高中人教版生物必修2同步作业-第3章 第3节 DNA的复制（有解析）

第3章 第3节 DNA的复制
一、单选题
1．继沃森和克里克提出DNA的双螺旋结构模型后，科学家梅塞尔森和斯塔尔又以大肠杆菌为实验材料探究了DNA复制的方式，下列相关叙述错误的是（ ）
A．沃森和克里克根据DNA双螺旋结构提出了半保留复制假说
B．梅塞尔森和斯塔尔使用了放射性同位素标记法和离心技术
C．如何区分亲代与子代的DNA是上述实验成功的关键
D．梅塞尔森和斯塔尔运用演绎推理预测DNA复制第一代均为14N/15N
2．如图表示洋葱根尖分生区某细胞内正在发生的某种生理过程，图中甲、乙、丙均表示DNA分子，a、b、c、d均表示DNA的一条链，A、B表示相关酶。下列相关叙述不正确的是（ ）
A．图中酶A是解旋酶，酶B是DNA聚合酶
B．若图示过程发生在细胞核内，乙、丙分开的时期为有丝分裂后期或减数第二次分裂的后期
C．若该DNA分子含500个碱基对，其中鸟嘌呤200个，第三次复制时需要消耗游离的腺嘌呤脱氧核苷酸1200个
D．b和d的碱基排列顺序相同
3.DNA两条链可依据链末端游离的3＇碳原子和5＇碳原子进行区别。下列相关叙述错误的是( )
A.DNA两条链通过氢键连接，复制时两条链均作为模板
B.DNA复制的方向是按5＇→3＇进行的，此过程需要消耗能量
C.DNA聚合酶作用下DNA的两条子链进行连续复制
D.DNA复制的特点是边解旋边复制和半保留复制
4．某DNA分子中，共有碱基对m个，其中一条链中腺嘌呤占该链的20%，整个DNA分子中腺嘌呤占比25%。该DNA分子在第4次复制过程中，一个DNA分子的一条链中碱基A替换为碱基G，其他链的碱基未发生改变，下列叙述错误的是（ ）
A．该DNA分子另一条链中，腺嘌呤占该链的30%
B．碱基替换之前，该DNA片段复制3次，共需要消耗游离的腺嘌呤4m个
C．替换碱基后的DNA分子热稳定性增强
D．发生碱基替换的DNA分子经过n次复制产生的子代DNA中，替换位点为G-C的DNA占1/2
5．用3H标记胸腺嘧啶后合成脱氧核苷酸,注入真核细胞,可用于研究(　　)
A.DNA复制的场所 B.RNA的合成 C.分泌蛋白的运输 D.细胞膜脂质的流动
6．现有DNA分子的两条单链均只含有14N（表示为14N14N）的大肠杆菌，在含15N的培养基中繁殖三代，则理论上DNA分子的组成类型和比例分别是
A．14N15N和15N15N，1:3 B．14N15N 和15N15N，3:1 C．15N15N和14N14N，1:3 D．14N15N和14N14N，3:1
7．在DNA 复制开始时，将大肠杆菌放在含低剂量 H标记的脱氧胸苷( H-dT)的培养基中， H-dT可掺入正在复制的DNA分子中，使其带有放射性标记。几分钟后，将大肠杆菌转移到含高剂量 H-dT 的培养基中培养一段时间。收集、裂解细胞，抽取其中的DNA 进行放射性自显影检测，结果如图所示。据图可以得出的结论是（ ）
A．复制起始区在高放射性区域 B．DNA 复制为半保留复制
C．DNA 复制从起始点向两个方向延伸 D．DNA 复制时子链延伸的方向是5＇→3＇端
8．如图表示细胞中DNA复制的部分过程，图中虚线表示复制起点，该位置一般A、T含量较高。泡状结构叫作DNA复制泡，是DNA上正在复制的部分，下列分析错误的是（ ）
A．复制起点一般A、T含量较高，易解旋
B．图中表示3＇端的是b和d，表示5＇端的是a和c
C．在DNA聚合酶的参与下脱氧核苷酸会被添加到子链的5＇端
D．图中两个复制泡中复制起始更早的是大复制泡
9．科学家曾提出DNA复制的三种假说：全保留复制、半保留复制和分散复制。为了探究DNA复制的方式，科学家以大肠杆菌为实验材料，进行了如下实验，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
10.用3H标记的脱氧核苷酸培养未被标记的大肠杆菌时，新合成的DNA单链可被3H标记。经特殊方法显色，DNA双链都被标记、只有一条单链被标记、两条链都没有被标记的DNA区段的显色结果分别是深色、浅色、不显色。该培养条件下DNA进行第3次复制时，下图虚线圈出亲代和子代DNA部分区段，亲代和子代区段的显色情况是（ ）
A．“不显色、浅色和浅色”
B．“浅色、浅色和深色”或“不显色、不显色和深色”
C．“深色、深色和深色”
D．“浅色、浅色和深色”或“深色、深色和深色”
二、多选题
11．DNA复制始于基因组中的复制起点，即启动蛋白的靶标位点。一旦复制起点被识别，启动蛋白就会募集其他蛋白质一起形成前复制复合物，从而解开双链DNA，形成复制叉。DNA复制时，往往以复制起点为中心，向两个方向进行复制。关于DNA复制过程中两条子链是如何延伸的，有观点认为延伸方向与解链方向相反的短片段子链需要由DNA连接酶连接。据图分析，下列相关叙述正确的是（ ）
DNA聚合酶不能从头合成DNA子链
B．以甲链作为模板合成的新链和乙链的嘌呤比例不同
C．甲链的a端和乙链的d端各有一个游离的磷酸基团
D．甲链对应的完整子链的合成至少需要两种酶催化
12.利用现代生物技术，将含有基因修饰系统的T-DNA插入水稻受精卵的某条染色体上,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,脱氨基过程在受精卵中只发生一次。该受精卵经过分裂和分化后形成植株N。下列说法错误的是(　　)
A.N的每一个细胞中都含T-DNA
B.N自交,子一代中含T-DNA的植株占3/4
C.受精卵经n(n≥1)次有丝分裂后,脱氨基位点为A-U的细胞占1/2n-1
D.受精卵经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
三、非选择题
13．DNA的复制是一个重要的生理过程，请结合所学知识回答下列有关问题：
（1）DNA的复制方式是____________________。DNA的复制是指______________________________
__________________。DNA复制时DNA聚合酶的作用是______________________________________
_______________，除此之外，复制还需要的条件有_________________________________________
_____________________。
（2）真核生物的核DNA复制发生在_______________________________时期，在绿色植物幼叶细胞中进行复制的场所有______________________________________________________，DNA复制的意义在于________________________________________________________________________________
________________________。
（3）若用1个32P标记的噬菌体侵染未标记的大肠杆菌释放出300个子代噬菌体。其中含有32P的噬菌体所占的比例是______________。若亲代DNA分子含有100个碱基对，将该DNA分子放在含有用32P标记的脱氧核苷酸培养液中复制一次，则子代DNA分子的相对分子质量比原来增加___________。
14.DNA超螺旋是在DNA双螺旋结构的基础上进一步螺旋化形成的螺旋结构。DNA超螺旋模式图、某DNA分子复制的过程分别如图1、图2所示。回答下列问题：
（1）超螺旋DNA分子的一条单链中相邻的碱基通过_________________________________相连接；这种连接方式的意义为____________________________________________________________。
（2）与双螺旋DNA相比，超螺旋DNA___________（填“有利于”或“不利于”）DNA进行复制，原因是______________________________________________________________________________。
（3）图2中前导链与后随链的延伸方向均为__________（填“3＇→5＇”或“5＇→3＇”）；若前导链的碱基组成是5＇-ATCGGCTA-3＇，则其模板链的碱基组成是_________________________，真核生物在DNA复制过程中往往会形成多个复制叉，其目的是_____________________________。
15.将一个双链DNA分子的一端固定于载玻片上,置于含有荧光标记的脱氧核苷酸的体系中进行复制。甲、乙和丙分别为复制过程中3个时间点的图像,①和②表示新合成的单链,①的5＇端指向解旋方向,丙为复制结束时的图像。该DNA复制过程中可观察到单链延伸暂停现象,但延伸进行时2条链延伸速率相等，如图1所示。图2中虚线表示DNA复制原点（启动DNA复制的特定序列）所在位置；泡状结构叫作DNA复制泡，是DNA上正在复制的部分。回答下列问题：
根据图1分析，发生了延伸暂停现象的是_______（填“①”、“②”或“①和②”），丙时①中A、T之和与②中A、T之和一定相等，原因是__________________________________________
____________________________________________________________________________________。
（2）图1中，②延伸的方向为_____________，其模板链______端指向解旋方向。
（3）通常DNA分子复制从一个复制起始点开始，有单向复制和双向复制（如图2）。放射性越高的3H-胸腺嘧啶脱氧核糖核苷（3H-脱氧胸苷）在放射自显影技术的图像上感光还原的银颗粒密度越高。请利用放射性自显影技术、低放射性3H-脱氧胸苷和高放射性3H-脱氧胸苷，设计实验探究大肠杆菌DNA复制的方向，实验思路：复制开始时，首先用含低放射性3H-脱氧胸苷培养基培养大肠杆菌、一段时间后转移到_______________________________________的培养基中继续培养，用放射自显影技术观察__________________________________________________________________。
预测实验结果和得出结论；
①若______________________________________________________________________________，则DNA分子复制为单向复制；
②若______________________________________________________________________________，则DNA分子复制为双向复制。
【答案】B
【解析】A、沃森和克里克根据DNA双螺旋结构，提出了遗传物质自我复制的假说，即半保留复制假说，A正确；B、梅塞尔森和斯塔尔的实验过程使用了同位素标记法和离心技术，被标记的14N和15N是稳定性同位素，不具有放射性，B错误；C、如何区分亲代与子代的DNA是梅塞尔森和斯塔尔的实验是否成功的关键，C正确；D、根据实验过程分析，梅塞尔森和斯塔尔推测，若DNA复制方式为半保留复制，则含有15N的大肠杆菌复制一次后，子代DNA均为14N/15N，D正确。
2．【答案】B
【解析】图示为DNA的复制过程，A为解旋酶，B为DNA聚合酶。A、图中酶A为解旋酶，能使DNA分子解开双螺旋，酶B为DNA聚合酶，在合成c链的过程中发挥作用，A正确；B、该图表示洋葱根尖分生区某细胞只进行有丝分裂，乙、丙分开的时期为有丝分裂后期，B错误；C、该DNA分子含500个碱基对，其中鸟嘌呤200个，由于G=C=200，A=T，所以腺嘌呤为300个，第三次复制合成了23-22=4个DNA，需要消耗游离的腺嘌呤脱氧核苷酸300×4=1200个，C正确；D、a和d互补，a和b互补，所以b和d的碱基排列顺序相同，D正确。
3．【答案】C
【解析】DNA两条链通过氢键连接，复制时两条链均作为模板，A正确。DNA两条链复制的方向都是按5＇→3＇进行的，DNA复制过程需要消耗能量，B正确；DNA复制时一条链是连续的，另外一条链不是连续的，C错误；DNA复制是边解旋边复制且是半保留复制，D正确。
4．【答案】B
【解析】A、整个DNA分子中腺嘌呤A占比25%，则整个DNA中的胸腺嘧啶T占比是25%，则整个DNA中A和T占比是50%，由于整个DNA中A和T占比和单链中两者的占比相同，一条链中腺嘌呤占该链的20%，则该链中胸腺嘧啶T=50%-20%=30%，该DNA分子另一条链中，腺嘌呤与该链的胸腺嘧啶相等，比例是30%，A正确；
B、该DNA分子中共有碱基对m个，即2m个碱基，DNA中腺嘌呤占25%，有腺嘌呤m/2个，碱基替换之前，该DNA片段复制3次，共需要消耗游离的腺嘌呤（23-1）×m/2=7/2m=3.5m个，B错误；
C、DNA分子中A与T之间有2个氢键，G与C之间有3个氢键，一个DNA分子的一条链中碱基A替换为碱基G，突变后的DNA分子热稳定性增强，C正确；
D、一个DNA分子的一条链中碱基A替换为碱基G，即出错后的DNA片段一条链发生了变化，另一条链并未发生变化，所以复制n次，变化的DNA 和未改变的DNA各占一半，替换位点为G-C的DNA占1/2，D正确。
5.【答案】A　
【解析】脱氧核苷酸是DNA复制的原料,故用3H标记的胸腺嘧啶合成脱氧核苷酸,注入真核细胞后可以用于研究DNA复制的场所,A正确，B、C、D错误。
6.【答案】A
【解析】若DNA分子的两条单链均只含有14N（表示为14N14N），则在含15N的培养基中繁殖三代后，得到8个DNA分子，由于DNA是半保留复制，故8个DNA分子中，有两个DNA分子的两条单链为14N15N，6个DNA分子的两条单链为15N15N，故二者比例为1:3 ，答案为A。
7．【答案】C
【解析】A、根据放射性自显影结果可知，中间低放射性区域是复制开始时在含低剂量3H标记的脱氧胸苷(3H-dT)的培养基中进行复制的结果，因此复制起始区在低放射性区域，A错误；
B、放射性自显影检测无法判断DNA两条链上的放射性情况，因此不能得出DNA复制为半保留复制，B错误；
C、中间为低放射性区域，两边为高放射性区域，说明DNA复制从起始点向两个方向延伸，C正确；
D、据图不可以得出DNA 复制时子链延伸的方向是5'→3'端，D错误。
8．【答案】C
【解析】A、A与T之间有2个氢键，G与C之间有3个氢键，复制起点一般A、T含量较高，氢键数量较少，易解旋，A正确；
B、DNA分子复制时，子链只能由5'端向3'端延伸，且模板链与子链反向平行，据图中箭头DNA子链延伸方向可知，表示3'端的是b和d，表示5'端的是a和c，B正确；
C、图示过程中需要DNA聚合酶的参与，该酶的作用是催化磷酸二酯键的形成，在DNA聚合酶的参与下，脱氧核苷酸会被添加到子链的3'端，C错误；
D、图中过程具有多个DNA复制泡，是多起点复制，图中两个复制泡中复制起始更早的是大复制泡，9.【答案】D
【解析】DNA的复制是半保留复制，即以亲代DNA分子的每条链为模板，合成相应的子链，子链与对应的母链形成新的DNA分子，这样一个DNA分子经复制形成两个子代DNA分子，且每个子代DNA分子都含有一条母链。将DNA被15N标记的大肠杆菌移到14N培养基中培养，因合成DNA的原料中含14N，所以新合成的DNA链均含14N。根据半保留复制的特点，第一代的DNA分子应一条链含15N，一条链含14N。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，但不能肯定是半保留复制或分散复制，继续做子代ⅡDNA密度鉴定，若子代Ⅱ可以分出一条中密度带和一条轻密度带，则可以排除分散复制，同时肯定是半保留复制，ABC错误；D、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只有两条链均为14N，或一条链含有14N一条链含有15N两种类型，因此细菌DNA离心后试管中只会出现1条中带和1条轻带，D正确。
10.【答案】D
【解析】DNA的复制方式为半保留复制，即DNA 在进行复制的时候链间氢键断裂，双链解旋分开，每条链作为模板在其上合成互补链，经过一系列酶（DNA聚合酶、解旋酶、链接酶等）的作用生成两个新的DNA分子。新合成的DNA单链被3H标记，经特殊方法显色，DNA双链都被标记、只有一条单链被标记、两条链都没有被标记的DNA区段的显色结果分别是深色、浅色、不显色，第一次复制后，每个DNA分子均会显色浅色，第二次复制后，有一半为浅色，一半为深色，若浅色的DNA为亲代DNA，复制后亲代和子代区段的显色为浅色、深色，若深色DNA为亲代DNA，复制后亲代和子代区段的显色为深色，故下图虚线圈出亲代和子代DNA部分区段显色情况是“浅色、浅色和深色”或“深色、深色和深色”，ABC错误，D正确。
11.【答案】ACD
【解析】A、DNA复制时，DNA聚合酶不能从头合成子链，只能在子链末端添加游离的脱氧核苷酸，A正确；
B、以甲链作为模板合成的新链和乙链序列完全一样，和乙链的嘌呤比例相同，B错误；
C、DNA每条链的5'端为游离的磷酸基团，结合题干分析，a和d端均为单链的5'端，各有一个游离的磷酸基团，C正确；
D、根据题意，催化与甲链对应的完整子链的合成至少需要两种酶，包括DNA聚合酶和DNA连接酶等，D正确。
12.【答案】CD
【解析】植株N是由受精卵经分裂和分化得到的,所以植株N每个细胞中都含有T-DNA,A正确;T-DNA插到了受精卵的一条染色体上,所以该细胞相当于杂合子,N自交,子一代中含T-DNA的植株占3/4,B正确;受精卵经过n次有丝分裂,形成2n个细胞,C变为U只发生在受精卵的一条DNA链上,故A-U只存在于一个细胞中,因此最终脱氨基位点为A-U的细胞占1/2n,C错误;受精卵经3次有丝分裂产生的所有细胞中都含有T-DNA,经1次有丝分裂后一个细胞中的脱氨基位点为U-A,另一个细胞中对应的碱基位点为G-C,经2次有丝分裂后得到的4个细胞中,2个细胞分别具有脱氨基位点U-A、A-T,其余细胞对应碱基位点分别为G-C、C-G,经3次有丝分裂后得到的8个细胞中,4个细胞分别具有脱氨基位点U-A、A-T、A-T、T-A,其余细胞对应碱基位点分别为G-C、C-G、G-C、C-G,故细胞M经3次有丝分裂后,含有T-DNA且脱氨基位点为A-T的细胞占3/8,D错误。
13．【答案】
半保留复制 以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程 将游离的脱氧核苷酸连接到子链的端 模板、原料、能量、解旋酶等
细胞分裂前的间期 细胞核、线粒体、叶绿体 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
1/150 100
【解析】
DNA分子的复制方式是半保留复制。复制是指以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。在DNA复制时，解旋酶能将双链解开螺旋，DNA聚合酶的作用是将游离的脱氧核苷酸连接到已有的子链上的端。DNA复制时，需要以亲代DNA的两条母链为模板，利用细胞提供的能量，在解旋酶和DNA聚合酶的作用下，将游离的脱氧核苷酸连接到子链上。因此，除了DNA聚合酶外，DNA复制所需要的条件还有能量、模板、原料和解旋酶等。
DNA的复制，在真核生物中，核DNA是在细胞分裂前的间期进行，随着染色体的复制而完成的。在幼叶中，能进行DNA复制的场所除了细胞核外，还有线粒体和叶绿体。DNA复制的意义在于，通过DAN复制，一个DNA分子就形成了两个完全相同的DNA分子。将遗传信息从亲代DNA传递到了子代DNA，从而保持了遗传信息的连续性。
（3）用32P标记的1个噬菌体侵染大肠杆菌，根据DNA分子半保留复制特点，则新形成的300个噬菌体中有2个含32P，即含有32P的噬菌体占总数的1/150。亲代DNA分子含有100个碱基对，将这个DNA分子放在用32P标记的脱氧核苷酸的培养液中让其复制一次，形成的DNA分子一条链含有31P、另一条含有32P，因此相对分子质量增加了：（100×32+100×31）-100×2×31=100。
14．【答案】
(1)—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖— 确保了DNA分子的稳定性和遗传信息的准确传递
(2)不利于 超螺旋结构比双螺旋结构更为紧密，DNA复制先进行解螺旋，超螺旋的螺旋化加剧，不利于其解旋
(3) 5＇→3＇ 5＇-TAGCCGAT-3＇ 加快复制速率
【解析】（1）脱氧核苷酸通过磷酸二酯键连接形成DNA链，DNA的一条单链中相邻的碱基通过—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—相连接，两条链之间相邻的碱基通过氢键连接。脱氧核糖和磷酸交替连接排列在双螺旋结构的外侧，碱基对排列在内侧，确保了DNA分子的稳定性和遗传信息的准确传递。
（2）DNA超螺旋是在DNA双螺旋结构的基础上进一步螺旋化形成的螺旋结构，结构更复杂，更紧密，DNA复制先进行解螺旋，而超螺旋的螺旋化加剧，不利于其解旋，故不利于DNA进行复制。
（3）由于DNA聚合酶工作的过程中，只能从子链的5＇端向3＇端延伸，因此前导链和后随链的延伸方向都是5＇→3＇。前导链属于新合成的子链，其碱基与模板链的碱基互补配对，子链和模板链反向平行，若前导链的碱基组成是5＇-ATCGGCTA-3＇，则其模板链的碱基组成是5＇-TAGCCGAT-3＇。复制叉代表复制的起点，真核生物在DNA复制过程中往往会形成多个复制叉，其目的是能同时多点复制，能加快复制速率，缩短复制时间。
15．【答案】
①和② 按照碱基互补配对原则,①中A、T之和与②中A、T之和相等
5＇端至3＇端 5＇
（3）含高放射性3H-脱氧胸苷 复制起点和复制起点两侧银颗粒密度情况 复制起点处银颗粒密度低，复制起点的一侧银颗粒密度高 复制起点处银颗粒密度低，复制起点的两侧银颗粒密度高
【解析】据题干信息,在图1中，延伸进行时2条链延伸速率相等,甲时①比②短,说明①在此前延伸时暂停过,而乙时①比②长,说明②在延伸时暂停过,①和②延伸时均存在暂停现象。丙时复制结束,①和②作为该DNA的两条子链等长而且互补,按照碱基互补配对原则,①中A、T之和与②中A、T之和一定相等。（2）DNA子链延伸的方向都是5＇端到3＇端,①和②是一个DNA复制产生的两条子链,二者反向平行,②又和其模板链反向平行,所以②的模板链和①方向相同,都是5＇端指向解旋方向。
（3）依题意可知：该实验的目的是确定大肠杆菌DNA复制的方向。实验原理是：①放射性越高的3H-胸腺嘧啶脱氧核糖核苷(3H-脱氧胸苷)在放射自显影技术的图像上，感光还原的银颗粒密度越高。②3H-脱氧胸苷是DNA复制的原料，依据DNA的半保留复制，利用3H标记的低放射性和高放射性的脱氧胸苷使新形成的同一条DNA子链上出现低放射性区段和高放射性区段。③利用放射性自显影技术，检测子链上银颗粒密度的高低及其分布来判断DNA复制的方向。综上分析可知该实验思路为：复制开始时，首先用含低放射性3H-脱氧胸苷培养基培养大肠杆菌，一段时间后转移到含有高放射性3H-脱氧胸苷的培养基中继续培养，用放射自显影技术观察复制起点和复制起点两侧银颗粒密度情况。故实验思路：复制开始时，首先用含低放射性3H－脱氧胸苷的培养基培养大肠杆菌，一段时间后转移到含有高放射性3H－脱氧胸苷的培养基中继续培养，用放射性自显影技术观察复制起点和复制起点两侧的银颗粒的密度情况。预测实验结果并得出结论：若复制起点处银颗粒密度低，复制起点的一侧银颗粒密度高，则DNA分子复制为单向复制；若复制起点处银颗粒密度低，复制起点的两侧银颗粒密度高，则DNA分子复制为双向复制。