2023届高考生物二轮复习遗传的分子基础学案

这是一份2023届高考生物二轮复习遗传的分子基础学案，共25页。
第7讲　遗传的分子基础



1．(必修2 P42问题探讨1)遗传物质的特点：遗传物质的结构比较稳定，要能储存大量的遗传信息，可以准确地复制，并传递给下一代等。
2．(必修2 P45正文)T2噬菌体是—种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒。
3．(必修2 P45相关信息)在噬菌体侵染细菌的实验中选择35S和32P这两种同位素分别对蛋白质和DNA标记而不用14C和18O同位素标记的原因：S仅存在于T2噬菌体的蛋白质中，而P几乎都存在于DNA中。而T2噬菌体的蛋白质和DNA分子中都含有C和O这两种元素。
4．(必修2 P46思考·讨论1)选用细菌或病毒作为实验材料研究遗传物质的优点：成分和结构简单，繁殖速度快，容易分析结果。
5．(必修2 P46思考·讨论2)从控制自变量的角度，艾弗里实验的基本思路是在每个实验组中特异性地除去某一种物质，从而鉴定出DNA是遗传物质。在实际操作过程中最大的困难是如何彻底去除细胞中含有的某种物质。
6．(必修2 P46思考·讨论3)艾弗里采用的主要技术手段有细菌培养技术、物质的提纯和鉴定技术等。赫尔希采用的技术手段有噬菌体培养技术、同位素标记技术，以及物质的分离和提取技术等。科学成果的取得必须有技术手段作为保证，技术的发展需要以科学原理为基础。
7．(必修2 P53正文)1958年，美国生物学家梅塞尔森和斯塔尔以大肠杆菌为实验材料，运用同位素标记技术，设计了一个巧妙的实验，证明DNA的确是以半保留的方式复制的。
8．(必修2 P55旁栏思考)第一代只出现一条居中的DNA条带，这个结果排除了全保留复制方式。
9．(必修2 P56正文)DNA复制是一个边解旋边复制的过程，需要模板、原料、能量和酶等基本条件。DNA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。
10．(必修2 P58 思考·讨论)人类基因组计划测定的是24条染色体(22条常染色体＋X＋Y)上DNA的碱基序列。
11．(必修2 P58思考·讨论2)基因的遗传效应是指基因能够复制、传递和表达性状的过程。
12．(必修2 P62非选择题1)DNA分子杂交技术可以用来比较不同种生物DNA分子的差异。两种生物的DNA分子杂交形成杂合双链区的部位越多，这两种生物的亲缘关系越近。
13．(必修2 P67图4－6)tRNA中含有碱基对并有氢键，另外，—OH部位是结合氨基酸的部位，与氨基酸的羧基结合。
14．(必修2 P67思考·讨论1)密码子的简并性对生物体生存发展的意义：在一定程度上能防止由碱基改变而导致的遗传信息的改变。
15．(必修2 P68图4－7)图中所示的正在合成的肽链的氨基酸序列是甲硫氨酸—组氨酸—色氨酸—精氨酸—半胱氨酸—半胱氨酸—脯氨酸—谷氨酸—丝氨酸。
16．(必修2 P69小字内容)通常，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，因此，由合成的肽链的长度可推出核糖体在mRNA上的移动方向，一般核糖体上的肽链越长，则其与mRNA分子结合得越早。
17．(必修2 P69图4－8虚线)某些RNA病毒的RNA复制酶能催化RNA进行复制；某些致癌的RNA病毒中含有逆转录酶，它能以RNA为模板合成DNA。
18．(必修2 P71正文)豌豆圆粒和皱粒的机理：皱粒豌豆的DNA中插入了一段外来DNA序列，打乱了编码淀粉分支酶的基因，导致淀粉分支酶活性大大降低，进而使细胞内淀粉含量降低。淀粉能吸水膨胀，蔗糖却不能。当豌豆成熟时，淀粉含量高的豌豆能有效地保留水分，十分饱满，而淀粉含量低的豌豆由于失水而皱缩。
19．(必修2 P72正文)囊性纤维化机理：编码一种转运蛋白(CFTR蛋白)的基因缺失了3个碱基，导致CFTR蛋白在第508位缺少苯丙氨酸，进而影响了CFTR蛋白的空间结构，使CFTR转运氯离子的功能异常，导致患者支气管中黏液增多，管腔受阻，细菌在肺部大量生长繁殖，最终使肺功能严重受损。
20．(必修2 P72思考·讨论2)3种细胞中的DNA都含有卵清蛋白基因、珠蛋白基因和胰岛素基因，但只检测到其中一种基因的mRNA，这说明基因的表达具有选择性。
21．(必修2 P73思考·讨论1)资料中柳穿鱼和小鼠性状改变的原因是发生在相应基因或基因前端的甲基化修饰均导致相关基因的表达受到抑制，进而影响性状。
22．(必修2 P73思考·讨论3)相应资料展示的遗传现象都表现为基因的碱基序列保持不变，但部分碱基发生了甲基化修饰，抑制了基因的表达，进而对表型产生了影响。这种DNA甲基化修饰可以遗传给后代，使后代出现同样的表型。
23．(必修2 P74相关信息)除了DNA甲基化外，构成染色体的组蛋白发生甲基化、乙酰化等修饰也会影响基因的表达。

1．一个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，其意义是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
提示：少量的mRNA分子就可以迅速合成大量的蛋白质
2．囊性纤维病的发病原因说明了基因控制生物性状的途径之一是________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________。
提示：基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状
3．表观遗传是指_____________________________________________________________
________________________________________________________________________。
提示：生物体基因的碱基序列保持不变，但基因表达和表型发生可遗传变化的现象
4．基因与性状的关系是________________________________________________________
________________________________________________________________________。
提示：基因通过表达出酶或结构蛋白，进而控制生物体的性状
5．原核生物的拟核基因表达速率往往比真核生物的核基因表达的速率要快很多，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
提示：原核生物基因表达时转录和翻译可以同步进行，真核生物基因表达时先完成转录，再完成翻译
6．同一头大蒜上的蒜瓣，种在大田里长的叶片是绿色的，种在地窖里长的蒜黄是黄色的，说明叶绿素的合成需要光照，其机理是_____________________________________________。
提示：光照诱导了与叶绿素合成相关酶的基因的表达

考点1　DNA是主要的遗传物质的实验证据
[核心整合]
1．两个实验遵循相同的实验设计原则——对照原则
(1)肺炎链球菌体外转化实验中的相互对照
＋＋

(2)T2噬菌体侵染细菌的实验

2．“二看”法分析噬菌体侵染细菌实验的放射性

3.噬菌体侵染细菌实验的误差分析
(1)32P噬菌体侵染大肠杆菌

(2)35S噬菌体侵染大肠杆菌

[素养提升]
1．将S型细菌的DNA注入小鼠体内，会导致小鼠死亡吗？请分析说明。
提示：不能导致小鼠死亡，因为导致小鼠死亡的是活的S型细菌。
2．实验中32P和35S标记的噬菌体是如何获得的？请简述标记的方法。
提示：先培养具有放射性的大肠杆菌，然后用具有放射性的大肠杆菌培养T2噬菌体。
3．用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌，上清液中含有较低放射性，请分析可能的原因是什么？
提示：保温时间过长或过短。若保温时间过短，有一部分噬菌体未侵入大肠杆菌细胞内，经离心后分布于上清液中，使上清液出现放射性；若保温时间过长，噬菌体在大肠杆菌内增殖后释放出来，经离心后分布于上清液中，也会使上清液出现放射性。
4．根据遗传物质的化学组成，可将病毒分为RNA病毒和DNA病毒两种类型，有些病毒对人类健康会造成很大危害。通常，一种新病毒出现后需要确定该病毒的类型。
假设在宿主细胞内不发生碱基之间的相互转换，请利用放射性同位素标记的方法，以体外培养的宿主细胞等为材料，设计实验以确定一种新病毒的类型，简要写出实验思路并预期实验结果及结论。
提示：实验思路：甲组：将宿主细胞培养在含有放射性标记尿嘧啶的培养基中，之后接种新病毒。培养一段时间后收集病毒并检测其放射性。
乙组：将宿主细胞培养在含有放射性标记胸腺嘧啶的培养基中，之后接种新病毒。培养一段时间后收集病毒并检测其放射性。
实验结果及结论：若甲组收集的病毒有放射性，乙组无，即为RNA病毒；反之为DNA病毒。
[题组集训]
题组一　分析探索生物遗传物质的经典实验
1．(2022·湖南卷)T2噬菌体侵染大肠杆菌的过程中，下列哪一项不会发生(　　)
A．新的噬菌体DNA合成
B．新的噬菌体蛋白质外壳合成
C．噬菌体在自身RNA聚合酶作用下转录出RNA
D．合成的噬菌体RNA与大肠杆菌的核糖体结合
解析　C　T2噬菌体侵染大肠杆菌后，其DNA会在大肠杆菌体内复制，合成新的噬菌体DNA，A正确；T2噬菌体侵染大肠杆菌的过程中，只有DNA进入大肠杆菌，T2噬菌体会用自身的DNA和大肠杆菌的氨基酸等来合成新的噬菌体蛋白质外壳，B正确；噬菌体在大肠杆菌RNA聚合酶作用下转录出RNA，C错误；合成的噬菌体RNA与大肠杆菌的核糖体结合，合成蛋白质，D正确。
2．(2022·临沂一模)研究发现，R型活细菌整合了S型细菌的DNA片段后，第一次分裂产生的两个子一代细菌中一个是R型细菌、一个是S型细菌，而子一代细菌的性状遗传是稳定的。下列有关推测较为合理的是(　　)
A．S型细菌的双链DNA片段插入了R型细菌拟核双链DNA中
B．S型细菌DNA片段中的一条链替换了R型细菌拟核DNA的一条链
C．S型细菌的双链DNA片段插入了R型细菌质粒双链DNA中
D．S型细菌DNA片段中的一条链替换了R型细菌质粒DNA的一条链
解析　B　若S型细菌的双链DNA片段插入了R型细菌拟核双链DNA中，则产生的两个子代细菌的类型应该相同，均为S型，A推测不合理；S型细菌多糖荚膜的形成是由拟核基因控制的，由于DNA进行的是半保留复制，S型细菌的DNA片段中一条链替换了R型细菌拟核DNA片段中的一条链，且DNA复制为半保留复制，复制后形成的2个DNA，一个是R型细菌DNA，一个是S型细菌的DNA，这样其第一次分裂产生的两个子一代细菌中一个是R型细菌、一个是S型细菌，B推测合理；若S型细菌的双链DNA片段插入了R型细菌质粒双链DNA中，则可能出现子代中一个是R型细菌，一个是S型细菌，但由于质粒随机进入子代细胞中，产生的子一代的性状不能稳定遗传，C推测不合理；S型细菌DNA片段中的一条链替换了R型细菌质粒DNA的一条链，同样会由于质粒的随机进入子代细胞，因而不会使子代细菌稳定遗传，D推测不合理。
题组二　生物遗传物质的创新探究
3．(2022·淄博一模)根据S型肺炎链球菌荚膜多糖的差异，将S型菌分为SⅠ、SⅡ、SⅢ…类型。不同类型的S型菌发生基因突变后失去荚膜，成为相应类型的R型菌(RⅠ、RⅡ、RⅢ…)。S型菌的荚膜能阻止外源DNA进入细胞，R型菌只可回复突变为相应类型的S型菌。将加热杀死的甲菌破碎后，获得提取物→对提取物进行不同酶处理→加入到乙菌培养基中培养→检测子代细菌(丙)的类型。下列实验思路与结果预期，能说明细菌发生转化而未发生基因突变的一组是(　　)
A．甲：RⅡ，乙：SⅢ，丙：SⅢ、RⅡ
B．甲：SⅢ，乙：RⅡ，丙：SⅢ、RⅡ
C．甲：SⅢ，乙：RⅡ，丙：RⅢ、RⅡ
D．甲：SⅢ，乙：RⅢ，丙：SⅢ、RⅢ
解析　B　根据题意分析，RⅡ的DNA不能进入SⅢ中，不会导致SⅢ突变为RⅡ，A不符合题意；SⅢ的DNA经过处理后，可被RⅡ吸收，将部分RⅡ转化为SⅢ，没有发生基因突变，不能转化为SⅡ，RⅡ也不能转化为SⅡ，B符合题意；SⅢ的DNA经过处理后，可被RⅡ吸收，将部分RⅡ转化为SⅡ，但不会获得RⅢ，C不符合题意；SⅢ的DNA经过处理后，可被RⅢ吸收，将部分RⅢ转化为SⅢ，但不能体现有没有发生基因突变的过程，D不符合题意。
4．(2022·江苏百校联考)“T2噬菌体侵染大肠杆菌实验”，实验流程：标记T2噬菌体→T2噬菌体侵染大肠杆菌(短时间保温、搅拌、离心)→检测上清液和沉淀物的放射性→检测子代噬菌体的放射性。实验分两组：第一组用35S标记噬菌体，第二组用32P标记噬菌体。若赫尔希和蔡斯的假设：噬菌体的蛋白质进入大肠杆菌而DNA未进入，蛋白质是噬菌体的遗传物质。则支持该假设的预期结果是(　　)
选项
第一组的放射性
第二组的放射性
上清液
沉淀物
子代噬菌体
上清液
沉淀物
子代噬菌体
A
高
低
有
低
高
无
B
低
高
有
高
低
无
C
高
低
无
低
高
有
D
低
高
无
高
低
有
解析　B　第一组实验用35S标记噬菌体，则标记的是蛋白质，若噬菌体的蛋白质进入大肠杆菌而DNA未进入，则上清液中放射性低，而沉淀物中放射性高，且子代噬菌体含有放射性；第二组实验用32P标记噬菌体，则标记的是DNA，若噬菌体的蛋白质进入大肠杆菌而DNA未进入，则上清液中放射性高，而沉淀物中放射性低，且子代噬菌体无放射性。综上所述，A、C、D错误，B正确。
考点2　遗传信息的传递与表达
[核心整合]
1．DNA的结构
(1)结构图解

(2)特点
①DNA单链上相邻脱氧核苷酸通过磷酸二酯键连接。
②双链DNA分子中常用公式：A＝T、C＝G、A＋G＝T＋C＝A＋C＝T＋G。
③“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。
④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。
2．DNA复制的分析

3．基因表达过程中的重要图解分析

　　 　　图1　　　　　　　　　　图2

图3

　　　　　 　图4　　　　　　　　图5

图6
(1)图1表示真核生物核基因的表达过程。转录在细胞核中进行，翻译在核糖体上进行，两者不同时进行。
(2)图2表示原核生物基因的表达过程。转录和翻译同时进行。
(3)图3表示转录过程。图示转录的方向是从左向右，催化的酶是RNA聚合酶，产物是mRNA、rRNA和tRNA。其中RNA聚合酶兼具解旋的功能。
(4)图4表示真核细胞的翻译过程。图中①是mRNA，⑥是核糖体，②③④⑤表示正在合成的4条多肽链，翻译的方向(核糖体移动方向)是从右向左。
(5)图5表示原核细胞的转录和翻译过程。图中①是DNA模板链，②③④⑤表示正在合成的4条mRNA，每条mRNA上可同时结合多个核糖体，在核糖体上同时进行翻译过程。
(6)图6表示中心法则。用图中数字表示下列生物遗传信息的传递：
a．细胞生物和DNA病毒：①②③。
b．RNA复制类病毒：③④。
c．逆转录病毒：⑤①②③。
d．根尖分生区细胞：①②③。
e．叶肉细胞：②③。
4．基因与性状的关系
(1)基因控制性状的途径

(2)基因与性状关系

5．表观遗传
(1)概念：生物体基因的碱基序列保持不变，但基因表达和表型发生可遗传变化的现象。
[温馨提示]　表观遗传现象普遍存在于生物体的生长、发育和衰老的整个生命活动过程中。
(2)原因：DNA甲基化或构成染色体的组蛋白发生甲基化、乙酰化等。
[素养提升]
1．将某种噬菌体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，请解释原因。
提示：一个用32P标记的噬菌体双链DNA分子经半保留复制后，标记的两条单链只能分配到2个噬菌体的双链DNA分子中，因此在得到的n个噬菌体中有且只有2个带有标记。
2．在一个蜂群中，少数幼虫一直取食蜂王浆而发育成蜂王，而大多数幼虫以花粉和花蜜为食将发育成工蜂。DNMT3蛋白是DNMT3基因表达的一种DNA甲基化转移酶，能使DNA某些区域添加甲基基团(如图所示)，DNA被甲基化后会干扰RNA聚合酶的识别。敲除DNMT3基因后，蜜蜂幼虫将发育成蜂王，这与取食蜂王浆有相同的效果。据此研究解释蜜蜂幼虫因食物不同而发育不同的原因。


部分被甲基化的DNA片段
提示：蜜蜂的幼虫以花粉和花蜜为食，DNMT3基因表达的一种DNA甲基化转移酶，造成一些基因被甲基化而不能表达，发育成了工蜂；蜜蜂的幼虫以蜂王浆为食，使DNMT3基因不表达，一些基因正常表达而发育成蜂王。
3．小鼠产生精子的周期是42天，在这42天里，研究人员让雄性小鼠在日常生活中一直处于紧张状态，比如给它们闻天敌的味道，或者制造奇怪的噪音。结果发现这些雄性小鼠精子的DNA本身没有发生变化，DNA的转录产物中却有9个RNA分子发生了变化。中国科学院昆明动物研究所等多家科研机构证实了存在于DNA核苷酸序列之外且能传递至后代的生物学信息(该信息可调控基因表达，并在基因上留下印记)的存在。
(1)请你参照紧张状态下雄性小鼠精子内核酸的变化，对工蜂和蜂王的遗传基因完全相同，但性状差异很大的原因作出进一步的解释。
(2)有人提出“生活习惯也可以遗传”，请根据上述资料为此观点找一项理论依据。
提示：(1)外界环境会使相同的基因表达出不同的产物，进而影响生物的性状。
(2)生活习惯会在基因上留下印记并能传给后代。
[题组集训]
题组一　DNA的结构、复制及遗传信息的传递与表达
1．(2020·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)，该线性分子两端能够相连的主要原因是(　　)

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　C　单链序列脱氧核苷酸数量相等、分子骨架同为脱氧核糖与磷酸交替连接，不能决定该线性DNA分子两端能够相连，A、B错误；据图可知，单链序列的碱基能够互补配对，决定该线性DNA分子两端能够相连，C正确；DNA的两条链是反向的，因此自连环化后两条单链方向相反，D错误。
2．(2020·全国卷Ⅲ)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
解析　B　遗传信息的表达过程包括DNA转录成mRNA，mRNA进行翻译合成蛋白质，A正确；以DNA的一条单链为模板可以转录出mRNA、tRNA、rRNA等，mRNA可以编码多肽，而tRNA的功能是转运氨基酸，rRNA是构成核糖体的组成物质，B错误；基因是有遗传效应的DNA片段，而DNA分子上还含有不具遗传效应的片段，因此DNA分子的碱基总数大于所有基因的碱基数之和，C正确；染色体DNA分子上含有多个基因，由于基因的选择性表达，一条单链可以转录出不同的RNA分子，D正确。
3．(不定项)(2022·湖南卷)大肠杆菌核糖体蛋白与rRNA分子亲和力较强，二者组装成核糖体。当细胞中缺乏足够的rRNA分子时，核糖体蛋白可通过结合到自身mRNA分子上的核糖体结合位点而产生翻译抑制。下列叙述错误的是(　　)
A．一个核糖体蛋白的mRNA分子上可相继结合多个核糖体，同时合成多条肽链
B．细胞中有足够的rRNA分子时，核糖体蛋白通常不会结合自身mRNA分子
C．核糖体蛋白对自身mRNA翻译的抑制维持了RNA和核糖体蛋白数量上的平衡
D．编码该核糖体蛋白的基因转录完成后，mRNA才能与核糖体结合进行翻译
解析　D　一个核糖体蛋白的mRNA分子上可相继结合多个核糖体，同时合成多条肽链，以提高翻译效率，A正确；细胞中有足够的rRNA分子时，核糖体蛋白通常不会结合自身mRNA分子，与rRNA分子结合，二者组装成核糖体，B正确；当细胞中缺乏足够的rRNA分子时，核糖体蛋白只能结合到自身mRNA分子上，导致蛋白质合成停止，核糖体蛋白对自身mRNA翻译的抑制维持了rRNA和核糖体蛋白数量上的平衡，C正确；大肠杆菌为原核生物，没有核膜，转录形成的mRNA在转录未结束时即和核糖体结合，开始翻译过程，D错误。
题组二　基因表达的应用
4．(2022·海淀区一模)视网膜神经节细胞(RGC)可把视觉信号从眼睛传向大脑。DNA甲基化是在相关酶的作用下将甲基选择性地添加到DNA上。随年龄增长，DNA甲基化水平升高，使RGC受损后不可恢复，视力下降。科学家将OCT、SOX和KLF三个基因导入成年小鼠的RGC，改变其DNA甲基化水平，使受损后的RGC能长出新的轴突。下列相关分析不合理的是(　　)
A．在视觉形成的反射弧中RGC属于神经中枢
B．DNA的甲基化水平会影响细胞中基因的表达
C．DNA甲基化不改变DNA碱基对的排列顺序
D．自然状态下干细胞分化为RGC的过程不可逆
解析　A　反射是在中枢神经的参与下，动物或人体对内外刺激产生的有规律的应答，视觉的形成不属于反射活动。视网膜神经节细胞(RGC)是接受刺激产生兴奋并传向大脑的感觉神经细胞，不是神经中枢。
5．(2021·全国甲卷)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标记的脱氧腺苷三磷酸(dATP，dA－Pα～Pβ～Pγ)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α位磷酸基团中的磷必须是32P，原因是___________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(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________。
解析　根据题意，通过带32P标记的DNA分子与被测样本中的W基因进行碱基互补配对，形成杂交带，可以推测出W基因在染色体上的位置。(1)dA－Pα～Pβ～Pγ脱去β、γ位上的两个磷酸基团后，则为腺嘌呤脱氧核苷酸，是合成DNA的原料之一。因此研究人员在制备32P标记的DNA片段甲时，所用dATP的α位磷酸基团中的磷必须是32P。(2)RNA分子也可以与染色体DNA进行碱基互补配对，产生杂交带，从而干扰32P标记的DNA片段甲与染色体DNA的杂交，故去除RNA分子，可以防止RNA分子与染色体DNA的W基因片段发生杂交。(3)DNA分子解旋后的单链片段才能与32P标记的DNA片段甲进行碱基互补配对，故需要使样品中的染色体DNA解旋。(4)DNA酶可以水解DNA分子从而去除了样品中的DNA。
答案　(1)dATP分别脱掉γ、β位上的磷酸基团后，成为构成DNA分子的基本单位(原料)
(2)防止RNA与DNA片段甲碱基互补配对，影响基因在染色体上的定位(实验结果)
(3)解螺旋为单链
(4)DNA(水解)酶
限时训练(7)　遗传的分子基础
(建议用时：30分钟)
一、单项选择题
1．(2021·全国乙卷)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
解析　D　与R型菌相比，S型菌具有荚膜多糖，S型菌有毒，故可推测S型菌的毒性可能与荚膜多糖有关，A正确；S型菌的DNA进入R型菌细胞后使R型菌具有了S型菌的性状，可知S型菌的DNA进入R型菌细胞后指导蛋白质的合成，B正确；加热杀死的S型菌不会使小白鼠死亡，说明加热杀死的S型菌的蛋白质功能丧失，而加热杀死的S型菌的DNA可以使R型菌发生转化，可知其DNA功能不受影响，C正确；将S型菌的DNA经DNA酶处理后，DNA被水解为小分子物质，故与R型菌混合，不能得到S型菌，D错误。
2．(2021·广东卷)DNA双螺旋结构模型的提出是二十世纪自然科学的伟大成就之一。下列研究成果中，为该模型构建提供主要依据的是(　　)
①赫尔希和蔡斯证明DNA是遗传物质的实验　②富兰克林等拍摄的DNA分子X射线衍射图谱 ③查哥夫发现的DNA中嘌呤含量与嘧啶含量相等　④沃森和克里克提出的DNA半保留复制机制
A．①②　　　　　　　　　 B．②③
C．③④ D．①④
解析　B　①赫尔希和蔡斯通过噬菌体侵染大肠杆菌的实验，证明了DNA是遗传物质，与构建DNA双螺旋结构模型无关，①错误；②沃森和克里克根据富兰克林等拍摄的DNA分子X射线衍射图谱，推算出DNA分子呈螺旋结构，②正确；③查哥夫发现的DNA中嘌呤含量与嘧啶含量相等，沃森和克里克据此推出碱基的配对方式，③正确；④沃森和克里克提出的DNA半保留复制机制，是在DNA双螺旋结构模型之后提出的，④错误。故选B。
3．(2021·河北卷)关于基因表达的叙述，正确的是(　　)
A．所有生物基因表达过程中用到的RNA和蛋白质均由DNA编码
B．DNA双链解开，RNA聚合酶起始转录、移动到终止密码子时停止转录
C．翻译过程中，核酸之间的相互识别保证了遗传信息传递的准确性
D．多肽链的合成过程中，tRNA读取mRNA上全部碱基序列信息
解析　C　RNA病毒的蛋白质由病毒的遗传物质RNA编码合成，A错误；DNA双链解开，RNA聚合酶与启动子结合进行转录，移动到终止子时停止转录，B错误；翻译过程中，核酸之间通过碱基互补配对相互识别保证了遗传信息传递的准确性，C正确；没有相应的反密码子与mRNA上的终止密码子配对，故tRNA不能读取mRNA上全部碱基序列信息，D错误。
4．(2022·佛山二模)对烟草花叶病发病机理的研究导致了病毒这一种新的生物类型的发现。细菌滤器是一种孔径小于细菌的过滤装置，细菌及比细菌大的细胞都不能通过。下面是科学家所做的一系列相关实验。
实验一：将患病叶片研磨液注入到正常烟草叶脉中，正常烟草患病。
实验二：将患病叶片研磨液高温处理后，则不能使正常烟草患病。
实验三：将患病叶片研磨液经过细菌滤器后得到滤液，能使正常烟草患病(这种滤液被称为感染性滤液)。
实验四：在感染性滤液中加入蒸馏水大量稀释，也能使正常烟草患病。
实验五：将正常叶片研磨液经过细菌滤器得到无感染性滤液；在感染性滤液中加入与实验四所加蒸馏水同体积的无感染性滤液，能使正常烟草患病，且患病程度与实验四相同。
下列分析正确的是(　　)
A．实验一、二的结果说明烟草花叶病可能由非生物因素引起
B．根据实验三的结果不能排除由细菌本身引起烟草花叶病的可能性
C．实验四的结果说明烟草花叶病很可能由细菌产生的毒素分子所引起
D．实验五的结果说明烟草花叶病的病原体在无细胞的滤液中不能增殖
解析　D　若为非生物因素引起的，则高温处理患病叶片研磨液后，应该仍能使正常烟草患病，A错误；细菌滤器是一种孔径小于细菌的过滤装置，细菌及比细菌大的细胞都不能通过。所以将患病叶片研磨液经过细菌滤器后得到滤液中不含细菌，故实验三正常烟草患病不可能由细菌直接引起，B错误；将患病叶片研磨液经过细菌滤器后得到滤液中不含细胞和细菌，但仍能使烟草患病，若为细菌产生的毒素引起烟草患病，则加入蒸馏水大量稀释感染性滤液后可能不会引起烟草患病，但在感染性滤液中加入蒸馏水大量稀释，也能使正常烟草患病，所以可能是比细菌小的病毒引起的烟草患病，C错误；将正常叶片研磨液经过细菌滤器得到无感染性滤液；在感染性滤液中加入与实验四所加蒸馏水同体积的无感染性滤液，能使正常烟草患病，且患病程度与实验四相同，说明烟草花叶病的病原体在无细胞的滤液中不能增殖，D正确。
5．(2022·广州二模)人类对遗传物质本质的探索经历了漫长的过程。下列叙述，错误的是(　　)
A．在格里菲思的实验中，R型菌转化为S型菌是转化因子作用的结果
B．在艾弗里的实验中，用DNA酶处理S型菌的提取物后转化就无法完成
C．在噬菌体侵染细菌的实验中，沉淀物中含量高就说明DNA是遗传物质
D．在确定DNA是遗传物质的过程中，科学技术的进步为最终的发现提供了帮助
解析　C　格里菲思的实验证明了S型细菌中存在某种“转化因子”，能将R型细菌转化为S型细菌，A正确；离体转化实验中，经DNA酶处理的S型菌提取物中不含完整的DNA，所以不能使R型菌转化成S型菌，B正确；T2噬菌体侵染细菌的实验步骤：分别用35S和32P标记噬菌体→噬菌体与大肠杆菌混合培养→噬菌体侵染未被标记的细菌→在搅拌器中搅拌，然后离心，检测上清液和沉淀物中的放射性物质，其中用32P标记的一组沉淀物放射性较高，35S标记的一组上清液放射性较高，从而可推测DNA是遗传物质，只是沉淀物中含量高无法说明DNA是遗传物质，C错误；在确定DNA是遗传物质的过程中，科学技术的进步(如同位素标记技术的运用)可将DNA和蛋白质较为彻底的分开，可分别单独观察其作用，为最终的发现提供了帮助，D正确。
6．(2022·滨州二模)拟南芥染色体组蛋白第三亚基中的4号赖氨酸甲基化会激活开花抑制因子(FLC)基因的表达，9号和27号赖氨酸甲基化会导致FLC基因沉默。适宜的低温刺激会使4号赖氨酸甲基化替换为9号和27号赖氨酸甲基化。下列说法错误的是(　　)
A．适宜的低温处理会解除FLC的抑制作用而促进开花
B．低温通过改变组蛋白的氨基酸序列影响FLC基因的表达
C．拟南芥甲基化酶突变体的花期对温度的响应不同于野生型
D．组蛋白的甲基化在不改变遗传信息的情况下增加了表型的多样性
解析　B　结合分析可知，4号赖氨酸甲基化可以激活FLC基因的表达从而影响开花，而适宜的低温刺激会使4号赖氨酸甲基化替换为9号和27号赖氨酸甲基化，从而使FLC基因沉默，对于开花抑制的作用解除，进而促进开花，A正确；据题意可知，4号、9号和27号赖氨酸甲基化影响FLC基因表达，该过程并未改变氨基酸序列，B错误；甲基化是遗传物质不发生改变的前提下发生的性状改变，拟南芥甲基化酶突变体的花期对温度的响应不同于野生型，C正确；组蛋白的甲基化属于表观遗传，表观遗传在不改变遗传信息的情况下增加了表型的多样性，属于可遗传变异，D正确。
7．(2022·日照一模)操纵元是原核细胞基因表达调控的一种结构形式，它由启动子、结构基因(编码蛋白基因)、终止子等组成。如图表示大肠杆菌细胞中核糖体蛋白(RP)的合成及调控过程，其中序号表示相关生理过程，mRNA上的RBS是核糖体结合位点。下列有关说法错误的是(　　)

A．过程①中RNA聚合酶与启动子结合后相继驱动多个基因的转录
B．过程②中核糖体与mRNA结合后逐一阅读密码，直至终止子结束
C．细胞中缺乏rRNA时，RP1与mRNA上的RBS位点结合阻止翻译的起始
D．该机制保证了rRNA与RP的数量平衡，同时也减少了物质与能量的浪费
解析　B　启动子是RNA聚合酶识别和结合的部位，过程①转录中RNA聚合酶与启动子结合后相继驱动多个基因(基因1、基因2等)的转录，A正确；过程②翻译中核糖体与mRNA结合后逐一阅读密码，直至终止密码子结束，B错误；从图上看，rRNA能与RP1、RP2和其他核糖体蛋白结合形成核糖体；mRNA上的RBS是核糖体结合位点，当细胞中缺乏rRNA分子时，RP1不与rRNA结合而是与mRNA上的RBS位点结合，导致核糖体不能与mRNA结合，进而阻止翻译的起始，C正确；当细胞中缺乏rRNA分子时，核糖体蛋白RP1就会与mRNA分子上的RBS位点结合，这样会导致mRNA不能与核糖体结合，终止核糖体蛋白的合成。这种调节机制既保证细胞内rRNA与核糖体在数量上保持平衡，又可以减少物质和能量的浪费，D正确。
二、不定项选择题
8．(2021·湖南卷)细胞内不同基因的表达效率存在差异，如图所示。下列叙述正确的是(　　)

A．细胞能在转录和翻译水平上调控基因表达，图中基因A的表达效率高于基因B
B．真核生物核基因表达的①和②过程分别发生在细胞核和细胞质中
C．人的mRNA、rRNA和tRNA都是以DNA为模板进行转录的产物
D．②过程中，rRNA中含有与mRNA上密码子互补配对的反密码子
解析　ABC　基因的表达包括转录和翻译两个过程，图中基因A表达的蛋白质分子数量明显多于基因B表达的蛋白质分子，说明基因A表达的效率高于基因B，A正确；核基因的转录是以DNA的一条链为模板转录出RNA的过程，发生的场所为细胞核，翻译是以mRNA为模板翻译出具有氨基酸排列顺序的多肽链，翻译的场所发生在细胞质中的核糖体，B正确；三种RNA(mRNA、rRNA、tRNA)都是以DNA中的一条链为模板转录而来的，C正确；反密码子位于tRNA上，rRNA是构成核糖体的成分，不含有反密码子，D错误。
9．(2021·河北卷)许多抗肿瘤药物通过干扰DNA合成及功能抑制肿瘤细胞增殖。下表为三种抗肿瘤药物的主要作用机理。下列叙述正确的是(　　)
药物名称
作用机理
羟基脲
阻止脱氧核糖核苷酸的合成
放线菌素D
抑制DNA的模板功能
阿糖胞苷
抑制DNA聚合酶活性
A.羟基脲处理后，肿瘤细胞中DNA复制和转录过程都出现原料匮乏
B．放线菌素D处理后，肿瘤细胞中DNA复制和转录过程都受到抑制
C．阿糖胞苷处理后，肿瘤细胞DNA复制过程中子链无法正常延伸
D．将三种药物精准导入肿瘤细胞的技术可减弱它们对正常细胞的不利影响
解析　BCD　据分析可知，羟基脲阻止脱氧核糖核苷酸的合成，从而影响肿瘤细胞中DNA复制过程，而转录过程需要的原料是核糖核苷酸，不会受到羟基脲的影响，A错误；据分析可知，放线菌素D通过抑制DNA的模板功能，可以抑制DNA复制和转录，因为DNA复制和转录均需要DNA模板，B正确；阿糖胞苷抑制DNA聚合酶活性而影响DNA复制过程，DNA聚合酶活性受抑制后，会使肿瘤细胞DNA复制过程中子链无法正常延伸，C正确；将三种药物精准导入肿瘤细胞的技术可以抑制肿瘤细胞的增殖，由于三种药物是精准导入肿瘤细胞，因此，可以减弱它们对正常细胞的不利影响，D正确；故选BCD。
10．(2022·聊城一模)控制DNA甲基化转移酶(Dnmt)合成的基因内部碱基组成及其表达过程中的对应关系如图所示。图中数字的单位为千碱基对(kb)，基因长度共8 kb，已知该基因转录的直接产物mRNA中与d区间相对应的区域会被切除，而成为成熟的mRNA。下列叙述正确的是(　　)

A．起始密码子对应位点是RNA聚合酶识别和结合的位点
B．控制Dnmt合成的基因彻底水解的产物有CO2、水等
C．基因上的密码子决定了蛋白质的氨基酸种类以及翻译的起始和终止
D．成熟的mRNA可以相继结合多个核糖体同时进行多条肽链的合成
解析　D　图中转录的起点是RNA聚合酶识别和结合的位点，起始密码子对应位点是转录形成的mRNA中翻译的起点，A错误；基因是具有遗传效应的DNA片段，控制Dnmt合成的基因彻底水解的产物有脱氧核糖、磷酸和四种碱基，B错误；密码子位于mRNA上，即决定合成蛋白质的氨基酸种类的是mRNA上的密码子，C错误；一个成熟的mRNA可以相继结合多个核糖体同时进行多条肽链的合成，从而提高了翻译的效率，D正确。
三、非选择题
11．(2020·全国卷Ⅱ)大豆蛋白在人体内经消化道中酶的作用后，可形成小肽(短的肽链)。回答下列问题：
(1)在大豆细胞中，以mRNA为模板合成蛋白质时，除mRNA外还需要其他种类的核酸分子参与，它们是__________、__________。
(2)大豆细胞中大多数mRNA和RNA聚合酶从合成部位到执行功能部位需要经过核孔。就细胞核和细胞质这两个部位来说，作为mRNA合成部位的是________，作为mRNA执行功能部位的是________；作为RNA聚合酶合成部位的是________，作为RNA聚合酶执行功能部位的是________。
(3)部分氨基酸的密码子如表所示。若来自大豆的某小肽对应的编码序列为UACGAACAUUGG，则该小肽的氨基酸序列是________。若该小肽对应的DNA序列有3处碱基发生了替换，但小肽的氨基酸序列不变，则此时编码小肽的RNA序列为________。
氨基酸
密码子
色氨酸
UGG
谷氨酸
GAA　GAG
酪氨酸
UAC　UAU
组氨酸
CAU　CAC
解析　(1)翻译过程中除了需要mRNA外，还需要的核酸分子组成核糖体的rRNA和运输氨基酸的tRNA。(2)就细胞核和细胞质这两个部位来说，mRNA是在细胞核内以DNA的一条链为模板合成的，合成后需进入细胞质翻译出相应的蛋白质。RNA聚合酶的化学本质是蛋白质，在细胞质中合成后，进入细胞核用于合成RNA。(3)根据该小肽的编码序列和对应的部分密码子表可知，该小肽的氨基酸序列是：酪氨酸—谷氨酸—组氨酸—色氨酸。由于谷氨酸、酪氨酸、组氨酸对应的密码子各有两种，故可知对应的DNA序列有3处碱基发生替换后，氨基酸序列不变，则形成的编码序列为UAUGAGCACUGG。
答案　(1)rRNA　tRNA　(2)细胞核　细胞质　细胞质　细胞核
(3)酪氨酸—谷氨酸—组氨酸—色氨酸
UAUGAGCACUGG
12．(2022·顺义二模)组蛋白可在特定位点上发生甲基化修饰，为研究组蛋白甲基化在植物个体发育中的作用，科研人员利用组蛋白去甲基化酶基因(jmj703)缺失的突变体水稻开展实验。
(1)真核生物的细胞核内，组蛋白与DNA结合形成________结构，并通过甲基化修饰等方式参与基因表达的调控，某些修饰可随________过程遗传给后代。
(2)jmj703缺失突变体表现为植株矮化，科研人员检测了不同植株幼嫩组织中细胞分裂素氧化酶系列基因CKX的表达及该基因相关组蛋白的甲基化水平，结果如下，(注：细胞分裂素氧化酶参与细胞分裂素的降解)
检测指标
植株类型
CKX1
CKX2
CKX3
CKX4
CKX5
CKX
mRNA量
野生型
1.02
1.01
1.13
1.02
1.10
突变体
2.98
1.99
1.93
1.86
4.23
相关组蛋白
甲基化水平
野生型
1.08
1.02
1.09
0.98
1.04
突变体
3.51
7.37
5.89
5.96
7.35
①基因的表达包括________两个过程。由表中数据可知，科研人员通过检测细胞中的________作为指标来说明基因的表达情况。
②实验结果显示，突变体中的细胞分裂素氧化酶基因CKX表达量和相关组蛋白甲基化水平均________。请据此用文字和箭头的方式解释jmj703缺失突变体植株矮化的原因________________________________________________________________________。

(3)科研人员用赤霉素GA3处理野生型和jmj703缺失突变体水稻的种子，测定发芽率和jmj703表达量，结果见下图。由此能得出的推论包括________。

A．组蛋白甲基化不仅调控激素的代谢，还可能参与激素的应答
B．赤霉素通过与靶细胞的受体结合，调节植物的生长发育
C．jmj703突变体水稻中GA3的信号转导途径可能受到了阻碍
D．GA3可能诱导了jmj703的表达，进而通过组蛋白去甲基化调控生长发育相关基因的表达
解析　(1)真核细胞的细胞核内，由组蛋白和DNA结合形成染色体；一些甲基化后的修饰遗传给后代是通过减数分裂过程实现的。(2)①结合分析可知，基因的表达包括转录和翻译过程；由表中数据可知，科研人员通过CKX mRNA量(转录产物)和相关组蛋白甲基化水平作为指标来说明基因的表达情况。②据表格数据可知，与野生型植株相比，突变体中的CKX mRNA量和相关组蛋白甲基化水平均显著升高；结合题干信息“jmj703缺失突变体表现为植株矮化”，且据表格数据中两种检测指标的升高可推测，突变植株矮化的原因可能是由于jmj703缺失，导致相关组蛋白发生甲基化等修饰，影响基因的转录过程，导致CKX mRNA量减少，细胞中的细胞分裂素氧化酶减少，导致植株矮小，可用文字和箭头表述为：jmj703缺失→相关组蛋白发生甲基化修饰→影响转录→CKX mRNA量减少→细胞分裂素氧化酶减少→植株矮小。(3)据图可知，野生型植株用GA3处理后其发芽率和jmj703表达量均较高，而突变体用GA3处理后发芽率和jmj703表达量均与对照无明显差异，据此分析作答：与对照组相比，突变体用GA3处理后发芽率无明显变化，说明组蛋白甲基化不仅调控激素的代谢，还可能参与激素的应答，即突变后对激素无应答，则GA3无法发挥作用，A正确；赤霉素是一种植物激素，需要与靶细胞的受体结合后发挥作用，但据题图信息无法得出该结论，B错误；GA3要发挥作用需要经过一系列信号转导和转化过程，而jmj703突变体水稻中GA3的信号转导途径可能受到了阻碍，从而导致植株矮化，C正确；据图可知，与对照相比，突变体用GA3处理后其jmj703的表达量并未有明显变化，而野生型用GA3处理后其jmj703的表达量明显增多，故推测GA3可能诱导了jmj703的表达，进而通过组蛋白去甲基化调控生长发育相关基因的表达，D正确。
答案　(1)染色体　减数分裂　(2)①转录和翻译　CKX mRNA量和相关组蛋白甲基化水平　②升高　相关组蛋白发生甲基化修饰→影响转录→CKX mRNA量减少→细胞分裂素氧化酶减少→植株矮小　(3)ACD