第3章 第3节 第4节
A组基础题组
一、单选题
1．沃森和克里克在发表了DNA分子双螺旋结构的论文后，又提出了DNA自我复制的假说。下列有关假说内容的叙述不正确的是( D )
A．DNA复制时，双螺旋将解开，互补的碱基之间的氢键断裂
B．以解开的两条单链为模板，以游离的脱氧核苷酸为原料，依据碱基互补配对原则，通过氢键结合到作为模板的单链上
C．形成的DNA分子包括一条模板单链和一条新链
D．形成的两个DNA分子是由两条母链、两条子链分别结合而成
[解析] 沃森和克里克提出的DNA自我复制的假说为半保留复制，即形成的DNA分子包括一条母链和一条子链。
2．(2020·河北承德第一中学高一下学期网课测试)下列关于DNA复制的叙述错误的是( C )
A．DNA复制是指以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程
B．DNA复制是一个边解旋边复制的过程
C．DNA复制只发生在细胞有丝分裂和减数第一次分裂前的间期
D．DNA复制需要模板、原料、能量和酶等基本条件
[解析] DNA复制是指以亲代DNA分子的两条链分别为模板合成子代DNA的过程，A正确；DNA复制是一个边解旋边复制的过程，B正确；DNA复制主要发生在细胞有丝分裂和减数第一次分裂前的间期，原核细胞内、无丝分裂过程中也能发生DNA复制，C错误；DNA复制需要模板DNA双链、酶、能量、原料脱氧核苷酸等基本条件，D正确。故选C。
3．(2020·河南南阳市期末)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 )
A．含有14N的DNA占100%
B．复制过程中需游离腺嘌呤脱氧核苷酸640个
C．含15N的单链占1/8
D．子代DNA中嘌呤与嘧啶之比是2︰3
[解析] DNA复制的特点是半保留复制，每个子代DNA都是由一条母链和一条新合成的子链构成。由于DNA分子的复制是半保留复制，复制4次形成16个DNA，其中2个子代DNA各含1条15N链，1条14N链，其余DNA都含14N，故全部子代DNA都含14N，含15N的单链占1/16，A正确；C错误；含有100个碱基对200个碱基的DNA分子，其中有胞嘧啶60个，则A＝40个，因此复制过程中需腺嘌呤脱氧核苷酸：(24－1)×40＝600，B错误；双链DNA中嘌呤等于嘧啶，D错误。故选A。
4．将一个用14N标记的DNA放到15N的培养基上培养，让其连续复制三次，将每次复制产物置于试管内进行离心，复制1次、2次、3次后的分层结果分别是图中的( D )
A．c、e、f
B．a、e、b
C．a、b、d
D．c、a、b
[解析] 由于DNA分子的复制是半保留复制，一个用14N标记的DNA在15N的培养基上培养，复制一次后，每个DNA分子的一条链含14N，一条链含15N，离心后全部位于中间层对应图中的c；复制二次后，产生4个DNA分子，其中含14N和15N的DNA分子为2个，只含15N的DNA分子为2个，离心后2个位于中间层，2个位于大密度层对应图中的a；复制三次后，产生8个DNA分子，其中含14N和15N的DNA分子为2个，只含15N的DNA分子为6个，离心后2个位于中间层，6个位于大密度层应图中的b，D正确，ABC错误。故选D。
5．(2020·甘肃省天水市第一中学高一期末)某个DNA片段由500对碱基组成，G＋C占碱基总数的34%，若该DNA片段连续复制3次，第三次复制时，需游离的腺嘌呤脱氧核苷酸分子个数为( B )
A．1
155
B．1
320
C．2
310
D．2
640
[解析] A＋T是66%，A是33%,500×2×33%等于330个。因为复制是双链同时复制的，复制两次以后是330×2×2等于1
320。所有第三次复制的时候需要1
320个的腺嘌呤脱氧核苷酸。所以B正确。A、C、D不正确。
6．(2020·河北省保定市易县中学高一月考)下图为真核细胞DNA复制过程模式图，相关分析错误的是( D )
A．图示生命活动中可同时发生氢键的断裂和形成
B．图示体现了边解旋边复制及半保留复制的特点
C．复制完成后，甲、乙可在有丝分裂后期、减数第二次分裂后期分开
D．将该模板DNA置于15N培养液中复制3次后，含15N的脱氧核苷酸链占3/4
[解析] 酶①作用于DNA的两条母链之间，使DNA双链的配对碱基之间的氢键断开，为DNA解旋酶；在形成子代DNA时，一条母链和一条新形成子链的配对碱基之间有氢键形成，A正确；新形成的甲、乙两条DNA分子中均含有一条亲代DNA母链，符合半保留复制以及边解旋边复制的特点，B正确；在细胞分裂过程中，甲乙两条DNA所携带信息相同，位于一条染色体的两条姐妹染色单体上，因此甲乙的分离即为姐妹染色单体的分离，发生在有丝分裂后期、减数第二次分裂后期，C正确；将该模板DNA置于15N培养液中复制3次后，共产生DNA分子23＝8个，所以含15N的脱氧核苷酸链占(16－2)/16＝7/8，D错误。故选D。
二、非选择题
7．图甲是DNA分子局部组成示意图，图乙表示DNA分子复制的过程。请回答以下问题：
(1)甲图中有__4__种碱基，有__2__个游离的磷酸基团。从主链上看，两条单链的方向__反向平行__，从碱基关系看，两条单链__互补__。
(2)DNA分子的__多样性和特异性__是生物体多样性和特异性的物质基础。DNA与基因的关系是__基因是有遗传效应的DNA片段__。
(3)乙图的DNA分子复制过程中除了需要模板和酶外，还需要__原料、能量__等条件，保证DNA分子复制精确无误的关键是__碱基互补配对原则__。
(4)若图乙的该DNA分子含有48
502个碱基对，而子链延伸的速度为105个碱基对/min，则此DNA复制约需要30
s，而实际只需约16
s，根据图分析是因为__复制是双向进行的(多起点复制)__；由图可知延伸的子链紧跟着解旋酶，这说明DNA分子复制是__边解旋边复制__。
(5)DNA分子在复制过程中，某位点上的一个正常碱基(设为P)由于诱变变成了尿嘧啶。该DNA连续复制两次，得到的4个子代DNA分子相应位点上的碱基对分别为U—A、A—T、G—C、C—G。推测“P”可能是( D )
A．胸腺嘧啶
B．腺嘌呤
C．胸腺嘧啶或腺嘌呤
D．胞嘧啶或鸟嘌呤
[解析] (1)由图看出DNA分子中有A、T、C、G
4种碱基，每一端都有一个游离的磷酸基，两条链的方向相反且平行，碱基遵循互补配对原则。(2)DNA分子具有多样性和特异性的特点，这也是生物体多样性和特异性的物质基础。(3)DNA分子复制需要模板、原料、酶和能量等条件；碱基互补配对原则保证了其复制的精确性。(4)由题意可知，DNA分子复制具有双向复制(多起点复制)和边解旋边复制的特点。(5)根据半保留复制的特点，DNA分子经过两次复制后，突变链形成的两个DNA分子中含有U—A、A—T碱基对，而另一条正常链形成的两个DNA分子中含有G—C、C—G碱基对，因此替换的可能是G，也可能是C。
B组能力题组
一、单选题
1．下图为真核生物染色体上DNA分子复制过程示意图，有关叙述错误的是( A )
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速率
[解析] 从图中可以看出有多个复制起点，但由于复制环的大小不同，所以复制起始的时间有先有后。DNA分子复制是边解旋边双向复制的，真核生物DNA分子复制过程需要解旋酶、DNA聚合酶等酶的参与。这种半保留复制的模式不仅保持了前后代的稳定性，而且每次复制都可产生两个DNA分子，提高了复制效率。
2．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 )
A．14N15N和15N15N,1︰3
B．14N15N和15N15N,3︰1
C．15N15N和14N14N,1︰3
D．14N15N和14N14N,3︰1
[解析] DNA的复制是半保留复制的过程，在复制时，两条链解开形成母链，所以14N14N在15N的培养基中繁殖三代后，共有23＝8个DNA分子，由于只有2条链14N，所以其中有2个是14N15N，其余6个是5N15N，所以比例为1︰3。故选A。
3．(2020·枣庄三中高一第一次学情调查)在兔子的精细胞中，核DNA的重量为4×10－12
g，那么其骨髓细胞在有丝分裂后期，一个细胞中核DNA重量为( B )
A．4×10－12
g
B．16×10－12
g
C．8×10－12
g
D．2×10－12
g
[解析] 精细胞中核DNA为N，则体细胞中核DNA为2N。有丝分裂后期染色体和DNA含量为4N，故一个细胞中核DNA重量为16×10－12
g。故选B。
4．(2020·桂林市第十八中学高一期中)下列关于“碱基互补配对原则”和“DNA复制特点”具体应用的叙述，不正确的是( C )
A．某双链DNA分子中，G占碱基总数的38%，其中一条链中的T占该DNA分子全部碱基总数的5%，那么另一条链中T占该DNA分子全部碱基总数的比例为7%
B．一个有2
000个碱基的DNA分子，碱基对可能的排列方式有41
000种
C．已知一段信使RNA有30个碱基，其中A＋U有12个，那么转录成信使RNA的一段DNA分子中C＋G就有30个
D．将精原细胞的l对同源染色体的2个DNA都用15N标记，只提供含14N的原料，该细胞进行1次有丝分裂后再减数分裂，产生的8个精子中(无交叉互换现象)含15N、14N标记的DNA的精子所占比例依次是50%、100%
[解析] 某双链DNA分子中，G占碱基总数的38%，则该DNA分子T占碱基总数的12%，根据碱基互补配对原则，T＝(T1＋T2)÷2，其中一条链中的T占该DNA分子全部碱基总数的5%，则占该链的比例为10%，那么另一条链中T占该链的比例为14%，占DNA分子全部碱基总数的比例为7%，A正确；一个有2
000个碱基的DNA分子，碱基对可能的排列方式有41
000种，B正确；已知一段信使RNA有30个碱基，其中A＋U有12个，那么转录成信使RNA的一段DNA分子中有60个碱基，其中A＋T有24个，则该DNA分子中C＋G就有36个，C错误；该细胞经一次有丝分裂后，形成的两个精原细胞中每条染色体均含15N和14N。精原细胞进行减数分裂，复制得到的染色体中一条染色单体含15N，一条染色单体不含15N。减Ⅰ后期同源染色体分离，形成的两个次级精母细胞，减Ⅱ后期姐妹染色单体分离，形成的两个染色体一个含15N，一个不含15N，分别进入不同的子细胞，因此含15N、14N标记的DNA的精子所占比例依次是50%、100%，D正确。
二、不定项选择题
5．某DNA分子有1
600个碱基对，其中腺嘌呤700个，一条链含15N，一条链含14N。该DNA分子在含14N的溶液中复制2次。下列有关叙述正确的是( BC )
A．复制完成后，含有15N的胸腺嘧啶共有700个
B．复制完成后，含14N的DNA分子总数与含15N的DNA分子总数之比为4︰1
C．第2次复制过程中，消耗胞嘧啶脱氧核苷酸1
800个
D．含有14N的子代DNA分子的两条链都含有14N
[解析] 不能确定含15N的胸腺嘧啶有700个，A错；含14N的子代DNA分子两条链不一定都含有14N，D错。
6．真核生物的DNA复制时( ACD )
A．碱基互补配对，保证DNA复制的准确进行
B．边解旋边复制，有利于DNA复制和转录同时进行
C．复制起始点的A、T比例高，有利于两条链的解开
D．半保留复制，有利于保持亲子代间遗传信息的连续性
[解析] DNA复制与转录不能同时进行，B错。
三、非选择题
7．关于DNA的复制方式，早期的推测有全保留复制、半保留复制、分散复制三种(如下图)。究竟哪种复制方式正确呢？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分子均为轻密度带14N－DNA(对照)。
b．在氮源为15N的培养基中生长的大肠杆菌，其DNA分子均为重密度带15N－DNA(亲代)。
c．将亲代15N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)。
实验预测：
(1)如果子Ⅰ代DNA能分辨出一条轻密度(14N/14N)带和一条重密度(15N/15N)两条带，则可以肯定是__全保留__复制。
(2)如果子Ⅰ代DNA分辨出只有一条中密度带(14N/15N)，则可以排除__全保留__复制；接着做子Ⅱ代DNA密度鉴定时，若分出一条中密度(15N/14N)带和一条轻密度(14N/14N)带两条带，则又可以排除__分散__复制，且这两条密度带的DNA分子数的比为__1︰1__。
实验分析：
(3)此实验中用到的生物学技术主要有__同位素标记法__和密度梯度离心法，使用的酶主要有__解旋酶__和__DNA聚合酶__等。
[解析] (1)如果与对照(14N/14N)相比，子Ⅰ代能分辨出两条DNA带：一条轻(14N/14N)带和一条重(15N/15N)带，则DNA的复制方式为全保留复制，则可以排除半保留复制和分散复制；(2)如果子代Ⅰ只有一条中密度带，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，同时肯定半保留复制，且这两条密度带的DNA分子数的比为1︰1；(3)此实验中用到的生物学技术有同位素标记法和密度梯度离心法，DNA复制需要的酶是解旋酶和DNA聚合酶。
A组基础题组
一、单选题
1．下列关于基因的叙述，正确的是( C )
A．DNA分子上任意一个片段都是基因
B．人体细胞中染色体是基因的唯一载体
C．等位基因的根本区别是脱氧核苷酸的排列顺序不同
D．基因的多样性决定了DNA分子的多样性
[解析] 基因是有遗传效应的DNA片段，而不是DNA分子中任意一片段；人体细胞中染色体是基因的主要载体，线粒体中也分布着一定数量的基因；构成基因的基本组成单位是脱氧核苷酸；基因的多样性与DNA分子的多样性均与脱氧核苷酸的数量和排列顺序有关。
2．(2020·河北省保定市易县中学高一月考)由50个脱氧核苷酸构成的DNA分子，按其碱基对的排列顺序不同，可分为多少种，说明了DNA分子的什么特性( D )
①504种 ②450种 ③425种 ④遗传性 ⑤多样性 ⑥特异性
A．①④
B．②⑤
C．②⑥
D．③⑤
[解析] 含有50个脱氧核苷酸的DNA分子片段，只有25对脱氧核苷酸，所以脱氧核苷酸的排列方式有425种，即最多可以编码425种不同的遗传信息，③正确；DNA分子的多样性主要表现为构成DNA分子的四种脱氧核苷酸(碱基)的种类、数量和排列顺序，所以碱基的排列顺序不同说明了DNA分子的多样性，⑤正确；故选D。
3．科学研究发现，小鼠体内HMIGIC基因与肥胖直接相关。具有HMIGIC基因缺陷的实验小鼠与作为对照的正常小鼠，吃同样多的高脂肪食物，一段时间后，对照组小鼠变得十分肥胖，而具有HMIGIC基因缺陷的实验小鼠体重仍然保持正常，这说明( C )
A．基因在DNA上
B．基因在染色体上
C．基因具有遗传效应
D．DNA具有遗传效应
[解析] 根据对照实验，正常小鼠吃高脂肪食物则肥胖，具有HMIGIC基因缺陷的小鼠吃同样多的高脂肪食物体重仍保持正常，说明肥胖由基因控制，从而得出基因能够控制性状，具有遗传效应。
4．(2020·安徽省池州市高一期末)基因是描述遗传物质的概念。下列相关说法错误的是( C )
A．对绝大多数生物来说，基因是有遗传效应的DNA片段
B．基因组成不同的细胞，往往具有不同的性状表现
C．染色体上的基因呈线性排列，它和性状也是线性对应关系
D．生物体基因的碱基序列保持不变，其表型也可能发生改变
[解析] 基因通常是有遗传效应的DNA片段，但对RNA病毒而言，基因是有遗传效应的RNA片段，A正确；基因是有遗传效应的DNA片段，基因不同，其指导合成的蛋白质往往不同，控制的性状表型也有差异，B正确；基因在染色体上线性排列，但基因和性状不是简单地线性对应关系，C错误；即使生物体基因的碱基序列保持不变，但由于某些环境因素的影响，其表型也可能发生改变，D正确。故选C。
5．如图为果蝇某一条染色体上的几个基因示意图，有关叙述正确的是( B )
A．基因R、S、N、O在果蝇所有体细胞中都表达
B．R、S、N、O互为非等位基因
C．果蝇的每个基因都是由成百上千个核糖核苷酸组成的
D．基因R、S、N、O中的比值一般相同
[解析] R、S、N、O控制果蝇不同的性状，在果蝇体细胞中选择性表达，互为非等位基因。
6．下列对染色体、DNA、基因三者关系的叙述中，正确的是( B )
A．一条染色体上含有一个或两个DNA分子，一个DNA分子上含有一个基因
B．都能进行复制、分离和传递，且三者行为一致
C．染色体是基因的唯一载体
D．在生物的传宗接代中，基因的行为决定着染色体的行为
[解析] A项中一个DNA分子上含有许多个基因；C项染色体是基因的主要载体；D项应是染色体的行为决定基因的行为。
二、非选择题
7．由于DNA上的“遗传因子”基本都是符合孟德尔的遗传定律的，因此人类可以利用PCR技术合成的DNA进行亲子鉴定，其原理是：首先获取被测试者的DNA，并进行PCR扩增，取其中一样本DNA用限制酶切成特定的小片段，放进凝胶内，用电泳推动DNA小片段分离，再使用特制的“探针”去寻找基因。相同的基因会凝聚在一起，然后利用特别的染料在X光照射下，便会显示由DNA探针凝聚在一起的黑色条码。每个人的条码一半与其母亲的条码吻合，另一半与其父亲的条码吻合。
(1)2002年6月，我国第一张位点的“基因身份证明”在湖北武汉诞生。人的“基因身份证明”是否终身有效？__是__。理由是__因为同一个体的不同生长发育阶段和不同组织的DNA是相同的，所以它有高度的个体特异性和稳定性__。
(2)双胞胎或多胞胎的“基因身份证明”是否一定完全相同？__不一定__，原因是__如果是异卵双生的双胞胎，其遗传物质不相同__。
(3)图示某小孩和其母亲以及待测定的四位男性的DNA指纹图谱示意图，请推测该小孩真正生物学上的父亲是__B__，原因是__子代遗传物质一半来自父亲，一半来自母亲__。
[解析] (1)同一个体的所有体细胞都是由同一个受精卵有丝分裂而来的，所以DNA相同，具有个体的特异性和稳定性，故“基因身份证明”终身有效。(2)同卵双胞胎DNA相同，但异卵双胞胎DNA不同。(3)对比DNA指纹图谱就会发现孩子的基因有一半与母亲相同，还有一半与B相同，而A、C、D与孩子DNA指纹图谱不相同，所以B是孩子真正生物学上的父亲。
B组能力题组
一、单选题
1．下列关于基因和DNA的叙述，正确的是( D )
A．海蜇的绿色荧光蛋白基因不能在小鼠体细胞内稳定表达
B．人类基因组计划需测定23条染色体上所有基因的碱基排列顺序
C．含有100对碱基(腺嘌呤占10%)的DNA分子最多有4100种
D．生物体多样性和特异性的物质基础是DNA分子的多样性和特异性
[解析] 人类已经培育出发绿色荧光的转基因小鼠，该小鼠就是导入了海蜇的绿色荧光蛋白基因，A错误；人类基因组计划需测定的染色体是24条，即22条常染色体＋X染色体＋Y染色体，B错误；含有100对碱基的DNA分子有多种，但在有条件的情况下，种类要比4100种少很多，C错误。
2．(2020·甘肃省天水市第一中学高一期末)以下关于果蝇的基因、DNA和染色体的关系的叙述中，不正确的是( C )
A．一个染色体上有一个或两个DNA分子
B．一个染色体上有多个基因，并且基因在染色体上呈线性排列
C．果蝇的白眼基因是有遗传效应的X染色体片段
D．DNA和基因的基本单位是相同的
[解析] 一个染色体上有一个或两个DNA分子；A正确。一个染色体上有多个基因，并且基因在染色体上呈线性排列；B正确。果蝇的白眼基因是有遗传效应的X染色体上的DNA片段；C错误。DNA和基因的基本单位是相同的，是脱氧核苷酸；D正确。
3．(2020·吉林长春外国语学校高一期末)下列关于基因的叙述中，正确的是( C )
A．基因是DNA的基本组成单位
B．细胞的基因全部位于细胞核中
C．在杂合子形成配子时，等位基因互不影响，独立存在
D．纯合子所有基因都含有相同遗传信息
[解析] 基因是有遗传效应的DNA片段，基因和DNA的基本组成单位都是脱氧核苷酸，A项错误；对真核细胞来说，基因主要存在于细胞核，还有少量存在于线粒体和叶绿体中，原核细胞的基因主要存在于拟核，B项错误；杂种中存在等位基因，等位基因存在于同源染色体上，在减数分裂过程中，等位基因随着同源染色体的分开而分离，互不影响，独立存在，C项正确；纯合子上有很多基因，不同的基因所含遗传信息不同，如AABBDDEE中的A和B遗传信息不同，应为纯合子任一对基因含有的遗传信息相同，D项错误。
4．(2020·湖南永州市高一期末)从分子水平上对生物体具有多样性或特异性的分析错误的是( D )
A．碱基对的排列顺序的千变万化，构成了DNA分子的多样性
B．碱基对特定的排列顺序，又构成了每一个DNA分子的特异性
C．一个含2
000个碱基的DNA分子，其碱基对可能的排列方式有41
000种
D．人体内控制β－珠蛋白合成的基因由1
700个碱基对组成，其碱基对可能的排列方式有41
700种
[解析] 碱基对的排列顺序的千变万化，构成了DNA分子的多样性，A正确；碱基对的特定的排列顺序，构成了每一个DNA分子基因的特异性，B正确；一个含2
000个碱基的DNA分子，其碱基对可能的排列方式就有41
000种，C正确；β珠蛋白基因碱基对的排列顺序，是β珠蛋白所特有的，D错误。故选D。
二、不定项选择题
5．下列有关染色体、DNA、基因三者关系的叙述，正确的是( ABD )
A．每条染色体上都含有一个DNA分子或两个DNA分子，DNA分子上含有许多个基因
B．都能复制、分离和传递，且三者行为一致
C．三者都是生物细胞内的遗传物质
D．在生物的传宗接代过程中，染色体的行为决定着DNA和基因的行为
[解析] 生物的遗传物质是DNA，染色体是遗传物质的主要载体，基因是遗传物质的基本结构和功能单位，C错误。
6．下列有关基因的叙述，正确的是( AC )
A．基因是控制生物性状的结构单位和功能单位
B．经测定，一个由n个脱氧核苷酸构成的DNA分子中，包含了m个基因，则每个基因的平均长度为n/2m个脱氧核苷酸对
C．人体细胞内的基因主要位于染色体上
D．基因中脱氧核苷酸的排列顺序就是遗传信息，只能通过减数分裂传递给后代
[解析] 基因是有遗传效应的DNA片段，是控制生物性状的结构单位和功能单位。一个DNA分子上有许多个基因，但并非基因与基因紧密相连，那些没有遗传效应的DNA片段并不是基因，因此B项中基因的平均长度小于n/2m个脱氧核苷酸对。人体细胞内的基因主要在染色体上，线粒体DNA分子上也有少量基因。有性生殖的生物通过减数分裂将遗传信息传递给下一代，无性生殖的生物通过有丝分裂将遗传信息传递给下一代。
二、非选择题
7．(2020·河北省保定市易县中学高一月考)如图所示细胞中与基因有关的物质或结构，请分析并回答：
(1)细胞内的遗传物质是[ b ]__DNA__。
(2)遗传物质的主要载体是[ a ]__染色体__，基因和a的关系是__基因在a上呈线性排列__。
(3)c和b关系是__c是组成b的基本单位__，b被彻底水解后的产物是__d、e、f__(填字母)。
(4)如果基因存在于__性染色体__上，则其遗传方式与性别相关联，这就是__伴性遗传__。这种遗传方式既遵循__基因分离__定律，又有特殊性。
[解析] 分析图形：基因的组成单位c是脱氧核苷酸，d、e、f是脱氧核糖、磷酸、含氮碱基，元素g是C、H、O、N、P，b是DNA，h是蛋白质，a是染色体。(1)细胞内含有DNA和RNA两种核酸，但遗传物质是DNA，基因是有遗传效应的DNA片段，故b是DNA。(2)遗传物质DNA的主要载体是染色体，DNA和蛋白质结合构成染色体，图中a是染色体，基因在染色体上呈线性排列。(3)b为DNA，c为脱氧核苷酸，c是组成b的基本单位，DNA彻底水解的产物是脱氧核糖、含氮碱基和磷酸，即图中d、e、f。(4)如果基因存在于性染色体上，则其遗传方式与性别相关联，称为伴性遗传，这种遗传方式既遵循基因分离定律，又有特殊性。(共61张PPT)
第3章
基因的本质
第3节 DNA的复制
第4节 基因通常是有遗传效应的DNA片段
课内探究·名师点睛
指点名津·拨云见日
教材问题·解疑答惑
巩固训练·课堂达标
夯基提能作业
基础知识·双基夯实
课程要求
核心素养
概述DNA分子通过半保留方式进行复制；概述多种生物的基因是DNA分子的功能片段，有些病毒的基因在RNA分子上。
1．结合DNA双螺旋结构模型，运用结构与功能观和物质与能量观，阐明DNA分子通过复制，传递遗传信息。(生命观念)
2．分析DNA复制过程，归纳DNA复制过程中相关数量计算，提高逻辑分析和计算能力。(科学思维)
3．运用假说演绎法，探究DNA分子的复制方式为半保留复制。(科学探究)
4．分析相关资料，得出基因通常是有遗传效应的DNA片段。(科学思维)
知识导图
知识导图
基础知识·双基夯实
一、DNA的复制
1．对DNA复制的推测：
(1)提出者：_______________。
(2)假说内容。
①解旋：DNA分子复制时，DNA分子的_________解开，互补碱基之间的_______断裂。
沃森和克里克
双螺旋
氢键
两条单链
脱氧核苷酸
碱基互补配对
2．DNA半保留复制的实验证据
(1)实验材料：___________。
(2)实验方法：运用了_____________技术。
(3)实验过程
大肠杆菌
同位素标记
(4)实验结果
①复制一次产生的DNA分子中，一条链含14N，另一条链含15N，DNA分子密度居中。
②复制两次产生的DNA分子中，有两个DNA分子双链均含14N，另两个DNA分子中一条链含15N，另一条链含14N。
(5)实验结论：DNA的复制方式为_____________。
半保留复制
3．DNA复制的过程：
(1)概念：以__________为模板合成__________的过程。
(2)时间：细胞分裂前的_______。
(3)场所：主要是_________。
亲代DNA
子代DNA
间期
细胞核
(4)过程：
(5)结果：一个DNA分子形成了_____个与亲代___________的DNA分子。
(6)特点：①_______________；②_____________。
(7)意义：将___________从亲代传给子代，从而保持了___________的连续性。
两
完全相同
边解旋边复制
半保留复制
遗传信息
遗传信息
二、基因通常是有遗传效应的DNA片段
1．一个DNA分子上有_______个基因。构成基因的碱基数_______DNA分子的碱基总数。
2．遗传信息蕴藏在____________________之中。
3．DNA分子具有_________和_________，这是生物体多样性和特异性的物质基础。
4．基因通常是有遗传效应的______片段，对少数病毒而言，基因是有遗传效应的______片段。
许多
小于
4种碱基的排列顺序
多样性
特异性
DNA
RNA
〔活学巧练〕
判断下列叙述的正误
(1)DNA双螺旋全部解链后，开始DNA复制。
( )
(2)单个脱氧核苷酸在DNA酶的作用下连接成子链，并且2条子链形成子代DNA分子。
( )
(3)构成基因的碱基总数与DNA分子的碱基总数相等。
( )
×
×
×
(4)某DNA片段中有100个脱氧核苷酸，则可能的排列顺序为4100种。
( )
(5)不同DNA分子携带的遗传信息不同的根本原因在于碱基排列顺序不同。
( )
(6)在人体内成熟的红细胞、浆细胞中不发生DNA的复制。
( )
×
√
√
〔思考〕
1．在复制形成的两个子代DNA分子中，两条子链的碱基排列顺序相同吗？
提示：不相同。因为都和母链互补。两条母链是互补的，因此两条子链也互补。
2．用15N标记的DNA分子，放入含14N的培养基中进行复制，当测得含有15N的DNA分子数为12.5%时，该DNA分子复制了几次？
提示：4次。含15N的DNA分子在含14N培养基中复制n次，则形成2n个DNA分子，其中含15N的DNA分子占2/2n，已知2/2n＝12.5%，则n＝4。
3．具有遗传效应的RNA片段也是基因，对吗？
提示：对，如RNA病毒中，RNA也有基因片段。
〔学霸记忆〕
1．DNA复制需要DNA模板、4种脱氧核苷酸为原料以及酶和能量等。
2．DNA复制的特点是边解旋边复制和半保留复制。
3．DNA通过复制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。
4．遗传信息蕴藏在DNA的4种碱基的排列顺序中。
5．基因通常是有遗传效应的DNA片段，对少数病毒而言，基因是有遗传效应的RNA片段。
课内探究·名师点睛
1．关于DNA复制的早期推测
在DNA分子复制的早期研究中，科学家们提出了三个模型：全保留复制模型、弥散复制模型和半保留复制模型。
比较如下：
全保留复制：亲代DNA分子两条链不变，子代DNA分子的两条链都是新合成的。
一
DNA半保留复制的实验证据和DNA复制的过程及特点
要点归纳
半保留复制：新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链。
弥散复制：亲代DNA分子的两条链分散成短片段，与新合成的子代DNA分子的两条链分散成的短片段混杂在一起，不能分出亲代DNA单链。
如下图所示：
2．巧记DNA复制的“一所、两期、三步、四条件”
3．DNA“准确”复制的原因
(1)DNA具有独特的双螺旋结构，能为复制提供精确的模板
(2)DNA通过碱基互补配对，保证了复制准确地进行。
4．DNA复制的相关知识归纳
(1)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：在有丝分裂间期或减数分裂Ⅰ前的间期。
(4)DNA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：破坏碱基间的氢键。
②DNA聚合酶：连接游离的脱氧核苷酸。
③DNA连接酶：连接DNA片段。
(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分裂Ⅱ后期着丝粒分裂时分开，分别进入两个子细胞中。
(2020·唐山期末)如图为真核细胞DNA复制过程模式图，相关分析错误的是
( )
A．酶①为解旋酶，酶②为DNA聚合酶
B．图示体现了边解旋边复制及半保留复制的
特点
C．在复制完成后，甲、乙可在有丝分裂后
期、减数第一次分裂后期分开
D．将该模板DNA置于15N培养液中复制3次后，含15N的DNA占100%
典例剖析
典例
1
C
[解析] 酶①作用于DNA的两条母链之间，使DNA双链的配对碱基之间的氢键断开，为解旋酶；酶②作用于DNA的母链和新合成子链之间，为DNA聚合酶，A正确。新形成的甲、乙两条DNA分子中均含有一条亲代DNA母链，符合半保留复制以及边解旋边复制的特点，B正确。在细胞分裂过程中，甲、乙两条DNA所携带的遗传信息相同，位于一条染色体的两条姐妹染色单体上，因此甲、乙的分离即为姐妹染色单体的分离，发生在有丝分裂后期、减数第二次分裂后期，C错误。将该模板DNA置于15N培养液中复制3次后，共产生DNA分子23＝8个，都含有15N，即含15N的DNA占100%，D正确。
(2019·天津期末)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的结果如图所示。下列说法错误的是
( )
A．G0、G1、G2三代DNA离心后的试管分别对应的图是甲、乙、丁
B．G2代在①②③三条带中DNA分子数目的
比例为0︰1︰1
C．条带①中DNA分子所含的同位素P是31P
和32P
D．条带②中DNA分子所含的同位素P是31P
和32P
变式训练1
C
[解析] G0代细胞的DNA分子两条链中都含31P，应位于试管的上方“轻”的位置；G1是将G0代细胞移至含有32P的培养基中培养，细胞分裂一次获得的，DNA分子中都是一条链含31P、另一条链含32P，分布在试管的“中”的位置；G2是将G0代细胞移至含有32P的培养基中培养，经过第2次细胞分裂后获得的，在DNA分子中，一半DNA分子一条链含31P、另一条链含32P，分布在试管的“中”的位置，另一半DNA分子两条链都含32P，分布在试管的下方“重”的位置，A正确。根据A项分析可知，G2代在①②③三条带中DNA分子数目的比例为0︰1︰1，B正确。条带①中DNA分子所含的同位素P都是31P，C错误。条带②中DNA分子所含的同位素P是31P和32P，D正确。
1．脱氧核苷酸、基因、DNA和染色体的关系图解
二
基因通常是有遗传效应的DNA片段
要点归纳
2．全方位理解“基因”
(1)本质上，基因是有遗传效应的DNA片段。
(2)结构上，基因是含有特定遗传信息的脱氧核苷酸序列。
(3)功能上，基因是遗传物质的结构和功能的基本单位。
(4)位置上，基因在染色体上呈线性排列。
[易错提醒] 对于真核细胞来说，基因(核基因)在染色体上呈线性排列，染色体是基因的主要载体，但细胞质基因存在于线粒体、叶绿体中的DNA分子上；对于原核细胞来说，基因则存在于拟核中的DNA分子上，没有染色体这一载体。对于遗传物质为DNA的生物来说，基因是有遗传效应的DNA片段；对于RNA病毒，基因是有遗传效应的RNA片段。
3．遗传信息
(1)遗传信息概念：生物为复制与自己相同的东西、由亲代传递给子代或各细胞每次分裂时由细胞传递给细胞的信息，即碱基对的排列顺序(或指DNA分子的脱氧核苷酸的排列顺序)。
(2)基因与遗传信息的关系：由于基因是有遗传效应的DNA片段，因此基因中脱氧核苷酸的排列顺序可以代表遗传信息；由于不同基因的脱氧核苷酸的排列顺序(碱基顺序)不同，因此不同的基因就含有不同的遗传信息。
4．基因的多样性和特异性：
(1)多样性：构成DNA分子的碱基只有4种，配对方式只有2种，但是碱基对的数目却可以成千上万，形成的碱基对的排列顺序也可以千变万化，从而构成了DNA分子的多样性，也决定了遗传信息的多样性，即基因的多样性。
(2)特异性：每个特定的DNA分子都有特定的碱基排列顺序，都储存着特定的遗传信息，即基因的特异性。
5．生物多样性与DNA分子多样性的关系：
DNA分子的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的物质基础。
如图表示果蝇某一条染色体上的几个基因，相关叙述不正确的是
( )
A．观察图示可知，基因在染色体上呈线性排列
B．图示DNA中只有部分脱氧核苷酸序列能编码蛋白质
C．每个基因均由多个脱氧核糖核苷酸组成
D．由图可知染色体是生物体内基因的唯一载体
典例剖析
典例
2
D
[解析] 图示中一条染色体含多个基因，呈线性排列。分析题图可知，基因在染色体上是不连续的，染色体上存在不编码蛋白质的核苷酸序列，基因是具有遗传效应的DNA片段，每个基因均由多个脱氧核苷酸组成。染色体不是基因的唯一载体，线粒体和叶绿体中也有基因。
(2020·河北石家庄期中)从分子水平上对生物体具有多样性或特异性的分析，错误的是
( )
A．碱基排列顺序的千变万化，构成了DNA的多样性
B．碱基特定的排列顺序，又构成了每个DNA分子的特异性
C．一个含2
000个碱基的DNA分子，其碱基对可能的排列方式有41
000种
D．人体内控制β－珠蛋白的基因由1
700个碱基对组成，其碱基对可能的排列方式有41
700种
变式训练2
D
[解析] 碱基排列顺序的千变万化，构成了DNA的多样性，A正确；碱基特定的排列顺序，构成了每个DNA分子的特异性，B正确；一个含2
000个碱基的DNA分子，其碱基对可能的排列方式有41
000种，C正确；β－珠蛋白基因碱基对的排列顺序是β－珠蛋白基因所特有的，任意改变碱基的排列顺序后，合成的就不一定是β－珠蛋白，D错误。
指点迷津·拨云见日
一、解答DNA分子复制中相关计算题的规律方法
DNA分子的复制方式为半保留复制，若将一个被15N标记的DNA转移到含14N的培养基中培养(复制)n代，其结果分析如图所示。
1．DNA分子数
(1)子代DNA分子总数：2n个。
(2)含15N的DNA分子数：2个。
(3)含14N的DNA分子数：2n个。
(4)只含15N的DNA分子数：0个。
(5)只含14N的DNA分子数：(2n－2)个。
2．脱氧核苷酸链数
(1)子代DNA分子中脱氧核苷酸链数：2n＋1条。
(2)含15N的脱氧核苷酸链数：2条。
(3)含14N的脱氧核苷酸链数：(2n＋1－2)条。
3．DNA复制消耗游离的脱氧核苷酸数的计算
设亲代DNA分子中含有某种脱氧核苷酸m个，则：
(1)经过n次复制，共需消耗游离的该种脱氧核苷酸为m·(2n－1)个。
(2)在第n次复制时，共需消耗游离的该脱氧核苷酸为m·2n－1个。
某个DNA片段有500个碱基对，其中A和T占碱基总数的40%，若该DNA片段复制两次，则共需游离的胞嘧啶脱氧核苷酸分子个数为
( )
A．300
B．600
C．900
D．1
200
[解题指南] 根据碱基互补配对原则，计算出各种碱基的个数，再计算出复制需要的胞嘧啶脱氧核苷酸数。
典例
3
C
[解析] 由题意可知，该DNA片段由500对碱基，即1
000个碱基组成，G＋C＝1
000－1
000×40%＝600个，G＝C＝300个；该DNA片段复制2次形成的DNA是22＝4个，增加了3个DNA，因此该过程中需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸分子是300×3＝900个。
二、DNA复制原理的应用
1．减数分裂中染色体标记情况：
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“3H/1H”。
2．有丝分裂中染色体标记情况：
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“3H/1H”。第二次有丝分裂复制后的染色体上两条染色单体中只有一条染色单体含有3H，即DNA分子为“3H/1H”，而另一条染色单体只有1H，即DNA分子为“1H/1H”，在后期时两条染色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)。
蚕豆根尖细胞在含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分裂至中期，其染色体的放射性标记分布情况是
( )
A．每条染色体的两条染色单体都被标记
B．每条染色体中都只有一条染色单体被标记
C．只有半数的染色体中一条染色单体被标记
D．每条染色体的两条染色单体都不被标记
典例
4
B
[解析] DNA的复制方式是半保留复制，蚕豆根尖细胞在含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，每一个DNA分子都有一条脱氧核苷酸链含3H，然后在不含放射性标记的培养基中培养至中期，每个DNA分子复制的两个DNA分子存在于同一染色体的姐妹染色单体上，其中一个DNA分子的一条链含3H，如下图所示。
教材问题·解疑答惑
?问题探讨?P53
1．半保留复制。
2．用“可能”二字，说明DNA复制方式可能不止一种。这说明科学研究的严谨性的特点。
?思考·讨论?P54
1．第一代全部中带，第二代1/2轻带，1/2中带。
2．繁殖一代后取出，提取DNA→离心→1/2重带、1/2轻带。繁殖两代后取出，提取DNA→离心→1/4重带、3/4轻带。
?旁栏思考?P55
排除了全保留复制。
?练习与应用?P56
一、概念检测
1．(1)× DNA位于染色体上，DNA复制和染色体复制是同时进行的。
(2)× DNA复制在细胞分裂前的间期进行。
2．B DNA的复制主要在细胞核中进行，此外在细胞质的线粒体和叶绿体及原核细胞的拟核中也能进行，A错误；碱基互补配对原则保证了复制的准确性，B正确；1个DNA复制1次产生2个DNA，C错误：游离的脱氧核苷酸在DNA聚合酶的作用下合成子链，D错误。
3．C 根据DNA半保留复制特点，含15N的大肠杆菌只有2个，A错误；复制3次，含有15N的大肠杆菌占全部大肠杆菌的比例为2/23＝1/4，B错误、C正确；含有15N的DNA分子占全部DNA分子的比例为2/23＝1/4，D错误。
二、拓展应用
1.31.6×108×10－9×2＝6.32个，可能有6个碱基会发生错误。产生的影响可能很大，也可能没有影响(这一问为开放式问题，回答合理即可)。
2．DNA形成多个复制泡是因为DNA复制是从多个起点开始的，这样可缩短DNA复制的时间。
?问题探讨?P57
1．外源生长激素基因在鲤鱼体内得到了表达。
2．DNA分子的一段脱氧核苷酸序列。
?思考·讨论?P58
1．提示：生物体内的DNA分子数目小于基因数目。生物体内所有基因的碱基总数小于DNA分子的碱基总数。这说明基因是DNA上的片段，基因不是连续分布在DNA上的，而是由碱基序列将其分隔开的。
2．提示：此题旨在引导学生理解遗传效应的含义，并不要求唯一答案。可以结合提供的资料来理解，如能使生物体发出绿色荧光等。使转基因鲤鱼生长速率快。
3．提示：基因是有遗传效应的DNA片段。
?思考·讨论?P59
1．提示：4100种
2．提示：碱基排列顺序的千变万化，构成了DNA分子的多样性，而碱基特定的排列顺序，又构成了每一个DNA分子的特异性。DNA分子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．提示：在人类的DNA分子中，脱氧核苷酸序列多样性表现为每个人的DNA几乎不可能完全相同，因此，DNA可以像指纹一样用来鉴别身份。
4．提示：基因不是碱基对随机排列的DNA片段。理论上，所有碱基对的随机排列都能构成基因，但是，在生物的进化过程中，由于自然选择的作用，环境只能选择能与其相适应的物质，因此，一些随机排列的脱氧核苷酸序列由于不被选择而消失或无作用。
?练习与应用?P59
一、概念检测
1．B 每种基因具有特定的碱基对排列顺序，不是4种碱基对的随机排列。
2．
二、拓展应用
1．通过基因检测进行鉴定。不同生物的基因是不同的，基因具有特异性。
2．不同人蕴含的遗传信息不同。由于DNA具有特异性，是根据生物体本身的生物特征来区分生物体个体。第3节 DNA的复制
第4节 基因通常是有遗传效应的DNA片段
课程要求
核心素养
知识导图
概述DNA分子通过半保留方式进行复制；概述多种生物的基因是DNA分子的功能片段，有些病毒的基因在RNA分子上。
1．结合DNA双螺旋结构模型，运用结构与功能观和物质与能量观，阐明DNA分子通过复制，传递遗传信息。(生命观念)2．分析DNA复制过程，归纳DNA复制过程中相关数量计算，提高逻辑分析和计算能力。(科学思维)3．运用假说演绎法，探究DNA分子的复制方式为半保留复制。(科学探究)4．分析相关资料，得出基因通常是有遗传效应的DNA片段。(科学思维)
基础知识·双基夯实
一、DNA的复制
1．对DNA复制的推测：
(1)提出者：__沃森和克里克__。
(2)假说内容。
①解旋：DNA分子复制时，DNA分子的__双螺旋__解开，互补碱基之间的__氢键__断裂。
②复制—
2．DNA半保留复制的实验证据
(1)实验材料：__大肠杆菌__。
(2)实验方法：运用了__同位素标记__技术。
(3)实验过程
(4)实验结果
①复制一次产生的DNA分子中，一条链含14N，另一条链含15N，DNA分子密度居中。
②复制两次产生的DNA分子中，有两个DNA分子双链均含14N，另两个DNA分子中一条链含15N，另一条链含14N。
(5)实验结论：DNA的复制方式为__半保留复制__。
3．DNA复制的过程：
(1)概念：以__亲代DNA__为模板合成__子代DNA__的过程。
(2)时间：细胞分裂前的__间期__。
(3)场所：主要是__细胞核__。
(4)过程：
(5)结果：一个DNA分子形成了__两__个与亲代__完全相同__的DNA分子。
(6)特点：①__边解旋边复制__；②__半保留复制__。
(7)意义：将__遗传信息__从亲代传给子代，从而保持了__遗传信息__的连续性。
二、基因通常是有遗传效应的DNA片段
1．一个DNA分子上有__许多__个基因。构成基因的碱基数__小于__DNA分子的碱基总数。
2．遗传信息蕴藏在__4种碱基的排列顺序__之中。
3．DNA分子具有__多样性__和__特异性__，这是生物体多样性和特异性的物质基础。
4．基因通常是有遗传效应的__DNA__片段，对少数病毒而言，基因是有遗传效应的__RNA__片段。
〔活学巧练〕
判断下列叙述的正误
(1)DNA双螺旋全部解链后，开始DNA复制。( × )
(2)单个脱氧核苷酸在DNA酶的作用下连接成子链，并且2条子链形成子代DNA分子。( × )
(3)构成基因的碱基总数与DNA分子的碱基总数相等。( × )
(4)某DNA片段中有100个脱氧核苷酸，则可能的排列顺序为4100种。( × )
(5)不同DNA分子携带的遗传信息不同的根本原因在于碱基排列顺序不同。( √ )
(6)在人体内成熟的红细胞、浆细胞中不发生DNA的复制。( √ )
〔思考〕
1．在复制形成的两个子代DNA分子中，两条子链的碱基排列顺序相同吗？
提示：不相同。因为都和母链互补。两条母链是互补的，因此两条子链也互补。
2．用15N标记的DNA分子，放入含14N的培养基中进行复制，当测得含有15N的DNA分子数为12.5%时，该DNA分子复制了几次？
提示：4次。含15N的DNA分子在含14N培养基中复制n次，则形成2n个DNA分子，其中含15N的DNA分子占2/2n，已知2/2n＝12.5%，则n＝4。
3．具有遗传效应的RNA片段也是基因，对吗？
提示：对，如RNA病毒中，RNA也有基因片段。
〔学霸记忆〕
1．DNA复制需要DNA模板、4种脱氧核苷酸为原料以及酶和能量等。
2．DNA复制的特点是边解旋边复制和半保留复制。
3．DNA通过复制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。
4．遗传信息蕴藏在DNA的4种碱基的排列顺序中。
5．基因通常是有遗传效应的DNA片段，对少数病毒而言，基因是有遗传效应的RNA片段。
课内探究·名师点睛
知识点? DNA半保留复制的实验证据和DNA复制的过程及特点
要点归纳
1．关于DNA复制的早期推测
在DNA分子复制的早期研究中，科学家们提出了三个模型：全保留复制模型、弥散复制模型和半保留复制模型。
比较如下：
全保留复制：亲代DNA分子两条链不变，子代DNA分子的两条链都是新合成的。
半保留复制：新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链。
弥散复制：亲代DNA分子的两条链分散成短片段，与新合成的子代DNA分子的两条链分散成的短片段混杂在一起，不能分出亲代DNA单链。
如下图所示：
2．巧记DNA复制的“一所、两期、三步、四条件”
3．DNA“准确”复制的原因
(1)DNA具有独特的双螺旋结构，能为复制提供精确的模板
(2)DNA通过碱基互补配对，保证了复制准确地进行。
4．DNA复制的相关知识归纳
(1)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：在有丝分裂间期或减数分裂Ⅰ前的间期。
(4)DNA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：破坏碱基间的氢键。
②DNA聚合酶：连接游离的脱氧核苷酸。
③DNA连接酶：连接DNA片段。
(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分裂Ⅱ后期着丝粒分裂时分开，分别进入两个子细胞中。
典例剖析
典例1 (2020·唐山期末)如图为真核细胞DNA复制过程模式图，相关分析错误的是( C )
A．酶①为解旋酶，酶②为DNA聚合酶
B．图示体现了边解旋边复制及半保留复制的特点
C．在复制完成后，甲、乙可在有丝分裂后期、减数第一次分裂后期分开
D．将该模板DNA置于15N培养液中复制3次后，含15N的DNA占100%
[解析] 酶①作用于DNA的两条母链之间，使DNA双链的配对碱基之间的氢键断开，为解旋酶；酶②作用于DNA的母链和新合成子链之间，为DNA聚合酶，A正确。新形成的甲、乙两条DNA分子中均含有一条亲代DNA母链，符合半保留复制以及边解旋边复制的特点，B正确。在细胞分裂过程中，甲、乙两条DNA所携带的遗传信息相同，位于一条染色体的两条姐妹染色单体上，因此甲、乙的分离即为姐妹染色单体的分离，发生在有丝分裂后期、减数第二次分裂后期，C错误。将该模板DNA置于15N培养液中复制3次后，共产生DNA分子23＝8个，都含有15N，即含15N的DNA占100%，D正确。
┃┃变式训练1__■
(2019·天津期末)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的结果如图所示。下列说法错误的是( C )
A．G0、G1、G2三代DNA离心后的试管分别对应的图是甲、乙、丁
B．G2代在①②③三条带中DNA分子数目的比例为0︰1︰1
C．条带①中DNA分子所含的同位素P是31P和32P
D．条带②中DNA分子所含的同位素P是31P和32P
[解析] G0代细胞的DNA分子两条链中都含31P，应位于试管的上方“轻”的位置；G1是将G0代细胞移至含有32P的培养基中培养，细胞分裂一次获得的，DNA分子中都是一条链含31P、另一条链含32P，分布在试管的“中”的位置；G2是将G0代细胞移至含有32P的培养基中培养，经过第2次细胞分裂后获得的，在DNA分子中，一半DNA分子一条链含31P、另一条链含32P，分布在试管的“中”的位置，另一半DNA分子两条链都含32P，分布在试管的下方“重”的位置，A正确。根据A项分析可知，G2代在①②③三条带中DNA分子数目的比例为0︰1︰1，B正确。条带①中DNA分子所含的同位素P都是31P，C错误。条带②中DNA分子所含的同位素P是31P和32P，D正确。
知识点? 基因通常是有遗传效应的DNA片段
要点归纳
1．脱氧核苷酸、基因、DNA和染色体的关系图解
2．全方位理解“基因”
(1)本质上，基因是有遗传效应的DNA片段。
(2)结构上，基因是含有特定遗传信息的脱氧核苷酸序列。
(3)功能上，基因是遗传物质的结构和功能的基本单位。
(4)位置上，基因在染色体上呈线性排列。
[易错提醒] 对于真核细胞来说，基因(核基因)在染色体上呈线性排列，染色体是基因的主要载体，但细胞质基因存在于线粒体、叶绿体中的DNA分子上；对于原核细胞来说，基因则存在于拟核中的DNA分子上，没有染色体这一载体。对于遗传物质为DNA的生物来说，基因是有遗传效应的DNA片段；对于RNA病毒，基因是有遗传效应的RNA片段。
3．遗传信息
(1)遗传信息概念：生物为复制与自己相同的东西、由亲代传递给子代或各细胞每次分裂时由细胞传递给细胞的信息，即碱基对的排列顺序(或指DNA分子的脱氧核苷酸的排列顺序)。
(2)基因与遗传信息的关系：由于基因是有遗传效应的DNA片段，因此基因中脱氧核苷酸的排列顺序可以代表遗传信息；由于不同基因的脱氧核苷酸的排列顺序(碱基顺序)不同，因此不同的基因就含有不同的遗传信息。
4．基因的多样性和特异性：
(1)多样性：构成DNA分子的碱基只有4种，配对方式只有2种，但是碱基对的数目却可以成千上万，形成的碱基对的排列顺序也可以千变万化，从而构成了DNA分子的多样性，也决定了遗传信息的多样性，即基因的多样性。
(2)特异性：每个特定的DNA分子都有特定的碱基排列顺序，都储存着特定的遗传信息，即基因的特异性。
5．生物多样性与DNA分子多样性的关系：
DNA分子的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的物质基础。
典例剖析
典例2 如图表示果蝇某一条染色体上的几个基因，相关叙述不正确的是( D )
A．观察图示可知，基因在染色体上呈线性排列
B．图示DNA中只有部分脱氧核苷酸序列能编码蛋白质
C．每个基因均由多个脱氧核糖核苷酸组成
D．由图可知染色体是生物体内基因的唯一载体
[解析] 图示中一条染色体含多个基因，呈线性排列。分析题图可知，基因在染色体上是不连续的，染色体上存在不编码蛋白质的核苷酸序列，基因是具有遗传效应的DNA片段，每个基因均由多个脱氧核苷酸组成。染色体不是基因的唯一载体，线粒体和叶绿体中也有基因。
┃┃变式训练2__■
(2020·河北石家庄期中)从分子水平上对生物体具有多样性或特异性的分析，错误的是( D )
A．碱基排列顺序的千变万化，构成了DNA的多样性
B．碱基特定的排列顺序，又构成了每个DNA分子的特异性
C．一个含2
000个碱基的DNA分子，其碱基对可能的排列方式有41
000种
D．人体内控制β－珠蛋白的基因由1
700个碱基对组成，其碱基对可能的排列方式有41
700种
[解析] 碱基排列顺序的千变万化，构成了DNA的多样性，A正确；碱基特定的排列顺序，构成了每个DNA分子的特异性，B正确；一个含2
000个碱基的DNA分子，其碱基对可能的排列方式有41
000种，C正确；β－珠蛋白基因碱基对的排列顺序是β－珠蛋白基因所特有的，任意改变碱基的排列顺序后，合成的就不一定是β－珠蛋白，D错误。
指点迷津·拨云见日
一、解答DNA分子复制中相关计算题的规律方法
DNA分子的复制方式为半保留复制，若将一个被15N标记的DNA转移到含14N的培养基中培养(复制)n代，其结果分析如图所示。
1．DNA分子数
(1)子代DNA分子总数：2n个。
(2)含15N的DNA分子数：2个。
(3)含14N的DNA分子数：2n个。
(4)只含15N的DNA分子数：0个。
(5)只含14N的DNA分子数：(2n－2)个。
2．脱氧核苷酸链数
(1)子代DNA分子中脱氧核苷酸链数：2n＋1条。
(2)含15N的脱氧核苷酸链数：2条。
(3)含14N的脱氧核苷酸链数：(2n＋1－2)条。
3．DNA复制消耗游离的脱氧核苷酸数的计算
设亲代DNA分子中含有某种脱氧核苷酸m个，则：
(1)经过n次复制，共需消耗游离的该种脱氧核苷酸为m·(2n－1)个。
(2)在第n次复制时，共需消耗游离的该脱氧核苷酸为m·2n－1个。
典例3 某个DNA片段有500个碱基对，其中A和T占碱基总数的40%，若该DNA片段复制两次，则共需游离的胞嘧啶脱氧核苷酸分子个数为( C )
A．300
B．600
C．900
D．1
200
[解题指南] 根据碱基互补配对原则，计算出各种碱基的个数，再计算出复制需要的胞嘧啶脱氧核苷酸数。
[解析] 由题意可知，该DNA片段由500对碱基，即1
000个碱基组成，G＋C＝1
000－1
000×40%＝600个，G＝C＝300个；该DNA片段复制2次形成的DNA是22＝4个，增加了3个DNA，因此该过程中需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸分子是300×3＝900个。
二、DNA复制原理的应用
1．减数分裂中染色体标记情况：
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“3H/1H”。
2．有丝分裂中染色体标记情况：
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“3H/1H”。第二次有丝分裂复制后的染色体上两条染色单体中只有一条染色单体含有3H，即DNA分子为“3H/1H”，而另一条染色单体只有1H，即DNA分子为“1H/1H”，在后期时两条染色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)。
典例4 蚕豆根尖细胞在含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分裂至中期，其染色体的放射性标记分布情况是( B )
A．每条染色体的两条染色单体都被标记
B．每条染色体中都只有一条染色单体被标记
C．只有半数的染色体中一条染色单体被标记
D．每条染色体的两条染色单体都不被标记
[解析] DNA的复制方式是半保留复制，蚕豆根尖细胞在含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，每一个DNA分子都有一条脱氧核苷酸链含3H，然后在不含放射性标记的培养基中培养至中期，每个DNA分子复制的两个DNA分子存在于同一染色体的姐妹染色单体上，其中一个DNA分子的一条链含3H，如下图所示。
教材问题·解疑答惑
?问题探讨?P53
1．半保留复制。
2．用“可能”二字，说明DNA复制方式可能不止一种。这说明科学研究的严谨性的特点。
?思考·讨论?P54
1．第一代全部中带，第二代1/2轻带，1/2中带。
2．繁殖一代后取出，提取DNA→离心→1/2重带、1/2轻带。繁殖两代后取出，提取DNA→离心→1/4重带、3/4轻带。
?旁栏思考?P55
排除了全保留复制。
?练习与应用?P56
一、概念检测
1．(1)× DNA位于染色体上，DNA复制和染色体复制是同时进行的。
(2)× DNA复制在细胞分裂前的间期进行。
2．B DNA的复制主要在细胞核中进行，此外在细胞质的线粒体和叶绿体及原核细胞的拟核中也能进行，A错误；碱基互补配对原则保证了复制的准确性，B正确；1个DNA复制1次产生2个DNA，C错误：游离的脱氧核苷酸在DNA聚合酶的作用下合成子链，D错误。
3．C 根据DNA半保留复制特点，含15N的大肠杆菌只有2个，A错误；复制3次，含有15N的大肠杆菌占全部大肠杆菌的比例为2/23＝1/4，B错误、C正确；含有15N的DNA分子占全部DNA分子的比例为2/23＝1/4，D错误。
二、拓展应用
1.31.6×108×10－9×2＝6.32个，可能有6个碱基会发生错误。产生的影响可能很大，也可能没有影响(这一问为开放式问题，回答合理即可)。
2．DNA形成多个复制泡是因为DNA复制是从多个起点开始的，这样可缩短DNA复制的时间。
?问题探讨?P57
1．外源生长激素基因在鲤鱼体内得到了表达。
2．DNA分子的一段脱氧核苷酸序列。
?思考·讨论?P58
1．提示：生物体内的DNA分子数目小于基因数目。生物体内所有基因的碱基总数小于DNA分子的碱基总数。这说明基因是DNA上的片段，基因不是连续分布在DNA上的，而是由碱基序列将其分隔开的。
2．提示：此题旨在引导学生理解遗传效应的含义，并不要求唯一答案。可以结合提供的资料来理解，如能使生物体发出绿色荧光等。使转基因鲤鱼生长速率快。
3．提示：基因是有遗传效应的DNA片段。
?思考·讨论?P59
1．提示：4100种
2．提示：碱基排列顺序的千变万化，构成了DNA分子的多样性，而碱基特定的排列顺序，又构成了每一个DNA分子的特异性。DNA分子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．提示：在人类的DNA分子中，脱氧核苷酸序列多样性表现为每个人的DNA几乎不可能完全相同，因此，DNA可以像指纹一样用来鉴别身份。
4．提示：基因不是碱基对随机排列的DNA片段。理论上，所有碱基对的随机排列都能构成基因，但是，在生物的进化过程中，由于自然选择的作用，环境只能选择能与其相适应的物质，因此，一些随机排列的脱氧核苷酸序列由于不被选择而消失或无作用。
?练习与应用?P59
一、概念检测
1．B 每种基因具有特定的碱基对排列顺序，不是4种碱基对的随机排列。
2．
二、拓展应用
1．通过基因检测进行鉴定。不同生物的基因是不同的，基因具有特异性。
2．不同人蕴含的遗传信息不同。由于DNA具有特异性，是根据生物体本身的生物特征来区分生物体个体。第3章 第3节 第4节
1．已知DNA分子的一条母链上的部分碱基排列顺序为—A—C—G—T—，那么，以另一条母链为模板，经复制后得到的对应子链的碱基排列顺序是
( B )
A．—T—G—C—A—
B．—A—C—G—T—
C．—U—G—C—A—
D．—A—C—G—U—
[解析] DNA复制过程中遵循碱基互补配对原则，以另一条母链为模板形成的子代DNA的相对应的子链的碱基顺序与已知的母链是相同的。
2．如图为真核细胞DNA复制过程的模式图，据图分析，下列相关叙述不正确的是( D )
A．由图示得知，DNA分子复制的方式是半保留复制
B．DNA解旋酶能使双链DNA解开，且需要消耗ATP
C．从图中可以看出合成两条子链的方向是相反的
D．DNA在复制过程中先全部解旋，后半保留复制
[解析] DNA复制过程是边解旋边复制，并非是先全部解旋后再进行复制，所以D错误。
3.20世纪50年代初，查哥夫对多种生物的DNA做了碱基定量分析，发现(A＋T)/(C＋G)的值如下表。结合所学知识，你认为能得出的结论是( D )
DNA来源
大肠杆菌
小麦
鼠
猪肝
猪胸腺
猪脾
(A＋T)/(C＋G)
1.01
1.21
1.21
1.43
1.43
1.43
A．猪的DNA结构比大肠杆菌的DNA结构更稳定一些
B．小麦和鼠的DNA所携带的遗传信息相同
C．小麦DNA中A＋T的数量是鼠DNA中C＋G数量的1.21倍
D．同一生物不同组织的体细胞中DNA碱基组成相同
[解析] 大肠杆菌DNA中(A＋T)/(C＋G)的值小于猪，说明大肠杆菌DNA所含C—G碱基对的比例较高，而C—G碱基对含有三个氢键，所以大肠杆菌的DNA结构稳定性高于猪的，A项错误。虽然小麦和鼠的(A＋T)/(C＋G)值相同，但不能表明二者碱基的数量和排列顺序相同，B项错误。由表中数据无法得出C项的数量关系，C项错误。DNA含有A、G、T、C四种碱基，因此所有DNA的碱基组成相同，D项正确。
4．“人类基因组计划”研究表明，人类基因组计划测定的24条染色体上有2万～2.5万个基因，这一事实说明( C )
A．基因是DNA上有遗传效应的片段
B．基因是染色体的片段
C．一个DNA分子上有许多个基因
D．基因只存在于染色体上
[解析] 人类基因组计划测定的24条染色体上含有24个DNA分子，由题中所给数据可知，其上的基因已发现的有2万～2.5万个，因此可推出一个DNA分子上有许多个基因。
5．(不定项选择题)(2020·吉林长春外国语学校期末)下列关于DNA复制的叙述，正确的是( CD )
A．DNA在解旋酶的作用下，水解成脱氧核苷酸
B．有丝分裂前期细胞核中能进行DNA的复制
C．解旋后以两条母链为模板合成两条新的子链
D．复制结束后，每个新DNA中含有一条母链和一条子链
[解析] 解旋酶作用于氢键，只是解开DNA的双螺旋结构，不能将DNA水解成脱氧核苷酸，A错误。在真核细胞中，DNA复制发生在有丝分裂的间期和减数分裂Ⅰ前的间期，B错误。DNA复制是半保留复制，解旋后，解开的每一条母链均可作为模板，按照碱基互补配对原则，各自合成与母链互补的一条子链，复制结束后，每个新DNA中含有一条母链和一条子链，C正确、D正确。
6．图甲中DNA分子有a和d两条链，将图甲中某一片段放大后如图乙所示，结合所学知识回答下列问题：
(1)从图甲可看出DNA复制方式是__半保留复制__。
(2)图甲中，A和B均是DNA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__解旋__酶，B是__DNA聚合__酶。
(3)图甲过程在绿色植物叶肉细胞中进行的场所有__细胞核、线粒体、叶绿体__。
(4)图乙中，7是__胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸__，DNA的基本骨架由__磷酸与脱氧核糖__交替连接而成；DNA两条链上的碱基通过__氢键__连接成碱基对，并且遵循__碱基互补配对__原则。
[解析] (1)(2)图甲表示DNA复制过程，A的作用是使DNA的双螺旋结构解开，形成单链DNA，因此A是解旋酶；B能将单个脱氧核苷酸连接成脱氧核苷酸链，因此B是DNA聚合酶，由图可以看出形成的子代DNA都含有一条模板链和一条新合成的子链，因此DNA的复制方式是半保留复制。(3)绿色植物的叶肉细胞中DNA存在于细胞核、线粒体、叶绿体中，因此进行DNA复制的场所是细胞核、线粒体、叶绿体。(4)图乙中，7是胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸，DNA中的磷酸和脱氧核糖交替排列形成DNA的基本骨架，两条链上的碱基通过氢键连接形成碱基对，碱基之间遵循A与T配对，G与C配对的碱基互补配对原则。
