2024年高考生物二轮复习：遗传的分子基础（讲义）（原卷版）

专题05遗传的分子基础

--------------------内容概览」

01专题网络思维脑图

02考情分析解密高考

03高频考点以考定法

考点一主要的遗传物质DNA的结构

考点二遗传信息的传递与表达

考点三基因对性状的控制及表观遗传

04核心素养•微专题

微专题1同位素标记法在实验中的应用

微专题2细胞分裂过程中染色体和DNA的标记问题

微专题3用同位素标记法研究DNA复制的方式

微专题4从生命信息观的角度理解中心法则

05创新好题突破练

01专题网络•思维脑图

核

真

核

结论①_________原-概念⑫（长句作答）

胞

胞

细

格里菲思实验细

（长句作答）(⑪

遗

「聚合酶结合部位⑬

传RNA

物

」结构--核甘酸链片段

.—［艾弗里实验）—质

结颛）_________

的

—转录终止部位⑭

探

索(——模板⑮

)遗

方法③_________传—转---------原料⑯

信

息

的产物⑰

表

达

④_____________一模板⑱

_（¥代DNA复制方式^

⑤分开时间原料⑲

Vy

(

结

（中心法则）产物®

构

与

复

直接途径

酶⑦______、原料⑧、模板⑨制基因对性状的控制）

)H—

间接途径

02考情分析•解密高考

考点核心概念考查方式高考考题分布

3.L1概述多数生物的

基因是DNA分子的功

能片段，有些病毒的基

DNA是主因在RNA分子上3.1.2

2021全国乙T5

概述DNA分子是由四

要的遗传物2022广东T12

种脱氧核苗酸构成，通

质及DNA2021全国甲T30

常有两条碱基互补配

2021山东T4

的结构对的反向平行长面，形

此部分的重重点是中心法则，考察内容涉及

成双螺旋结构，碱基的

DNA的结构、DNA作为遗传物质的证据、

互补排列顺序编码了

DNA复制、转录和翻译的过程及其特点。

遗传信息。

山东卷常设置碱基突变情境考察DNA复

3.1.3概述DNA分子通过2023山东T5

制，全国卷侧重于对翻译过程的考察，试题

半保留方式进行复制。2021山东T5

情景多以示意图形式呈现，考察考生获取信

遗传信息3.1.4概述DNA分子上的2023全国乙T5

息和解读信息的能力、调动和运用知识的情

遗传信息通过RNA指导2021广东T7

的传递与境迁移能力及分析解决问题的能力

蛋白质的合成。细胞分化2020全国IIIT1

表达的本质是基因选择性表达2020全国IIIT3

的结果，生物的性状主要

通过蛋白质表现。

基因对性状

3.1.5概述某些基因中碱基

2023山东T7

的控制及表序列不变但表型改变的表

观遗传现象

观遗传

03高频考点•以考定法I

考点一主要的遗传物质DNA的结构

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命题点一DNA的结构

典例01

（2022•浙江•高考真题）某同学欲制作DNA双螺旋结构模型，已准备了足够的相关材料，下列叙述正确的

是（）

A.在制作脱氧核甘酸时，需在磷酸上连接脱氧核糖和碱基

B.制作模型时，鸟喋吟与胞嚏咤之间用2个氢键连接物相连

C.制成的模型中，腺喋吟与胞喀咤之和等于鸟喋吟和胸腺喀咤之和

D.制成的模型中，磷酸和脱氧核糖交替连接位于主链的内侧

典例02

（2021•山东•统考高考真题）我国考古学家利用现代人的DNA序列设计并合成了一种类似磁铁的“引

子”，成功将极其微量的古人类DNA从提取自土壤沉积物中的多种生物的DNA中识别并分离出来，用

于研究人类起源及进化。下列说法正确的是（）

A.“引子”的彻底水解产物有两种

B.设计“引子”的DNA序列信息只能来自核DNA

C.设计“引子”前不需要知道古人类的DNA序列

D.土壤沉积物中的古人类双链DNA可直接与“引子”结合从而被识别

典例03

（2021•全国•统考高考真题）用一段由放射性同位素标记的DNA片段可以确定基因在染色体上的位置。某

研究人员使用放射性同位素32P标记的脱氧腺甘三磷酸（dATP,dAR〜等材料制备了DNA片段甲

（单链），对W基因在染色体上的位置进行了研究，实验流程的示意图如下。

回答下列问题：

(1)该研究人员在制备32P标记的DNA片段甲时，所用dATP的a位磷酸基团中的磷必须是32P,原因

是O

(2)该研究人员以细胞为材料制备了染色体样品，在混合操作之前去除了样品中的RNA分子，去除

RNA分子的目的是-

(3)为了使片段甲能够通过碱基互补配对与染色体样品中的W基因结合，需要通过某种处理使样品中的

染色体DNA«

(4)该研究人员在完成上述实验的基础上，又对动物细胞内某基因的mRNA进行了检测，在实验过程中

用某种酶去除了样品中的DNA,这种酶是。

命题点二DNA是主要的遗传物质

典例01

(2021•全国•高考真题)在格里菲思所做的肺炎双球菌转化实验中，无毒性的R型活细菌与被加热杀死的

S型细菌混合后注射到小鼠体内，从小鼠体内分离出了有毒性的S型活细菌。某同学根据上述实验，结合

现有生物学知识所做的下列推测中，不合理的是()

A.与R型菌相比，S型菌的毒性可能与荚膜多糖有关

B.S型菌的DNA能够进入R型菌细胞指导蛋白质的合成

C.加热杀死S型菌使其蛋白质功能丧失而DNA功能可能不受影响

D.将S型菌的DNA经DNA酶处理后与R型菌混合，可以得到S型菌

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生物主要的遗传物质DNA的结构

1.归纳遗传物质探索历程的“两标记”和“三结论”

(1)噬菌体侵染细菌实验中的两次标记的目的不同

第一次分别用含35s和32P的培养基培养大肠杆菌,目的是获得带有标记的

标记大肠杆菌

第二次分别用含35s和32P的大肠杆菌培养T2噬菌体,目的是使噬菌体带上

标记放射性标记

(2)遗传物质发现的三个实验结论

①格里菲思的体内转化实验的结论：加热致死的S型细菌中存在“转化因子”。

②艾弗里的体外转化实验的结论：DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。

③噬菌体侵染细菌实验的结论：DNA是噬菌体的遗传物质,但不能证明蛋白质不是遗传物质。

2.明确噬菌体浸染细菌实验放射性分布误差产生的三个原因

一

过

一

保

一部分噬菌体未侵染

短

温

一大肠杆菌上清液、沉

⑴32P标记—遹

时

一淀物中均有

心

间

DNA过部分大肠杆菌裂解，

一放射性

长

一释放子代噬菌体

少量35s标记的噬菌上清液、沉

⑵35s标记_搅拌墓

-体的蛋白质外壳吸淀物中均有

蛋白质外壳不充分花

附在大肠杆菌表面放射性

3.“遗传物质”探索的四种方法

分离S型细菌的多种组成物质(DNA、蛋白质、

分离

多糖等)，分别与R型细菌混合培养。缺点是物

提纯法

质纯度不能保证100%

放射性分别标记DNA和蛋白质的特有元素；将病毒

同位素的DNA与蛋白质分开，单独、直接地观察它

标记法们各自的作用

病毒将一种病毒的遗传物质与另一种病毒的蛋白质

重组法外壳重新组合，得到杂种病毒

利用酶的专一性，如加入DNA酶，将DNA水

解，观察起控制作用的物质是否还有控制作

酶解法一

用，若"有''，其遗传物质不是DNA,若“没

有”，其遗传物质可能是DNA

【易错归纳】

准确理解DNA是主要的遗传物质

(1)“DNA是主要的遗传物质”是总结多数生物的遗传物质后得出的结论，而不是由“肺炎链球菌的转化

实验”和“噬菌体侵染细菌的实验”这两个实验得出的。

(2)对于整个生物界而言，生物的遗传物质是核酸，其中绝大多数生物的遗传物质是DNA,少数病毒

的遗传物质是RNA,所以说DNA是主要的遗传物质。

4.DNA的结构

(1)理清DNA结构的两种关系和两种化学键

每个DNA分子片段中，游离的磷酸基团有1个

数量关系A—T之间有两个氢键，G—C之间有三个氢键

脱氧核糖数=磷酸数=含氮碱基数

单链中相邻碱基：通过一脱氧核糖一磷酸一脱氧核糖一连接

位置关系

互补链中相邻碱基：通过氢键相连

氢键：连接互补链中相邻碱基的化学键

化学键

磷酸二酯键：连接单链中相邻两个脱氧核昔酸的化学键

(2)双链DNA的碱基之间的关系

①双链DNA分子中常用公式：A=T、C=G、A+G=T+C=A+C=T+Go

②，，单链中互补碱基和”占该链碱基数比例="双链中互补碱基和”占双链总碱基数比例。

③某单链不互补碱基之和的比值与其互补链的该比值互为倒数。

考点二遗传信息的传递与表达

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命题点一遗传信息的传递

典例01

（2023・山东•高考真题）将一个双链DNA分子的一端固定于载玻片上，置于含有荧光标记的脱氧核昔酸的

体系中进行复制。甲、乙和丙分别为复制过程中3个时间点的图像，①和②表示新合成的单链，①的5，端

指向解旋方向，丙为复制结束时的图像。该DNA复制过程中可观察到单链延伸暂停现象，但延伸进行时

2条链延伸速率相等。已知复制过程中严格遵守碱基互补配对原则，下列说法错误的是（）

①

②

①

②

①

②

A.据图分析，①和②延伸时均存在暂停现象

B.甲时①中A、T之和与②中A、T之和可能相等

C.丙时①中A、T之和与②中A、T之和一定相等

D.②延伸方向为5'端至3'端，其模板链3'端指向解旋方向

典例02

（2021・山东•统考高考真题）利用农杆菌转化法，将含有基因修饰系统的T-DNA插入到水稻细胞M的

某条染色体上，在该修饰系统的作用下，一个DNA分子单链上的一个C脱去氨基变为U,脱氨基过程

在细胞M中只发生一次。将细胞M培育成植株No下列说法错误的是（）

A.N的每一个细胞中都含有T-DNA

B.N自交，子一代中含T-DNA的植株占3/4

C.M经n（n>l）次有丝分裂后，脱氨基位点为A-U的细胞占l/2n

D.M经3次有丝分裂后，含T-DNA且脱氨基位点为A-T的细胞占1/2

命题点二遗传信息的表达

典例01

（2023•浙江•统考高考真题）核糖体是蛋白质合成的场所。某细菌进行蛋白质合成时，多个核糖体串联在

一条mRNA上形成念珠状结构——多聚核糖体（如图所示）。多聚核糖体上合成同种肽链的每个核糖体都

从mRNA同一位置开始翻译，移动至相同的位置结束翻译。多聚核糖体所包含的核糖体数量由mRNA的

A.图示翻译过程中，各核糖体从mRNA的3,端向5,端移动

B.该过程中，mRNA上的密码子与tRNA上的反密码子互补配对

C.图中5个核糖体同时结合到mRNA上开始翻译，同时结束翻译

D.若将细菌的某基因截短，相应的多聚核糖体上所串联的核糖体数目不会发生变化

典例02

（2023•全国•统考高考真题）已知某种氨基酸（简称甲）是一种特殊氨基酸，迄今只在某些古菌（古细

菌）中发现含有该氨基酸的蛋白质。研究发现这种情况出现的原因是，这些古菌含有特异的能够转运甲的

tRNA（表示为tRNA甲）和酶E,酶E催化甲与tRNA甲结合生成携带了甲的tRNA甲（表示为甲一tRNA

甲），进而将甲带入核糖体参与肽链合成。已知tRNA甲可以识别大肠杆菌mRNA中特定的密码子，从而

在其核糖体上参与肽链的合成。若要在大肠杆菌中合成含有甲的肽链，则下列物质或细胞器中必须转入大

肠杆菌细胞内的是（）

①ATP②甲③RNA聚合酶④古菌的核糖体⑤酶E的基因⑥tRNA甲的基因

A.②⑤⑥B.①②⑤C.③④⑥D.②④⑤

典例03

（2020•全国•统考高考真题）关于真核生物的遗传信息及其传递的叙述，错误的是（）

A.遗传信息可以从DNA流向RNA,也可以从RNA流向蛋白质

B.细胞中以DNA的一条单链为模板转录出的RNA均可编码多肽

C.细胞中DNA分子的碱基总数与所有基因的碱基数之和不相等

D.染色体DNA分子中的一条单链可以转录出不同的RNA分子

典例04

（2020•全国•统考高考真题）细胞内有些tRNA分子的反密码子中含有稀有碱基次黄喋吟（I）,含有I的

反密码子在与mRNA中的密码子互补配对时，存在如图所示的配对方式（Gly表示甘氨酸）。下列说法错

A.一种反密码子可以识别不同的密码子

B.密码子与反密码子的碱基之间通过氢键结合

C.tRNA分子由两条链组成，mRNA分子由单链组成

D.mRNA中的碱基改变不一定造成所编码氨基酸的改变

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遗传信息的传递与表达

1.图解遗传信息的传递和表达

（l）DNA分子复制：DNA-DNA（以真核细胞为例）

两种重要酶：图中a为DNA;

聚合酶，b为解旋酶①时期:细胞分裂前的间期

②场所:主要为细胞核，其次

为叶绿体、线粒体

③子代DNA分开:随着丝粒

分裂，两条染色单体分开

④原料：四种脱氧核昔酸

特点:半保留复制，边解旋边复制，多起点分段复制，双向

复制

(2)转录：DNA—RNA

b与c的差异:五碳糖不同

；d：①场所:主要在细胞核（其

一一」他DNA存在处也均可）

②原料：四种核糖核甘酸

：需要一种重要酶:RNA聚合酶：③范围：几乎所有的活细胞

（3）翻译：mRNA-蛋白质

①模型一

名称」I、H、皿、IV分别为tRNA、核糖体、

「mRNA、多肽链

起点」起始密码子决定的是甲硫氨酸或缴

「氨酸

终点」识别到终止密码子（一般不决定氨

基酸）

刘雪核糖体沿着mRNA移动

②模型二

名称」①②③分别为niRNA、核糖体、多

「肽链

数量」一个mRNA可同时结合多个核糖

里系*|体，同时合成多条肽链

方向」从左向右,判断依据是多肽链的

［足短，长的翻译在前

生J合成多个氨基酸序列完全相同的

「多肽，因为模板mRNA相同

【易错归纳】

①场所问题：原核细胞中边转录边翻译；真核细胞中核基因的表达先在细胞核中转录，后在细胞质中

完成翻译过程。

②范围问题：DNA复制时以整个DNA分子为单位进行，产生两个相同的子代DNA分子。转录时，

是以基因为单位进行，产生一段RNA,该RNA分子的长度远小于DNA分子。

2.中心法则与遗传信息的传递类型

DNA病毒复RNA翻章蛋白质

"制R"一（性状）

复制型RNA

病病蓍复嬴k垫性蛋白质（性状）

毒一制

复制

中

逆转录病毒C、,，逆我nzA翻蛋白质

心"RNA林出吩京RNA莓（性状）

法

则

细分裂细胞兔域蟀RNA蜗膘

胞一制

生

物不分裂细型DNA^^RNA蛋白质（性状）

考点三基因对性状的控制及表观遗传

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命题点一基因对性状的控制

典例01

（2022・天津・高考真题）染色体架起了基因和性状之间的桥梁。有关叙述正确的是（）

A.性状都是由染色体上的基因控制的

B.相对性状分离是由同源染色体上的等位基因分离导致的

C.不同性状自由组合是由同源染色体上的非等位基因自由组合导致的

D.可遗传的性状改变都是由染色体上的基因突变导致的

典例02

（2017•全国•统考高考真题）下列有关基因型、性状和环境的叙述，错误的是（）

A.两个个体的身高不相同，二者的基因型可能相同，也可能不相同

B.某植物的绿色幼苗在黑暗中变成黄色，这种变化是由环境造成的

C.O型血夫妇的子代都是O型血，说明该性状是由遗传因素决定的

D.高茎豌豆的子代出现高茎和矮茎，说明该相对性状是由环境决定的

命题点二表观遗传

典例01

（2023•海南•高考真题）某植物的叶形与R基因的表达直接相关。现有该植物的植株甲和乙，二者R基因

的序列相同。植株甲R基因未甲基化，能正常表达；植株乙R基因高度甲基化，不能表达。下列有关叙述

正确的是（）

A.植株甲和乙的R基因的碱基种类不同

B.植株甲和乙的R基因的序列相同，故叶形相同

C.植株乙自交，子一代的R基因不会出现高度甲基化

D.植株甲和乙杂交，子一代与植株乙的叶形不同

典例02

（2022・天津・高考真题）小鼠Au基因控制黄色体毛，该基因上游不同程度的甲基化修饰会导致其表达受

不同程度抑制，使小鼠毛色发生可遗传的改变。有关叙述正确的是（）

A.Au基因的碱基序列保持不变

B.甲基化促进A"基因的转录

C.甲基化导致Au基因编码的蛋白质结构改变

D.甲基化修饰不可遗传

典例03

（2022・辽宁•统考高考真题，不定项）视网膜病变是糖尿病常见并发症之一。高血糖环境中，在DNA甲基

转移酶催化下，部分胞嚓咤加上活化的甲基被修饰为5，-甲基胞嚓咤，使视网膜细胞线粒体DNA碱基甲基

化水平升高，可引起视网膜细胞线粒体损伤和功能异常。下列叙述正确的是（）

A.线粒体DNA甲基化水平升高，可抑制相关基因的表达

B.高血糖环境中，线粒体DNA在复制时也遵循碱基互补配对原则

C.高血糖环境引起的甲基化修饰改变了患者线粒体DNA碱基序列

D.糖尿病患者线粒体DNA高甲基化水平可遗传

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基因对性状的控制和表观遗传

1.基因控制性状的途径

,等基因等蛋白质的结构镖*生物体的性状

古■+立邑甲■审

直接_JaJ

方式一至

备囊性纤维化、镰状细胞贫血

rXx基因等酶的合成告代谢过程翳髓素

方式一

——--字

嗑*豌豆的圆粒与皱粒、白化病

例

2.表观遗传

特征不发生DNA序列的变化；可遗传；受环境影响

机制DNA的甲基化；构成染色体的组蛋白发生甲基化、乙酰化修饰

►►考向预测<<

本专题内容着重考查DNA分子的结构。复制和基因表达的过程，结合选择性必修3基因工程部分

考查较多。表观遗传是考查热点，不可忽视。

.。“靠3H意1

一'同位素标记法在实验中的应用

同位素标记法是用示踪元素标记化合物，根据化合物的放射性确定物质的转移途径或对有关的化

学反应进行追踪，也称为同位素示踪法。

1.噬菌体亲子代个体与细菌之间的同位素标记关系

比较项目DNA蛋白质DNA和蛋白质

亲代噬菌体32p35s14C,3H,18O>15N

31P122

培养细菌32sC>H>160、14N

子代噬菌体32P、31P32sC、H、0、N两种都有

（1）该实验不能标记C、H、0、N这些DNA和蛋白质共有的元素，否则无法将DNA和蛋白质区

分开。

（2）35S（标记蛋白质）和32P（标记DNA）不能同时标记在同一噬菌体上，因为放射性检测时只能检测

到放射性存在的部位，不能确定是何种元素的放射性。

2.常用同位素标记法的实例

同位素标记物质研究内容结论（结果）

14暗反应中碳的转移途径发现卡尔文循环

cco2

分泌蛋白的合成、分泌过核糖体—内质网一高尔基体一

3H亮氨酸

程细胞膜

产生的。2来自H2O,而不是

18

0H2O和CC)2光合作用中02的来源

co2

15NDNADNA的复制DNA半保留复制

32pDNA

生物的遗传物质DNA是生物的遗传物质

35s蛋白质

典例01

用DNA双链均被32P标记的一个T2噬菌体侵染被35s标记的大肠杆菌，一段时间后释放出了

加个子代T2噬菌体。下列有关叙述正确的是（）

A.用32P标记T2噬菌体的方法与用35s标记大肠杆菌的方法相同

B.这打个子代T2噬菌体中，含32P的T2噬菌体所占的比例为1加

C.若子代T2噬菌体均同时含32P和35S,则该T2噬菌体只繁殖了一代

D.经过培养，得到的加个子代T2噬菌体中有3/4含有35s

二、细胞分裂过程中染色体和DNA的标记问题

1.DNA复制后DNA分子存在位置与去向

(1)2个子DNA位置：当1个DNA分子复制后形成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：

(2)子DNA去向：在有丝分裂后期或减数分裂n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.有丝分裂中染色体标记情况分析

(1)过程图解(一般只研究一条染色体)：

复制一次(母链标记，培养液不含标记同位素):

1条染色体上的1条染色体上的22条被标记的染色体

双链DNA分子条姐妹染色单体

转至不含标记同位素培养液中再培养一个细胞周期:

H再复制一次,।用着丝粒分裂

只有1条单链被只有1条单链被2条染色体中只

标记的染色体上标记的两条姐妹有1条被标记

的DNA分子染色单体

(2)规律总结：若只复制一次，产生的子染色体都带有标记；若复制两次，产生的子染色体只有一

半带有标记。

3.减数分裂中染色体标记情况分析

(1)过程图解：减数分裂一般选取一对同源染色体为研究对象，如下图(母链标记，培养液不含标

记同位素):

(2)规律总结：由于减数分裂没有细胞周期，DNA只复制一次，因此产生的子染色体都带有标

记。

典例01

如图表示某生物的精原细胞在条件X下最终形成了四个细胞，条件X可能是①精原细胞某一对

同源染色体中的一条染色体上的DNA双链均被15N标记；②精原细胞某一对同源染色体中的两条染

色体上的DNA双链均被15N标记；③进行减数分裂；④进行有丝分裂。下列有关说法正确的是（）

|某生物的精原细胞2-=再把四个细胞

A.若条件X为①③，则处于减数分裂II后期的两个次级精母细胞中均含被小N标记的染色体

B.若条件X为②③，则处于减数分裂II后期的两个次级精母细胞中均含有两条被15N标记的染

色体

C.若条件X为①③，则产生的四个精细胞一定均含被15N标记的染色体

D.若条件X为②④，则产生的四个子细胞一定均含被15N标记的染色体

三'用同位素标记法研究DNA复制的方式

1.实验方法

同位素标记法和离心技术。

2.实验原理

含15N的双链DNA密度大，含14N的双链DNA密度小，一条链含^N、一条链含的双链

DNA密度居中。

3.实验假设

DNA以半保留的方式复制。

4.实验预期

离心后应出现3条DNA带。

重带（密度最大）两条链都为15N标记的亲代双链DNA

一条链为14N标记，另一条链为15N标记的子代双链

中带（密度居中）

DNA

轻带（密度最小）两条链都为14N标记的子代双链DNA

5.实验过程

实验步骤预期结果图解分析

用

①同弧/呱田叫§

亲代

『DNA

位

素

，位于下部

标

大

记③提取

（1515）

肠N/N

菌

杆DNA,亲代DNA分子

的D

离心第一代

分NA

子/N/MN-DN4尊§

DNA位

于中部

②将15N④观察（15N/14N）

试管中第一代DNA分子

第

的大肠代

二

杆菌放DNA的一

位置DNNA于

半

在"N的位

一

中

培养基部

.1514

半

位爱送淡法

中培养于N/N-DNA

上

部第二代DNA分子

6.过程分析

(1)立即取出，提取DNA一离心一全部重带。

(2)繁殖一代后取出，提取DNA一离心一全部中带。

(3)繁殖两代后取出，提取DNA-离心-1/2轻带、1/2中带。

7.实验结论：DNA复制是以半保留的方式进行。

典伊】01

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

14

将亲本大肠杆菌转移到含NH4C1的原料中培养，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。

15

(1)用含有NH4C1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