【高考突破方案】专题6 第2讲 DNA的结构 复制和基因的本质 -专题训练（含答案）高考生物一轮复习

第2讲　DNA的结构、复制和基因的本质
一、单项选择题
1．科学家在人体快速分裂的活细胞中（如癌细胞）发现了DNA的四螺旋结构，形成该结构的DNA单链中富含G，每4个G之间通过氢键等作用力形成一个正方形的“G－4平面”，继而形成立体的“G－四联体”（如图），G－四联体存在于调控基因，特别是癌症基因所在的 DNA 区域内。下列叙述中，错误的有几项（　　）
①该结构由两条反向平行的脱氧核苷酸链形成
②用DNA酶可打开该结构中的氢键
③该结构中（A＋G）/（T＋C）的值等于1
④该结构位置的发现可能为癌症靶向治疗提供新的治疗方向
A．一项　　B．二项　　C．三项　　D．四项
【解析】 C　由题干信息和题图可知，该结构由一条脱氧核苷酸链形成，①错误；解旋酶能打开碱基对之间的氢键，用DNA酶破坏的是磷酸二酯键，②错误；DNA双螺旋中（A＋G）/（T＋C）的值始终等于1，而该结构中（A＋G）/（T＋C）的值不一定等于1，③错误；由题干信息可知④正确。故选C。
2．用卡片构建DNA平面结构模型，所提供的卡片类型和数量如下表所示（代表氢键的连接物、脱氧核糖和碱基之间的连接物若干），则所搭建的DNA分子片段最长有多少碱基对（　　）
卡片类型 脱氧 核糖 脱氧核糖和 磷酸连接物 磷酸 碱基种类及数量
A T G C
卡片数量 42 14 100 3 7 6 4
A.4个　　　B．5个　　　C．6　　　D．7
【解析】A　设能搭建含有n个碱基对的DNA分子，则每条单链需要脱氧核糖和磷酸连接物（2n－1）个，即搭建的DNA分子共需脱氧核糖和磷酸连接物（2n－1）×2个，已知脱氧核糖和磷酸连接物有14个，则（2n－1）×2≤14，n≤4，所以最多能搭建出一个有4个碱基对的DNA分子片段，此时，搭建DNA分子平面结构模型所需的脱氧核糖、磷酸和碱基的数量均足够。
3．基因通常是有遗传效应的DNA片段。下列叙述错误的是（　　）
A．DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧
B．DNA分子复制时，首先利用能量在解旋酶的作用下解开双螺旋
C．不同DNA序列经转录和翻译得到不同氨基酸序列的蛋白质
D．以mRNA为模板合成具有一定氨基酸序列的蛋白质的过程称为翻译
【解析】C　脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在DNA分子外侧，构成DNA分子的基本骨架，A正确；DNA分子复制时先解旋，需解旋酶和能量，B正确；由于密码子的简并性，不同DNA序列经转录和翻译也可能得到相同氨基酸序列的蛋白质，C错误；以mRNA为模板合成具有一定氨基酸序列的蛋白质的过程就是翻译，D正确。
4．下图表示DNA复制的过程，结合图示判断，下列有关叙述错误的是（　　）
A．DNA复制过程中首先需要解旋酶破坏DNA双链间的氢键，使两条链解开
B．DNA分子的复制具有双向复制的特点，生成的两条子链的方向相反
C．DNA分子的复制需要DNA聚合酶将单个脱氧核苷酸连接成DNA片段
D．DNA的两条子链都是连续合成的
【解析】D　由图可知，DNA分子的两条链中，一条链的合成是连续的，另一条链的合成是不连续的，D错误。
5．大肠杆菌拟核DNA是环状DNA分子。将无放射性标记的大肠杆菌，置于含3H标记的dTTP的培养液中培养，使新合成的DNA链中的脱氧胸苷均被3H标记。在第二次复制未完成时将DNA复制阻断，结果如图所示。
下列对此实验的理解，错误的是（　　）
A．DNA复制过程中，双链会局部解旋
B．1所示的DNA链被3H标记
C．双链DNA复制仅以一条链作为模板
D．DNA的复制方式是半保留复制
【解析】C　分析第二次复制的图像可知，DNA复制过程中双链会局部解旋，A正确；图中1所示的DNA链是在含3H标记的dTTP 的培养液中合成的，故1所示的DNA链被3H标记，B正确；分析第二次复制的图像，可以看出DNA复制时两条链都可作为模板，C错误；从第一次复制及第二次复制的图像分析可知，DNA复制的方式为半保留复制，D正确。
二、不定项选择题
6．如图为某DNA分子片段，假设该DNA分子中有5 000对碱基，A＋T占碱基总数的34%，若该DNA分子在含14N的培养基中连续复制2次，下列叙述正确的是（　　）
A．复制时作用于③处的酶为DNA聚合酶
B．DNA分子复制2次需游离的胞嘧啶脱氧核苷酸9 900个
C．④处指的是腺嘌呤核糖核苷酸
D．子代中含15N的DNA分子占1/2
【解析】B　复制时作用于③处的酶为解旋酶，A错误；由题意知，DNA分子中A＋T占碱基总数的34%，则C＋G占66%，DNA分子中G＝C＝5 000×2×66%÷2＝3 300（个），该DNA分子复制2次增加3个DNA分子，需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸3 300×3＝9 900（个），B正确；DNA分子的基本单位是脱氧核苷酸，所以④处指的是腺嘌呤脱氧核苷酸，C错误；由题图可知，该DNA分子中的两条链一条含有15N，一条含有14N，若该DNA分子在含14N的培养基中连续复制2次，则形成的4个DNA分子中，只有一个含有15N，即占1/4，D错误。
7．将一个没有放射性同位素32P标记的大肠杆菌（拟核DNA呈环状，共含有m个碱基，其中有a个胸腺嘧啶）放在含有32P－胸腺嘧啶脱氧核苷酸的培养基中培养一段时间，检测到如图Ⅰ、Ⅱ两种类型的DNA（虚线表示含有放射性的脱氧核苷酸链）。下列有关该实验的结果预测与分析，不正确的是（　　）
A．DNA第二次复制产生的子代DNA有Ⅰ、Ⅱ两种类型，比例为1∶3
B．DNA复制后分配到两个子细胞时，其上的基因遵循基因分离定律
C．复制n次需要胞嘧啶的数目是（2n－1）（m－2a）/2
D．复制n次形成的放射性脱氧核苷酸单链为2n＋1－2
【解析】AB　DNA第二次复制产生的子代DNA共4个，有Ⅰ、Ⅱ两种类型，比例为1∶1，A错误。基因分离定律的实质是减数分裂过程中，等位基因随着同源染色体的分开而分离；而DNA复制后分配到两个子细胞属于着丝粒分裂，其上的基因是复制关系，不遵循基因分离定律，B错误。拟核DNA中共含有C＝（m－2a）/2，复制n次需要胞嘧啶的数目是（2n－1）（m－2a）/2，C正确。DNA分子是双链结构，一个不含放射性同位素32P标记的大肠杆菌拟核DNA共2条链，所以复制n次形成的放射性脱氧核苷酸单链为2n＋1－2，D正确。
8.DNA聚合酶不能从头合成DNA，只能从3′端延伸DNA链，因此在复制过程中需要RNA引物，如图表示DNA复制过程。下列相关分析正确的是(　　)
A．DNA复制时存在A、U碱基配对现象
B．DNA复制是多种酶参与的物质合成过程
C．两条子链延伸的方向都是由5′－端到3′－端
D．DNA聚合酶与DNA连接酶的底物相同
【解析】ABC 由于DNA复制过程中需要RNA引物，所以在复制时存在A、U碱基配对现象，A正确；DNA复制是解旋酶、DNA聚合酶等多种酶参与的物质合成过程，B正确；DNA分子的2条链是反向平行的，子链是依据碱基互补配对原则，在DNA聚合酶作用下合成的，其合成方向是从子链5′－端向3′－端延伸，C正确；DNA聚合酶与DNA连接酶的底物不同，前者作用于单个脱氧核苷酸，而后者作用于DNA片段，D错误。
非选择题
9．请回答下列与DNA分子的结构和复制有关的问题：
（1）DNA分子复制的时间是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　，一条脱氧核苷酸链上相邻的碱基靠　　　　　　　　　　　　　　　　　　连接。
（2）在DNA分子模型搭建实验中，如果用一种长度的塑料片代表A和G，用另一种长度的塑料片代表C和T，那么由此搭建而成的DNA双螺旋的整条模型粗细　　　　　，原因是________________________________________________________________________。
（3）7－乙基鸟嘌呤不与胞嘧啶（C）配对而与胸腺嘧啶（T）配对。某DNA分子中腺嘌呤（A）占碱基总数的30%，其中的鸟嘌呤（G）全部被7－乙基化，该DNA分子正常复制产生两个DNA分子，其中一个DNA分子中胸腺嘧啶（T）占碱基总数的45%，另一个DNA分子中鸟嘌呤（G）所占比例为　　　。
（4）请你在下面的框中画出某亲本双链DNA分子连续复制两次后的产物模式图。
【答案】（1）有丝分裂前的间期和减数分裂Ⅰ前的间期　—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—　（2）相同　嘌呤必定与嘧啶互补配对
（3）20%　（4）如图
【解析】（1）DNA分子复制发生在有丝分裂前的间期和减数分裂Ⅰ前的间期。一条脱氧核苷酸链上相邻的碱基靠“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”连接。（2）A、G都为嘌呤碱基，C、T都为嘧啶碱基，根据碱基互补配对原则，一条链中嘌呤碱基只能和另一条链中的嘧啶碱基互补配对，故搭建成的DNA模型粗细相同。（3）据DNA分子中的A占30%，可知T占30%，C占20%，G占20%。当其中的G全部被7－乙基化后，新复制的两个DNA分子中G的比例不变，仍为20%。（4）DNA复制为半保留复制，因此在第二次复制形成的4个DNA分子中，其中2个DNA分子是亲本链和第二次复制子链形成的，另2个DNA分子是第一次复制子链和第二次复制子链形成的。
10.研究发现，在一定范围内，氧气浓度越高，小鼠心肌细胞DNA受到的损伤越严重，心肌细胞增殖能力越弱。某小组为验证上述发现进行了实验，请完善实验思路，预测实验结果并进行分析。（说明与要求：心重体重比和心肌细胞的大小可反映心肌细胞的数量；DNA损伤程度的测量方法不作要求。）
回答下列问题：
（1）完善实验思路
①将生理状况相近的若干胚胎期小鼠均分为A、B、C三组。A组置于高氧环境（100%的氧气浓度）中饲养，B组置于普通环境（21%的氧气浓度）中饲养，C组置于低氧环境（15%的氧气浓度）中饲养。
②一段时间后测定各组小鼠的心肌细胞DNA损伤程度、心重、　　　　　、心肌细胞的大小。
③对所得数据进行统计分析。
（2）预测实验结果（设计一个坐标，用柱形图表示氧气浓度对小鼠心肌细胞DNA损伤程度和增殖能力的影响）。
（3）分析与讨论
①心肌细胞大小的测量需要借助的仪器是　　　　　　。
②DNA的损伤可能会导致　　　　　过程受阻，从而影响心肌细胞增殖能力。
③羊水中的乳鼠心肌细胞增殖能力较强，而出生后的小鼠心肌细胞逐渐丧失增殖能力，原因可能是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
④为了进一步验证氧气浓度与小鼠心肌细胞增殖能力的关系，可在培养液中加入同位素标记的　　　　　　　　　　。预测在低氧状态下心肌细胞中标记物含量较　　　　，而高氧状态下则与之相反。
【答案】（1）体重
（2）
（3）①显微镜　②DNA复制　③羊水中氧气浓度低，出生后空气中氧气浓度高　④胸腺嘧啶脱氧核苷酸　高
【解析】据题可知，该实验的自变量是氧气浓度，因变量是心肌细胞DNA的损伤程度和增殖能力，以心重体重比、心肌细胞大小作为观测指标。（1）该实验的观测指标为心重体重比和心肌细胞的大小，故一段时间后需测定各组小鼠的心肌细胞DNA损伤程度、心重、体重和心肌细胞的大小。（2）预期A组DNA损伤最大，心肌细胞增殖能力最弱；B组DNA损伤较小，心肌细胞增殖能力稍弱；C组DNA损伤最小，心肌细胞增殖能力最强，图见答案。（3）①可借助显微镜测量心肌细胞的大小。②DNA损伤可能会导致DNA复制过程受阻，从而影响心肌细胞增殖能力。③羊水中氧气浓度低，故乳鼠心肌细胞增殖能力较强，出生后空气中氧气浓度高，故心肌细胞逐渐丧失增殖能力。④增殖与DNA复制密切相关，可在培养液中加入同位素标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸，预测在低氧状态下心肌细胞中标记物含量较高，而高氧状态下则相反。