第25讲 DNA的结构、复制和基因的本质
1.概述DNA分子是由4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。 2.概述DNA分子通过半保留方式进行复制。
考点1 DNA的结构和基因通常是有遗传效应的DNA片段
一、DNA的结构
1．DNA双螺旋结构模型的构建
(1)构建者：沃森和克里克。
(2)构建过程
2．DNA双螺旋结构
(1)DNA由两条脱氧核苷酸链组成，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。
(2)外侧：脱氧核糖和磷酸交替连接，构成主链基本骨架。
(3)内侧：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的规律：A===T(两个氢键)、G≡C(三个氢键)。
1．(必修2 P50“图3-8”)DNA的一条单链具有两个末端，一端有一个游离的磷酸基团，这一端称作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．(必修2 P52“科学·技术·社会”)应用DNA指纹技术时，首先需要用合适的(或限制)酶将待检测的样品DNA切成片段，然后用电泳的方法将这些片段按大小分开，再经一系列步骤形成DNA指纹图。
二、基因通常是有遗传效应的DNA片段
1．说明基因与DNA关系的实例
2．DNA片段中的遗传信息
(1)遗传信息：蕴藏在4种碱基的排列顺序之中。
(2)特点
①多样性：碱基排列顺序的千变万化。
②特异性：每一个DNA分子的碱基有特定的排列顺序。
(3)意义
DNA的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的物质基础。
3．基因
基因通常是有遗传效应的DNA片段。有些病毒的遗传物质是RNA，对这类病毒而言，基因就是有遗传效应的RNA片段。
(1)DNA结构的高考热点
①
②
③
④
(2)真核细胞和原核细胞基因的结构
1．沃森和克里克研究DNA分子的结构时，运用了构建物理模型的方法。( √ )
2．磷酸与核糖交替连接排列在外侧构成了DNA的基本骨架。( × )
提示：磷酸和脱氧核糖交替连接排列在外侧构成DNA的基本骨架。
3．DNA中一条链的嘌呤数一定等于另一条链的嘌呤数。( × )
提示：DNA双链中嘌呤和嘧啶互补配对，DNA中一条链的嘌呤数一定等于另一条链中的嘧啶数。
4．DNA分子的多样性和特异性主要与它的空间结构密切相关。( × )
提示：DNA的空间结构都是双螺旋结构，与多样性和特异性无关。
5．DNA分子中G和C所占的比例越大，其稳定性越低。( × )
提示：G和C之间有三个氢键，A和T之间有两个氢键，因此，DNA分子中G和C所占的比例越大，稳定性越高。
6．基因研究最新发现表明，人与小鼠的基因约80%相同，则人与小鼠DNA碱基序列相同的比例也是80%。 ( × )
提示：基因通常是有遗传效应的DNA片段，DNA中还有大量的非基因序列，故无法确定DNA碱基序列相同的比例是多少。
1．某DNA片段的结构如图所示。
β链的碱基序列为5′-CGT-3′。
2．结合肺炎链球菌的转化实验和噬菌体侵染细菌的实验，分析DNA作为遗传物质所具备的特点有哪些？
(1)具有相对的稳定性。(2)能够精确地自我复制，使亲代与子代间保持遗传的连续性。(3)能够指导蛋白质合成，控制新陈代谢过程和性状发育。(4)在特定条件下产生可遗传的变异。
DNA分子的结构及相关计算
1．已知某个完整DNA分子中共有6×106个碱基对，其中A占全部碱基的30%，如图为该DNA分子的结构模式图(部分片段)。下列说法正确的是( )
A．该DNA分子中磷酸基团总数与四种碱基的总和相等
B．④⑤⑥组成的脱氧核糖核苷酸是DNA分子的基本单位之一
C．碱基①和碱基②之间通过“—磷酸—脱氧核糖—磷酸—”相连接
D．该DNA分子在第三次复制时需要消耗胞嘧啶的数量为1.68×107个
A [DNA分子的基本单位是脱氧核苷酸，而一分子脱氧核苷酸由一分子脱氧核糖、一分子磷酸和一分子含氮碱基组成，所以DNA中磷酸基团总数与四种碱基的总和是相等的，A正确；由图可知，④⑤⑦组成一个脱氧核糖核苷酸，⑥则是相邻脱氧核糖核苷酸的磷酸基团，B错误；由图可以看出，碱基①和碱基②之间通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”相连接，C错误；该DNA分子在第三次复制时，DNA只复制了一次，由4个DNA变为8个DNA，相当于需要合成4个新的DNA分子，而每个DNA分子中(A＋C)占全部碱基的50%，而A占全部碱基的30%，所以胞嘧啶(C)占全部碱基的20%，故需要消耗胞嘧啶的数量为6×106×2×20%×4＝9.6×106个，D错误。]
2．(2022·广东卷)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，不能决定该线性DNA分子两端能够相连，A、B错误；据题图可知，单链序列的碱基能够互补配对，决定该线性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。]
基因的本质及与DNA、染色体的关系
3．(2025·广东中山模拟)已知人、老鼠和玉米体内的微卫星DNA(STR)中，A—T碱基对所占的比例各不相同，但均大于同一DNA中C—G碱基对所占的比例。下列说法正确的是( )
A．STR彻底水解后可以得到8种小分子物质
B．相对于其他同长度DNA，STR的稳定性较强
C．STR的骨架是由磷酸和核糖交替连接而成的
D．不同生物STR序列不同，体现了DNA具有多样性
D [STR是DNA分子，彻底水解后可以得到6种小分子物质，即4种碱基、磷酸、脱氧核糖，A错误；STR的A—T碱基对所占的比例较多，相对于其他同长度DNA，STR的稳定性可能较差，B错误；STR的骨架是由磷酸和脱氧核糖交替连接而成的，C错误；由于碱基对的排列顺序不同，导致不同生物的STR不同，体现了DNA具有多样性，D正确。]
4．下列有关基因、DNA、染色体之间的关系说法正确的是( )
A．姐妹染色单体上一定不存在等位基因
B．一个DNA分子上有多个基因
C．一条染色体上可以含有4个DNA分子
D．细胞中的DNA分子均与蛋白质结合形成染色体
B [DNA分子复制后，染色体着丝粒上形成姐妹染色单体。若在DNA复制时发生基因突变，则姐妹染色单体上可能存在等位基因，A错误。基因通常是有遗传效应的DNA片段，所以一个DNA分子中可以有多个基因，B正确。没有复制的染色体上含有1个DNA分子，复制后的染色体含有2个DNA分子，所以一条染色体上不会含有4个DNA分子，C错误。原核细胞的DNA不与蛋白质结合成染色体，真核细胞细胞质中DNA也不与蛋白质结合成染色体，D错误。]
考点2 DNA的复制
一、对DNA复制的推测
1．沃森和克里克的半保留复制假说
2．遗传物质自我复制的其他假说
全保留复制是指DNA复制以DNA双链为模板，子代DNA的双链都是新合成的。
二、DNA半保留复制的实验证据
1．实验者：美国生物学家梅塞尔森和斯塔尔。
2．实验方法：同位素标记技术和离心技术。
3．实验原理
15N和14N是氮元素的两种稳定同位素，这两种同位素的相对原子质量不同，含15N的DNA比含14N的DNA密度大，因此，利用离心技术可以在试管中分离开含有相对原子质量不同的氮元素的DNA。
两条链被标记情况 密度大小 离心位置
都是15N 最大 靠近试管的底部
一条15N，一条14N 居中 位置居中
都是14N 最小 靠近试管的上部
4．实验过程
5．演绎推理
假设DNA复制方式是半保留复制，预期实验结果：
(1)立即取出，提取DNA，离心，获得15N/15N-DNA。
(2)繁殖一代，提取DNA，离心，获得15N/14N-DNA。
(3)繁殖二代，提取DNA，离心，获得15N/14N-DNA和14N/14N-DNA。
6．实验结果
(1)提取亲代DNA→离心→位置靠近试管底部。
(2)繁殖一代后，提取DNA→离心→位置居中。
(3)繁殖二代后，提取DNA→离心→1/2位置居中,1/2位置更靠上。
7．实验结论：实验结果和假设DNA复制方式是半保留复制的预期结果一致，说明DNA的复制是以半保留复制的方式进行的。
(必修2 P55“旁栏思考”)第一代只出现一条居中的DNA条带，这个结果排除了全保留复制方式。
三、DNA复制的过程
1．时间
细胞分裂前的间期。即有丝分裂前的间期和减数分裂(Ⅰ)前的间期。
2．场所
(1)真核生物：主要在细胞核内，线粒体和叶绿体也可以进行。
(2)原核生物：主要在拟核。
(3)DNA病毒：活的宿主细胞内。
3．复制过程
4．复制结果
形成两个完全相同的DNA分子。
5．准确复制的原因
(1)DNA独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板。
(2)通过碱基互补配对，保证了复制能够准确地进行。
6．意义
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。
(1)DNA复制的场所
在自然状态下，生物的DNA均在细胞中复制
(2)“图解法”分析DNA复制相关计算
①将含有15N的DNA分子放在含有14N的培养基中连续复制n次(如上图)，则：
a．子代DNA共2n个
b．脱氧核苷酸链共2n＋1条
②DNA分子复制过程中消耗的脱氧核苷酸数
a．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)个。
b．第n次复制需要该种脱氧核苷酸数为m·2n－1个。
1．沃森和克里克用DNA衍射图谱得出碱基配对方式。( × )
提示：沃森和克里克主要以DNA衍射图谱为依据，推算出DNA呈螺旋结构，根据查哥夫的实验结果构建了DNA双螺旋结构模型。
2．DNA复制遵循碱基互补配对原则，新合成的DNA分子的两条链均是新合成的。( × )
提示：新合成的DNA分子的两条链有一条链是新合成的。
3．DNA双螺旋结构全部解旋后，开始DNA的复制。( × )
提示：DNA复制时边解旋边复制。
4．单个脱氧核苷酸在DNA酶的作用下连接合成新的子链。( × )
提示：在DNA聚合酶的作用下，单个脱氧核苷酸连接到DNA单链片段上形成子链。
5．复制后的两个子代DNA分子将在有丝分裂后期或减数分裂Ⅱ后期着丝粒分裂时，随染色单体分离而分开。( √ )
早在1966年，日本科学家冈崎提出DNA半不连续复制假说：DNA复制形成互补子链时，一条子链是连续形成，另一条子链不连续即先形成短链片段(如图1)。为验证这一假说，冈崎进行了如下实验：让T4噬菌体在20 ℃时侵染大肠杆菌，70 min后，将同位素3H标记的脱氧核苷酸添加到大肠杆菌的培养基中，在2 s、7 s、15 s、30 s、60 s、120 s后，分离T4噬菌体DNA并通过加热使DNA分子变性、全部解螺旋，再进行密度梯度离心，以DNA单链片段分布位置确定片段大小(分子越小离试管口距离越近)，并检测相应位置DNA单链片段的放射性，结果如图2。
(1)以3H标记的脱氧核苷酸添加到大肠杆菌的培养基中，最终在噬菌体DNA中检测到放射性，其原因是标记的脱氧核苷酸被大肠杆菌吸收， 为噬菌体DNA复制提供原料。
(2)图2中，与60 s结果相比，120 s结果中短链片段减少的原因是短链片段连接形成长片段，该实验结果为冈崎假说提供的有力证据是在实验时间内，细胞中均能检测到较多的短链片段。
证明DNA半保留复制的实验及分析
1．(2022·海南卷)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复制方式一定是分散复制
D．若DNA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 [第一代细菌DNA离心后，试管中出现1条中带，则可以排除全保留复制，但不能确定是半保留复制还是分散复制，继续做第二代DNA密度鉴定，第二代DNA离心后出现1条中带和1条轻带，可以排除分散复制，同时确定是半保留复制，A、B、C错误；若DNA复制方式是半保留复制，继续培养至第三代，形成的子代DNA有两种类型(两条链均为14N和1条链含有14N1条链含有15N)，因此细菌DNA离心后试管中会出现1条中带和1条轻带，D正确。]
2．研究人员将含15N-DNA的大肠杆菌转移到含14NH4Cl的培养液中，培养x分钟后提取子代大肠杆菌的DNA进行热变性处理，然后进行密度梯度离心，离心管中出现的两个条带分别对应图中的两个峰。下列分析正确的是( )
A．热变性处理导致DNA分子中的磷酸二酯键断裂
B．根据条带的位置和数目可以判断DNA的复制方式
C．根据实验结果推测x分钟内大肠杆菌细胞最多分裂一次
D．未经热变性处理的子代DNA进行密度梯度离心后也能出现两个条带
C [热变性处理导致DNA分子中的氢键断裂，A错误；试管中分别是15N-DNA单链、14N-DNA单链，不能看出子代DNA的结构，不能说明DNA复制是半保留复制还是全保留复制，B错误；从15N-DNA单链、14N-DNA单链的含量相等可知，DNA只复制了一次，DNA在细胞分裂的间期进行复制，因此细胞最多分裂一次，C正确；未经热变性处理的子代DNA分子两条链由氢键相连，所以密度梯度离心后在离心管中只出现一个条带，D错误。]
DNA复制的过程和特点
3．(2025·广东多校联考)梅塞尔森发现DNA半保留复制的实验被称为“生物学中最漂亮的实验”。下列有关该实验的叙述，错误的是( )
A．DNA双螺旋结构的发现为该实验提供了理论基础
B．放射性同位素检测技术为实验结果检测提供了技术手段
C．密度梯度离心为DNA分子在试管分层提供了有效方法
D．假说—演绎法为该实验的研究过程提供了科学的思维方法
B [DNA双螺旋结构的发现是该实验提出假说的依据，因此能为该实验提供必要的理论基础，A正确；梅塞尔森和斯塔尔将15N标记的大肠杆菌转移到14N的普通培养液中培养，收集大肠杆菌并提取DNA，对其进行密度梯度离心，15N不具备放射性，因此不需要用放射性同位素检测技术进行检测，B错误；该实验利用密度梯度离心技术让不同密度的DNA分层，从而证明了半保留复制，因此密度梯度离心为DNA分子在试管分层提供了有效方法，C正确；梅塞尔森和斯塔尔在实验之前进行演绎推理，观察到与演绎一致的预期现象后，实验证明了“DNA的半保留复制”，因此假说—演绎法为该实验的研究过程提供了科学的思维方法，D正确。]
4．(2025·广东江门模拟)下图为某DNA复制过程的部分图解，其中rep蛋白具有解旋的功能，冈崎片段是新合成的不连续的DNA片段。下列相关叙述正确的是( )
A．rep蛋白的作用是破坏A与C、T与G之间的氢键
B．冈崎片段连接成子链的过程需要RNA聚合酶
C．子链的延伸方向与复制叉的移动方向一致
D．推测DNA单链结合蛋白可防止DNA单链之间重新配对
D [rep蛋白的作用是破坏A与T、C与G之间的氢键，A错误；冈崎片段为两段DNA链，需要DNA连接酶进行催化连接成子链，B错误；DNA子链延伸的方向是5′→3′，两条子链中一条的合成方向与复制叉的移动方向一致，另一条的合成方向与复制叉的移动方向相反，C错误；DNA单链结合蛋白缠绕在DNA单链上，故可推测DNA单链结合蛋白可防止DNA单链之间重新配对，D正确。]
DNA复制的相关计算
5．利用农杆菌转化法，将含有基因修饰系统的T-DNA插入水稻细胞M的某条染色体上，在该修饰系统的作用下，一个核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培育成幼苗甲。下列叙述错误的是( )
A．甲的每一个体细胞中都含有T-DNA
B．甲成熟后自交，子一代中含T-DNA的植株占3/4
C．细胞M经3次有丝分裂后，脱氨基位点为A—U的细胞占1/8
D．细胞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 [幼苗甲是由细胞M利用植物培养技术形成的，在形成过程中没有DNA的丢失，由于T-DNA插入水稻细胞M的某条染色体上，M细胞含有T-DNA，因此甲的每一个体细胞中都含有T-DNA，A正确；甲植株的一条染色体中含有T-DNA，可以记为A，甲植株关于是否含有T-DNA的基因型记为Aa，甲
成熟后自交，则子代中相关的基因型为AA∶Aa∶aa＝1∶2∶1，子一代中有3/4的植株含T-DNA，B正确；M经3次有丝分裂后，形成的子细胞有8个，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A—U，脱氨基位点为A—U的细胞占1/8，脱氨基位点为A—T的细胞占3/8，C正确、D错误。]
课时分层作业(二十五)
1．下图是某DNA片段的结构示意图，下列叙述正确的是( )
A．图中①是氢键，②是脱氧核苷酸链的5′端，③是3′端
B．DNA分子中A＋T含量高时稳定性较高
C．磷酸与脱氧核糖交替排列构成DNA分子的基本骨架
D．a链、b链方向相同，a链与b链的碱基互补配对
C [图中①是氢键，②是脱氧核苷酸链的3′端，③是5′端，A错误；碱基A和T之间有两个氢键，碱基G和C之间有三个氢键，因此G＋C含量高时DNA分子的稳定性较高，B错误；磷酸与脱氧核糖交替排列构成DNA分子的基本骨架，C正确；DNA分子的两条链反向平行，a链与b链反向平行且碱基互补配对，D错误。]
2．(2021·广东卷)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；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。]
3．大多数真核生物的DNA在复制时会出现多个复制泡，每个复制泡的两端有2个复制叉，复制叉的延伸方向如图所示。已知复制时DNA聚合酶只能沿模板链的3′→5′方向移动，下列说法错误的是( )
A．图中DNA的复制为双向半保留复制
B．多起点复制加快了DNA的复制速度
C．复制泡3的DNA复制早于复制泡1
D．子链的延伸方向与复制叉的推进方向相同
D [由题图复制泡的走向可知，DNA复制时以每条链为模板，沿模板链的3′→5′方向移动，图中DNA的复制为多起点不连续双向半保留复制，A正确；多起点复制加快了DNA的复制速度，B正确；根据复制泡的大小可以看出，复制泡3的DNA复制早于复制泡1，C正确；DNA聚合酶只能沿模板链的3′→5′方向移动，两条子链的延伸方向相反，其中一条子链与复制叉的推进方向相反，D错误。]
4．真核生物的DNA分子中有多个复制起始位点，可以大大提高DNA复制速率。某科研团队通过研究揭示了一种精细的DNA复制起始位点的识别调控机制。下列叙述正确的是( )
A．DNA复制起始位点是解旋酶与DNA的初始结合位点
B．DNA的两条链在复制起始位点解旋后都可以作为转录的模板
C．DNA复制时只能是从复制起始位点开始同时向同一个方向进行
D．将外源的尿嘧啶类似物掺入新合成的DNA链中可鉴定复制起始位点
A [DNA解旋成为单链之后才能开始复制，而解旋酶的作用是使DNA双链中氢键打开，因此，DNA复制起始位点是解旋酶与DNA的初始结合位点，A正确；转录是以DNA的模板链为模板进行的，B错误；DNA复制时可能是从复制起始位点开始同时向两个方向进行，而且表现为多起点复制，进而提高了DNA分子的合成效率，C错误；尿嘧啶不是组成DNA的碱基，故不能将其类似物掺入新合成的DNA链中鉴定复制起始位点，D错误。]
5．羟胺可使胞嘧啶转化为羟化胞嘧啶从而与腺嘌呤配对。一个精原细胞在进行DNA复制时，一个DNA分子中有两个胞嘧啶发生了羟化。下列叙述错误的是( )
A．该细胞进行两次有丝分裂后，有一个或两个子细胞中含有羟化胞嘧啶
B．该细胞产生的初级精母细胞中四条姐妹染色单体含有羟化胞嘧啶
C．不能通过光学显微镜检测突变位点的位置
D．胞嘧啶发生羟化的DNA分子中，嘌呤与嘧啶的含量相等
B [一个DNA分子中有两个胞嘧啶发生羟化，若这两个发生羟化的胞嘧啶位于DNA分子的一条链上，则进行两次有丝分裂后，只有一个子细胞中含有羟化胞嘧啶，若这两个发生羟化的胞嘧啶位于DNA分子的两条链上，则进行两次有丝分裂后，有两个子细胞中含有羟化胞嘧啶，A正确；由于DNA分子具有半保留复制的特点，若一个精原细胞在进行DNA复制时，一个DNA分子中有两个胞嘧啶发生羟化，则形成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，不可能四条姐妹染色单体含有羟化胞嘧啶，B错误；基因突变在光学显微镜下观察不到，C正确；由于羟化胞嘧啶依然是与嘌呤配对，因此胞嘧啶发生羟化的DNA分子中嘌呤与嘧啶的含量相等，D正确。]
6．科学家将大肠杆菌置于含15N的培养液中培养若干代，使其DNA双链均被含15N标记后，转至含14N的培养液中培养，每30 min繁殖一代，下列有关叙述错误的是( )
A．若DNA是全保留复制，90 min后含15N标记的DNA占1/8
B．若DNA是半保留复制，90 min后含15N标记的DNA占1/4
C．大肠杆菌的DNA复制过程需要DNA聚合酶、脱氧核苷酸等物质参与
D．大肠杆菌的拟核DNA中有两个游离的磷酸基团，且嘌呤数等于嘧啶数
D [90 min DNA复制3次，产生的DNA分子共23＝8个，若DNA是全保留复制，则被标记的DNA只有1个，所以90 min后含15N标记的DNA占1/8，A正确；90 min DNA复制3次，产生的DNA分子共23＝8个，若DNA是半保留复制，则被标记的DNA有2个，90 min后含15N标记的DNA占1/4，B正确；DNA复制条件：模板(DNA的双链)、能量(ATP水解提供)、酶(解旋酶和DNA聚合酶等)、原料(游离的脱氧核苷酸)，C正确；大肠杆菌的拟核DNA是环状DNA分子，没有游离的磷酸基团，根据碱基互补配对原则，嘌呤数等于嘧啶数，D错误。]
7．某研究小组进行“探究DNA复制方式”的实验，结果如图所示。其中培养大肠杆菌的唯一氮源是14NH4Cl或15NH4Cl，a、b、c表示离心管编号，条带表示大肠杆菌DNA离心后在离心管中的位置分布。下列叙述错误的是( )
A．本实验所用的技术包括同位素标记技术和密度梯度离心技术
B．大肠杆菌在15NH4Cl培养液中培养多代后可得到a管所示结果
C．c管的结果表明该管中大肠杆菌的DNA包括14N/15N及15N/15N
D．本实验可证明DNA分子的复制方式为半保留复制
C [a管中条带为重带(15N/15N)，b管中条带为中带(14N/15N)，c管中条带为轻带(14N/14N)和中带(14N/15N)。由题干信息“培养大肠杆菌的唯一氮源是14NH4Cl或15NH4Cl”“条带表示大肠杆菌DNA离心后在离心管中的位置分布”可知，本实验所用技术包括同位素标记技术和密度梯度离心技术，A正确；大肠杆菌在带15N标记的培养液中培养多代后，根据DNA半保留复制的特点，绝大部分条带为15N/15N，即重带，B正确；c管中的条带包括一条中带和一条轻带，即DNA包括14N/15N和14N/14N，C错误；据图可知，整个实验中的DNA经离心后，出现15N/15N、14N/15N和14N/14N三种条带，可证明DNA分子的复制方式为半保留复制，D正确。]
8．(2021·山东卷)我国考古学家利用现代人的DNA序列设计并合成了一种类似磁铁的“引子”，成功将极其微量的古人类DNA从提取自土壤沉积物中的多种生物的DNA中识别并分离出来，用于研究人类起源及进化。下列说法正确的是( )
A．“引子”的彻底水解产物有两种
B．设计“引子”的DNA序列信息只能来自核DNA
C．设计“引子”前不需要知道古人类DNA序列
D．土壤沉积物中的古人类双链DNA可直接与“引子”结合从而被识别
C [根据题意分析“引子”是一段DNA序列，彻底水解产物有磷酸、脱氧核糖和四种含氮碱基，共六种产物，A错误；由于线粒体中也含有DNA，因此设计“引子”的DNA序列信息还可以来自线粒体DNA，B错误；根据题干信息利用现代人的DNA序列设计并合成了“引子”，说明设计“引子”前不需要知道古人类的DNA序列，C正确；土壤沉积物中的古人类双链DNA需要经过提取，且在体外经过加热解旋后，才能与“引子”结合，而不能直接与引子结合，D错误。]
9．斑点印迹杂交是一种简单的DNA分子杂交技术，其技术流程如图。据此分析，下列说法正确的是( )
A．放射性自显影技术可显示原培养皿中含目的基因的菌落位置
B．p和q片段能够杂交的主要原因是两单链的碱基排列顺序相同
C．p和q片段的杂交双链区域形成过程中有氢键和磷酸二酯键生成
D．斑点印迹杂交技术可用于检测目的基因是否在受体细胞中成功表达
A [斑点印迹杂交技术是将目的基因片段用放射性同位素或荧光进行标记，与受体细胞的基因组DNA进行杂交，如果目的基因整合到受体细胞上，那么标记基因就会与其结合，通过放射性自显影就可以检测出整合有目的基因的受体细胞，所以该技术可以显示原培养基中含目的基因的菌落位置，A正确；p和q片段能够杂交是因为两单链的碱基可以互补配对，B错误；在杂交过程中，双链区域会有氢键形成，但不会形成磷酸二酯键，C错误；斑点印迹杂交是一种简单的DNA分子杂交技术，该技术可以检测目的基因的导入和转录，但无法用于检测目的基因是否在受体细胞中成功表达，D错误。]
10．噬菌体ΦX174的遗传物质是单链环状DNA分子(正链)。感染宿主细胞时，首先合成其互补的负链，形成闭合的双链DNA分子，之后正链发生断裂，产生3′—OH端，再以此为引物，以未断裂的负链为模板，在DNA聚合酶的作用下使3′—OH端不断延伸。延伸出的长链可切割、环化产生很多拷贝的环化正链，进而与噬菌体的蛋白质颗粒组装产生子代噬菌体。其部分过程如下图所示。
下列说法正确的是( )
A．噬菌体ΦX174中嘌呤碱基与嘧啶碱基数量相等
B．以正链为模板合成双链DNA分子时需要解旋酶参与
C．噬菌体ΦX174的DNA复制方式可称作半保留复制
D．该过程表明可以只以一条链为模板进行DNA的合成
D [噬菌体ΦX174的遗传物质是单链环状DNA分子，单链结构中嘌呤碱基与嘧啶碱基数量不一定相等，A错误；以正链为模板合成双链DNA分子时，正链是单链不需要解旋酶参与，B错误；DNA分子的半保留复制是复制完成后的子代DNA分子的核苷酸序列均与亲代DNA分子相同，但子代DNA分子的双链一条来自亲代，另一条为新合成的链，而噬菌体ΦX174的遗传物质是单链环状DNA分子，所以噬菌体ΦX174的DNA复制方式不是半保留复制，C错误；据题图分析，该过程表明可以只以一条链为模板进行DNA的合成，D正确。]
11．早期，科学家对DNA分子复制方式的预测如图甲所示，1958年，科学家以大肠杆菌为实验材料，设计了一个巧妙的实验，证实了DNA以半保留的方式复制。试管②③④⑤是模拟实验中可能出现的结果(如图乙)。回答下列问题。
培养过程：
Ⅰ.在含15N的培养液中培养若干代，使DNA双链均被15N标记(试管①)。
Ⅱ.转至含14N的培养液中培养，每30 min复制一代。
Ⅲ.取出每代DNA的样本离心，记录结果。
(1)本实验运用的主要技术为__________________________________________，
步骤Ⅰ的目的是标记大肠杆菌中的________；至少需要______min才会出现试管④的结果。
(2)30 min后离心只有1条中等密度带(如试管③所示)，则可以排除DNA复制的方式是______________;为进一步确定DNA复制的方式，科学家对结果③中的DNA分子用解旋酶处理后离心，若出现____________________________，则DNA复制的方式为半保留复制。
(3)若某次实验的结果中，中带比以往实验结果所呈现的略宽，其原因可能是新合成的DNA单链中N仍有少部分为________。
解析：(1)本实验运用的主要技术为同位素标记技术(和离心技术)，步骤Ⅰ的目的是标记大肠杆菌中的DNA。出现试管④的结果至少需要DNA复制两次，每次复制的时间为30 min，因此至少需要60 min才会出现试管④的结果。(2)复制一代后离心只有1条中等密度带，说明DNA复制方式不是全保留复制。如果DNA的复制方式为分散复制，则每一条脱氧核苷酸链既保留母链部分又有子链部分，则可能出现不了清晰的条带，而半保留复制能出现清晰的重带和轻带两种条带。(3)若中带比以往实验结果所呈现的略宽，其原因可能是新合成的DNA单链中N仍有少部分为15N。
答案：(1)同位素标记技术(和离心技术) DNA 60 (2)全保留复制 重带和轻带两种条带 (3)15N
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必修2 遗传与进化
第五单元 遗传的分子基础
第25讲 DNA的结构、复制和基因的本质
课标要求 1.概述DNA分子是由4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。 2.概述DNA分子通过半保留方式进行复制。
考点1 DNA的结构和基因通常是有遗传效应的DNA片段
一、DNA的结构
1．DNA双螺旋结构模型的构建
(1)构建者：______和_________。
沃森
克里克
(2)构建过程
2．DNA双螺旋结构
(1)DNA由两条脱氧核苷酸链组成，这两条链按____________方式盘旋成双螺旋结构。
(2)外侧：____________和______交替连接，构成主链基本骨架。
(3)内侧：两条链上的碱基通过氢键连接成_________，并且碱基配对具有一定的规律：A===T(两个氢键)、G≡C(三个氢键)。
反向平行
脱氧核糖
磷酸
碱基对
1．(必修2 P50“图3-8”)DNA的一条单链具有两个末端，一端有一个游离的磷酸基团，这一端称作______，另一端有一个羟基(—OH)，称作_______，两条单链走向______，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．(必修2 P52“科学·技术·社会”)应用DNA指纹技术时，首先需要用_______________酶将待检测的样品DNA切成片段，然后用_____的方法将这些片段按大小分开，再经一系列步骤形成DNA指纹图。
5′端
3′端
相反
合适的(或限制)
电泳
二、基因通常是有遗传效应的DNA片段
1．说明基因与DNA关系的实例
2．DNA片段中的遗传信息
(1)遗传信息：蕴藏在4种碱基的____________之中。
(2)特点
①多样性：碱基____________的千变万化。
②特异性：每一个DNA分子的碱基有特定的____________。
(3)意义
DNA的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的____________。
3．基因
基因通常是有遗传效应的__________。有些病毒的遗传物质是RNA，对这类病毒而言，基因就是有遗传效应的_______片段。
排列顺序
排列顺序
排列顺序
物质基础
DNA片段
RNA
(1)DNA结构的高考热点
(2)真核细胞和原核细胞基因的结构
1．沃森和克里克研究DNA分子的结构时，运用了构建物理模型的方法。( )
2．磷酸与核糖交替连接排列在外侧构成了DNA的基本骨架。( )
提示：磷酸和脱氧核糖交替连接排列在外侧构成DNA的基本骨架。
3．DNA中一条链的嘌呤数一定等于另一条链的嘌呤数。( )
提示：DNA双链中嘌呤和嘧啶互补配对，DNA中一条链的嘌呤数一定等于另一条链中的嘧啶数。
√
×
×
4．DNA分子的多样性和特异性主要与它的空间结构密切相关。
( )
提示：DNA的空间结构都是双螺旋结构，与多样性和特异性无关。
5．DNA分子中G和C所占的比例越大，其稳定性越低。( )
提示：G和C之间有三个氢键，A和T之间有两个氢键，因此，DNA分子中G和C所占的比例越大，稳定性越高。
6．基因研究最新发现表明，人与小鼠的基因约80%相同，则人与小鼠DNA碱基序列相同的比例也是80%。( )
提示：基因通常是有遗传效应的DNA片段，DNA中还有大量的非基因序列，故无法确定DNA碱基序列相同的比例是多少。
×
×
×
1．某DNA片段的结构如图所示。
β链的碱基序列为5′-CGT-3′。
2．结合肺炎链球菌的转化实验和噬菌体侵染细菌的实验，分析DNA作为遗传物质所具备的特点有哪些？
(1)具有相对的稳定性。(2)能够精确地自我复制，使亲代与子代间保持遗传的连续性。(3)能够指导蛋白质合成，控制新陈代谢过程和性状发育。(4)在特定条件下产生可遗传的变异。
1．已知某个完整DNA分子中共有6×106个碱基对，其中A占全部碱基的30%，如图为该DNA分子的结构模式图(部分片段)。下列说法正确的是( )
1
DNA分子的结构及相关计算
A．该DNA分子中磷酸基团总数与四种碱基的总和相等
B．④⑤⑥组成的脱氧核糖核苷酸是DNA分子的基本单位之一
C．碱基①和碱基②之间通过“—磷酸—脱氧核糖—磷酸—”相连
接
D．该DNA分子在第三次复制时需要消耗胞嘧啶的数量为1.68×107
个
√
A [DNA分子的基本单位是脱氧核苷酸，而一分子脱氧核苷酸由一分子脱氧核糖、一分子磷酸和一分子含氮碱基组成，所以DNA中磷酸基团总数与四种碱基的总和是相等的，A正确；由图可知，④⑤⑦组成一个脱氧核糖核苷酸，⑥则是相邻脱氧核糖核苷酸的磷酸基团，B错误；由图可以看出，碱基①和碱基②之间通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”相连接，C错误；该DNA分子在第三次复制时，DNA只复制了一次，由4个DNA变为8个DNA，相当于需要合成4个新的DNA分子，而每个DNA分子中(A＋C)占全部碱基的50%，而A占全部碱基的30%，所以胞嘧啶(C)占全部碱基的20%，故需要消耗胞嘧啶的数量为6×106×2×20%×4＝9.6×106个，D错误。]
2．(2022·广东卷)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，不能决定该线性DNA分子两端能够相连，A、B错误；据题图可知，单链序列的碱基能够互补配对，决定该线性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。]
3．(2025·广东中山模拟)已知人、老鼠和玉米体内的微卫星DNA(STR)中，A—T碱基对所占的比例各不相同，但均大于同一DNA中C—G碱基对所占的比例。下列说法正确的是( )
A．STR彻底水解后可以得到8种小分子物质
B．相对于其他同长度DNA，STR的稳定性较强
C．STR的骨架是由磷酸和核糖交替连接而成的
D．不同生物STR序列不同，体现了DNA具有多样性
2
基因的本质及与DNA、染色体的关系
√
D [STR是DNA分子，彻底水解后可以得到6种小分子物质，即4种碱基、磷酸、脱氧核糖，A错误；STR的A—T碱基对所占的比例较多，相对于其他同长度DNA，STR的稳定性可能较差，B错误；STR的骨架是由磷酸和脱氧核糖交替连接而成的，C错误；由于碱基对的排列顺序不同，导致不同生物的STR不同，体现了DNA具有多样性，D正确。]
4．下列有关基因、DNA、染色体之间的关系说法正确的是( )
A．姐妹染色单体上一定不存在等位基因
B．一个DNA分子上有多个基因
C．一条染色体上可以含有4个DNA分子
D．细胞中的DNA分子均与蛋白质结合形成染色体
√
B [DNA分子复制后，染色体着丝粒上形成姐妹染色单体。若在DNA复制时发生基因突变，则姐妹染色单体上可能存在等位基因，A错误。基因通常是有遗传效应的DNA片段，所以一个DNA分子中可以有多个基因，B正确。没有复制的染色体上含有1个DNA分子，复制后的染色体含有2个DNA分子，所以一条染色体上不会含有4个DNA分子，C错误。原核细胞的DNA不与蛋白质结合成染色体，真核细胞细胞质中DNA也不与蛋白质结合成染色体，D错误。]
考点2 DNA的复制
一、对DNA复制的推测
1．沃森和克里克的半保留复制假说
2．遗传物质自我复制的其他假说
全保留复制是指DNA复制以____________为模板，子代DNA的双链都是新合成的。
DNA双链
二、DNA半保留复制的实验证据
1．实验者：美国生物学家____________________。
2．实验方法：同位素标记技术和____________。
3．实验原理
15N和14N是氮元素的两种_____________，这两种同位素的相对原子质量不同，含15N的DNA比含14N的DNA密度大，因此，利用离心技术可以在试管中分离开含有相对原子质量不同的氮元素的DNA。
梅塞尔森和斯塔尔
离心技术
稳定同位素
两条链被标记情况 密度大小 离心位置
都是15N 最大 靠近试管的___部
一条15N，一条14N 居中 位置______
都是14N 最小 靠近试管的___部
底
居中
上
4．实验过程
5．演绎推理
假设DNA复制方式是半保留复制，预期实验结果：
(1)立即取出，提取DNA，离心，获得_________________。
(2)繁殖一代，提取DNA，离心，获得_________________。
(3)繁殖二代，提取DNA，离心，获得__________________________。
15N/15N-DNA
15N/14N-DNA
15N/14N-DNA和14N/14N-DNA
6．实验结果
(1)提取亲代DNA→离心→位置靠近试管______。
(2)繁殖一代后，提取DNA→离心→位置______。
(3)繁殖二代后，提取DNA→离心→1/2位置_____，1/2位置________。
7．实验结论：实验结果和假设DNA复制方式是半保留复制的预期结果一致，说明DNA的复制是以_______________的方式进行的。
底部
居中
居中
更靠上
半保留复制
(必修2 P55“旁栏思考”)第一代只出现一条居中的DNA条带，这个结果排除了_________复制方式。
全保留
三、DNA复制的过程
1．时间
细胞分裂前的_____。即______________________________________。
2．场所
(1)真核生物：主要在_________内，_________和_________也可以进行。
(2)原核生物：主要在______。
(3)DNA病毒：活的宿主细胞内。
间期
有丝分裂前的间期和减数分裂(Ⅰ)前的间期
细胞核
线粒体
叶绿体
拟核
3．复制过程
4．复制结果
形成两个____________的DNA分子。
5．准确复制的原因
(1)DNA独特的_________结构，为复制提供了精确的模板。
(2)通过________________，保证了复制能够准确地进行。
6．意义
将___________从亲代细胞传递给子代细胞，从而保持了_________
_________。
完全相同
双螺旋
碱基互补配对
遗传信息
遗传信息
的连续性
(1)DNA复制的场所
在自然状态下，
生物的DNA均
在细胞中复制
(2)“图解法”分析DNA复制相关计算
①将含有15N的DNA分子放在含有14N的培养基中连续复制n次(如上图)，则：
②DNA分子复制过程中消耗的脱氧核苷酸数
a．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)个。
b．第n次复制需要该种脱氧核苷酸数为m·2n－1个。
1．沃森和克里克用DNA衍射图谱得出碱基配对方式。( )
提示：沃森和克里克主要以DNA衍射图谱为依据，推算出DNA呈螺旋结构，根据查哥夫的实验结果构建了DNA双螺旋结构模型。
2．DNA复制遵循碱基互补配对原则，新合成的DNA分子的两条链均是新合成的。( )
提示：新合成的DNA分子的两条链有一条链是新合成的。
3．DNA双螺旋结构全部解旋后，开始DNA的复制。( )
提示：DNA复制时边解旋边复制。
×
×
×
4．单个脱氧核苷酸在DNA酶的作用下连接合成新的子链。( )
提示：在DNA聚合酶的作用下，单个脱氧核苷酸连接到DNA单链片段上形成子链。
5．复制后的两个子代DNA分子将在有丝分裂后期或减数分裂Ⅱ后期着丝粒分裂时，随染色单体分离而分开。( )
×
√
早在1966年，日本科学家冈崎提出DNA半不连续复制假说：DNA复制形成互补子链时，一条子链是连续形成，另一条子链不连续即先形成短链片段(如图1)。为验证这一假说，冈崎进行了如下实验：让T4噬菌体在20 ℃时侵染大肠杆菌，70 min后，将同位素3H标记的脱氧核苷酸添加到大肠杆菌的培养基中，在2 s、7 s、15 s、30 s、60 s、120 s后，分离T4噬菌体DNA并通过加热使DNA分子变性、全部解螺旋，再进行密度梯度离心，以DNA单链片段分布位置确定片段大小(分子越小离试管口距离越近)，并检测相应位置DNA单链片段的放射性，结果如图2。
(1)以3H标记的脱氧核苷酸添加到大肠杆菌的培养基中，最终在噬菌体DNA中检测到放射性，其原因是____________________________
__________________________________。
(2)图2中，与60 s结果相比，120 s结果中短链片段减少的原因是________________________，该实验结果为冈崎假说提供的有力证据是_______________________________________________。
标记的脱氧核苷酸被大肠杆菌吸收, 为噬菌体DNA复制提供原料
短链片段连接形成长片段
在实验时间内，细胞中均能检测到较多的短链片段
1．(2022·海南卷)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)：
1
证明DNA半保留复制的实验及分析
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复制方式
一定是分散复制
D．若DNA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 [第一代细菌DNA离心后，试管中出现1条中带，则可以排除全保留复制，但不能确定是半保留复制还是分散复制，继续做第二代DNA密度鉴定，第二代DNA离心后出现1条中带和1条轻带，可以排除分散复制，同时确定是半保留复制，A、B、C错误；若DNA复制方式是半保留复制，继续培养至第三代，形成的子代DNA有两种类型(两条链均为14N和1条链含有14N1条链含有15N)，因此细菌DNA离心后试管中会出现1条中带和1条轻带，D正确。]
2．研究人员将含15N-DNA的大肠杆菌转移到含14NH4Cl的培养液中，培养x分钟后提取子代大肠杆菌的DNA进行热变性处理，然后进行密度梯度离心，离心管中出现的两个条带分别对应图中的两个峰。下列分析正确的是( )
A．热变性处理导致DNA分子中的磷酸二酯键断裂
B．根据条带的位置和数目可以判断DNA的复制方式
C．根据实验结果推测x分钟内大肠杆菌细胞最多分裂一次
D．未经热变性处理的子代DNA进行密度梯度离心后也能出现两个
条带
√
C [热变性处理导致DNA分子中的氢键断裂，A错误；试管中分别是15N-DNA单链、14N-DNA单链，不能看出子代DNA的结构，不能说明DNA复制是半保留复制还是全保留复制，B错误；从15N-DNA单链、14N-DNA单链的含量相等可知，DNA只复制了一次，DNA在细胞分裂的间期进行复制，因此细胞最多分裂一次，C正确；未经热变性处理的子代DNA分子两条链由氢键相连，所以密度梯度离心后在离心管中只出现一个条带，D错误。]
3．(2025·广东多校联考)梅塞尔森发现DNA半保留复制的实验被称为“生物学中最漂亮的实验”。下列有关该实验的叙述，错误的是( )
A．DNA双螺旋结构的发现为该实验提供了理论基础
B．放射性同位素检测技术为实验结果检测提供了技术手段
C．密度梯度离心为DNA分子在试管分层提供了有效方法
D．假说—演绎法为该实验的研究过程提供了科学的思维方法
2
DNA复制的过程和特点
√
B [DNA双螺旋结构的发现是该实验提出假说的依据，因此能为该实验提供必要的理论基础，A正确；梅塞尔森和斯塔尔将15N标记的大肠杆菌转移到14N的普通培养液中培养，收集大肠杆菌并提取DNA，对其进行密度梯度离心，15N不具备放射性，因此不需要用放射性同位素检测技术进行检测，B错误；该实验利用密度梯度离心技术让不同密度的DNA分层，从而证明了半保留复制，因此密度梯度离心为DNA分子在试管分层提供了有效方法，C正确；梅塞尔森和斯塔尔在实验之前进行演绎推理，观察到与演绎一致的预期现象后，实验证明了“DNA的半保留复制”，因此假说—演绎法为该实验的研究过程提供了科学的思维方法，D正确。]
4．(2025·广东江门模拟)下图为某DNA复制过程的部分图解，其中rep蛋白具有解旋的功能，冈崎片段是新合成的不连续的DNA片段。下列相关叙述正确的是( )
A．rep蛋白的作用是破坏A与C、T与G之间的氢键
B．冈崎片段连接成子链的过程需要RNA聚合酶
C．子链的延伸方向与复制叉的移动方向一致
D．推测DNA单链结合蛋白可防止DNA单链之间重新配对
√
D [rep蛋白的作用是破坏A与T、C与G之间的氢键，A错误；冈崎片段为两段DNA链，需要DNA连接酶进行催化连接成子链，B错误；DNA子链延伸的方向是5′→3′，两条子链中一条的合成方向与复制叉的移动方向一致，另一条的合成方向与复制叉的移动方向相反，C错误；DNA单链结合蛋白缠绕在DNA单链上，故可推测DNA单链结合蛋白可防止DNA单链之间重新配对，D正确。]
5．利用农杆菌转化法，将含有基因修饰系统的T-DNA插入水稻细胞M的某条染色体上，在该修饰系统的作用下，一个核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培育成幼苗甲。下列叙述错误的是( )
A．甲的每一个体细胞中都含有T-DNA
B．甲成熟后自交，子一代中含T-DNA的植株占3/4
C．细胞M经3次有丝分裂后，脱氨基位点为A—U的细胞占1/8
D．细胞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
3
DNA复制的相关计算
√
D [幼苗甲是由细胞M利用植物培养技术形成的，在形成过程中没有DNA的丢失，由于T-DNA插入水稻细胞M的某条染色体上，M细胞含有T-DNA，因此甲的每一个体细胞中都含有T-DNA，A正确；甲植株的一条染色体中含有T-DNA，可以记为A，甲植株关于是否含有T-DNA的基因型记为Aa，甲成熟后自交，则子代中相关的基因型为AA∶Aa∶aa＝1∶2∶1，子一代中有3/4的植株含T-DNA，B正确；M经3次有丝分裂后，形成的子细胞有8个，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A—U，脱氨基位点为A—U的细胞占1/8，脱氨基位点为A—T的细胞占3/8，C正确、D错误。]课时分层作业(二十五) DNA的结构、复制和基因的本质
1．下图是某DNA片段的结构示意图，下列叙述正确的是( )
A．图中①是氢键，②是脱氧核苷酸链的5′端，③是3′端
B．DNA分子中A＋T含量高时稳定性较高
C．磷酸与脱氧核糖交替排列构成DNA分子的基本骨架
D．a链、b链方向相同，a链与b链的碱基互补配对
C [图中①是氢键，②是脱氧核苷酸链的3′端，③是5′端，A错误；碱基A和T之间有两个氢键，碱基G和C之间有三个氢键，因此G＋C含量高时DNA分子的稳定性较高，B错误；磷酸与脱氧核糖交替排列构成DNA分子的基本骨架，C正确；DNA分子的两条链反向平行，a链与b链反向平行且碱基互补配对，D错误。]
2．(2021·广东卷)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；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。]
3．大多数真核生物的DNA在复制时会出现多个复制泡，每个复制泡的两端有2个复制叉，复制叉的延伸方向如图所示。已知复制时DNA聚合酶只能沿模板链的3′→5′方向移动，下列说法错误的是( )
A．图中DNA的复制为双向半保留复制
B．多起点复制加快了DNA的复制速度
C．复制泡3的DNA复制早于复制泡1
D．子链的延伸方向与复制叉的推进方向相同
D [由题图复制泡的走向可知，DNA复制时以每条链为模板，沿模板链的3′→5′方向移动，图中DNA的复制为多起点不连续双向半保留复制，A正确；多起点复制加快了DNA的复制速度，B正确；根据复制泡的大小可以看出，复制泡3的DNA复制早于复制泡1，C正确；DNA聚合酶只能沿模板链的3′→5′方向移动，两条子链的延伸方向相反，其中一条子链与复制叉的推进方向相反，D错误。]
4．真核生物的DNA分子中有多个复制起始位点，可以大大提高DNA复制速率。某科研团队通过研究揭示了一种精细的DNA复制起始位点的识别调控机制。下列叙述正确的是( )
A．DNA复制起始位点是解旋酶与DNA的初始结合位点
B．DNA的两条链在复制起始位点解旋后都可以作为转录的模板
C．DNA复制时只能是从复制起始位点开始同时向同一个方向进行
D．将外源的尿嘧啶类似物掺入新合成的DNA链中可鉴定复制起始位点
A [DNA解旋成为单链之后才能开始复制，而解旋酶的作用是使DNA双链中氢键打开，因此，DNA复制起始位点是解旋酶与DNA的初始结合位点，A正确；转录是以DNA的模板链为模板进行的，B错误；DNA复制时可能是从复制起始位点开始同时向两个方向进行，而且表现为多起点复制，进而提高了DNA分子的合成效率，C错误；尿嘧啶不是组成DNA的碱基，故不能将其类似物掺入新合成的DNA链中鉴定复制起始位点，D错误。]
5．羟胺可使胞嘧啶转化为羟化胞嘧啶从而与腺嘌呤配对。一个精原细胞在进行DNA复制时，一个DNA分子中有两个胞嘧啶发生了羟化。下列叙述错误的是( )
A．该细胞进行两次有丝分裂后，有一个或两个子细胞中含有羟化胞嘧啶
B．该细胞产生的初级精母细胞中四条姐妹染色单体含有羟化胞嘧啶
C．不能通过光学显微镜检测突变位点的位置
D．胞嘧啶发生羟化的DNA分子中，嘌呤与嘧啶的含量相等
B [一个DNA分子中有两个胞嘧啶发生羟化，若这两个发生羟化的胞嘧啶位于DNA分子的一条链上，则进行两次有丝分裂后，只有一个子细胞中含有羟化胞嘧啶，若这两个发生羟化的胞嘧啶位于DNA分子的两条链上，则进行两次有丝分裂后，有两个子细胞中含有羟化胞嘧啶，A正确；由于DNA分子具有半保留复制的特点，若一个精原细胞在进行DNA复制时，一个DNA分子中有两个胞嘧啶发生羟化，则形成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，不可能四条姐妹染色单体含有羟化胞嘧啶，B错误；基因突变在光学显微镜下观察不到，C正确；由于羟化胞嘧啶依然是与嘌呤配对，因此胞嘧啶发生羟化的DNA分子中嘌呤与嘧啶的含量相等，D正确。]
6．科学家将大肠杆菌置于含15N的培养液中培养若干代，使其DNA双链均被含15N标记后，转至含14N的培养液中培养，每30 min繁殖一代，下列有关叙述错误的是( )
A．若DNA是全保留复制，90 min后含15N标记的DNA占1/8
B．若DNA是半保留复制，90 min后含15N标记的DNA占1/4
C．大肠杆菌的DNA复制过程需要DNA聚合酶、脱氧核苷酸等物质参与
D．大肠杆菌的拟核DNA中有两个游离的磷酸基团，且嘌呤数等于嘧啶数
D [90 min DNA复制3次，产生的DNA分子共23＝8个，若DNA是全保留复制，则被标记的DNA只有1个，所以90 min后含15N标记的DNA占1/8，A正确；90 min DNA复制3次，产生的DNA分子共23＝8个，若DNA是半保留复制，则被标记的DNA有2个，90 min后含15N标记的DNA占1/4，B正确；DNA复制条件：模板(DNA的双链)、能量(ATP水解提供)、酶(解旋酶和DNA聚合酶等)、原料(游离的脱氧核苷酸)，C正确；大肠杆菌的拟核DNA是环状DNA分子，没有游离的磷酸基团，根据碱基互补配对原则，嘌呤数等于嘧啶数，D错误。]
7．某研究小组进行“探究DNA复制方式”的实验，结果如图所示。其中培养大肠杆菌的唯一氮源是14NH4Cl或15NH4Cl，a、b、c表示离心管编号，条带表示大肠杆菌DNA离心后在离心管中的位置分布。下列叙述错误的是( )
A．本实验所用的技术包括同位素标记技术和密度梯度离心技术
B．大肠杆菌在15NH4Cl培养液中培养多代后可得到a管所示结果
C．c管的结果表明该管中大肠杆菌的DNA包括14N/15N及15N/15N
D．本实验可证明DNA分子的复制方式为半保留复制
C [a管中条带为重带(15N/15N)，b管中条带为中带(14N/15N)，c管中条带为轻带(14N/14N)和中带(14N/15N)。由题干信息“培养大肠杆菌的唯一氮源是14NH4Cl或15NH4Cl”“条带表示大肠杆菌DNA离心后在离心管中的位置分布”可知，本实验所用技术包括同位素标记技术和密度梯度离心技术，A正确；大肠杆菌在带15N标记的培养液中培养多代后，根据DNA半保留复制的特点，绝大部分条带为15N/15N，即重带，B正确；c管中的条带包括一条中带和一条轻带，即DNA包括14N/15N和14N/14N，C错误；据图可知，整个实验中的DNA经离心后，出现15N/15N、14N/15N和14N/14N三种条带，可证明DNA分子的复制方式为半保留复制，D正确。]
8．(2021·山东卷)我国考古学家利用现代人的DNA序列设计并合成了一种类似磁铁的“引子”，成功将极其微量的古人类DNA从提取自土壤沉积物中的多种生物的DNA中识别并分离出来，用于研究人类起源及进化。下列说法正确的是( )
A．“引子”的彻底水解产物有两种
B．设计“引子”的DNA序列信息只能来自核DNA
C．设计“引子”前不需要知道古人类DNA序列
D．土壤沉积物中的古人类双链DNA可直接与“引子”结合从而被识别
C [根据题意分析“引子”是一段DNA序列，彻底水解产物有磷酸、脱氧核糖和四种含氮碱基，共六种产物，A错误；由于线粒体中也含有DNA，因此设计“引子”的DNA序列信息还可以来自线粒体DNA，B错误；根据题干信息利用现代人的DNA序列设计并合成了“引子”，说明设计“引子”前不需要知道古人类的DNA序列，C正确；土壤沉积物中的古人类双链DNA需要经过提取，且在体外经过加热解旋后，才能与“引子”结合，而不能直接与引子结合，D错误。]
9．斑点印迹杂交是一种简单的DNA分子杂交技术，其技术流程如图。据此分析，下列说法正确的是( )
A．放射性自显影技术可显示原培养皿中含目的基因的菌落位置
B．p和q片段能够杂交的主要原因是两单链的碱基排列顺序相同
C．p和q片段的杂交双链区域形成过程中有氢键和磷酸二酯键生成
D．斑点印迹杂交技术可用于检测目的基因是否在受体细胞中成功表达
A [斑点印迹杂交技术是将目的基因片段用放射性同位素或荧光进行标记，与受体细胞的基因组DNA进行杂交，如果目的基因整合到受体细胞上，那么标记基因就会与其结合，通过放射性自显影就可以检测出整合有目的基因的受体细胞，所以该技术可以显示原培养基中含目的基因的菌落位置，A正确；p和q片段能够杂交是因为两单链的碱基可以互补配对，B错误；在杂交过程中，双链区域会有氢键形成，但不会形成磷酸二酯键，C错误；斑点印迹杂交是一种简单的DNA分子杂交技术，该技术可以检测目的基因的导入和转录，但无法用于检测目的基因是否在受体细胞中成功表达，D错误。]
10．噬菌体ΦX174的遗传物质是单链环状DNA分子(正链)。感染宿主细胞时，首先合成其互补的负链，形成闭合的双链DNA分子，之后正链发生断裂，产生3′—OH端，再以此为引物，以未断裂的负链为模板，在DNA聚合酶的作用下使3′—OH端不断延伸。延伸出的长链可切割、环化产生很多拷贝的环化正链，进而与噬菌体的蛋白质颗粒组装产生子代噬菌体。其部分过程如下图所示。
下列说法正确的是( )
A．噬菌体ΦX174中嘌呤碱基与嘧啶碱基数量相等
B．以正链为模板合成双链DNA分子时需要解旋酶参与
C．噬菌体ΦX174的DNA复制方式可称作半保留复制
D．该过程表明可以只以一条链为模板进行DNA的合成
D [噬菌体ΦX174的遗传物质是单链环状DNA分子，单链结构中嘌呤碱基与嘧啶碱基数量不一定相等，A错误；以正链为模板合成双链DNA分子时，正链是单链不需要解旋酶参与，B错误；DNA分子的半保留复制是复制完成后的子代DNA分子的核苷酸序列均与亲代DNA分子相同，但子代DNA分子的双链一条来自亲代，另一条为新合成的链，而噬菌体ΦX174的遗传物质是单链环状DNA分子，所以噬菌体ΦX174的DNA复制方式不是半保留复制，C错误；据题图分析，该过程表明可以只以一条链为模板进行DNA的合成，D正确。]
11．早期，科学家对DNA分子复制方式的预测如图甲所示，1958年，科学家以大肠杆菌为实验材料，设计了一个巧妙的实验，证实了DNA以半保留的方式复制。试管②③④⑤是模拟实验中可能出现的结果(如图乙)。回答下列问题。
培养过程：
Ⅰ.在含15N的培养液中培养若干代，使DNA双链均被15N标记(试管①)。
Ⅱ.转至含14N的培养液中培养，每30 min复制一代。
Ⅲ.取出每代DNA的样本离心，记录结果。
(1)本实验运用的主要技术为__________________________________________，
步骤Ⅰ的目的是标记大肠杆菌中的________；至少需要______min才会出现试管④的结果。
(2)30 min后离心只有1条中等密度带(如试管③所示)，则可以排除DNA复制的方式是______________;为进一步确定DNA复制的方式，科学家对结果③中的DNA分子用解旋酶处理后离心，若出现____________________________，则DNA复制的方式为半保留复制。
(3)若某次实验的结果中，中带比以往实验结果所呈现的略宽，其原因可能是新合成的DNA单链中N仍有少部分为________。
解析：(1)本实验运用的主要技术为同位素标记技术(和离心技术)，步骤Ⅰ的目的是标记大肠杆菌中的DNA。出现试管④的结果至少需要DNA复制两次，每次复制的时间为30 min，因此至少需要60 min才会出现试管④的结果。(2)复制一代后离心只有1条中等密度带，说明DNA复制方式不是全保留复制。如果DNA的复制方式为分散复制，则每一条脱氧核苷酸链既保留母链部分又有子链部分，则可能出现不了清晰的条带，而半保留复制能出现清晰的重带和轻带两种条带。(3)若中带比以往实验结果所呈现的略宽，其原因可能是新合成的DNA单链中N仍有少部分为15N。
答案：(1)同位素标记技术(和离心技术) DNA 60 (2)全保留复制 重带和轻带两种条带 (3)15N
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