高考生物一轮复习专题作业12：基因的本质（含解析）

高中生物专题分层作业
第12讲　基因的本质
A组　基础题组
题组一　遗传物质的探究实验
1.(2018北京通州期末)在艾弗里及其同事利用肺炎双球菌证明遗传物质是DNA的实验中,用DNA酶处理从S型细菌中提取的DNA,再与R型活细菌混合培养,结果发现培养基上仅有R型肺炎双球菌生长。设置本实验步骤的目的是(　　)
A.证明R型细菌生长不需要DNA
B.补充R型细菌生长所需要的营养物质
C.做“用S型细菌的DNA与R型细菌混合培养”的实验对照
D.直接证明S型细菌的DNA不是促进R型细菌转化的因素
答案　C　用DNA酶处理从S型细菌中提取的DNA,再与R型活细菌混合培养,可以与“用S型细菌的DNA与R型细菌混合培养”的实验形成对照,以证明是S型细菌的DNA,而不是其他物质使R型菌发生转化,选C。
2.下列关于探索DNA是遗传物质实验的相关叙述,正确的是(　　)
A.格里菲思实验中R型肺炎双球菌转化为S型是基因突变的结果
B.艾弗里实验证明了DNA是肺炎双球菌的遗传物质
C.赫尔希和蔡斯实验中用含32P的培养基培养T2噬菌体
D.赫尔希和蔡斯实验中通过搅拌将T2噬菌体的DNA和蛋白质分开
答案　B　格里菲思实验中R型肺炎双球菌转化为S型是基因重组的结果,A错误;艾弗里实验证明了DNA是肺炎双球菌的遗传物质,B正确;T2噬菌体是病毒,营寄生生活,不能直接在培养基中培养,C错误;赫尔希和蔡斯实验中搅拌的目的是使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离,离心的目的是将T2噬菌体的DNA和蛋白质分开,D错误。
3.某同学分离纯化了甲、乙两种噬菌体的蛋白质和DNA,重新组合为“杂合”噬菌体,然后分别感染大肠杆菌,并对子代噬菌体的表现型作出预测,见表。其中预测正确的是(　　)
“杂合”噬菌体的组成
实验预期结果
预期结果序号
子代表现型
甲的DNA+乙的蛋白质
1
与甲种一致
2
与乙种一致
乙的DNA+甲的蛋白质
3
与甲种一致
4
与乙种一致
A.1、3 B.1、4 C.2、3 D.2、4
答案　B　DNA和蛋白质这两种物质中,DNA是噬菌体的遗传物质,所以组成成分为甲的DNA和乙的蛋白质的“杂合”噬菌体感染大肠杆菌后得到的子代噬菌体的表现型与甲种一致;组成成分为乙的DNA和甲的蛋白质的“杂合”噬菌体感染大肠杆菌后得到的子代噬菌体的表现型与乙种一致。
4.在探索遗传物质的过程中,赫尔希和蔡斯做了关于噬菌体侵染细菌的实验,下列叙述正确的是(　　)
A.此实验证明了DNA是主要的遗传物质
B.用含有充足有机物的完全培养基培养T2噬菌体
C.标记后的 32P存在于噬菌体DNA分子的基本骨架中
D.用同位素 35S标记的一组实验中,放射性主要分布在试管的沉淀物中
答案　C　噬菌体侵染细菌的实验只能说明DNA是遗传物质,A错误;噬菌体为病毒,只能寄生在活细胞内,不能直接用培养基培养,B错误;35S标记的是蛋白质,噬菌体侵染细菌的过程中,噬菌体的蛋白质外壳不进入细菌体内,只有DNA注入,因此放射性主要分布在试管的上清液中,D错误。
题组二　DNA分子的结构与复制
5.已知一个DNA分子由2 000个碱基对组成,其中胞嘧啶800个,这个DNA分子中应含有腺嘌呤(　　)
A.800个　　　B.1 200个　　　C.1 000个　　　D.2 000个
答案　B　双链DNA分子中,根据碱基互补配对原则,非互补配对的碱基之和占碱基总数的一半。已知一个DNA分子由2 000个碱基对组成,其中胞嘧啶800个,这个DNA分子中应含有腺嘌呤2 000个-800个=1 200个。
6.如图表示DNA分子结构的片段,下列有关叙述正确的是(　　)
A.双螺旋结构使DNA分子具有较强的特异性
B.DNA单链上相邻碱基之间以氢键连接
C.④结构的排列顺序代表了一定的遗传信息
D.限制性核酸内切酶可以切割⑤中的化学键
答案　C　DNA分子中脱氧核苷酸的特定排列顺序使DNA分子具有特异性,A错误;两条DNA单链间配对的碱基是以氢键连接的,每条单链上相邻的碱基以脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖相连,B错误;④结构为1分子的脱氧核苷酸,脱氧核苷酸的排列顺序代表了一定的遗传信息,C正确;限制性核酸内切酶可以切割磷酸二酯键,而⑤中的化学键为氢键,D错误。
7.某双链DNA分子含有200个碱基对,其中一条链上A∶T∶G∶C=1∶2∶3∶4。下列关于该DNA分子的叙述,错误的是(　　)
A.共有140个鸟嘌呤脱氧核苷酸
B.4种碱基的比例为A∶T∶G∶C=3∶3∶7∶7
C.若该DNA分子中的这些碱基随机排列,可能的排列方式共有4200种
D.若连续复制两次,则需180个游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸
答案　C　依据某双链DNA一条链上A∶T∶G∶C=1∶2∶3∶4可知,另一条链上A∶T∶G∶C=2∶1∶4 ∶3,所以整个双链DNA中A∶T∶G∶C=3∶3∶7∶7,再结合双链DNA中总碱基数为400个,计算可知DNA中A和T各为60个,G和C各为140个。该DNA连续复制两次,需要游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的数量为(22-1)×60=180个。若该DNA分子中的这些碱基随机排列,可能的排列方式应该少于4200种,因为该DNA含有4种碱基,且四种碱基的比例为A∶T∶G∶C=3∶3∶7∶7。
8.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.解旋酶能使双链DNA解开,但需要消耗ATP
C.从图中可以看出合成两条子链的方向是相反的
D.DNA聚合酶催化互补碱基之间氢键的形成
答案　D　DNA聚合酶催化单链中相邻两个脱氧核苷酸之间化学键的形成,氢键的形成不需要酶的参与,D错误。
9.将一个不含放射性的大肠杆菌(拟核DNA呈环状,碱基数目为n)放在含有3H-胸腺嘧啶的培养基中培养一段时间后,检测到a、b两种类型的DNA如图所示(注:以“……”表示含放射性的脱氧核苷酸链)。预测该实验的结果为(　　)
A.第一次复制产生的DNA全为b类型
B.第二次复制产生的DNA中两种类型都有,且a、b比例为1∶3
C.若DNA含有x个胸腺嘧啶,则复制m次需要的胞嘧啶的数目为(2m-1)(x-a)/2
D.复制m次产生放射性的脱氧核苷酸链数为-2
答案　D　因DNA复制为半保留复制,故第一次复制产生的DNA全为a类型,A错误;第二次复制产生的DNA有a、b两种类型,且比例为1∶1,B错误;该DNA碱基数目为n,若T为x个,则一个DNA分子中含有的C的数目是(n-2x)/2,因此复制m次共需要胞嘧啶的数目为(2m-1)(n-2x)/2,C错误;复制m次后,脱氧核苷酸链数为2×2m,即,其中只有2条不含放射性,故含有放射性的脱氧核苷酸链数为-2,D正确。
B组　提升题组
一、选择题
1.图甲是将加热杀死的S型细菌与R型活菌混合注射到小鼠体内后两种细菌的含量变化,图乙是利用同位素标记技术完成噬菌体侵染细菌实验的部分操作步骤。下列相关叙述中,不正确的是(　　)
A.图甲中ab对应的时间段内,小鼠体内还没形成大量的抗R型细菌的抗体
B.图甲中,后期出现的大量S型细菌是由R型细菌转化并增殖而来的
C.图乙沉淀物中新形成的子代噬菌体完全没有放射性
D.图乙中若用32P标记亲代噬菌体,裂解后子代噬菌体中大部分具有放射性
答案　D　图甲中ab对应的时间段内,R型活菌迅速增加,原因是小鼠体内还没形成大量的抗R型活菌的抗体,A正确;将加热杀死的S型细菌与R型活菌混合注射到小鼠体内后,部分R型活菌转化成S型细菌并分裂增殖,B正确;35S标记的噬菌体蛋白质,不参与子代噬菌体的形成,新形成的子代噬菌体完全没有放射性,C正确;图乙中若用32P标记亲代噬菌体,由于DNA的半保留复制,如果标记亲代一个噬菌体,则不管复制多少代,只有两个子代噬菌体具有放射性,D错误。
2.研究人员将含15N-DNA的大肠杆菌转移到14NH4Cl培养液中,繁殖一代后提取子代大肠杆菌的DNA(F1DNA),将F1DNA热变性处理后进行密度梯度离心,离心管中出现的两个条带分别对应图中的两个峰。下列相关叙述中不正确的是(　　)
A.热变性处理导致F1DNA分子中的磷酸二酯键断裂
B.F1DNA中的两条链分别是15N-DNA单链、14N-DNA单链
C.14NH4Cl培养液的氮可被大肠杆菌用来合成四种脱氧核苷酸
D.未进行热变性处理的F1DNA密度梯度离心后在离心管中只出现一个条带
答案　A　热变性处理导致F1DNA分子中的氢键断裂,A错误;由题图得,F1DNA中的两条链分别是15N-DNA单链、14N-DNA单链,B正确;脱氧核糖核苷酸组成元素是C、H、O、N、P,14NH4Cl培养液的氮可被大肠杆菌用来合成四种脱氧核苷酸,C正确;未进行热变性处理的F1DNA分子两条链由氢键相连,所以密度梯度离心后在离心管中只出现一个条带,D正确。
3.某生物(2N)细胞中的DNA经3H充分标记后,置于不含3H的培养基中培养;下图中的A→B→C→A过程为细胞周期中细胞核消失和重新构建的部分示意图。下列有关叙述错误的是(　　)
A.与DNA复制有关的酶是从1处运进图A结构的
B.图B中的染色体数、同源染色体对数的比例为2∶1
C.细胞连续分裂两次后,子细胞中含3H的染色体数一定为N
D.结构3的基本支架是磷脂双分子层
答案　C　DNA复制需要的解旋酶和DNA聚合酶是在细胞质中的核糖体内合成的,并通过1(核孔)运入图A结构(细胞核)参与DNA的复制,A正确;图B中的4为染色体,核膜逐渐消失发生在有丝分裂前期,此时染色体数、同源染色体对数的比例为 2∶1,B正确;某生物(2N)细胞中的DNA经3H充分标记后,置于不含3H的培养基中培养,依据DNA分子的半保留复制可知,第一次有丝分裂形成的两个子细胞中,每条染色体上所含有的每个双链DNA分子,只有一条链被3H标记,在第二次有丝分裂的间期完成DNA复制后,1个亲代DNA分子复制形成2个子代DNA分子,其中1个DNA分子的2条链都没有被3H 标记,另1个DNA分子的1条链被3H标记,1条链没有被3H标记,这2个子代DNA分子分别位于组成同一染色体的2条姐妹染色单体上,因此只有一条染色单体有放射性,在有丝分裂后期,着丝点分裂导致2条姐妹染色单体分开成为2条子染色体,分别移向细胞两极,由于子染色体移向细胞的哪一极是随机的,所以细胞连续分裂两次后,子细胞中含3H的染色体数为0~2N,C错误;结构3为核膜,其基本支架为磷脂双分子层,D正确。
二、非选择题
4.1952年“噬菌体小组”的赫尔希和蔡斯研究了噬菌体的蛋白质和DNA在侵染细菌过程中的功能,请回答下列有关问题:
(1)实验材料对实验成功具有重要的作用,选择T2噬菌体作为理想的实验材料,是因为它的结构简单,只含有蛋白质和DNA,且 。?
(2)获得分别被32P、35S标记的噬菌体的具体方法是 。?
(3)侵染一段时间后,用搅拌器搅拌,然后离心得到上清液和沉淀物,检测上清液中的放射性,得到如图所示的实验结果。实验结果表明,当搅拌时间在2~5 min时,上清液中的35S、32P分别占初始标记噬菌体放射性的90%和20%左右,由此可以推断出　　　　　　　　　　　　　　。图中“被侵染细菌”的存活率曲线基本保持在100%,本组数据的意义是作为对照组,以证明 。?
(4)通过噬菌体侵染细菌实验发现,细菌裂解后释放出来的噬菌体大小、形状等都与原来噬菌体一致,实验证明　　　　　　　　　　　　　　　。?
答案　(1)在侵染细菌的过程中蛋白质与DNA(核酸)会自然分离　(2)分别用含32P和35S的培养基培养大肠杆菌,再用噬菌体分别侵染被32P和35S标记的大肠杆菌　(3)DNA进入细菌,蛋白质外壳没有进入细菌　细菌没有裂解,子代噬菌体没有被释放出来　(4)DNA是噬菌体的遗传物质(噬菌体的遗传物质是DNA或噬菌体的各种性状是通过DNA传递给后代的)
解析　(1)T2噬菌体结构简单,只含有蛋白质和DNA,且在侵染细菌的过程中蛋白质与DNA(核酸)会自然分离,是理想的实验材料。(2)噬菌体是病毒,营寄生生活,如果想得到分别被32P、35S标记的噬菌体,需先对其宿主细菌分别用含32P和35S的培养基进行培养,再用噬菌体分别侵染被32P和35S标记的宿主细菌。(3)35S、32P分别存在于噬菌体的蛋白质和DNA中,实验结果说明DNA进入细菌,蛋白质外壳没有进入细菌。(4)细菌裂解后释放出来的噬菌体大小、形状等都与原来噬菌体一致,说明噬菌体通过DNA将遗传性状传递给子代,DNA是噬菌体的遗传物质。
5.双链DNA是由两条反向平行的脱氧核苷酸链组成的。早在1966年,日本科学家冈崎提出DNA半不连续复制假说:DNA复制形成互补子链时,一条子链是连续形成的,另一条子链不连续即先形成短链片段(如图1)。为验证这一假说,冈崎进行了如下实验:让T4噬菌体在20 ℃时侵染大肠杆菌70 min后,将同位素3H标记的脱氧核苷酸添加到大肠杆菌的培养基中,在2秒、7秒、15秒、30秒、60秒、120秒后,分离T4噬菌体DNA并通过加热使DNA分子变性、全部解螺旋,再进行密度梯度离心,以DNA单链片段分布位置确定片段大小(分子越小离试管口距离越近),并检测相应位置DNA单链片段的放射性,结果如图2。请分析回答:
(1)若1个双链DNA片段中有1 000个碱基对,其中胸腺嘧啶350个,该DNA连续复制四次,在第四次复制时需要消耗　　　　个胞嘧啶脱氧核苷酸。?
(2)以3H标记的脱氧核苷酸添加到大肠杆菌的培养基中,最终在噬菌体DNA中检测到放射性,其原因是 。?
(3)DNA解旋在细胞中需要解旋酶的催化,在体外通过加热也能实现。解旋酶不能为反应提供能量,但能　　　　　　　　　　　　。研究表明,在DNA分子加热解链时,DNA分子中G+C的比例越高,需要解链温度越高的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。?
(4)图2中,与60秒结果相比,120秒结果中短链片段减少的原因是　　　　　　　　　　　　　。该实验结果为冈崎假说提供的有力证据是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。?
答案　(1)5 200　(2)标记的脱氧核苷酸被大肠杆菌吸收,为噬菌体DNA复制提供原料,所以在噬菌体DNA中检测到放射性　(3)降低反应所需要的活化能　DNA分子中G+C的比例越高,氢键数越多,DNA结构越稳定　(4)短链片段连接形成长片段　在实验时间内,细胞中均能检测到较多的短链片段
解析　(1)DNA片段中有1 000个碱基对,依据碱基互补配对原则可推知,在该DNA片段中,A=T=350(个),C=G=650(个)。该DNA连续复制四次,在第四次复制时需要消耗的胞嘧啶脱氧核苷酸数为24-1×650=5 200(个)。(2)以3H标记的脱氧核苷酸添加到大肠杆菌的培养基中,因3H标记的脱氧核苷酸被大肠杆菌吸收,为噬菌体DNA复制提供原料,所以最终在噬菌体DNA中能检测到放射性。(3)解旋酶能降低反应所需要的活化能。在每个DNA分子中,碱基对A与T之间有2个氢键,C与G之间有3个氢键,故DNA分子中G+C的比例越高,含有的氢键数越多,DNA分子结构越稳定,因此在DNA分子加热解链时,DNA分子中G+C的比例越高,需要解链温度也越高。(4)分子越小离试管口距离越近。图2显示,与60秒结果相比,120秒结果中有放射性的单链距离试管口较远,说明短链片段减少,其原因是:短链片段连接形成长片段。在图示的实验时间内,细胞中均能检测到较多的短链片段,为冈崎假说提供了实验证据。
高中生物专题分层作业（参考答案）
A组　基础题组

B组　提升题组