学年高中生物人教版必修2第三章第34节DNA的复制 基因是有遗传效应的DNA片段.docx
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学年高中生物人教版必修2第三章第34节DNA的复制基因是有遗传效应的DNA片段
第3、4节
DNA的复制__基因是有遗传效应的DNA片段
1.DNA复制发生在细胞分裂的间期。
2．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。
3．DNA复制的特点是边解旋边复制和半保留复制。
4．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。
5．基因是有遗传效应的DNA片段。
6．DNA中碱基对的排列顺序表示遗传信息。
一、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：
运用同位素示踪技术。
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分子的双链均含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。
二、DNA分子复制的概念、过程及特点
1．概念理解
（1）实质：
以亲代DNA分子为模板合成子代DNA的过程。
（2）时间：
有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期。
（3）场所：
主要是细胞核。
2．过程[填图]
3．特点
（1）过程：
边解旋边复制。
（2）方式：
半保留复制。
三、基因是有遗传效应的DNA片段
1．基因与DNA分子的关系[填图]
2．DNA片段中的遗传信息
（1）遗传信息：
蕴藏在4种碱基的排列顺序之中。
（2）特点：
①多样性：
碱基排列顺序的千变万化。
②特异性：
每一个DNA分子的碱基有特定排列顺序。
（3）与生物体多样性和特异性的关系：
①DNA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。
②生物体的多样性和特异性是DNA分子多样性和特异性的客观体现。
1．判断下列叙述的正误
（1）DNA分子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DNA分子复制的准确进行（√）
（3）DNA的遗传信息蕴藏在4种碱基的排列顺序中（√）
（4）碱基排列顺序的千变万化，构成了DNA分子的多样性（√）
2．以DNA的一条链“—A—T—C—”为模板，经复制后的子链是（ ）
A．—G—A—T— B．—U—A—G—
C．—T—A—G—D．—T—U—G—
解析：
选C DNA复制依据碱基互补配对原则，以“—A—T—C—”链为模板复制得到的子链碱基顺序为“—T—A—G—”。
3．DNA分子解旋是指（ ）
A．DNA分子中碱基对之间的氢键断裂
B．DNA分子完全水解
C．DNA分子断裂
D．DNA分子不完全水解
解析：
选A DNA分子解旋是指DNA分子中碱基对之间的氢键断裂。
4．在一个细胞周期中，核DNA分子的复制过程发生在（ ）
A．间期 B．前期 C．中期 D．后期
解析：
选A 在细胞周期中，核DNA分子的复制发生在分裂间期。
5．关于基因的概念，下列叙述错误的是（ ）
A．基因是具有遗传效应的DNA片段
B．基因是DNA分子上有一定功能的脱氧核糖核苷酸特定的排列顺序
C．基因是染色体的一段
D．基因是控制生物性状的遗传物质的结构单位和功能单位
解析：
选C 染色体是基因的载体，基因是具有遗传效应的DNA片段。
1．对DNA复制的理解
（1）能够进行DNA复制的生物：
一切以DNA为遗传物质的生物。
（2）DNA复制的场所：
细胞生物DNA复制主要场所是细胞核，但在拟核、线粒体、叶绿体中也能进行DNA复制；病毒的DNA复制在宿主细胞内。
（3）真核生物细胞核中DNA复制发生的时间：
在体细胞中发生在有丝分裂间期；在有性生殖过程中发生在减数第一次分裂前的间期。
（4）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解旋酶的作用是破坏碱基间的氢键。
②DNA聚合酶的作用是连接游离的脱氧核苷酸。
2．DNA分子复制中相关计算的规律方法
DNA分子复制为半保留复制，若将一个被15N标记的DNA转移到含14N的培养基中培养（复制）若干代，其结果分析如下：
（1）子代DNA共
2n个，其中
（2）脱氧核苷酸链共
2n＋1条，其中
（3）消耗的脱氧核苷酸数：
①若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，则经过n次复制需要消耗游离的该脱氧核苷酸为m×（2n－1）个。
②若进行第n次复制，则需消耗游离的该脱氧核苷酸数为m×2n－1个。
[思考探究]
（1）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。
（2）DNA复制n次与第n次复制各形成多少个DNA分子？
提示：
DNA复制n次形成2n个DNA分子，第n次复制形成2n－1个DNA分子。
[题组冲关]
1．某亲本DNA分子双链均以白色表示，以灰色表示第一次复制出的DNA子链，以黑色表示第二次复制出的DNA子链，该亲本双链DNA分子连续复制两次后的产物是（ ）
解析：
选D DNA的复制方式为半保留复制，复制第一次时，由1个DNA复制成的2个DNA都是一条链为白色，一条链为灰色；第二次复制时，2个DNA复制成4个DNA，有8条链，新产生4条链为黑色，分别与原来的链结合。
2．下图为真核细胞DNA复制过程示意。
据图分析，下列相关叙述错误的是（ ）
A．由图示得知，子链是沿着一定方向延伸的
B．合成两条子链时，DNA聚合酶移动的方向是相反的
C．细胞内的DNA复制场所有细胞核、叶绿体、线粒体
D．解旋需解旋酶及DNA聚合酶的催化，且需要消耗ATP
解析：
选D 由题图可知，A、B正确；真核细胞内的DNA分布在细胞核、线粒体和叶绿体中，这三个结构都可以进行DNA复制；解旋不需要DNA聚合酶参与。
3．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分子在含14N的培养基中连续复制4次。
下列结果不可能的是（ ）
A．含有14N的DNA分子占7/8
B．含有15N的脱氧核苷酸链占1/16
C．复制过程中需游离腺嘌呤脱氧核苷酸600个
D．复制后共产生16个DNA分子
解析：
选A DNA进行的是半保留复制，又因所用培养基含14N，所以后代含14N的DNA分子占100%；1个DNA分子连续复制4次会得到16个DNA分子，32条脱氧核苷酸链，其中有2条脱氧核苷酸链为母链（含15N），位于两个子代DNA分子中，故含15N的脱氧核苷酸链占1/16；DNA分子中不相配对的两种碱基之和等于碱基总数的一半，C与A不配对，故该DNA中A有200×1/2－60＝40（个），而该DNA分子连续复制4次会得到16个DNA，相当于新合成15个DNA分子，故需要游离腺嘌呤脱氧核苷酸为15×40＝600（个）。
[归纳拓展]
有关DNA分子复制相关计算的两个注意点
（1）分析被标记DNA分子所占的比例时，应注意求的是DNA分子数，还是脱氧核苷酸链数；看准是“含”还是“只含”；还应注意培养液中化学元素的不同。
（2）在计算消耗脱氧核苷酸数时要明确是经过n次复制还是第n次复制。
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。
[题组冲关]
4．下列有关染色体、DNA、基因三者关系的叙述，错误的是（ ）
A．每条染色体上含有一个或两个DNA，一个DNA分子上含有多个基因
B．生物的遗传中，染色体的行为决定着DNA和基因的行为
C．三者都是生物细胞内的主要遗传物质
D．三者都能复制、分离和传递
解析：
选C DNA是主要的遗传物质，而染色体不是遗传物质，染色体上还含有蛋白质。
一个DNA分子上有多个基因，基因是有遗传效应的DNA片段。
染色体的行为决定着DNA和基因的行为。
在生命活动过程中，基因、DNA都会随染色体的复制而复制。
5．如图是果蝇某条染色体上的一段DNA分子的示意图。
下列说法正确的是（ ）
A．白眼基因含有多个核糖核苷酸
B．白眼基因是有遗传效应的DNA片段
C．白眼基因位于细胞质内
D．白眼基因基本组成单位是4种碱基
解析：
选B 基因是有遗传效应的DNA片段，其基本组成单位与DNA相同，即为脱氧核苷酸，脱氧核苷酸共有4种；每个DNA分子上含有很多个基因，每个基因中含有许多个脱氧核苷酸；染色体是DNA的主要载体，白眼基因位于染色体上，是细胞核基因。
一、选择题
1．下列不属于DNA复制条件的是（ ）
A．解旋酶、DNA聚合酶 B．脱氧核苷酸
C．DNA模板和能量D．核糖核苷酸
解析：
选D DNA分子复制时需要以原DNA分子为模板，ATP提供能量，以脱氧核苷酸为原料，在解旋酶和DNA聚合酶的作用下，按碱基互补配对原则，完成复制过程，该过程不需要核糖核苷酸。
2．保证准确无误地进行DNA复制的关键步骤是（ ）
A．解旋酶促使DNA的两条互补链分离
B．游离的脱氧核苷酸上的碱基与母链碱基进行互补配对
C．配对的脱氧核苷酸之间连接成与母链互补的子链
D．模板母链与互补子链盘绕成双螺旋结构
解析：
选B 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，保证了复制能够精确地进行。
3．DNA分子复制时需要解旋，下列哪一组碱基对被解开（ ）
A．鸟嘌呤和腺嘌呤B．胸腺嘧啶和胞嘧啶
C．腺嘌呤和胸腺嘧啶D．腺嘌呤和胞嘧啶
解析：
选C 根据碱基互补配对原则，A与T配对，G与C配对，在DNA分子复制时，解旋酶解开配对碱基间的氢键。
4．下列关于DNA分子和基因相互关系的叙述，不正确的是（ ）
A．基因是具有遗传效应的DNA片段
B．生物体的DNA分子数目小于基因数目
C．基因在DNA上，DNA上所有序列都属于基因
D．基因并不是碱基对随机排列成的DNA片段
解析：
选C DNA分子上分布着多个基因，基因是具有遗传效应的DNA片段，基因位于DNA分子上，DNA上还包含不具有遗传效应的片段，这些片段不能称为基因。
5．如图是用集合的方法表示各种概念之间的关系，其中与图示相符的是（ ）
选项
1
2
3
4
A
染色体
DNA
RNA
基因
B
DNA
基因
脱氧核苷酸
碱基
C
核酸
DNA
脱氧核苷酸
基因
D
核酸
染色体
DNA
基因
解析：
选B 基因是DNA的一个片段，基因的基本组成单位是脱氧核苷酸，碱基是组成
脱氧核苷酸的成分之一。
6．右图表示发生在细胞核内的某生理过程，其中a、b、c、d表示脱氧核苷酸链。
以下说法正确的是（ ）
A．此过程需要能量和尿嘧啶脱氧核苷酸
B．真核细胞中此过程发生的唯一场所是细胞核
C．b链中（A＋G）/（T＋C）的值一定与c链中的相同
D．正常情况下，a、d链都应该到不同的细胞中去
解析：
选D 据图可知，此生理过程是DNA的复制。
该过程需要的脱氧核苷酸有腺嘌呤脱氧核苷酸、鸟嘌呤脱氧核苷酸、胸腺嘧啶脱氧核苷酸和胞嘧啶脱氧核苷酸；真核生物发生此过程的场所有细胞核、线粒体和叶绿体；b链中（A＋G）/（T＋C）的值与c链中的此比值呈倒数关系。
7．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．DNA分子复制过程需要酶的催化，也需要消耗ATP
B．这一过程是在细胞分裂间期随着染色体的复制而完成的
C．由图可知该过程是边解旋边双向复制，是多个起点同时开始的
D．真核生物的这种复制方式提高了复制效率
解析：
选C DNA分子复制需要模板、原料、酶和能量等基本条件；DNA分子复制是在细胞有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期，随着染色体的复制而完成的；由图可知DNA分子的复制是一个边解旋边复制的过程，且是多个起点开始，但并不是同时开始的；真核生物的这种复制方式使复制效率大大提高。
二、非选择题
8．分析下图，回答有关问题：
（1）图中B是________，C是________，D是________，F是________，G是________。
（2）F的基本组成单位是图中的________，共有________种。
F与H的关系是___________。
（3）图中E和F的关系是____________________________________________________。
决定F结构多样性的是________的排列顺序。
（4）通常情况下，1个H中含________个F,1个F中含有________个E,1个E中含有________个D。
解析：
DNA的基本组成单位是脱氧核苷酸，它由1分子磷酸、1分子脱氧核糖和1分子含氮碱基组成；基因是有遗传效应的DNA片段；染色体是遗传物质DNA的主要载体；1条染色体上通常情况下含有一个DNA分子，一个DNA分子上有很多个基因，1个基因由成百上千个脱氧核苷酸构成。
答案：
（1）脱氧核糖 含氮碱基 脱氧核苷酸 DNA 蛋白质
（2）D 4 H是F的主要载体 （3）E是有遗传效应的F的片段 D （4）1 许多 成百上千
9．将亲代DNA用15N标记，放在含有14N的培养基上培养，如图是DNA复制图解，请据图回答问题：
（1）图中长方形A表示______，图中的箭头B表示________________，图中体现了DNA复制的特点是________________。
（2）DNA复制完一次后，2个子代DNA分子共有______个游离的磷酸基团。
分析得知，新合成的DNA分子中，A＝T，G＝C。
这个事实说明DNA的合成遵循________________。
新合成的DNA分子中，带有15N标记的链占总链数的50%，这个事实说明__________。
（3）15N标记的DNA分子复制4次后，含14N的DNA分子占DNA分子总数的________，若该DNA分子共有300个碱基对，其中胞嘧啶为260个，则第4次复制时，消耗的腺嘌呤脱氧核苷酸为________个。
解析：
（1）A催化游离的脱氧核苷酸形成互补链，是DNA聚合酶，箭头B代表的是复制的方向，从图中能够看出DNA边解旋边复制的特点。
（2）每个DNA分子的两条链中，每一条链都有一个游离的磷酸基团，所以复制后形成的2个DNA分子共有4个游离的磷酸基团；在DNA分子复制的过程中遵循碱基互补配对的原则；新DNA分子中新链和旧链各占一半，表现了DNA分子的半保留复制的特点。
（3）由于DNA分子的半保留复制的特点，所以含有15N的DNA分子只有2个，经4次复制后共产生了16个DNA分子，而每个DNA分子中都含14N；300个碱基对的DNA分子，含有胞嘧啶260个，则含有腺嘌呤为40个，则第4次复制过程中，会增加8个新DNA分子，所以需要游离的腺嘌呤320个。
答案：
（1）DNA聚合酶 DNA复制方向 边解旋边复制
（2）4 碱基互补配对原则 DNA复制方式为半保留复制
（3）100% 320
一、选择题
1．真核细胞内某基因由1000对脱氧核苷酸组成，其中碱基A占20%。
下列说法正确的是（ ）
A．该基因一定存在于染色体上
B．该基因的一条脱氧核苷酸链中（C＋G）/（A＋T）的值为3/2
C．DNA解旋酶能催化该基因水解为多个脱氧核苷酸
D．该基因复制3次，需游离的鸟嘌呤脱氧核苷酸2800个
解析：
选B 真核细胞内的基因包括核基因和质基因，质基因不会存在于染色体上；根据已知条件可知：
在该基因中，A＝T＝400（个），G＝C＝600（个），DNA分子中，一条单链的（C＋G）/（A＋T）的值与整个DNA分子中（C＋G）/（A＋T）的值相等，本题中（C＋G）/（A＋T）的值为3/2；解旋酶只能将DNA分子解旋，不能将基因水解成脱氧核苷酸；该基因复制3次，需游离的鸟嘌呤脱氧核苷酸为600×（23－1）＝4200（个）。
2．科学研究发现，小鼠体内HMGIC基因与肥胖直接相关。
具有HMGIC基因缺陷的实验鼠与作为对照的小鼠，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HMGIC基因缺陷的实验鼠体重仍然保持正常，说明（ ）
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：
选C HMGIC基因缺陷的小鼠体重保持正常，而含有HMGIC基因的小鼠变得肥胖，说明基因具有遗传效应。
3．一个未标记DNA分子在15N的环境中复制，若子一代DNA的一条单链出现差错，则子二代DNA中，差错DNA单链和含15N的DNA分子分别占（ ）
A．1/3,1B．1/4,1
C．1/3,1/2D．1/4,1/2
解析：
选B 一个未标记的DNA分子在15N的环境中复制两次后，形成的4个DNA分子全部被标记。
若子一代1条单链出现差错，则子二代中有2条单链出现差错，所占比例为1/4。
4．某双链DNA分子中含有200个碱基，一条链上A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，则该DNA分子中（ ）
A．四种含氮碱基A∶T∶G∶C＝3∶3∶7∶7
B．连续复制两次，需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸120个
C．碱基排列方式共有4100种
D．嘌呤总数大于嘧啶总数
解析：
选A 该DNA分子的一条链上A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，另一条链上A∶T∶G∶C＝2∶1∶4∶3，故整个DNA分子中A∶T∶G∶C＝3∶3∶7∶7；该DNA分子中A、T各30个，G、C各70个，连续复制两次，需要腺嘌呤脱氧核苷酸数为30×（22－1）＝90（个）；该DNA分子含有100个碱基对，30个A—T碱基对，70个G—C碱基对，碱基排列方式小于4100种；一个DNA分子中嘌呤总数和嘧啶总数相等。
5．用15N标记细菌的DNA分子，再将它们放入含14N的培养基中连续繁殖4代，a、b、c为3种DNA分子：
a只含15N，b同时含14N和15N，c只含14N，如下图，这3种DNA分子的比例正确的是（ ）
解析：
选D 假设亲代DNA分子为n个，则繁殖4代后，DNA分子总数为16n，其中，只含15N的DNA分子为0个，同时含14N和15N的DNA分子有2n个，只含14N的DNA分子有14n个，它们呈现的比例为D图所示。
6．假设1个双链均被32P标记的噬菌体DNA由5000个碱基对组成，其中腺嘌呤占全部碱基的20%。
用这个噬菌体侵染只含31P的大肠杆菌，共释放出100个子代噬菌体。
下列叙述不正确的是（ ）
A．该过程至少需要3×105个鸟嘌呤脱氧核苷酸
B．噬菌体增殖需要细菌提供场所、原料和酶等
C．含32P与只含31P的子代噬菌体的比例为1∶49
D．噬菌体DNA复制在宿主细胞中进行
解析：
选A A＝T＝5000×2×20%＝2000，G＝C＝5000×2×30%＝3000。
DNA复制n次后需要加入鸟嘌呤脱氧核苷酸的个数＝（2n－1）×3000（个），因此DNA复制中需要鸟嘌呤脱氧核苷酸数＝99×3000＝2.97×105（个）。
噬菌体侵染细菌时，噬菌体的DNA进入作为模板，需要细菌提供场所、原料和酶等。
1个被32P标记的噬菌体经半保留复制形成的100个子代噬菌体中有2个子代噬菌体含32P,98个只含31P，所以含32P的子代噬菌体与只含31P的子代噬菌体的比例为2∶98＝1∶49；噬菌体DNA复制在细菌细胞中进行。
7．将DNA双链均含15N的大肠杆菌放在含有14N的普通培养液中培养，8h后提取DNA进行分析，得出含15N的DNA占总DNA的比例为1/16，则大肠杆菌的分裂周期是（ ）
A．1.3hB．1.6h
C．2.0hD．4.0h
解析：
选B DNA的复制方式为半保留复制，1个DNA分子复制n次后形成2n个DNA分子，其中2个DNA分子含母链DNA。
一个含15N的双链DNA分子，在含有14N的普通培养液中培养n代，子代中含15N的DNA占总DNA的比例为2/2n，根据2/2n＝1/16，解得n＝5，即8hDNA复制了5次，则分裂周期为8/5＝1.6（h）。
8．下图表示DNA复制的过程，结合图示判断，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，生成的两条子链方向相反
C．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
D．DNA的两条子链都是连续合成的
解析：
选D 由图可知，两条子链中，一条是连续合成的，另一条是不连续合成的。
二、非选择题
9．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分子均为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（Ⅰ和Ⅱ），用某种离心方法分离得到的结果如下图所示：
请分析回答：
（1）由实验结果可推测第一代（Ⅰ）细菌DNA分子中一条链含________，另一条链含________。
（2）将第一代（Ⅰ）细菌转移到含15N的培养基上繁殖一代，将所得到细菌的DNA用同样方法分离，请参照甲图，将DNA分子可能出现在试管中的位置在乙图中标出。
（3）若将15N DNA（亲代）的大肠杆菌在14N培养基上连续复制3次，则所产生的子代DNA中全含15N（重DNA），一条链含15N（中DNA）及两条链均不含15N（轻DNA）的比例为________，在这些子代DNA中，含15N的链与全部子代DNA链的比例为______________。
（4）若一个DNA分子的一条单链中
＝1.5，此比例在其互补链中的比值是______________；在整个DNA分子中的比值是______________。
以该单链为模板合成的子代DNA分子中，A＋G的总含量占________。
答案：
（1）14N 15N
（2）如右图
（3）0∶2∶6 2∶16（或1∶8）
（4）2/3 1 50%
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