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14NDNA（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15NDNA（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15NDNA（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%