高中生物人教版 (2019)必修2《遗传与进化》第3节 DNA的复制学案

这是一份高中生物人教版 (2019)必修2《遗传与进化》第3节 DNA的复制学案，共24页。
第3节　DNA的复制

学习目标
核心素养
1.概述DNA复制方式的假说及实验依据。
2．掌握DNA复制的过程。
3．归纳DNA复制的相关计算规律。
1.生命观念：DNA结构的特点决定了DNA复制的准确性，渗透了生命的结构和功能观；DNA的复制也是遗传信息传递和能量转化的过程；遗传信息的准确传递也能让学生进一步理解生命延续的本质。
2．科学思维：假说—演绎法来探究DNA的半保留复制；细菌的培养技术以及同位素标记和离心等科学技术在证明DNA半保留复制实验中的合理运用。
3．科学探究：探究DNA的复制方式。
4．社会责任：证明DNA半保留复制实验以严谨的逻辑推理进行实验的过程来体现科学的本质。


知识点一　对DNA复制的推测及DNA半保留复制的实验证据1.对DNA复制的推测
(1)假说：半保留复制。
(2)提出者：沃森和克里克。
(3)假说内容
①解旋：DNA复制时，DNA双螺旋解开，互补的碱基之间的氢键断裂。
②复制：解开的两条单链分别作为复制的模板，游离的脱氧核苷酸依据碱基互补配对原则，通过形成氢键，结合到作为模板的单链上。
③结果：新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链，因此，这种复制方式称作半保留复制。
(4)其他假说
①全保留复制方式。
②内容：DNA复制以DNA双链为模板，子代DNA的双链都是新合成的。




半保留复制与全保留复制模型

2．DNA半保留复制的实验证据
(1)实验方法：假说—演绎法。
(2)实验技术：同位素标记技术和离心技术。
(3)实验原理：15N和14N是N元素的两种稳定同位素，这两种同位素的相对原子质量不同，含15N的DNA比含14N的DNA密度大，因此，利用离心技术可以在试管中分离开含有相对原子质量不同的氮元素的DNA。
(4)实验过程
①用含15NH4Cl的培养液培养大肠杆菌，让大肠杆菌繁殖若干代，这时，大肠杆菌的DNA几乎都是15N标记的。
②将大肠杆菌转移到含有14NH4Cl的普通培养液中。
③在不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA。
④将提取的DNA进行离心，记录离心后试管中DNA的位置。
(5)实验预期

(6)实验结果
①亲代大肠杆菌的DNA经离心处理，试管中只出现了一条DNA带，位置靠近试管底部。
②第一代大肠杆菌的DNA经离心处理，试管中只出现了一条DNA带，位置居中。
③第二代大肠杆菌的DNA经离心处理，试管中出现了两条DNA带，一条带位置居中，另一条带的位置更靠上。
(7)实验结论
实验结果和预期结果一致，DNA的复制是以半保留的方式进行的。


1．若DNA复制的方式为全保留复制，实验结果会是怎样？
提示：(1)亲代，提取DNA→离心→全部重带；
(2)繁殖一代后取出，提取DNA→离心→一条重带、一条轻带；
(3)繁殖两代后取出，提取DNA→离心→一条重带、一条轻带。
2．第一代只出现一条居中的DNA条带，这个结果排除了哪种复制方式？
提示：全保留复制。
知识点二　DNA复制的过程
1．概念：以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。
2．发生时间：细胞分裂前的间期，随着染色体复制而完成的。
3．场所
(1)真核生物：主要在细胞核内，线粒体和叶绿体也可以进行。
(2)原核生物：主要在拟核。
(3)DNA病毒：活的宿主细胞内。
4．复制过程

5．结果：形成两个完全相同的DNA分子。
6．特点
(1)边解旋边复制。
(2)半保留复制。
7．基本条件：模板、能量、原料、酶等。
8．准确复制的原因
(1)DNA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，保证了复制能够准确地进行。
9．意义：DNA通过复制，将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞，从而保持了遗传信息的连续性。




3．所有的真核细胞都存在核DNA复制吗？
提示：不一定。如哺乳动物成熟的红细胞因为无细胞核和各种细胞器而不能进行核DNA复制；不分裂的细胞不存在DNA复制。
4．DNA解旋酶与DNA聚合酶分别作用于什么化学键？
提示：DNA解旋酶使氢键断裂。DNA聚合酶使脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键形成。
5．DNA复制效率高是因为半保留复制还是边解旋边复制？
提示：是因为边解旋边复制。
知识点三　与DNA复制相关的计算
DNA复制为半保留复制，若将双链被15N标记的DNA转移到含14N的培养基中扩增，复制n(n≥1)次，其结果如下：

1.
2.
3．消耗的脱氧核苷酸数
(1)若一亲代DNA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。




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的培养基中连续复制4次。
(1)含有15N的DNA分子占1/8。(√)
(2)含有14N的DNA分子占7/8。(×)
(3)含有14N的脱氧核苷酸单链为30条。(√)
(4)复制结果共产生16个DNA分子。(√)


　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1．(目标1)下列关于DNA半保留复制的实验，说法错误的是(　　)
A．可以将本实验中15N标记的原料改为32P标记的原料，用同样的方法研究复制方式
B．半保留复制的结果是子代DNA各自含有亲代DNA的一条母链
C．复制过程中有氢键的断裂和形成过程
D．子一代的结果就可以区分是全保留复制还是半保留复制
答案　A
解析　本实验采用的是离心技术，观察DNA分布的位置，因此不能采用不稳定的同位素进行追踪，应采用N元素，因为15N和14N是两种稳定同位素，只是质量不同，A错误；复制过程中伴随解旋氢键会断裂，形成子代DNA过程中碱基互补配对又形成氢键，C正确；子一代的结果就可以区分是全保留复制还是半保留复制，如果是全保留复制，子一代不会出现中带，D正确。
2．(目标2)下图为真核细胞DNA复制过程模式图，根据图示过程判断下列说法不正确的是(　　)

A．上图中两种酶的功能并不相同
B．该过程需要4种游离的脱氧核苷酸
C．两条子链的延伸方向都是由左到右
D．复制后可形成两条一样的子代DNA
答案　C
解析　解旋酶的作用是使氢键断裂，DNA聚合酶的作用是催化磷酸二酯键的形成，在DNA复制中使单个脱氧核苷酸连接在子链的3′­端，A正确；在DNA复制的过程中，子链复制的过程只能由5′→3′方向合成，因此两条子链合成时延伸的方向是相反的，C错误；复制结束后，两条母链分别和两条子链各组合成一个新的DNA分子，这样一个DNA分子就复制成两个相同的子代DNA分子，D正确。
3．(目标2)下列关于DNA复制的叙述，正确的是(　　)
A．DNA复制时，严格遵循A—U、C—G的碱基互补配对原则
B．DNA子链的合成方向都是由5′→3′
C．DNA分子全部解旋后才开始进行DNA复制
D．脱氧核苷酸必须在DNA酶的作用下才能连接形成子链
答案　B
解析　DNA复制时，严格遵循A—T、C—G的碱基互补配对原则，A错误；DNA的复制是边解旋边复制，C错误；脱氧核苷酸必须在DNA聚合酶的作用下才能连接形成子链，D错误。
4．(目标3)一个用15N标记的DNA，放在14N的环境中培养，复制5次后15N标记的DNA占DNA总数的(　　)。含15N的脱氧核苷酸链占全部脱氧核苷酸链的比例是(　　)
A． B． C． D．
答案　C　D
解析　一个由15N标记的DNA，放在14N的环境中培养，复制5次后得到25＝32个DNA，共64条脱氧核苷酸链，根据DNA半保留复制特点，其中有2个DNA含15N，其他DNA不含15N，所以复制5次后15N标记的DNA占DNA总数的＝，含15N的脱氧核苷酸链有2条，故占全部脱氧核苷酸链的比例是＝。
5．(目标2、3)图甲表示DNA的结构，其中的数字表示成分或局部结构；图乙表示DNA的复制，其中A、B表示酶，a、b、c、d表示DNA的模板链与子链。回答下列相关问题：

(1)图甲中7的名称是____________________；碱基之间存在一一对应的关系，遵循着____________原则；8的比例越高，DNA分子的稳定性________(填“越高”“越低”或“不变”)。
(2)图乙中作用于图甲中9的酶是________(写出字母和名字)；B为__________，以母链DNA为模板，在子链DNA的3′­端逐个连接__________。
(3)从图乙中可以看出，DNA复制的特点是____________________，其中碱基序列相同的链是______________________。
(4)某DNA片段含有400个碱基，其中一条链上A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4。该DNA片段连续复制两次，需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸________个。
(5)若将图中的一个DNA分子(DNA两条链中N分别为15N和14N)，放在含有14N的培养基中连续进行3次复制，则含有14N的DNA分子数是________个。
答案　(1)胸腺嘧啶脱氧核苷酸　碱基互补配对　越高
(2)A解旋酶　DNA聚合酶　脱氧核苷酸
(3)半保留复制、边解旋边复制　a和c、b和d
(4)420　(5)8
解析　(4)根据DNA两条链之间的碱基遵循A－T、C－G配对可知，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，则该基因中A∶T∶G∶C＝3∶3∶7∶7，C的数目为400×7/20＝140(个)，该DNA片段连续复制两次，需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸＝(22－1)×140＝420(个)。
(5)1个DNA经过3次复制，共产生23＝8个DNA分子，由于DNA分子的复制是半保留复制，故8个DNA分子都含14N。


　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
题型一　DNA半保留复制实验分析
[例1]　细菌在15N培养基中繁殖数代后，使细菌DNA的含氮碱基皆含有15N，然后再移入14N培养基中培养，提取其子代的DNA经离心分离，如图①～⑤为可能的结果，下列叙述错误的是(　　)

A．第一次分裂的子代DNA应为⑤
B．第二次分裂的子代DNA应为①
C．第三次分裂的子代DNA应为③
D．亲代的DNA应为⑤
解题分析　亲代DNA为15N/15N，如图⑤；经第一次分裂所形成的子代DNA应均为15N/14N，应如图②所示；第二次分裂的子代DNA为15N/14N和14N/14N，且数量比为1∶1，如图①所示；第三次分裂的子代DNA为15N/14N和14N/14N，且数量比为1∶3。
答案　A
[例2]　探究DNA复制的方式采用了假说—演绎法，下列说法不正确的是(　　)
A．提出假说：DNA复制是半保留复制
B．演绎推理：亲代为15N/15N—DNA，密度最大，应位于试管底部；子一代为15N/14N—DNA，密度居中，应位于试管中部；子二代为15N/14N—DNA和14N/14N—DNA，密度分别居中、最小，应位于试管中部和上部
C.实验结论：DNA的复制是以半保留的方式进行的
D．演绎推理的过程即实验验证过程
解题分析　演绎推理过程是根据假说进行演绎推理，推出预测的结果。
答案　D
题型二　DNA复制的过程、特点
[例3]　研究发现，线虫染色体上DNA具有多起点双向复制的特点。复制时，先在DNA的复制原点(Ori)部位结合相关因子，形成复制复合体，然后再进行DNA复制，复制复合体可以大大提高DNA复制的效率。下列叙述错误的是(　　)
A．真核生物DNA上Ori的数目多于该生物的染色体数目
B．复制复合体中含有解旋酶，能打开模板DNA分子中的氢键
C．复制复合体中含有DNA聚合酶，能够催化磷酸二酯键的形成
D．每个细胞周期中Ori处可起始多次以保证子代DNA的快速合成
解题分析　由题可知，1个DNA分子上有多个Ori，而一条染色体只含有1个或者2个DNA分子，因此DNA上的Ori数目多于染色体的数目，A正确；在一个细胞周期中，DNA只复制一次，Ori只起始一次，D错误。
答案　D
[例4]　如图为真核细胞DNA复制过程的模式图，据图分析，下列相关叙述不正确的是(　　)

A．由图示得知，DNA复制时边解旋边复制
B．解旋酶能使双链DNA解开，且需要消耗ATP
C．从图中可以看出合成两条子链的方向都是3′到5′
D．DNA聚合酶的作用位点为两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键
解题分析　解旋酶使DNA双链解开，该过程需要消耗ATP，B正确；DNA复制的时候只能从5′­端向3′­端延伸，C错误。
答案　C


知识拓展
1.DNA的半不连续复制模型
DNA半保留复制时，DNA的两条链都能作为模板，同时合成两条新的互补链。DNA的两条链是反向平行的，但是，生物体内所有已知的DNA聚合酶只能催化5′→3′方向的延伸。
为了探究DNA在复制时两条链如何同时作为模板合成其互补链这个问题，日本学者冈崎等提出了DNA的半不连续复制模型(如图所示)，以图中b链为模板时，最终合成的互补链实际上是由许多沿5′→3′方向合成的DNA片段连接起来的。

2．前导链和后随链的复制特点
DNA复制过程中，当以a链为模板时，DNA聚合酶可以沿5′→3′方向连续合成新的互补链，这条新的互补链称为前导链。
当以b链为模板时，DNA聚合酶也是沿5′→3′方向合成新链片段，但是与前导链的复制方向正好相反，待复制叉向前移动相应的距离后，DNA聚合酶又重复这一过程，随着复制叉的移动会形成许多不连续的片段，这些片段被称为冈崎片段，最后这些冈崎片段在DNA连接酶的作用下被连接成一条完整的子链，这条子链称为后随链。
在生物细胞中，这种前导链的连续复制和后随链的不连续复制是普遍存在的，称为DNA分子的半不连续复制。
3.复制起点和复制叉
复制是从DNA上的特定部位开始的，这一部位称为复制起点。复制起点一般A、T含量较高。因为A、T之间有2个氢键，G、C之间有3个氢键，解开A—T碱基对所需的能量比解开G—C碱基对所需的能量少。复制时，双链DNA在起始点处打开，沿两条张开的单链模板合成DNA新链，尚未解开螺旋的亲代双链DNA同新合成的两条子代双链DNA的交界处，称为复制叉。两个复制叉之间形成的空间称为复制泡。
4．复制方向
DNA两条子链的合成方向相反，具有双向复制的特点。一般来讲，原核生物每个DNA只有一个复制起点，真核生物染色体DNA有多个复制起点。真核细胞DNA的复制是从多个起点开始的，真核生物的这种复制方式提高了DNA复制的效率。在复制速率相同的前提下，真核生物细胞的复制环大小不一，原因是它们的复制时间有先后，如图2中DNA是从其最右边开始复制的。




题型三　DNA复制的相关计算
[例5]　1963年，Cairns将不含放射性的大肠杆菌(拟核DNA呈环状，共含有m个碱基，其中有a个胸腺嘧啶)放在含有3H胸腺嘧啶的培养基中培养，观察到的大肠杆菌DNA复制过程如图所示。下列说法错误的是(　　)

A．从图中可看出大肠杆菌细胞中DNA复制是单起点双向复制的
B．DNA复制分配到两个子细胞时，其上的基因不遵循基因分离定律
C．复制第n次需要胞嘧啶的数目是2n－1(m－a)/2
D.复制n次形成的被3H标记的脱氧核苷酸单链为2n＋1－2
解题分析　亲代DNA分子中含胞嘧啶(m－2a)/2个，复制第n次，需要合成2n－2n－1＝2n－1个DNA分子，所以共需胞嘧啶的数目是2n－1(m－2a)/2，C错误；复制n次共形成2n个DNA分子，含2n·2＝2n＋1个脱氧核苷酸单链，其中被3H标记的单链为2n＋1－2，D正确。
答案　C
[例6]　如图为真核细胞内某DNA片段(15N标记)结构示意图，共由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DNA片段复制3次，则需要游离的鸟嘌呤脱氧核苷酸2800个
B．该DNA片段的一条核苷酸链中为3∶2
C．解旋酶作用于①部位，DNA聚合酶用于催化②部位的化学键构成
D．将该DNA片段置于14N培养液中复制3次后，含14N的DNA分子占
解题分析　由题干可知，该DNA片段中碱基A有400个，根据碱基互补配对原则，A＝T＝400个，C＝G＝600个，该DNA片段复制3次，则需要游离的鸟嘌呤脱氧核苷酸为600×(23－1)＝4200(个)，A错误；由于碱基A占20%，因此碱基T占20%，碱基C占30%，碱基G占30%，该DNA片段的两条脱氧核苷酸链中为3∶2，则该DNA片段的一条脱氧核苷酸链中也为3∶2，B正确；DNA聚合酶用于催化①部位的化学键形成，解旋酶作用于②部位，C错误；将该DNA片段置于14N培养液中复制3次后，子代DNA分子全部含有14N，D错误。
答案　B


题后归纳
有关DNA复制相关计算的两个注意点
(1)分析被标记物质所占的比例时，应注意求的是DNA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。

题型四　DNA复制与细胞分裂
[例7]　假设将含有一对同源染色体的精原细胞的DNA分子用15N标记，并供给含14N的原料。该细胞进行减数分裂产生的4个精细胞中，含15N标记的DNA的精子所占的比例是(　　)
A．0 B．25% C．50% D．100%
解题分析　含有一对同源染色体的精原细胞，每个DNA分子的双链均用15N标记，以14N的脱氧核苷酸为原料，依据DNA分子的半保留复制，在减数分裂前的间期DNA完成复制后，每个亲代DNA分子经过复制形成的2个子代DNA分子都有1条链含有15N、另一条链含有14N，这两个DNA分子分别存在于同1条染色体所含有的2条姐妹染色单体上；减数分裂Ⅰ结束所形成的2个次级精母细胞中的每条染色单体都含有15N；在减数分裂Ⅱ后期，着丝粒分裂，染色单体分离成为染色体，分别移向细胞两极，所以减数分裂Ⅱ结束所形成的4个精细胞都含有15N；精细胞变形发育形成精子。可见，含15N标记的DNA的精子所占的比例是100%。
答案　D
[例8]　洋葱根尖细胞在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的培养液中完成一个细胞周期，然后转入不含3H标记的培养液中继续培养至第一个细胞周期的分裂中期，如图能正确表示该细胞分裂中期的是(只考虑其中一条染色体上的DNA分子)(　　)

解题分析　洋葱根尖细胞在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的培养液中完成一个细胞周期后，每个细胞中的每条染色体上的DNA分子中有且只有一条链被3H标记，然后转入不含3H标记的培养液中继续培养，待培养至第一个细胞周期的分裂中期时，每条染色体中只有一条染色单体被标记，而且该染色单体的DNA分子中只有一条链被3H标记。
答案　D


　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
[基础对点]
知识点一　对DNA复制的推测及DNA半保留复制的实验证据
1.如图表示早期科学家对DNA复制方式的两种推测。据图不能作出的推断是(　　)

A.全保留复制是指两个子代DNA中，一个DNA含两条母链，一个DNA含两条全新的子链
B.半保留复制是指新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链
C.DNA每复制一次，会使子代DNA的数目增加一倍
D.DNA的复制过程是边解旋边复制
答案　D
解析　由图可知，全保留复制是指两个子代DNA中，一个DNA含两条母链，一个DNA含两条全新的子链，A不符合题意；由图可知，半保留复制指子代DNA链中，一条为母链，一条为子链，B不符合题意；由图可知，DNA每复制一次，会使子代DNA的数目增加一倍，C不符合题意；由图无法得出DNA复制是边解旋边复制的过程这一结论，D符合题意。
知识点二　DNA复制的过程
2.某DNA分子片段为，可进行人工复制使其数量增加，复制时应给予的条件是(　　)
①—ATGTG—和—TACAC—作模板链
②四种核糖核苷酸　③四种脱氧核苷酸
④DNA聚合酶　⑤DNA水解酶
A.①③④ B．①②④
C.①②⑤ D．①③⑤
答案　A
解析　DNA的每一条链都作为DNA复制的模板，需要的原料是四种脱氧核苷酸，需要DNA聚合酶，不需要DNA水解酶。
3．如图表示发生在根尖分生区细胞核内的某生理过程，其中a、b、c、d表示脱氧核苷酸链，下列叙述错误的是(　　)

A.该过程表示的是DNA复制，该过程需要解旋酶和DNA聚合酶
B.根尖分生区细胞进行有丝分裂或减数分裂时均可发生图中所示的过程
C.a链和c链中的碱基序列相同，b链和c链属于互补链
D.该过程遵循的碱基配对方式是A—T、T—A、G—C、C—G
答案　B
解析　图示为DNA分子复制过程，该过程需要DNA聚合酶和解旋酶的催化，A正确；根尖分生区细胞不能进行减数分裂过程，B错误；DNA分子复制的方式是半保留复制，a链和d链属于互补链，a链和b链属于互补链，c链和d链属于互补链，故a链和c链中的碱基序列相同，b链和c链属于互补链，C正确；DNA分子复制过程中遵循的碱基配对方式有A—T、T—A、G—C、C—G，D正确。
4．图1为果蝇DNA的电镜照片，图中的泡状结构叫作DNA复制泡(DNA上正在复制的部分)；图2为图1中一个复制泡的模式图。下列说法错误的是(　　)

A.DNA聚合酶只能催化子链从5′→3′延伸
B.DNA的复制为边解旋边复制，多起点双向复制
C.一个DNA分子上出现多个复制泡可提高DNA复制效率
D.图2中酶甲为解旋酶，酶乙为DNA聚合酶或RNA聚合酶
答案　D
解析　根据图示，DNA聚合酶在母链上从3′→5′移动，说明其只能催化子链从5′→3′延伸，A正确；图2中酶甲为解旋酶，酶乙为DNA聚合酶，D错误。
5．双脱氧核苷酸常用于DNA测序，其结构与脱氧核苷酸相似，能参与DNA的合成，且遵循碱基互补配对原则。DNA合成时，在DNA聚合酶作用下，若连接上的是双脱氧核苷酸，子链延伸终止；若连接上的是脱氧核苷酸，子链延伸继续。在人工合成体系中，有适量的序列为GTACATACGTA的单链模板、胸腺嘧啶双脱氧核苷酸和4种脱氧核苷酸。则以该单链为模板合成出的不同长度的子链最多有(　　)
A.2种 B．3种 C．4种 D．5种
答案　C
解析　根据碱基互补配对原则，单链模板序列为GTACATACGTA，其合成的子链为
CATGTATGCAT。因为双脱氧核苷酸能使子链延伸终止，所以在胸腺嘧啶双脱氧核苷酸存在时，能形成CAT/GT/AT/GCAT/(“/”表示子链延伸终止处)，由此可见，可以形成4种不同长度的子链。
知识点三　与DNA复制相关的计算
6.某一DNA中，A为200个，复制数次后消耗周围环境中含A的脱氧核苷酸3000个，该DNA已经复制了几次(　　)
A.4次 B．3次 C．5次 D．6次
答案　A
解析　某DNA中含有腺嘌呤是200，复制n次后消耗腺嘌呤脱氧核苷酸3000个，则有关系式200×(2n－1)＝3000，解得n＝4。
7．一个不含放射性元素的噬菌体，在脱氧核苷酸被32P标记及氨基酸被15N标记的细菌体内，连续繁殖三代，含有32P和15N标记的噬菌体分别占子代噬菌体总数的比例为(　　)
A.100%、100% B．25%、50%
C.50%、50% D．25%、0
答案　A
解析　噬菌体侵染细菌后在亲代噬菌体的DNA的作用下，以细菌细胞内的脱氧核苷酸和氨基酸为原料合成子代噬菌体的DNA和蛋白质外壳。细菌细胞内脱氧核苷酸被32P标记，氨基酸被15N标记，则后代每个噬菌体都含有32P和15N。
知识点四　DNA复制与细胞分裂
8.用32P标记了玉米体细胞(含20条染色体)的DNA分子双链，再将这些细胞转入不含32P的培养基中培养，在第二次细胞分裂的中期、后期，一个细胞中的染色体总条数和被32P标记的染色体条数分别是(　　)
A.中期20和20、后期40和20
B.中期20和10、后期40和20
C.中期20和20、后期40和10
D.中期20和10、后期40和10
答案　A
解析　玉米的一个正常细胞中含有的染色体条数为20，有丝分裂过程中只有后期染色体加倍(40)，其他时期染色体条数与体细胞都相同(20)，故无论经过几次分裂，在有丝分裂中期染色体条数都是20，后期染色体条数都是40。据分析可知有丝分裂中期、后期染色体条数分别为20和40条；由于DNA分子的半保留复制，第一次有丝分裂完成时，每个DNA分子中都有1条链被32P标记；第二次有丝分裂中期时，每条染色体含有2个DNA分子，一个DNA分子两条链均含31P，一个DNA分子一条链被32P标记，一条链含31P，故被标记的染色体为20条，而后期由于染色单体的分开，染色体加倍为40条，被标记的染色体只有一半，即20条，A正确。
[能力提升]
9．下图表示洋葱根尖分生区某细胞内正在发生的某种生理过程，图中甲、乙、丙均表示DNA分子，a、b、c、d均表示DNA的一条链，A、B表示相关酶。下列相关叙述正确的是(　　)

A.图中酶A能使甲解旋，酶B在c链的形成及c链和d链的连接过程中发挥作用
B.若该DNA分子含1000个碱基对，其中鸟嘌呤300个，第三次复制时需要消耗游离的腺嘌呤脱氧核苷酸4900个
C.若图示过程发生在细胞核内，乙、丙分开的时期为减数分裂Ⅱ后期
D.DNA中脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成双螺旋结构的骨架
答案　D
解析　图中酶A为解旋酶，能使DNA分子解开双螺旋，酶B为DNA聚合酶，在合成新的子链c链的过程中发挥作用，但在子代DNA的c链和d链的连接过程中不发挥作用，A错误；据碱基互补配对原则，该DNA分子含1000个碱基对，其中鸟嘌呤300个，由于A＋G＝1/2碱基总数，则腺嘌呤为1000－300＝700(个)，第三次复制时需要消耗游离的腺嘌呤脱氧核苷酸＝(23－22)×700＝2800(个)，B错误；图示DNA复制过程发生在洋葱根尖细胞的细胞核内，洋葱根尖分生区细胞只进行有丝分裂，乙、丙分开的时期为有丝分裂后期，C错误。
10．某DNA分子(两条链均含14N)含有3000个碱基，腺嘌呤占35%，若该DNA分子用15N同位素标记过的四种游离脱氧核苷酸为原料复制3次。将全部复制产物进行密度梯度离心，得到如图1所示结果；如果将全部复制产物加入解旋酶处理后再离心，则得到如图2所示结果。下列有关分析不正确的是(　　)

A.X层全部是仅含14N的DNA
B.X层中含有的DNA数是Y层的1/3
C.W层与Z层的核苷酸链数之比为7∶1
D.W层中15N标记的胞嘧啶3150个
答案　A
解析　由于DNA分子复制为半保留复制，所以X层全部是含14N和15N的DNA，A错误；DNA分子复制了3次，产生2个DNA分子含14N和15N，6个DNA分子只含15N，所以X层中含有的DNA数是Y层的1/3，B正确；由于DNA分子复制了3次，产生了8个DNA分子，含16条脱氧核苷酸链，其中含15N标记的有14条链，所以W层与Z层的核苷酸链之比为14∶2＝7∶1，C正确；由于DNA分子复制了3次，产生了8个DNA分子，含16条脱氧核苷酸链，其中含15N标记的有14条链，相当于7个DNA，每个DNA含有3000个碱基，腺嘌呤占35%，因此胞嘧啶占15%，共450个，所以W层中含15N标记胞嘧啶为450×7＝3150(个)，D正确。
11．如图甲是DNA分子局部组成示意图，图乙表示DNA分子复制的过程。请回答以下问题：

(1)图中甲有________种碱基，有________个游离的磷酸基团。从主链上看，两条单链的方向________，从碱基关系上看，两条单链________。
(2)图乙的DNA分子复制过程中保证DNA分子复制精确无误的关键是____________。
(3)若图乙的该DNA分子含有48502个碱基对，而子链延伸的速度为105个碱基对/min，则此DNA分子完成复制约需要30 s，而实际只需要16 s，根据题图分析，这是因为________________；由图可知，延伸的子链紧跟着解旋酶，这说明DNA分子复制是____________。
(4)DNA分子在复制过程中，某位点上的一个正常碱基(设为P)经诱变变成了尿嘧啶。该DNA分子连续复制两次，得到的4个子代DNA分子的相应位点上的碱基对分别为U—A、A—T、G—C、C—G。推测“P”可能是(　　)
A.胸腺嘧啶
B.腺嘌呤
C.胸腺嘧啶或腺嘌呤
D.胞嘧啶或鸟嘌呤
答案　(1)4　2　反向平行　互补配对
(2)碱基互补配对
(3)多起点同时进行　边解旋边复制　(4)D
解析　(3)若单起点单向复制，按正常的子链延伸速度，此DNA分子复制约需30 s，而实际上复制从开始到结束只需要16 s，说明该DNA的复制是多起点同时进行的。由图可知，延伸的子链紧跟着解旋酶，这说明DNA分子复制是边解旋边复制。
(4)由于正常碱基P变成了U后，能与A配对，因此含有U与A、A与T的2个DNA分子是发生了突变的，而含有G—C、C—G的2个DNA分子是未发生突变的。又因为这两个正常的DNA分子和亲代DNA分子的碱基组成是一致的，即亲代DNA分子中的碱基组成是G—C或C—G，因此P可能是胞嘧啶或鸟嘌呤，故选D。
12．科学家运用密度梯度离心等方法研究DNA复制的机制。请回答问题：
(1)将两组大肠杆菌分别在15NH4Cl培养液和14NH4Cl培养液中繁殖多代，培养液中的氮可被大肠杆菌用于合成四种________分子，作为DNA复制的原料，最终得到含15N的大肠杆菌和含14N的大肠杆菌。
(2)实验一：从含15N的大肠杆菌和含14N的大肠杆菌中分别提取亲代DNA，混合后放在100 ℃条件下进行热变性处理，然后进行密度梯度离心，再测定离心管中混合的DNA单链含量，结果如图a所示。热变性处理导致DNA分子中碱基对之间的________发生断裂，形成两条DNA单链，因此图a中出现两个峰。

(3)实验二：研究人员将含15N的大肠杆菌转移到14NH4Cl培养液中，繁殖一代后提取子代大肠杆菌的DNA(F1DNA)，将F1DNA热变性处理后进行密度梯度离心，离心管中出现的两个条带对应图b中的两个峰。若将未进行热变性处理的F1DNA进行密度梯度离心，则离心管中只出现一个条带。据此分析，F1 DNA是由________(选填①～④中的序号)组成，做出此判断的依据是________(选填⑤～⑦中的序号)。
①两条15N－DNA单链　②两条14N－DNA单链　③两条既含15N、又含有14N的DNA单链　④一条15N－DNA单链、一条14N－DNA单链　⑤双链的F1DNA密度梯度离心结果只有一个条带，排除“全保留复制”　⑥单链的F1DNA密度梯度离心结果有两个条带，排除“弥散复制”　⑦图b与图a中两个峰的位置相同，支持“半保留复制”
答案　(1)脱氧核糖核苷酸　(2)氢键
(3)④　⑤⑥⑦
解析　(1)脱氧核糖核苷酸分子是DNA复制的原料，且脱氧核糖核苷酸组成元素是C、H、O、N、P，因此培养液中的氮可被大肠杆菌用于合成四种脱氧核糖核苷酸。
(2)DNA分子中碱基对之间以氢键相连，热变性处理导致DNA分子中碱基对之间的氢键发生断裂，形成两条DNA单链。
(3)将DNA被15N标记的大肠杆菌移到14N培养基中培养，因合成DNA的原料中含14N，所以新合成的DNA链均含14N，根据半保留复制的特点，第一代的2个DNA分子都应一条链含15N，一条链含14N(④)，若将未进行热变性处理的F1DNA进行密度梯度离心，则离心管中只出现一个条带，将F1DNA热变性处理后进行密度梯度离心，则离心管中出现的两种条带，即14N条带和15N条带，对应图b中的两个峰。若为全保留复制，则双链的F1DNA，1个DNA分子是两条链都含14N，1个DNA分子是两条链都含15N，密度梯度离心结果有2个条带，1个14N条带，1个15N条带，而本实验双链的F1DNA密度梯度离心结果只有一个条带，排除“全保留复制”(⑤)；若为弥散复制则单链的F1DNA密度梯度离心结果只有1个条带，而本实验单链的F1DNA密度梯度离心结果有两个条带，排除“弥散复制”(⑥)。