第二节 DNA的分子结构和特点
1.简述核酸的分子组成。 2.概述DNA分子结构及其特点，认识到多学科合作研究的重要性。 3.在进行“活动：制作DNA双螺旋结构模型”时，运用构建模型的科学方法，感悟DNA双螺旋结构对称、简洁、和谐的科学美。
1．DNA的分子结构
(1)基本组成元素：C、H、O、N、P五种元素。
(2)基本单位：脱氧核苷酸。
(3)脱氧核苷酸分子组成：磷酸、脱氧核糖、碱基(A、T、G、C)。
(4)脱氧核苷酸的种类
①碱基组成：腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)、胸腺嘧啶(T)。
②种类：腺嘌呤脱氧核苷酸、鸟嘌呤脱氧核苷酸、胞嘧啶脱氧核苷酸、胸腺嘧啶脱氧核苷酸。
2．DNA分子的结构特点
(1)整体：由两条长链按反向平行方式盘旋而成的双螺旋结构。
(2)主链由脱氧核糖和另一个核苷酸上的磷酸基团交替连接，排列在主链外侧，构成基本骨架；碱基排列在内侧。
(3)碱基互补配对原则：A(腺嘌呤)一定与T(胸腺嘧啶)配对；G(鸟嘌呤)一定与C(胞嘧啶)配对。A与T通过两个氢键相连，G与C通过三个氢键相连。
(4)卡伽夫法则：在DNA分子中，A与T的分子数相等，G与C的分子数相等，(A＋G)等于(T＋C)；但(A＋T)不一定等于(G＋C)。
判断下列叙述是否正确。
(1)构成烟草花叶病毒、噬菌体、大肠杆菌的核苷酸分别有4、4、8种(√)
(2)DNA分子中，G—C碱基对的比例越大，DNA分子越相对稳定(√)
(3)DNA分子由两条方向相同的脱氧核苷酸链盘旋而成(×)
(4)DNA分子中的碱基一定存在如下数量关系：C＝T，A＝G(×)
(5)DNA单链中的A与T的数量一定相等(×)
DNA分子的结构和特点[学生用书P44]
1．DNA分子的结构层次
2．DNA分子的结构分析
(1)DNA单链：脱氧核苷酸链。每条链中，脱氧核苷酸分子之间的连接如图：
即一个脱氧核苷酸分子中脱氧核糖上的3号碳原子与另一个脱氧核苷酸中的磷酸通过形成新的化学键(磷酸二酯键)相连。
(2)DNA双链：两条脱氧核苷酸单链以氢键相连形成双链。两条单链之间的连接如图：
①碱基之间的配对方式有两种，即上图所示的A一定与T配对，G一定与C配对。
②配对的碱基之间以氢键相连，A与T之间形成两个氢键，G与C之间形成三个氢键。
③配对的两个脱氧核苷酸方向相反，尤其要注意脱氧核糖的位置。
(3)立体结构——规则的双螺旋：两条长链反向平行盘旋形成规则的双螺旋结构。如图：
①两条链反向平行。
②脱氧核糖与磷酸交替连接，排列在主链外侧；碱基排列在主链内侧，且遵循碱基互补配对原则。
3．DNA结构的特点
(1)稳定性：指DNA分子双螺旋空间结构的相对稳定性。与其相对稳定有关的因素主要有以下几点：
①DNA分子中脱氧核糖和磷酸交替连接的方式稳定。
②DNA分子中碱基与碱基之间形成氢键，从而维持了双螺旋结构的稳定。
③DNA分子中碱基互补配对的原则严格不变。
④每个特定的DNA分子中碱基对的数量和排列顺序稳定不变。
(2)多样性
尽管组成DNA分子的碱基只有四种，而且四种碱基的配对方式只有两种，但是碱基对的排列顺序可以千变万化，因而构成了DNA分子的多样性。
(3)特异性
每个特定的DNA分子中都有特定的碱基对排列顺序，而特定的碱基对排列顺序中有遗传效应的片段代表遗传信息，所以每个特定的DNA分子中都储存着特定的遗传信息，这种特定的碱基对排列顺序就构成了DNA分子的特异性。
1．(2019·浙江6月学考)下图是DNA片段的结构示意图。下列叙述正确的是( )
A．该片段中A＋T的含量等于G＋C的含量
B．②与③结合在一起的结构是脱氧核苷
C．③和④通过磷酸二酯键直接相连
D．RNA分子中也存在③和④
答案：B
与DNA分子结构有关的计算[学生用书P45]
在双链DNA分子中，两条链分别是a链和b链，根据卡伽夫法则可以得出以下碱基之间含量关系式：
(1)A＝T，C＝G。
(2)A＋G＝C＋T＝50%，即嘌呤碱基分子总数等于嘧啶碱基的分子总数。
(3)(A＋G)/(T＋C)＝1，此比例不因生物种类的不同而不同。
(4)若A＝m%，则T＝m%，C＝G＝(1－2m%)/2＝50%－m%。
(5)在a链中(A＋G)/(T＋C)＝n，则b链中(A＋G)/(T＋C)＝1/n，整个双链分子中(A＋G)/(T＋C)＝1。
(6)在a链中(A＋T)/(C＋G)＝n，则b链中(A＋T)/(C＋G)＝n，整个DNA分子中(A＋T)/(C＋G)＝n。
(7)a链中A＋G＝m%，则a链中T＋C＝1－m%；b链中A＋G＝1－m%，b链中T＋C＝m%，整个DNA分子中A＋G＝T＋C＝50%。
(8)a链中A＋T＝m%，则b链中A＋T＝m%，整个分子中A＋T＝m%。a链中C＋G＝n%，则b链中C＋G＝n%，整个分子中C＋G＝n%。
(9)在一个双链DNA分子中，某碱基占碱基总量的百分数等于每条链中的平均值。
2．在一个DNA分子片段中有200个碱基对，其中腺嘌呤有90个，则这个DNA片断中含有游离的磷酸基的数目和氢键的数目依次为( )
A．200个和400个
B．400个和510个
C．2个和510个
D．2个和400个
解析：选C。解答本题的关键是正确理解关键词“游离的磷酸基”——并不是脱氧核苷酸中含有的磷酸基数目。在DNA中，磷酸基团同时与两个脱氧核糖相连，每条脱氧核苷酸链中，只有最末端有一个游离的磷酸基，因此一个DNA分子中，只有2个游离的磷酸基。A＝90，即有90对A—T对，则G—C对为110对，氢键数为90×2＋110×3＝510个。
3．从某生物中提取出DNA进行化学分析，发现鸟嘌呤与胞嘧啶之和占全部碱基数的46%，又知该DNA的一条链(H链)所含的碱基中28%是腺嘌呤，问与H链相对应的另一条链中腺嘌呤占该链全部碱基数的( )
A．26%
B．24%
C．14%
D．11%
解析：选A。解此题时，为理清解题思路应先绘出两条链及碱基符号，并注明含量，这样非常直观，便于推导和分析，寻求解题方法。明确DNA的两条链所含碱基数目相同，且A＝T，G＝C，一条链中的A、T、G、C数目等于另一条链中的T、A、C、G数目，由此可列出方程组来解题：
假定每条链中有100个碱基，则双链DNA中(G＋C)＝100×2×46%＝92(个)，所以A＋T＝200－92＝108(个)。因为A对＋TH＝(A＋T)－(AH＋T对)，AH＝T对＝28(个)，所以A对＝TH＝1/2[(A＋T)－(AH＋T对)]＝1/2[108－(28＋28)]＝26(个)。即：A对占该链全部碱基数的26%。
三步破解与DNA分子结构有关的计算
第一步：弄清题干所给的碱基比例是占整个DNA分子的比例，还是占一条链的碱基比例。
第二步：画一个DNA分子简图，标出已知和求解，并分析碱基之间的关系。
第三步：根据碱基互补配对原则及其推论进行解答。
制作DNA双螺旋结构模型[学生用书P45]
1．实验原理
依据DNA的结构特点，每个DNA分子是由两条反向平行的脱氧核苷酸长链盘旋而成的规则双螺旋结构；DNA分子的外侧(基本骨架)是脱氧核糖和磷酸交替连接而成的；两条链的内侧是碱基对，碱基对之间严格按碱基互补配对原则配对，并通过氢键相连接。
2．方法步骤
从小到大依次完成(共分五步)：
3．制作DNA双螺旋结构模型时应注意的问题
(1)严格按照实验操作程序，按结构层次从小到大，从简单到复杂依次完成。
(2)制作磷酸、脱氧核糖和含氮碱基的模型时，注意各分子的大小比例。
(3)制作含氮碱基模型时：①腺嘌呤(A)和胸腺嘧啶(T)的一端应剪成相互吻合的形状。同理，鸟嘌呤(G)和胞嘧啶(C)的一端也应剪成另一种相互吻合的形状。②这两种碱基对模型的长度应相等，以保证DNA分子中两条平行链之间的距离相等。
(4)制作脱氧核苷酸长链模型时，要注意三点：①两条长链中脱氧核苷酸的个数必须相同；②两条长链并排时，必须保证碱基之间能够相互配对；③两条长链走向要相反。
(5)旋转平面结构成立体结构时，如发现某结构部件有扭曲现象，应予以矫正。
(6)整个制作过程，各零件之间的连接应保持足够的牢固性，以免旋转时零件脱落。
4．(2016·浙江4月选考)下列表示某同学制作的脱氧核苷酸结构模型(表示脱氧核糖、?表示碱基、○P 表示磷酸基团)，其中正确的是( )
解析：选D。每1个脱氧核苷酸是由1个脱氧核糖、1个磷酸基团和1个碱基构成，碱基可能是A或C或G或T，不可能是U，A项错误；脱氧核糖是戊糖，其中1号碳上连着碱基，5号碳上连着磷酸基团，B项、C项错误，D项正确。
5．如图表示某同学制作的DNA双螺旋结构模型的一个片段。其中存在的错误有( )
A．3处 B．5处
C．7处 D．8处
解析：选C。该DNA双螺旋模型中存在7处错误：①4个核糖应改为4个脱氧核糖(4处错误)；②不存在尿嘧啶；③腺嘌呤和胸腺嘧啶间有两个氢键；④胞嘧啶和鸟嘌呤之间有三个氢键。
“三看法”判断DNA分子结构的正误
一看外侧链成键位置是否正确，正确的成键位置在一分子脱氧核苷酸的5号碳原子上的磷酸基团与相邻核苷酸的3号碳原子之间；二看外侧链是否反向平行；三看内侧链碱基之间配对是否遵循碱基互补配对原则。
核心知识小结
[要点回眸] [规范答题] 1.DNA分子的双螺旋结构 (1)两条链反向平行。 (2)脱氧核糖和磷酸基团交替连接，排列在外侧，构成基本骨架。 (3)碱基通过氢键连接成碱基对，排列在内侧。2.双链DNA分子中，嘌呤碱基数＝嘧啶碱基数，即A＋G＝T＋C。3.互补碱基之和的比例在DNA的任何一条链及整个DNA分子中都相等。4.在DNA分子中，含G—C碱基对越多的DNA分子相对越稳定。5.非互补碱基之和的比例在两条互补链中互为倒数，而在整个DNA分子中比值为1。
[随堂检测][学生用书P46]
1.(2017·浙江4月选考)与DNA分子相比，RNA分子特有的碱基是( )
A．鸟嘌呤(G) B．胞嘧啶(C)
C．尿嘧啶(U) D．腺嘌呤(A)
解析：选C。DNA分子含有的碱基是A、C、G、T，RNA分子含有的碱基是A、C、G、U。因此，与DNA分子相比，RNA分子特有的碱基是U。
2.如图表示某同学在制作DNA双螺旋结构模型时，制作的一条脱氧核苷酸链，下列表述不正确的是( )
A．能表示一个完整脱氧核苷酸的是图中的a或b
B．图中与每个五碳糖直接相连的碱基只有1个
C．相邻脱氧核苷酸之间通过化学键②连接起来
D．从碱基上看，缺少的碱基是T
解析：选A。图中所示只有a表示的是一个完整的脱氧核苷酸；图中与五碳糖直接相连的碱基只有1个；②表示的是磷酸二酯键，相邻的脱氧核苷酸通过此键相连接；脱氧核苷酸中的碱基共有4种，即A、G、C、T。
3．某研究小组测定了多个不同双链DNA分子的碱基组成，根据测定结果绘制了DNA分子的一条单链与其互补链、一条单链与其所在DNA分子中碱基数目比值的关系图，下列正确的是( )
解析：选C。A项，无论DNA分子的一条单链中(A＋C)/(T＋G)的值为多少，整个DNA分子中(A＋C)/(T＋G)都等于1。B项，由于双链DNA分子中A与T配对、G与C配对，故一条单链中(A＋C)/(T＋G)的值与其互补链中的(A＋C)/(T＋G)的值互为倒数。C项，由于双链DNA分子中A与T配对、G与C配对，故一条单链中(A＋T)/(G＋C)的值与整个DNA分子中(A＋T)/(G＋C)的值相等。D项，由于双链DNA分子中A与T配对，G与C配对，故一条单链中(A＋T)/(G＋C)的值与其互补链中(A＋T)/(G＋C)的值相等。
4．根据DNA分子结构模式图回答下列问题：
(1)写出①～⑥的名称：
①_________；②_________；③_________；④_________；
⑤_________；⑥_________。
(2)分析这种结构的主要特点：
①构成DNA分子的两条链按________盘旋成双螺旋结构。
②DNA分子的基本骨架由________________________________________而成。
③DNA分子两条链上的碱基通过________连接成碱基对。
(3)DNA分子中的碱基有________种，碱基间配对方式有________种，但由于________________________________________________________________________
使DNA分子具有多样性；由于_______________________________________，
使DNA分子具有特异性。
解析：(1)根据脱氧核苷酸的结构及碱基互补配对原则可依次推断出①～⑥的名称。
(2)根据DNA的立体结构可知，DNA分子的两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构，其外侧是由脱氧核糖和磷酸交替连接形成的基本骨架；内侧是通过氢键连接而成的碱基对。
(3)DNA分子中的碱基共4种，配对方式共2种，即A—T，G—C，由于碱基对排列顺序的千变万化，构成了DNA分子的多样性，而碱基对的特定排列顺序，又构成了每一个DNA分子的特异性。
答案：(1)胸腺嘧啶 胞嘧啶 腺嘌呤 鸟嘌呤 脱氧核糖 磷酸 (2)反向平行 脱氧核糖与磷酸交替连接 氢键 (3)4 2 不同DNA分子中碱基对排列顺序的千变万化 每个DNA分子具有特定的碱基对排列顺序
[课时作业] [学生用书P111(单独成册)]
一、选择题
1．如图是一个DNA分子的片段，从图中不能得到的信息是( )
A．DNA是双螺旋结构
B．碱基严格互补配对
C．嘌呤数等于嘧啶数
D．两条脱氧核苷酸链反向平行
解析：选D。由图示可以看出，DNA是双螺旋结构，且两条链之间碱基严格互补配对，即嘌呤数等于嘧啶数；从图中不能看出两条链的方向。
2．有关DNA分子结构的叙述，正确的是( )
A．DNA分子由4种核糖核苷酸组成
B．DNA单链上相邻碱基以氢键连接
C．碱基与磷酸基团相连接
D．DNA链的基本骨架由磷酸基团与脱氧核糖构成
解析：选D。DNA分子由4种脱氧核苷酸组成，选项A错误；DNA单链无碱基对，相邻碱基没有形成氢键，选项B错误；碱基不与磷酸基团相连接，而与脱氧核糖相连，选项C错误。
3．在DNA分子的一条脱氧核苷酸链中，相邻的碱基A与T之间的连接结构是( )
A．氢键
B．—磷酸—脱氧核糖—磷酸—
C．肽键
D．—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—
解析：选D。解决本题的关键是“一条脱氧核苷酸链，相邻碱基A和T之间的连接结构”核苷酸与核苷酸之间是通过磷酸与脱氧核糖相连形成单链。
4．如表为生物学家在分析大麦、果蝇、猪、牛和人等生物DNA碱基比率时得到的结果：
生物的种类 大麦 果蝇 猪 牛 人
1.21 1.37 1.43 1.31 1.52
根据上表，可获得的最恰当的结论是( )
A．DNA分子具有特异性
B．DNA分子具有多样性
C．DNA分子具有遗传性
D．DNA分子具有特异性和多样性
解析：选D。在双链DNA分子中，A＝T，G＝C，但(A＋T)/(G＋C)的比值因生物种类不同而不同，每一种生物都有其特定的比值，这就构成了DNA分子的特异性；不同生物，其比值又不同，这就构成了DNA分子的多样性。
5．在含有四种碱基的DNA片段中，有腺嘌呤a个，占该片段全部碱基的比例为b，则( )
A．b≤0.5
B．b≥0.5
C．胞嘧啶为a(1/2b－1)个
D．胞嘧啶为b(1/2a－1)个
解析：选C。由题意知，该DNA片段中含有A、G、C、T四种碱基。在双链DNA分子中A＝T，所以b<0.5，不可能等于0.5，所以A项、B项错误。在DNA分子中，A有a个，占全部碱基的比例为b，则碱基总数为a/b。所以(A＋G)＝a/2b个，G＝C＝a/2b－a＝a(1/2b－1)个。
6．在一个双链DNA分子中，碱基总数为m，腺嘌呤碱基数为n，则下列有关叙述错误的是( )
A．脱氧核苷酸数＝磷酸数＝碱基总数＝m
B．碱基之间的氢键数为(3m－2n)/2
C．两条链中A＋T的数量为2n
D．G的数量为m－n
答案：D
7．某同学制作的DNA双螺旋结构模型中，在一条链中所用碱基模块A∶C∶T∶G为1∶2∶3∶4，则该模型中四种碱基模块的比例应为( )
A．1∶2∶3∶4 B．3∶4∶1∶2
C．1∶1∶1∶1 D．2∶3∶2∶3
解析：选D。DNA双链中A与T配对，C与G配对，所以已知比例的这条链上的A数量与另一条链上的T数量相等，C数量与另一条链上的G数量相等，故另一条链中A、C、T、G数量之比为3∶4∶1∶2，两比值对应相加，即得到整个DNA双链中四种碱基数量比为2∶3∶2∶3。
8．现有一待测核酸样品，经检测后，对碱基个数统计和计算得到下列结果：(A＋T)/(G＋C)＝1，(A＋G)/(T＋C)＝1，根据此结果，该样品( )
A．无法被确定是脱氧核糖核酸还是核糖核酸
B．可被确定为双链DNA
C．无法被确定是单链DNA还是双链DNA
D．可被确定为单链DNA
解析：选C。此题主要考查DNA的结构，在双链DNA中，碱基比例的含量符合碱基互补配对原则，单链DNA中不符合该原则。双链DNA分子中，A＝T，G＝C，所以(A＋G)/(T＋C)＝(A＋C)/(T＋G)＝1。(A＋T)/(G＋C)的碱基比率在特殊情况下等于1，在绝大多数情况下不等于1；在单链DNA分子中，A和T，G和C之间无对应关系，其(A＋G)/(T＋C)的比例在绝大多数情况下不等于1，特殊情况下等于1，所以题干给出的情况无法判断该核酸是单链DNA还是双链DNA。
9．若一个双链DNA分子的G占整个DNA分子碱基的27%，并测得DNA分子一条链上的A占这条链碱基的18%，则另一条链上的A的比例是( )
A．9% B．27%
C．28% D．46%
解析：选C。这是一道卡伽夫法则应用在DNA结构方面的计算题。解答此类题目须从以下三步分析：①搞清题中所给的和所求的碱基比例是占整个DNA分子的碱基比例，还是占DNA分子一条链的碱基比例；②画一个DNA分子的模式图，并在图中标出已知和未知的碱基，如图所示。
③根据卡伽夫法则进行计算
据题意：G占整个DNA分子的27%，依碱基互补配对原则：G＝C＝27%，G＋C＝54%，那么A＋T＝1－54%＝46%，又因为它的任何一条链中A＋T＝46%，其中A＝18%，则此链中T＝46%－18%＝28%，另一条链中A＝28%。
10．下图四种化合物的化学组成中，“○”中所对应的名称正确的是( )
A．①——腺嘌呤脱氧核苷酸
B．②——腺苷
C．③——腺嘌呤脱氧核苷酸
D．④——腺嘌呤
解析：选C。由图可知①是腺嘌呤核糖核苷酸，②是腺嘌呤，③是腺嘌呤脱氧核糖核苷酸，④是腺嘌呤核糖核苷酸，故C正确。
11．在双链DNA分子中，A和T之和占全部碱基的比例为m % ；其中一条α链中C占该链碱基数的比例为n %。则另一条β链中C占β链碱基的百分比是( )
A．n%
B．(m－n)/2
C．1－(m＋n)%
D．[(m－n)/2]%
解析：选C。A和T之和占全部碱基的比例为m%，所以C和G之和占全部碱基的比例为1－m%，α链中C和G之和占该链碱基的比例为1－m%，另一条β链中C占β链碱基的百分比＝α链中G占α链碱基的比例＝1－m%－n%，C项正确。
12．据报道，哈佛大学研究人员将一本大约有5.34万个单词的书籍编码进不到亿万分之一克的DNA微芯片中，然后成功利用DNA测序来阅读这本书。这是迄今为止人类使用DNA遗传物质储存数据量最大的一次实验。下列有关DNA的说法正确的是( )
A．DNA测序实际就是确定基因在DNA中的排列顺序
B．每个DNA分子不仅具有多样性，还具有特异性
C．DNA的稳定性与胸腺嘧啶的含量成正相关
D．大肠杆菌的DNA中每个脱氧核糖均连接两个磷酸基团
解析：选D。DNA测序实际上是测定DNA中碱基对的排列顺序，A项错误，每个DNA分子具有特定的碱基排列顺序，具有特异性，B项错误；DNA中含有的氢键数量越多，结构越稳定，A与T碱基对之间有2个氢键，C与G碱基对之间有3个氢键，因此DNA的稳定性与胸腺嘧啶的含量成反相关，C项错误；大肠杆菌的拟核中有一个大型环状DNA分子，质粒为小型环状DNA分子，所以大肠杆菌的DNA中每个脱氧核糖均连接两个磷酸基团，D项正确。
二、非选择题
13．如图是DNA片段的结构图，请据图回答：
(1)图甲是DNA片段的________结构，图乙是DNA片段的________结构。
(2)填出图中部分结构的名称：[3]__________、[5]__________。
(3)从图中可以看出DNA分子中的两条链是由脱氧核糖和________交替连接构成的。
(4)连接碱基对的[7]是________，碱基配对的方式如下：即A(腺嘌呤)与________配对；C(胞嘧啶)与________配对。
(5)从图甲可以看出组成DNA分子 的两条链的方向是________的，从图乙可以看出组成DNA分子的两条链相互缠绕成________结构。
解析：(1)据图分析可知，图甲表示DNA片段的平面结构，图乙表示DNA片段的立体(或空间)结构，为独特的双螺旋结构。(2)图中3表示脱氧核糖，5表示腺嘌呤脱氧核糖核苷酸。(3)DNA分子的磷酸和脱氧核糖交替排列形成DNA分子的基本骨架。(4)碱基对之间通过氢键连接，碱基配对遵循的原则是A与T碱基配对、C与G碱基配对。(5)从图甲可以看出组成DNA分子的两条链是反向平行的；从图乙可以看出组成DNA分子的两条链相互缠绕成双螺旋结构。
答案：(1)平面 立体(或空间) (2)脱氧核糖 腺嘌呤脱氧核苷酸 (3)磷酸 (4)氢键 T(胸腺嘧啶)
G(鸟嘌呤) (5)反向平行 规则的双螺旋结构
14．图甲是用DNA测序仪测出的某DNA片段上一条脱氧核苷酸链中的碱基排列顺序(TGCGTATTGG)，请回答下列问题：
(1)据图甲推测，此DNA片段上的鸟嘌呤脱氧核苷酸的数量是__________个。
(2)根据图甲中脱氧核苷酸链中的碱基排列顺序，推测图乙中显示的脱氧核苷酸链的碱基排列顺序为______________________________(从上往下)。
(3)图甲所显示的DNA片段与图乙所显示的DNA片段中的(A＋G)/(T＋C)总是为______________，由此证明DNA分子中碱基的数量关系是____________________________。图甲中的DNA片段与图乙中的DNA片段中的 A/G分别为________、________，由此说明了DNA分子具有特异性。
解析：(1)图甲中显示的一条链上鸟嘌呤脱氧核苷酸的数量是4个，胞嘧啶脱氧核苷酸的数量是1个，根据碱基互补配对原则，其互补链上还有1个鸟嘌呤脱氧核苷酸。(2)看清楚图甲中各列所示的碱基种类是读出脱氧核苷酸链碱基序列的关键。(3)在双链DNA分子中，因为碱基互补配对，所以嘌呤数等于嘧啶数；不同的DNA分子中(A＋T)/(G＋C)、A/G、T/C是不同的，体现了DNA分子的特异性。
答案：(1)5
(2)CCAGTGCGCC
(3)1 嘌呤数等于嘧啶数 1/1 1/4
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第三节 遗传信息的传递
1.概述DNA分子的复制。 2.通过“活动：探究DNA的复制过程”，感悟科学实验中蕴含的理性精神与求真意识、批判精神与创新意识，逐步领悟科学的本质特征。
[学生用书P47]
一、DNA复制的概念
产生两个跟亲代DNA完全相同的新DNA分子的过程。
二、DNA复制的过程
1．形成“模板链”：在有关酶的作用下，两条链的配对碱基之间的氢键断开，碱基暴露出来，形成了两条模板链。
2．合成子链：每一条母链按照碱基互补配对的原则，吸引含有互补碱基的核苷酸，最后相邻核苷酸的脱氧核糖和磷酸基团间形成磷酸二酯键，产生一条新链(子链)。
3．形成新的DNA分子：一条“模板链”(母链)与一条新链(子链)形成一个新的DNA分子，即一个双螺旋DNA分子变成了两个双螺旋分子，并且新形成的DNA分子与亲代DNA分子相同。
三、DNA复制的特点
DNA复制的特点是半保留复制，即新合成的双链DNA分子中，一条链是来自亲代的DNA，另一条链则是新合成的。
四、DNA复制的意义
DNA复制是遗传物质从亲代向子代传递的基础。生殖细胞形成过程中进行DNA的复制，使亲代的遗传信息传递给了子代，从而保持了前后代遗传信息的连续性。
完成DNA复制的基本条件是什么？
提示：模板、原料、能量和酶等。
以DNA的一条链“—A—T—C—”为模板，经复制后的子链是什么？
提示：DNA复制合成子链时，每一条母链按照互补配对的原则，吸引含有互补碱基的核苷酸，最后相邻核苷酸的脱氧核糖和磷酸基团间形成磷酸二酯键，产生一条新链(子链)。所以根据碱基互补配对原则，在DNA分子中A与T配对，C与G配对，模板链为“—A—T—C—”，经复制后的子链为“—T—A—G—”。
DNA复制的探究[学生用书P48]
1．探究方法：同位素示踪法。
2．探究过程
3．结果
世代 DNA分子离心后在管中的位置 不同DNA分子占全部DNA分子之比 不同脱氧核苷酸链占全部链之比
只含15N的DNA分子 含14N、15N的DNA分子 只含14N的DNA分子 含15N的链 含14N的链
亲代 全在下部 1 0 0 1 0
第二代 全在中部 0 1 0 1/2 1/2
第三代 1/2中部， 1/2上部 0 1/2 1/2 1/4 3/4
4.结论
(1)新合成的子代双链DNA分子中，一条链是来自亲代的DNA，另一条链则是新合成的。
(2)DNA的复制是以亲代的一条DNA链为模板，按照碱基互补配对原则，合成另一条具有互补碱基的新链。
(3)复制出的DNA分子与亲代DNA分子完全相同。
5．特点：DNA的复制方式为半保留复制。
1．细菌在15N培养基中繁殖数代后，使细菌DNA的含氮碱基皆含有15N，然后再移入14N培养基中培养，抽取亲代及子代的DNA经高速离心分离，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
解析：选C。由于DNA分子的复制是半保留复制，因此依据这一特点来分析，⑤为亲代DNA，②为子一代DNA，①为子二代DNA，③为子三代DNA。不可能出现④中的情形。
2．在氮源为14N的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA分子均为14N?DNA(对照)；在氮源为15N的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA分子均为15N?DNA(亲代)。将亲代大肠杆菌转移到含14N的培养基中，再连续繁殖两代(Ⅰ和Ⅱ)，用某种离心方法分离得到的结果如图所示，请分析回答下列问题：
(1)由实验结果可以推测第一代(Ⅰ)细菌DNA分子中一条链是________，另一条链是________。
(2)将第一代(Ⅰ)细菌转移到含15N的培养基上繁殖一代，将所得的细菌的DNA用同样的方法分离。请参照A图将DNA分子可能出现在试管中的位置在B图中标出。
解析：DNA复制为半保留复制，亲代15N?DNA在14N的培养基中连续复制两次的图示为：
答案：(1)15N母链 14N新链
(2)见图
DNA复制的理解[学生用书P48]
1．DNA复制相关知识归纳
场所 真核细胞：细胞核(主要)、线粒体、叶绿体；原核细胞：拟核、细胞质(细胞溶胶)
时间 细胞分裂间期
模板 亲代DNA的两条链
原料 4种游离的脱氧核苷酸
能量 ATP
酶 DNA聚合酶等
特点 半保留复制，多个复制起点
结果 一个DNA分子形成了两个DNA分子。新复制出的2个子代DNA分子通过细胞分裂分配到2个子细胞中去
(1)DNA复制的场所：主要场所是细胞核，但在拟核、线粒体、叶绿体中也能进行DNA复制。
(2)能够进行DNA复制的生物：一切以DNA为遗传物质的生物。
(3)真核生物细胞核中DNA复制发生的时间：在体细胞中发生在有丝分裂间期；在有性生殖过程中发生在减数第一次分裂前的间期。
(4)复制所需的酶是指一个酶系统，不仅仅是指解旋酶和DNA聚合酶，还包括DNA连接酶等。
①解旋酶的作用是破坏碱基间的氢键。
②DNA聚合酶的作用是连接游离的脱氧核苷酸。
③DNA连接酶的作用是连接DNA片断。
(5)两个子代DNA的位置及分开时间：复制产生的两个子代DNA分子位于一对姐妹染色单体上，由着丝粒连在一起，在有丝分裂后期或减数第二次分裂后期着丝粒分裂时分开，分别进入两个子细胞中。
(6)DNA分子的复制往往是从多个起点进行的，如图：
2．DNA准确复制的原因
DNA分子之所以能自我复制，取决于DNA的双螺旋结构，它为复制提供了模板；同时，由于碱基具有互补配对的特性，因此能确保复制的准确。在复制过程中，脱氧核苷酸序列具有相对的稳定性，但也可能发生差错，这种稳定性和可变性的统一，是生物遗传和变异的物质基础和根本原因。
3．下列关于DNA复制的叙述，正确的是( )
A．在细胞有丝分裂前的间期，发生DNA复制
B．DNA通过一次复制后产生四个DNA分子
C．DNA双螺旋结构全部解链后，开始DNA的复制
D．单个脱氧核苷酸在DNA酶的作用下连接合成新的子链
解析：选A。DNA通过一次复制后产生两个DNA分子，复制两次才能产生四个DNA分子。DNA复制过程应该是边解开螺旋边复制。单个脱氧核苷酸在DNA聚合酶的作用下连接合成新的子链。
4．如图为真核细胞DNA分子复制过程模式图。据图分析，下列相关叙述中错误的是( )
A．由图示可知，DNA分子复制的方式是半保留复制
B．从图中可以看出合成两条子链时，DNA聚合酶移动的方向是相反的
C．子链合成的方向是一定的
D．解旋需解旋酶及DNA聚合酶的催化，且需要消耗ATP
解析：选D。由图示可以看出，新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链，因此，DNA分子复制的方式为半保留复制；由图中的箭头可知，两条链上DNA聚合酶移动的方向是相反的；子链合成的方向是一定的，即只能从5′端向3′端延伸；图示解旋的过程中只有解旋酶的作用，而没有DNA聚合酶的参与。
判断DNA复制要三看
一看模板是否为DNA；
二看原料是否为脱氧核苷酸；
三看产物是否为DNA。
DNA复制的相关计算[学生用书P49]
DNA的复制为半保留复制，一个DNA分子复制n次，则有：
1．DNA分子数
(1)子代DNA分子数＝2n个。
(2)含有亲代链的子代DNA分子＝2个。
(3)不含亲代链的子代DNA分子数＝(2n－2)个。
2．脱氧核苷酸链数
(1)亲代脱氧核苷酸链数＝2条。
(2)子代DNA分子中脱氧核苷酸链数＝2n＋1条。
(3)新合成的脱氧核苷酸链数＝(2n＋1－2)条。
3．消耗的脱氧核苷酸数
若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，经过n次复制需要消耗该脱氧核苷酸(2n－1)m个。
5．(2017·浙江4月选考)若将处于G1期的胡萝卜愈伤组织细胞置于含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸培养液中，培养至第2次分裂中期。下列叙述正确的是( )
A．每条染色体中的两条染色单体均含3H
B．每个DNA分子的两条脱氧核苷酸链均含3H
C．每个DNA分子中均只有一条脱氧核苷酸链含3H
D．每条染色单体均只有一个DNA分子的两条脱氧核苷酸链含3H
解析：选A。第2次分裂中期时有一半DNA分子只有一条脱氧核苷酸链含3H，另一半DNA分子两条脱氧核苷酸链均含3H，故B、C、D均错。
巧借模式图解答与DNA复制有关问题
学会画DNA分子半保留复制图解有助于理解DNA的相关计算规律，如图所示：
6．用15N标记含有100个碱基对的双链DNA分子，其中有胞嘧啶60个，该DNA分子在含有14N的培养基中连续复制4次。其结果不可能是( )
A．含有15N的DNA分子占1/8
B．复制过程中需要腺嘌呤脱氧核苷酸600个
C．含有14N的DNA分子占7/8
D．复制结果共产生16个DNA分子
解析：选C。该DNA分子在14N培养基中连续复制4次，可得到24个DNA分子，其中含有14N的DNA分子占100%，C错误；含有15N的DNA分子占2/16，因为DNA分子复制为半保留复制，亲代DNA分子的两条链只可能进入两个子代DNA分子中，A正确；1个DNA分子经过4次复制，共产生24＝16个DNA分子，D正确；在含有100个碱基对的DNA分子中，若有胞嘧啶60个，则含有腺嘌呤个数为(100×2－60×2)/2＝40个，则连续复制4次所需腺嘌呤脱氧核苷酸的数目为40×(24－1)＝600个，B正确。
与DNA复制过程相关计算的误区辨析
(1)在一个含有n个碱基对的DNA分子中，双链中碱基对的排列和单链中碱基的排列最多均为4n种。
(2)运用DNA半保留复制特点，分析被标记DNA分子所占的比例时，应注意求的是DNA分子数，还是脱氧核苷酸链数；看准是“含”还是“只含”；还应注意培养液中化学元素的不同。
(3)运用DNA半保留复制特点，解决消耗某种脱氧核苷酸数量问题时，应注意亲代DNA分子的两条母链被保留下来，不需消耗原料。
(4)在计算消耗脱氧核苷酸数时要明确是经过n次复制还是第n次复制。
核心知识小结
[要点回眸] [规范答题] 1.DNA复制发生在细胞分裂的间期。2.DNA复制需要DNA模板、4种脱氧核苷酸做原料以及酶和能量。3.DNA复制的特点是边解旋边复制和半保留复制。4.DNA分子独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板；通过碱基互补配对，保证了复制能够准确地进行。
[随堂检测][学生用书P50]
1．下列关于DNA复制的叙述，正确的是( )
A．产物是RNA分子
B．场所主要是细胞溶胶
C．原料是氨基酸
D．方式是半保留复制
解析：选D。DNA复制方式为半保留复制，合成的子代DNA分子包括一条新链和一条母链。
2．如图所示是研究DNA复制方式的实验，根据这些实验结果进行的推论，正确的是( )
菌种：大肠杆菌
培养条件与方法：
(1)在含15N的培养基中培养若干代，使DNA均被15N标记(甲图)。
(2)转至14N的培养基中培养，每30分钟繁殖一代。
(3)取出每代DNA样本，并离心分层。
①丙是转入14N培养基中复制一代的结果
②乙是转入14N培养基中复制二代的结果
③出现丁的结果至少需要60分钟
④戊图表示复制三代后不再具有15N标记DNA
A．①④ B．①③
C．②③ D．①②③
解析：选B。①由于DNA分子复制是半保留复制，而丙中DNA全在中部，所以丙是转入14N培养基中复制一代的结果，正确；②乙中是1/2在下部、1/2在中部，而DNA分子复制是半保留复制，所以复制后不可能有在下部的DNA存在，错误；③丁中是1/2在中部、1/2在上部，说明DNA已复制两次，而复制一次需要30分钟，所以出现丁的结果至少需要60分钟，正确；④戊中全部在上部，表示不具有15N标记的DNA；而DNA分子的复制是半保留复制，15N标记的DNA两条链一直存在，错误。
3.(2019·浙江1月学考)假设T2噬菌体的DNA含1 000个碱基对，其中胞嘧啶占全部碱基的30%。一个32P标记的T2噬菌体侵染细菌，释放出50个子代噬菌体。下列叙述正确的是( )
A．子代噬菌体中最多有2个32P标记的噬菌体
B．噬菌体增殖过程所需的原料、模板、酶等全部由细菌提供
C．用含32P的培养基可直接培养出32P标记的T2噬菌体
D．产生这些子代噬菌体共消耗了9 800个胸腺嘧啶脱氧核苷酸
答案：A
4．在试管中合成DNA的实验过程是：先把高能磷酸基团接到四种脱氧核苷酸上，然后将这四种磷酸脱氧核苷酸放入一支试管中，还要加入从某种生物体内提取的DNA聚合酶系，最后放入一条带15N 标记的DNA分子，并将试管放在适宜温度的环境中。据下列实验结果回答：
(1)由生化分析得知：新合成的DNA分子，A＝T, G＝C，这个事实说明DNA的合成遵偱____________________。新合成的DNA分子中，(A＋T)/(G＋C)的比率与带15N标记的 DNA分子一样，这说明新DNA分子是__________________________。分析还得知，新合成的DNA分子带有15N标记的DNA的链占50%，这个事实说明___________________________。
(2)在一个新合成的DNA中，(A＋T)/(C＋G)的值与它的模板DNA的任一单链________(填“相同”或“不相同”)。简述理由________________________________。
(3)一段时间内测得容器内共有8个DNA分子，此段时间DNA分子共进行________次复制。在这8个DNA中，不含15N的DNA、一条链中含15N的DNA和两条链都含15N的DNA数目之比是________。
答案：(1)碱基互补配对原则 以标记DNA为模板的产物 DNA的复制是半保留复制
(2)相同 因为所有的双链DNA中，A与T的数目相同，C与G的数目相同
(3)3 6∶2∶0
[课时作业] [学生用书P113(单独成册)]
一、选择题
1．DNA分子复制所需要的原料是( )
A．核苷酸 B．核苷
C．碱基 D．脱氧核苷酸
解析：选D。DNA分子的基本单位是脱氧核苷酸，所以在复制过程中需要脱氧核苷酸作为原料。
2．DNA分子复制不发生在( )
A．洋葱根尖分生区增殖细胞
B．减数第一次分裂间期
C．减数第二次分裂间期
D．精原细胞形成初级精母细胞的时期
解析：选C。DNA分子复制发生在细胞有丝分裂间期和减数第一次分裂的间期，而洋葱根尖分生区细胞通过有丝分裂方式增殖，精原细胞形成初级精母细胞的时期即为减数第一次分裂间期。
3．保证准确无误地进行DNA复制的关键步骤是( )
A．需要有关酶促使DNA的两条互补链分离
B．游离的脱氧核苷酸与母链碱基进行互补配对
C．配对的脱氧核苷酸之间连接成与母链互补的子链
D．模板母链与互补子链盘绕成双螺旋结构
解析：选B。DNA分子独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板，通过碱基互补配对，保证了复制能够精确地进行。
4．用15N同位素标记细菌的DNA分子，再将它们放入含14N的培养基上连续繁殖4代，a、b、c为三种DNA分子：a只含15N，b同时含15N和14N，c只含14N。如图中这三种DNA分子的比例正确的是( )
解析：选D。假设亲代DNA分子为n个，则繁殖四代后，DNA分子总数为16n，其中，只含15N的DNA分子为0个，同时含14N和15N的分子为2n个，只含14N的分子有14n个，则它们呈现的比例为D图所示。
5．关于DNA复制过程的叙述，错误的是( )
A．DNA复制时伴随有氢键的断裂和重新形成
B．DNA复制时伴随有磷酸二酯键的断裂和重新形成
C．DNA复制时伴随有高能磷酸键的断裂和重新形成
D．DNA复制时伴随有双螺旋结构的破坏与重新形成
解析：选B。DNA复制时需要在酶的作用下破坏碱基对之间的氢键，复制完成时模板母链与子链之间形成氢键，然后重新螺旋化；在复制过程中要消耗能量，能量由高能化合物(ATP)来提供，所以伴随有高能磷酸键的断裂和重新形成；复制时只在DNA聚合酶的作用下伴随有磷酸二酯键的形成，而没有磷酸二酯键的断裂。
6．某细胞DNA分子的胸腺嘧啶脱氧核苷酸用3H标记，然后放在普通的培养基上让其进行有丝分裂，在第一次有丝分裂和第二次有丝分裂中，其染色单体的放射性情况分别是( )
A．一半、全部
B．全部、一半
C．一半、有的一半有的没有
D．一半、一半
解析：选B。DNA分子的复制是半保留复制，第一次复制后，每条染色单体的DNA分子中都保留了亲代的一条链，都具有放射性，但第一次分裂产生的DNA分子的两条链中，一条具有放射性，一条不具有放射性；第二次复制完成后，每条染色体的两个染色单体中，以不具放射性的链为模板合成的不具放射性，以具有放射性的链合成的仍具有放射性，所以一半具有放射性，一半不具有放射性。
7．在体外进行DNA复制的实验，向试管中加入有关酶、4种脱氧核苷酸和ATP，37 ℃下保温、适宜的酸碱度。下列叙述中正确的是( )
A．能生成DNA，DNA的碱基比例与4种脱氧核苷酸的比例一致
B．不生成DNA，因为实验中缺少DNA模板
C．能生成DNA，DNA的碱基比例不确定，且与酶的来源有一定的关联
D．不生成DNA，因为实验中缺少酶催化的适宜条件
解析：选B。DNA复制需要模板、酶、原料、能量和适宜条件。
8．BrdU能代替胸腺嘧啶脱氧核苷掺入到新合成的DNA链中。若用姬姆萨染料染色，在染色单体中，DNA只有一条单链掺有BrdU则着色深；DNA的两条单链都掺有BrdU则着色浅。将植物根尖分生组织放在含有BrdU的培养液中培养一段时间，取出根尖并用姬姆萨染料染色，用显微镜观察染色体的染色单体的颜色差异。下列相关叙述错误的是( )
A．在第一个细胞周期中，每条染色体的染色单体间均无颜色差异
B．在第二个细胞周期的前期，每条染色体中有3条脱氧核苷酸链含有BrdU
C．在第三个细胞周期的中期，细胞中有1/4染色体的染色单体间出现颜色差异
D．此实验可用于验证DNA的复制方式为半保留复制
解析：选C。DNA的复制方式为半保留复制，由题干信息，在第一个细胞周期中，每条染色体的染色单体中，DNA分子都只有一条单链掺有BrdU，均着色深，无颜色差异。在第二个细胞周期的前期，每条染色体含两个染色单体，每条染色体中有3条脱氧核苷酸链含有BrdU；在第三个细胞周期的中期，由于第二个细胞周期后期着丝粒分开移至两极时有不同的情况，形成的子细胞中染色体DNA含有BrdU多少不一，细胞中不一定有1/4染色体的染色单体间出现颜色差异。因此选项A、B、D正确，选项C错误。
9．某DNA分子中含有1 000个碱基对(P元素只含32P)。若将DNA分子放在只含31P的脱氧核苷酸的培养液中让其复制两次，则子代DNA的相对分子质量平均比原来( )
A．减少1 500 B．增加1 500
C．增加1 000 D．减少1 000
解析：选A。具有1 000个碱基对的DNA分子连续分裂两次，形成4个DNA分子，这4个DNA分子中有2个DNA分子的每条链都是含31P的，还有2个DNA分子都是一条链是31P，另一条链是32P。前2个DNA分子的相对分子质量比原DNA共减少了4 000，后2个DNA分子的相对分子质量比原来共减少了2 000，这样4个DNA分子平均比原来减少了6 000/4＝1 500。
10．下列关于如图DNA分子片段的说法，正确的是( )
A．解旋酶可作用于①②处
B．“G”是鸟嘌呤脱氧核糖核苷酸
C．该DNA的特异性表现在碱基种类和(A＋G)/(C＋T)的比例上
D．把此DNA放在含15N的培养液中复制2代，子代中含15N的DNA占3/4
解析：选B。解旋酶的作用是催化氢键断开，使DNA两条链分开，形成两条单链DNA，即作用于图中③处，A错误；“G”是鸟嘌呤脱氧核苷酸，B正确；DNA分子的特异性是由于每个特定的DNA分子都具有其特定的碱基对排列顺序，对于任何双链DNA分子中，(A＋G)/(C＋T)的比值都是等于1，C错误；把此DNA放在含15N的培养液中复制2代，子代DNA都含有15N，D错误。
11．下列关于DNA复制过程的正确顺序是( )
①互补碱基对之间氢键断裂 ②互补碱基对之间形成氢键 ③DNA分子在有关酶的作用下解开螺旋 ④以解开螺旋后的母链为模板进行碱基互补配对 ⑤新链与模板链盘旋成双螺旋状结构
A．③①④②⑤ B．①④②⑤③
C．①③⑤④② D．①③④②⑤
解析：选A。DNA的复制顺序是形成“模板链”(③①)、合成子链(④②)、形成新的DNA分子(⑤)。
12．已知某DNA分子含有1 000个碱基对，其中一条链上A∶G∶T∶C＝1∶2∶3∶4。该DNA分子连续复制两次，共需要鸟嘌呤脱氧核苷酸分子数是( )
A．600个 B．900个
C．1 200个 D．1 800个
解析：选D。DNA分子中含有2 000个碱基，又知其中一条链中A∶G∶T∶C＝1∶2∶3∶4。该DNA分子中A＝T，C＝G，则求出该DNA分子中鸟嘌呤脱氧核苷酸分子数为600个，该DNA分子连续复制两次，共需要鸟嘌呤脱氧核苷酸分子数为(22－1)×600＝1 800个。
二、非选择题
13．如图为DNA的复制图解，请据图回答下列问题：
(1)DNA复制发生在____________________________________________期。
(2)②过程称为____________。
(3)指出③中的子链：____________。
(4)③过程必须遵循__________________原则。
(5)子代DNA分子中只有一条链来自亲代DNA分子，由此说明DNA的复制具有____________特点。
(6)将一个细胞的DNA用15N标记，放入含14N的4种脱氧核苷酸培养液中，连续分裂4次，则含14N的DNA细胞占总细胞数的________，含15N的DNA细胞占总细胞数的________。
(7)已知原来DNA中有100个碱基对，其中A 有40个，则复制4次，在复制过程中将需要________个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸参加。
解析：DNA分子的复制方式为半保留复制，子代DNA分子中有一条母链和与母链互补的子链；复制n次产生的子代DNA分子数为2n个；若亲代DNA分子中含某种碱基数为a个，则复制n次需该种碱基数为a×(2n－1)个。
答案：(1)有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间
(2)解旋 (3)Ⅱ、Ⅲ (4)碱基互补配对
(5)半保留复制 (6)100% 12.5% (7)900
14．含有32P或31P的磷酸，两者化学性质几乎相同，都可以参与DNA分子的组成，但32P比31P的质量大。现将某哺乳动物的细胞放在含31P的培养基中，连续培养数代后得到G0代细胞，然后将G0代细胞移至含有32P的培养基中培养，经过第1、2次细胞分裂后，分别得到G1、G2代细胞，再从G0、G1、G2代细胞中提取出DNA，经密度梯度离心后，得到结果如图，由于DNA分子质量不同，因此在离心管内的分布不同，若①②③表示轻、中、重三种DNA分子的位置，请回答下列问题：
(1)G0、G1、G2三种DNA离心后的试管分别对应哪个图？
G0________，G1________，G2________。
(2)G2代在①②③三条带中DNA数的比例为________________________。
(3)图中①②两条带中DNA分子所含的同位素P分别是：条带①________，条带②________。
(4)上述实验结果证明DNA的复制方式是________，DNA分子的自我复制能使生物的________保持相对稳定。
(5)设全部含31P的DNA分子相对分子质量为a，全部含32P的DNA分子相对分子质量为b，则G2代DNA分子的平均相对分子质量为________。
解析：根据题意，可以明显地看出，G0代的DNA全部是由含31P的脱氧核苷酸组成的，是轻DNA；G1代每一个DNA分子中，一条是含31P的母链，一条是含32P的子链，是中DNA；G2代共4个DNA分子，有2个DNA分子的母链含31P，子链含32P，是中DNA，另2个DNA分子的母链、子链都含32P，是重DNA。
答案：(1)A B D (2)0∶2∶2 (3)31P 31P和32P
(4)半保留复制 遗传特性 (5)(a＋3b)/4
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第1课时 基因表达与遗传密码
1.列举DNA的功能。 2.比较DNA与RNA的异同。 3.概述遗传信息的转录和翻译的过程，并说明遗传密码。
[学生用书P51]
一、DNA的功能
DNA具有携带遗传信息和表达遗传信息的双重功能：即一方面以自身为模板，半保留地进行复制，保持遗传信息的稳定性；另一方面，根据它所贮存的遗传信息决定蛋白质的结构。
二、转录
1．概念：转录是指遗传信息由DNA传递到RNA上的过程。该过程需要有RNA聚合酶的催化。
2．结果：转录形成RNA。其种类有信使RNA(mRNA)、转运RNA(tRNA)和核糖体RNA(rRNA)等。行使传达DNA上遗传信息功能的是mRNA，把氨基酸运送到核糖体的是tRNA，核糖体的重要成分是rRNA。
3．过程
(1)结合：RNA聚合酶与DNA分子的某一启动部位相结合。
(2)解开螺旋：DNA片断的双螺旋解开，以其中一条链为模板。
(3)配对：游离的核苷酸碱基与DNA模板链上的碱基互补配对。
(4)连接：相邻的核糖核苷酸通过磷酸二酯键聚合成RNA分子。
三、翻译
1．场所：核糖体。
2．过程
(1)起始：核糖体沿mRNA移动。
(2)延伸：在移动中核糖体认读mRNA上决定氨基酸种类的密码，选择相应的氨基酸，由对应的tRNA转运，加到延伸中的肽链上。多肽链合成时，在一个mRNA分子上可以有若干个核糖体同时进行工作。
(3)终止：当核糖体到达mRNA的终止密码子时，多肽合成结束。
四、遗传密码
1．遗传密码位于mRNA上。
2．特点
(1)除少数密码子外，生物界的遗传密码是统一的。
(2)除少数氨基酸只有1种遗传密码外，大多数氨基酸有两个以上的遗传密码。
DNA转录时是把所有DNA分子都转录出来吗？
提示：不是。转录不是转录整个DNA分子，而是以基因为单位进行的。
密码子与氨基酸有怎样的对应关系？
提示：一种密码子只能决定一种氨基酸(终止密码子除外)，一种氨基酸可以有一种或多种对应的密码子。
DNA与RNA[学生用书P51]
1．DNA与RNA的比较
DNA RNA
组成分子 五碳糖 脱氧核糖 核糖
碱基 胸腺嘧啶(T) 尿嘧啶(U)
腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)
磷酸 磷酸
基本单位 脱氧核苷酸(4种) 核糖核苷酸(4种)
产生途径 DNA复制、逆转录 转录、RNA复制
结构 规则的双螺旋结构 常呈单链结构
分布 主要分布于细胞核，其次分布于线粒体、叶绿体 主要分布于细胞溶胶、线粒体、叶绿体、核糖体，少量分布于细胞核
2.DNA与RNA的判定方法
(1)若某核酸分子中有脱氧核糖，一定为DNA；有核糖，一定为RNA。
(2)若含碱基“T”，一定为DNA或其基本单位；若含碱基“U”，一定为RNA或其基本单位。因而用放射性同位素标记碱基“T”或碱基“U”可探知DNA或RNA。若细胞中大量利用碱基“T”，一般可认为进行DNA的复制；若大量利用碱基“U”，一般可认为正进行RNA的合成。
(3)若有T但T≠A或嘌呤≠嘧啶，则为单链DNA，因双链DNA分子中A＝T、G＝C，嘌呤(A＋G)＝嘧啶(T＋C)。
(4)若发现嘌呤≠嘧啶，则肯定不是双链DNA(可能为单链DNA，也可能为RNA)。
1．与RNA分子相比，DNA分子中特有的碱基是( )
A．胸腺嘧啶(T) B．鸟嘌呤(G)
C．腺嘌呤(A) D．胞嘧啶(C)
答案：A
2．甲生物含两种核酸，且碱基组成为嘌呤占46%，嘧啶占54%，乙生物含一种核酸，且碱基组成为：嘌呤占34%，嘧啶占66%，则以下不能表示甲、乙两种生物的是( )
A．人、埃博拉病毒 B．家禽、禽流感病毒
C．大肠杆菌、T2噬菌体 D．烟草、烟草花叶病毒
解析：选C。甲生物包括两种核酸，一定是细胞生物，4个选项中的第一种生物都符合题意。乙生物只含一种核酸，一定是非细胞生物——病毒，由于其核酸中嘌呤数(34%)≠嘧啶数(66%)，说明一定是RNA病毒，而C项中T2噬菌体是DNA病毒。
DNA和RNA的快速界定方法
对转录和翻译的理解[学生用书P52]
1．转录和翻译的比较(以真核生物为例)
转录 翻译
时间 个体生长发育的整个过程
场所 主要在细胞核 细胞质的核糖体
模板 DNA的其中一条链 mRNA
原料 4种核糖核苷酸 20种氨基酸
ATP 都需要
酶 RNA聚合酶等 合成酶
产物 1个单链RNA 多肽链(或蛋白质)
产物去向 离开细胞核进入细胞质 组成细胞结构蛋白或功能蛋白
特点 边解开螺旋边转录，转录后DNA恢复原状 翻译结束后，mRNA被降解
碱基配对 A—U，T—A，C—G，G—C A—U，U—A，C—G，G—C
意义 表达遗传信息，使生物表现出各种性状
(1)mRNA与DNA模板链碱基互补，但与非模板链碱基序列基本相同，只是用U代替T。
(2)从核糖体上脱离下来的只是多肽链，再经折叠、加工才能成为具有复杂空间结构的有活性的蛋白质。
(3)原核细胞中转录和翻译同时进行，即边转录边翻译，而真核细胞中先进行转录，然后mRNA再通过核孔进入细胞质中与核糖体结合进行翻译。
2．联系
3．(2019·浙江1月学考)真核生物的细胞核中，某基因的转录过程如图所示。下列叙述正确的是( )
A．转录的产物可不经加工直接作为翻译的模板
B．转录出的RNA链与编码链对应区域的碱基互补
C．该基因的多个部位可同时启动转录过程，从而提高转录效率
D．RNA聚合酶可使DNA双螺旋解开，也能使双螺旋重新形成
答案：D
4．(2019·浙江6月学考)真核细胞中，某多肽链的合成示意图如下，其中①②③为核糖体上结合tRNA的3个位置，a、b均是由mRNA上3个相邻的核苷酸组成的结构。下列叙述正确的是( )
A．在该mRNA中a、b均为密码子
B．一个mRNA只能与一个核糖体结合
C．③位置供携带着氨基酸的tRNA进入核糖体
D．若b中的1个核苷酸发生替换，则其决定的氨基酸一定改变
答案：C
翻译过程中多聚核糖体模式图解读
(1)信息解读
①图甲表示真核细胞中的翻译过程，图中①是mRNA，
⑥是核糖体，②③④⑤表示正在合成的4条肽链，翻译的方向是自右向左。
②图乙表示原核细胞中的转录和翻译过程，图中①是DNA模板链，②③④⑤表示正在合成的4个mRNA，在核糖体上同时进行翻译过程。
(2)解题技法
①分析此类问题要正确分清mRNA和肽链的关系。DNA模板链在RNA聚合酶的作用下产生的是mRNA，而在同一个mRNA上结合的多个核糖体，同时合成的是若干条肽链。
②解答此类问题还要明确真核细胞的转录和翻译不同时进行，而原核细胞能边转录边翻译。
遗传信息、密码子、反密码子与氨基酸之间的关系[学生用书P53]
1．遗传信息、密码子、反密码子之间的区别及联系
项目 遗传信息 密码子 反密码子
概念 基因中脱氧核苷酸的排列顺序 mRNA中决定一个氨基酸的3个相邻碱基 tRNA中与密码子互补配对的3个碱基
位置 主要在DNA中 mRNA tRNA
作用 控制生物的性状 直接决定蛋白质中氨基酸序列 识别密码子
种类 多样性 64种 61种
图解
2.密码子、反密码子、氨基酸数量的对应关系
由上图得出如下结论：
(1)由①⑥知：除终止密码外，一种密码子对应一种反密码子。
(2)由④⑤知：一种氨基酸对应一种或多种密码子(或反密码子)。
(3)由②③知：一种密码子或一种反密码子只对应一种氨基酸。
3．基因表达过程中的相关数量计算(如图)
说明：翻译过程中，mRNA上每3个碱基决定一个氨基酸，所以不考虑终止密码时，经翻译合成的蛋白质分子中的氨基酸数目是mRNA中碱基数目的1/3，是DNA(基因)中碱基数目的1/6。
突破1 遗传信息、密码子、反密码子与氨基酸的关系分析
5．有关蛋白质合成的叙述，不正确的是( )
A．终止密码子不编码氨基酸
B．每种tRNA只运转一种氨基酸
C．核糖体能在mRNA上滑动
D．每种氨基酸都对应多种密码子
解析：选D。终止密码子不编码氨基酸，A正确；每种tRNA上只含一种反密码子，故只能运转一种氨基酸，B正
确；翻译时，是核糖体在mRNA上滑动，C正确；一个氨基酸可能对应一个或几个密码子，D错误。
密码子的特性
(1)简并性：①当密码子中有一个碱基改变时，可能并不会改变其对应的氨基酸，从而减少变异发生的频率。
②当某种氨基酸使用频率高时，几种不同的密码子都编码一种氨基酸可保证翻译的速度。
(2)通用性：说明所有生物可能有共同的起源或生命在本质上是统一的。
突破2 基因控制蛋白质合成的有关计算分析
6．由n个碱基组成的基因，控制合成由1条多肽链组成的蛋白质。氨基酸的平均相对分子质量为a，则该蛋白质的相对分子质量最大为( )
A．na/6 B．na/3－18(n/3－1)
C．na－18(n－1) D．na/6－18(n/6－1)
解析：选D。根据中心法则，蛋白质的合成过程：DNA分子中碱基数∶mRNA碱基数∶氨基酸数＝6∶3∶1。已知该基因中有n个碱基，则对应的氨基酸为n/6，氨基酸经脱水缩合形成蛋白质，形成蛋白质的过程中，脱去的水分子数为n/6－1；水的相对分子质量为18，形成该蛋白质脱去的水的相对分子质量之和为18×(n/6－1)，又知氨基酸的平均相对分子质量为a，所以该蛋白质的相对分子质量最大为na/6－18(n/6－1)。
认清计算中“最多”和“最少”问题的易错说法
(1)翻译时，mRNA上的终止密码子不决定氨基酸，因此准确地说，mRNA上的碱基数目比蛋白质中氨基酸数目的3倍还要多一些。
(2)基因或DNA上的碱基数目比对应的蛋白质中氨基酸数目的6倍还要多一些。
(3)在回答有关问题时，应加上最多或最少等字。如：mRNA上有n个碱基，转录产生它的基因中至少有2n个碱基，该mRNA指导合成的蛋白质中最多有n/3个氨基酸。
核心知识小结
[要点回眸] [规范答题] 1.RNA有三种：信使RNA(mRNA)、转运RNA(tRNA)和核糖体RNA(rRNA)。2.转录的主要场所是细胞核，条件是模板(DNA的一条链)、原料(4种核糖核苷酸)、酶(RNA聚合酶)和能量。3.翻译的场所是核糖体，条件是模板(mRNA)、原料(20种氨基酸)、酶和能量。4.密码子共有64种，其中决定氨基酸的密码子有61种，3种终止密码子不决定氨基酸。5.一种氨基酸对应一种或多种密码子，一种密码子只对应一种氨基酸。6.每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸，一种氨基酸可由一种或多种tRNA识别和转运。
[随堂检测][学生用书P54]
1．(2016·浙江10月选考)遗传信息表达的过程，mRNA的三个碱基是UAC，则DNA模板链上对应的三个碱基是( )
A．ATG B．TAC
C．TUC D．AUG
解析：选A。DNA模板链上的碱基与mRNA上的密码子互补配对，且DNA分子含碱基T不含U，故DNA模板链上的碱基为ATG。
2．(2019·浙江4月学考)下列关于遗传信息表达过程的叙述，正确的是( )
A．一个DNA分子转录一次，可形成一个或多个合成多肽链的模板
B．转录过程中，RNA聚合酶没有解开DNA双螺旋结构的功能
C．多个核糖体可结合在一个mRNA分子上共同合成一条多肽链
D．编码氨基酸的密码子由mRNA上3个相邻的脱氧核苷酸组成
答案：A
如图是蛋白质合成时tRNA分子上的反密码子与mRNA上的密码子配对情形，以下有关叙述错误的是( )
A．tRNA上结合氨基酸分子的部位为甲端
B．图中戊处上下链中间的化学键表示氢键
C．与此tRNA反密码子配对的密码子为UCG
D．蛋白质的合成是在细胞内的核糖体上进行的
解析：选C。tRNA上的甲端是结合氨基酸分子的部位，A正确；图中戊处为局部双链结构，该处上下链中间的化学键表示氢键，B正确；tRNA的碱基顺序是从非氨基酸臂那一端开始的，而密码子的第三位碱基与反密码子的第一位碱基配对，因此与此tRNA反密码子配对的密码子为GCU，C错误；蛋白质的合成场所是核糖体，D正确。
4．一个mRNA分子有m个碱基，其中G＋C有n个，由该mRNA合成的蛋白质有两条肽链，则相应DNA分子的A＋T数、合成蛋白质时最多脱去的水分子数分别是( )
A．m、m/3－1 B．m、m/3－2
C．2(m－n)、m/3－1 D．2(m－n)、m/3－2
解析：选D。DNA模板链的碱基与mRNA的碱基互补，mRNA中G＋C＝n，则A＋U＝m－n，所以相应DNA中A＋T＝2(m－n)；RNA中有m个碱基，对应的氨基酸数最多为m/3，形成的蛋白质有两条肽链，所以合成蛋白质时最多脱去的水分子数是m/3－2。
5．如图为人体内蛋白质合成的一个过程。据图分析并回答问题：
(1)图中所示属于基因控制蛋白质合成过程中的______过程，该过程发生在细胞的________部分。
(2)图中A、B、D分别代表________、________、________。
(3)图中的C表示________，按从左到右的顺序写出mRNA区段所对应的DNA模板链的碱基排列顺序________________。
(4)该过程不可能发生在( )
A．神经细胞 B．肝细胞
C．成熟的红细胞 D．油脂细胞
解析：图示是翻译过程，A是mRNA，B是核糖体，C是tRNA，D是肽链。mRNA是以DNA的一条链为模板根据碱基互补配对原则转录而成的，mRNA片段从左到右是AUGGCUUCUUUC，所以DNA模板链上的碱基顺序是TACCGAAGAAAG。成熟的红细胞没有细胞核及其他有膜的细胞器，也没有核糖体，因此不能合成蛋白质。
答案：(1)翻译 核糖体 (2)mRNA 核糖体 肽链 (3)tRNA TACCGAAGAAAG (4)C
[课时作业] [学生用书P115(单独成册)]
一、选择题
1．下列关于RNA的叙述，错误的是( )
A．RNA主要在细胞核中合成，通过核孔转移到细胞质中
B．mRNA是转运氨基酸的工具
C．RNA一般是单链，而且比DNA短，分子中不含碱基T
D．RNA可作为核糖体的组成成分
解析：选B。在合成蛋白质时，需要tRNA作为运载氨基酸的工具，每种tRNA只能运载特定种类的氨基酸。
2．关于密码子和反密码子的叙述，正确的是( )
A．密码子位于mRNA上，反密码子位于tRNA上
B．密码子位于tRNA上，反密码子位于mRNA上
C．密码子位于rRNA上，反密码子位于tRNA上
D．密码子位于rRNA上，反密码子位于mRNA上
解析：选A。mRNA上三个相邻的碱基决定一个氨基酸，这样相邻的三个碱基称为密码子；每个tRNA上有三个碱基与密码子相配对，这样的三个碱基称为反密码子，即密码子位于mRNA上，反密码子位于tRNA上，A项正确，B、C、D项错误。
3．对于下列图解，正确的说法有( )
①表示DNA的复制过程
②表示转录过程
③共有5种碱基
④共有8种核苷酸
⑤共有5种核苷酸
⑥A均代表同一种核苷酸
A．①②③ B．④⑤⑥
C．②③④ D．①③⑤
解析：选C。由图可知，此过程是转录过程，整个过程涉及5种碱基：A、T、C、G、U，但由于组成DNA和RNA的五碳糖不同，故有8种核苷酸。
4．根据表中的已知条件，判断苏氨酸的密码子是( )
DNA双链 T G
mRNA
tRNA反密码子 A
氨基酸 苏氨酸
A.TGU B．UGA
C．ACU D．UCU
解析：选C。mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻的碱基，称做1个密码子。mRNA的密码子和tRNA上的反密码子互补配对，可推知mRNA的密码子最后的碱基为U；DNA的一条链为TG—，另一条链为AC—，若DNA转录时的模板链为TG所在的链，则mRNA的密码子为ACU，若DNA转录时的模板链为AC所在的链，则mRNA的密码子为UGU。
5．如图为真核细胞中多聚核糖体合成蛋白质的示意图，下列说法正确的是( )
A．该过程的模板是DNA，原料是20种游离的氨基酸
B．4条多肽链是同时开始合成的
C．一个核糖体能够合成一条肽链
D．合成①的场所在真核细胞的细胞核，⑥的形成与核仁有关
解析：选C。该过程的模板是mRNA，原料是20种游离的氨基酸。4条多肽链并不是同时开始合成的，开始的顺序依次是②、③、④、⑤。合成①的场所主要在真核细胞的细胞核，线粒体和叶绿体也能合成，⑥核糖体的形成与核仁有关。
6．下列关于密码子和tRNA与氨基酸的关系的叙述，正确的是( )
A．一个密码子只能决定一种氨基酸
B．一种氨基酸只由一种密码子决定
C．一种氨基酸只能由一种tRNA转运
D．每种氨基酸都由多种tRNA转运
解析：选A。一个密码子只能决定一种氨基酸，一种氨基酸由一种或多种密码子决定；一种氨基酸可以由一种或多种tRNA转运。
7．在大豆细胞的生理活动中，当某些碱基被大量利用时，下列说法正确的是( )
选项 大量利用的碱基 细胞生理活动
A U DNA分子正在复制
B U和T 正处于分裂间期
C T 正在大量合成转运RNA
D T 正在大量合成蛋白质
解析：选B。细胞有丝分裂的一个细胞周期包括细胞分裂间期和分裂期。在间期完成有关蛋白质的合成、DNA的复制和RNA的合成。由于T(胸腺嘧啶)是组成DNA的特有成分，U(尿嘧啶)是组成RNA的特有成分，因此可以判断：细胞中大量利用“U”表明正在转录形成RNA并合成蛋白质，大量利用“T”表明正在合成DNA，处于分裂间期。
8．从单尾金鱼卵细胞中提取RNA注入双尾金鱼受精卵中，发育成的双尾金鱼中有一些出现了单尾性状，这些RNA最可能是( )
A．遗传物质 B．tRNA
C．mRNA D．rRNA
解析：选C。金鱼的遗传物质是DNA，A错误；tRNA和rRNA不参与性状的控制，B、D错误；mRNA携带着遗传信息，可以直接控制生物性状，C正确。
9．某mRNA分子中，U占20%，A占10%，那么它的模板DNA片段中胞嘧啶占( )
A．25% B．30%
C．35% D 70%
解析：选C。mRNA分子是以DNA分子上基因的一条链为模板转录而来的，因此mRNA分子中碱基的比率与模板链的碱基比率是相对应的。根据题意，U占20%，A占10%，则DNA模板链中的(A＋T)占该链的比率与另一条链中的(A＋T)占另一条链的比率及整个DNA中(A＋T)的比率是相等的，即整个DNA分子中(A＋T)占全部碱基的比率是30%，那么(G＋C)就占70%，又由于在DNA分子中G＝C，则G＝C＝35%。
10．如图是某高等生物细胞中基因R表达过程的示意图，“→”表示信息传递或物质转移的路径和方向，①～③表示物质。下列有关叙述正确的是( )
A．基因R表达过程只发生在细胞核内
B．过程a需要DNA聚合酶参与
C．组成①和②的碱基种类不同
D．多个核糖体串在②上，增大了③合成的效率
解析：选D。基因R表达过程包括转录和翻译，其中翻译在细胞质中，选项A错误；过程a是转录过程，合成RNA需要RNA聚合酶参与，选项B错误；①和②是信使RNA，组成的碱基种类相同，选项C错误。
11．关于基因控制蛋白质合成的过程，下列叙述正确的是( )
A．一个含n个碱基的DNA分子，转录的mRNA分子的碱基数是n/2个
B．细菌的一个基因转录时两条DNA链可同时作为模板，提高转录效率
C．DNA聚合酶和RNA聚合酶的结合位点分别在DNA和RNA上
D．在细胞周期中，mRNA的种类和含量均不断发生变化
解析：选D。A项，一个DNA分子上有许多基因，这些基因不会同时转录，所以转录的mRNA分子的碱基数小于n/2个。B项，转录是指以DNA的一条链为模板，按照碱基互补配对原则，合成RNA的过程。C项，DNA聚合酶和RNA聚合酶的结合位点都在DNA上。D项，在细胞周期中，由于各个时期表达的基因不同，因此转录产生的mRNA的种类和含量均不断发生变化。如分裂间期的G1期和G2期，mRNA的种类和含量有所不同，在分裂期mRNA的含量减少。
12．如图表示真核细胞某基因的转录过程。有关叙述错误的是( )
A．①是编码链
B．③链加工后可成为成熟的mRNA
C．④是游离的核糖核酸
D．该过程中存在T与A的碱基配对方式
解析：选C。①是编码链，A正确；③链转录后需要加工成为成熟的mRNA，才能到细胞质中进行翻译，B正确；④是游离的核糖核苷酸，C错误；该过程中存在T与A的碱基配对方式，D正确。
二、非选择题
13．观察下列模式图，回答下列问题：
(1)图甲所示过程是________，主要场所是________，原料是________________________。a链与b链的关系是________。经甲过程遗传信息由________传递到了________。
(2)图乙所示过程是________，发生在________(细胞器)中，①②③三个碱基称为一个________，⑦⑧⑨三个碱基称为一个________。该过程需要酶、________、________、________、核糖体、能量等条件。
(3)图中碱基①、④、⑦分别表示__________________________________；若①、④、⑦分别表示核苷酸，依次表示___________________________________________________。
解析：分析题图可知，甲过程为转录过程，主要场所在细胞核中，以四种核糖核苷酸为原料，依据碱基互补配对原则，将遗传信息传递给mRNA；乙过程为翻译过程，主要场所在细胞质的核糖体上，以tRNA上的反密码子与mRNA上的密码子碱基互补配对，完成蛋白质的翻译过程。因DNA上的三个碱基为A、G、C，则mRNA上①、②、③分别为U、C、G，DNA另一条链上④、⑤、⑥分别为T、C、G，tRNA上⑦、⑧、⑨分别为A、G、C。
答案：(1)转录 细胞核 四种核糖核苷酸 互补 DNA RNA (2)翻译 核糖体 密码子 反密码子 模板(或mRNA) 原料(或20种氨基酸) 转运工具(或tRNA) (3)尿嘧啶、胸腺嘧啶、腺嘌呤 尿嘧啶核糖核苷酸、胸腺嘧啶脱氧核苷酸、腺嘌呤核糖核苷酸
14．如图为蛋白质的合成过程示意图，请据图回答有关问题：
(1)图1中发生在细胞核中的过程是_________________________________。
(2)图1中基因表达的最后一阶段是在[ ]________上完成的，这一过程中还需要mRNA、[④]氨基酸、________、________和________。
(3)图1中③称为________，在蛋白质合成过程中将多肽链中氨基酸种类与mRNA上的遗传信息联系起来的物质是________。
(4)图2为该细胞中多聚核糖体合成多肽链的过程。对此过程的理解错误的是( )
A．X在MN上的移动方向是从左到右，所用原料是氨基酸
B．多聚核糖体能够加速细胞内蛋白质合成速率的原因是同时合成多条多肽链
C．该过程直接合成的T1、T2、T3三条多肽链中氨基酸的顺序相同
D．合成MN的场所在细胞核，而X一定附着在内质网上
解析：(1)图1细胞核中DNA分子正在进行转录。
(2)基因表达的最后阶段是在核糖体上完成的，这一过程称为翻译，翻译需要mRNA、氨基酸、ATP、tRNA和酶。
(3)③为mRNA上相邻的三个碱基，属于密码子。由于tRNA一端存在反密码子，另一端携带相应的氨基酸，所以tRNA是将多肽链中氨基酸种类与mRNA上的遗传信息联系起来的物质。
(4)图2表明，多聚核糖体是以mRNA为模板，以20种游离的氨基酸为原料合成蛋白质的，根据多肽链的长短可以判断，X在MN上是从左向右移动的；由题图可看出，同时有多条多肽链合成，这能够加快蛋白质的合成速率；由于T1、T2、T3的模板相同，都是MN，因此其上氨基酸顺序也相同；mRNA的合成场所是细胞核，而核糖体既可附着在内质网上，也可游离在细胞质中。
答案：(1)转录
(2)⑤ 核糖体 酶 tRNA ATP
(3)密码子 tRNA
(4)D
PAGE
1
第2课时 中心法则与基因理解归纳
1.比较复制、转录、翻译。 2.说明中心法则，养成事物是普遍联系的辩证观点。 3.概述基因的概念。
[学生用书P55]
一、中心法则
1．中心法则图解
2．RNA病毒(如劳氏肉瘤病毒)能以RNA为模板反向地合成单链DNA，因为它们具有能够催化此反应过程的逆转录酶。
二、基因概念
1．基因本质：是一段包含一个完整的遗传信息单位的有功能的核酸分子片断——在大多数生物中是一段DNA，而在RNA病毒中则是一段RNA。
2．功能：它在适当的环境条件下控制生物的性状。
3．位置：以一定的次序排列在染色体上。
判断下列叙述是否正确。
(1)中心法则表示的是遗传信息的流动过程(√)
(2)遗传信息只能从DNA流向RNA，进而流向蛋白质(×)
(3)基因就是DNA片断(×)
(4)基因能够准确地复制，并且能够储存遗传信息(√)
复制、转录与翻译的比较[学生用书P55]
1．DNA复制、转录、翻译过程的模式图
2．区别
DNA复制 转录 翻译
时间 细胞分裂的间期 生物个体发育的整个过程
场所 主要在细胞核 主要在细胞核 核糖体
模板 DNA的两条单链 DNA的一条链 mRNA
原料 4种脱氧核苷酸 4种核糖核苷酸 20种氨基酸
条件 解旋酶、DNA聚合酶、ATP RNA聚合酶、ATP 酶、ATP、 tRNA
碱基配对情况 亲代链与子代链间 模板链与RNA链间 密码子与反密码子间
产物 2个双链DNA 1个单链RNA 多肽链
模板去向 分别进入两个子代DNA分子中 恢复原样，重新组成双螺旋结构 水解成单个核糖核苷酸
续 表
DNA复制 转录 翻译
特点 边解旋边复制、半保留复制 边解旋边转录 1条mRNA 上同时结合多个核糖体合成多条肽链
遗传信息的传递 DNA→DNA DNA→mRNA mRNA→蛋白质
意义 传递遗传信息 表达遗传信息，使生物表现出各种性状
1．如图甲、乙表示真核生物遗传信息传递的两个过程，图丙为其中部分片段的放大示意图。以下分析正确的是( )
A．图中酶1和酶2是同一种酶
B．图乙所示过程在高度分化的细胞中不会发生
C．图丙中b链可能是构成核糖体的成分
D．图丙是图甲的部分片段放大
解析：选C。由题图可知，图甲为DNA的复制过程，酶1为DNA聚合酶，图乙为转录过程，酶2为RNA聚合酶，图丙为转录过程，是图乙中部分片段的放大，其中b链可能为rRNA，A、D项错误，C项正确。转录过程在高度分化的细胞中也可以发生，B项错误。
2．下列过程遵循“碱基互补配对原则”的有( )
①DNA复制
②mRNA与核糖体结合
③DNA转录
④tRNA翻译
A．①②③ B．②③④
C．①③④ D．①②④
答案：C
对中心法则的理解与分析[学生用书P56]
1．中心法则内容及其发展图解
2．中心法则体现DNA的功能
(1)对遗传信息的传递功能：通过DNA复制完成的，发生在亲代产生生殖细胞或细胞增殖的过程中。
(2)对遗传信息的表达功能：通过转录和翻译完成，发生在个体发育过程中。
3．中心法则各过程分析
过程 模板 原料 产物 实例
DNA复制 DNA ↓ DNA DNA的两条链 含A、T、G、C的四种脱氧核苷酸 DNA 绝大多 数生物
DNA转录 DNA ↓ RNA DNA的一条链 含A、U、G、C的四种核糖核苷酸 RNA 绝大多 数生物
RNA复制 RNA ↓ RNA RNA 含A、U、G、C的四种核糖核苷酸 RNA 以RNA为遗传物质的生物，如烟草花叶病毒
RNA逆转录 RNA ↓ DNA RNA 含A、T、G、C的四种脱氧核苷酸 DNA 艾滋病 病毒
翻译 RNA ↓蛋白质 mRNA 20种氨基酸 蛋白质 所有生物
4.中心法则与基因表达的关系
3．中心法则揭示了生物遗传信息由DNA向蛋白质传递与表达的过程，下列说法不正确的是( )
A．a、b、c、d所表示的四个过程依次分别是DNA复制、转录、翻译、逆转录
B．需要tRNA和核糖体同时参与的过程是c，需要逆转录酶参与的过程是d
C．a、b、c过程只发生在真核细胞中，d、e过程只发生在原核细胞和一些病毒中
D．在真核细胞中，a和b两个过程发生的主要场所相同，但需要的关键酶种类不同
解析：选C。图解中a、b、c、d、e分别表示DNA的复制、转录、翻译、逆转录、RNA的复制。c过程进行的场所是核糖体，在合成蛋白质时需要tRNA运载氨基酸，d过程需要逆转录酶；a、b、c在细胞生物中均能发生，d、e只发生在RNA病毒的寄主细胞中。在真核细胞中，a和b两个过程发生的主要场所都是细胞核，但所需的关键酶不同，前者需要DNA聚合酶和解旋酶等，后者需要RNA聚合酶。
4．如图表示某种生理过程，下列与此图相关的叙述中，不正确的是( )
A．图中的“能量”直接来源于ATP水解
B．若X、Y均表示DNA，则图中的酶为DNA聚合酶和解旋酶
C．若X是RNA，则Y只能是蛋白质，图中“原料”为氨基酸
D．若X是DNA，Y是RNA，则此过程要以X为模板，酶是RNA聚合酶
解析：选C。ATP是生命活动的直接能源物质，图中的“能量”直接来源于ATP水解，A正确；若X、Y均表示DNA，该过程为DNA的复制过程，则图中的酶为DNA聚合酶和解旋酶，B正确；若X是RNA，则Y是蛋白质、RNA或DNA，该过程为翻译、RNA的复制或逆转录过程，C错误；若X是DNA，Y是RNA，则此过程是转录过程，要以DNA为模板，酶是RNA聚合酶，D正确。
分析中心法则问题的技巧
(1)从模板分析
①如果模板是DNA，生理过程可能是DNA复制或DNA转录。
②如果模板是RNA，生理过程可能是翻译或RNA复制或RNA逆转录。
(2)从原料分析
①如果原料为脱氧核苷酸，产物一定是DNA；
②如果原料为核糖核苷酸，产物一定是RNA；
③如果原料为氨基酸，产物一定是蛋白质。
(3)从生物种类分析
①如果是细胞生物，能进行DNA复制、转录和翻译过程；
②如果是RNA病毒，分两种情况：
a．RNA自我复制和翻译；
b．RNA逆转录、DNA复制、转录和翻译。
基因是有遗传效应的DNA片断[学生用书P57]
1．基因与细胞的关系
同一个体的不同类型的体细胞中含有相同的基因，同一物种的不同个体的细胞中所含有的基因是不完全相同的。
2．基因与染色体的关系
(1)基因在染色体上呈线性排列。
(2)染色体是基因的主要载体，此外，线粒体和叶绿体中也有基因分布。
①核基因：细胞核中DNA上的基因，在染色体上呈线性排列；传递符合基因的遗传规律。
②质基因：线粒体、叶绿体等细胞器中DNA上的基因；传递不符合基因的遗传规律。
3．基因与DNA的关系
(1)基因的实质是有遗传效应的DNA片断，无遗传效应的DNA片断不能称之为基因。
(2)每个DNA分子包含许多个基因。
4．基因与脱氧核苷酸的关系
(1)脱氧核苷酸(A、T、G、C)是构成基因的基本单位。
(2)基因中脱氧核苷酸的排列顺序代表遗传信息。只有基因结构中的碱基对的排列顺序才代表遗传信息。
5．脱氧核苷酸、基因、DNA和染色体的关系
(1)图解
(2)范围大小
6．基因与性状的关系
性状是指生物的形态和生理特征，是遗传和环境相互作用的结果。
(1)基因是控制生物性状的遗传物质的结构和功能单位
①生物的性状是通过蛋白质体现的。
②基因通过控制蛋白质的合成来体现生物性状。
(2)基因对性状控制的两种途径
(3)基因与性状的关系
①基因与性状的关系
②基因控制性状还受到环境的影响，生物性状是基因型和环境条件共同作用的结果。
③基因与基因、基因与基因产物、基因与环境之间存在着复杂的相互作用，共同调控着生物体的性状。
5. (2017·浙江4月选考)下列关于DNA、RNA和基因的叙述，错误的是( )
A．基因是具有遗传功能的核酸分子片断
B．遗传信息通过转录由DNA传递到RNA
C．亲代DNA通过复制在子代中表达遗传信息
D．细胞周期的间期和分裂期均有RNA的合成
解析：选C。亲代DNA通过复制将遗传信息传递给子代，不是表达，遗传信息表达包括转录和翻译两个步骤，故C错；细胞周期的间期和分裂期均有RNA的合成，分裂期可能会有线粒体中遗传信息的表达，故D对。
6．下列关于基因、性状以及二者关系的叙述，正确的是( )
A．基因在染色体上呈线性排列，基因的前端有起始密码子，末端有终止密码子
B．基因的复制、转录都是以DNA一条链为模板，翻译则以mRNA为模板
C．基因与基因、基因与基因产物、基因与环境之间都存在着复杂的相互作用
D．基因通过控制酶的合成从而直接控制性状，是基因控制性状的途径之一
解析：选C。起始密码子和终止密码子位于mRNA上，不位于基因上，A错误；基因复制过程中DNA的两条链均为模板，B错误；基因与基因、基因与及基因产物、基因与环境之间都存在着复杂的相互作用，性状是基因与基因、基因与及基因产物、基因与环境之间共同作用的结果，C正确；基因通过控制酶的合成控制细胞代谢从而间接控制性状，是基因控制性状的途径之一，D错误。
核心知识小结
[要点回眸] [规范答题] 1.中心法则的要点：遗传信息由DNA传递到RNA，然后由RNA决定蛋白质的特异性。蛋白质是生物体性状的体现者。2.RNA病毒(如劳氏肉瘤病毒)能以RNA为模板反向地合成单链DNA，因为它们具有能够催化此反应过程的逆转录酶。3.生物性状的遗传信息最初是由核酸中核苷酸的排列方式决定的。因此，当生物体内外因素引起DNA损伤或者某些碱基改变时，就可能产生异常的性状或病变。 4.基因是遗传的一个基本功能单位，它在适当的环境条件下控制生物的性状；基因以一定的次序排列在染色体上。
[随堂检测][学生用书P58]
1．如图为中心法则的示意图。其中能表示DNA复制的是( )
A．① B．②
C．③ D．④
解析：选A。在中心法则示意图中，①为DNA复制，②为转录过程，③为翻译过程，④为逆转录过程，A选项符合题意。
2．下列能正确表示DNA复制过程的是( )
解析：选B。模板链中含有U，是RNA，属于逆转录，A错误；模板链中不含有U，子链中含有T，是DNA，可属于DNA复制，B正确；模板链中不含有U，子链中含有U，是RNA，属于RNA复制或转录，C错误；模板链和子链中都含有U，是RNA，属于RNA复制，D错误。
3．如图为一组模拟实验，假设实验能正常进行，四支试管都有产物产生。下列叙述错误的是( )
A．a、b两支试管内的产物都是DNA
B．试管a内模拟的是DNA的复制过程
C．试管b内模拟的是转录过程
D．试管d内模拟的是逆转录过程
解析：选A。根据提供的原料和模板可以判断出a、b、c、d分别表示DNA复制、转录、RNA的复制和逆转录，其产物分别是DNA、RNA、RNA、DNA。
4．据图回答有关问题：
←＋←
↑
＋＋→
(1)图中B是________，F是________，G是________。
(2)1个A与C有两种比例关系：________和________，每个C含有________个D，每个D可以由________个E组成。
(3)D与A的位置关系是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)从分子水平看，D与C的关系是
________________________________________________________________________。
(5)C的基本组成单位是图中的__________。D的主要载体是图中的__________，除此之外，__________和__________中的D也可由亲代传递给子代。
(6)在E构成的链中，与1分子G相连接的有__________分子的F和__________分子的H。
(7)生物的性状遗传主要通过A上的__________传递给后代，实际上是通过__________的排列顺序来传递遗传信息。
解析：DNA的基本组成单位是脱氧核苷酸，它是由一分子磷酸、一分子脱氧核糖和一分子含氮碱基构成的；基因是有遗传效应的DNA片断；染色体是遗传物质DNA的主要载体。一条染色体上通常含有一个DNA分子，在间期DNA复制后，每条染色体上含有两个DNA分子，一个DNA分子上有许多个基因，一个基因由成百上千个脱氧核苷酸构成。在DNA的空间结构中磷酸和脱氧核糖交替连接，所以一个G的周围有两个H，同时连着一个F。
答案：(1)蛋白质 含氮碱基 脱氧核糖
(2)1∶1 1∶2 许多 成百上千
(3)D在A上呈线性排列
(4)D是有遗传效应的C片断
(5)E A 线粒体 叶绿体
(6)1 2
(7)基因(D) 碱基
[课时作业] [学生用书P117(单独成册)]
一、选择题
1．对一个基因的正确描述是( )
A．基因是DNA上有一定功能的特异碱基排列顺序
B．一个DNA分子就是一个基因
C．基因是DNA分子上特定的片断
D．它的化学结构不会发生改变
解析：选C。基因是控制生物性状的遗传物质的结构单位和功能单位，是有遗传效应的DNA片断。DNA分子中不仅包括碱基，还包括了脱氧核糖和磷酸分子，所以A项是错误的。每个DNA分子可分为许许多多的片断，其中有的能控制生物的性状，有的却不能控制性状，能控制生物性状的DNA特定片断称为有遗传效应的DNA片段，也就是一个基因，所以C项正确。由于每个DNA分子上有许多具有遗传效应的片断，所以每个DNA分子上有许多基因，故B项错误。DNA在复制过程中，可能由于各种原因而发生差错，使碱基的排列顺序发生局部改变，从而导致DNA的化学结构发生变化，所以D项错误。
2．下列有关DNA多样性的叙述，正确的是( )
A．DNA多样性的原因是DNA分子空间结构千变万化
B．含有200个碱基的DNA分子，碱基对的排列方式有4200种
C．DNA分子多样性和特异性是生物多样性和特异性的基础
D．DNA分子多样性是指一个DNA分子上有许多个基因
解析：选C。DNA分子多样性是指同种生物的不同个体或不同种生物的DNA分子千差万别，表现为多种多样，其根本原因是DNA分子中碱基排列顺序千差万别。含有200个碱基的DNA分子，碱基对的排列方式有4100种。
3．下列关于遗传信息的说法，不确切的是( )
A．基因的脱氧核苷酸的排列顺序代表遗传信息
B．遗传信息是通过染色体上的基因传递的
C．生物体内的遗传信息主要储存在DNA分子上
D．遗传信息即生物表现出来的性状
解析：选D。生物的性状是指生物体表现出来的形态结构特点和生理特性，而遗传信息是指基因(代表遗传物质)中脱氧核苷酸的排列顺序，遗传信息和性状是两个层面的内容。
4．下列与生物体内核酸分子功能多样性无关的是( )
A．核苷酸的组成种类
B．核苷酸的连接方式
C．核苷酸的排列顺序
D．核苷酸数量的多少
解析：选B。核酸分子的多样性与核苷酸的种类、数量和排列顺序有关，在核苷酸链中，核苷酸之间都是通过磷酸二酯键相连接的。
5．下列关于基因与性状关系的叙述，错误的是( )
A．一对相对性状可由多对基因控制
B．基因可通过控制酶的合成进而控制生物的性状
C．隐性基因控制的性状不一定得到表现
D．基因型相同，表现型就相同
解析：选D。生物的表现型受基因型和环境共同控制，基因型相同时，表现型不一定相同。
6．如图所示，在酵母菌细胞中能进行的信息传递是( )
A．①②③④⑤ B．①②⑤
C．①②③⑤ D．②⑤
解析：选B。酵母菌细胞可进行细胞分裂，因此能发生①DNA分子的复制过程，同时酵母菌细胞也能合成蛋白质，因此能发生②转录和⑤翻译过程。③逆转录过程和④RNA的复制过程只发生在某些病毒侵染的细胞中。
7．具有p个碱基对的1个双链DNA分子片断，含有q个腺嘌呤。下列叙述正确的是( )
A．该片断即为一个基因
B．该片断分子中，碱基的比例总是(A＋T)/(C＋G)＝1
C．若该DNA分子中碱基对任意排列，碱基对排列方式一定为4p种
D．该片断完成第n次复制需要2n－1(p－q)个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸
解析：选D。基因是具有遗传效应的DNA片断，一个DNA片断不一定是一个基因；双链DNA分子中碱基互补配对，所以A＝T、G＝C，并不能得出B项结论。由于腺嘌呤数量已知，因此该DNA分子片断中碱基对的排列方式最多为4p种，但不一定是4p种。DNA复制的特点是半保留复制，因此，第n次复制，需要胞嘧啶脱氧核苷酸2n－1(p－q)个。
8．科学家通过对前列腺癌细胞的研究发现，绿茶中的多酚可减少BCL?XL蛋白，而这种蛋白有抑制癌细胞凋亡的作用。这表明绿茶具有抗癌作用，其根本原因是由于绿茶细胞中具有( )
A．多酚
B．合成多酚有关酶基因
C．BCL?XL蛋白
D．BCL?XL蛋白酶基因
解析：选B。绿茶细胞中具有多酚，这是绿茶具有抗癌作用的直接原因，A错误；由以上分析可知，绿茶具有抗癌作用的根本原因是绿茶细胞中具有多酚酶基因，B正确；BCL?XL蛋白在癌细胞中，C错误；绿茶细胞中的多酚具有抗癌作用，而不是BCL?XL蛋白酶，D错误。
9．DNA分子复制、转录、翻译所需的原料依次是( )
A．脱氧核苷酸、脱氧核苷酸、氨基酸
B．脱氧核苷酸、核糖核苷酸、蛋白质
C．核糖核苷酸、脱氧核苷酸、氨基酸
D．脱氧核苷酸、核糖核苷酸、氨基酸
解析：选D。组成DNA分子的基本单位是脱氧核苷酸，而DNA复制是合成DNA分子的过程，需要的原料是脱氧核苷酸。转录是以DNA分子的一条链为模板合成RNA，而RNA的基本单位是核糖核苷酸，翻译是合成蛋白质，其原料是氨基酸。
10．如图代表人体某细胞中发生的某种生理过程(AA代表氨基酸)，下列叙述正确的是( )
A．能给该过程直接提供遗传信息的只能是DNA
B．该过程合成的产物一定是酶
C．有多少个密码子，就有多少个反密码子与之对应
D．该过程有水产生
解析：选D。翻译的直接模板是mRNA而不是DNA，A选项错误；翻译的产物是多肽，经加工后形成蛋白质，而蛋白质不都是酶，B选项错误；终止密码子不与氨基酸对应，所以没有与终止密码子对应的反密码子，C选项错误；氨基酸脱水缩合形成多肽，D选项正确。
11．下列关于基因的叙述，错误的是( )
A．基因是遗传的基本功能单位
B．基因是一段有功能的核酸
C．基因由葡萄糖脱水缩合形成
D．基因具有携带和表达遗传信息的功能
解析：选C。基因是遗传的基本功能单位，是有功能的一段核酸片断，它可以由脱氧核糖核苷酸或者核糖核苷酸形成。
12．科学家近日发现一种动物能否被驯化并和人类友好相处，取决于这种动物的“驯化基因”。在生物体中，基因控制性状表现的主要途径是( )
A．RNA→蛋白质(性状)
B．DNA→蛋白质(性状)
C．RNA→DNA→蛋白质(性状)
D．DNA→RNA→蛋白质(性状)
解析：选D。DNA→RNA→蛋白质是细胞生物中基因控制性状表现的主要途径；少数逆转录病毒是以RNA→DNA→RNA→蛋白质为途径控制性状表现的；以RNA作为遗传物质的生物是以RNA→蛋白质为途径控制性状表现的；DNA→蛋白质(性状)只在离体实验中发现，还没有在生物体内发现。
二、非选择题
13．据图回答下列问题：
(1)在生物体内图甲所示的过程是________，进行的主要场所是________，其所需的原料是____________，产物是________。
(2)图乙所示的过程是________，进行的场所是________________，所需的原料是________，此原料的种类主要有________种，它们的共同特点是
________________________________________________________________________。
(3)碱基①②③分别为________、________、________，图乙中的Ⅰ、Ⅱ分别为________、________，若Ⅰ所示的三个碱基为UAC，则此时Ⅰ所携带的氨基酸的密码子为________。
(4)人体有的细胞不会发生图甲和图乙所示过程，如________________，其原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)DNA的复制是以两条链为模板，而转录只以一条链为模板，复制和转录的主要场所都是细胞核，但所需原料不同，前者是脱氧核糖核苷酸，后者是核糖核苷酸，产物也不同，前者是两个相同的DNA分子，后者是RNA。
(2)翻译是以mRNA为模板合成蛋白质的过程，场所是核糖体，原料是氨基酸，产物是具有一定氨基酸排列顺序的多肽。
(3)根据碱基互补配对原则可以判断①②③分别是U、G、C，在图乙中Ⅰ是tRNA，是氨基酸的运载工具，其中的UAC为反密码子，与之对应的密码子是AUG，Ⅱ是核糖体。
(4)成熟的红细胞无细胞核和线粒体，即不含DNA，不可能进行转录和翻译。
答案：(1)转录 细胞核 核糖核苷酸 RNA
(2)翻译 核糖体 氨基酸 20 至少含有一个氨基和一个羧基，且都有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上
(3)U G C 转运RNA 核糖体 AUG
(4)成熟的红细胞 该细胞中不存在DNA
14．如图表示某DNA片段遗传信息的传递过程，①～⑤表示物质或结构，a、b、c表示生理过程。请据图回答下列问题：(可能用到的密码子：AUG—甲硫氨酸、GCU—丙氨酸、AAG—赖氨酸、UUC—苯丙氨酸、UCU—丝氨酸、UAC—酪氨酸)
(1)完成遗传信息表达的是________(填字母)过程，a过程所需的酶有________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)图中含有核糖的是________(填数字)；由②指导合成的多肽链中氨基酸序列是________________________________________________________________________
____________________。
(3)若在AUG后插入三个核苷酸，合成的多肽链中除在甲硫氨酸后多一个氨基酸外，其余氨基酸序列没有变化。由此证明
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：分析图示过程可知：a为DNA的复制、b为转录、c为翻译。(1)完成遗传信息表达的是转录和翻译，即图中b和c，DNA的复制需要在解旋酶的作用下解开双链，然后在DNA聚合酶的作用下合成DNA子链。(2)RNA中含有核糖，图中含有核糖的结构包括mRNA、tRNA、rRNA。根据②mRNA上的碱基顺序组成的密码子，指导合成的多肽链中氨基酸序列是甲硫氨酸—丙氨酸—丝氨酸—苯丙氨酸。(3)三个核苷酸对应一个氨基酸，由此证明一个密码子由三个相邻的碱基(核糖核苷酸)组成。
答案：(1)b、c 解旋酶和DNA聚合酶
(2)②③⑤ 甲硫氨酸—丙氨酸—丝氨酸—苯丙氨酸
(3)一个密码子由三个相邻的碱基(核糖核苷酸)组成
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第一节 核酸是遗传物质的证据
1.通过“活动：资料分析——噬菌体侵染细菌的实验”，概述噬菌体侵染细菌的过程，体会实验方法与技术的多样性。
2．概述肺炎双球菌的转化实验，感悟实验的严密性和逻辑的严谨性。
3．简述烟草花叶病毒的感染和重建实验，认同使用模型是进行科学研究的重要方法。
[学生用书P39]
一、染色体结构与功能
1．结构：由DNA、RNA和蛋白质组成，其中蛋白质又分为组蛋白和非组蛋白。
2．功能：是遗传物质的载体。
二、DNA是遗传物质的直接证据
1．噬菌体侵染细菌的实验
(1)实验过程(同位素标记法)
用放射性同位素35S标记了一部分噬菌体的蛋白质，用放射性同位素32P标记另一部分噬菌体的DNA。然后，用两种被标记的T2噬菌体分别去侵染细菌。当T2噬菌体在细菌体内大量繁殖后，对标记物质进行检测。结果表明，大多数35S标记的噬菌体在感染细菌时，放射性蛋白质附着在宿主细胞的外面；32P标记的噬菌体感染细菌时，放射性同位素主要进入宿主细胞内，并且能在子代噬菌体中检测到32P。
(2)实验结论：DNA是噬菌体的遗传物质。
2．肺炎双球菌的转化实验
(1)活体细菌转化实验
①过程及现象：把加热杀死的S型菌和活的无毒R型菌混合后一起注射到小鼠体内，发现很多小鼠患败血症致死。从患病致死的小鼠血液中分离出活的S型菌。无论是活的R型菌还是死的S型菌，分别注射到小鼠体内都不能使小鼠患败血症。由此可见，加热杀死的S型菌中的“转化因子”进入R型菌体内，引起R型菌稳定的遗传变异。
②结论：加热杀死的S型菌中含有转化因子，能将R型菌转化为活的S型菌。
(2)离体细菌转化实验
①过程及现象：从活的S型菌中抽提DNA、蛋白质和荚膜物质，分别与活的R型菌混合培养。只有加入DNA时，R型菌才能转化为S型菌，若用DNA酶处理DNA样品，就不能使R型菌发生转化，并且DNA纯度越高，转化效率就越高。
②结论：DNA是遗传物质。
三、RNA是遗传物质的证据
1．侵染过程
(1)烟草花叶病毒的蛋白质侵染烟草→烟草不感染病毒。
(2)烟草花叶病毒的RNA侵染烟草→烟草感染病毒。
(3)烟草花叶病毒的RNA＋RNA酶侵染烟草→烟草不感染病毒。
(4)TMV A型蛋白质,TMV B型RNA)→重建病毒侵染烟草→B型后代。
(5)TMV A型RNA),\s\do5(TMV B型蛋白质))→重建病毒侵染烟草→A型后代。
2．结论：烟草花叶病毒的遗传物质是RNA。
离体肺炎双球菌转化实验结果证明S型细菌中是哪种物质导致R型细菌转化的，说明什么问题？
提示：DNA。说明转化因子是DNA，DNA是遗传物质，而不是蛋白质等其他物质。
噬菌体DNA复制的场所在哪里？
提示：所寄生细菌的细胞内。
噬菌体侵染细菌实验的观察指标是什么？
提示：放射性存在位置。
噬菌体侵染细菌的实验分析[学生用书P40]
1．噬菌体的繁殖原理
2．实验思路及方法
S是蛋白质特有的元素，P几乎都存在于噬菌体DNA分子中，用放射性同位素32P和35S分别标记DNA和蛋白质，直接单独地观察它们的作用。
3．过程与结果
4．实验分析
35S标记的噬菌体外壳并未进入大肠杆菌内部，而32P标记的噬菌体DNA进入了大肠杆菌内部
5．结论：DNA是遗传物质。
突破1 噬菌体侵染细菌的过程
1．(2019·浙江6月学考)在“噬菌体侵染细菌实验”中，可通过某操作实现下图所示变化。该操作是( )
A．用放射性同位素标记噬菌体的蛋白质或DNA
B．将放射性同位素标记的噬菌体与细菌混合
C．将噬菌体与细菌混合液置于搅拌器中搅拌
D．离心并检测悬浮液和沉淀物中的放射性
答案：C
同位素标记法在噬菌体侵染细菌的实验中的应用分析
(1)用哪种标记元素。若用32P和35S，则分别标记了DNA和蛋白质，若用C、H、O等，则同时标记了DNA和蛋白质。
(2)注意标记对象是噬菌体还是细菌，标记对象不同对应结果不同，具体见下表：
DNA 蛋白质 DNA和蛋白质
噬菌体 32P 35S 14C、3H、18O、15N
细菌 31P 32S 12C、2H、16O、14N
子代噬菌体 32P(少数)、31P(全部) 32S C、H、O、N的两种同位素都有
突破2 实验误差分析
2．用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌，经培养、搅拌、离心、检测，上清液的放射性占15%，沉淀物的放射性占85%。上清液带有放射性的原因可能是( )
A．噬菌体侵染大肠杆菌后，大肠杆菌裂解释放出子代噬菌体
B．搅拌不充分，吸附在大肠杆菌上的噬菌体未与细菌分离
C．离心时间过长，上清液中析出较重的大肠杆菌
D．32P标记了噬菌体蛋白质外壳，离心后存在于上清液中
解析：选A。如保温时间过长，部分大肠杆菌裂解，其中含放射性的噬菌体释放出来，所以在上清液中出现少量放射性。
上清液和沉淀物中都有放射性的原因分析
(1)用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌，上清液中有少量放射性的原因：
①保温时间过短，部分噬菌体没有侵染到大肠杆菌细胞内，经离心后分布于上清液中，使上清液出现放射性；
②保温时间过长，噬菌体在大肠杆菌内增殖后释放子代，经离心后分布于上清液中，也会使上清液的放射性含量升高。
(2)用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌，沉淀物中也有少量放射性的原因：由于搅拌不充分，有少量含35S的噬菌体蛋白质外壳吸附在细菌表面，随细菌离心到沉淀物中，使沉淀物中出现少量的放射性。
肺炎双球菌转化实验分析[学生用书P41]
1．肺炎双球菌两种类型比较
菌落 荚膜 毒性
R型菌 粗糙 无荚膜 无毒
S型菌 光滑 有荚膜 有毒
2.活体细菌转化实验
过程及结果 分析 结论
R型活菌注射小鼠活 结果说明R型菌无毒性 已加热杀死的S型菌体内含有转化因子，促使R型菌转化为S型菌
S型活菌注射小鼠死 结果说明S型菌有毒性
加热杀死的S型菌注射小鼠活 结果说明加热杀死的S型菌已失活
R型活菌＋加热杀死的S型菌注射小鼠死，分离得S型活菌 小鼠死亡，证明有R型无毒菌已转化为S型有毒菌，说明S型菌内含有使R型菌转化为S型菌的物质
3.离体细菌转化实验
过程及结果
分析 ①S型菌的DNA使R型菌发生转化 ②S型菌的其他物质不能使R型菌发生转化
结论 S型菌体内只有DNA才是“转化因子”，即DNA是遗传物质
4.活体细菌转化实验与离体细菌转化实验的关系
活体细菌转化实验说明S型细菌体内有转化因子，离体细菌转化实验进一步证明转化因子是DNA。活体、离体细菌转化实验都遵循了单一变量原则和对照实验原则，各实验组互为对照，增强了结论的说服力。
突破1 转化因子的本质
3．(2019·浙江4月选考)为研究R型肺炎双球菌转化为S型肺炎双球菌的转化物质是DNA还是蛋白质，进行了肺炎双球菌体外转化实验，其基本过程如图所示：
下列叙述正确的是( )
A．甲组培养皿中只有S型菌落，推测加热不会破坏转化物质的活性
B．乙组培养皿中有R型及S型菌落，推测转化物质是蛋白质
C．丙组培养皿中只有R型菌落，推测转化物质是DNA
D．该实验能证明肺炎双球菌的主要遗传物质是DNA
答案：C
肺炎双球菌转化的实质和影响因素
(1)S型细菌体内的DNA不受加热影响，当与R型细菌混合培养时，S型细菌的DNA进入R型细菌体内。其结果在S型DNA的控制下，利用R型细菌体内的化学成分，合成了S型细菌的DNA和蛋白质，从而组成了具有毒性的S型细菌。
(2)转化作用的实质是外源DNA与受体细胞DNA之间的重组，使受体细胞获得了新的遗传信息。DNA越纯，转化率也就越高。
突破2 肺炎双球菌离体转化实验和噬菌体侵染细菌实验的对比
4．埃弗里等人的肺炎双球菌转化实验与赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌的实验是关于探究遗传物质的两个经典实验，下列叙述正确的是( )
A．两个实验均采用了对照实验和同位素标记的方法
B．两者的关键设计思路都是把DNA与蛋白质分开，研究各自的遗传效应
C．赫尔希与蔡斯对同一组噬菌体的蛋白质和DNA分别采用35S和32P标记
D．两个实验证明了DNA是细菌的遗传物质
解析：选B。肺炎双球菌转化实验采用了对照实验的方法，而噬菌体侵染细菌的实验采用了同位素标记法，A项错误；两实验的设计思路一致，即将DNA和其他物质分开，单独地、直接地观察它们各自的遗传效应，B项正确；噬菌体侵染细菌的实验分两组，一组是32P标记的噬菌体，另一组是35S标记的噬菌体，C项错误；肺炎双球菌的离体转化实验证明了肺炎双球菌的遗传物质是DNA，噬菌体侵染细菌的实验证明了噬菌体的遗传物质是DNA，D项错误。
肺炎双球菌离体转化实验和噬菌体侵染
细菌实验的比较
这两个实验都是证明DNA是生物的遗传物质的直接实验证据，两者在实验设计、实验结论等方面既有共同性也有细微的差别。
(1)实验设计思路比较
实验类型 肺炎双球菌离体转化实验 噬菌体侵染细菌实验
思路相同 设法将DNA与其他物质分开，单独、直接地研究它们各自不同的遗传功能
处理方式区别 直接分离：分离S型细菌的DNA、荚膜物质、蛋白质等，分别与R型细菌混合培养 同位素标记法：分别标记DNA和蛋白质的特殊元素(32P和35S)
(2)两个实验遵循相同的实验设计原则：一一对照原则
①肺炎双球菌离体转化实验中的相互对照
②噬菌体侵染细菌实验中的相互对照
(3)实验结论(或目的)比较
①肺炎双球菌离体转化实验的结论：证明DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质。
②噬菌体侵染细菌实验的结论：证明DNA是遗传物质，不能证明蛋白质不是遗传物质，因蛋白质没有进入细菌体内。
烟草花叶病毒的感染和重建实验分析[学生用书P42]
1．烟草花叶病毒对烟草叶细胞的感染实验
(1)实验过程及现象
(2)结论：RNA是烟草花叶病毒的遗传物质，蛋白质不是遗传物质。
2．病毒重建及其对烟草叶细胞的感染
(1)实验过程及现象
(2)结果分析与结论：重组病毒所繁殖的病毒类型取决于提供RNA的株系。
3．生物的遗传物质
(1)绝大多数生物的遗传物质是DNA，包括细胞生物和大多数的病毒。
(2)少数病毒的遗传物质是RNA，如烟草花叶病毒、SARS病毒、HIV、甲型H1N1流感病毒等。
5．如图所示，病毒甲、乙为两种不同的植物病毒，经重建形成“杂种病毒丙”，用病毒丙侵染植物细胞，在植物细胞内增殖后产生的新一代病毒是( )
解析：选D。在生物体内控制生物性状的是核酸，而且核酸可控制相应蛋白质的合成。
6．科学家从烟草花叶病毒(TMV)中分离出a、b两个不同品系，它们感染植物产生的病斑形态不同。下列4组实验(见表)中，不可能出现的结果是( )
实验编号 实验过程 实验结果
病斑类型 病斑中分离出的病毒类型
① a型TMV→感染植物 a型 a型
② b型TMV→感染植物 b型 b型
③ 组合病毒(a型TMV的蛋白质＋b型TMV的RNA)→感染植物 b型 a型
④ 组合病毒(b型TMV的蛋白质＋a型TMV的RNA)→感染植物 a型 a型
A.实验① B．实验②
C．实验③ D．实验④
解析：选C。烟草花叶病毒的遗传物质是RNA，而蛋白质不是遗传物质，因此在③中，组合病毒的遗传物质是b型的，因此病斑类型是b型，病斑中分离出的病毒类型也应是b型。
核心知识小结
[要点回眸] [规范答题] 1.在肺炎双球菌转化实验中，只有S型细菌的DNA才能使R型细菌转化为S型细菌，即转化因子是DNA。2.T2噬菌体由蛋白质和DNA组成，S元素存在于蛋白质中，P元素几乎全存在于DNA中。3.肺炎双球菌转化实验和噬菌体侵染细菌实验都证明了DNA是遗传物质。4.DNA是主要遗传物质的原因是绝大多数生物的遗传物质是DNA。
[随堂检测][学生用书P43]
1．噬藻体是一种感染蓝藻的病毒(主要由DNA和蛋白质组成)，用32P标记的噬藻体感染蓝藻细胞，培养一段时间，再经搅拌、离心后进行放射性检测。相关叙述正确的是( )
A．32P标记的是噬藻体DNA中的碱基胸腺嘧啶
B．搅拌的目的是使吸附在蓝藻上的噬藻体与蓝藻分离
C．离心后放射性同位素主要分布在试管的上清液中
D．此实验证明DNA是噬藻体的遗传物质
解析：选B。32P标记的是噬藻体DNA中的磷酸，故A错误；噬藻体侵染蓝藻的时候，只有DNA进入蓝藻，其蛋白质外壳留在蓝藻外，所以搅拌的目的是使吸附在蓝藻上的噬藻体与蓝藻分离，故B正确；离心后放射性同位素主要分布在试管的沉淀物中，故C错误；该实验缺乏对照实验，不能说明DNA是遗传物质，故D错误。
2．(2017·浙江4月选考)肺炎双球菌转化实验的部分过程如图所示。下列叙述正确的是( )
A．S型肺炎双球菌的菌落为粗糙的，R型肺炎双球菌的菌落为光滑的
B．S型菌的DNA经加热后失活，因而注射S型菌后的小鼠仍存活
C．从病死小鼠中分离得到的肺炎双球菌只有S型菌而无R型菌
D．该实验未证明R型菌转化为S型菌是由S型菌的DNA引起的
解析：选D。S型肺炎双球菌菌落是光滑的，R型是粗糙的，故A错误；S型菌经加热后蛋白质失活因此失去致病能力，故B错误；从病死的小鼠中分离出的S型菌和R型均有，转化因子不可能把所有的R型菌转化成S型菌，故C错误；该实验只证明了加热杀死的S型菌中存在某种转化因子使R型菌转化成了S型菌，并没有证明该转化因子就是DNA，故D正确。
3．如图是某种高等植物的病原体的遗传过程实验，实验表明这种病原体( )
A．寄生于细胞内，通过RNA遗传
B．可单独生存，通过蛋白质遗传
C．寄生于细胞内，通过蛋白质遗传
D．可单独生存，通过RNA遗传
解析：选A。提取这种病原体，发现其由RNA和蛋白质组成，分别用其RNA和蛋白质给植物接种，发现只有接种病原体RNA的植物得病，说明该病原体的遗传物质为RNA，该病原体为RNA病毒。病毒必须寄生在活细胞内，不能单独生存。
4．材料分析题：
材料1：用同位素31P、32P和32S、35S分别作如下标记：
噬菌体 大肠杆菌
脱氧核苷酸 32P 31P
氨基酸 32S 35S
材料2：
(1)用32P标记噬菌体的大致操作过程：
①________________________________________________________________________；
②________________________________________________________________________。
(2)若材料1中的噬菌体和大肠杆菌分别换成烟草花叶病毒和烟叶细胞，则能说明________________________________________________________________________。
(3)分析材料2，A～D的结果中，哪项不正确？______。说明理由：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)材料1、材料2共同说明的问题是___________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)由于噬菌体是病毒不能独立培养，必须寄生在活细胞中，所以先用培养基培养细菌，再用细菌培养噬菌体。
(2)烟草花叶病毒的核酸是RNA，它可以侵染烟草的叶细胞，说明RNA是烟草花叶病毒的遗传物质。
(3)由于DNA酶能够分解DNA分子，不存在DNA时就不能使R型细菌转化成S型细菌，所以小鼠不会死亡。
(4)材料1、材料2共同说明的是DNA是遗传物质。
答案：(1)①在含有放射性32P的培养基中培养大肠杆菌
②再用上述大肠杆菌培养噬菌体
(2)RNA是遗传物质
(3)D DNA分子被DNA酶分解掉，R型细菌不能转化成S型细菌，小鼠应为正常
(4)DNA是遗传物质
[课时作业] [学生用书P109(单独成册)]
一、选择题
1．人的遗传物质是( )
A．DNA B．糖元
C．丙酮酸 D．脂肪酸
解析：选A。人体细胞内同时含有DNA和RNA，其中遗传物质是DNA，A正确；糖元是人体细胞内的贮能物质，丙酮酸是葡萄糖在糖酵解后的产物，脂肪酸属于能源物质。
2．在肺炎双球菌的转化实验中，使R型菌发生转化的物质是S型菌的( )
A．蛋白质 B．多糖
C．RNA D．DNA
解析：选D。在肺炎双球菌的转化实验中，S型菌的DNA使R型菌发生转化，证明了DNA是遗传物质。
3．如果用3H、15N、32P、35S标记噬菌体后，让其侵染细菌，在产生的子代噬菌体的结构成分中，能够找到的放射性元素为( )
A．可在外壳中找到15N和35S、3H
B．可在DNA中找到3H、15N、32P
C．可在外壳中找到15N和35S
D．可在DNA中找到15N、32P、35S
解析：选B。 3H、15N既可标记在噬菌体的DNA分子上，又可标记在噬菌体的蛋白质外壳上，而32P只能标记在噬菌体的DNA分子上，35S只能标记在噬菌体的蛋白质外壳上。因为在噬菌体侵染细菌的过程中，只有其DNA进入了细菌细胞，蛋白质外壳没有进入，子代噬菌体的DNA和蛋白质外壳大都以细菌的成分为原料合成，所以在产生的子代噬菌体的结构成分中，只能找到噬菌体的DNA分子上带3H、15N和32P，完全没有35S。
4．T2噬菌体是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒。首先将大肠杆菌放到用含有放射性14C和18O标记的有机物配制的培养基中培养一段时间，然后用未被标记的T2噬菌体去感染上述被标记的大肠杆菌。保温一段时间后，从细菌体内分离出T2噬菌体，则此T2噬菌体的DNA分子和蛋白质分子中能检测到放射性物质的情况是( )
A．都能检测到14C和18O
B．只有DNA分子中能检测到14C和18O
C．都不能检测到14C和18O
D．DNA分子中只能检测到18O，蛋白质分子中只能检测到14C
解析：选A。用含14C和18O标记的有机物培养大肠杆菌，得到含14C和18O标记的细菌，被未标记的T2噬菌体侵染后，子代噬菌体的DNA和蛋白质的合成都利用大肠杆菌体内的原料，由于DNA和蛋白质都含C和O，所以都能检测到14C和18O。
5．如图是赫尔希和蔡斯实验的过程和结果，关于此实验的分析和结论不正确的是( )
A．上清液的主要成分是细菌的培养基和噬菌体蛋白质外壳，沉淀物的主要成分是细菌菌体
B．此实验表明DNA是遗传物质
C．①实验说明噬菌体的标记部分进入了细菌
D．②实验说明噬菌体的标记部分进入了细菌
解析：选C。上清液主要成分是细菌的培养基和噬菌体蛋白质外壳，质量较重的沉淀物的主要成分是细菌菌体，A项正确。此实验表明：噬菌体侵染细菌时，DNA进入细菌的细胞中，而蛋白质外壳仍留在外面，DNA才是真正的遗传物质，B项正确。①实验不能说明噬菌体的标记部分进入了细菌，因为噬菌体蛋白质外壳不能进入细菌，进入细菌体内的只有噬菌体DNA，C项错误，D项正确。
6．下列关于遗传物质的说法，错误的是( )
①真核生物的遗传物质是DNA
②原核生物的遗传物质是RNA
③细胞核的遗传物质是DNA
④细胞质的遗传物质是RNA
⑤甲型H1N1流感病毒的遗传物质是DNA或RNA
A．①②③ B．②③④
C．②④⑤ D．③④⑤
解析：选C。细胞生物的遗传物质是DNA，无论是真核生物还是原核生物；凡是有细胞结构的生物，无论是细胞核中还是细胞质中，遗传物质都是DNA；流感病毒是RNA病毒，遗传物质是RNA。
7．将噬菌体的DNA和蛋白质分别注入甲细菌和乙细菌的细胞中，能繁殖出新的噬菌体的是( )
A．甲细菌 B．乙细菌
C．甲或乙细菌 D．甲和乙细菌
解析：选A。DNA是遗传物质，进入甲细菌的DNA会利用细菌的原料进行DNA的复制和蛋白质的合成，然后组装出子代噬菌体。进入乙细菌的蛋白质不会发生上述现象，因为蛋白质不是遗传物质。
8．科学家用R型和S型肺炎双球菌进行实验，结果如表。从表可知( )
实验组号 接种菌型 加入S型菌物质 培养皿长菌情况
① R 蛋白质 R型
② R 荚膜多糖 R型
③ R DNA R型、S型
④ R DNA(经DNA酶处理) R型
A.①不能证明S型菌的蛋白质不是转化因子
B．②说明S型菌的荚膜多糖有酶活性
C．③和④说明S型菌的DNA是转化因子
D．①～④说明DNA是主要的遗传物质
解析：选C。A项，①组：R型菌＋S型菌的蛋白质，只长出R型菌，说明蛋白质不是转化因子。B项，②组：R型菌＋S型菌的荚膜多糖，只长出R型菌，说明荚膜多糖不是转化因子，无法证明S型菌的荚膜多糖有酶活性。C项，③组：R型菌＋S型菌的DNA，结果既有R型菌又有S型菌，说明DNA可以使R型菌转化为S型菌，④组：用DNA酶将DNA水解，结果只长出R型菌，说明DNA的水解产物不能使R型菌转化为S型菌，从反面说明了只有DNA才能使R型菌发生转化。D项，此实验只涉及R型和S型肺炎双球菌两种生物，没有涉及其他生物，无法证明DNA是主要的遗传物质。
9．如图是“噬菌体侵染大肠杆菌”实验，其中亲代噬菌体已用32P标记，A、C中方框内代表大肠杆菌。下列关于本实验的叙述不正确的是( )
A．图中锥形瓶内的培养液是用来培养大肠杆菌的，其营养成分中的P应含32P标记
B．若要达到实验目的，还要再设计一组用35S标记噬菌体进行的实验，两组相互对照
C．图中若只有C中含大量放射性，可直接证明噬菌体的DNA侵入了大肠杆菌
D．实验中B对应部分有少量放射性，可能原因是实验时间过长，部分细菌裂解
解析：选A。图中亲代噬菌体已用32P标记，会侵入大肠杆菌内进行增殖，培养大肠杆菌的培养液中不能用含32P标记的营养成分，A错误；若要达到实验目的，还要再设计一组用35S标记噬菌体的实验，与上一组相互对照来验证蛋白质是否为遗传物质，B正确；图中若只有沉淀物C中含大量放射性，可直接证明的是噬菌体的DNA侵入了大肠杆菌，C正确；若本组实验B(上清液)中出现放射性，可能是培养时间过长，造成部分细菌裂解，D正确。
10．“肺炎双球菌的转化实验”证明了DNA是遗传物质，而蛋白质不是遗传物质。得出这一结论的关键是( )
A．用S型活菌和加热杀死后的S型菌分别对小鼠进行注射，并形成对照
B．用杀死的S型菌与无毒的R型菌混合后注射到小鼠体内，测定小鼠体液中抗体的含量
C．从死亡小鼠体内分离获得了S型菌
D．将S型菌的各种因子分离并分别加入各培养基中与R型菌混合培养，观察是否发生转化
解析：选D。当把S型菌的各种因子分离并分别与R型菌混合培养后，发现只有加入DNA的培养基中R型菌发生转化，出现S型菌，而加入其他因子(如加入蛋白质)的培养基中的R型菌不发生转化，即不出现S型菌。
11．为研究噬菌体侵染细菌的详细过程，你认为同位素标记的方案应为( )
A．用14C或3H培养噬菌体，再去侵染细菌
B．用18O或32P培养噬菌体，再去侵染细菌
C．将一组噬菌体用32P和35S标记
D．一组用32P标记DNA，另一组用35S标记蛋白质外壳
解析：选D。用32P和35S分别标记DNA和蛋白质外壳，35S仅存在于噬菌体的蛋白质外壳中，32P仅存在于噬菌体的DNA中，而14C、3H、18O在蛋白质和DNA中都含有，无法区别放射性来源于DNA还是蛋白质，同时用32P、35S标记蛋白质和DNA，都有放射性，也无法判断放射性来源于DNA还是蛋白质。
12．在肺炎双球菌转化实验中，在培养有R型菌的1、2、3、4四支试管中，分别加入从S型活菌中提取的DNA、DNA和DNA酶、蛋白质、多糖，经过培养，检查结果发现试管内仍然有R型菌的是( )
A．3和4 B．1、3和4
C．2、3和4 D．1、2、3和4
解析：选D。2、3、4三支试管内的R型菌因为没有S型菌的DNA，所以都不会发生转化。1号试管因为有S型菌的DNA，所以会使R型菌发生转化，但是发生转化的R型菌只是一部分，故试管内仍然有R型菌存在。
二、非选择题
13．肺炎双球菌能引起人的肺炎和小鼠的败血症。已知有许多不同菌株，但只有光滑型(S)菌株能引起疾病。这些有毒菌株在每一个细胞外面有多糖类的胶状荚膜保护，使它们不被宿主的正常防御机构破坏。如图是1928年格里菲思所做的实验，据图回答下列问题：
(1)从D组实验中的小鼠体内可分离出____________________________。
(2)为了解释上述实验现象，1944年艾弗里等科学家从S型细菌中提取DNA、蛋白质和多糖等成分，分别与R型细菌一起培养。结果发现：
①S型细菌的DNA与R型细菌混合，将混合物注入小鼠体内，可使小鼠致死，这说明________________________________________________________________________
________________________。
②S型细菌的蛋白质或多糖与R型活菌混合并注入小鼠体内，小鼠________________，小鼠体内只能分离出____________。
(3)如果将DNA酶注入活的S型细菌中，再将这样的S型细菌与R型活菌混合，混合物不使小鼠致死，原因是
________________________________________________________________________。
(4)上述转化实验直接证明了_________________________________________。
解析：(1)D组实验小鼠患病死亡，体内一部分R型细菌转化为S型细菌，而另一部分R型细菌没有被转化，仍然繁殖。(2)①S型细菌的DNA与R型活菌混合，会使后者转化为S型细菌；②蛋白质等其他成分不能使R型细菌发生转化。(3)DNA酶会将S型细菌的DNA分解，水解的产物不会引发R型细菌的转化。(4)因为只有DNA会引发细菌的转化，所以可以证明DNA是遗传物质。
答案：(1)活的S型细菌和R型细菌
(2)①S型细菌的DNA可使R型细菌转化为S型细菌
②不致死 R型细菌
(3)DNA被DNA酶分解
(4)DNA是遗传物质
14．用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌，在理论上，上清液中不含放射性，下层沉淀物中具有很高的放射性，而实验的实际结果显示：在离心的上清液中，也具有一定的放射性，而下层的放射性强度比理论值略低。
(1)在理论上，上清液放射性应该为0，其原因是
________________________________________________________________________。
(2)由于实验数据和理论数据之间有较大的误差，请你对实验过程进行误差分析：
a．在实验中，从噬菌体和大肠杆菌混合培养到用离心机分离，这一段时间如果过长，会使上清液的放射性含量________，其原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
b．在实验中，如果有一部分噬菌体没有侵染到大肠杆菌细胞内，是否是误差的来源呢？________________________________________________________________________。
请简述理由：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)请设计一个方法，来大量制备用32P标记的噬菌体。
解析：(1)噬菌体在侵染宿主(大肠杆菌)细胞时，只将其DNA注入，蛋白质未进入宿主细胞。由于P几乎都在DNA中，因此从理论上分析，上清液中应无32P。
(2)实验数据与理论数据的误差的成因有两个：部分被标记的噬菌体尚未侵染到大肠杆菌细胞中或已侵染产生的子代噬菌体被释放出来。
(3)噬菌体无独立的代谢能力，只能在寄生过程中从宿主细胞中获取自身组成物质。因此，要用32P标记噬菌体，应先用含32P的培养基培养其宿主——大肠杆菌，再让噬菌体侵染被标记的大肠杆菌，即可使子代噬菌体被32P标记。
答案：(1)噬菌体已将含32P的DNA全部注入到大肠杆菌内
(2)a.升高 噬菌体在大肠杆菌内增殖后释放出来，经离心后分布于上清液中 b．是 没有侵染到大肠杆菌细胞内的噬菌体经离心后分布于上清液，使上清液出现放射性
(3)先用32P标记大肠杆菌，再用噬菌体去侵染被32P标记的大肠杆菌，可大量获得被32P标记的噬菌体。
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