苏教版（2019）高中生物必修2同步练习题：2.2 第二课时 DNA的复制（含解析）
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| 名称 | 苏教版（2019）高中生物必修2同步练习题：2.2 第二课时 DNA的复制（含解析） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 1.4MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 苏教版（2019） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2023-11-23 16:00:53 | ||
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2024苏教版高中生物必修2同步
第二课时 DNA的复制
题组一 对DNA分子复制的推测与验证
1.科学家将15N标记的DNA移入含14N的培养基中,通过仪器测得后代DNA是否含15N来判断对DNA复制方式的三种猜想(如图)。他们预测,如果DNA复制2次后所有的DNA都含有15N,说明DNA复制方式为 ( )
A.全保留式 B.半保留式
C.分散式 D.半保留式或分散式
2.(2021江苏南通启东吕四中学月考)为研究DNA的复制方式,先将大肠杆菌在含15N的培养基中培养若干代,使DNA的氮元素均被15N标记(离心结果见甲试管),后转至含14N的培养基培养。提取每代大肠杆菌的DNA进行离心,离心结果见试管乙、丙、丁。相关叙述错误的是 ( )
A.乙试管是大肠杆菌在14N培养基繁殖一代的结果
B.大肠杆菌在14N培养基繁殖三代后DNA全部含有14N
C.该实验运用了同位素标记技术和密度梯度离心技术
D.含15N与含14N培养基互换,繁殖一代的结果与丙相同
3.科学家在研究DNA分子复制方式时进行了如下的实验研究(已知培养用的细菌大约每20 min分裂一次,产生子代,实验结果如图):
实验一
实验二
实验三
(1)实验一和实验二的作用是 。
(2)从实验三的结果C、D可以看出DNA分子复制 (填“是”或“不是”)半保留复制,结果C中条带的氮元素是 。
(3)如果实验三的结果都为E,则可判断DNA的复制方式 (填“是”或“不是”)半保留复制。
(4)若对结果C中的DNA分子先用解旋酶处理,再离心,结果为G,请在图中标出。
题组二 分析DNA的复制过程
4.(2022江苏徐州合规性考试模拟改编)下列关于DNA复制的叙述,正确的是 ( )
A.DNA复制时只以DNA的一条链作为模板
B.DNA复制的场所只有细胞核
C.DNA复制过程不需要消耗能量
D.DNA分子的复制方式是半保留复制
5.(2021江苏常熟期中)真核细胞中DNA复制如图所示,下列叙述错误的是 ( )
A.多起点双向复制能保证DNA复制在短时间内完成
B.每个子代DNA都有一条核苷酸链来自亲代
C.复制过程中氢键的破坏和形成都需要DNA聚合酶的催化
D.DNA分子的准确复制依赖于碱基互补配对原则
6.(2021江苏南通如东期末改编)大肠杆菌质粒是一种环状DNA,如图表示质粒DNA复制过程,其中复制叉是DNA复制时在DNA链上形成的Y型结构。相关叙述不正确的是 ( )
A.质粒分子中磷酸基团、碱基、脱氧核糖的数量比为1∶1∶1
B.复制叉的形成离不开解旋酶的参与,需要消耗ATP
C.子链的延伸需要脱氧核糖核苷酸为原料、DNA聚合酶催化
D.该质粒DNA复制具有多起点、双向复制的特点
7.(2022江苏无锡期末)下图为真核细胞DNA复制的电镜照片,其中箭头指的泡状结构为复制泡,是DNA上正在复制的部分。下列相关叙述错误的是 ( )
A.每个复制泡中含有2条DNA母链和2条子链
B.每个复制泡中一条子链是完全连续的,另一条子链是不连续的
C.解旋酶、DNA聚合酶等多种酶参与了该过程
D.该图说明了真核细胞通过多起点复制的方式提高复制效率
8.(2021江苏苏州新草桥中学月考改编)如图所示为某DNA复制过程的部分图解,其中rep蛋白具有解旋的功能。下列相关叙述不正确的是 ( )
A.rep蛋白可破坏A与T、C与G之间形成的氢键
B.DNA结合蛋白可能具有防止DNA单链重新形成双链的作用
C.DNA复制具有边解旋边复制和半保留复制的特点
D.每条DNA子链均进行连续复制
9.如图为DNA分子的复制示意图,请据图回答问题:
(1)DNA分子的空间结构为 结构;如果①有100个碱基对,A有30个,鸟嘌呤有 个。
(2)图中①→②的过程需要 酶;②→③的过程遵循 原则。③的四条链中属于新合成的子链是 。
(3)子代DNA分子中只有一条链来自亲代DNA分子,说明DNA的复制方式是 ,其意义是 。
题组三 DNA复制有关的计算
10.(2021江苏连云港合规性考试模拟)将一个被15N标记的DNA分子,放入含14N的培养液中,复制4次后,子代DNA分子中含有15N标记的DNA个数是 ( )
A.0 B.2
C.4 D.16
11.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
12.(2022江苏盐城阜宁中学等四校期中联考)用15N标记含有100个碱基对的DNA分子,其中有胞嘧啶60个,若该DNA分子在14N的培养基中连续复制四次,则结果不可能是 ( )
A.含有15N的DNA分子占1/8
B.含有14N的DNA分子占100%
C.复制过程中需游离的腺嘌呤脱氧核苷酸640个
D.共产生16个DNA分子
13.(2021江苏扬州期中改编)某DNA分子(两条链均含14N)含有3 000个碱基,腺嘌呤占35%,若该DNA分子用15N同位素标记过的四种游离脱氧核苷酸为原料复制3次。将全部复制产物进行密度梯度离心,得到如图甲所示结果;如果将全部复制产物加入解旋酶处理后再离心,则得到如图乙所示结果。下列有关分析不正确的是 ( )
A.X层全部是含14N/15N的DNA
B.X层中含有的DNA数是Y层的1/3
C.W层与Z层的核苷酸链数之比为4∶1
D.W层中15N标记的胞嘧啶3 150个
能力提升练
题组一 探究DNA复制的方式
1.(2021江苏盐城期中改编)为探究DNA复制方式,美国生物学家米西尔森和斯塔尔将15N标记的大肠杆菌,放到只含14N的培养基中培养,通过CsCl密度梯度离心技术分别将细胞分裂产生的第一代和第二代细胞中的15N-DNA、14N-DNA及15N14N-DNA分离开来。因为DNA能够强烈地吸收紫外线,所以用紫外光源照射离心管,透过离心管在感光胶片上记录DNA带的位置就可以显示出离心管内不同密度的DNA带。下列相关说法正确的是 ( )
A.因为15N具有放射性,所以感光胶片上可以记录DNA带的位置
B.根据第一代只出现一条居中的DNA条带,可以排除DNA是全保留复制
C.大肠杆菌在进行DNA分子复制时需要用到解旋酶、RNA聚合酶
D.解旋酶是一种能调节DNA分子复制的信息分子
2.(2021江苏南通期末改编)一开始关于DNA的复制方式有半保留复制、全保留复制等几种假说。如图为美国科学家米西尔森和斯塔尔以大肠杆菌为实验材料,运用同位素标记技术设计的一个巧妙实验的示意图。下列相关叙述正确的是 ( )
A.可用(NH4SO4、(NH4SO4分别代替15NH4Cl、14NH4Cl进行上述实验
B.试管②的离心结果不可排除全保留复制
C.试管③中轻带中的DNA分子含15N
D.仅比较试管②和③的结果不能证明DNA复制为半保留复制
3.(2021江苏苏州、常熟联考)当时推测DNA复制方式可能有如图甲所示的三种方式。1958年,米西尔森和斯塔尔用密度梯度离心的方法,追踪由15N标记的DNA亲本链的去向,实验过程是将亲代大肠杆菌转移到含14N的培养基上,连续繁殖两代(子代Ⅰ和子代Ⅱ)后离心得到如图乙所示的结果。下列有关叙述正确的是 ( )
甲
乙
A.若子代Ⅰ离心后只有中密度带,则一定是半保留复制
B.区分分散复制还是半保留复制,应该要从子代Ⅱ离心结果开始
C.如果将子代ⅠDNA分子解旋后再离心,则三种复制方式的结果是一样的
D.若DNA确实是半保留复制,则复制5代后,含14N的DNA分子占15/16
题组二 综合分析细胞分裂中DNA、染色体的标记问题
4.(2022江苏镇江丹阳高级中学期末)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,在第二次细胞分裂的中期、后期,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 ( )
A.中期20和20、后期40和20
B.中期20和10、后期40和20
C.中期20和20、后期40和10
D.中期20和10、后期40和10
5.某基因型为AaBb的果蝇精原细胞中所有核DNA分子均有一条链被32P标记,该精原细胞在含31P的培养基中进行减数分裂,最终产生的4个精子中,基因型仅有三种:AB、aB、ab。下列相关叙述正确的是( )
A.该精原细胞在减数第一次分裂前期发生了交叉互换
B.一个四分体中被32P标记的脱氧核苷酸链占1/4
C.减数第二次分裂后期每对同源染色体中都有一条被标记
D.产生的每个精细胞中被32P标记的染色体有4条
6.(多选)(2021江苏泰州中学期末)将玉米的一个根尖细胞放在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的培养基中完成一个细胞周期,然后将两个子代细胞转入不含放射性标记的培养基中继续培养一个细胞周期,结果具有放射性的细胞可能有 ( )
A.1个 B.2个 C.3个 D.4个
7.(2021湖南娄底娄星期中)将蚕豆幼苗放在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷(即3H-T,胸腺嘧啶脱氧核苷酸的组成成分)的培养基中培养一段时间,让3H掺入DNA中,从而使染色体带有放射性,培养过程如图甲。随后,将幼苗转到普通培养基(1H-T)中培养一段时间,图乙是跟踪检测根尖细胞部分染色体某时期变化图。请据图回答有关问题:
甲
乙
(1)完成图甲的培养过程,核DNA至少经过 次复制。若某核DNA含有900个胸腺嘧啶脱氧核苷酸,则复制3次需要 个腺嘌呤脱氧核苷酸。
(2)在细胞分裂过程中,图乙的B过程发生的时期是 ;此过程产生的两条染色体中,含3H的DNA单链占全部单链的比值为 。
(3)图乙中 (填“A”或“B”)阶段发生DNA的半保留复制,出现相应实验结果的原因是 。
答案全解全析
基础过关练
1.C 2.A 4.D 5.C 6.D 7.B 8.D 10.B
11.D 12.C 13.C
1.C 分析1个DNA分子,DNA复制2次后形成4个DNA分子,若为全保留式,则后代只有1个DNA分子含15N,若为半保留式,则后代有2个DNA分子含15N,若为分散式,则后代所有的DNA都含有15N,C正确。
2.A 15N标记的DNA转至含14N的培养基培养,繁殖一代的结果是两个子代DNA分子都是一条链含14N,另一条链含15N,离心后全为中带,与丙符合,A错误;由于DNA为半保留复制,转入14N培养基中繁殖三代后,所有的DNA都含有14N,B正确;该实验运用的技术手段有同位素标记技术和密度梯度离心技术,C正确;根据DNA半保留复制特点,含15N与含14N培养基互换,繁殖一代的结果都是一条链含14N,另一条链含15N,离心后全为中带,与丙相同,D正确。
3.答案 (1)对照 (2)是 14N、15N (3)不是 (4)
解析 (1)实验一和实验二分别表示用14N和15N标记细菌的DNA,其作用是与实验三形成对照。(2)结合题干信息,C是细菌繁殖一代的结果,D是细菌繁殖两代的结果,从结果C、D可以看出DNA分子复制是半保留复制,若是全保留复制,结果C应该是一条重链,一条轻链,结果D应该是1/4重链,3/4轻链;若是分散复制,结果C和D都应该是只有中链。结果C中条带的氮元素是14N、15N。(3)如果实验三的结果都为E(轻链和重链),可判断DNA的复制方式不是半保留复制。(4)结果C中的DNA分子是含15N的DNA在含14N的环境下复制一次后的结果,用解旋酶处理后,DNA的双链解开,形成2条含15N的链,2条含14N的链,离心后应该是位于轻链和重链位置。
4.D DNA复制时以DNA分子的两条链作为模板,且边解旋边复制,A错误;DNA复制的场所主要是细胞核,线粒体和叶绿体中也可以进行DNA复制,B错误;DNA复制需要酶的催化作用,同时需要消耗能量,C错误;DNA分子复制时都保留了原来DNA分子中的一条链,这种方式叫做半保留复制,D正确。
易错警示
DNA复制的两个易错点
(1)DNA复制的场所并非只在细胞核中,线粒体、叶绿体中也能进行DNA复制。
(2)并非所有细胞都进行DNA复制,只有分裂的细胞才能进行DNA复制。
5.C 多起点双向复制能保证DNA复制在短时间内完成,提高复制效率,A正确;DNA复制方式为半保留复制,每个子代DNA都有一条核苷酸链来自亲代,B正确;解旋酶破坏碱基对之间的氢键,使DNA双链解旋,DNA聚合酶参与形成与母链互补的一条子链,C错误;碱基对之间严格的碱基互补配对原则保证了DNA复制的精确进行(教材P55),D正确。
6.D 质粒是环状DNA,其基本单位是脱氧核糖核苷酸,由一分子磷酸基团、一分子碱基和一分子脱氧核糖组成,A正确;从图示质粒DNA的复制过程中可以看出,质粒DNA是单起点的双向复制,D错误。
7.B DNA复制方式为半保留复制,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'延伸,每个复制泡向两侧双向复制,同一方向中一条子链是连续的,另一条子链是不连续的,B错误;DNA复制时,解旋酶、DNA聚合酶等多种酶参与了该过程,如解旋酶催化双螺旋解开,DNA聚合酶催化子链的延伸,C正确;多起点双向复制大大提高了DNA复制的效率,D正确。
8.D 根据rep蛋白具有解旋的功能可推断出,rep蛋白应为解旋酶,该酶能破坏氢键,碱基之间互补配对原则是A与T配对,C与G配对,即rep蛋白可破坏A与T、C与G之间形成的氢键,A正确;DNA结合蛋白与DNA单链结合,可防止单链之间重新螺旋化形成双链,对DNA新链的形成有利,B正确;一个DNA复制出两个DNA,新形成的DNA一条链为模板链,另一条链为新合成的链,故结合图示可知,DNA复制具有边解旋边复制和半保留复制的特点,C正确;由图可知,前导链为连续复制,后随链为不连续复制,D错误。
9.答案 (1)双螺旋 70 (2)解旋 碱基互补配对 Ⅱ和Ⅲ (3)半保留复制 将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞,从而保持遗传信息的连续性
解析 (1)DNA分子的空间结构为双螺旋结构;如果①有100个碱基对,说明该DNA分子共200个碱基,A有30个,根据碱基互补配对原则可知,A=T=30个,C=G=70个。(2)图中①→②的过程属于解旋过程,需要解旋酶。②→③的过程是以解开的每一条母链为模板,在DNA聚合酶的作用下,按照碱基互补配对原则,各自合成与母链互补的一条子链。由于DNA是半保留复制,③的四条链中,属于新合成的子链是Ⅱ和Ⅲ。(3)子代DNA分子中只有一条链来自亲代DNA分子,说明DNA的复制方式是半保留复制。DNA通过复制,将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞,从而保持遗传信息的连续性。
10.B DNA复制具有半保留复制的特点,一个DNA经过4次复制以后得到的DNA分子共有24=16(个),在这16个DNA分子中,只有2个DNA分子含有母链。因此,子代DNA分子中含有15N标记的DNA分子数是2,B正确。
11.D DNA分子的两条单链均只含有14N,该大肠杆菌在含有15N的培养基中繁殖两代,形成4个DNA,其中2个DNA为15N14N,2个DNA为15N15N。再将其转到含有14N的培养基中繁殖一代,2个DNA为15N14N形成的4个子代DNA中,2个DNA为15N14N,2个DNA为14N14N;2个DNA为15N15N形成的4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。
12.C 由于DNA分子的复制是半保留复制,最终只有2个子代DNA均含1条15N链、1条14N链,其余DNA都只含14N,则全部子代DNA都含14N,由于DNA复制四次后产生的子代DNA的数目为24=16,故含15N的DNA所占的比例为2/16=1/8。含有100个碱基对(200个碱基)的DNA分子,胞嘧啶数=鸟嘌呤数=60,则腺嘌呤数=胸腺嘧啶数=40,故复制过程中需腺嘌呤脱氧核苷酸(24-1)×40=600。
13.C 由于DNA分子复制为半保留复制,所以X层全部是含14N/15N的DNA,A正确;DNA分子复制3次,产生8个DNA分子,其中2个DNA分子含14N/15N,6个DNA分子只含15N,所以X层中含有的DNA数是Y层的1/3,B正确;由于DNA分子复制3次,产生8个DNA分子,含16条脱氧核苷酸链,其中含15N标记的有14条链,含14N标记的有2条链,所以W层与Z层的核苷酸链数之比为14∶2=7∶1,C错误;由于DNA分子复制3次,产生8个DNA分子,含15N标记的有14条链,在含有3 000个碱基的DNA分子中,腺嘌呤占35%,则胞嘧啶占15%,共450个,所以W层中含15N标记的胞嘧啶为450×14÷2=3 150(个),D正确。
能力提升练
1.B 2.D 3.B 4.A 5.B 6.BCD
1.B 15N无放射性,但DNA能够强烈地吸收紫外线,用紫外光源照射离心管,可以透过离心管在感光胶片上记录DNA带的位置,A错误;若DNA是全保留复制,第一代会含有两条链都含15N标记的DNA和两条链都含14N标记的DNA,则会出现居下和居上的2条DNA条带,因此根据第一代只出现一条居中的DNA条带,可以排除DNA是全保留复制,B正确;大肠杆菌在进行DNA分子复制时需要用到解旋酶和DNA聚合酶,不需要RNA聚合酶,C错误;解旋酶在DNA分子复制过程中将DNA双螺旋的两条链解开,不能调节DNA分子复制,D错误。
2.D DNA中不含有S,因此不能用含有标记S的化合物代替15NH4Cl、14NH4Cl进行题述实验,A错误;若为全保留复制,则试管②中应存在重带和轻带,而试管②中为中带,故试管②的离心结果可排除全保留复制,B错误;轻带中DNA分子应为两条链均含14N,故试管③中轻带中的DNA分子不含15N,C错误;试管②出现中带,说明DNA分子为15N/14N,其再复制一次,若为半保留复制,子代DNA分子有15N/14N、14N/14N两种,若为全保留复制,子代DNA分子也是15N/14N、14N/14N两种,无论是半保留复制还是全保留复制,试管③均为两条带,所以仅比较试管②和③的结果不能证明DNA复制为半保留复制,D正确。
3.B 若子代Ⅰ离心后只有中密度带,则可能是半保留复制,也可能是分散复制,A错误。区分分散复制还是半保留复制,应该要从子代Ⅱ离心结果开始,若为分散复制,子代Ⅱ离心结果为中带,若为半保留复制,则子代Ⅱ离心结果是中带和轻带,B正确。如果将子代ⅠDNA分子解旋后再离心,则全保留复制和半保留复制的结果是一样的,都是轻、重带各一半,而分散复制的结果是全中带,C错误。若DNA确实是半保留复制,则复制5代后,含14N的DNA分子占100%,D错误。
4.A 玉米体细胞中含有的染色体条数为20,则无论经过几次分裂,在有丝分裂中期染色体条数都是20,后期染色体条数都是40。由于DNA分子的半保留复制,第一次有丝分裂完成时,每个DNA分子中都有1条链被32P标记;第二次有丝分裂中期时,一条染色体有两条姐妹染色单体,其中一条染色单体被32P标记,另一条未被32P标记,即全部的染色体被标记,为20条;第二次有丝分裂后期时由于姐妹染色单体的分开,被标记的染色体只有一半,即20条。
5.B 果蝇(体细胞中有8条染色体)的一个精原细胞内所有核DNA的一条链被32P标记,该精原细胞在含31P的培养基中进行染色体复制形成初级精母细胞。若发生交叉互换,一个基因型为AaBb的精原细胞将产生四种基因型的精子,题意中该精原细胞产生了三种基因型的精子,A错误;一个四分体包括1对同源染色体,4条染色单体,复制后的每条染色体上只有1条染色单体上的DNA一条链被32P标记,一个四分体上的4个DNA分子共8条脱氧核苷酸链,只有2条链被标记,因此一个四分体中被32P标记的脱氧核苷酸链占2/8=1/4,B正确;减数第二次分裂的细胞中没有同源染色体,C错误;减数第一次分裂形成的次级精母细胞中4条染色体都有标记,每条染色体上只有1条染色单体被32P标记,在减数第二次分裂后期,由于染色单体分开形成的染色体随机移向细胞两极,因此产生的每个精细胞中被32P标记的染色体有0~4条,D错误。
6.BCD 将玉米的一个根尖细胞放在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的培养基中完成一个细胞周期,根据DNA半保留复制特点,其形成的两个子细胞均含有放射性,染色体中DNA其中一条链被标记,另一条链未被标记;将子代细胞转入不含放射性标记的培养基中继续培养一个细胞周期,间期复制完之后,一条染色体有两条姐妹染色单体,其中一条染色单体被标记,另一条染色单体未被标记,有丝分裂后期着丝粒分裂后,被标记的染色体是随机分配移向两极的,若被标记的染色体全部移向一极,则一个子细胞含有标记,另一个子细胞没有标记,故将两个子代细胞转入不含放射性标记的培养基中继续培养一个细胞周期,子代中具有放射性的细胞至少有2个,最多有4个。
7.答案 (1)2 6 300 (2)有丝分裂后期 1/4 (3)A 开始时染色体中的DNA含有一条3H-T链和一条1H-T链,A过程进行DNA的半保留复制,使所形成的两条染色单体中,一条有放射性,一条无放射性
解析 (1)题图甲表示将不含放射性的DNA放在含有3H-T的培养基中培养一段时间,产生了两条链都具有放射性的DNA分子;由于DNA分子具有半保留复制的特点,第一次复制形成的DNA分子都只有一条链含有放射性,第二次复制形成的DNA分子中有一半的DNA分子的双链都具有放射性。故完成图甲的培养过程,核DNA至少经过2次复制。已知某核DNA含有900个胸腺嘧啶脱氧核苷酸,由A=T可知,该核DNA复制3次需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸的个数为(23-1)×900=6 300。(2)图乙中A过程表示染色体的复制,B过程表示姐妹染色单体分离。幼苗的根尖细胞不能进行减数分裂,故图乙的B过程发生在有丝分裂后期;B过程产生的两条染色体共有2个DNA分子,即4条DNA单链,2条染色体中有1条染色体有放射性,1条染色体无放射性,DNA的复制方式是半保留复制,故有放射性的染色体中,只有1条DNA单链有放射性,则含3H的DNA单链占全部单链的比值为1/4。(3)图乙中A过程表示染色体(或DNA)的复制;出现相应实验结果的原因是:开始时染色体中的DNA含有一条3H-T链和一条1H-T链,A过程进行DNA的半保留复制,使所形成的两条染色单体中,一条有放射性,一条无放射性。
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第二课时 DNA的复制
题组一 对DNA分子复制的推测与验证
1.科学家将15N标记的DNA移入含14N的培养基中,通过仪器测得后代DNA是否含15N来判断对DNA复制方式的三种猜想(如图)。他们预测,如果DNA复制2次后所有的DNA都含有15N,说明DNA复制方式为 ( )
A.全保留式 B.半保留式
C.分散式 D.半保留式或分散式
2.(2021江苏南通启东吕四中学月考)为研究DNA的复制方式,先将大肠杆菌在含15N的培养基中培养若干代,使DNA的氮元素均被15N标记(离心结果见甲试管),后转至含14N的培养基培养。提取每代大肠杆菌的DNA进行离心,离心结果见试管乙、丙、丁。相关叙述错误的是 ( )
A.乙试管是大肠杆菌在14N培养基繁殖一代的结果
B.大肠杆菌在14N培养基繁殖三代后DNA全部含有14N
C.该实验运用了同位素标记技术和密度梯度离心技术
D.含15N与含14N培养基互换,繁殖一代的结果与丙相同
3.科学家在研究DNA分子复制方式时进行了如下的实验研究(已知培养用的细菌大约每20 min分裂一次,产生子代,实验结果如图):
实验一
实验二
实验三
(1)实验一和实验二的作用是 。
(2)从实验三的结果C、D可以看出DNA分子复制 (填“是”或“不是”)半保留复制,结果C中条带的氮元素是 。
(3)如果实验三的结果都为E,则可判断DNA的复制方式 (填“是”或“不是”)半保留复制。
(4)若对结果C中的DNA分子先用解旋酶处理,再离心,结果为G,请在图中标出。
题组二 分析DNA的复制过程
4.(2022江苏徐州合规性考试模拟改编)下列关于DNA复制的叙述,正确的是 ( )
A.DNA复制时只以DNA的一条链作为模板
B.DNA复制的场所只有细胞核
C.DNA复制过程不需要消耗能量
D.DNA分子的复制方式是半保留复制
5.(2021江苏常熟期中)真核细胞中DNA复制如图所示,下列叙述错误的是 ( )
A.多起点双向复制能保证DNA复制在短时间内完成
B.每个子代DNA都有一条核苷酸链来自亲代
C.复制过程中氢键的破坏和形成都需要DNA聚合酶的催化
D.DNA分子的准确复制依赖于碱基互补配对原则
6.(2021江苏南通如东期末改编)大肠杆菌质粒是一种环状DNA,如图表示质粒DNA复制过程,其中复制叉是DNA复制时在DNA链上形成的Y型结构。相关叙述不正确的是 ( )
A.质粒分子中磷酸基团、碱基、脱氧核糖的数量比为1∶1∶1
B.复制叉的形成离不开解旋酶的参与,需要消耗ATP
C.子链的延伸需要脱氧核糖核苷酸为原料、DNA聚合酶催化
D.该质粒DNA复制具有多起点、双向复制的特点
7.(2022江苏无锡期末)下图为真核细胞DNA复制的电镜照片,其中箭头指的泡状结构为复制泡,是DNA上正在复制的部分。下列相关叙述错误的是 ( )
A.每个复制泡中含有2条DNA母链和2条子链
B.每个复制泡中一条子链是完全连续的,另一条子链是不连续的
C.解旋酶、DNA聚合酶等多种酶参与了该过程
D.该图说明了真核细胞通过多起点复制的方式提高复制效率
8.(2021江苏苏州新草桥中学月考改编)如图所示为某DNA复制过程的部分图解,其中rep蛋白具有解旋的功能。下列相关叙述不正确的是 ( )
A.rep蛋白可破坏A与T、C与G之间形成的氢键
B.DNA结合蛋白可能具有防止DNA单链重新形成双链的作用
C.DNA复制具有边解旋边复制和半保留复制的特点
D.每条DNA子链均进行连续复制
9.如图为DNA分子的复制示意图,请据图回答问题:
(1)DNA分子的空间结构为 结构;如果①有100个碱基对,A有30个,鸟嘌呤有 个。
(2)图中①→②的过程需要 酶;②→③的过程遵循 原则。③的四条链中属于新合成的子链是 。
(3)子代DNA分子中只有一条链来自亲代DNA分子,说明DNA的复制方式是 ,其意义是 。
题组三 DNA复制有关的计算
10.(2021江苏连云港合规性考试模拟)将一个被15N标记的DNA分子,放入含14N的培养液中,复制4次后,子代DNA分子中含有15N标记的DNA个数是 ( )
A.0 B.2
C.4 D.16
11.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
12.(2022江苏盐城阜宁中学等四校期中联考)用15N标记含有100个碱基对的DNA分子,其中有胞嘧啶60个,若该DNA分子在14N的培养基中连续复制四次,则结果不可能是 ( )
A.含有15N的DNA分子占1/8
B.含有14N的DNA分子占100%
C.复制过程中需游离的腺嘌呤脱氧核苷酸640个
D.共产生16个DNA分子
13.(2021江苏扬州期中改编)某DNA分子(两条链均含14N)含有3 000个碱基,腺嘌呤占35%,若该DNA分子用15N同位素标记过的四种游离脱氧核苷酸为原料复制3次。将全部复制产物进行密度梯度离心,得到如图甲所示结果;如果将全部复制产物加入解旋酶处理后再离心,则得到如图乙所示结果。下列有关分析不正确的是 ( )
A.X层全部是含14N/15N的DNA
B.X层中含有的DNA数是Y层的1/3
C.W层与Z层的核苷酸链数之比为4∶1
D.W层中15N标记的胞嘧啶3 150个
能力提升练
题组一 探究DNA复制的方式
1.(2021江苏盐城期中改编)为探究DNA复制方式,美国生物学家米西尔森和斯塔尔将15N标记的大肠杆菌,放到只含14N的培养基中培养,通过CsCl密度梯度离心技术分别将细胞分裂产生的第一代和第二代细胞中的15N-DNA、14N-DNA及15N14N-DNA分离开来。因为DNA能够强烈地吸收紫外线,所以用紫外光源照射离心管,透过离心管在感光胶片上记录DNA带的位置就可以显示出离心管内不同密度的DNA带。下列相关说法正确的是 ( )
A.因为15N具有放射性,所以感光胶片上可以记录DNA带的位置
B.根据第一代只出现一条居中的DNA条带,可以排除DNA是全保留复制
C.大肠杆菌在进行DNA分子复制时需要用到解旋酶、RNA聚合酶
D.解旋酶是一种能调节DNA分子复制的信息分子
2.(2021江苏南通期末改编)一开始关于DNA的复制方式有半保留复制、全保留复制等几种假说。如图为美国科学家米西尔森和斯塔尔以大肠杆菌为实验材料,运用同位素标记技术设计的一个巧妙实验的示意图。下列相关叙述正确的是 ( )
A.可用(NH4SO4、(NH4SO4分别代替15NH4Cl、14NH4Cl进行上述实验
B.试管②的离心结果不可排除全保留复制
C.试管③中轻带中的DNA分子含15N
D.仅比较试管②和③的结果不能证明DNA复制为半保留复制
3.(2021江苏苏州、常熟联考)当时推测DNA复制方式可能有如图甲所示的三种方式。1958年,米西尔森和斯塔尔用密度梯度离心的方法,追踪由15N标记的DNA亲本链的去向,实验过程是将亲代大肠杆菌转移到含14N的培养基上,连续繁殖两代(子代Ⅰ和子代Ⅱ)后离心得到如图乙所示的结果。下列有关叙述正确的是 ( )
甲
乙
A.若子代Ⅰ离心后只有中密度带,则一定是半保留复制
B.区分分散复制还是半保留复制,应该要从子代Ⅱ离心结果开始
C.如果将子代ⅠDNA分子解旋后再离心,则三种复制方式的结果是一样的
D.若DNA确实是半保留复制,则复制5代后,含14N的DNA分子占15/16
题组二 综合分析细胞分裂中DNA、染色体的标记问题
4.(2022江苏镇江丹阳高级中学期末)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,在第二次细胞分裂的中期、后期,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 ( )
A.中期20和20、后期40和20
B.中期20和10、后期40和20
C.中期20和20、后期40和10
D.中期20和10、后期40和10
5.某基因型为AaBb的果蝇精原细胞中所有核DNA分子均有一条链被32P标记,该精原细胞在含31P的培养基中进行减数分裂,最终产生的4个精子中,基因型仅有三种:AB、aB、ab。下列相关叙述正确的是( )
A.该精原细胞在减数第一次分裂前期发生了交叉互换
B.一个四分体中被32P标记的脱氧核苷酸链占1/4
C.减数第二次分裂后期每对同源染色体中都有一条被标记
D.产生的每个精细胞中被32P标记的染色体有4条
6.(多选)(2021江苏泰州中学期末)将玉米的一个根尖细胞放在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的培养基中完成一个细胞周期,然后将两个子代细胞转入不含放射性标记的培养基中继续培养一个细胞周期,结果具有放射性的细胞可能有 ( )
A.1个 B.2个 C.3个 D.4个
7.(2021湖南娄底娄星期中)将蚕豆幼苗放在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷(即3H-T,胸腺嘧啶脱氧核苷酸的组成成分)的培养基中培养一段时间,让3H掺入DNA中,从而使染色体带有放射性,培养过程如图甲。随后,将幼苗转到普通培养基(1H-T)中培养一段时间,图乙是跟踪检测根尖细胞部分染色体某时期变化图。请据图回答有关问题:
甲
乙
(1)完成图甲的培养过程,核DNA至少经过 次复制。若某核DNA含有900个胸腺嘧啶脱氧核苷酸,则复制3次需要 个腺嘌呤脱氧核苷酸。
(2)在细胞分裂过程中,图乙的B过程发生的时期是 ;此过程产生的两条染色体中,含3H的DNA单链占全部单链的比值为 。
(3)图乙中 (填“A”或“B”)阶段发生DNA的半保留复制,出现相应实验结果的原因是 。
答案全解全析
基础过关练
1.C 2.A 4.D 5.C 6.D 7.B 8.D 10.B
11.D 12.C 13.C
1.C 分析1个DNA分子,DNA复制2次后形成4个DNA分子,若为全保留式,则后代只有1个DNA分子含15N,若为半保留式,则后代有2个DNA分子含15N,若为分散式,则后代所有的DNA都含有15N,C正确。
2.A 15N标记的DNA转至含14N的培养基培养,繁殖一代的结果是两个子代DNA分子都是一条链含14N,另一条链含15N,离心后全为中带,与丙符合,A错误;由于DNA为半保留复制,转入14N培养基中繁殖三代后,所有的DNA都含有14N,B正确;该实验运用的技术手段有同位素标记技术和密度梯度离心技术,C正确;根据DNA半保留复制特点,含15N与含14N培养基互换,繁殖一代的结果都是一条链含14N,另一条链含15N,离心后全为中带,与丙相同,D正确。
3.答案 (1)对照 (2)是 14N、15N (3)不是 (4)
解析 (1)实验一和实验二分别表示用14N和15N标记细菌的DNA,其作用是与实验三形成对照。(2)结合题干信息,C是细菌繁殖一代的结果,D是细菌繁殖两代的结果,从结果C、D可以看出DNA分子复制是半保留复制,若是全保留复制,结果C应该是一条重链,一条轻链,结果D应该是1/4重链,3/4轻链;若是分散复制,结果C和D都应该是只有中链。结果C中条带的氮元素是14N、15N。(3)如果实验三的结果都为E(轻链和重链),可判断DNA的复制方式不是半保留复制。(4)结果C中的DNA分子是含15N的DNA在含14N的环境下复制一次后的结果,用解旋酶处理后,DNA的双链解开,形成2条含15N的链,2条含14N的链,离心后应该是位于轻链和重链位置。
4.D DNA复制时以DNA分子的两条链作为模板,且边解旋边复制,A错误;DNA复制的场所主要是细胞核,线粒体和叶绿体中也可以进行DNA复制,B错误;DNA复制需要酶的催化作用,同时需要消耗能量,C错误;DNA分子复制时都保留了原来DNA分子中的一条链,这种方式叫做半保留复制,D正确。
易错警示
DNA复制的两个易错点
(1)DNA复制的场所并非只在细胞核中,线粒体、叶绿体中也能进行DNA复制。
(2)并非所有细胞都进行DNA复制,只有分裂的细胞才能进行DNA复制。
5.C 多起点双向复制能保证DNA复制在短时间内完成,提高复制效率,A正确;DNA复制方式为半保留复制,每个子代DNA都有一条核苷酸链来自亲代,B正确;解旋酶破坏碱基对之间的氢键,使DNA双链解旋,DNA聚合酶参与形成与母链互补的一条子链,C错误;碱基对之间严格的碱基互补配对原则保证了DNA复制的精确进行(教材P55),D正确。
6.D 质粒是环状DNA,其基本单位是脱氧核糖核苷酸,由一分子磷酸基团、一分子碱基和一分子脱氧核糖组成,A正确;从图示质粒DNA的复制过程中可以看出,质粒DNA是单起点的双向复制,D错误。
7.B DNA复制方式为半保留复制,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'延伸,每个复制泡向两侧双向复制,同一方向中一条子链是连续的,另一条子链是不连续的,B错误;DNA复制时,解旋酶、DNA聚合酶等多种酶参与了该过程,如解旋酶催化双螺旋解开,DNA聚合酶催化子链的延伸,C正确;多起点双向复制大大提高了DNA复制的效率,D正确。
8.D 根据rep蛋白具有解旋的功能可推断出,rep蛋白应为解旋酶,该酶能破坏氢键,碱基之间互补配对原则是A与T配对,C与G配对,即rep蛋白可破坏A与T、C与G之间形成的氢键,A正确;DNA结合蛋白与DNA单链结合,可防止单链之间重新螺旋化形成双链,对DNA新链的形成有利,B正确;一个DNA复制出两个DNA,新形成的DNA一条链为模板链,另一条链为新合成的链,故结合图示可知,DNA复制具有边解旋边复制和半保留复制的特点,C正确;由图可知,前导链为连续复制,后随链为不连续复制,D错误。
9.答案 (1)双螺旋 70 (2)解旋 碱基互补配对 Ⅱ和Ⅲ (3)半保留复制 将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞,从而保持遗传信息的连续性
解析 (1)DNA分子的空间结构为双螺旋结构;如果①有100个碱基对,说明该DNA分子共200个碱基,A有30个,根据碱基互补配对原则可知,A=T=30个,C=G=70个。(2)图中①→②的过程属于解旋过程,需要解旋酶。②→③的过程是以解开的每一条母链为模板,在DNA聚合酶的作用下,按照碱基互补配对原则,各自合成与母链互补的一条子链。由于DNA是半保留复制,③的四条链中,属于新合成的子链是Ⅱ和Ⅲ。(3)子代DNA分子中只有一条链来自亲代DNA分子,说明DNA的复制方式是半保留复制。DNA通过复制,将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞,从而保持遗传信息的连续性。
10.B DNA复制具有半保留复制的特点,一个DNA经过4次复制以后得到的DNA分子共有24=16(个),在这16个DNA分子中,只有2个DNA分子含有母链。因此,子代DNA分子中含有15N标记的DNA分子数是2,B正确。
11.D DNA分子的两条单链均只含有14N,该大肠杆菌在含有15N的培养基中繁殖两代,形成4个DNA,其中2个DNA为15N14N,2个DNA为15N15N。再将其转到含有14N的培养基中繁殖一代,2个DNA为15N14N形成的4个子代DNA中,2个DNA为15N14N,2个DNA为14N14N;2个DNA为15N15N形成的4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。
12.C 由于DNA分子的复制是半保留复制,最终只有2个子代DNA均含1条15N链、1条14N链,其余DNA都只含14N,则全部子代DNA都含14N,由于DNA复制四次后产生的子代DNA的数目为24=16,故含15N的DNA所占的比例为2/16=1/8。含有100个碱基对(200个碱基)的DNA分子,胞嘧啶数=鸟嘌呤数=60,则腺嘌呤数=胸腺嘧啶数=40,故复制过程中需腺嘌呤脱氧核苷酸(24-1)×40=600。
13.C 由于DNA分子复制为半保留复制,所以X层全部是含14N/15N的DNA,A正确;DNA分子复制3次,产生8个DNA分子,其中2个DNA分子含14N/15N,6个DNA分子只含15N,所以X层中含有的DNA数是Y层的1/3,B正确;由于DNA分子复制3次,产生8个DNA分子,含16条脱氧核苷酸链,其中含15N标记的有14条链,含14N标记的有2条链,所以W层与Z层的核苷酸链数之比为14∶2=7∶1,C错误;由于DNA分子复制3次,产生8个DNA分子,含15N标记的有14条链,在含有3 000个碱基的DNA分子中,腺嘌呤占35%,则胞嘧啶占15%,共450个,所以W层中含15N标记的胞嘧啶为450×14÷2=3 150(个),D正确。
能力提升练
1.B 2.D 3.B 4.A 5.B 6.BCD
1.B 15N无放射性,但DNA能够强烈地吸收紫外线,用紫外光源照射离心管,可以透过离心管在感光胶片上记录DNA带的位置,A错误;若DNA是全保留复制,第一代会含有两条链都含15N标记的DNA和两条链都含14N标记的DNA,则会出现居下和居上的2条DNA条带,因此根据第一代只出现一条居中的DNA条带,可以排除DNA是全保留复制,B正确;大肠杆菌在进行DNA分子复制时需要用到解旋酶和DNA聚合酶,不需要RNA聚合酶,C错误;解旋酶在DNA分子复制过程中将DNA双螺旋的两条链解开,不能调节DNA分子复制,D错误。
2.D DNA中不含有S,因此不能用含有标记S的化合物代替15NH4Cl、14NH4Cl进行题述实验,A错误;若为全保留复制,则试管②中应存在重带和轻带,而试管②中为中带,故试管②的离心结果可排除全保留复制,B错误;轻带中DNA分子应为两条链均含14N,故试管③中轻带中的DNA分子不含15N,C错误;试管②出现中带,说明DNA分子为15N/14N,其再复制一次,若为半保留复制,子代DNA分子有15N/14N、14N/14N两种,若为全保留复制,子代DNA分子也是15N/14N、14N/14N两种,无论是半保留复制还是全保留复制,试管③均为两条带,所以仅比较试管②和③的结果不能证明DNA复制为半保留复制,D正确。
3.B 若子代Ⅰ离心后只有中密度带,则可能是半保留复制,也可能是分散复制,A错误。区分分散复制还是半保留复制,应该要从子代Ⅱ离心结果开始,若为分散复制,子代Ⅱ离心结果为中带,若为半保留复制,则子代Ⅱ离心结果是中带和轻带,B正确。如果将子代ⅠDNA分子解旋后再离心,则全保留复制和半保留复制的结果是一样的,都是轻、重带各一半,而分散复制的结果是全中带,C错误。若DNA确实是半保留复制,则复制5代后,含14N的DNA分子占100%,D错误。
4.A 玉米体细胞中含有的染色体条数为20,则无论经过几次分裂,在有丝分裂中期染色体条数都是20,后期染色体条数都是40。由于DNA分子的半保留复制,第一次有丝分裂完成时,每个DNA分子中都有1条链被32P标记;第二次有丝分裂中期时,一条染色体有两条姐妹染色单体,其中一条染色单体被32P标记,另一条未被32P标记,即全部的染色体被标记,为20条;第二次有丝分裂后期时由于姐妹染色单体的分开,被标记的染色体只有一半,即20条。
5.B 果蝇(体细胞中有8条染色体)的一个精原细胞内所有核DNA的一条链被32P标记,该精原细胞在含31P的培养基中进行染色体复制形成初级精母细胞。若发生交叉互换,一个基因型为AaBb的精原细胞将产生四种基因型的精子,题意中该精原细胞产生了三种基因型的精子,A错误;一个四分体包括1对同源染色体,4条染色单体,复制后的每条染色体上只有1条染色单体上的DNA一条链被32P标记,一个四分体上的4个DNA分子共8条脱氧核苷酸链,只有2条链被标记,因此一个四分体中被32P标记的脱氧核苷酸链占2/8=1/4,B正确;减数第二次分裂的细胞中没有同源染色体,C错误;减数第一次分裂形成的次级精母细胞中4条染色体都有标记,每条染色体上只有1条染色单体被32P标记,在减数第二次分裂后期,由于染色单体分开形成的染色体随机移向细胞两极,因此产生的每个精细胞中被32P标记的染色体有0~4条,D错误。
6.BCD 将玉米的一个根尖细胞放在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的培养基中完成一个细胞周期,根据DNA半保留复制特点,其形成的两个子细胞均含有放射性,染色体中DNA其中一条链被标记,另一条链未被标记;将子代细胞转入不含放射性标记的培养基中继续培养一个细胞周期,间期复制完之后,一条染色体有两条姐妹染色单体,其中一条染色单体被标记,另一条染色单体未被标记,有丝分裂后期着丝粒分裂后,被标记的染色体是随机分配移向两极的,若被标记的染色体全部移向一极,则一个子细胞含有标记,另一个子细胞没有标记,故将两个子代细胞转入不含放射性标记的培养基中继续培养一个细胞周期,子代中具有放射性的细胞至少有2个,最多有4个。
7.答案 (1)2 6 300 (2)有丝分裂后期 1/4 (3)A 开始时染色体中的DNA含有一条3H-T链和一条1H-T链,A过程进行DNA的半保留复制,使所形成的两条染色单体中,一条有放射性,一条无放射性
解析 (1)题图甲表示将不含放射性的DNA放在含有3H-T的培养基中培养一段时间,产生了两条链都具有放射性的DNA分子;由于DNA分子具有半保留复制的特点,第一次复制形成的DNA分子都只有一条链含有放射性,第二次复制形成的DNA分子中有一半的DNA分子的双链都具有放射性。故完成图甲的培养过程,核DNA至少经过2次复制。已知某核DNA含有900个胸腺嘧啶脱氧核苷酸,由A=T可知,该核DNA复制3次需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸的个数为(23-1)×900=6 300。(2)图乙中A过程表示染色体的复制,B过程表示姐妹染色单体分离。幼苗的根尖细胞不能进行减数分裂,故图乙的B过程发生在有丝分裂后期;B过程产生的两条染色体共有2个DNA分子,即4条DNA单链,2条染色体中有1条染色体有放射性,1条染色体无放射性,DNA的复制方式是半保留复制,故有放射性的染色体中,只有1条DNA单链有放射性,则含3H的DNA单链占全部单链的比值为1/4。(3)图乙中A过程表示染色体(或DNA)的复制;出现相应实验结果的原因是:开始时染色体中的DNA含有一条3H-T链和一条1H-T链,A过程进行DNA的半保留复制,使所形成的两条染色单体中,一条有放射性,一条无放射性。
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