2025导与练总复习生物学Ⅰ(高考一轮)(人教)第六单元　基因的本质与表达含答案

2025导与练总复习生物学Ⅰ(高考一轮)(人教)第六单元基因的本质与表达第21讲DNA是主要的遗传物质[课标要求]概述多数生物的基因是DNA分子的功能片段,有些病毒的基因在RNA分子上。考点一肺炎链球菌的转化实验1.肺炎链球菌的类型项目S型细菌R型细菌菌落表面光滑表面粗糙菌体有多糖类荚膜无多糖类荚膜致病性有致病性无致病性提醒有荚膜的肺炎链球菌可抵抗吞噬细胞的吞噬,有利于细菌在宿主体内生活并繁殖。2.格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验(1)实验过程及现象。(2)结果分析。a.实验①②对比说明R型活细菌无致病性,S型活细菌有致病性。b.实验②③对比说明加热致死的S型细菌无致病性。c.实验②③④对比说明R型活细菌可转化为S型活细菌。(3)结论:已经加热致死的S型细菌,含有某种促使R型活细菌转化为S型活细菌的活性物质——转化因子。(1)此实验仅能证明加热致死的S型细菌中含有某种“转化因子”,但转化因子的本质不清楚。(2)发生转化的只是少部分R型活细菌。(3)加热致死的S型细菌,其蛋白质变性失活,DNA在加热过程中,双螺旋解开,氢键断裂,但缓慢冷却时,其结构可恢复。3.艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验(1)自变量:不同处理的S型细菌的细胞提取物。因变量:培养基中活细菌的种类。(2)实验过程及结果。①预处理:将加热致死的S型细菌破碎,去除绝大部分糖类、蛋白质和脂质,制成细胞提取物。②实验过程及结果。③分析细胞提取物的理化特性,发现这些特性与DNA的极为相似。(3)结论。DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。4.自变量控制中的原理(1)“加法原理”。与常态比较,人为增加某种影响因素。如在“比较过氧化氢在不同条件下的分解”的实验中,与对照组相比,实验组分别作加温、滴加FeCl3溶液、滴加肝脏研磨液的处理。(2)“减法原理”。与常态比较,人为去除某种影响因素。如在艾弗里的肺炎链球菌转化实验中,每个实验组特异性地去除了一种物质,从而鉴定出DNA是遗传物质。[正误辨析]1.将S型细菌的DNA与R型活细菌混合培养,一段时间后培养基中只有一种菌落。(×)提示:培养基中有R、S型两种细菌。2.格里菲思实验可以推断,加热致死的S型细菌的DNA促使R型活细菌转化为S型活细菌。(×)提示:格里菲思实验只是证明了已经加热致死的S型细菌的体内有某种转化因子,并未证明这种转化因子是DNA。3.在艾弗里的实验中,DNA酶将S型细菌的DNA分解,因此不能使R型细菌发生转化。(√)4.艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验是通过观察菌落的形态来判断是否发生转化。(√)5.艾弗里提出DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。(√)[教材微点思考]1.(必修2P43“图32”拓展)将加热致死的R型细菌和S型活菌混合培养注射给活体小鼠,小鼠是否死亡?提示:小鼠死亡。2.(必修2P43“图32”拓展)格里菲思第四组实验中,小鼠体内S型细菌、R型细菌含量的变化情况如图所示,则:(1)ab段R型细菌数量减少的原因是什么?提示:R型细菌被小鼠体内吞噬细胞吞噬并杀灭。(2)bc段R型细菌数量增多的原因是什么?提示:b之前,已有少量R型细菌转化为S型细菌,S型细菌能降低小鼠的免疫力,造成R型细菌大量繁殖。肺炎链球菌转化实验分析1.(2023·安徽马鞍山三模)艾弗里在体外重复格里菲思肺炎链球菌的转化实验,起初R型活菌与加热杀死的S型菌混合培养时,总是无法获得S型菌落。研究发现,在体外培养状态下,S型菌在与R型菌竞争中处于劣势。后来他对实验进行改进,最终完成了肺炎链球菌的体外转化实验,结果如下表。下列叙述错误的是(C)组别实验处理实验结果1R型活菌R型菌落2R型活菌+加热杀死的S型菌R型菌落3R型活菌+抗R型菌血清R型菌落(较小)4R型活菌+加热杀死的S型菌+抗R型菌血清R型菌落和S型菌落A.组别2中可能存在S型菌,但无法快速增殖形成菌落B.抗R型菌血清中可能存在某种物质能抑制R型菌的快速增殖C.抗R型菌血清中存在某种物质能使R型菌转化为S型菌D.S型菌的出现说明部分R型活菌完成了遗传物质的重组解析:组别2中是R型活菌+加热杀死的S型菌,其中加热杀死的S型菌可能让R型菌发生转化产生S型菌,但由于初始数量较少,无法快速增殖形成菌落;对比组别1和组别3可知,两者的区别在于抗R型菌血清的有无,第3组中加入抗R型菌血清,导致R型菌落较小,说明抗R型菌血清中可能存在某种物质能抑制R型菌的快速增殖;对比组别3和组别4可知,两者的自变量是加热杀死的S型菌的有无,实验结果是组别4中出现了S型菌落,说明加热杀死的S型菌中存在某种物质能使R型菌转化为S型菌;S型菌的出现说明部分R型活菌完成了遗传物质的重组,即有部分R型菌转化为S型菌。2.(2023·天津蓟州期末)如图是肺炎链球菌体外转化实验图解,其中细胞提取物是加热致死的S型细菌破碎后去除绝大部分糖类、蛋白质和脂质制成的。下列相关叙述错误的是(C)A.设置第①组实验的目的是确定细胞提取物中含有转化因子B.第②～⑤组实验利用酶的专一性去除相应物质观察转化情况C.混合培养后①～④组实验结果相同,只出现S型细菌菌落D.该实验在控制自变量的过程中利用了“减法原理”解析:第①组的细胞提取物没有处理,设置第①组实验的目的是确定细胞提取物中含有转化因子;第②～⑤组分别加入蛋白酶、酯酶、RNA酶和DNA酶,以除去相应的分子,研究它们各自的作用,是利用了酶的专一性;五组实验中,不论R型菌是否发生转化,其结果是培养基中都会出现R型菌的菌落;与常态比较,人为去除某种影响因素的称为“减法原理”,艾弗里的肺炎链球菌转化实验每个实验组都利用了一种酶分解其中一种物质,即利用了“减法原理”。考点二噬菌体侵染细菌的实验1.实验材料T2噬菌体和大肠杆菌。(1)T2噬菌体的模式图。(2)T2噬菌体的生活方式:专门寄生在大肠杆菌体内。(3)T2噬菌体的增殖。增殖需要的条件内容合成噬菌体DNA模板噬菌体的DNA原料大肠杆菌提供的四种脱氧核苷酸合成噬菌体蛋白质原料大肠杆菌的氨基酸场所大肠杆菌的核糖体2.实验方法利用放射性同位素标记技术,用35S、32P分别标记T2噬菌体的蛋白质和DNA。3.实验过程及结果分析(1)标记噬菌体。提醒T2噬菌体不能直接用培养基培养,若要标记T2噬菌体,需先标记大肠杆菌。(2)噬菌体侵染细菌。①搅拌的目的:使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离。②离心的目的:让上清液中析出质量较轻的T2噬菌体颗粒,而离心管的沉淀物中留下被侵染的大肠杆菌。(3)实验结果分析。①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细胞外。②子代噬菌体的各种性状是通过亲代的DNA遗传的。4.实验结论DNA才是噬菌体的遗传物质。[正误辨析]1.在用32P标记的T2噬菌体侵染细菌实验中,保温时间太长或太短均可导致上清液放射性升高。(√)2.赫尔希和蔡斯分别用含有放射性同位素35S和放射性同位素32P的培养基培养T2噬菌体。(×)提示:T2噬菌体是病毒,必须寄生在活细胞中,不能在培养基中直接培养。3.赫尔希和蔡斯实验中离心后细菌主要存在于沉淀物中。(√)4.用1个含35S标记的T2噬菌体去侵染大肠杆菌,裂解释放的子代噬菌体中只有2个含35S。(×)提示:裂解释放的子代噬菌体中均不含35S,35S标记的蛋白质外壳在上清液中。5.噬菌体侵染细菌的实验能证明DNA控制蛋白质的合成。(√)[教材微点思考]1.(必修2P45“图36”拓展)用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌,理论上沉淀物中不含放射性,但实际上含有少量放射性的原因是什么?提示:可能由于搅拌不充分,有少量含35S的噬菌体外壳仍吸附在细菌表面,随细菌离心到沉淀物中,使沉淀物中出现了少量的放射性。2.(必修2P45“图36”拓展)用32P标记的T2噬菌体侵染35S标记的大肠杆菌,经过短时间的保温后,搅拌、离心,放射性主要分布在上清液还是沉淀物中?提示:主要分布在沉淀物中。1.噬菌体侵染细菌实验的两个关键环节——“保温”与“搅拌”(1)用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌。(2)用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌。2.“二看法”判断子代噬菌体标记情况噬菌体侵染细菌的实验1.(2022·海南卷)某团队从下表①～④实验组中选择两组,模拟T2噬菌体侵染大肠杆菌实验,验证DNA是遗传物质。结果显示:第一组实验检测到放射性物质主要分布在沉淀物中,第二组实验检测到放射性物质主要分布在上清液中。该团队选择的第一、二组实验分别是(C)材料及标记实验组T2噬菌体大肠杆菌①未标记15N标记②32P标记35S标记③3H标记未标记④35S标记未标记A.①和④ B.②和③C.②和④ D.④和③解析:噬菌体侵染细菌时,只有DNA进入细菌,蛋白质外壳没有进入,而T2噬菌体中仅蛋白质分子中含有硫,磷几乎都存在于DNA分子中,故为了区分DNA和蛋白质,需分别用32P和35S标记噬菌体,根据第一组实验检测到放射性物质主要分布在沉淀物中,说明亲代噬菌体(DNA)被32P标记,即实验②,根据第二组实验检测到放射性物质主要分布在上清液中,说明第二组噬菌体(蛋白质)被35S标记,即实验④。2.(2024·河南郑州月考)T2噬菌体侵染大肠杆菌实验进一步证实DNA是遗传物质,此实验成功的原因不包括(C)A.选择化学组成和结构简单的噬菌体作为实验材料B.采用同位素标记法分别标记噬菌体的DNA和蛋白质C.噬菌体侵染时间过长,离心前大肠杆菌会裂解死亡D.噬菌体侵染大肠杆菌时,只将DNA注入其细胞中解析:噬菌体由蛋白质和DNA组成,其化学组成和结构简单是噬菌体侵染细菌实验获得成功的原因之一;采用同位素标记法分别标记噬菌体的DNA和蛋白质,可以证明噬菌体侵染细菌时只有DNA进入细菌,这也是噬菌体侵染细菌实验获得成功的原因之一;当用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌时,若侵染时间过长,大肠杆菌裂解释放子代噬菌体,导致离心后上清液放射性很高,对实验结果造成干扰,导致实验失败;噬菌体侵染大肠杆菌时,只将DNA注入细菌细胞中,可以将DNA和蛋白质分开,排除蛋白质的干扰,这也是噬菌体侵染细菌实验获得成功的原因之一。肺炎链球菌转化实验和噬菌体侵染细菌实验的比较3.在证明DNA是遗传物质的过程中,格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验、艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验以及赫尔希和蔡斯的T2噬菌体侵染细菌实验都发挥了重要作用。下列相关分析错误的是(C)A.艾弗里的实验能说明DNA可以从一个生物个体转移到另一个生物个体内B.艾弗里的实验能证明格里菲思提出的“转化因子”是DNAC.艾弗里的实验中得到的R型活细菌被32P标记后可以用来培养T2噬菌体D.赫尔希和蔡斯的实验只能通过测定放射性的强度来判断,不能通过测定放射性的有无来判断解析:用S型细菌的细胞提取物与R型细菌混合培养,出现了S型细菌,分别用蛋白酶、RNA酶或酯酶处理后,细胞提取物仍然具有转化活性,用DNA酶处理后,细胞提取物就失去了转化活性,说明DNA可以从一个生物个体转移到另一个生物个体内,从而证明了格里菲思提出的“转化因子”是DNA;T2噬菌体只能专门寄生在大肠杆菌中;赫尔希和蔡斯的实验中离心后的上清液和沉淀物中都有放射性,只是放射性强度差别较大,故赫尔希和蔡斯的实验只能通过测定放射性的强度来判断,不能通过测定放射性的有无来判断。考点三DNA是主要的遗传物质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)实验结论:RNA是烟草花叶病毒的遗传物质。2.DNA是主要的遗传物质因为绝大多数生物的遗传物质是DNA,所以说DNA是主要的遗传物质。3.不同生物的遗传物质生物类型病毒原核生物真核生物体内核酸种类DNA或RNADNA和RNADNA和RNA体内碱基种类4种5种5种体内核苷酸种类4种8种8种遗传物质DNA或RNADNADNA实例噬菌体、烟草花叶病毒乳酸菌、蓝细菌玉米、小麦、人[正误辨析]1.只有细胞内的核酸才是携带遗传信息的物质。(×)提示:病毒不具有细胞结构,但病毒的核酸也是携带遗传信息的物质。2.细胞核中的遗传物质是DNA,细胞质中的遗传物质也是DNA。(√)3.细菌的遗传物质主要是DNA。(×)提示:细菌中的遗传物质是DNA。“遗传物质”探究的3种方法探索遗传物质的思路和方法1.(多选)(2023·辽宁辽阳摸底)如图表示科研人员探究烟草花叶病毒(TMV)遗传物质的实验过程,由此可以判断(AB)A.水和苯酚的作用是分离病毒的蛋白质和RNAB.RNA是使TMV产生稳定遗传变化的物质C.侵入烟草细胞的RNA进行了逆转录过程D.TMV的遗传物质的结构中嘧啶数和嘌呤数相同解析:分析实验过程图可知,将TMV放在水和苯酚中振荡,可使RNA和蛋白质分离开;正常烟草接种RNA感染病毒,而接种蛋白质后未感染病毒,说明RNA是使TMV产生稳定遗传变化的物质;此实验不能说明TMV的RNA侵入烟草细胞后进行了逆转录过程;据题中信息可知,TMV的遗传物质是单链RNA,因此,TMV的遗传物质的结构中嘧啶数和嘌呤数不一定相同。2.(2023·湖北武汉联考)新发现一种感染家禽的病毒Q,为检测该病毒的化学组成成分以及其遗传物质,某兴趣小组设计了相关实验。回答下列问题。(1)若要研究病毒Q,则应该将病毒Q培养在活细胞培养基中,原因是。

(2)利用特定的颜色反应来鉴定病毒Q的化学成分,原理:①RNA在浓盐酸中与苔黑酚试剂共热显绿色;②DNA与二苯胺试剂共热显蓝色;③蛋白质与双缩脲试剂反应呈紫色。实验结果发现该病毒,说明其化学成分为RNA和蛋白质。

(3)在此基础上,该兴趣小组继续利用实验材料病毒Q、蛋白酶、活鸡胚培养基等完成相关实验设计。①实验设计思路:设置两组实验,甲组将病毒Q接种到活鸡胚培养基上,乙组将接种到活鸡胚培养基上。在适宜条件下培养一段时间后,分别检测两组活鸡胚培养基中是否存在病毒Q。

②预期实验结果和结论:A.若只在甲组活鸡胚培养基中检测到病毒Q,则说明病毒Q中具有遗传效应的是。

B.若,则说明病毒Q中具有遗传效应的是RNA。

③该实验证明病毒Q遗传物质成分的最关键的实验设计思路是。

解析:(1)病毒没有细胞结构,由核酸和蛋白质组成,不能独立地进行生命活动,只能寄生在活细胞中。(2)结合题中原理,若该病毒化学成分为RNA和蛋白质,则其应在浓盐酸中与苔黑酚试剂共热显绿色,且能与双缩脲试剂反应呈紫色。(3)①实验设计思路:设置两组实验,甲组将病毒Q接种到活鸡胚培养基上,乙组将用蛋白酶处理后的病毒Q接种到活鸡胚培养基上。在适宜条件下培养一段时间后,分别检测两组活鸡胚培养基中是否存在病毒Q。②预期实验结果和结论:若只在甲组活鸡胚培养基中检测到病毒Q,则说明病毒Q中具有遗传效应的是蛋白质;若在甲组和乙组的活鸡胚培养基中均检测到病毒Q,则说明病毒Q中具有遗传效应的是RNA。③在探究遗传物质的成分时,通常需要把待检测的物质彼此分离开,然后单独地去观察它们的作用,据此得出相应的结论。答案:(1)病毒无细胞结构,只能寄生在活细胞中(2)在浓盐酸中与苔黑酚试剂共热显绿色,且能与双缩脲试剂反应呈紫色(3)①用蛋白酶处理后的病毒Q②蛋白质在甲组和乙组的活鸡胚培养基中均检测到病毒Q③利用酶的专一性,将病毒Q的蛋白质与RNA分开基础巩固练1.(2024·湖南衡阳模拟)艾弗里等通过肺炎链球菌的转化实验,证明了DNA可以在同种生物不同的个体之间转移。下列相关叙述正确的是(D)A.肺炎链球菌的染色质主要成分是DNA和蛋白质B.肺炎链球菌提取液经DNA聚合酶处理后会失去转化作用C.加热杀死的R型细菌的提取液能使S型细菌发生转化作用D.转化的DNA片段能够控制酶的合成进而控制肺炎链球菌性状解析:肺炎链球菌属于原核生物,不具有染色质;起转化作用的是DNA,肺炎链球菌提取液经DNA酶处理后DNA被水解,会失去转化作用;加热杀死的S型细菌的提取液能使R型细菌发生转化作用;S型细菌含有荚膜,R型细菌无荚膜,说明转化的DNA片段能够控制酶的合成进而控制肺炎链球菌荚膜的形成,从而控制肺炎链球菌的性状。2.(2023·湖南株洲模拟)1928年格里菲思和1944年艾弗里分别进行了肺炎链球菌的体内和体外转化实验,1952年赫尔希和蔡斯开展了噬菌体侵染细菌的实验,并进一步观察了子代噬菌体的放射性标记情况。经过了近30年多位科学家的努力,证明了DNA就是遗传物质。下列有关说法正确的是(D)A.肺炎链球菌体内和体外转化实验都用到了自变量控制中的“减法原理”B.噬菌体侵染细菌实验中用到的细菌也是肺炎链球菌C.格里菲思体内转化实验证明了R型菌转化成S型菌是因为S型菌的DNAD.赫尔希和蔡斯的实验证明了DNA是噬菌体的遗传物质解析:格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验,用到了“加法原理”,艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验中,体现了“减法原理”;噬菌体侵染细菌实验中用到的细菌是大肠杆菌;格里菲思体内转化实验证明了R型菌转化成S型菌是因为S型菌有转化因子,没有证明转化因子是DNA。3.下列有关核酸与遗传物质关系的叙述,不正确的是(C)A.DNA是绝大多数生物的遗传物质B.有些生物的遗传物质是RNAC.在真核生物中,DNA和RNA都是遗传物质,其中DNA是主要的遗传物质D.核酸是所有生物的遗传物质(朊病毒除外),其中DNA是主要的遗传物质解析:有细胞结构的生物的遗传物质是DNA,DNA病毒的遗传物质是DNA,因此说DNA是绝大多数生物的遗传物质;RNA病毒的遗传物质是RNA;真核生物的遗传物质是DNA,RNA不是遗传物质;朊病毒只含有蛋白质成分,核酸是其他病毒和细胞生物的遗传物质,大多数生物的遗传物质为DNA,所以DNA是主要的遗传物质。4.(2024·辽宁丹东模拟)生物将遗传物质传递给其他细胞而非其子代的过程称为基因水平转移,例如农杆菌可通过感染植物细胞实现基因向植物基因组的转化。肺炎链球菌有S型和R型两种类型,野生型的S型细菌可以在基本培养基上生长,S型细菌发生基因突变产生的氨基酸依赖型菌株A、B需要在基本培养基上分别补充不同氨基酸才能生长。科学工作者将菌株A和菌株B混合后,涂布于基本培养基上,结果如图所示。下列叙述正确的是(D)A.有多糖类荚膜的R型细菌可抵御吞噬细胞的吞噬而表现出致病性B.S型细菌和R型细菌的结构不同是基因选择性表达的结果C.野生型的S型细菌突变为A、B菌株是同一基因突变的结果D.菌株A和菌株B混合后可能因基因水平转移而发生了基因重组解析:有多糖类荚膜可抵御吞噬细胞的吞噬而表现出致病性的是S型细菌;S型细菌和R型细菌的结构不同是基因不同的结果;将菌株A和菌株B混合后,涂布于基本培养基上,有菌落产生,说明野生型的S型细菌突变为菌株A、B是不同的基因突变的结果。5.(2024·河北石家庄模拟)赫尔希和蔡斯的“噬菌体侵染细菌的实验”证明了DNA是T2噬菌体的遗传物质,下图表示部分实验过程。下列相关叙述错误的是(A)A.放射性主要出现在沉淀中,该组实验证明噬菌体的遗传物质是DNAB.该实验产生的子代噬菌体中仅少部分DNA的一条链被32P标记C.噬菌体侵染细菌的实验成功的原因之一是噬菌体只将DNA注入大肠杆菌细胞中D.该实验中,噬菌体以自身DNA为模板在大肠杆菌内完成DNA复制解析:该组实验用32P标记了噬菌体,所以放射性主要出现在沉淀中,但缺少对照组,所以该组实验不能证明噬菌体的遗传物质是DNA。6.(2024·北京朝阳区模拟)为了研究噬菌体侵染细菌的过程,研究者分别用32P和35S标记的噬菌体侵染未被放射性标记的细菌。在短时间保温后进行离心(未搅拌),测定上清液中的放射性,结果如下。下列相关说法错误的是(D)细菌处理噬菌体处理上清液中的放射性比例/%加入DNA酶未加入DNA酶不处理35S21不处理32P87侵染前加热杀死35S1511侵染前加热杀死32P7613注:DNA酶与噬菌体同时加入;离心后长链DNA出现在沉淀中、短链DNA出现在上清液中。A.32P和35S分别标记了噬菌体的DNA和蛋白质B.细菌被杀死后会促进噬菌体DNA被DNA酶降解C.DNA被降解后产生的片段离心后会出现在上清液中D.从实验结果中可知噬菌体的蛋白质没有进入细菌解析:DNA含有P,蛋白质含有S,则32P和35S分别标记了噬菌体的DNA和蛋白质;32P处理噬菌体组,侵染前加热杀死细菌,与不处理组相比加入DNA酶后,上清液中的放射性比例上升,说明DNA被降解后产生的片段离心后会出现在上清液中,细菌被杀死后会促进噬菌体DNA被DNA酶降解;本实验不能判断噬菌体的蛋白质有没有进入细菌。7.(2023·江西宜春模拟)现有新发现的一种感染A细菌的病毒B,科研人员设计了如图所示两种方法来探究该病毒的遗传物质是DNA还是RNA。一段时间后检测甲、乙两组子代病毒B的放射性和丙、丁两组子代病毒B的产生情况。下列相关说法正确的是(C)A.同位素标记法中,若换用3H标记上述两种核苷酸不能实现实验目的B.酶解法中,向丙、丁两组分别加入DNA酶和RNA酶应用了加法原理C.若甲组产生的子代病毒B无放射性而乙组有,则说明该病毒的遗传物质是RNAD.若丙组能产生子代病毒B而丁组不能产生,则说明该病毒的遗传物质是DNA解析:同位素标记法中,若换用3H标记题述两种核苷酸,仍能通过检测甲、乙两组子代病毒的放射性判断出病毒B的遗传物质是DNA还是RNA,能实现实验目的;酶解法中,向丙、丁两组分别加入DNA酶和RNA酶应用了减法原理;若甲组产生的子代病毒B无放射性而乙组有,说明子代病毒中含有32P标记的尿嘧啶,说明该病毒的遗传物质是RNA;若丙组能产生子代病毒B而丁组不能产生,说明RNA被RNA酶水解后病毒无法增殖产生子代,所以该病毒的遗传物质是RNA。8.(2024·河北衡水模拟)烟草花叶病毒(TMV)是一种单链RNA病毒,具有S和HR等多种株系。科研人员分别提取了S株系和HR株系的RNA和蛋白质,进行了如表所示的重组实验。下列相关叙述合理的是(C)重组实验过程子代病毒的类型第一组:SRNA+HR蛋白质→感染烟草S株系第二组:HRRNA+S蛋白质→感染烟草HR株系A.可以通过培养基上不同的菌落特征鉴别TMV的不同株系B.将TMV的遗传物质与二苯胺沸水浴加热,溶液会变成蓝色C.根据实验结果可推测,TMV的RNA控制其蛋白质的合成D.该病毒在增殖时,催化其RNA合成的酶由宿主细胞的基因控制合成解析:病毒专营活细胞寄生,不能用培养基培养;DNA与二苯胺沸水浴加热,溶液才会变成蓝色;根据实验结果可推测,TMV的遗传物质是RNA,能控制其蛋白质的合成;该病毒在增殖时,催化其RNA合成的酶由病毒RNA的基因控制合成。9.(2024·河北衡水模拟)赫尔希和蔡斯研究了T2噬菌体的蛋白质和DNA在侵染过程中的功能。用标记的T2噬菌体侵染未标记的大肠杆菌,一段时间后,用搅拌器搅拌,然后离心得到上清液和沉淀物,并检测上清液中的放射性,得到如图所示的实验结果。请回答下列问题。(1)要获得DNA被标记的T2噬菌体,其培养方法是

。

(2)实验中搅拌的目的是,用35S标记噬菌体的蛋白质时,搅拌时间应大于min,否则上清液中的放射性会比较。

(3)上清液中32P的放射性仍达到30%,其原因可能是。图中被侵染细菌的存活率曲线的意义是作为对照,如果存活率明显低于100%,则上清液中放射性物质32P的含量会,原因是。

(4)上述实验中不用14C来标记T2噬菌体的DNA或蛋白质,原因是。

解析:(1)T2噬菌体是病毒,病毒是非细胞结构生物,只有寄生在活细胞中才能繁殖,所以要获得DNA被标记的T2噬菌体,其培养方法是先用含32P的培养基培养大肠杆菌,再用T2噬菌体侵染被32P标记的大肠杆菌。(2)用标记的T2噬菌体侵染未被标记的大肠杆菌。一段时间后,用搅拌器搅拌,然后离心得到上清液和沉淀物。搅拌的目的是使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离,便于离心分层,用35S标记噬菌体的蛋白质时,搅拌时间应大于2min,否则上清液中的放射性会比较低。(3)上清液中仍有少量32P的放射性,主要原因是部分噬菌体未侵染细菌。如果时间过长,被侵染的细菌裂解,释放出子代噬菌体,导致被侵染细菌的存活率明显低于100%,则上清液中放射性物质32P的含量会增加。(4)因为DNA和蛋白质中均含有C,故不用14C来标记T2噬菌体的DNA或蛋白质。答案:(1)先用含32P的培养基培养大肠杆菌,再用T2噬菌体侵染被32P标记的大肠杆菌(2)使吸附在细菌表面的噬菌体和细菌分离2低(3)部分噬菌体未侵染细菌增加大肠杆菌裂解,子代噬菌体释放到上清液中(4)DNA和蛋白质中均含有C综合提升练10.(多选)关于艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验,一些科学家认为“DNA可能只是在细胞表面起化学作用,形成荚膜,而不是起遗传作用”。同时代的生物学家从S型肺炎链球菌中分离出了一种抗青霉素的突变型(抗S,产生分解青霉素的酶),提取它的DNA,将DNA与对青霉素敏感的R型细菌(非抗R)共同培养。结果发现,某些非抗R型细菌被转化为抗S型细菌并能稳定遗传,从而否定了一些科学家的错误认识。关于该实验的叙述,正确的是(CD)A.缺乏对照实验,所以不能支持艾弗里的结论B.完美证明了DNA是主要的遗传物质C.实验巧妙地选用了抗青霉素这一性状作为观察指标D.证明细菌中一些与荚膜形成无关的性状也能发生转化解析:将DNA与对青霉素敏感的R型细菌(非抗R)共同培养,某些非抗R型细菌被转化为抗S型细菌并能稳定遗传,说明DNA是肺炎链球菌的遗传物质,能支持艾弗里的结论;该实验与艾弗里实验都证明了DNA是肺炎链球菌的遗传物质,但不是证明DNA是主要的遗传物质;根据题干信息,实验选用了抗青霉素这一性状作为观察指标,从而可以判断非抗R型是否发生了转化;青霉素抗性与荚膜形成无关,证明细菌中一些与荚膜形成无关的性状也能发生转化。11.(多选)细菌转化是指某一受体细菌通过直接吸收来自另一供体细菌的一些含有特定基因的DNA片段,从而获得供体细菌的相应遗传性状的现象,如肺炎链球菌转化实验。S型肺炎链球菌有荚膜,菌落光滑,可致病,对青霉素敏感。在多代培养的S型细菌中分离出了两种突变型:R型,无荚膜,菌落粗糙,不致病;另一种是抗青霉素的S型(记为PenrS型)。现用PenrS型菌和R型菌进行下列实验,下面分析错误的是(ABC)A.甲组中部分小鼠患败血症,注射青霉素治疗后均可康复B.乙组中仅观察到一种菌落C.丙组培养基中会出现R型和S型两种菌落D.丁组培养基中无菌落生长解析:甲组中部分R型菌被转化为PenrS型菌,PenrS型菌可使小鼠患败血症且对青霉素具有抗性,故注射青霉素治疗后不可康复;PenrS型菌的DNA只能使部分R型菌转化为PenrS型菌,所以乙组中可观察到R型菌和PenrS型菌两种菌落;R型菌对青霉素敏感,故在丙组含青霉素的培养基上不会出现R型和S型菌落;丁组中PenrS型菌的DNA被DNA酶水解,所以无S型菌落出现,又由于培养基含有青霉素,所以R型菌落也不能生长。12.(多选)(2023·河北保定模拟)遗传转化是指游离的DNA分子(细胞DNA)被细菌的细胞摄取,并在细菌细胞内表达的过程。肺炎链球菌转化实验的实质如图所示(S基因是控制荚膜形成的基因)。下列有关叙述错误的是(ACD)A.由R型细菌转化成的S型细菌的遗传物质与原S型细菌相同B.由R型细菌转化成S型细菌的实质是基因重组C.将S型细菌的S基因用32P标记,转化而来的S型细菌在普通培养基上培养多代后,得到的子代S型细菌的S基因均能检测到32PD.T2噬菌体侵染大肠杆菌的过程也是一种遗传转化过程解析:由R型细菌转化成S型细菌的过程中,仅S型细菌的部分基因进入R型细菌,故转化成的S型细菌的遗传物质与原S型细菌不完全相同;由于DNA复制为半保留复制,将S型细菌的S基因用32P标记,转化而来的S型细菌在普通培养基(31P)上培养多代后,得到的子代S型细菌只有少数含有32P,故S基因不一定能检测到32P;遗传转化是指游离的DNA分子被细菌的细胞摄取,并在细菌细胞内表达的过程,T2噬菌体侵染大肠杆菌的过程不是遗传转化过程。13.朊病毒是一种只含蛋白质而不含核酸的病原微生物。按照图示1→2→3→4进行实验,验证朊病毒侵染因子是蛋白质,题中所用牛脑组织细胞为无任何标记的活体细胞。(1)本实验采用的研究方法是。

(2)从理论上讲,经1→2→3→4实验离心后上清液中(填“能大量”或“几乎不能”)检测到32P,沉淀物中(填“能大量”或“几乎不能”)检测到32P,出现上述结果的原因是

。

(3)如果添加试管5,从试管2中提取朊病毒后先加入试管5,同时添加35S标记的(NH4)235SO4,连续培养一段时间后,再提取朊病毒加入试管3,培养适宜时间后离心,检测放射性应主要位于中,少量位于

。

解析:(3)朊病毒的蛋白质中含有S,如果添加试管5,从试管2中提取朊病毒后先加入试管5,同时添加35S标记的(NH4)235SO4,连续培养一段时间后,朊病毒的蛋白质中含有35S;再提取朊病毒加入试管3,培养适宜时间后离心,由于朊病毒的蛋白质是侵染因子,被沉淀物中;同时会有少量的朊病毒可能没侵入牛脑组织细胞,因此上清液中含有少量的放射性。答案:(1)放射性同位素标记法(2)几乎不能几乎不能朊病毒不含核酸只含蛋白质,蛋白质中磷含量极低,故试管2中提取的朊病毒几乎不含32P(3)沉淀物上清液被35S标记的朊病毒(蛋白质),大部分进入牛脑组织细胞中,只有少量的朊病毒可能没侵入牛脑组织细胞第22讲DNA的结构、复制与基因的本质[课标要求]1.概述DNA分子是由四种脱氧核苷酸构成,通常由两条碱基互补配对的反向平行长链形成双螺旋结构,碱基的排列顺序编码了遗传信息。2.概述DNA分子通过半保留方式进行复制。考点一DNA的结构和基因的本质1.DNA分子的结构及特点(1)DNA双螺旋结构模型的构建者:沃森和克里克。(2)DNA分子的结构层次。(1)一个DNA分子含有2个游离的磷酸基团,而环状DNA分子不含有。(2)氢键的形成不需要酶,但断裂需解旋酶或加热处理;G—C碱基对比例越大,DNA热稳定性越高。(3)不是所有的脱氧核糖都连接着两个磷酸基团,两条链各有一个3′端的脱氧核糖连接着一个磷酸基团。(3)DNA的双螺旋结构内容。①DNA由两条脱氧核苷酸链组成,这两条链按反向平行的方式盘旋成双螺旋结构。②外侧:脱氧核糖和磷酸交替连接,构成基本骨架。③内侧:两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对。碱基互补配对遵循以下原则:A与T配对(两个氢键)、G与C配对(三个氢键)。(4)DNA的结构特点。2.基因的本质(1)本质:基因通常是有遗传效应的DNA片段。有些病毒的遗传物质是RNA,对这类病毒而言,基因就是有遗传效应的RNA片段。(2)基因与染色体、DNA、脱氧核苷酸的关系。[正误辨析]1.沃森和克里克构建的DNA分子模型和富兰克林拍摄的DNA分子的X射线衍射照片都属于物理模型。(×)提示:照片不是物理模型,属于实物。2.DNA分子一条链上的相邻碱基通过“—磷酸—脱氧核糖—磷酸—”相连。(×)提示:DNA分子一条链上的相邻碱基通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”相连。3.组成染色体的1个DNA分子同时含有2个游离的磷酸基团,其中嘌呤碱基数等于嘧啶碱基数。(√)4.分子大小相同、碱基含量相同的核酸分子所携带的遗传信息一定相同。(×)提示:核酸分子所携带的遗传信息取决于其碱基的排列顺序。5.同一生物个体不同体细胞核中DNA分子的(A+T)/(C+G)的值不同。(×)提示:同一生物不同体细胞的细胞核中DNA分子相同,该比值相同。6.含有G、C碱基对比较多的DNA分子热稳定性较差。(×)提示:G和C之间有三个氢键,A和T之间有两个氢键,因此,DNA分子中G和C所占的比例越大,热稳定性越高。7.人体内控制β珠蛋白的基因由1700个碱基对组成,其碱基对可能的排列方式有41700种。(×)提示:β珠蛋白是一种特定的蛋白质,有特定的碱基排列顺序。[教材微点思考]1.(必修2P50“图38”拓展)DNA初步水解的产物和彻底水解的产物分别是什么?提示:DNA初步水解的产物是4种脱氧核苷酸,彻底水解的产物是磷酸、脱氧核糖和4种含氮碱基。2.(必修2P59正文拓展)基因的遗传效应是指什么?提示:遗传效应是指基因能够复制、传递并表达性状的过程,即对蛋白质合成有直接或间接的影响。DNA碱基中相关的计算规律(1)在双链DNA分子中,嘌呤总数与嘧啶总数相等,即A+G=T+C。(2)在双链DNA分子中,互补碱基之和所占比例在任意一条链及整个DNA分子中都相等。设在双链DNA分子中的一条链上A1+T1=n%,则A+T=A1+A2+T1+T2=(n%+n%)/2=n%。简记为“配对的两碱基之和在单、双链中所占比例相等”。(3)双链DNA分子中,非互补碱基之和的比值在两条互补链中互为倒数。设双链DNA分子中,一条链上A1+G1T1+简记为“DNA两互补链中,不配对两碱基之和的比值乘积为1”。DNA的结构及特点1.(2022·广东卷)λ噬菌体的线性双链DNA两端各有一段单链序列。这种噬菌体在侵染大肠杆菌后其DNA会自连环化(如图所示),该线性分子两端能够相连的主要原因是(C)A.单链序列脱氧核苷酸数量相等B.分子骨架同为脱氧核糖与磷酸C.单链序列的碱基能够互补配对D.自连环化后两条单链方向相同解析:单链序列脱氧核苷酸数量相等和分子骨架同为脱氧核糖与磷酸都不是该线性DNA分子两端能够相连的原因;据图可知,单链序列的碱基能够互补配对,这是该线性DNA分子两端能够相连的主要原因;该线性DNA分子自连环化后两条单链方向仍相反。2.(2023·湖南长沙模拟)细菌种类众多,都以DNA为遗传物质。下列关于拟核区DNA结构的叙述,错误的是(B)A.DNA中C、G碱基对的数量直接影响细菌的耐热性B.嘌呤和嘧啶的数量相等且含有两个游离的磷酸基团C.碱基之间通过氢键或脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖连接D.细菌种类的差异与脱氧核苷酸的数量、排列顺序有关解析:C、G碱基对间有三个氢键,氢键的数量直接影响细菌的耐热性,氢键越多,稳定性越强;细菌拟核区DNA呈环状,嘌呤和嘧啶的数量相等,但没有游离的磷酸基团;两条链的碱基之间通过氢键连接,一条链上的相邻碱基通过脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖连接;细菌的遗传物质都是DNA,但不同细菌的DNA不同,其脱氧核苷酸的数量、排列顺序不同,由此可作为确定不同细菌种类的依据。DNA结构的相关计算3.(2024·吉林通化模拟)下表为制作DNA双螺旋结构模型所提供的材料,卡片种类和数量如下表,用订书钉表示各种连接键,数量若干,下列相关叙述正确的是(A)卡片种类磷酸脱氧核糖碱基ATCG卡片数量12123342A.这些材料构成的DNA片段,最多含有氢键12个B.最多可构建45种碱基序列的DNAC.制作该DNA双螺旋结构时,最多需要消耗订书钉22个D.DNA中每个脱氧核糖均与两分子磷酸相连,但磷酸分子却不一定和两个脱氧核糖相连解析:由表格分析可知,构成的DNA片段含有3个A—T碱基对,2个C—G碱基对,最多含有氢键3×2+2×3=12(个);由于碱基对的种类和数目已经确定,因此构建的DNA种类数少于45种;利用表中的材料构建的DNA片段含有5个碱基对,即每条链含有5个脱氧核苷酸,每个脱氧核苷酸需2个订书钉相连,相邻脱氧核苷酸需1个订书钉相连,一条单链需订书钉5×2+4=14(个),该片段中氢键的数目为12个,则最多需要消耗订书钉的数目为14×2+12=40(个);DNA中大多数脱氧核糖与两分子磷酸相连,DNA位于两端的脱氧核糖只与一个磷酸相连,同样,位于长链中间的每个磷酸分子连接两个脱氧核糖,但位于两条链一端的磷酸只连一个脱氧核糖。4.(2023·福建宁德期中)在一个DNA分子中,腺嘌呤和胸腺嘧啶之和占全部碱基的42%,若其中一条链的胞嘧啶占该链碱基总数的24%,胸腺嘧啶占30%,则在其互补链上,胞嘧啶和胸腺嘧啶分别占(C)A.12%和34% B.21%和24%C.34%和12% D.58%和30%解析:因为A+T占全部碱基总数的42%,所以G+C占全部碱基总数的58%;因为两种互补碱基之和在DNA分子中与在单链上的占比相等,所以在两条链中A+T、G+C均分别占42%、58%;设链1上C1占24%,则链1上G1占34%,其互补链2上C2占34%;设链1上T1占30%,则链1上A1占12%,其互补链2上T2占12%。有关碱基计算题的“三步曲”染色体、DNA、基因之间的关系5.(2024·天津北辰期中)下列有关染色体、DNA、基因、脱氧核苷酸的说法,错误的是(A)A.基因和染色体行为存在明显的平行关系,所以基因都在染色体上B.基因通常是具有遗传效应的DNA片段,1个DNA分子上可含有成百上千个基因C.1个基因含有许多脱氧核苷酸,基因的特异性是由脱氧核苷酸的排列顺序决定的D.染色体是DNA的主要载体,1条染色体上只含有1或2个DNA分子解析:原核生物及病毒没有染色体,但存在基因,真核生物有部分基因位于线粒体和叶绿体的DNA上。考点二DNA分子的复制1.DNA半保留复制的推测和实验证据(1)DNA复制特点的实验探究用的是假说—演绎法,提出假说的是沃森和克里克,而实验者是梅塞尔森和斯塔尔。(2)标记DNA的15N、14N都不是放射性同位素。2.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)时期:细胞分裂前的间期。(3)场所:真核细胞中主要是细胞核,线粒体和叶绿体中也存在;原核细胞中主要是拟核区,质粒中也存在;DNA病毒在活的宿主细胞内。(4)复制过程。(5)结果:1个DNA复制形成2个完全相同的DNA。(6)特点边解旋边复制(7)精确复制的原因。①DNA独特的双螺旋结构为复制提供了精确的模板。②通过碱基互补配对原则,保证了复制能够准确地进行。(8)意义: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。[正误辨析]1.植物细胞的线粒体和叶绿体中均可发生DNA的复制。(√)2.DNA双螺旋结构全部解开后,在DNA聚合酶的作用下,才开始DNA的复制。(×)提示:DNA复制时边解旋边复制。3.DNA复制时,两条脱氧核苷酸链均可作为模板链,发挥作用。(√)4.DNA复制遵循碱基互补配对原则,新合成的DNA分子中两条链均是新合成的。(×)提示:DNA分子的复制方式是半保留复制,新合成的DNA分子的两条链有一条链是新合成的。5.在人体内,成熟的红细胞、浆细胞中不发生DNA的复制。(√)[教材微点思考]1.(必修2P54“思考·讨论”拓展)若DNA的复制方式为如图所示的全保留方式或分散方式,绘出连续繁殖两代(Ⅰ和Ⅱ)的实验结果中各条带的分布图像(重带、中带和轻带)。提示:如图所示2.(必修2P55“图310”拓展)DNA复制过程若发生在细胞核内,形成的两个子DNA分子上对应片段中基因是否相同?两个子DNA分子将于何时分开?提示:复制产生的两个子DNA分子在无基因突变等特殊变异情况下应完全相同。两个子DNA分子于有丝分裂后期或减数分裂Ⅱ后期着丝粒分裂时,随两条姐妹染色单体的分离而分开,分别进入两个子细胞中。“图解法”分析DNA复制相关计算将一个含有15N的DNA分子放在含14N的培养液中,复制n次,则有:(1)子代DNA分子的计算。①含15N的DNA分子的个数是多少?提示:2个。②只含有15N的DNA分子是多少?提示:0个。③含14N的DNA分子的个数是多少?提示:2n个。④只含有14N的DNA分子是多少?提示:(2n-2)个。(2)脱氧核苷酸链数的计算。①含15N的脱氧核苷酸链有多少条?提示:2条。②含14N的脱氧核苷酸链有多少条?提示:(2n+1-2)条。(3)DNA分子复制过程中消耗的某种脱氧核苷酸数的计算。①若一个亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个,经过n次复制需要消耗该种脱氧核苷酸数是多少个?提示:[m·(2n-1)]个。②第n次复制需要该种脱氧核苷酸数是多少个?提示:(m·2n-1)个。DNA复制过程条件及实验证据1.(2024·海南海口模拟)大肠杆菌的DNA是环状的,某科学家用放射自显影技术观察到正在复制的大肠杆菌DNA的全貌,并绘制了大肠杆菌DNA复制时的放射自显影示意图,如图所示。他将未标记的大肠杆菌放在含3H标记的脱氧胸苷的培养基中,3H标记的脱氧胸苷可掺入正在复制的DNA分子中,使其带有放射性。一段时间后观察到某DNA分子未复制部分(Ⅲ区)密度较低,由一条放射性链和一条非放射性链组成,已复制部分的Ⅱ区双链中仅一条链带有放射性,Ⅰ区的两条链都带有放射性。下列相关叙述错误的是(B)A.大肠杆菌DNA分子中的每个脱氧核糖都和两个磷酸基团相连B.自显影示意图中的DNA分子正在进行第一次DNA复制C.该放射自显影结果出现的原因是DNA的复制方式为半保留复制D.继续培养大肠杆菌可观察到某些DNA分子的Ⅲ区有两条放射性链解析:该大肠杆菌DNA分子为环状结构,所以每个脱氧核糖都和两个磷酸基团相连;原大肠杆菌DNA分子的双链不带放射性,进行第一次DNA复制后,结果是新复制出的DNA分子含有一条放射性链和一条非放射性链,而已复制的Ⅰ区的两条链都带有放射性,所以正在进行的至少是第二次DNA复制;Ⅲ区由一条放射性链和一条非放射性链组成,说明DNA的复制方式为半保留复制;Ⅲ区DNA分子由一条放射性链和一条非放射性链组成,所以继续培养大肠杆菌一段时间后,Ⅲ区的DNA分子会复制生成一个含有两条放射性链的DNA分子以及一个含有一条放射性链和一条非放射性链的DNA分子。2.(2024·广东广州月考)真核细胞DNA的复制是一个复杂的过程,其边解旋边复制时会形成独特的DNA复制泡结构,该过程需要多种酶的参与。下列有关叙述错误的是(D)A.DNA聚合酶不能独立起始合成新的DNA链B.DNA聚合酶催化脱氧核苷酸基团加到延伸中的DNA链的—OH末端C.一个DNA复制时会形成多个复制泡说明DNA复制是多起点复制D.在每个DNA复制泡中DNA复制都需要解旋酶和DNA聚合酶各一个解析:DNA聚合酶只能从引物的3′端开始连接脱氧核苷酸,催化游离的脱氧核苷酸加到延伸中的DNA链的3′端即—OH末端,所以DNA聚合酶不能独立起始合成新的DNA链;由于形成多个复制泡,说明DNA复制为多起点复制;每个复制泡中的DNA复制都为双向复制,所以理论上需要两个解旋酶、多个DNA聚合酶。DNA复制的相关计算3.(2023·山东烟台期中)一个用15N标记的DNA分子含150个碱基对,其中腺嘌呤有70个,在不含15N的培养基中经过n次复制后,不含15N的DNA分子总数与含15N的DNA分子总数之比为3∶1,复制过程共需游离的胞嘧啶脱氧核苷酸m个,则n、m分别是(C)A.3、640 B.4、1200C.3、560 D.4、1120解析:一个15N标记的DNA分子,在不含15N的培养基中经过n次复制后,含有15N的DNA有2个,不含15N的DNA有2n-2个,即(2n-2)∶2=3∶1,所以解得n=3,即DNA复制了3次;由于DNA分子含150个碱基对,其中腺嘌呤70个,根据碱基互补配对原则,胸腺嘧啶70个,胞嘧啶个数是(150×2-70-70)÷2=80(个),复制3次,复制过程需要的游离的胞嘧啶脱氧核苷酸m=80×(23-1)=560(个)。审题中三个“特别注意”(1)特别注意DNA分子含有的是碱基数还是碱基对数。(2)特别注意是“DNA分子数”还是“链数”。(3)特别注意第n次复制还是n次复制。4.(2023·河北唐山检测)若两条链都含32P的DNA分子的相对分子质量是M,两条链都不含32P的DNA分子的相对分子质量为N。现将含32P的DNA的细菌放在不含32P的培养基上让其分裂a次,则子代细菌的DNA的平均相对分子质量是(B)A.N(2aC.M(2a解析:细菌分裂a次后,形成子代DNA分子是2a个,由于DNA是半保留复制的,形成的子代DNA分子中两条链都含32P的DNA有0个,只有一条链含32P的DNA有2个,总相对分子质量为M+N,两条链都不含32P的DNA有(2a-2)个,总相对分子质量为(2a-2)N,则DNA分子的平均相对分子质量为[M+N+(2a-2)N]÷2a=[N(2a-1)+M]/2a。微专题4DNA复制与细胞分裂中染色体标记问题[知识·方法]1.DNA分子复制特点及子DNA存在位置与去向(1)复制特点:半保留复制,即新DNA分子总有一条链来自亲代DNA(即模板链),另一条链为新合成的子链。(2)子DNA位置:当1个DNA分子复制完成形成2个新DNA分子后,这2个子DNA位于两条姐妹染色单体上,且由着丝粒连在一起(如图所示)。(3)子DNA去向:在有丝分裂后期或减数第二次分裂后期,当着丝粒分裂时,两条姐妹染色单体分开,分别移向细胞两极,此时子DNA随染色单体分开而分开。2.进行有丝分裂的细胞在细胞增殖过程中核DNA和染色体的标记情况分析细胞DNA复制一次细胞分裂一次,如图为连续分裂两次的过程图(以一条染色体为例)。由图可以看出,第一次有丝分裂形成的两个子细胞中所有核DNA分子均由一条亲代DNA链和一条子链组成;第二次有丝分裂后最终形成的子细胞中含亲代DNA链的染色体条数是0～2n(以体细胞染色体数为2n为例)。3.进行减数分裂的细胞在分裂过程中核DNA和染色体的标记情况分析在进行减数分裂之前,DNA复制一次,减数分裂过程中细胞连续分裂两次。如图是一次减数分裂的结果(以一对同源染色体为例)。由图可以看出,减数分裂过程中细胞虽然连续分裂两次,但DNA只复制一次,所以四个子细胞中所有核DNA分子均由一条亲代DNA链和一条利用原料合成的子链组成。[类题·精练]1.(2024·河北石家庄联考)若某二倍体高等动物(2n=4),一个基因型为AaBbCc的精原细胞(DNA被32P全部标记)在不含32P的培养液中经一次有丝分裂后,再减数分裂形成如图所示的1个细胞,图中仅标明部分基因。不考虑图示以外的其他变异,下列叙述正确的是(B)A.该细胞的核DNA分子数为6个B.该细胞的核DNA分子含32P的有4个或5个C.形成该细胞的过程发生了基因突变和染色体结构变异D.该细胞分裂形成的精子基因型为BbC、Aac两种解析:该细胞处于减数分裂Ⅰ后期,有4条染色体,8个核DNA分子;该精原细胞经一次有丝分裂后,再进行减数分裂,所以DNA复制两次,根据DNA半保留复制的特点,减数分裂Ⅰ后期的染色体有一半染色单体被标记,图示细胞由于发生了易位,不清楚交换片段的DNA标记情况,所以该细胞的核DNA分子含32P的有4个或5个(标记的DNA片段与未标记的DNA片段交换);由于非同源染色体之间(a与b)发生交换,因此形成该细胞的过程发生了染色体结构变异,没有发生基因突变;该细胞分裂形成的精子基因型为BbC、Aac、aBC、Abc四种。2.(2024·湖南常德月考)将全部核DNA分子双链经32P标记的1个果蝇精原细胞(2N=8)置于不含32P的培养基中培养,先经过一次有丝分裂,再经过一次完整的减数分裂,产生了8个染色体数目正常的精细胞。下列有关说法正确的是(D)A.有丝分裂中期和减数分裂Ⅰ中期细胞内标记的染色单体数相同B.有丝分裂后期和减数分裂Ⅰ后期细胞内标记的染色体数相同C.减数分裂Ⅰ后期和减数分裂Ⅱ后期细胞内染色体数不相同,标记的染色体数相同D.产生的8个精细胞,每个细胞内含有4条染色体,含32P的染色体最多有4条解析:有丝分裂中期和减数分裂Ⅰ中期细胞内染色体数相同,因为是先经过有丝分裂后经过减数分裂,所以有丝分裂全部染色单体都被标记,减数分裂Ⅰ中期只有一半的染色单体被标记;有丝分裂后期着丝粒分裂,使染色体数目加倍,减数分裂Ⅰ后期同源染色体分离,非同源染色体自由组合,数目不变,所以前者是后者的2倍;减数分裂Ⅱ后期着丝粒分裂,所以减数分裂Ⅰ后期和减数分裂Ⅱ后期细胞内染色体数相同,但标记的染色体数不同;产生的8个精细胞,每个细胞内含有4条染色体,被32P标记的染色体数目不确定,由初级精母细胞(含8条32P标记的染色体)获得的次级精母细胞中含4条标记的染色体,因此产生的精细胞中含32P的染色体最多有4条。3.(多选)(2023·山东枣庄期中)将马蛔虫(2N=4)的甲、乙两个精原细胞的细胞核DNA双链用32P标记,接着置于不含32P的培养液中培养,在特定的条件下甲细胞进行两次连续的有丝分裂、乙细胞进行减数分裂。下列相关叙述正确的是(AB)A.甲在第一个细胞周期后,含32P的细胞数为2,且每个细胞中含有32P的染色体数为4B.甲在第二个细胞周期后,含32P的细胞数为2～4,且每个细胞中含有32P的染色体数为0～4C.乙在减数分裂Ⅰ后,含32P的细胞数为2,且每个细胞中含有32P的染色体数为0～2D.乙在减数分裂Ⅱ后,含32P的细胞数为2～4,且每个细胞中含有32P的染色体数为0～2解析:一个细胞周期中DNA分子只进行一次半保留复制,因此甲在第一个细胞周期后,全部细胞均含32P,且每个细胞中的每条染色体都含有32P,即每个细胞中含有32P的染色体数为4;第一个细胞周期结束形成的2个子细胞的每个DNA分子都有一条链含有32P,另一条链含有31P。在第二个细胞周期中,DNA分子又进行了一次半保留复制,则形成的8个DNA分子中,有4个DNA分子是一条链含有32P,另一条链含有31P,另外4个DNA分子都只含31P,而在有丝分裂后期,姐妹染色单体分开后随机移向两极,因此甲在第二个细胞周期后,有2个或3个或4个细胞含32P,且每个细胞含有32P的染色体数为0～4;减数分裂Ⅰ前的间期,DNA分子只进行一次半保留复制,因此乙经过减数分裂Ⅰ后,形成的2个细胞均含32P,且每个细胞中的每条染色体都含有32P;乙在减数分裂Ⅱ前期和中期,2条染色体、4条染色单体均含有32P,减数分裂Ⅱ后,形成的4个精细胞均含2条32P标记的染色体。基础巩固练1.(2023·山东临沂模拟)某同学利用塑料片、曲别针、扭扭棒、牙签、橡皮泥、铁丝等材料制作DNA双螺旋结构模型,以加深对DNA结构特点的认识和理解。下列操作或分析错误的是(A)A.一条链上相邻的两个碱基通过氢键连接在一起B.制成的模型上下粗细相同,是因为A—T碱基对与G—C碱基对的形状和直径相同C.在构建的相同长度DNA分子中,碱基G和C的数量越多化学结构越稳定D.观察所构建模型中只连接一个五碳糖的磷酸基团位置,可看出DNA两条链方向相反解析:一条链上相邻的两个碱基通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”连接在一起。2.(2024·辽宁沈阳模拟)细菌基因组通常为环状DNA分子,其复制时从复制起始点开始进行双向复制,两个复制叉沿着相反方向前进,最终产生两个环状DNA。下列叙述错误的是(A)A.细菌环状DNA分子中存在两个游离的磷酸基团B.细菌DNA复制过程通常发生在拟核区域C.细菌环状DNA复制时子链沿5'→3'方向延伸D.细菌环状DNA分子复制过程中遵循碱基互补配对原则解析:细菌环状DNA分子中不存在游离的磷酸基团。3.(2023·河北沧州三模)将DNA双链均被15N标记的大肠杆菌放在以14NH4Cl为唯一氮源的培养液中培养,连续分裂4次。下列相关叙述不合理的是(A)A.可通过检测有无放射性及其强弱的方法判断子代DNA是否被标记B.根据子一代的结果即可区分DNA的复制方式为半保留复制还是全保留复制C.DNA复制需要解旋酶、DNA聚合酶等多种酶参与D.分裂4次形成的脱氧核苷酸链中有1/16不含14N解析:15N没有放射性,本实验根据14N和15N具有不同密度,利用密度梯度离心的方法区分不同的DNA;大肠杆菌繁殖一代,若为半保留复制,将得到两个均含15N的子一代DNA,若为全保留复制,将得到1个含15N和一个不含15N的子一代DNA,通过密度梯度离心即可区分;DNA复制时需要解旋酶(催化DNA双链打开)、DNA聚合酶(催化单个的脱氧核苷酸连接到正在形成的子代DNA上)等多种酶的参与;1个DNA分子复制4次形成16个DNA分子,共32条脱氧核苷酸链,其中有2条不含14N,占1/16。4.已知某DNA分子中,G与C之和占全部碱基总数的35.8%,其中一条子链(α链)中T与C分别占该链碱基总数的32.9%和17.1%,则在α链的互补链(β链)中,T和C分别占(β链)碱基总数的(B)A.32.9%和17.1% B.31.3%和18.7%C.18.7%和31.3% D.17.1%和32.9%解析:由于整个DNA分子中G+C=35.8%,则每条链中G+C=35.8%,A+T=64.2%;由于α链中T与C分别占该链碱基总数的32.9%和17.1%,由此可以求出α链中G=18.7%、A=31.3%,则其互补链β链中T和C分别占该链碱基总数的31.3%和18.7%。5.(2024·河北石家庄模拟)细胞中DNA分子复制时,在解旋酶的作用下DNA双链解开,DNA单链结合蛋白与解旋后的DNA单链结合,使单链呈伸展状态而有利于复制。如图是原核生物大肠杆菌细胞中DNA复制过程的DNA单链结合蛋白示意图,下列有关分析错误的是(B)A.在真核细胞中,DNA复制可发生在细胞分裂前的间期B.DNA是边解旋边复制,两条子链的合成都是连续的C.酶①和酶②都是在大肠杆菌的核糖体上合成的D.DNA单链结合蛋白能防止解旋的DNA单链重新配对解析:DNA分子的两条链是反向平行的,从题图可以看出,在复制的过程中,其中一条子链的合成是不连续的。6.(2024·河南驻马店模拟)如图是某DNA分子复制过程示意图,下列相关分析错误的是(D)A.DNA的双链分别作模板,并与子链结合成子DNAB.DNA聚合酶紧跟着解旋酶,体现了边解旋边复制的特点C.复制原点的两侧都在进行复制,体现了双向复制的特点D.同一DNA分子上有多个复制泡,说明复制是多起点同时进行的解析:由图可看出,此段DNA分子有三个复制泡,三个复制泡复制的DNA片段的长度不同,因此复制的起始时间不同。7.(2024·贵州毕节模拟)图1是用DNA测序仪测出的一个DNA分子片段中一条脱氧核苷酸链的碱基排列顺序(TGCGTATTGG),请回答下列问题。(1)据图1推测,此双链DNA片段中鸟嘌呤脱氧核苷酸的数量是个。(2)根据图1脱氧核苷酸链碱基排列顺序,分析图2显示的脱氧核苷酸链碱基序列为(从上往下排序)。

(3)图1与图2对应的双链DNA片段中A/G的比值分别为。

(4)一个含1000个碱基对的双链DNA分子中鸟嘌呤脱氧核苷酸占20%,该DNA分子连续复制三次,则第三次复制时需消耗游离腺嘌呤脱氧核苷酸个。

解析:(1)图1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,互补链上还有1个鸟嘌呤脱氧核苷酸,即总共有5个鸟嘌呤脱氧核苷酸。(2)看清楚各列所示的碱基种类是读脱氧核苷酸链碱基序列的关键,由图1分析可知,图2碱基序列为CCAGTGCGCC。(3)在双链DNA分子中,因为碱基互补配对,A=T、C=G,图1中的DNA片段的一条脱氧核苷酸链的碱基排列顺序为TGCGTATTGG,可计算出此DNA片段中的A/G=(1+4)/(4+1)=1;图2中的DNA片段中一条脱氧核苷酸链的碱基排列顺序为CCAGTGCGCC,可计算出此DNA片段中A/G=(1+1)/(3+5)=2/8=1/4。(4)一个DNA分子由1000对碱基组成,G占碱基总数的20%,则C占碱基总数的20%,则A=T=30%,A=1000×2×30%=600,该DNA分子复制3次,则第三次复制时需消耗游离腺嘌呤脱氧核苷酸600×(23-22)=2400(个)。答案:(1)5(2)CCAGTGCGCC(3)1、1/4(4)2400综合提升练8.(多选)(2023·湖南常德模拟)将染色体上全部DNA分子双链经32P标记的雄性哺乳动物细胞(染色体数为20)置于不含32P的培养基中培养。下列推断中,正确的是(CD)A.若减数分裂结束,则产生的子细胞中有5对同源染色体,每条都含31PB.若进行一次有丝分裂结束,则产生的子细胞中含20条染色体,其中10条含32PC.若进行减数分裂,则减Ⅱ后期细胞中可能含2条Y染色体且都含32PD.若进行一次有丝分裂,则分裂中期的细胞共有40个核DNA分子且都含32P解析:DNA复制的特点是半保留复制,复制一次,则子代DNA都是其中一条链含32P,另一条链不含32P,若减数分裂结束,则产生的子细胞中无同源染色体,有10条不成对的染色体,每条都含32P;若完成一次有丝分裂,则产生的子细胞中含20条染色体,每一条都含32P;若进行减数分裂,则减Ⅱ后期细胞中含2条Y染色体或2条X染色体,且都含32P;若进行一次有丝分裂,DNA复制一次,在分裂中期细胞的染色体上共有40个核DNA分子,且每个核DNA分子都含32P。9.(多选)(2024·湖南衡阳月考)将一个不含放射性的大肠杆菌(其拟核DNA呈环状,共含有m个碱基,其中有a个胸腺嘧啶)放在含32P标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的培养基中培养一段时间,检测到如图Ⅰ、Ⅱ两种类型的DNA(虚线表示含有放射性的脱氧核苷酸链)。下列叙述正确的是(BCD)A.大肠杆菌的DNA复制为半保留复制,其上基因的遗传遵循孟德尔遗传规律B.该拟核DNA分子中每个脱氧核糖都与2分子磷酸基团相连C.第三次复制产生的子代DNA中Ⅰ、Ⅱ两种类型的比例为1∶3D.复制n次需要胞嘧啶脱氧核苷酸的数目是(2n-1)[(m-2a)/2]解析:大肠杆菌属于原核生物,不能进行减数分裂,细胞内的基因不遵循孟德尔遗传规律;该拟核DNA分子为环状结构,每个脱氧核糖都与2分子磷酸基团相连;DNA复制为半保留复制,形成的子代DNA含有一条亲代链和一条新形成的子代链,所以DNA第三次复制产生的8个子代DNA分子中,2个为Ⅰ类型,6个为Ⅱ类型,比例为1∶3;拟核DNA中共含有m个碱基,其中有a个胸腺嘧啶,则A=T=a,G=C=(m-2a)/2,复制n次需要胞嘧啶脱氧核苷酸的数目是(2n-1)[(m-2a)/2]。10.(多选)(2023·湖南长沙模拟)DNA中发生复制的独立单位称为复制子,原核生物的复制子通常是环状的,这样DNA形成无游离末端的闭环。下图为复制过程的不同阶段,下列叙述正确的是(CD)A.这是一种全保留复制B.这是一种多起点的双向复制C.这种DNA在复制时不会出现真核生物染色体复制时端粒缩短的问题D.这种复制过程完成后会产生两条相链接的DNA,需要特定的酶来分开它们解析:DNA的复制为半保留复制;由图可知,题述复制方式为单起点双向复制;端粒是染色体末端的一段特殊序列的DNA—蛋白质复合体,该生物为原核生物,无染色体,所以这种DNA在复制时不会出现真核生物染色体复制时端粒缩短的问题;由图可知,复制后复制子DNA链接在一起,所以需要特定的酶将其分开。11.(2023·河北秦皇岛期末)科学家为了探究DNA复制方式,先用含有15NH4Cl的原料来培养大肠杆菌若干代作为亲本,再将亲本大肠杆菌转移到含14NH4Cl原料中培养,收集不同时期的大肠杆菌并提取DNA,再将提取的DNA进行离心,记录离心后试管中DNA的位置。请分析回答下列问题。(1)用含有15NH4Cl的原料来培养大肠杆菌若干代作为亲本,培养若干代的目的是

。

(2)有科学家认为DNA的复制是全保留复制,复制形成的两条子链结合在一起,两条模板链重新结合在一起。若是全保留复制,则实验结果是子一代的DNA位置是。

(3)科学家进行实验,得到的实验结果是子一代的DNA位置全在中带,子二代的DNA位置一半在中带,一半在轻带。这个结果否定了全保留复制,你对此的解释是

。

(4)有人认为,将子一代的DNA分子用解旋酶处理后再离心,就能直接判断DNA的复制方式,如果1/2为轻带,1/2为重带,则一定为半保留复制。你认为这种说法是否正确,并说出你的理由。

。

解析:(1)用含有15NH4Cl的原料培养大肠杆菌若干代后使实验用的大肠杆菌的DNA都被15N标记。(2)若为全保留复制,亲代DNA为15N/15NDNA,子一代DNA为15N/15NDNA、14N/14NDNA,一半在重带,一半在轻带。(3)DNA半保留复制,子一代DNA为15N/14NDNA,子二代DNA一半为15N/14NDNA,一半为14N/14NDNA。(4)无论是全保留复制还是半保留复制,子一代用解旋酶处理后都有一半的单链含15N,一半的单链含14N,离心后都是1/2为重带,1/2为轻带,不能确定复制方式。答案:(1)保证用于实验的大肠杆菌的DNA上都含有15N(2)一半在重带,一半在轻带(3)DNA的复制是半保留复制,子一代DNA为15N/14NDNA,子二代DNA一半为15N/14NDNA,一半为14N/14NDNA(4)不正确,因为无论是全保留复制还是半保留复制,子一代用解旋酶处理后都有一半的单链含15N,一半的单链含14N,离心后都是1/2为重带,1/2为轻带第23讲基因的表达[课标要求]1.概述DNA分子上的遗传信息通过RNA指导蛋白质的合成,细胞分化的本质是基因选择性表达的结果,生物的性状主要通过蛋白质表现。2.概述某些基因中碱基序列不变但表型改变的表观遗传现象。考点一基因指导蛋白质的合成1.RNA的结构与功能2.遗传信息的转录(1)遗传信息的转录过程中也有DNA的解旋过程,该过程不需要解旋酶。(2)真核生物的DNA转录形成的mRNA需要在细胞核加工处理成为成熟的mRNA后才能作为翻译的模板。(3)一个基因转录时以基因的一条链为模板,一个DNA分子上的不同基因的模板链不一定相同。(4)转录是以基因为单位进行的,一个基因可被多次转录。3.遗传信息的翻译4.核糖体与mRNA结合示意图(1)数量关系:一个mRNA分子上可以相继结合多个核糖体,同时进行多条肽链的合成。(2)意义:少量的mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白质。(3)翻译方向:核糖体沿mRNA从左向右,判断依据是多肽链的长短,肽链长的翻译在前。5.遗传信息、密码子、反密码子与氨基酸之间的联系(1)密码子有64种,不同生物共用一套遗传密码。(2)有2种起始密码子:在真核生物中AUG作为起始密码子;在原核生物中,GUG也可以作为起始密码子,此时它编码甲硫氨酸。(3)有3种终止密码子:UAA、UAG、UGA。