届高中生物一轮复习人教版DNA分子的结构复制以及基因的本质学案.docx

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届高中生物一轮复习人教版DNA分子的结构复制以及基因的本质学案

2020届一轮复习人教版DNA分子的结构、复制以及基因的本质学案

[考纲明细]　1.DNA分子结构的主要特点（Ⅱ）　2.DNA分子的复制（Ⅱ）　3.基因的概念（Ⅱ）

考点1　DNA分子的结构及相关计算

1．DNA双螺旋模型构建者：

沃森和克里克。

2．DNA双螺旋结构的形成

3．DNA的双螺旋结构

（1）DNA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===T（两个氢键）、G≡C（三个氢键）。

深挖教材

（1）DNA分子都是双链结构吗？

提示　并非所有的DNA分子均具“双链”，有的DNA分子为单链。

（2）DNA分子都是“链状”的吗？

提示　目前发现链状的DNA存在于真核细胞的细胞核中，并与蛋白质结合组成染色体，而细胞器（线粒体、叶绿体）DNA、原核细胞中的DNA以及病毒DNA均为环状。

4．DNA分子结构特点

（必修2P48旁栏思考T1）沃森和克里克在构建模型过程中，利用他人的经验和成果有：

①组成DNA分子的单位是脱氧核苷酸；DNA分子是由含4种碱基的脱氧核苷酸长链构成的；②英国科学家威尔金斯和富兰克林提供的DNA的X射线衍射图谱；③美国生物化学家鲍林揭示生物大分子结构的方法（1950年），即按照X射线衍射分析的实验数据建立模型的方法；④奥地利著名生物化学家查哥夫的研究成果：

腺嘌呤（A）的量总是等于胸腺嘧啶（T）的量，鸟嘌呤（G）的量总是等于胞嘧啶（C）的量这一碱基之间的数量关系。

（必修2P51基础题T1改编）下图为大肠杆菌DNA分子片段，分析并回答下列问题。

（1）图中2是核糖还是脱氧核糖？

________。

1、2、3构成了一个完整的脱氧核苷酸分子，据图推测其中文名称是___________________________________。

（2）图中的碱基对5和6是G－C、A－T还是A－U？

______________。

你的判断理由是什么？

____________________________。

（3）每个DNA片段中有几个游离的磷酸基团？

________。

（4）图中a处为________键，用________酶可将其断裂，b处为________键，该键形成时需________酶参与，其断裂时需用________酶。

答案　

（1）脱氧核糖　胞嘧啶脱氧核苷酸或鸟嘌呤脱氧核苷酸

（2）A－T　5与6间有2个氢键，应为A－T，DNA分子中无U

（3）2个

（4）氢　解旋　磷酸二酯　DNA聚合酶或DNA连接　限制

1．解读两种DNA结构模型

（1）由图1可解读以下信息

（2）图2是图1的简化形式，其中①是磷酸二酯键，③是氢键。

解旋酶作用于③部位，限制性核酸内切酶和DNA连接酶作用于①部位。

（3）碱基对数与氢键数的关系

若碱基对数为n，则氢键数为2n～3n，若已知A有m个，则氢键数为3n－m。

2．关于碱基互补配对的四大规律总结

规律一：

DNA双链中的A＝T、G＝C，两条互补链的碱基总数相等，任意两个不互补的碱基之和恒等，占碱基总数的50%，即：

A＋G＝T＋C＝A＋C＝T＋G。

规律二：

非互补碱基之和的比例在整个DNA分子中为1，在两条互补链中互为倒数。

如在一条链中

＝a，则在互补链中

＝

，而在整个DNA分子中

＝1。

规律三：

互补碱基之和的比例在整个DNA分子中以及任何一条链中都相等。

如在一条链中

＝m，则在互补链及整个DNA分子中

＝m。

规律四：

在双链DNA及其转录的RNA之间有下列关系，设双链DNA中a链的碱基为A1、T1、C1、G1，b链的碱基为A2、T2、C2、G2，则A1＋T1＝A2＋T2＝RNA分子中（A＋U）＝（1/2）×DNA双链中的（A＋T）；G1＋C1＝G2＋C2＝RNA分子中（G＋C）＝（1/2）×DNA双链中的（G＋C）。

注：

由2n个脱氧核苷酸形成双链DNA分子过程中，可产生H2O分子数为（n－1）＋（n－1）＝2n－2。

题组

　DNA分子结构及特点

1．（2019·江西上饶高三月考）如图为DNA分子结构示意图，对该图的不正确描述是（　　）

A．②和③相间排列，构成DNA分子的基本骨架

B．DNA分子中的脱氧核苷酸序列代表了遗传信息

C．④不能称作胞嘧啶脱氧核苷酸

D．当细胞内DNA复制时，⑨的断开需要酶作用

答案　A

解析　①磷酸和②脱氧核糖的交替排列构成了DNA分子的基本骨架，A错误；DNA分子中的脱氧核苷酸序列代表了遗传信息，B正确；图中④不能表示胞嘧啶脱氧核苷酸，②、③和下一个磷酸才能构成胞嘧啶脱氧核苷酸，C正确；细胞内DNA复制时，⑨氢键的断开需要解旋酶，D正确。

2．下列关于DNA分子结构的叙述，正确的是（　　）

A．DNA分子是以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的单链结构

B．DNA分子中的每个磷酸均连接着一个脱氧核糖和一个碱基

C．DNA分子两条链之间总是嘌呤与嘧啶形成碱基对

D．DNA分子一条链上的相邻碱基通过磷酸—脱氧核糖—磷酸相连

答案　C

解析　DNA分子是以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的双链结构，A错误；DNA分子中的绝大多数磷酸连接着两个脱氧核糖，且磷酸不与碱基直接相连，B错误；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，D错误。

题组

　DNA分子结构的相关计算

3．在一个DNA分子中，腺嘌呤与胸腺嘧啶之和占全部碱基数目的54%，其中一条链中鸟嘌呤、胸腺嘧啶分别占该链碱基总数的22%和28%，则由该链转录的信使RNA中鸟嘌呤占碱基总数的（　　）

A．24%B．22%

C．26%D．23%

答案　A

解析　双链DNA中，A＋T占全部碱基总数的54%，则一条单链中A＋T占该链碱基总数的54%，按下面的图示分析可得mRNA中G与碱基总数的比值为24%。

4．一个DNA分子的一条链上，腺嘌呤与鸟嘌呤数目之比为2∶1，两者之和占DNA分子碱基总数的24%，则该DNA分子的另一条链上，胸腺嘧啶占该链碱基数目的（　　）

A．32%B．24%

C．14%D．28%

答案　A

解析　已知DNA分子的一条链上，A∶G＝2∶1，且A＋G之和占DNA分子碱基总数的24%，依据碱基互补配对原则，该链的碱基总数占DNA分子碱基总数的

，所以该链中A＋G之和占该链碱基总数的48%，从而推出该链中A占该链碱基总数的32%，另一条链上的T和该链中的A相等，即另一条链上的胸腺嘧啶占该链碱基总数的32%，A正确。

5．（2018·安徽皖江名校联盟联考）已知某双链DNA分子（非环状）的一条单链中（A＋C）/（T＋G）＝m，下列相关叙述中错误的是（　　）

A．该DNA分子中（A＋C）/（A＋C＋T＋G）＝0.5

B．该DNA分子中游离的磷酸基团位于DNA分子的两端

C．该DNA分子中的（A＋C）/（T＋G）＝1

D．该DNA分子的特异性取决于碱基的种类及其比例

答案　D

解析　在双链DNA分子中，A＝T，C＝G，因此该DNA分子中（A＋C）/（A＋C＋T＋G）＝0.5，A正确；每个链状DNA分子含有2个游离的磷酸基团，分别位于DNA分子的两端，B正确；整个DNA分子中，A＝T，G＝C，所以（A＋C）/（T＋G）＝1，C正确；DNA分子的特异性表现在不同DNA分子有特定的碱基排列顺序，D错误。

技法提升

三步解决DNA分子中有关碱基比例计算

第一步：

搞清题中已知的和所求的碱基比例是占整个DNA分子碱基的比例，还是占DNA分子一条链上碱基的比例。

第二步：

画一个DNA分子模式图，并在图中标出已知的和所求的碱基。

第三步：

根据碱基互补配对原则及其规律进行计算。

考点2　DNA复制及基因的概念

1．DNA分子的复制

（1）概念、时间和场所

（2）过程

（3）特点和方式

①特点：

边解旋边复制。

②方式：

半保留复制。

（4）准确复制的原因和意义

①原因：

DNA具有独特的

双螺旋结构，为复制提供精确的模板；

碱基互补配对原则，保证了复制能准确进行。

②意义：

DNA分子通过复制，将遗传信息从亲代传给了子代，保持了遗传信息的

连续性。

2．基因、DNA、染色体的关系

1．DNA半保留复制的实验分析与影响因素

（1）DNA半保留复制的实验分析

①实验方法：

放射性同位素示踪法和密度梯度离心技术。

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14N、一条链含15N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。

a．重带（密度最大）：

两条链都为15N标记的亲代双链DNA。

b．中带（密度居中）：

一条链为14N标记，另一条链为15N标记的子代双链DNA。

c．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

⑥过程分析

a．立即取出，提取DNA→离心→全部重带。

b．繁殖一代后取出，提取DNA→离心→全部中带。

c．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的复制是以半保留方式进行的。

（2）影响DNA复制的外界因素

2.“图解法”分析DNA复制相关计算

（1）将含有15N的DNA分子放在含有14N的培养基上培养，复制n（n>0）次，则：

（2）DNA复制中消耗的脱氧核苷酸数

①若亲代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为m·（2n－1）。

②第n次复制需要该种脱氧核苷酸数为m·2n－1。

3．DNA复制与细胞分裂中染色体标记问题

（1）减数分裂与有丝分裂中染色体标记情况分析

①减数分裂中染色体标记情况分析

如果用3H标记细胞中的DNA分子，然后将细胞放在正常环境中培养，让其进行减数分裂，结果染色体中的DNA标记情况如图所示：

由图可以看出，减数分裂过程中细胞虽然连续分裂2次，但DNA只复制1次，所以四个子细胞中所有DNA分子均呈杂合状态，即“

”。

②有丝分裂中染色体标记情况分析

如果用3H标记细胞中的DNA分子，然后将细胞放在正常环境中培养，连续进行2次有丝分裂，与减数分裂过程不同，因为有丝分裂是复制1次分裂1次，因此这里实际上包含了2次复制。

由图可以看出，第一次有丝分裂形成的两个子细胞中所有DNA分子均呈杂合状态，即“

”。

第二次有丝分裂复制后的染色体上两条单体中只有一条单体含有3H，即DNA分子为“

”，而另一条单体只有1H，即DNA分子为“

”，在后期时两条单体的分离是随机的，所以最终形成的子细胞中可能都含有3H，也可能不含3H，含有3H的染色体条数是0～2n条（体细胞染色体条数是2n）。

（2）四步法解决细胞分裂中染色体标记问题

第一步

画出含一条染色体的细胞图，下方画出该条染色体上的1个DNA分子，用竖实线表示含同位素标记

第二步

画出复制一次，分裂一次的子细胞染色体图，下方画出染色体上的DNA链，未被标记的新链用竖虚线表示

第三步

再画出第二次复制（分裂）后的细胞的染色体组成和DNA链的情况

第四步

若继续推测后期情况，可想象着丝点分裂，染色单体分开的局面，并进而推测子细胞染色体的情况

题组

　DNA分子复制过程及特点

1．（2018·湖南高三段考）下列有关DNA复制的叙述，错误的是（　　）

A．有丝分裂和减数分裂过程中均可以进行

B．DNA解旋之后复制随之开始

C．复制后每个新DNA分子含一条母链和一条新子链

D．复制的场所可以发生在细胞核和细胞质中

答案　B

解析　DNA的复制通常发生在有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期，A正确；DNA分子复制是边解旋边复制的过程，B错误；DNA分子复制是半保留复制，复制后每个新DNA分子含一条母链和一条新子链，C正确；复制的场所主要发生在细胞核中，在细胞质的线粒体和叶绿体中也能进行DNA分子复制，D正确。

2．如图表示DNA复制的过程，结合图示判断，下列有关叙述错误的是（　　）

A．DNA复制过程中首先需要解旋酶破坏DNA双链之间的氢键，解开双链

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为DNA片段

答案　C

解析　DNA复制过程的第一步是解旋，需要用解旋酶破坏DNA双链之间的氢键，使两条链解开，A正确；由图可知，DNA分子的复制具有双向复制的特点，且生成的两条子链的方向相反，B正确；图中DNA复制只有一个起点，不能说明DNA分子具有多起点复制的特点，C错误；DNA分子复制时，需要DNA聚合酶将单个脱氧核苷酸连接成DNA片段，D正确。

题组

　DNA复制的相关计算

3．在一个密闭的容器里，用含有同位素13C的脱氧核苷酸合成一个DNA分子，然后加入普通的含12C的脱氧核苷酸，经n次复制后，所得DNA分子中含12C的脱氧核苷酸链数与含13C的脱氧核苷酸链数之比是（　　）

A．2n∶1B．（2n－2）∶n

C．（2n－2）∶2D．（2n－1）∶1

答案　D

解析　根据题意分析可知：

n次复制后共得到DNA分子2n个，共有脱氧核苷酸链2n×2条；由于DNA分子复制的特点是半保留复制，形成的子代DNA中有两条链是模板链13C；新合成的子链含12C，一共有2n×2－2条，所以DNA分子中含12C的脱氧核苷酸链数与含13C的脱氧核苷酸链数之比是：

（2n×2－2）∶2＝（2n－1）∶1。

4．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14N培养基中连续复制4次，其结果可能是（　　）

A．含有14N的DNA占100%

B．复制过程中需游离的腺嘌呤脱氧核苷酸640个

C．含15N的单链占

D．子代DNA中嘌呤与嘧啶之比是2∶3

答案　A

解析　由于DNA分子的复制是半保留复制，最终只有2个子代DNA各含1条15N链，1条14N链，其余DNA都只含14N，故全部子代DNA都含14N，A正确；含有100个碱基对200个碱基的DNA分子，其中有胞嘧啶60个，解得A＝40个，故复制过程中需腺嘌呤脱氧核苷酸的个数为（24－1）×40＝600，B错误；DNA复制为半保留复制，不管复制几次，最终子代DNA都保留亲代DNA的2条母链，故最终有2个子代DNA含15N，所以含有15N的DNA分子占

，含15N的单链占

＝

，C错误；在双链DNA分子中，C＝G，A＝T，所以（A＋G）∶（T＋C）＝1∶1，D错误。

5．某DNA分子有500个碱基对，其中含有鸟嘌呤300个，该DNA进行连续复制，经测定最后一次复制消耗了周围环境中3200个腺嘌呤脱氧核苷酸，则该DNA分子共复制了多少次（　　）

A．3次B．4次

C．5次D．6次

答案　C

解析　已知该DNA分子有500个碱基对，其中含有300个G，则A与T均为200个；最后一次复制消耗了3200个A，因此，最后一次复制净产生的DNA分子数为3200/200＝16（个），则经过复制后，形成的DNA分子总数为32个，因此，这个DNA分子共进行了5（25＝32）次复制。

题后归纳

“DNA复制”相关题目的4点“注意”

（1）注意“DNA复制了n次”和“第n次复制”的区别，前者包括所有的复制，但后者只包括第n次的复制。

（2）注意碱基的单位是“对”还是“个”。

（3）切记在DNA复制过程中，无论复制了几次，含有亲代脱氧核苷酸单链的DNA分子都只有两个。

（4）看清试题中问的是“DNA分子数”还是“链数”，“含”还是“只含”等关键词，以免掉进陷阱。

题组

　DNA复制与细胞分裂问题

6．（2019·吉林实验中学第三次月考）果蝇的体细胞含有8条染色体。

现有一个果蝇体细胞，它的每条染色体的DNA双链都被32P标记。

如果把该细胞放在不含32P的培养基中培养，使其连续分裂，那么将会在第几次细胞分裂中出现：

每个细胞的中期和后期分别有8条、8条被标记的染色体（　　）

A．第1次B．第2次

C．第3次D．第4次

答案　B

解析　由于DNA的复制是半保留复制，所以在第一次有丝分裂结束后果蝇的体细胞中均含有8条染色体，8个DNA，每个DNA的2条链中均含1条标记链和一条非标记链。

在第二次有丝分裂时，间期复制完成时会有16个DNA，但是这16个DNA中，有8个DNA均是含1条标记链和一条非标记链，另外8个均是非标记链；中期由于着丝点没有分裂，所以每条染色体上有2个DNA，一个是1条标记链和一条非标记链，另一个是只有非标记链，所以在中期会有8条染色体有标记；后期着丝点分裂，每条染色体上的DNA随着姐妹染色单体的分开而分开，在后期形成16条染色体，其中只有8条含有标记，这8条染色体中的DNA是含1条标记链和一条非标记链。

所以将会在第2次细胞分裂中，出现中期和后期都有8条染色体被标记的现象，B正确。

7．小鼠的睾丸中一个精原细胞在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸培养基中完成一个细胞周期，然后在不含放射性标记的培养基中继续完成减数分裂过程，其染色体的放射性标记分布情况是（　　）

A．初级精母细胞中每条染色体的两条单体都被标记

B．次级精母细胞中每条染色体都被标记

C．只有半数精细胞中有被标记的染色体

D．产生的四个精细胞中的全部染色体，被标记数与未被标记数相等

答案　D

解析　一个精原细胞在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸培养基中完成一个细胞周期后，每条染色体的DNA分子有一条链被标记，然后在不含放射性标记的培养基中继续完成减数分裂过程，初级精母细胞中每条染色体只有一条染色单体被标记，A错误；着丝点分裂后的次级精母细胞有一半的染色体被标记，B错误；由于染色体的随机结合，含有被标记染色体的精细胞的比例不能确定，C错误；整体来看，产生的四个精细胞中的全部染色体，被标记数与未被标记数相等，D正确。

题组

　DNA半保留复制的实验分析

8．细菌在含15N的培养基中繁殖数代后，细菌DNA的含氮碱基均含有15N，然后再将其移入含14N的培养基中培养，提取亲代及子代的DNA，离心分离，如图①～⑤为可能的结果，下列叙述错误的是（　　）

A．子一代DNA应为②B．子二代DNA应为①

C．子三代DNA应为④D．亲代的DNA应为⑤

答案　C

解析　由题意可知，子一代的DNA应为全中14N/15N，即图②，A正确；子二代DNA应为1/2中14N/15N、1/2轻14N/14N，即图①，B正确；子三代DNA应为1/4中14N/15N、3/4轻14N/14N，即图③，而不是全轻14N/14N，C错误；亲代的DNA应为全重15N/15N，即图⑤，D正确。

9．DNA的复制方式可以通过设想来进行预测，可能的情况是全保留复制、半保留复制、分散复制三种。

究竟是哪种复制方式呢？

下面设计实验来证明DNA的复制方式。

实验步骤：

a．在氮源为14N的培养基中生长的大肠杆菌，其DNA分子均为14N—DNA（对照）。

b．在氮源为15N的培养基中生长的大肠杆菌，其DNA分子均为15N—DNA（亲代）。

c．将亲代含15N的大肠杆菌转移到氮源为14N的培养基中，再连续繁殖两代（Ⅰ和Ⅱ），用密度梯度离心法分离，不同相对分子质量的DNA分子将分布在试管中的不同位置上。

实验预测：

（1）如果与对照（14N/14N）相比，子代Ⅰ能分辨出两条DNA带：

一条________带和一条________带，则可以排除____________________________________。

（2）如果子代Ⅰ只有一条中密度带，则可以排除________，但不能肯定是______________________。

（3）如果子代Ⅰ只有一条中密度带，再继续做子代ⅡDNA密度鉴定：

若子代Ⅱ可以分出________和________，则可以排除分散复制，同时肯定半保留复制；如果子代Ⅱ不能分出________密度两条带，则排除________，同时确定为________。

答案　

（1）轻（14N/14N）　重（15N/15N）　半保留复制和分散复制

（2）全保留复制　半保留复制还是分散复制

（3）一条中密度带　一条轻密度带　中、轻　半保留复制　分散复制

解析　由图示可知，深色为亲代DNA的脱氧核苷酸链（母链），浅色为新形成的子代DNA的脱氧核苷酸链（子链）。

因此全保留复制后得到的两个DNA分子，一个是原来的两条母链重新形成的亲代DNA分子，一个是两条子链形成的子代DNA分子；半保留复制后得到的每个子代DNA分子的一条链为母链，一条链为子链；分散复制后得到的每个子代DNA分子的单链都是由母链片段和子链片段间隔连接而成的。

在子Ⅰ代中，全保留复制会形成轻、重两条密度带，半保留复制和分散复制都只形成一条中密度带。

在子Ⅱ代中，半保留复制会形成中、轻两条密度带，分散复制会形成一条中密度带。

高考热点突破

1．（2016·全国卷Ⅱ）某种物质可插入DNA分子两条链的碱基对之间，使DNA双链不能解开。

若在细胞正常生长的培养液中加入适量的该物质，下列相关叙述错误的是（　　）

A．随后细胞中的DNA复制发生障碍

B．随后细胞中的RNA转录发生障碍

C．该物质可将细胞周期阻断在分裂中期

D．可推测该物质对癌细胞的增殖有抑制作用

答案　C

解析　因为该物质可使DNA双链不能解开，DNA复制时需要解旋，所以若在细胞培养液中加入该物质，会导致细胞中DNA复制发生障碍，A正确；由于RNA主要是在细胞核中以DNA一条链为模板合成的，因此，RNA转录前需要DNA解旋，该物质会导致细胞中RNA转录发生障碍，B正确；因为该物质使DNA复制不能完成，所以可将细胞周期阻断在分裂间期，C错误；该物质能抑制DNA复制，因此，可抑制癌细胞增殖，D正确。

2．（2016·上海高考）在DNA分子模型的搭建实验中，若仅有订书钉将脱氧核糖、磷酸、碱基连为一体并构建一个含10对碱基（A有6个）的DNA双链片段，那么使用的订书钉个数为（　　）

A．58B．78

C．82D．88

答案　C

解析　根据试题的分析，构建一个DNA的基本单位需要2个订书钉，构建一个含10对碱基（A有6个）的DNA双链片段，首先要构建20个基本单位，需要40个订书钉；将两个基本单位连在一起需要一个订书钉，连接10对碱基组成的DNA双链片段，需要将20个基本单位连成两条链，需要18个订书钉；碱基A有6个，A＝T＝6，那么G＝C＝4，A和T之间两个氢键，G和C之间三个氢键，碱基对之间的氢键需要6×2＋4×3＝24个订书钉连接，共需要40＋18＋24＝82个订书钉。

3．（2016·全国卷Ⅰ节选）在有关DNA分子的研究中，常用32P来标记DNA分子。

用α、β和γ表示ATP或dATP（d表示脱氧）上三个磷酸基团所处的位置（A－Pα～Pβ～Pγ或dA－Pα～Pβ～Pγ）。

回答下列问题：

将一个某种噬菌体DNA分子的两条链用32P进行标记，并使其感染大肠杆菌，在不含有32P的培养基中培养一段时间。

若得到的所有噬菌体双链DNA分子都装配成噬菌体（n个）并释放，则其中含有32P的噬菌体所占比例为2/n，原因是______________________________________________________________________

_____________