同步备考套餐之高一生物2讲义：第3章基因的本质 第3节 含答案

学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精第3节DNA的复制［学习导航］1.结合DNA分子的结构特点,了解沃森和克里克对DNA分子复制方式的早期推测.2。结合教材图文,了解DNA半保留复制的实验证据.3。归纳DNA分子的复制过程及总结DNA准确复制的原因。[重难点击］1.DNA分子的复制过程和特点.2。DNA复制的有关计算.生物亲子代之间是通过遗传物质传递遗传信息的，那么亲代的遗传物质如何“多出一份"来传递给子代？DNA的复制就是以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程，即1DNA→2DNA。新产生的DNA分子是一个全新的DNA分子吗？是否像洗相片似的，有一张底片就可以洗出许多相片来？这一节我们就一起来学习DNA复制的过程。一、DNA分子复制方式的推测和实验证据1．对DNA分子复制的推测(1）提出者：沃森和克里克。（2)假说①解旋：DNA分子复制时,DNA分子的双螺旋将解开，互补的碱基之间的氢键断裂.②复制：解开的两条单链作为复制的模板，游离的脱氧核苷酸依据碱基互补配对原则，通过形成氢键，结合到作为模板的单链上.（3)特点：新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链，这种复制方式被称做半保留复制.2．DNA分子复制的实验证据(选学）(1)实验方法:放射性同位素标记法和密度梯度离心技术.（2）实验原理①DNA的两条链都用15N标记,那么这样的DNA分子质量大，离心时应该在试管的底部。②两条链中都含有14N，那么这样的DNA分子质量小，离心时应该在试管的上部。③两条链中一条含有15N，一条含有14N，那么这样的DNA分子离心时应该在试管的中部。（3）实验过程（4）实验结果①立即取出，提取DNA→离心→全部重带。②繁殖一代后取出，提取DNA→离心→全部中带。③繁殖两代后取出，提取DNA→离心→eq\f（1,2)轻带、eq\f(1,2)中带。(5）实验结果和预期的一致，说明DNA的复制是以半保留的方式进行的.如果用15N标记DNA分子的两条链，让其在含有14N的环境中复制n次。结合DNA分子半保留复制的特点,回答下列问题：1．复制n次后,DNA分子总数和含有15N的DNA分子数分别是多少？答案2n个、2个。2．复制n次后，DNA分子中含14N的DNA分子数和只含14N的DNA分子数分别是多少?答案2n个、(2n－2）个。3．复制n次后，DNA分子中脱氧核苷酸链数、含15N的脱氧核苷酸链数、含14N的脱氧核苷酸链数分别是多少？答案2n＋1条、2条、（2n＋1－2）条。4．设亲代DNA分子中含有腺嘌呤脱氧核苷酸m个，则：(1)经过n次复制，共需要消耗游离的腺嘌呤脱氧核苷酸多少个？答案m·(2n－1）个。(2)在第n次复制时,需要消耗游离的腺嘌呤脱氧核苷酸多少个？答案m·2n－1个。知识整合将含有15N标记的1个DNA分子放在含有14N的培养基中培养,复制n次：(1)产生2n个DNA分子，其中含15N的DNA分子有2个，含14N的DNA分子有2n个，只含14N的DNA分子数是（2n－2)个。（2）2n个DNA分子有2n＋1条脱氧核苷酸链，其中：含15N的脱氧核苷酸链数是2条、含14N的脱氧核苷酸链数是(2n＋1－2）条.（3)若亲代DNA分子中含有某种脱氧核苷酸m个，则：①经过n次复制，共需要消耗该脱氧核苷酸:m·(2n－1)个。②在第n次复制时，需要消耗该脱氧核苷酸:m·2n－1个。1．在氮源为14N和15N的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA分子分别为14N－DNA(相对分子质量为a)和15N—DNA（相对分子质量为b)。将亲代大肠杆菌转移到含14N的培养基上，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下图所示。下列对此实验的叙述不正确的是(）A．Ⅰ代细菌DNA分子中一条链是14N，另一条链是15NB．Ⅱ代细菌含15N的DNA分子占全部DNA分子的eq\f(1，4）C．预计Ⅲ代细菌DNA分子的平均相对分子质量为eq\f（7a＋b，8）D．上述实验结果证明DNA分子的复制方式为半保留复制答案B解析15N－DNA在14N的培养基上进行第一次复制后，产生的两个子代DNA分子均含有一条15N的DNA链和一条14N的DNA链。这样的DNA用离心法分离后，应该全部处在试管的中部。Ⅰ代的两个DNA分子再分别进行复制，它们所产生的两个子代DNA分别为全14N－DNA分子和14N、15N—DNA分子。此时,将该DNA作离心处理，产生的DNA沉淀应该分别位于试管的上部和中部。含15N的DNA分子占全部DNA分子的eq\f(1,2）。Ⅲ代细菌DNA分子共有8个，各条单链的相对分子质量之和为（7a＋b），平均相对分子质量为eq\f（7a＋b，8).2．某一个DNA分子中,A为200个，复制数次后，消耗周围环境中含A的脱氧核苷酸3000个，该DNA分子已经复制了几次(）A．4次B．3次C．5次D．6次答案A解析利用DNA复制规律得知，经过n次复制利用腺嘌呤脱氧核苷酸数目3000＝(2n－1)×200，得n＝4。3．用经3H标记的n个噬菌体侵染大肠杆菌，在普通培养基中培养一段时间后,统计得知培养基中共有后代噬菌体m个,其中含有标记元素的噬菌体占的比例为（）A.eq\f（n，m） B。eq\f（2n,m）C。eq\f(n，2m） D.eq\f(n，m＋n)答案B解析每个噬菌体共有2条被标记的DNA链，n个噬菌体DNA经复制后被标记的DNA链进入2n个子代噬菌体内,所以被标记的噬菌体所占比例为eq\f（2n,m)。二、DNA分子复制的过程1．DNA复制的概念：以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程.2．时间：细胞有丝分裂的间期和减数第一次分裂前的间期。3．过程4．结果：形成两个完全相同的DNA分子。5．特点(1）边解旋边复制.(2)半保留复制。6．意义：将遗传信息从亲代传给子代，保持了遗传信息的连续性。下图是真核生物DNA复制的示意图，据图分析：1．图中有几个DNA的复制起点?它们开始的时间相同吗?答案有3个复制起点，各个起点开始的时间不同(最右边最早).2．每个复制起点的延伸方向是单向的还是双向的？答案是双向的。3．在DNA复制的过程中,两条子链延伸的方向是否相同？答案不同，原因是DNA分子中的两条链是反向平行的，因此子链的延伸方向也是相反的。4．DNA分子的复制是非常精确的，其原因有哪些？答案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。知识整合真核生物的DNA复制是多起点双向进行的，复制时两条子链的延伸方向相反；DNA分子精确复制的原因有：一是独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板，二是严格按照碱基互补配对进行。4．下列关于DNA复制的叙述，正确的是（)A．在细胞有丝分裂间期，发生DNA复制B．DNA通过一次复制后产生四个子代DNA分子C．真核生物DNA复制的场所只有细胞核D．单个脱氧核苷酸在DNA酶的作用下连接合成新的子链答案A解析DNA复制发生在细胞有丝分裂的间期和减数第一次分裂前的间期,是以亲代DNA的两条链为模板，合成两个子代DNA的过程。DNA复制过程需要解旋酶和DNA聚合酶，不需要DNA（水解)酶。真核生物DNA复制的主要场所是细胞核，线粒体、叶绿体内也可进行.5．下图表示DNA复制的过程，结合图示,下列有关叙述不正确的是(）A．DNA复制过程中首先需要解旋酶破坏DNA双链之间的氢键，使两条链解开B．DNA分子的复制具有双向复制的特点，生成的两条子链的方向相反C．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DNA片段答案C解析DNA分子复制过程中的解旋酶破坏DNA双链之间的氢键，使两条链解开；DNA分子的两条链是反向平行的,两条链复制时箭头方向是相反的；图示中复制的起点只有1个，不能体现DNA分子具有多起点复制的特点；DNA聚合酶的作用底物是单个游离的脱氧核苷酸。方法链接巧记DNA分子复制的“一、二、三、四”1．下列关于DNA复制的叙述，正确的是（）A．复制均在细胞核内进行B．复制仅发生在有丝分裂的间期C．复制过程先解旋后复制D．碱基互补配对保证了复制的准确性答案D解析只要细胞分裂，DNA就复制，DNA不只存于细胞核内；细胞分裂方式亦不只是有丝分裂；DNA是边解旋边复制，不分先后。2．DNA分子复制时，解旋酶作用的部位应该是()A．腺嘌呤与鸟嘌呤之间的氢键B．腺嘌呤与胸腺嘧啶之间的氢键C．脱氧核糖与含氮碱基之间的化学键D．脱氧核糖与磷酸之间的化学键答案B解析DNA复制过程中用到解旋酶和DNA聚合酶,其中解旋酶的作用是把两条螺旋的双链解开,破坏的是A与T、G与C之间的氢键。3．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,抽取其子代的DNA经高速离心分离，如图①～⑤为可能的结果，下列叙述错误的是（)A．第一次分裂的子代DNA应为⑤B．第二次分裂的子代DNA应为①C．第三次分裂的子代DNA应为③D．亲代的DNA应为⑤答案A解析亲代DNA为15N－15N，经第一次复制所形成的子代DNA应均为15N－14N，应如图②所示.4．女性子宫瘤最长的DNA分子可达36mm，DNA复制速度约为4μm/min，但复制过程仅需40min左右即可完成,这可能是因为（）A．边解旋边复制B．只有一个复制起点，但解旋之后可以向着两个方向复制C．以半保留方式复制D．复制起点多，分段同时复制答案D解析真核细胞中的DNA分子复制起点多,并且同时复制，所以比较迅速。5．如图为高等植物细胞中DNA复制过程模式图,请根据图示过程，回答下列问题：(1)由图示可知，1个DNA分子复制出乙、丙2个DNA分子的方式是________________。(2)细胞中DNA复制的场所为________________________________;在复制完成后,乙、丙分开的时期为_____________________________________________________________。（3）把乙(只含14N）放在含15N的培养液中培养,复制2次后子代DNA单链中含15N的DNA单链所占的比例是________________.答案(1)半保留复制(2）细胞核、线粒体和叶绿体有丝分裂后期和减数第二次分裂后期（3）eq\f（3，4)课时作业[学考达标]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()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答案D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．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．在复制过程中，解旋和复制是同时进行的C．解旋后以一条母链为模板合成两条新的子链D．两条新的子链通过氢键形成一个新的DNA分子答案B解析在DNA分子复制过程中，解旋酶的作用是破坏碱基对之间的氢键，形成两条脱氧核苷酸长链。边解旋边复制也是DNA复制的一个特点。以解开的每一条单链为模板，按照碱基互补配对原则,各合成一条子链,最后每条新合成的子链与对应的模板链螺旋,形成两个一样的DNA分子.3．下列关于DNA复制过程的顺序，正确的是()①互补碱基对之间氢键断裂②互补碱基对之间氢键合成③DNA分子在解旋酶的作用下解旋④以解旋后的母链为模板进行碱基互补配对⑤子链与母链盘绕成双螺旋结构A．①③④②⑤ B．③①⑤④②C．①④②⑤③ D．③①④②⑤答案D解析DNA复制的基本过程是：解旋→合成子链→双链螺旋化,在解旋时互补碱基对之间的氢键断裂,在合成子链时重新形成新的氢键。4．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.5．已知一条完全标记上15N的DNA分子在含14N的培养基中经n次复制后，仅含14N的DNA分子总数与含15N的DNA分子总数之比为7∶1，则n是()A．2B．3C．4D．5答案C解析DNA分子复制是半保留复制，所以无论这个DNA分子复制多少次,总有两个DNA分子各有一条链带有15N标记，因此仅含14N的DNA分子总数应为14个，复制n次后，共得到16个DNA分子；由公式2n＝16可知DNA分子复制了4次.6．在噬菌体侵染细菌的实验中,如果细菌体内的DNA和蛋白质分别含有31P和32S，噬菌体中的DNA和蛋白质分别含有32P和35S，噬菌体DNA在细菌体内复制了三次，那么从细菌体内释放出的子代噬菌体中含有32P的噬菌体和含有35S的噬菌体分别占子代噬菌体总数的（）A．1/4和1B．3/4和0C．1/4和0D．3/4和1答案C解析噬菌体侵染细菌时进入细菌体内的只有噬菌体的DNA,被标记的蛋白质外壳留在外面，新的噬菌体的蛋白质是以细菌的氨基酸为原料重新合成的,因此所有子代噬菌体的外壳都含有32S而不含35S。假如一个含有32P的噬菌体在细菌体内利用31P复制了三次，由于DNA是半保留复制，在产生的8个子代噬菌体中,只有2个含有32P，占所有子代噬菌体的1/4.[高考提能]7．下列有关真核细胞DNA分子复制的叙述，正确的是（）A．复制形成的两个子代DNA分子共4个游离的磷酸基团B．DNA复制时只以一条脱氧核苷酸链作为模板C．DNA聚合酶催化碱基对之间的连接D．复制过程中先全部解旋，再进行半保留复制答案A解析在DNA分子里的磷酸基团,通过磷酸二酯键的形式,连接一条链上两个相邻的脱氧核糖。所以链中的磷酸基团是不游离的。在链的顶端，由于最后一个磷酸基团没办法连接下一个脱氧核糖了,因此它是游离的，A正确；DNA复制时两条脱氧核苷酸链都作为模板，B错误;DNA聚合酶催化游离的脱氧核苷酸形成磷酸二酯键连接起来，C错误；DNA复制过程中边解旋，边进行半保留复制，D错误.8．某DNA分子共有x个碱基，其中胞嘧啶为m个，该DNA分子复制3次，需游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸数为(）A．7（x－m) B．8（x－m)C．7（x/2－m) D．8（2x－m)答案C解析在DNA分子中，A＝T,G＝C，所以当DNA分子共有x个碱基，其中胞嘧啶为m个时，T应为（x/2－m)个。DNA分子复制3次，得到8个DNA分子,因此，需游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸数为(8－1）×(x/2－m）＝7（x/2－m）个,故选C.9．如图表示DNA分子复制的片段，图中a、b、c、d表示各条脱氧核苷酸链.一般地说,下列各项中正确的是（)A．a和c的碱基序列互补，b和c的碱基序列相同B．a链中eq\f（A＋C，G＋T)的比值与d链中同项比值相同C．a链中eq\f(A＋T,G＋C）的比值与b链中同项比值相同D．a链中eq\f（G＋T，A＋C)的比值与c链中同项比值不同答案C解析DNA复制的特点是半保留复制，b链是以a链为模板合成的，a链和b链合成一个子代DNA分子。a链中eq\f（A＋T,C＋G）的值等于b链中eq\f(A＋T，C＋G）的值.10．将一个不含放射性同位素32P标记的大肠杆菌(拟核DNA呈环状，共含有m个碱基，其中有a个胸腺嘧啶)放在含有32P－胸腺嘧啶脱氧核苷酸的培养基中培养一段时间，检测到下图Ⅰ、Ⅱ两种类型的DNA(虚线表示含有放射性的脱氧核苷酸链）。下列有关该实验的结果预测与分析，正确的是(）A．DNA第二次复制产生的子代DNA有Ⅰ、Ⅱ两种类型,比例为1∶3B．DNA复制后分配到两个子细胞时,其上的基因遵循基因分离定律C．复制n次需要胞嘧啶的数目是（2n－1)(m－a)/2D．复制n次形成的放射性脱氧核苷酸单链为2n＋l－2条答案D解析由题可知，T＝a个，故C＝m/2－a，DNA第二次复制,总的DNA有4个，其中类型Ⅰ的DNA有2个，类型Ⅱ的DNA有2个，A错误；基因的分离定律适用于真核生物，B错误；复制n次，需要C＝(m/2－a)(2n－1），C错误；复制n次,脱氧核苷酸链有2n＋1条,不含放射性的有2条，故含有放射性的有2n＋1－2条,D正确。11．DNA分子双螺旋结构模型提出之后，人们又去探究DNA是如何传递遗传信息的。当时推测可能有如图A所示的三种方式。1958年,Meslson和Stahl用密度梯度离心的方法，追踪由15N标记的DNA亲代链的去向，实验过程是：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均为15N－DNA(亲代)，将亲代大肠杆菌转移到含14N的培养基上，再连续繁殖两代（子代Ⅰ和子代Ⅱ）后离心得到如图B所示的结果。请依据上述材料回答下列问题：（1）如果与对照相比，子代Ⅰ离心后能分出轻和重两条密度带，则说明DNA传递遗传信息的方式是________.如果子代Ⅰ离心后只有1条中密度带，则可以排除DNA传递遗传信息的方式是_________。如果子代Ⅰ离心后只有1条中密度带，再继续做子代Ⅱ的DNA密度鉴定：①若子代Ⅱ离心后能分出中、轻两条密度带，则可以确定DNA传递遗传信息的方式是____________。②若子代Ⅱ离心后不能分出中、轻两条密度带，则可以确定DNA传递遗传信息的方式是____________。(2)他们观测的实验数据如下：梯度离心DNA浮力密度(g/mL)表世代实验对照亲代1.7241。710子代Ⅰ1。7171。710子代Ⅱ(eq\f(1,2)）1.717,(eq\f(1,2))1.7101.710分析实验数据可知:实验结果与当初推测的DNA三种可能复制方式中的____________方式相吻合。答案(1)全保留复制全保留复制①半保留复制②分散复制(2）半保留复制解析（1)由题意可知，如果子代Ⅰ离心后能分出轻和重两条密度带,可得出是全保留复制。如果子代Ⅰ离心后只有1条中密度带，肯定不可能是全保留复制，可能是半保留复制或分散复制。子代Ⅱ为第二次复制的产物，若是半保留复制会有eq\f(1,2）中和eq\f(1，2)轻密度带;若是全保留复制会有eq\f（1，4)重和eq\f(3，4)轻密度带。若子代Ⅱ能分出轻、中密度带，可推知为半保留复制方式;若没中、轻密度带之分,则可能为分散复制。(2）分析表中的数据，子代Ⅰ为全中;子代Ⅱ为eq\f(1,2)中、eq\f（1，2）轻；子代Ⅲ为eq\f(1,4）中、eq\f（3，4)轻，可推测该复制方式为半保留复制。12．如图为DNA复制的图解，请据图回答下列问题：（1）DNA复制发生在________________________________期.(2)②过程称为____________。（3）③中的子链是____________。（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复制具有____________的特点。(6）具有N个碱基对的一个DNA分子片段中,含有m个腺嘌呤脱氧核苷酸.①该片段完成n次复制需要____________个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸.②该片段完成第n次复制需要____________个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸。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)①(2n－1）（N－m)②2n－1（N－m)13．将大肠杆菌置于含15N的培养基上培养。这样，后代大肠杆菌细胞中的DNA双链均被15N标记。然后将被15N标记的大肠杆菌作为亲代转到普通培养基中,繁殖两代.亲代、第一代、第二代大肠杆菌DNA的状况如图所示，请据图回答下列问题：（1)第一代大肠杆菌DNA储存的遗传信息与亲代大肠杆菌DNA储存的遗传信息完全相同的原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________.(2)如果将第二代大肠杆菌的DNA分子总量作为整体1，其中，带有15N的第二代大肠杆菌DNA分子约占总量的____________％.(3)如果将第二代大肠杆菌的DNA单链总量作为整体1，其中第二代大肠杆菌的DNA中被15N标记的DNA单链约占总量的____________%