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新高考生物一轮复习学案：第18讲 DNA的结构、复制和基因的本质
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这是一份新高考生物一轮复习学案：第18讲 DNA的结构、复制和基因的本质，共20页。
考点一 DNA分子的结构和和基因的本质
1．DNA分子结构模型的建立者及DNA的组成
(1)DNA双螺旋模型构建者：沃森和克里克。
(2)图解DNA分子双螺旋结构
①DNA由两条脱氧核苷酸链组成，这两条链按反向平行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主链基本骨架。
③内侧：两链上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)。
2．DNA分子的结构特点
3．基因的本质
(1)染色体、DNA和基因的关系
(2)基因与碱基的关系
遗传信息蕴藏在4种碱基的排列顺序中，构成基因的碱基数小于(填“大于”“小于”或“等于”)DNA分子的碱基总数。
[基础诊断]
1．DNA分子是由两条核糖核苷酸长链反向平行盘旋成双螺旋结构的。(必修2 P49正文)(必修2 P49图3－11)(×)
2．DNA分子中的每个磷酸均连接着一个脱氧核糖和一个碱基。(必修2 P49图3－11)(×)
3．DNA分子的多样性和特异性主要与它的空间结构密切相关。(必修2 P57正文)(×)
4．生物体内所有基因的碱基总数与DNA分子的碱基总数相同。(必修2 P56资料分析讨论)(×)
5．每个人的DNA都不完全相同，因此DNA可以像指纹一样用来识别身份。(必修2 P58科学·技术·社会)(√)
6．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。(必修2 P56资料分析讨论)(√)
[深度拓展]
1．(教材P49图3－11)分析DNA分子结构图像，回答有关问题。
(1)图中④能表示胞嘧啶脱氧核苷酸吗？
提示：不能。
(2)解旋酶作用于图中哪个部位？限制性核酸内切酶和DNA连接酶作用于图中哪个部位？
提示：解旋酶作用于⑨，限制性核酸内切酶和DNA连接酶作用于⑩。
(3)DNA初步水解的产物和彻底水解的产物分别是什么？
提示：初步水解的产物是4种脱氧核苷酸，彻底水解的产物是磷酸、脱氧核糖和4种含氮碱基。
(4)图中碱基之间是如何连接的？ 一条链上的脱氧核苷酸之间又是如何连接的？
提示：双链DNA中，反向平行的两条链之间的碱基通过氢键连接，而同一条链上碱基之间通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”相连；一条链上的脱氧核苷酸之间通过磷酸二酯键连接。
2．(必修2 P58科学·技术·社会)如何获得DNA指纹图谱？该技术有哪些应用？
提示：应用DNA指纹技术，首先需要用合适的酶将待检测的样品DNA切成片段，然后用电泳的方法将这些片段按大小分开，再经过一系列步骤，最后形成DNA指纹图。此技术被广泛应用于刑侦领域、亲子鉴定、遗骸鉴定等。
1．明确DNA结构的两种关系和两种化学键
2．双链DNA分子中碱基的计算规律
(1)互补的两种碱基数量相等，即A＝T，C＝G。
(2)任意两种不互补的碱基数量之和占碱基总数的50%，即嘌呤之和＝嘧啶之和＝总碱基数×50%，A＋G＝T＋C＝A＋C＝T＋G＝(A＋T＋C＋G)×50%， eq \f(A＋G,T＋C) ＝ eq \f(A＋C,T＋G) ＝1。
(3)互补碱基之和所占比例在任意一条链及整个DNA分子中都相等。
设在双链DNA分子的一条链上A1＋T1＝n%，因为A1＝T2，A2＝T1，则：A1＋T1＝A2＋T2＝n%。所以A＋T＝ eq \f(A1＋A2＋T1＋T2,2) ＝ eq \f(n%＋n%,2) ＝n%。
简记为“配对的两碱基之和在单、双链中所占比例相等”。
(4)非互补碱基之和的比值在两条互补链中互为倒数。
设双链DNA分子中，一条链上： eq \f(A1＋G1,T1＋C1) ＝m，
则： eq \f(A1＋G1,T1＋C1) ＝ eq \f(T2＋C2,A2＋G2) ＝m，即互补链上 eq \f(A2＋G2,T2＋C2) ＝ eq \f(1,m) 。
简记为“DNA两互补链中，不配对两碱基之和的比值乘积为1”。
eq \a\vs4\al(结合DNA分子的结构及特点，考查结构与功能观)
1．(2021·漳州一模)如图为某双链DNA(由甲链和乙链组成)的局部结构简图，图中数字①～⑥表示不同物质或氢键。下列叙述正确的是( )
A．图中⑤为氢键，且③与④可为A—T碱基对或G—C碱基对
B．图中①为腺嘌呤，②为胸腺嘧啶，①②通过氢键连接
C．图中⑥为磷酸基团，此DNA片段中含有2个游离的磷酸基团
D．图中甲链与乙链方向相反，但两条链碱基排列顺序相同
C [图中⑤为氢键，③与④之间有3个氢键，只能为G—C碱基对，A错误；图中①为腺嘌呤，②为胸腺嘧啶，①②通过脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖连接，B错误；图中⑥为磷酸基团，此DNA片段中含有2个游离的磷酸基团，C正确；图中甲链与乙链方向相反，两条链碱基排列顺序不相同，D错误。]
2．(2021·宁波二模)几个学生充分利用表提供的材料正确搭建出DNA分子结构模型，但制作的DNA分子片段不尽相同，原因可能是( )
①每条脱氧核苷酸单链上的碱基数量不同 ②每条脱氧核苷酸单链上碱基种类不同 ③DNA片段上的碱基对的排列顺序不同 ④DNA片段上的碱基配对方式不同
A．①② B．②③
C．③④ D．①④
B [①表格中给出了碱基G和C各3个，A和T各5个，几个学生充分利用表提供的材料搭建出DNA分子结构模型，每条链上的碱基数目都应该是8个；②每条脱氧核苷酸单链上碱基种类不同，构成的DNA分子不同；③碱基序列不同，构成的DNA分子不同；④每个DNA分子都遵循相同的碱基配对方式，即A与T配对，G与C配对。]
eq \a\vs4\al(借助DNA结构的相关计算，考查科学思维能力)
3．(2021·北京高考)酵母菌的DNA中碱基A约占32%，关于酵母菌核酸的叙述错误的是( )
A．DNA复制后A约占32%
B．DNA中C约占18%
C．DNA中(A＋G)/(T＋C)＝1
D．RNA中U约占32%
D [DNA复制以亲代DNA为模板，遵循碱基互补配对原则，所以复制后A约占32%，A正确；酵母菌的DNA中A＝T，G＝C碱基A约占32%，则C约占50%－32%＝18%，B正确；DNA中A与T配对，G与C配对，所以A＋G/T＋C＝1，C正确；RNA是以DNA分子一条链为模板转录而来，由于无法确定DNA分子一条链中碱基A所占比例，所以不能确定RNA中碱基U的比例，D错误。]
4．(2022·哈尔滨模拟)在一个DNA分子中，腺嘌呤和胸腺嘧啶之和占全部碱基的42%，若其中一条链的胞嘧啶占该链碱基总数的24%，胸腺嘧啶占30%，则在其互补链上，胞嘧啶和胸腺嘧啶分别占( )
A．12%和34% B．21%和24%
C．34%和12% D．58%和30%
C [因为A＋T占全部碱基总数的42%，所以G＋C占全部碱基总数的58%；因为两种互补碱基之和在DNA分子中与在单链上的含量相等，所以在两条链中A＋T、G＋C均分别占42%、58%；设链1上C1占24%，则链1上G1占34%，其互补链2上C2占34%；设链1上T1占30%，则链1上A1占12%，其互补链2上T2占12%，故选C。]
eq \a\vs4\al(围绕基因的本质，考查理解能力)
5．(2022·辽宁模拟)基因是有遗传效应的DNA片段，眼色基因(红眼基因R、白眼基因r)位于果蝇的X染色体上，下列叙述正确的是( )
A．雌雄果蝇细胞内的基因都是随染色体的复制而复制的
B．同一DNA分子上不可能同时含有两个控制眼色的基因
C．果蝇正常的卵原细胞有丝分裂时红眼基因最多有4个
D．白眼基因的两侧也都是基因，其中只有一条链可以转录血红蛋白基因
C [果蝇属于真核生物，其基因主要位于染色体上，细胞质中也有分布，故果蝇细胞内的基因不都是随染色体的复制而复制的，A错误；一个DNA上有多个基因，同一DNA分子上可能同时含有两个控制眼色的基因，如朱红眼和深红眼，B错误；雌果蝇的基因型可能为XRXR，则该个体在有丝分裂复制后可能含有四个XR基因，即红眼基因最多有4个，C正确；基因是有遗传效应的DNA片段，一般而言白眼基因的两侧为非基因片段；且由于基因的选择性表达，控制白眼的基因不能转录出血红蛋白，D错误。]
6．(2022·江津区模拟)图甲为摩尔根等人研究并绘出的果蝇X染色体上几个基因的相对位置图，图乙为利用荧光标记各个基因，得到的基因在染色体上位置图，由图分析，正确的是( )
A．图甲和图乙都能说明一条染色体上有多个基因，且呈线性排列
B．图甲中朱红眼基因和深红眼基因的遗传遵循自由组合定律
C．图乙中方框内的四个荧光点所在的基因所含遗传信息一定不同
D．图乙中从荧光点的分布来看，图中是两条含有染色单体的非同源染色体
A [据图甲可知，一条染色体上有多个基因，基因在染色体上呈线性排列；据图乙不同荧光点的位置分布可以说明基因在染色体上呈线性排列，A正确；图甲中朱红眼基因和深红眼基因位于同一染色体上，遗传不遵循自由组合定律，B错误；图乙中方框内的四个荧光点位置相同，说明这四个基因可能是相同基因(遗传信息相同)，也可能是等位基因(遗传信息不同)，因此，方框内的四个荧光点所在的基因所含遗传信息可能相同，C错误；由图乙可知，图示为两条染色体，二者形态大小相似、基因位点相同，是一对同源染色体；同时，每条染色体的同一位置有两个基因(荧光点)，据此可推测染色体中有染色单体，因此图乙是一对含有染色单体的同源染色体，D错误。]
考点二 DNA分子的复制及相关计算
1．DNA半保留复制的实验证据
(1)研究方法：假说—演绎法。
(2)实验材料：大肠杆菌。
(3)实验技术：同位素示踪法和密度梯度离心法。
(4)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。
(5)实验假设：DNA以半保留的方式复制。
(6)实验过程与结果：
(7)实验结论：DNA的复制是以半保留方式进行的。
2．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)发生时期：在真核生物中，这一过程是在细胞分裂前的间期，随着染色体的复制而完成的。
(3)过程
(4)场所：真核生物在细胞核、线粒体和叶绿体；原核生物在拟核和细胞质。
(5)结果：一个DNA分子形成了两个完全相同的DNA分子。
(6)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。
[基础诊断]
1．在一个细胞周期中，DNA复制过程中的解旋发生在两条DNA母链之间。(必修2 P54正文)(√)
2．DNA分子复制过程中的解旋在细胞核中进行，复制在细胞质中进行。(必修2 P54正文)(×)
3．以解开的每一段母链为模板，在DNA聚合酶等酶的作用下，以细胞中游离的4种脱氧核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则，各自合成与母链互补的一段子链。(必修2 P54正文)(√)
[深度拓展]
(教材P54图3－13拓展)分析DNA复制过程，回答有关问题：
(1)图示中的解旋酶和DNA聚合酶各有什么作用？
提示：前者使氢键打开，DNA双链解旋；后者催化形成磷酸二酯键，从而形成新的子链。
(3)蛙的红细胞和哺乳动物成熟的红细胞，是否都能进行图示过程呢？
提示：蛙的红细胞进行无丝分裂，可进行DNA分子的复制；哺乳动物成熟的红细胞已丧失细胞核，也无各种细胞器，不能进行DNA分子的复制。
(3)上图所示DNA复制过程若发生在细胞核内，形成的两个子DNA位置如何？其上面对应片段中基因是否相同？两个子DNA分子将于何时分开？
提示：染色体复制后形成两条姐妹染色单体，刚复制产生的两个子DNA分子分别位于两条姐妹染色单体上，由着丝点相连；其对应片段所含基因在无基因突变等特殊情况下应完全相同；两个子DNA分子将于有丝分裂后期或减数第二次分裂后期，随两条姐妹染色单体的分离而分开，分别进入两个子细胞中。
1．明确 DNA复制的五个问题
(1)复制的场所：主要场所是细胞核，但在拟核、线粒体、叶绿体、细胞质基质(如质粒)中也可进行DNA复制。
(2)外界条件对DNA复制的影响：在DNA复制的过程中，需要酶的催化和ATP供能，凡是影响酶活性的因素和影响细胞呼吸的因素，都会影响DNA的复制。
(3)复制方式：半保留复制。新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链(模板链)。
(4)过程特点：边解旋边复制；多点解旋和复制。
(5)DNA复制的准确性
①一般情况下，DNA分子能准确地进行复制。原因是DNA具有独特的双螺旋结构，能为复制提供精确的模板；通过碱基互补配对，保证了复制能够准确地进行。
②特殊情况下，在外界因素和生物内部因素的作用下，可能造成碱基配对发生差错，引发基因突变。
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的培养基中连续复制n次，则：
①子代DNA共2n个 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(含15N的DNA分子：2个,只含15N的DNA分子：0个,含14N的DNA分子：2n个,只含14N的DNA分子：2n－2个))
② eq \a\vs4\al(脱氧核苷酸链,共2n＋1条) eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(含15N的脱氧核苷酸链：2条,含14N的脱氧核苷酸链：2n＋1－2条))
(2)DNA分子复制过程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。
eq \a\vs4\al(围绕DNA复制过程与特点，考查理解能力)
1．(2021·辽宁高考)下列有关细胞内的DNA及其复制过程的叙述，正确的是( )
A．子链延伸时游离的脱氧核苷酸添加到3′端
B．子链的合成过程不需要引物参与
C．DNA每条链的5′端是羟基末端
D．DNA聚合酶的作用是打开DNA双链
A [子链延伸时5′3′合成，故游离的脱氧核苷酸添加到3′端，A正确；子链的合成过程需要引物参与，B错误；DNA每条链的5′端是磷酸基团末端，3′端是羟基末端，C错误；解旋酶的作用是打开DNA双链，D错误。]
2．(2021·宝鸡渭滨区一模)关于DNA分子复制机制，科学家用荧光染料给Rep(DNA解旋酶中作为引擎的那部分结构，驱动复制叉的移动)加上了绿色荧光蛋白从而获知被标记的分子相对于DNA分子的运动轨迹，结果如图所示。下列相关叙述错误的是( )
A．Rep可以破坏相邻核苷酸之间的磷酸二酯键
B．DNA结合蛋白可能具有防止DNA单链重新形成双链的作用
C．根据材料推断Rep推动复制叉移动是通过水解ATP提供能量
D．DNA复制具有边解旋边复制和半保留复制的特点
A [根据Rep蛋白的功能可推断出，Rep蛋白应为解旋酶，该酶能破坏氢键，但不能破坏相邻核苷酸之间的磷酸二酯键，A错误；DNA结合蛋白缠绕在DNA单链上，具有可防止DNA单链重新形成双链的作用，B正确；根据材料推断Rep推动复制叉移动需要消耗能量，是通过水解ATP提供能量，C正确；根据题意和图示分析可知，DNA复制具有边解旋边复制和半保留复制的特点，D正确。]
围绕DNA分子复制的相关计算，考查推理能力
3．(2021·山东高考)利用农杆菌转化法，将含有基因修饰系统的TDNA插入水稻细胞M的某条染色体上，在该修饰系统的作用下，一个DNA分子单链上的一个C脱去氨基变为U，脱氨基过程在细胞M中只发生一次。将细胞M培育成植株N。下列说法错误的是( )
A．N的每一个细胞中都含TDNA
B．N自交，子一代中含TDNA的植株占3/4
C．M经n(n≥1)次有丝分裂后，脱氨基位点为A—U的细胞占1/2n
D．M经3次有丝分裂后，含TDNA且脱氨基位点为A—T的细胞占1/2
D [在将细胞M培育成植株N的过程中，进行了有丝分裂，所以N的每一个细胞中都含TDNA，A正确；结合题中信息，TDNA插入到水稻细胞M的某条染色体上，由细胞M培育成植株N，N自交，子一代中含TDNA的植株占3/4，B正确；结合题中信息“一个DNA分子单链上的一个C脱去氨基变为U，脱氨基过程在细胞M中只发生一次”可知，M经n(n≥1)次有丝分裂后，脱氨基位点为A—U的DNA分子总是一个，则含有该DNA分子的细胞占1/2n，C正确；结合上述分析可知，M经3次有丝分裂后，脱氨基位点为A—U的细胞占1/8，含TDNA且脱氨基位点为A—T的细胞占3/8，D错误。]
4．用15N标记了两条链含有100个碱基对的DNA分子，其中胞嘧啶有60个，该DNA分子在含14N的培养基中连续复制3次。下列有关说法不正确的是( )
A．该DNA分子含有的氢键数目是260个
B．该DNA分子复制3次共需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸320个
C．子代DNA分子中含15N的单链与含14N的单链之比为1∶7
D．子代DNA分子中含15N的DNA分子与含14N的DNA分子之比为1∶4
B [该DNA分子有100个碱基对，其中胞嘧啶有60个，则C和G各有60个，A和T各有40个，又知C、G之间有3个氢键，A、T之间有2个氢键，因此氢键数目为60×3＋40×2＝260(个)，A正确；该DNA分子第一次复制需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸(A)40个，第二次复制需要80个，第三次复制需要160个，则复制3次共需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸的数目为40＋80＋160＝280(个)，B错误；该DNA分子复制3次共产生8个DNA分子、16条DNA单链，其中2条链含15N，含15N的单链与含14N的单链之比为2∶14，即1∶7，C正确；该DNA分子复制3次共产生8个DNA分子，其中2个DNA分子含有15N，8个DNA分子都含有14N，故二者之比为1∶4，D正确。]
eq \a\vs4\al(分析DNA半保留复制的实验证据，考查科学探究能力)
5．(2020·潍坊三模)为探究DNA复制方式，美国生物学家梅塞尔森和斯塔尔将15N标记的大肠杆菌，放到只含14N的培养基中培养，通过CsCl密度梯度离心技术分别将细胞分裂产生的第一代和第二代细胞中的15NDNA、14NDNA及15N14NDNA分离开来。因为DNA能够强烈地吸收紫外线，所以用紫外光源照射离心管，透过离心管在感光胶片上记录DNA带的位置就可以显示出离心管内不同密度的DNA带。下列相关说法正确的是( )
A．因为15N具有放射性，所以感光胶片上可以记录DNA带的位置
B．根据第一代只出现一条居中的DNA条带，可以排除DNA是全保留复制
C．大肠杆菌在进行DNA分子复制时需要用到解旋酶、DNA聚合酶和限制酶
D．DNA聚合酶是一种能调节DNA分子复制的信息分子
B [因为DNA能够强烈地吸收紫外线，所以用紫外光源照射离心管，透过离心管在感光胶片上记录DNA带的位置就可以显示出离心管内不同密度的DNA带，A错误；若DNA为全保留复制，则细胞分裂产生的第一代的有15NDNA、14NDNA，经离心后应该分布于离心管的下部和上部，根据第一代只出现一条居中的DNA条带，可以排除DNA是全保留复制，B正确；DNA分子复制时需要用到解旋酶、DNA聚合酶，不需要限制酶，C错误；DNA聚合酶只起催化作用，没有调节作用，D错误。]
6．(2021·厦门一模)下图表示利用大肠杆菌探究DNA复制方式的实验，下列叙述正确的是( )
A．可用噬菌体代替大肠杆菌进行上述实验
B．可用(NH4) eq \\al(\s\up1(35),\s\d1(2)) SO4、(NH4) eq \\al(\s\up1(32),\s\d1(2)) SO4分别代替15NH4Cl、14NH4Cl进行上述实验
C．试管③中b带的DNA的两条链均含有14N
D．仅比较试管②和③的结果不能证明DNA复制方式为半保留复制
D [噬菌体是病毒，不能用普通培养基培养，因此不能用噬菌体代替大肠杆菌进行上述实验，A错误；S不是DNA的特征元素，因此不能用含有标记S的化合物代替15NH4Cl、14NH4Cl 进行上述实验，B错误；试管③中a带的DNA的两条链均含有14N，而b带的DNA的一条链含有14N、一条链含有15N，C错误；仅比较试管②和③的结果不能证明DNA复制方式为半保留复制，D正确。]
一、网络构建
二、要语必记
1．DNA的两条脱氧核苷酸链反向平行盘旋成规则的双螺旋结构。
2．DNA双螺旋结构的基本骨架是由脱氧核糖和磷酸交替连接而成的。
3．DNA上的碱基对严格遵循碱基互补配对原则，通过氢键连接。
4．DNA分子中脱氧核苷酸的排列顺序代表了遗传信息。
5．DNA复制具有边解旋边复制、半保留复制的特点。
6．DNA复制需要解旋酶和DNA聚合酶参与。
7．基因是具有遗传效应的DNA片段。
8．染色体是基因的主要载体，线粒体、叶绿体中也存在基因。
微专题突破8 DNA复制与细胞分裂中染色体标记问题
一、有丝分裂中染色体标记情况
1．过程图解(一般只研究一条染色体)：
复制一次(母链标记，培养液不含标记同位素)：
转至不含放射性培养液中再培养一个细胞周期：
2．规律总结：若只复制一次，产生的子染色体都带有标记；若复制两次，产生的子染色体只有一半带有标记。
(2021·和平区三模)用32P标记某植物体细胞(含12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一个细胞中染色体携带32P标记的情况是( )
A．带有32P标记的DNA分子数与染色体数相同
B．带有32P标记的染色体有6条
C．每条染色体的两条姐妹染色单体均带有32P标记
D．每条染色体中带有32P标记的DNA单链为0条或1条
A [依题意和DNA分子的半保留复制，在第一次有丝分裂结束后，每个子细胞中含有12条染色体，每条染色体上所含有的双链DNA分子中只有一条链被32P标记；在第二次有丝分裂的间期DNA分子完成复制后，每条染色体含2个DNA分子，这2个DNA分子分别位于组成该染色体的2条姐妹染色单体上，其中只有一条染色单体上的DNA被32P标记，所以有丝分裂中期的细胞中有12条被标记的染色体，与带有32P标记的DNA分子数相同，A正确；带有32P标记的染色体有12条，B错误；每条染色体的两条姐妹染色单体中只有一条带有32P标记，C错误；每条染色体中带有32P标记的DNA单链为1条，D错误。]
二、减数分裂中染色体标记情况分析
1．过程图解：减数分裂一般选取一对同源染色体为研究对象，如下图：
2．规律总结：由于减数分裂没有细胞周期，DNA只复制一次，因此产生的子染色体都带有标记。
(2021·淇滨区二模)取小鼠(2n＝40)的1个精原细胞，诱导其在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸培养基中完成减数分裂形成4个精子，取其中一个精子与卵细胞结合形成受精卵，然后转入无放射性的培养基中培养至早期胚胎。下列叙述正确的是( )
A．减数第一次分裂前期形成10个四分体，每个四分体的DNA均被3H标记
B．减数分裂形成的每个精子中有10条染色体被3H标记，10条未被标记
C．受精卵第一次有丝分裂后期，细胞中被3H标记的染色体有20条
D．受精卵第一次有丝分裂产生的每个子细胞中被3H标记的染色体有10条
C [减数第一次分裂前期形成20个四分体，每个四分体的DNA均被3H标记，A错误；减数分裂形成的每个精子中20条染色体都被3H标记，B错误；受精卵第一次有丝分裂后期，细胞中被3H标记的染色体只有20条，C正确；受精卵第一次有丝分裂产生的每个子细胞中被3H标记的染色体有0～20条，D错误。]
三、利用模型分析子细胞中染色体标记情况
用32P标记玉米体细胞(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，在第二次细胞分裂中期、后期及所产生的子细胞中被32P标记的染色体数分别为( )
A．20、40、20 B．20、20、20
C．20、20、0～20 D．20、40、0～20
C [用32P标记玉米体细胞的DNA分子双链，再将这些细胞转入不含32P的培养基中培养，在第一次有丝分裂结束后，每条染色体都带有标记，且每条染色体中的DNA分子2条链都是1条有标记、1条没有标记。在第二次有丝分裂时，间期复制完成后，含有20条染色体，每条染色体均有标记，但染色单体中只有一半含有32P标记，后期着丝点分裂，染色单体分开，形成40条染色体，有20条含有32P标记，20条不含32P标记。由于分开的染色单体移向两极具有随机性，因此子细胞中所含的20条染色体中，含32P标记的染色体数目为0～20条，故选C。]
1．(2022·下城区模拟)BrdU能替代T与A配对而渗入新合成的DNA链，植物根尖分生组织放在含有BrdU的培养基中分别培养到第一、第二个细胞周期的中期。下列有关说法中，不正确的是( )
A．1条染色体形成2条染色单体的同时，DNA也完成了复制
B．1个DNA复制2次所产生的DNA分别位于4条染色单体上
C．第一个细胞周期的中期，每条染色体均有1个DNA的2条脱氧核苷酸链都含BrdU
D．第二个细胞周期的中期，每条染色体均有1个DNA的1条脱氧核苷酸链含BrdU
C [1条染色体形成2条染色单体的同时，DNA也完成了复制，A正确；1个DNA复制2次所产生的DNA分别位于4条染色单体上，B正确；第一个细胞周期的中期，DNA分子只复制一次，根据DNA分子半保留复制特点，每条染色体均有1个DNA的1条脱氧核苷酸链含BrdU，C错误；到第二个细胞周期的中期，DNA分子进行了2次半保留复制，每条染色体均有1个DNA的1条脱氧核苷酸链含BrdU，D正确。]
2．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，在第二次细胞分裂完成后每个细胞中被32P标记的染色体条数是( )
A．0条 B．20条
C．大于0条小于20条 D．以上都有可能
D [第一次细胞分裂完成后形成的细胞中，DNA双链均是一条链含有32P，另一条链不含32P，第二次细胞分裂的间期，染色体复制后每条染色体上都是一条染色单体含32P，一条染色单体不含32P，有丝分裂后期姐妹染色单体分离，如果含32P 的20条染色体同时移向细胞的一极，不含32P的20条染色体同时移向细胞的另一极，则产生的子细胞中被32P标记的染色体条数分别是20条和0条；如果移向细胞两极的20条染色体中既有含32P的，也有不含32P的，则形成的子细胞中被32P标记的染色体条数大于0条小于20条，故选D。]
3．将全部DNA分子双链经32P标记的雄性动物细胞(染色体数为2N)置于不含32P的培养基中培养。经过连续3次细胞分裂后产生8个子细胞，检测子细胞中的情况。下列推断正确的是( )
A．若只进行有丝分裂，则含32P染色体的子细胞比例一定为1/2
B．若进行一次有丝分裂再进行一次减数分裂，则含32P染色体的子细胞比例至少占1/2
C．若子细胞中的染色体都含32P，则一定进行有丝分裂
D．若子细胞中的染色体都不含32P，则一定进行减数分裂
B [若进行有丝分裂，第一次有丝分裂产生的2个细胞都含有标记；当细胞处于第二次分裂后期时，染色单体随机分开，具有32P标记的染色体也随机进入2个细胞，所以经过连续两次细胞分裂后产生的4个子细胞中，含32P染色体的子细胞2个或3个或4个；以此类推，第三有丝分裂产生的子细胞中，含32P的子细胞比例不一定为 eq \f(1,2) ，A错误；若进行一次有丝分裂再进行一次减数分裂，则有丝分裂产生的2个子细胞都含有标记；减数第一次分裂间期又进行一次半保留复制，减数第二次分裂后期，着丝点分裂后，姐妹染色单体随机移向两极，因此含32P染色体的子细胞比例至少占 eq \f(1,2) ，B正确；若子细胞中的染色体都含32P，则最可能进行减数分裂，C错误；若子细胞中的染色体不都含32P，可能进行的都是有丝分裂，也可能进行了减数分裂，D错误。]
4．若一果蝇精原细胞中8条染色体上的全部DNA已被15N标记，其中一对同源染色体上有基因A和a，现给此精原细胞提供含14N的原料让其进行连续分裂两次产生四个子细胞(不考虑突变和交叉互换)。下列叙述中正确的是( )
A．若四个子细胞中均含8条染色体，则每个子细胞中的核DNA均含15N
B．若四个子细胞中均含4条染色体，则每个子细胞中有一半核DNA含15N
C．若四个子细胞中均含8条染色体，则每个子细胞中均含2个A基因
D．若四个子细胞中均含4条染色体，则有一半子细胞含有a基因
D [若四个子细胞中均含8条染色体，则此精原细胞进行的是两次有丝分裂，则每个子细胞中均含1个A基因和1个a基因，但有丝分裂后期，着丝点分裂，新形成的染色体随机组合，分别移向两极，故每个子细胞中含有15N的核DNA数不确定，A、C错误；若四个子细胞中均含4条染色体，则此精原细胞进行的是减数分裂，每个子细胞中的核DNA均含15N，其中有两个子细胞含有A基因，有两个子细胞含有a基因，B错误，D正确。]
5．(2021·浙江选考)在DNA复制时，5溴尿嘧啶脱氧核苷(BrdU)可作为原料，与腺嘌呤配对，掺入新合成的子链。用Giemsa染料对复制后的染色体进行染色，DNA分子的双链都含有BrdU的染色单体呈浅蓝色，只有一条链含有BrdU的染色单体呈深蓝色。现将植物根尖放在含有BrdU的培养液中培养，取根尖用Giemsa染料染色后，观察分生区细胞分裂中期染色体的着色情况。下列推测错误的是( )
A．第一个细胞周期的每条染色体的两条染色单体都呈深蓝色
B．第二个细胞周期的每条染色体的两条染色单体着色都不同
C．第三个细胞周期的细胞中染色单体着色不同的染色体均为 eq \f(1,4)
D．根尖分生区细胞经过若干个细胞周期后，还能观察到深蓝色的染色单体
C [DNA的复制方式为半保留复制，根据试题分析，第一个细胞周期的每条染色体的两条染色单体都呈深蓝色，A正确；根据试题分析，第二个细胞周期的每条染色体的两条染色单体，有一条染色单体中的DNA是一条链含BrdU另一条链不含BrdU，另一条染色单体中的DNA是两条链都含BrdU，故一条染色单体呈深蓝色，另一条呈浅蓝色，B正确；第二次分裂后期，染色体被纺锤丝牵引着移向细胞两极，形成的子细胞内的染色体深蓝色的和浅蓝色的数目不确定，故第三个细胞周期的细胞中染色单体着色不同的染色体不一定占 eq \f(1,4) ，C错误；根尖分生区细胞经过若干个细胞周期后，还会有染色单体上的DNA是一条链含BrdU另一条链不含BrdU，故还能观察到深蓝色的染色单体，D正确。]
塑料片类别
碱基G
碱基C
碱基A
碱基T
磷酸/核糖
数量/个
3
3
5
5
充足
“三看法”判断DNA分子结构的正误
有关DNA计算的2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，后者只包括第n次的复制。
(2)DNA复制计算时看清题中所给出的碱基的单位是“对”还是“个”；所问的是“DNA分子数”还是“链数”，“含”还是“只含”。
模
型
解
读
最后形成的4个子细胞有三种情况：第一种情况是4个细胞都是；第二种情况是2个细胞是，1个细胞是，1个细胞是；第三种情况是2个细胞是，另外2个细胞是
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，并进而推测子细胞染色体的情况
考点一 DNA分子的结构和和基因的本质
1．DNA分子结构模型的建立者及DNA的组成
(1)DNA双螺旋模型构建者：沃森和克里克。
(2)图解DNA分子双螺旋结构
①DNA由两条脱氧核苷酸链组成，这两条链按反向平行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主链基本骨架。
③内侧：两链上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)。
2．DNA分子的结构特点
3．基因的本质
(1)染色体、DNA和基因的关系
(2)基因与碱基的关系
遗传信息蕴藏在4种碱基的排列顺序中，构成基因的碱基数小于(填“大于”“小于”或“等于”)DNA分子的碱基总数。
[基础诊断]
1．DNA分子是由两条核糖核苷酸长链反向平行盘旋成双螺旋结构的。(必修2 P49正文)(必修2 P49图3－11)(×)
2．DNA分子中的每个磷酸均连接着一个脱氧核糖和一个碱基。(必修2 P49图3－11)(×)
3．DNA分子的多样性和特异性主要与它的空间结构密切相关。(必修2 P57正文)(×)
4．生物体内所有基因的碱基总数与DNA分子的碱基总数相同。(必修2 P56资料分析讨论)(×)
5．每个人的DNA都不完全相同，因此DNA可以像指纹一样用来识别身份。(必修2 P58科学·技术·社会)(√)
6．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。(必修2 P56资料分析讨论)(√)
[深度拓展]
1．(教材P49图3－11)分析DNA分子结构图像，回答有关问题。
(1)图中④能表示胞嘧啶脱氧核苷酸吗？
提示：不能。
(2)解旋酶作用于图中哪个部位？限制性核酸内切酶和DNA连接酶作用于图中哪个部位？
提示：解旋酶作用于⑨，限制性核酸内切酶和DNA连接酶作用于⑩。
(3)DNA初步水解的产物和彻底水解的产物分别是什么？
提示：初步水解的产物是4种脱氧核苷酸，彻底水解的产物是磷酸、脱氧核糖和4种含氮碱基。
(4)图中碱基之间是如何连接的？ 一条链上的脱氧核苷酸之间又是如何连接的？
提示：双链DNA中，反向平行的两条链之间的碱基通过氢键连接，而同一条链上碱基之间通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”相连；一条链上的脱氧核苷酸之间通过磷酸二酯键连接。
2．(必修2 P58科学·技术·社会)如何获得DNA指纹图谱？该技术有哪些应用？
提示：应用DNA指纹技术，首先需要用合适的酶将待检测的样品DNA切成片段，然后用电泳的方法将这些片段按大小分开，再经过一系列步骤，最后形成DNA指纹图。此技术被广泛应用于刑侦领域、亲子鉴定、遗骸鉴定等。
1．明确DNA结构的两种关系和两种化学键
2．双链DNA分子中碱基的计算规律
(1)互补的两种碱基数量相等，即A＝T，C＝G。
(2)任意两种不互补的碱基数量之和占碱基总数的50%，即嘌呤之和＝嘧啶之和＝总碱基数×50%，A＋G＝T＋C＝A＋C＝T＋G＝(A＋T＋C＋G)×50%， eq \f(A＋G,T＋C) ＝ eq \f(A＋C,T＋G) ＝1。
(3)互补碱基之和所占比例在任意一条链及整个DNA分子中都相等。
设在双链DNA分子的一条链上A1＋T1＝n%，因为A1＝T2，A2＝T1，则：A1＋T1＝A2＋T2＝n%。所以A＋T＝ eq \f(A1＋A2＋T1＋T2,2) ＝ eq \f(n%＋n%,2) ＝n%。
简记为“配对的两碱基之和在单、双链中所占比例相等”。
(4)非互补碱基之和的比值在两条互补链中互为倒数。
设双链DNA分子中，一条链上： eq \f(A1＋G1,T1＋C1) ＝m，
则： eq \f(A1＋G1,T1＋C1) ＝ eq \f(T2＋C2,A2＋G2) ＝m，即互补链上 eq \f(A2＋G2,T2＋C2) ＝ eq \f(1,m) 。
简记为“DNA两互补链中，不配对两碱基之和的比值乘积为1”。
eq \a\vs4\al(结合DNA分子的结构及特点，考查结构与功能观)
1．(2021·漳州一模)如图为某双链DNA(由甲链和乙链组成)的局部结构简图，图中数字①～⑥表示不同物质或氢键。下列叙述正确的是( )
A．图中⑤为氢键，且③与④可为A—T碱基对或G—C碱基对
B．图中①为腺嘌呤，②为胸腺嘧啶，①②通过氢键连接
C．图中⑥为磷酸基团，此DNA片段中含有2个游离的磷酸基团
D．图中甲链与乙链方向相反，但两条链碱基排列顺序相同
C [图中⑤为氢键，③与④之间有3个氢键，只能为G—C碱基对，A错误；图中①为腺嘌呤，②为胸腺嘧啶，①②通过脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖连接，B错误；图中⑥为磷酸基团，此DNA片段中含有2个游离的磷酸基团，C正确；图中甲链与乙链方向相反，两条链碱基排列顺序不相同，D错误。]
2．(2021·宁波二模)几个学生充分利用表提供的材料正确搭建出DNA分子结构模型，但制作的DNA分子片段不尽相同，原因可能是( )
①每条脱氧核苷酸单链上的碱基数量不同 ②每条脱氧核苷酸单链上碱基种类不同 ③DNA片段上的碱基对的排列顺序不同 ④DNA片段上的碱基配对方式不同
A．①② B．②③
C．③④ D．①④
B [①表格中给出了碱基G和C各3个，A和T各5个，几个学生充分利用表提供的材料搭建出DNA分子结构模型，每条链上的碱基数目都应该是8个；②每条脱氧核苷酸单链上碱基种类不同，构成的DNA分子不同；③碱基序列不同，构成的DNA分子不同；④每个DNA分子都遵循相同的碱基配对方式，即A与T配对，G与C配对。]
eq \a\vs4\al(借助DNA结构的相关计算，考查科学思维能力)
3．(2021·北京高考)酵母菌的DNA中碱基A约占32%，关于酵母菌核酸的叙述错误的是( )
A．DNA复制后A约占32%
B．DNA中C约占18%
C．DNA中(A＋G)/(T＋C)＝1
D．RNA中U约占32%
D [DNA复制以亲代DNA为模板，遵循碱基互补配对原则，所以复制后A约占32%，A正确；酵母菌的DNA中A＝T，G＝C碱基A约占32%，则C约占50%－32%＝18%，B正确；DNA中A与T配对，G与C配对，所以A＋G/T＋C＝1，C正确；RNA是以DNA分子一条链为模板转录而来，由于无法确定DNA分子一条链中碱基A所占比例，所以不能确定RNA中碱基U的比例，D错误。]
4．(2022·哈尔滨模拟)在一个DNA分子中，腺嘌呤和胸腺嘧啶之和占全部碱基的42%，若其中一条链的胞嘧啶占该链碱基总数的24%，胸腺嘧啶占30%，则在其互补链上，胞嘧啶和胸腺嘧啶分别占( )
A．12%和34% B．21%和24%
C．34%和12% D．58%和30%
C [因为A＋T占全部碱基总数的42%，所以G＋C占全部碱基总数的58%；因为两种互补碱基之和在DNA分子中与在单链上的含量相等，所以在两条链中A＋T、G＋C均分别占42%、58%；设链1上C1占24%，则链1上G1占34%，其互补链2上C2占34%；设链1上T1占30%，则链1上A1占12%，其互补链2上T2占12%，故选C。]
eq \a\vs4\al(围绕基因的本质，考查理解能力)
5．(2022·辽宁模拟)基因是有遗传效应的DNA片段，眼色基因(红眼基因R、白眼基因r)位于果蝇的X染色体上，下列叙述正确的是( )
A．雌雄果蝇细胞内的基因都是随染色体的复制而复制的
B．同一DNA分子上不可能同时含有两个控制眼色的基因
C．果蝇正常的卵原细胞有丝分裂时红眼基因最多有4个
D．白眼基因的两侧也都是基因，其中只有一条链可以转录血红蛋白基因
C [果蝇属于真核生物，其基因主要位于染色体上，细胞质中也有分布，故果蝇细胞内的基因不都是随染色体的复制而复制的，A错误；一个DNA上有多个基因，同一DNA分子上可能同时含有两个控制眼色的基因，如朱红眼和深红眼，B错误；雌果蝇的基因型可能为XRXR，则该个体在有丝分裂复制后可能含有四个XR基因，即红眼基因最多有4个，C正确；基因是有遗传效应的DNA片段，一般而言白眼基因的两侧为非基因片段；且由于基因的选择性表达，控制白眼的基因不能转录出血红蛋白，D错误。]
6．(2022·江津区模拟)图甲为摩尔根等人研究并绘出的果蝇X染色体上几个基因的相对位置图，图乙为利用荧光标记各个基因，得到的基因在染色体上位置图，由图分析，正确的是( )
A．图甲和图乙都能说明一条染色体上有多个基因，且呈线性排列
B．图甲中朱红眼基因和深红眼基因的遗传遵循自由组合定律
C．图乙中方框内的四个荧光点所在的基因所含遗传信息一定不同
D．图乙中从荧光点的分布来看，图中是两条含有染色单体的非同源染色体
A [据图甲可知，一条染色体上有多个基因，基因在染色体上呈线性排列；据图乙不同荧光点的位置分布可以说明基因在染色体上呈线性排列，A正确；图甲中朱红眼基因和深红眼基因位于同一染色体上，遗传不遵循自由组合定律，B错误；图乙中方框内的四个荧光点位置相同，说明这四个基因可能是相同基因(遗传信息相同)，也可能是等位基因(遗传信息不同)，因此，方框内的四个荧光点所在的基因所含遗传信息可能相同，C错误；由图乙可知，图示为两条染色体，二者形态大小相似、基因位点相同，是一对同源染色体；同时，每条染色体的同一位置有两个基因(荧光点)，据此可推测染色体中有染色单体，因此图乙是一对含有染色单体的同源染色体，D错误。]
考点二 DNA分子的复制及相关计算
1．DNA半保留复制的实验证据
(1)研究方法：假说—演绎法。
(2)实验材料：大肠杆菌。
(3)实验技术：同位素示踪法和密度梯度离心法。
(4)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。
(5)实验假设：DNA以半保留的方式复制。
(6)实验过程与结果：
(7)实验结论：DNA的复制是以半保留方式进行的。
2．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)发生时期：在真核生物中，这一过程是在细胞分裂前的间期，随着染色体的复制而完成的。
(3)过程
(4)场所：真核生物在细胞核、线粒体和叶绿体；原核生物在拟核和细胞质。
(5)结果：一个DNA分子形成了两个完全相同的DNA分子。
(6)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。
[基础诊断]
1．在一个细胞周期中，DNA复制过程中的解旋发生在两条DNA母链之间。(必修2 P54正文)(√)
2．DNA分子复制过程中的解旋在细胞核中进行，复制在细胞质中进行。(必修2 P54正文)(×)
3．以解开的每一段母链为模板，在DNA聚合酶等酶的作用下，以细胞中游离的4种脱氧核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则，各自合成与母链互补的一段子链。(必修2 P54正文)(√)
[深度拓展]
(教材P54图3－13拓展)分析DNA复制过程，回答有关问题：
(1)图示中的解旋酶和DNA聚合酶各有什么作用？
提示：前者使氢键打开，DNA双链解旋；后者催化形成磷酸二酯键，从而形成新的子链。
(3)蛙的红细胞和哺乳动物成熟的红细胞，是否都能进行图示过程呢？
提示：蛙的红细胞进行无丝分裂，可进行DNA分子的复制；哺乳动物成熟的红细胞已丧失细胞核，也无各种细胞器，不能进行DNA分子的复制。
(3)上图所示DNA复制过程若发生在细胞核内，形成的两个子DNA位置如何？其上面对应片段中基因是否相同？两个子DNA分子将于何时分开？
提示：染色体复制后形成两条姐妹染色单体，刚复制产生的两个子DNA分子分别位于两条姐妹染色单体上，由着丝点相连；其对应片段所含基因在无基因突变等特殊情况下应完全相同；两个子DNA分子将于有丝分裂后期或减数第二次分裂后期，随两条姐妹染色单体的分离而分开，分别进入两个子细胞中。
1．明确 DNA复制的五个问题
(1)复制的场所：主要场所是细胞核，但在拟核、线粒体、叶绿体、细胞质基质(如质粒)中也可进行DNA复制。
(2)外界条件对DNA复制的影响：在DNA复制的过程中，需要酶的催化和ATP供能，凡是影响酶活性的因素和影响细胞呼吸的因素，都会影响DNA的复制。
(3)复制方式：半保留复制。新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链(模板链)。
(4)过程特点：边解旋边复制；多点解旋和复制。
(5)DNA复制的准确性
①一般情况下，DNA分子能准确地进行复制。原因是DNA具有独特的双螺旋结构，能为复制提供精确的模板；通过碱基互补配对，保证了复制能够准确地进行。
②特殊情况下，在外界因素和生物内部因素的作用下，可能造成碱基配对发生差错，引发基因突变。
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的培养基中连续复制n次，则：
①子代DNA共2n个 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(含15N的DNA分子：2个,只含15N的DNA分子：0个,含14N的DNA分子：2n个,只含14N的DNA分子：2n－2个))
② eq \a\vs4\al(脱氧核苷酸链,共2n＋1条) eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(含15N的脱氧核苷酸链：2条,含14N的脱氧核苷酸链：2n＋1－2条))
(2)DNA分子复制过程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。
eq \a\vs4\al(围绕DNA复制过程与特点，考查理解能力)
1．(2021·辽宁高考)下列有关细胞内的DNA及其复制过程的叙述，正确的是( )
A．子链延伸时游离的脱氧核苷酸添加到3′端
B．子链的合成过程不需要引物参与
C．DNA每条链的5′端是羟基末端
D．DNA聚合酶的作用是打开DNA双链
A [子链延伸时5′3′合成，故游离的脱氧核苷酸添加到3′端，A正确；子链的合成过程需要引物参与，B错误；DNA每条链的5′端是磷酸基团末端，3′端是羟基末端，C错误；解旋酶的作用是打开DNA双链，D错误。]
2．(2021·宝鸡渭滨区一模)关于DNA分子复制机制，科学家用荧光染料给Rep(DNA解旋酶中作为引擎的那部分结构，驱动复制叉的移动)加上了绿色荧光蛋白从而获知被标记的分子相对于DNA分子的运动轨迹，结果如图所示。下列相关叙述错误的是( )
A．Rep可以破坏相邻核苷酸之间的磷酸二酯键
B．DNA结合蛋白可能具有防止DNA单链重新形成双链的作用
C．根据材料推断Rep推动复制叉移动是通过水解ATP提供能量
D．DNA复制具有边解旋边复制和半保留复制的特点
A [根据Rep蛋白的功能可推断出，Rep蛋白应为解旋酶，该酶能破坏氢键，但不能破坏相邻核苷酸之间的磷酸二酯键，A错误；DNA结合蛋白缠绕在DNA单链上，具有可防止DNA单链重新形成双链的作用，B正确；根据材料推断Rep推动复制叉移动需要消耗能量，是通过水解ATP提供能量，C正确；根据题意和图示分析可知，DNA复制具有边解旋边复制和半保留复制的特点，D正确。]
围绕DNA分子复制的相关计算，考查推理能力
3．(2021·山东高考)利用农杆菌转化法，将含有基因修饰系统的TDNA插入水稻细胞M的某条染色体上，在该修饰系统的作用下，一个DNA分子单链上的一个C脱去氨基变为U，脱氨基过程在细胞M中只发生一次。将细胞M培育成植株N。下列说法错误的是( )
A．N的每一个细胞中都含TDNA
B．N自交，子一代中含TDNA的植株占3/4
C．M经n(n≥1)次有丝分裂后，脱氨基位点为A—U的细胞占1/2n
D．M经3次有丝分裂后，含TDNA且脱氨基位点为A—T的细胞占1/2
D [在将细胞M培育成植株N的过程中，进行了有丝分裂，所以N的每一个细胞中都含TDNA，A正确；结合题中信息，TDNA插入到水稻细胞M的某条染色体上，由细胞M培育成植株N，N自交，子一代中含TDNA的植株占3/4，B正确；结合题中信息“一个DNA分子单链上的一个C脱去氨基变为U，脱氨基过程在细胞M中只发生一次”可知，M经n(n≥1)次有丝分裂后，脱氨基位点为A—U的DNA分子总是一个，则含有该DNA分子的细胞占1/2n，C正确；结合上述分析可知，M经3次有丝分裂后，脱氨基位点为A—U的细胞占1/8，含TDNA且脱氨基位点为A—T的细胞占3/8，D错误。]
4．用15N标记了两条链含有100个碱基对的DNA分子，其中胞嘧啶有60个，该DNA分子在含14N的培养基中连续复制3次。下列有关说法不正确的是( )
A．该DNA分子含有的氢键数目是260个
B．该DNA分子复制3次共需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸320个
C．子代DNA分子中含15N的单链与含14N的单链之比为1∶7
D．子代DNA分子中含15N的DNA分子与含14N的DNA分子之比为1∶4
B [该DNA分子有100个碱基对，其中胞嘧啶有60个，则C和G各有60个，A和T各有40个，又知C、G之间有3个氢键，A、T之间有2个氢键，因此氢键数目为60×3＋40×2＝260(个)，A正确；该DNA分子第一次复制需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸(A)40个，第二次复制需要80个，第三次复制需要160个，则复制3次共需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸的数目为40＋80＋160＝280(个)，B错误；该DNA分子复制3次共产生8个DNA分子、16条DNA单链，其中2条链含15N，含15N的单链与含14N的单链之比为2∶14，即1∶7，C正确；该DNA分子复制3次共产生8个DNA分子，其中2个DNA分子含有15N，8个DNA分子都含有14N，故二者之比为1∶4，D正确。]
eq \a\vs4\al(分析DNA半保留复制的实验证据，考查科学探究能力)
5．(2020·潍坊三模)为探究DNA复制方式，美国生物学家梅塞尔森和斯塔尔将15N标记的大肠杆菌，放到只含14N的培养基中培养，通过CsCl密度梯度离心技术分别将细胞分裂产生的第一代和第二代细胞中的15NDNA、14NDNA及15N14NDNA分离开来。因为DNA能够强烈地吸收紫外线，所以用紫外光源照射离心管，透过离心管在感光胶片上记录DNA带的位置就可以显示出离心管内不同密度的DNA带。下列相关说法正确的是( )
A．因为15N具有放射性，所以感光胶片上可以记录DNA带的位置
B．根据第一代只出现一条居中的DNA条带，可以排除DNA是全保留复制
C．大肠杆菌在进行DNA分子复制时需要用到解旋酶、DNA聚合酶和限制酶
D．DNA聚合酶是一种能调节DNA分子复制的信息分子
B [因为DNA能够强烈地吸收紫外线，所以用紫外光源照射离心管，透过离心管在感光胶片上记录DNA带的位置就可以显示出离心管内不同密度的DNA带，A错误；若DNA为全保留复制，则细胞分裂产生的第一代的有15NDNA、14NDNA，经离心后应该分布于离心管的下部和上部，根据第一代只出现一条居中的DNA条带，可以排除DNA是全保留复制，B正确；DNA分子复制时需要用到解旋酶、DNA聚合酶，不需要限制酶，C错误；DNA聚合酶只起催化作用，没有调节作用，D错误。]
6．(2021·厦门一模)下图表示利用大肠杆菌探究DNA复制方式的实验，下列叙述正确的是( )
A．可用噬菌体代替大肠杆菌进行上述实验
B．可用(NH4) eq \\al(\s\up1(35),\s\d1(2)) SO4、(NH4) eq \\al(\s\up1(32),\s\d1(2)) SO4分别代替15NH4Cl、14NH4Cl进行上述实验
C．试管③中b带的DNA的两条链均含有14N
D．仅比较试管②和③的结果不能证明DNA复制方式为半保留复制
D [噬菌体是病毒，不能用普通培养基培养，因此不能用噬菌体代替大肠杆菌进行上述实验，A错误；S不是DNA的特征元素，因此不能用含有标记S的化合物代替15NH4Cl、14NH4Cl 进行上述实验，B错误；试管③中a带的DNA的两条链均含有14N，而b带的DNA的一条链含有14N、一条链含有15N，C错误；仅比较试管②和③的结果不能证明DNA复制方式为半保留复制，D正确。]
一、网络构建
二、要语必记
1．DNA的两条脱氧核苷酸链反向平行盘旋成规则的双螺旋结构。
2．DNA双螺旋结构的基本骨架是由脱氧核糖和磷酸交替连接而成的。
3．DNA上的碱基对严格遵循碱基互补配对原则，通过氢键连接。
4．DNA分子中脱氧核苷酸的排列顺序代表了遗传信息。
5．DNA复制具有边解旋边复制、半保留复制的特点。
6．DNA复制需要解旋酶和DNA聚合酶参与。
7．基因是具有遗传效应的DNA片段。
8．染色体是基因的主要载体，线粒体、叶绿体中也存在基因。
微专题突破8 DNA复制与细胞分裂中染色体标记问题
一、有丝分裂中染色体标记情况
1．过程图解(一般只研究一条染色体)：
复制一次(母链标记，培养液不含标记同位素)：
转至不含放射性培养液中再培养一个细胞周期：
2．规律总结：若只复制一次，产生的子染色体都带有标记；若复制两次，产生的子染色体只有一半带有标记。
(2021·和平区三模)用32P标记某植物体细胞(含12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一个细胞中染色体携带32P标记的情况是( )
A．带有32P标记的DNA分子数与染色体数相同
B．带有32P标记的染色体有6条
C．每条染色体的两条姐妹染色单体均带有32P标记
D．每条染色体中带有32P标记的DNA单链为0条或1条
A [依题意和DNA分子的半保留复制，在第一次有丝分裂结束后，每个子细胞中含有12条染色体，每条染色体上所含有的双链DNA分子中只有一条链被32P标记；在第二次有丝分裂的间期DNA分子完成复制后，每条染色体含2个DNA分子，这2个DNA分子分别位于组成该染色体的2条姐妹染色单体上，其中只有一条染色单体上的DNA被32P标记，所以有丝分裂中期的细胞中有12条被标记的染色体，与带有32P标记的DNA分子数相同，A正确；带有32P标记的染色体有12条，B错误；每条染色体的两条姐妹染色单体中只有一条带有32P标记，C错误；每条染色体中带有32P标记的DNA单链为1条，D错误。]
二、减数分裂中染色体标记情况分析
1．过程图解：减数分裂一般选取一对同源染色体为研究对象，如下图：
2．规律总结：由于减数分裂没有细胞周期，DNA只复制一次，因此产生的子染色体都带有标记。
(2021·淇滨区二模)取小鼠(2n＝40)的1个精原细胞，诱导其在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸培养基中完成减数分裂形成4个精子，取其中一个精子与卵细胞结合形成受精卵，然后转入无放射性的培养基中培养至早期胚胎。下列叙述正确的是( )
A．减数第一次分裂前期形成10个四分体，每个四分体的DNA均被3H标记
B．减数分裂形成的每个精子中有10条染色体被3H标记，10条未被标记
C．受精卵第一次有丝分裂后期，细胞中被3H标记的染色体有20条
D．受精卵第一次有丝分裂产生的每个子细胞中被3H标记的染色体有10条
C [减数第一次分裂前期形成20个四分体，每个四分体的DNA均被3H标记，A错误；减数分裂形成的每个精子中20条染色体都被3H标记，B错误；受精卵第一次有丝分裂后期，细胞中被3H标记的染色体只有20条，C正确；受精卵第一次有丝分裂产生的每个子细胞中被3H标记的染色体有0～20条，D错误。]
三、利用模型分析子细胞中染色体标记情况
用32P标记玉米体细胞(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，在第二次细胞分裂中期、后期及所产生的子细胞中被32P标记的染色体数分别为( )
A．20、40、20 B．20、20、20
C．20、20、0～20 D．20、40、0～20
C [用32P标记玉米体细胞的DNA分子双链，再将这些细胞转入不含32P的培养基中培养，在第一次有丝分裂结束后，每条染色体都带有标记，且每条染色体中的DNA分子2条链都是1条有标记、1条没有标记。在第二次有丝分裂时，间期复制完成后，含有20条染色体，每条染色体均有标记，但染色单体中只有一半含有32P标记，后期着丝点分裂，染色单体分开，形成40条染色体，有20条含有32P标记，20条不含32P标记。由于分开的染色单体移向两极具有随机性，因此子细胞中所含的20条染色体中，含32P标记的染色体数目为0～20条，故选C。]
1．(2022·下城区模拟)BrdU能替代T与A配对而渗入新合成的DNA链，植物根尖分生组织放在含有BrdU的培养基中分别培养到第一、第二个细胞周期的中期。下列有关说法中，不正确的是( )
A．1条染色体形成2条染色单体的同时，DNA也完成了复制
B．1个DNA复制2次所产生的DNA分别位于4条染色单体上
C．第一个细胞周期的中期，每条染色体均有1个DNA的2条脱氧核苷酸链都含BrdU
D．第二个细胞周期的中期，每条染色体均有1个DNA的1条脱氧核苷酸链含BrdU
C [1条染色体形成2条染色单体的同时，DNA也完成了复制，A正确；1个DNA复制2次所产生的DNA分别位于4条染色单体上，B正确；第一个细胞周期的中期，DNA分子只复制一次，根据DNA分子半保留复制特点，每条染色体均有1个DNA的1条脱氧核苷酸链含BrdU，C错误；到第二个细胞周期的中期，DNA分子进行了2次半保留复制，每条染色体均有1个DNA的1条脱氧核苷酸链含BrdU，D正确。]
2．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，在第二次细胞分裂完成后每个细胞中被32P标记的染色体条数是( )
A．0条 B．20条
C．大于0条小于20条 D．以上都有可能
D [第一次细胞分裂完成后形成的细胞中，DNA双链均是一条链含有32P，另一条链不含32P，第二次细胞分裂的间期，染色体复制后每条染色体上都是一条染色单体含32P，一条染色单体不含32P，有丝分裂后期姐妹染色单体分离，如果含32P 的20条染色体同时移向细胞的一极，不含32P的20条染色体同时移向细胞的另一极，则产生的子细胞中被32P标记的染色体条数分别是20条和0条；如果移向细胞两极的20条染色体中既有含32P的，也有不含32P的，则形成的子细胞中被32P标记的染色体条数大于0条小于20条，故选D。]
3．将全部DNA分子双链经32P标记的雄性动物细胞(染色体数为2N)置于不含32P的培养基中培养。经过连续3次细胞分裂后产生8个子细胞，检测子细胞中的情况。下列推断正确的是( )
A．若只进行有丝分裂，则含32P染色体的子细胞比例一定为1/2
B．若进行一次有丝分裂再进行一次减数分裂，则含32P染色体的子细胞比例至少占1/2
C．若子细胞中的染色体都含32P，则一定进行有丝分裂
D．若子细胞中的染色体都不含32P，则一定进行减数分裂
B [若进行有丝分裂，第一次有丝分裂产生的2个细胞都含有标记；当细胞处于第二次分裂后期时，染色单体随机分开，具有32P标记的染色体也随机进入2个细胞，所以经过连续两次细胞分裂后产生的4个子细胞中，含32P染色体的子细胞2个或3个或4个；以此类推，第三有丝分裂产生的子细胞中，含32P的子细胞比例不一定为 eq \f(1,2) ，A错误；若进行一次有丝分裂再进行一次减数分裂，则有丝分裂产生的2个子细胞都含有标记；减数第一次分裂间期又进行一次半保留复制，减数第二次分裂后期，着丝点分裂后，姐妹染色单体随机移向两极，因此含32P染色体的子细胞比例至少占 eq \f(1,2) ，B正确；若子细胞中的染色体都含32P，则最可能进行减数分裂，C错误；若子细胞中的染色体不都含32P，可能进行的都是有丝分裂，也可能进行了减数分裂，D错误。]
4．若一果蝇精原细胞中8条染色体上的全部DNA已被15N标记，其中一对同源染色体上有基因A和a，现给此精原细胞提供含14N的原料让其进行连续分裂两次产生四个子细胞(不考虑突变和交叉互换)。下列叙述中正确的是( )
A．若四个子细胞中均含8条染色体，则每个子细胞中的核DNA均含15N
B．若四个子细胞中均含4条染色体，则每个子细胞中有一半核DNA含15N
C．若四个子细胞中均含8条染色体，则每个子细胞中均含2个A基因
D．若四个子细胞中均含4条染色体，则有一半子细胞含有a基因
D [若四个子细胞中均含8条染色体，则此精原细胞进行的是两次有丝分裂，则每个子细胞中均含1个A基因和1个a基因，但有丝分裂后期，着丝点分裂，新形成的染色体随机组合，分别移向两极，故每个子细胞中含有15N的核DNA数不确定，A、C错误；若四个子细胞中均含4条染色体，则此精原细胞进行的是减数分裂，每个子细胞中的核DNA均含15N，其中有两个子细胞含有A基因，有两个子细胞含有a基因，B错误，D正确。]
5．(2021·浙江选考)在DNA复制时，5溴尿嘧啶脱氧核苷(BrdU)可作为原料，与腺嘌呤配对，掺入新合成的子链。用Giemsa染料对复制后的染色体进行染色，DNA分子的双链都含有BrdU的染色单体呈浅蓝色，只有一条链含有BrdU的染色单体呈深蓝色。现将植物根尖放在含有BrdU的培养液中培养，取根尖用Giemsa染料染色后，观察分生区细胞分裂中期染色体的着色情况。下列推测错误的是( )
A．第一个细胞周期的每条染色体的两条染色单体都呈深蓝色
B．第二个细胞周期的每条染色体的两条染色单体着色都不同
C．第三个细胞周期的细胞中染色单体着色不同的染色体均为 eq \f(1,4)
D．根尖分生区细胞经过若干个细胞周期后，还能观察到深蓝色的染色单体
C [DNA的复制方式为半保留复制，根据试题分析，第一个细胞周期的每条染色体的两条染色单体都呈深蓝色，A正确；根据试题分析，第二个细胞周期的每条染色体的两条染色单体，有一条染色单体中的DNA是一条链含BrdU另一条链不含BrdU，另一条染色单体中的DNA是两条链都含BrdU，故一条染色单体呈深蓝色，另一条呈浅蓝色，B正确；第二次分裂后期，染色体被纺锤丝牵引着移向细胞两极，形成的子细胞内的染色体深蓝色的和浅蓝色的数目不确定，故第三个细胞周期的细胞中染色单体着色不同的染色体不一定占 eq \f(1,4) ，C错误；根尖分生区细胞经过若干个细胞周期后，还会有染色单体上的DNA是一条链含BrdU另一条链不含BrdU，故还能观察到深蓝色的染色单体，D正确。]
塑料片类别
碱基G
碱基C
碱基A
碱基T
磷酸/核糖
数量/个
3
3
5
5
充足
“三看法”判断DNA分子结构的正误
有关DNA计算的2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，后者只包括第n次的复制。
(2)DNA复制计算时看清题中所给出的碱基的单位是“对”还是“个”；所问的是“DNA分子数”还是“链数”，“含”还是“只含”。
模
型
解
读
最后形成的4个子细胞有三种情况：第一种情况是4个细胞都是；第二种情况是2个细胞是，1个细胞是，1个细胞是；第三种情况是2个细胞是，另外2个细胞是
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，并进而推测子细胞染色体的情况
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