DNA分子的结构、复制以及基因的本质
一、选择题
1．(2019·邯郸模拟)下面关于DNA分子结构的叙述中，错误的是( )
A．每个双链DNA分子含有4种脱氧核苷酸
B．每个脱氧核糖上均连接着1个磷酸和1个碱基
C．每个DNA分子的碱基数＝磷酸数＝脱氧核糖数
D．双链DNA分子中的一段若含有40个胞嘧啶，就一定会同时含有40个鸟嘌呤
答案 B
解析 DNA分子的基本组成单位是脱氧核糖核苷酸，每个DNA分子中通常都会含有四种脱氧核苷酸，A正确；一般情况下，在DNA分子中除了首端和末端各有一个脱氧核糖上连接1个磷酸和1个碱基外，每个脱氧核糖上连接2个磷酸和1个碱基，B错误；1分子脱氧核糖核苷酸由1分子碱基、1分子磷酸和1分子脱氧核糖组成，因此DNA中碱基数＝磷酸数＝脱氧核糖数，C正确；双链DNA分子中胞嘧啶与鸟嘌呤进行碱基互补配对，二者数量相同，因此如果双链DNA分子中的一段若含有40个胞嘧啶，就一定会同时含有40个鸟嘌呤，D正确。
2．(2019·安徽安庆宿松月考)如图为DNA分子的片段，下列相关叙述正确的是( )
A．构成DNA分子的基本单位是⑦
B．RNA聚合酶可以切断⑤
C．复制时DNA聚合酶催化形成①②之间的化学键
D．⑥构成DNA分子的基本骨架
答案 B
解析 图中⑦是脱氧核苷酸单链，构成DNA的基本单位是脱氧核苷酸，应是④，A错误；RNA聚合酶能将DNA解旋，可以切断氢键⑤，B正确；复制时DNA聚合酶催化形成的是两个核苷酸之间的磷酸二酯键，而①②之间的键是同一个核苷酸内的化学键，C错误；⑥是碱基对，脱氧核糖和磷酸交替连接构成DNA的基本骨架，D错误。
3．如图为真核细胞DNA复制过程，下列有关叙述错误的是( )
A．由图示得知，DNA分子复制的方式是半保留复制
B．DNA解旋酶能使DNA双链解旋，且需要消耗ATP
C．从图中可以看出合成两条子链的方向相反
D．DNA在复制过程中先完成解旋，再复制
答案 D
解析 从图中可以看出，DNA分子复制时保留了原来DNA分子中的一条链，这种方式叫做半保留复制，A正确；解旋酶能打开双链间的氢键，使双链DNA解开，需要消耗ATP，B正确；DNA分子的两条链是反向平行的，而复制的时候只能从5′端向3′端延伸，所以两条子链合成方向相反，C正确；DNA在复制过程中，边解旋边进行半保留复制，在较短的时间内形成DNA分子，D错误。
4．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( )
A．粗细相同，因为嘌呤环必定与嘧啶环互补
B．粗细相同，因为嘌呤环与嘧啶环的空间尺寸相似
C．粗细不同，因为嘌呤环不一定与嘧啶环互补
D．粗细不同，因为嘌呤环与嘧啶环的空间尺寸不同
答案 A
解析 根据题意分析可知，因为嘌呤环必定与嘧啶环互补，所以搭建而成的DNA双螺旋的整条模型粗细相同，A正确，B、C、D错误。
5．(2019·石家庄模拟)如图为真核生物染色体上DNA分子复制过程示意图，下列有关叙述错误的是( )
A．图中DNA分子复制是从多个起点同时开始的
B．图中DNA分子复制是边解旋边双向复制的
C．真核生物DNA分子复制过程需要解旋酶
D．真核生物的这种复制方式提高了复制效率
答案 A
解析 由图可看出，此段DNA分子有三个复制起点，但复制的DNA片段的长度不同，因此多个复制起点并不是同时开始复制的，A错误；由图中的箭头方向可知，DNA分子是双向复制的，B正确；半保留复制的模式可以保持前后代的遗传稳定性，多起点复制可以大大提高复制效率，D正确；DNA分子复制过程需要解旋酶、DNA聚合酶等催化，C正确。
6．(2019·吉林延边二中月考)如果DNA分子上某一片段是一个有遗传效应的片段，则该片段( )
①携带遗传信息 ②上面有密码子 ③能转录产生mRNA ④能进入核糖体 ⑤能携带氨基酸 ⑥能控制蛋白质的合成 ⑦在体细胞中可能成对存在
A．①③⑥⑦ B．②④⑤⑥
C．①②③⑤ D．②④⑤⑦
答案 A
解析 基因中脱氧核苷酸排列顺序代表遗传信息，因此基因携带遗传信息，①正确；密码子在mRNA上，不在基因上，②错误；基因作为模板能转录产生mRNA，③正确；基因不能进入核糖体，其转录形成的RNA能进入核糖体，④错误；tRNA能携带氨基酸，基因不能携带氨基酸，⑤错误；基因能控制蛋白质的合成，⑥正确；基因在体细胞中可能成对存在，⑦正确。
7．如图是果蝇染色体上白眼基因示意图，下列叙述正确的是( )
A．Y染色体上有白眼基因S的同源区段
B．S基因所在的DNA片段均具有遗传效应
C．白眼基因在细胞核内，遵循遗传定律
D．基因片段中有5种碱基、8种核苷酸
答案 C
解析 Y染色体上没有白眼基因S的同源区段，A错误；基因是具有遗传效应的DNA片段，DNA中除了具有遗传效应的DNA片段，还包括没有遗传效应的DNA片段，B错误；白眼基因在细胞核内，遵循遗传定律，C正确；基因是有遗传效应的DNA片段，基因片段中有4种碱基，4种核苷酸，D错误。
8．DNA复制过程中，保证复制准确无误进行的关键步骤是( )
A．解旋酶破坏氢键并使DNA双链分开
B．游离的脱氧核苷酸与母链碱基互补配对
C．与模板链配对的脱氧核苷酸连接成子链
D．子链与母链盘绕成双螺旋结构
答案 B
解析 碱基互补配对原则保证了DNA复制的准确性。
9．下列有关DNA分子复制的叙述，正确的是( )
A．DNA分子在解旋酶的作用下水解成脱氧核苷酸
B．DNA复制形成子链时先形成氢键，后形成磷酸二酯键
C．解旋后以一条母链为模板合成两条新的子链
D．形成子链时需要DNA酶催化
答案 B
解析 解旋酶的作用是使DNA双链解开，破坏氢键，A错误；复制的模板是DNA的两条母链分别为模板，通过氢键形成互补子链，C错误；复制形成子链时，需要DNA聚合酶的催化，D错误。
10．(2018·辽宁实验中学期末)DNA分子的稳定性与碱基对之间的氢键数目有关，下列关于生物体内的DNA分子中(A＋T)/(G＋C)与(A＋C)/(G＋T)两个比值的叙述，不正确的是( )
A．当两个比值相同时，可判断这个DNA分子是双链
B．前一个比值越小，该双链DNA分子稳定性越高
C．前一个比值在DNA单链和其双链中比值相等
D．经半保留复制得到的双链DNA分子，后一个比值等于1
答案 A
解析 当(A＋T)/(G＋C)与(A＋C)/(G＋T)两个比值相同时，这个DNA分子可能是双链，也可能是单链，A错误；A和T碱基对之间含2个氢键，C和G碱基对之间含3个氢键，因此(A＋T)/(G＋C)比值越小，该双链DNA分子含有的氢键数目越多，稳定性越高，B正确；依据碱基互补配对原则，在双链DNA分子中，碱基数目A等于T、G等于C，所以(A＋T)/(G＋C)比值在DNA单链和其双链中比值相等，经半保留复制得到的双链DNA分子中，(A＋C)/(G＋T)比值等于1，C、D正确。
11．(2019·吉林梅河口五中月考)将大肠杆菌在含有15N标记的NH4Cl培养液中培养后，再转移到含有14N的培养液中培养，8小时后提取DNA进行分析，得出含15N 的DNA占总DNA的比例为1/16，则大肠杆菌的分裂周期是( )
A．3小时 B．1.6小时
C．2.0小时 D．4.0小时
答案 B
解析 假设大肠杆菌分裂n次，则子代大肠杆菌为2n，DNA为半保留复制，最终有2个子代大肠杆菌DNA含15N，即2/2n＝1/16，n＝5，故分裂周期为8/5＝1.6，B正确。
12．用32P标记了玉米体细胞(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
答案 A
解析 依据题目信息，第一次DNA复制的结果是一条脱氧核苷酸链被标记，一条链未被标记，第二次分裂的中期，每条染色体中有两条染色单体，即两个DNA分子，4条脱氧核苷酸单链，其中有3条未标记，1条被标记，故中期的染色体全被标记，为20条；后期着丝点分裂，染色单体分离，染色体数目加倍，故含40条染色体，20条被标记，20条未标记，A正确。
二、非选择题
13．下面甲图中DNA分子有a和d两条链，将甲图中某一片段放大后如乙图所示，结合所学知识回答下列问题。
(1)从甲图可看出DNA复制的方式是________。
(2)甲图中，A和B均是DNA分子复制过程中所需要的酶，其中B能将单个的脱氧核苷酸连接成脱氧核苷酸链，从而形成子链；则A是________酶，B是________酶。
(3)图甲过程在绿色植物叶肉细胞中进行的场所有____________________。
(4)乙图中，7是________________________________。DNA分子的基本骨架由__________________________交替连接而成；DNA分子两条链上的碱基通过________连接成碱基对，并且遵循______________原则。
答案 (1)半保留复制 (2)解旋 DNA聚合
(3)细胞核、线粒体、叶绿体
(4)胸腺嘧啶脱氧核苷酸 脱氧核糖和磷酸 氢键 碱基互补配对
解析 (1)DNA复制的方式是半保留复制，即子代DNA保留了母链的一条。
(2)由图示知，A酶是解旋酶，破坏了DNA分子中两条链中的氢键，使DNA分子解开螺旋；B酶催化DNA子链的合成，为DNA聚合酶。
(3)图甲为DNA复制，发生在绿色植物叶肉细胞的细胞核、线粒体和叶绿体中。
(4)图乙中4为胸腺嘧啶，5为脱氧核糖，6为磷酸，三者构成的7为胸腺嘧啶脱氧核苷酸。
14．如图是某DNA分子的局部结构示意图，请据图回答。
(1)写出下列图中序号代表的结构的中文名称：①________，⑦____________，⑧______________________，⑨__________________________。
(2)图中DNA片段中碱基对有________对，该DNA分子应有________个游离的磷酸基团。
(3)从主链上看，两条单链方向________；从碱基关系看，两条单链________。
(4)如果将14N标记的细胞培养在含15N标记的脱氧核苷酸的培养液中，此图所示的________________________(填图中序号)中可测到15N。若细胞在该培养液中分裂四次，该DNA分子也复制四次，则得到的子代DNA分子中含14N的DNA分子和含15N的DNA分子的比例为________。
(5)若该DNA分子共有a个碱基，其中腺嘌呤有m个，则该DNA分子复制4次，需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸为__________________个。
答案 (1)胞嘧啶 脱氧核糖 胸腺嘧啶脱氧核苷酸 一条脱氧核苷酸链的片段
(2)4 2 (3)反向平行 互补
(4)①②③④⑥⑧⑨ 1∶8
(5)15×(a/2－m)
解析 根据碱基互补配对原则可知，①是胞嘧啶，②是腺嘌呤，③是鸟嘌呤，④是胸腺嘧啶，⑤是磷酸基团，⑥是胸腺嘧啶，⑦是脱氧核糖，⑧是胸腺嘧啶脱氧核苷酸，⑨是一条脱氧核苷酸链的片段。复制4次，产生16个DNA分子，由于DNA复制方式为半保留复制，含14N的DNA分子共2个，所有的DNA分子都含有15N，所以子代DNA分子中含14N和15N的比例为1∶8。A＝T＝m，则G＝C＝a/2－m，复制4次，需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸为(24—1)×(a/2－m)＝15×(a/2－m)。
15．科学家以大肠杆菌为实验对象，运用同位素示踪技术及密度梯度离心方法进行了DNA复制方式的探索实验，实验内容及结果见下表。
请分析并回答：
(1)要得到DNA中的N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)分析讨论
①若子一代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若将子一代DNA双链分开后再离心，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二代继续培养，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若某次实验的结果中，子一代DNA的“中带 ”比以往实验结果的“中带”略宽，可能的原因是新合成DNA单链中的N尚有少部分为________。
答案 (1)多 15NH4Cl (2)3 1 2 半保留复制
(3)①B 半保留 ②不能 ③没有变化 轻 ④15N
解析 (1)培养液中以15NH4Cl为唯一氮源，需经过多代培养，才能得到DNA中的N全部被放射性标记的大肠杆菌B。
(2)若证明DNA的复制为半保留复制，则需证明后代DNA的两条链，一条链是母链，另一条链是新合成的子链，第3组结果要与第1组、第2组的结果比较才能证实。
(3)①“轻”DNA为14N/14N DNA，“重”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将子一代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将子二代继续培养，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“中带”为14N/15N DNA，“中带”略宽，说明新合成的DNA单链中N尚含有部分15N(在含15N的培养基上培养得到的细菌细胞里还含有游离的15N脱氧核苷酸，再换到14N培养基环境中培养时，DNA进行半保留复制，新合成的互补子链上不全是14N的脱氧核苷酸构建，还含有少量15N的脱氧核苷酸参与。在离心后，由于这些互补链上含少量15N的DNA的密度只是比中型DNA略大，不会形成新的带，而是沉降在中型DNA的下缘，结果看上去还是一条带，所以比以往实验结果的“中带”略宽)。
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考点1 DNA分子的结构及相关计算
考点2 DNA复制及基因的概念
高考热点突破
第19讲 DNA分子的结构、复制以及基因的本质
[考纲明细] 1.DNA分子结构的主要特点(Ⅱ) 2.DNA分子的复制(Ⅱ) 3.基因的概念(Ⅱ)
考点1 DNA分子的结构及相关计算
1．DNA双螺旋模型构建者：沃森和克里克。
2．DNA双螺旋结构的形成
3．DNA的双螺旋结构
(1)DNA由两条脱氧核苷酸链组成，这两条链按反向平行的方式盘旋成双螺旋结构。
(2)外侧：脱氧核糖和磷酸交替连接，构成基本骨架。
(3)内侧：两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对。碱基互补配对遵循以下原则：A===T(两个氢键)、G≡C(三个氢键)。
深挖教材
(1)DNA分子都是双链结构吗？
提示 并非所有的DNA分子均具“双链”，有的DNA分子为单链。
(2)DNA分子都是“链状”的吗？
提示 目前发现链状的DNA存在于真核细胞的细胞核中，并与蛋白质结合组成染色体，而细胞器(线粒体、叶绿体)DNA、原核细胞中的DNA以及病毒DNA均为环状。
4．DNA分子结构特点
(必修2 P48旁栏思考T1)沃森和克里克在构建模型过程中，利用他人的经验和成果有：①组成DNA分子的单位是脱氧核苷酸；DNA分子是由含4种碱基的脱氧核苷酸长链构成的；②英国科学家威尔金斯和富兰克林提供的DNA的X射线衍射图谱；③美国生物化学家鲍林揭示生物大分子结构的方法(1950年)，即按照X射线衍射分析的实验数据建立模型的方法；④奥地利著名生物化学家查哥夫的研究成果：腺嘌呤(A)的量总是等于胸腺嘧啶(T)的量，鸟嘌呤(G)的量总是等于胞嘧啶(C)的量这一碱基之间的数量关系。
(必修2 P51基础题T1改编)下图为大肠杆菌DNA分子片段，分析并回答下列问题。
(1)图中2是核糖还是脱氧核糖？________。1、2、3构成了一个完整的脱氧核苷酸分子，据图推测其中文名称是___________________________________。
(2)图中的碱基对5和6是G－C、A－T还是A－U？______________。你的判断理由是什么？____________________________。
(3)每个DNA片段中有几个游离的磷酸基团？________。
(4)图中a处为________键，用________酶可将其断裂，b处为________键，该键形成时需________酶参与，其断裂时需用________酶。
答案 (1)脱氧核糖 胞嘧啶脱氧核苷酸或鸟嘌呤脱氧核苷酸
(2)A－T 5与6间有2个氢键，应为A－T，DNA分子中无U
(3)2个
(4)氢 解旋 磷酸二酯 DNA聚合酶或DNA连接 限制
1．解读两种DNA结构模型
(1)由图1可解读以下信息
(2)图2是图1的简化形式，其中①是磷酸二酯键，③是氢键。解旋酶作用于③部位，限制性核酸内切酶和DNA连接酶作用于①部位。
(3)碱基对数与氢键数的关系
若碱基对数为n，则氢键数为2n～3n，若已知A有m个，则氢键数为3n－m。
2．关于碱基互补配对的四大规律总结
规律一： DNA双链中的A＝T、G＝C，两条互补链的碱基总数相等，任意两个不互补的碱基之和恒等，占碱基总数的50%，即：A＋G＝T＋C＝A＋C＝T＋G。
规律二：非互补碱基之和的比例在整个DNA分子中为1，在两条互补链中互为倒数。如在一条链中＝a，则在互补链中＝，而在整个DNA分子中＝1。
规律三：互补碱基之和的比例在整个DNA分子中以及任何一条链中都相等。如在一条链中＝m，则在互补链及整个DNA分子中＝m。
规律四：在双链DNA及其转录的RNA之间有下列关系，设双链DNA中a链的碱基为A1、T1、C1、G1，b链的碱基为A2、T2、C2、G2，则A1＋T1＝A2＋T2＝RNA分子中(A＋U)＝(1/2)×DNA双链中的(A＋T)；G1＋C1＝G2＋C2＝RNA分子中(G＋C)＝(1/2)×DNA双链中的(G＋C)。
注：由2n个脱氧核苷酸形成双链DNA分子过程中，可产生H2O分子数为(n－1)＋(n－1)＝2n－2。
题组 DNA分子结构及特点
1．(2019·江西上饶高三月考)如图为DNA分子结构示意图，对该图的不正确描述是( )
A．②和③相间排列，构成DNA分子的基本骨架
B．DNA分子中的脱氧核苷酸序列代表了遗传信息
C．④不能称作胞嘧啶脱氧核苷酸
D．当细胞内DNA复制时，⑨的断开需要酶作用
答案 A
解析 ①磷酸和②脱氧核糖的交替排列构成了DNA分子的基本骨架，A错误；DNA分子中的脱氧核苷酸序列代表了遗传信息，B正确；图中④不能表示胞嘧啶脱氧核苷酸，②、③和下一个磷酸才能构成胞嘧啶脱氧核苷酸，C正确；细胞内DNA复制时，⑨氢键的断开需要解旋酶，D正确。
2．下列关于DNA分子结构的叙述，正确的是( )
A．DNA分子是以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的单链结构
B．DNA分子中的每个磷酸均连接着一个脱氧核糖和一个碱基
C．DNA分子两条链之间总是嘌呤与嘧啶形成碱基对
D．DNA分子一条链上的相邻碱基通过磷酸—脱氧核糖—磷酸相连
答案 C
解析 DNA分子是以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的双链结构，A错误；DNA分子中的绝大多数磷酸连接着两个脱氧核糖，且磷酸不与碱基直接相连，B错误；DNA分子一条链上的相邻碱基通过脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖相连，D错误。
题组 DNA分子结构的相关计算
3．在一个DNA分子中，腺嘌呤与胸腺嘧啶之和占全部碱基数目的54%，其中一条链中鸟嘌呤、胸腺嘧啶分别占该链碱基总数的22%和28%，则由该链转录的信使RNA中鸟嘌呤占碱基总数的( )
A．24% B．22%
C．26% D．23%
答案 A
解析 双链DNA中，A＋T占全部碱基总数的54%，则一条单链中A＋T占该链碱基总数的54%，按下面的图示分析可得mRNA中G与碱基总数的比值为24%。
4．一个DNA分子的一条链上，腺嘌呤与鸟嘌呤数目之比为2∶1，两者之和占DNA分子碱基总数的24%，则该DNA分子的另一条链上，胸腺嘧啶占该链碱基数目的( )
A．32% B．24%
C．14% D．28%
答案 A
解析 已知DNA分子的一条链上，A∶G＝2∶1，且A＋G之和占DNA分子碱基总数的24%，依据碱基互补配对原则，该链的碱基总数占DNA分子碱基总数的，所以该链中A＋G之和占该链碱基总数的48%，从而推出该链中A占该链碱基总数的32%，另一条链上的T和该链中的A相等，即另一条链上的胸腺嘧啶占该链碱基总数的32%，A正确。
5．(2018·安徽皖江名校联盟联考)已知某双链DNA分子(非环状)的一条单链中(A＋C)/(T＋G)＝m，下列相关叙述中错误的是( )
A．该DNA分子中(A＋C)/(A＋C＋T＋G)＝0.5
B．该DNA分子中游离的磷酸基团位于DNA分子的两端
C．该DNA分子中的(A＋C)/(T＋G)＝1
D．该DNA分子的特异性取决于碱基的种类及其比例
答案 D
解析 在双链DNA分子中，A＝T，C＝G，因此该DNA分子中(A＋C)/(A＋C＋T＋G)＝0.5，A正确；每个链状DNA分子含有2个游离的磷酸基团，分别位于DNA分子的两端，B正确；整个DNA分子中，A＝T，G＝C，所以(A＋C)/(T＋G)＝1，C正确；DNA分子的特异性表现在不同DNA分子有特定的碱基排列顺序，D错误。
技法提升
三步解决DNA分子中有关碱基比例计算
第一步：搞清题中已知的和所求的碱基比例是占整个DNA分子碱基的比例，还是占DNA分子一条链上碱基的比例。
第二步：画一个DNA分子模式图，并在图中标出已知的和所求的碱基。
第三步：根据碱基互补配对原则及其规律进行计算。
考点2 DNA复制及基因的概念
1．DNA分子的复制
(1)概念、时间和场所
(2)过程
(3)特点和方式
①特点：边解旋边复制。
②方式：半保留复制。
(4)准确复制的原因和意义
①原因：DNA具有独特的双螺旋结构，为复制提供精确的模板；碱基互补配对原则，保证了复制能准确进行。
②意义：DNA分子通过复制，将遗传信息从亲代传给了子代，保持了遗传信息的连续性。
2．基因、DNA、染色体的关系
1．DNA半保留复制的实验分析与影响因素
(1)DNA半保留复制的实验分析
①实验方法：放射性同位素示踪法和密度梯度离心技术。
②实验原理：含15N的双链DNA密度大，含14N的双链DNA密度小，一条链含14N、一条链含15N的双链DNA密度居中。
③实验假设：DNA以半保留的方式复制。
④实验预期：离心后应出现3条DNA带。
a．重带(密度最大)：两条链都为15N标记的亲代双链DNA。
b．中带(密度居中)：一条链为14N标记，另一条链为15N标记的子代双链DNA。
c．轻带(密度最小)：两条链都为14N标记的子代双链DNA。
⑤实验过程
⑥过程分析
a．立即取出，提取DNA→离心→全部重带。
b．繁殖一代后取出，提取DNA→离心→全部中带。
c．繁殖两代后取出，提取DNA→离心→1/2轻带、1/2中带。
⑦实验结论：DNA的复制是以半保留方式进行的。
(2)影响DNA复制的外界因素
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的培养基上培养，复制n(n>0)次，则：
(2)DNA复制中消耗的脱氧核苷酸数
①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)。
②第n次复制需要该种脱氧核苷酸数为m·2n－1。
3．DNA复制与细胞分裂中染色体标记问题
(1)减数分裂与有丝分裂中染色体标记情况分析
①减数分裂中染色体标记情况分析
如果用3H标记细胞中的DNA分子，然后将细胞放在正常环境中培养，让其进行减数分裂，结果染色体中的DNA标记情况如图所示：
由图可以看出，减数分裂过程中细胞虽然连续分裂2次，但DNA只复制1次，所以四个子细胞中所有DNA分子均呈杂合状态，即“”。
②有丝分裂中染色体标记情况分析
如果用3H标记细胞中的DNA分子，然后将细胞放在正常环境中培养，连续进行2次有丝分裂，与减数分裂过程不同，因为有丝分裂是复制1次分裂1次，因此这里实际上包含了2次复制。
由图可以看出，第一次有丝分裂形成的两个子细胞中所有DNA分子均呈杂合状态，即“”。第二次有丝分裂复制后的染色体上两条单体中只有一条单体含有3H，即DNA分子为“”，而另一条单体只有1H，即DNA分子为“”，在后期时两条单体的分离是随机的，所以最终形成的子细胞中可能都含有3H，也可能不含3H，含有3H的染色体条数是0～2n条(体细胞染色体条数是2n)。
(2)四步法解决细胞分裂中染色体标记问题
第一步 画出含一条染色体的细胞图，下方画出该条染色体上的1个DNA分子，用竖实线表示含同位素标记
第二步 画出复制一次，分裂一次的子细胞染色体图，下方画出染色体上的DNA链，未被标记的新链用竖虚线表示
第三步 再画出第二次复制(分裂)后的细胞的染色体组成和DNA链的情况
第四步 若继续推测后期情况，可想象着丝点分裂，染色单体分开的局面，并进而推测子细胞染色体的情况
题组 DNA分子复制过程及特点
1．(2018·湖南高三段考)下列有关DNA复制的叙述，错误的是( )
A．有丝分裂和减数分裂过程中均可以进行
B．DNA解旋之后复制随之开始
C．复制后每个新DNA分子含一条母链和一条新子链
D．复制的场所可以发生在细胞核和细胞质中
答案 B
解析 DNA的复制通常发生在有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期，A正确；DNA分子复制是边解旋边复制的过程，B错误；DNA分子复制是半保留复制，复制后每个新DNA分子含一条母链和一条新子链，C正确；复制的场所主要发生在细胞核中，在细胞质的线粒体和叶绿体中也能进行DNA分子复制，D正确。
2．如图表示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双链之间的氢键，解开双链
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．从图示可知，DNA分子具有多起点复制的特点，缩短了复制所需的时间
D．DNA分子的复制需要DNA聚合酶将单个脱氧核苷酸连接成为DNA片段
答案 C
解析 DNA复制过程的第一步是解旋，需要用解旋酶破坏DNA双链之间的氢键，使两条链解开，A正确；由图可知，DNA分子的复制具有双向复制的特点，且生成的两条子链的方向相反，B正确；图中DNA复制只有一个起点，不能说明DNA分子具有多起点复制的特点，C错误；DNA分子复制时，需要DNA聚合酶将单个脱氧核苷酸连接成DNA片段，D正确。
题组 DNA复制的相关计算
3．在一个密闭的容器里，用含有同位素13C的脱氧核苷酸合成一个DNA分子，然后加入普通的含12C的脱氧核苷酸，经n次复制后，所得DNA分子中含12C的脱氧核苷酸链数与含13C的脱氧核苷酸链数之比是( )
A．2n∶1 B．(2n－2)∶n
C．(2n－2)∶2 D．(2n－1)∶1
答案 D
解析 根据题意分析可知：n次复制后共得到DNA分子2n个，共有脱氧核苷酸链2n×2条；由于DNA分子复制的特点是半保留复制，形成的子代DNA中有两条链是模板链13C；新合成的子链含12C，一共有2n×2－2条，所以DNA分子中含12C的脱氧核苷酸链数与含13C的脱氧核苷酸链数之比是：(2n×2－2)∶2＝(2n－1)∶1。
4．用15N标记含有100个碱基对的DNA分子，其中有胞嘧啶60个。该DNA分子在14N培养基中连续复制4次，其结果可能是( )
A．含有14N的DNA占100%
B．复制过程中需游离的腺嘌呤脱氧核苷酸640个
C．含15N的单链占
D．子代DNA中嘌呤与嘧啶之比是2∶3
答案 A
解析 由于DNA分子的复制是半保留复制，最终只有2个子代DNA各含1条15N链，1条14N链，其余DNA都只含14N，故全部子代DNA都含14N，A正确；含有100个碱基对200个碱基的DNA分子，其中有胞嘧啶60个，解得A＝40个，故复制过程中需腺嘌呤脱氧核苷酸的个数为(24－1)×40＝600，B错误；DNA复制为半保留复制，不管复制几次，最终子代DNA都保留亲代DNA的2条母链，故最终有2个子代DNA含15N，所以含有15N的DNA分子占，含15N的单链占＝，C错误；在双链DNA分子中，C＝G，A＝T，所以(A＋G)∶(T＋C)＝1∶1，D错误。
5．某DNA分子有500个碱基对，其中含有鸟嘌呤300个，该DNA进行连续复制，经测定最后一次复制消耗了周围环境中3200个腺嘌呤脱氧核苷酸，则该DNA分子共复制了多少次( )
A．3次 B．4次
C．5次 D．6次
答案 C
解析 已知该DNA分子有500个碱基对，其中含有300个G，则A与T均为200个；最后一次复制消耗了3200个A，因此，最后一次复制净产生的DNA分子数为3200/200＝16(个)，则经过复制后，形成的DNA分子总数为32个，因此，这个DNA分子共进行了5(25＝32)次复制。
题后归纳
“DNA复制”相关题目的4点“注意”
(1)注意“DNA复制了n次”和“第n次复制”的区别，前者包括所有的复制，但后者只包括第n次的复制。
(2)注意碱基的单位是“对”还是“个”。
(3)切记在DNA复制过程中，无论复制了几次，含有亲代脱氧核苷酸单链的DNA分子都只有两个。
(4)看清试题中问的是“DNA分子数”还是“链数”，“含”还是“只含”等关键词，以免掉进陷阱。
题组 DNA复制与细胞分裂问题
6．(2019·吉林实验中学第三次月考)果蝇的体细胞含有8条染色体。现有一个果蝇体细胞，它的每条染色体的DNA双链都被32P标记。如果把该细胞放在不含32P的培养基中培养，使其连续分裂，那么将会在第几次细胞分裂中出现：每个细胞的中期和后期分别有8条、8条被标记的染色体( )
A．第1次 B．第2次
C．第3次 D．第4次
答案 B
解析 由于DNA的复制是半保留复制，所以在第一次有丝分裂结束后果蝇的体细胞中均含有8条染色体，8个DNA，每个DNA的2条链中均含1条标记链和一条非标记链。在第二次有丝分裂时，间期复制完成时会有16个DNA，但是这16个DNA中，有8个DNA均是含1条标记链和一条非标记链，另外8个均是非标记链；中期由于着丝点没有分裂，所以每条染色体上有2个DNA，一个是1条标记链和一条非标记链，另一个是只有非标记链，所以在中期会有8条染色体有标记；后期着丝点分裂，每条染色体上的DNA随着姐妹染色单体的分开而分开，在后期形成16条染色体，其中只有8条含有标记，这8条染色体中的DNA是含1条标记链和一条非标记链。所以将会在第2次细胞分裂中，出现中期和后期都有8条染色体被标记的现象，B正确。
7．小鼠的睾丸中一个精原细胞在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸培养基中完成一个细胞周期，然后在不含放射性标记的培养基中继续完成减数分裂过程，其染色体的放射性标记分布情况是( )
A．初级精母细胞中每条染色体的两条单体都被标记
B．次级精母细胞中每条染色体都被标记
C．只有半数精细胞中有被标记的染色体
D．产生的四个精细胞中的全部染色体，被标记数与未被标记数相等
答案 D
解析 一个精原细胞在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸培养基中完成一个细胞周期后，每条染色体的DNA分子有一条链被标记，然后在不含放射性标记的培养基中继续完成减数分裂过程，初级精母细胞中每条染色体只有一条染色单体被标记，A错误；着丝点分裂后的次级精母细胞有一半的染色体被标记，B错误；由于染色体的随机结合，含有被标记染色体的精细胞的比例不能确定，C错误；整体来看，产生的四个精细胞中的全部染色体，被标记数与未被标记数相等，D正确。
题组 DNA半保留复制的实验分析
8．细菌在含15N的培养基中繁殖数代后，细菌DNA的含氮碱基均含有15N，然后再将其移入含14N的培养基中培养，提取亲代及子代的DNA，离心分离，如图①～⑤为可能的结果，下列叙述错误的是( )
A．子一代DNA应为② B．子二代DNA应为①
C．子三代DNA应为④ D．亲代的DNA应为⑤
答案 C
解析 由题意可知，子一代的DNA应为全中14N/15N，即图②，A正确；子二代DNA应为1/2中14N/15N、1/2轻14N/14N，即图①，B正确；子三代DNA应为1/4中14N/15N、3/4轻14N/14N，即图③，而不是全轻14N/14N，C错误；亲代的DNA应为全重15N/15N，即图⑤，D正确。
9．DNA的复制方式可以通过设想来进行预测，可能的情况是全保留复制、半保留复制、分散复制三种。究竟是哪种复制方式呢？下面设计实验来证明DNA的复制方式。
实验步骤：
a．在氮源为14N的培养基中生长的大肠杆菌，其DNA分子均为14N—DNA(对照)。
b．在氮源为15N的培养基中生长的大肠杆菌，其DNA分子均为15N—DNA(亲代)。
c．将亲代含15N的大肠杆菌转移到氮源为14N的培养基中，再连续繁殖两代(Ⅰ和Ⅱ)，用密度梯度离心法分离，不同相对分子质量的DNA分子将分布在试管中的不同位置上。
实验预测：
(1)如果与对照(14N/14N)相比，子代Ⅰ能分辨出两条DNA带：一条________带和一条________带，则可以排除____________________________________。
(2)如果子代Ⅰ只有一条中密度带，则可以排除________，但不能肯定是______________________。
(3)如果子代Ⅰ只有一条中密度带，再继续做子代ⅡDNA密度鉴定：若子代Ⅱ可以分出________和________，则可以排除分散复制，同时肯定半保留复制；如果子代Ⅱ不能分出________密度两条带，则排除________，同时确定为________。
答案 (1)轻(14N/14N) 重(15N/15N) 半保留复制和分散复制
(2)全保留复制 半保留复制还是分散复制
(3)一条中密度带 一条轻密度带 中、轻 半保留复制 分散复制
解析 由图示可知，深色为亲代DNA的脱氧核苷酸链(母链)，浅色为新形成的子代DNA的脱氧核苷酸链(子链)。因此全保留复制后得到的两个DNA分子，一个是原来的两条母链重新形成的亲代DNA分子，一个是两条子链形成的子代DNA分子；半保留复制后得到的每个子代DNA分子的一条链为母链，一条链为子链；分散复制后得到的每个子代DNA分子的单链都是由母链片段和子链片段间隔连接而成的。在子Ⅰ代中，全保留复制会形成轻、重两条密度带，半保留复制和分散复制都只形成一条中密度带。在子Ⅱ代中，半保留复制会形成中、轻两条密度带，分散复制会形成一条中密度带。
高考热点突破
1．(2016·全国卷Ⅱ)某种物质可插入DNA分子两条链的碱基对之间，使DNA双链不能解开。若在细胞正常生长的培养液中加入适量的该物质，下列相关叙述错误的是( )
A．随后细胞中的DNA复制发生障碍
B．随后细胞中的RNA转录发生障碍
C．该物质可将细胞周期阻断在分裂中期
D．可推测该物质对癌细胞的增殖有抑制作用
答案 C
解析 因为该物质可使DNA双链不能解开，DNA复制时需要解旋，所以若在细胞培养液中加入该物质，会导致细胞中DNA复制发生障碍，A正确；由于RNA主要是在细胞核中以DNA一条链为模板合成的，因此，RNA转录前需要DNA解旋，该物质会导致细胞中RNA转录发生障碍，B正确；因为该物质使DNA复制不能完成，所以可将细胞周期阻断在分裂间期，C错误；该物质能抑制DNA复制，因此，可抑制癌细胞增殖，D正确。
2．(2016·上海高考)在DNA分子模型的搭建实验中，若仅有订书钉将脱氧核糖、磷酸、碱基连为一体并构建一个含10对碱基(A有6个)的DNA双链片段，那么使用的订书钉个数为( )
A．58 B．78
C．82 D．88
答案 C
解析 根据试题的分析，构建一个DNA的基本单位需要2个订书钉，构建一个含10对碱基(A有6个)的DNA双链片段，首先要构建20个基本单位，需要40个订书钉；将两个基本单位连在一起需要一个订书钉，连接10对碱基组成的DNA双链片段，需要将20个基本单位连成两条链，需要18个订书钉；碱基A有6个，A＝T＝6，那么G＝C＝4，A和T之间两个氢键，G和C之间三个氢键，碱基对之间的氢键需要6×2＋4×3＝24个订书钉连接，共需要40＋18＋24＝82个订书钉。
3．(2016·全国卷Ⅰ节选)在有关DNA分子的研究中，常用32P来标记DNA分子。用α、β和γ表示ATP或dATP(d表示脱氧)上三个磷酸基团所处的位置(A－Pα～Pβ～Pγ或dA－Pα～Pβ～Pγ)。回答下列问题：
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，在不含有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，则其中含有32P的噬菌体所占比例为2/n，原因是______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
答案 一个含有32P标记的噬菌体双链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分子中，因此在得到的n个噬菌体中只有2个带有标记
解析 1个噬菌体含有1个双链DNA分子，用DNA分子被32P标记的噬菌体感染大肠杆菌，由于DNA分子复制为半保留复制，即亲代DNA分子的两条链在复制中保留下来，且分别进入不同的DNA分子中，所以理论上不管增殖多少代，子代噬菌体中只有2个噬菌体含有32P。
4．(2015·江苏高考)荧光原位杂交可用荧光标记的特异DNA片段为探针，与染色体上对应的DNA片段结合，从而将特定的基因在染色体上定位。请回答下列问题：
(1)DNA荧光探针的制备过程如图1所示，DNA酶Ⅰ随机切开了核苷酸之间的________键从而产生切口，随后在DNA聚合酶Ⅰ作用下，以荧光标记的________为原料，合成荧光标记的DNA探针。
(2)图2表示探针与待测基因结合的原理。先将探针与染色体共同煮沸，使DNA双链中________键断裂，形成单链。随后在降温复性过程中，探针的碱基按照________原则，与染色体上的特定基因序列形成较稳定的杂交分子。图中两条姐妹染色单体中最多可有________条荧光标记的DNA片段。
(3)A、B、C分别代表不同来源的一个染色体组，已知AA和BB中各有一对同源染色体可被荧光探针标记。若植物甲(AABB)与植物乙(AACC)杂交，则其F1有丝分裂中期的细胞中可观察到________个荧光点；在减数第一次分裂形成的两个子细胞中分别可观察到________个荧光点。
答案 (1)磷酸二酯 脱氧核苷酸
(2)氢 碱基互补配对 4
(3)6 2和4
解析 (1)两个核苷酸分子之间以磷酸二酯键连接。合成标记的DNA探针时，需要的原料是脱氧核苷酸。
(2)高温可使DNA双链碱基之间的氢键断裂，形成单链。在降温复性的过程中，按照碱基互补配对原则，探针的碱基与染色体上特定的基因序列形成杂交分子。1个DNA分子的两条链可分别与探针的单链结合，两条姐妹染色单体中含2个DNA分子，故最多可有4条荧光标记的DNA片段。
(3)植物甲(AABB)与植物乙(AACC)杂交，则F1为AABC，即含2个A染色体组、1个B染色体组和1个C染色体组。其中的2个A染色体组、1个B染色体组中各有1条染色体(共3条染色体)被荧光探针标记，则其在有丝分裂中期时，有6条染色单体上出现荧光点，即可观察到6个荧光点。减数第一次分裂形成的两个子细胞中含染色体组有AB和AC两种情况，含A、B两个染色体组的子细胞中可观察到有4个荧光点，含A、C两个染色体组的子细胞中可观察到有2个荧光点。
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