖状态的指标
B．PCNA在细胞核内合成并发挥作用
C．PCNA可能与染色体平均分配到细胞两极有关
D．依据PCNA的功能与特点分析，PCNA基因是正常增殖细胞和肿瘤细胞特有的
A [PCNA在间期DNA复制时含量最高，分析PCNA基因的表达水平，可以作为评价细胞增殖状态的指标，A正确；PCNA是一种蛋白质，在核糖体上合成，在细胞核中发挥作用，B错误；PCNA浓度在DNA复制时期达到最高峰，随着DNA复制的完成，PCNA的浓度快速下降，说明PCNA与DNA的复制有关，C错误；PCNA是一类只存在于正常增殖细胞和肿瘤细胞中的蛋白质，是PCNA基因选择性表达的结果，PCNA基因并不是正常增殖细胞和肿瘤细胞所特有的，D错误。]
2．(多选)(2023·潍坊高三检测)p21蛋白是重要的细胞周期调控因子，其调控DNA 复制的机制如下图。下列说法错误的是( )
A．E2F活性被抑制后，会使细胞分裂受阻
B．pRb蛋白磷酸化不利于DNA的复制
C．CDK2 cyclinE处于非活性状态会使E2F活性下降
D．根据该调控过程可推测p21基因属于原癌基因
BD [据题意可知，E2F有活性时，能激活参与DNA合成的基因；E2F活性被抑制后，无法激活参与DNA合成的基因，故细胞分裂会受阻，A正确；pRb蛋白磷酸化后，pRb蛋白就不能与E2F结合，不能抑制E2F的活性，E2F有活性时，能激活参与DNA合成的基因，B错误；CDK2 cyclinE处于非活性状态，则影响对pRb蛋白的磷酸化，进而影响E2F的活性，C正确；p21基因的表达不利于细胞的增殖，属于抑癌基因，D错误。]
1．(2022·河北卷，8)关于遗传物质DNA的经典实验，叙述错误的是( )
A．摩尔根依据果蝇杂交实验结果首次推理出基因位于染色体上
B．孟德尔描述的“遗传因子”与格里菲思提出的“转化因子”化学本质相同
C．肺炎双(链)球菌体外转化实验和噬菌体浸染细菌实验均采用了能区分DNA和蛋白质的技术
D．双螺旋模型的碱基互补配对原则解释了DNA分子具有稳定的直径
A [摩尔根通过假说—演绎法利用果蝇杂交遗传实验证明了基因位于染色体上，A错误；孟德尔描述的“遗传因子”实质是基因，基因是有遗传效应的DNA片段，格里菲思提出的“转化因子”是DNA，两者化学本质相同，B正确；肺炎双(链)球菌体外转化实验利用酶解法区分DNA和蛋白质，噬菌体浸染细菌实验利用同位素标记法区分DNA和蛋白质，两者均采用了能区分DNA和蛋白质的技术，C正确；DNA两条链上的碱基由氢键连接形成碱基对，且遵循A与T配对、G与C配对的碱基互补配对原则，使DNA分子具有稳定的直径，D正确。]
2．(多选)(2022·河北卷，16)人染色体DNA中存在串联重复序列，对这些序列进行体外扩增、电泳分离后可得到个体的DNA指纹图谱。该技术可用于亲子鉴定和法医学分析。下列叙述错误的是( )
A．DNA分子的多样性、特异性及稳定性是DNA鉴定技术的基础
B．串联重复序列在父母与子女之间的遗传不遵循孟德尔遗传定律
C．指纹图谱显示的DNA片段属于人体基础代谢功能蛋白的编码序列
D．串联重复序列突变可能会造成亲子鉴定结论出现错误
BC [DNA分子的多样性、特异性及稳定性是DNA鉴定技术的基础，A正确；串联重复序列在染色体上，属于核基因，在父母与子女之间的遗传遵循孟德尔遗传定律，B错误；指纹图谱由串联重复序列扩增获得，串联重复序列是广泛分布于真核生物核基因组中的简单重复非编码序列，C错误；串联重复序列突变后，分离得到的指纹图谱可能会发生改变，进而造成亲子鉴定结论出现错误，D正确。]
3．(2022·广东卷，12)λ噬菌体的线性双链DNA两端各有一段单链序列。这种噬菌体在侵染大肠杆菌后其DNA会自连环化(如图)，该线性分子两端能够相连的主要原因是( )
A．单链序列脱氧核苷酸数量相等
B．分子骨架同为脱氧核糖与磷酸
C．单链序列的碱基能够互补配对
D．自连环化后两条单链方向相同
C [单链序列脱氧核苷酸数量相等，分子骨架同为脱氧核糖与磷酸交替连接，不能决定线性DNA分子两端能够相连，A、B错误；据图可知，单链序列的碱基能够互补配对，决定线性DNA分子两端能够相连，C正确；DNA的两条链是反向的，因此自连环化后两条单链方向相反，D错误。]
4．(2021·广东卷，5)DNA双螺旋结构模型的提出是二十世纪自然科学的伟大成就之一。下列研究成果中，为该模型构建提供主要依据的是( )
①赫尔希和蔡斯证明DNA是遗传物质的实验
②富兰克林等拍摄的DNA分子X射线衍射图谱
③查哥夫发现的DNA中嘌呤含量与嘧啶含量相等
④沃森和克里克提出的DNA半保留复制机制
A．①② B．②③
C．③④ D．①④
B [赫尔希和蔡斯通过噬菌体侵染大肠杆菌的实验，证明了DNA是遗传物质，与构建DNA双螺旋结构模型无关，①错误；沃森和克里克根据富兰克林等拍摄的DNA分子X射线衍射图谱，推算出DNA分子呈螺旋结构，②正确；查哥夫发现的DNA中嘌呤含量与嘧啶含量相等，沃森和克里克据此推出碱基的配对方式，③正确；沃森和克里克提出的DNA半保留复制机制，是在DNA双螺旋结构模型之后提出的，④错误。故选B。]
5．(2021·浙江1月选考，25)现建立“动物精原细胞(2n＝4)有丝分裂和减数分裂过程”模型。1个精原细胞(假定DNA中的P元素都为32P，其他分子不含32P)在不含32P的培养液中正常培养，分裂为2个子细胞，其中1个子细胞发育为细胞①。细胞①和②的染色体组成如图所示，H(h)、R(r)是其中的两对基因，细胞②和③处于相同的分裂时期。下列叙述正确的是( )
A．细胞①形成过程中没有发生基因重组
B．细胞②中最多有两条染色体含有32P
C．细胞②和细胞③中含有32P的染色体数相等
D．细胞④～⑦中含32P的核DNA分子数可能分别是2、1、1、1
D [图中细胞①处于减数第一次分裂前期，分析细胞①中基因组成可知，发生了互换，即发生了基因重组，A错误；根据DNA分子半保留复制，1个精原细胞(DNA中的P元素都为32P)，在不含32P的培养液中正常培养，经过一次有丝分裂产生的子细胞中每条染色体中的DNA分子一条链含32P和另一链不含32P。该子细胞经过减数第一次分裂前的间期复制，形成的细胞①中每条染色体，只有一条单体的DNA分子一条链含32P(共4条染色单体含有32P)，细胞①形成细胞②会发生同源染色体分离，正常情况下，细胞②有两条染色体含有32P(分布在非同源染色体上)，但根据题图可知，H所在的染色体发生过互换，很有可能H和h所在染色体都含有32P，因此细胞②中最多有3条染色体含有32P，B错误；根据B项分析可知，正常情况下，细胞②和③中各有两条染色体含有32P(分布在非同源染色体上)，但由于细胞①中发生了H和h的互换，而发生互换的染色单体上不确定是否含有32P，故细胞②和细胞③中含有32P的染色体数可能相等也可能不相等，C错误；如果细胞②的H和R所在染色体含有32P，且细胞②中h所在染色体含有32P，则r所在染色体不含有32P，因此形成的细胞④含有32P的核DNA分子数为2个，形成的细胞⑤含有32P的核DNA分子数为1个，由于细胞③的基因型为Hhrr(h为互换的片段)，h所在的染色体与其中一个r所在染色体含有32P(H和另一个r所在染色体不含32P)，如果含有32P的2条染色体不在同一极，则形成的细胞⑥和⑦都含32P的核DNA分子数为1个，D正确。]
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