第3章 基因的本质
第3节 DNA的复制
（一）基础巩固
1.(2023·广东高三四校联考)下列有关生物科学史的叙述,错误的是( )
A.沃森和克里克运用“假说—演绎法”证明了DNA半保留复制的机理
B.孟德尔运用“假说—演绎法”提出了基因的分离定律和自由组合定律
C.鲁宾和卡门运用“同位素标记技术”发现光合作用释放的氧气来自水
D.施莱登和施旺运用“归纳法”提出一切动植物都由细胞发育而来
答案:A
2.下列关于DNA复制的叙述,错误的是( )
A.DNA复制是指以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程
B.DNA复制是一个边解旋边复制的过程
C.DNA复制只发生在细胞分裂前的间期
D.DNA复制需要模板、原料、能量和酶等基本条件
解析:DNA复制是指以亲代DNA的两条链为模板合成子代DNA的过程,A项正确;DNA复制是一个边解旋边复制的过程,B项正确;DNA复制主要发生在细胞分裂前的间期,原核细胞内、无丝分裂过程中也能发生DNA复制,C项错误;DNA复制需要模板(DNA双链)、酶(解旋酶、DNA聚合酶)、能量(ATP)、原料(脱氧核苷酸)等基本条件,D项正确。
答案:C
3.(2024·广东二模)把大肠杆菌放在含15N的培养基中培养若干代,提取细胞中的DNA分子并离心,结果示意图如下图所示。把上述大肠杆菌转移到含有14N的培养基中繁殖3代,提取DNA进行离心,结果可表示为( )
A B C D
解析:大肠杆菌放在含15N的培养基中培养若干代,提取细胞中的DNA分子并离心,会形成重带,上述大肠杆菌转移到含有14N的培养基中繁殖3代,则会形成23n=8n个子代大肠杆菌,其中带有15N的子代大肠杆菌只有2n个,且其中的DNA分子一条链含有15N、一条链含有14N,另外6n个子代大肠杆菌的DNA分子只含有14N,则子代大肠杆菌离心的结果表现为轻带和中带,且比为3∶1,即B项正确。
答案:B
4.下图所示为DNA复制的片段,图中a、b、c、d表示各条脱氧核苷酸链,下列叙述错误的是( )
A.b和c的碱基序列互补
B.a和c的碱基序列互补
C.a链中的比值与b链中同项比值相同
D.a链中的比值与c链中同项比值相同
解析:a和d的碱基序列互补,b和c的碱基序列也互补,A项正确;a和c的碱基序列相同,B项错误;因为a与b的碱基序列互补,根据碱基互补配对原则,a链中的比值与b链中同项比值相同,C项正确;因为a与c的碱基序列相同,所以a链中的比值与c链中同项比值相同,D项正确。
答案:B
5.科学家以大肠杆菌为实验对象,运用同位素标记技术及离心技术进行DNA复制方式的探索实验,实验内容及结果见下表。
组别 1 2 3 4
培养液中唯一氮源 14NH4Cl 15NH4Cl 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-DNA) 仅为重带 (15N/15N-DNA) 仅为中带 (15N/14N-DNA) 轻带 (14N/14N-DNA) 中带 (15N/14N-DNA)
回答下列问题。
(1)要得到DNA中的氮全部被放射性标记的大肠杆菌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 组结果对得到结论起到了关键作用,但需把它与第 组和第 组的结果进行比较,才能说明DNA分子的复制方式是 。
(3)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 ,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,则其结果 (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,则子n代DNA离心的结果是密度带的数量和位置 ,放射性强度发生变化的是 带。
(4)将一个某种噬菌体DNA分子的两条链用32P进行标记,并使其感染大肠杆菌,在不含32P的培养基中培养一段时间。若得到的所有噬菌体双链DNA分子都装配成噬菌体(n个)并释放,则其中含32P的噬菌体所占的比例为 ,原因是 。
解析:(1)要得到DNA中的氮全部被放射性标记的大肠杆菌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-DNA,B的子Ⅰ代的DNA为15N/14N-DNA,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“轻带”DNA为14N/14N-DNA,“重带”DNA为15N/15N-DNA,据表可知,“重带”DNA来自B。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,放射性强度发生变化的是轻带。(4)噬菌体的遗传物质是DNA,该DNA为双链,两条链用32P进行标记,并使其感染大肠杆菌,在不含有32P的培养基中培养一段时间,由于DNA是半保留复制,因此只有2个DNA分子含有放射性,因此比例是。
答案:(1)多 15N(或15NH4Cl) (2)3 1 2 半保留复制 (3)①B 半保留 ②不能 ③不变 轻 (4) 一个含有32P标记的双链DNA分子经半保留复制后,标记的两条单链只能分配到两个噬菌体的双链DNA分子,因此在得到的n个噬菌体中只有两个带有标记
(二)拓展提高
6.含15N标记的双链DNA含有200个碱基对,腺嘌呤与胸腺嘧啶之和占全部碱基的30%;其中的一条链上腺嘌呤有20个,下列表述正确的是 ( )
A.该DNA中的碱基排列方式共有4 200种
B.该DNA中4种碱基的比例为A∶T∶G∶C=2∶2∶3∶3
C.该DNA连续复制2次,需要游离的鸟嘌呤脱氧核苷酸560个
D.该DNA在含14N的培养基中连续复制3次,含15N标记的DNA占25%
解析:该DNA含有200个碱基对,由于碱基数目确定,所以其碱基排列方式少于4 200种,A项错误;由题意可知,A和T各为60个,C和G各为140个,所以该DNA中4种碱基的比例为A∶T∶G∶C=3∶3∶7∶7,B项错误;该DNA连续复制2次,需要游离的鸟嘌呤脱氧核苷酸为 (22-1)×140=420(个),C项错误;该DNA在含14N的培养基中连续复制3次得到8个DNA,根据DNA半保留复制的特点,其中有2个DNA有一条链含14N,另一条链含15N,其余6个DNA只含14N,所以含15N标记的DNA占25%,D项正确。
答案:D
7.已知一个完全标记上15N的DNA含100个碱基对,其中有腺嘌呤40个。经过n次复制后,不含15N的DNA总数与含15N的DNA总数之比为7∶1。若需游离的胞嘧啶为m个,则n、m分别是( )
A.3、900 B.3、420 C.4、420 D.4、900
解析:一个完全标记上15N的DNA,经过n次复制后,含15N的DNA总数为2个,根据“不含15N的DNA总数与含15N的DNA总数之比为7∶1”,可知不含15N的DNA总数为14个,故n次复制后产生的DNA总数为16个,说明该DNA复制了4次。该DNA含100个碱基对,其中有腺嘌呤(A)40个,根据A+C=100,可知C=60(个)。一个DNA复制了4次,需游离的胞嘧啶(C)为60×(16-1)=900(个)。
答案:D
8.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,将幼苗转移到普通培养基(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。
(1)完成图甲的培养过程,核DNA分子至少经过 次复制。若某核DNA分子含有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单链与全部单链的比值为 。
(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 。
解析:(1)题图甲表示将不含放射性的DNA分子放在含有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分子至少经过2次复制。已知某核DNA分子含有900个胸腺嘧啶脱氧核苷酸,由A=T可知,该核DNA分子含有900个腺嘌呤脱氧核苷酸,则复制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,因为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,故含3H的DNA单链与全部单链的比值为。(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。
答案:(1)2 6 300 (2)有丝分裂后期 (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(共27张PPT)
第3章 基因的本质
两条链标记情况 相对分子质量 离心位置
都是15N 最大 试管的 部
一条15N,一条14N 适中 试管的 部
都是14N 最小 试管的 部
14N
15N
DNA
能量
解旋
DNA双螺旋的两条链
母链
脱氧核苷酸
DNA聚合酶
碱基互补配对
双螺旋
合作探究
点拨提升
典例研析
合作探究
点拨提升
点拨提升
课堂建构
2
2门世2有
3厚
细菌在含15N的培养
液中生长若干代
转入14N培养液中
立即取出
繁殖一代繁殖二代
提取DNA进行密度梯度离心
细菌在含15N的培养液中
生长多代，使DNA双链
充分标记
转入14N培养液中
a
a.立即取出
b.繁殖一代后取出
c.繁殖二代后取出
提取DNA,密
度梯度离心
轻
中带
重
2
3
对照
亲代
轻
中
重-
全轻
全重
全中
14N/14N-DNA 15N/15N-DNA
轻中
