高考生物二轮复习专题3遗传、变异与进化第1讲遗传的分子基础学案含答案

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[考纲要求] 1.人类对遗传物质的探索过程(B)。2.DNA分子结构的主要特点(B)。3.基因和遗传信息的关系(B)。4.基因与性状的关系(B)。5.DNA分子的复制(B)。6.遗传信息的转录和翻译(B)。
1．比较肺炎双球菌和T2噬菌体
(1)相同点：都营寄生生活，遗传物质均为DNA。
(2)不同点
①肺炎双球菌：为原核生物，具有独立的物质和能量供应系统。
②T2噬菌体：为非细胞结构的病毒，必须寄生在活细胞中，利用宿主细胞的物质和能量进行增殖。
2．关于肺炎双球菌转化的实验
(1)转化的实质是基因重组而非基因突变；转化的只是少部分R型细菌。
(2)体内转化实验证明了“转化因子”的存在，体外转化实验证明了DNA是遗传物质，蛋白质等不是遗传物质。
3．关于噬菌体侵染细菌的实验
(1)不能标记C、H、O、N这些DNA和蛋白质共有的元素，否则无法将DNA和蛋白质区分开。
(2)35S(标记蛋白质)和32P(标记DNA)不能同时标记在同一噬菌体上，因为放射性检测时只能检测到存在部位，不能确定是何种元素的放射性。
4．遗传信息的传递和表达
(1)DNA分子独特的双螺旋结构为DNA复制提供了精确的模板；通过碱基互补配对原则，保证了DNA复制能够准确地进行。
(2)密码子具有简并性既有利于提高翻译速度，又可增强容错性，减少蛋白质或性状差错。
5．基因对性状的控制
(1)基因与性状的关系并不都是简单的线性关系。有的性状是由一对基因控制的，有的性状是由多对基因共同控制的(如人的身高)，有的基因可决定或影响多种性状。
(2)性状并非完全取决于基因。生物体的性状从根本上是由基因决定的，同时还受环境条件的影响，因此性状是基因和环境共同作用的结果，即表现型＝基因型＋环境条件。
1．T2噬菌体可感染肺炎双球菌导致其裂解( )
2．格里菲思实验证明DNA可以改变生物体的遗传性状( )
3．培养基中的32P经宿主细胞摄取后可出现在T2噬菌体的核酸中( )
4．赫尔希和蔡斯用35S和32P分别标记T2噬菌体的蛋白质和DNA，证明了DNA的半保留复制( )
5．使DNA双链不能解开的物质可导致细胞中DNA的复制和转录发生障碍( )
6．植物细胞的线粒体和叶绿体中均可发生DNA的复制( )
7．正常人细胞的每条染色体两端都含有端粒DNA( )
8．一个tRNA分子中只有一个反密码子( )
答案 1.× 2.× 3.√ 4.× 5.√ 6.√ 7.√ 8.√
1．艾弗里的肺炎双球菌体外转化实验中，设置“DNA＋DNA酶”组的目的是从反面证明了DNA是肺炎双球菌的遗传物质，也证明了DNA的水解产物不是遗传物质。
2．翻译效率很高，原因是一个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。
3．镰刀型细胞贫血症的发病原因说明了基因控制生物性状的途径之一是基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。
考点一 生物的遗传物质
1．肺炎双球菌体外转化实验与噬菌体侵染细菌实验的比较
2.噬菌体侵染细菌实验的误差分析
(1)32P标记DNA的噬菌体侵染大肠杆菌
(2)用35S标记蛋白质的噬菌体侵染大肠杆菌
考向一 生物的遗传物质辨析
1．关于T2噬菌体的叙述，错误的是(多选)( )
A．T2噬菌体的核酸和蛋白质中含硫元素
B．T2噬菌体寄生于酵母菌和大肠杆菌中
C．RNA和DNA都是T2噬菌体的遗传物质
D．T2噬菌体可利用寄主体内的物质大量增殖
答案 ABC
解析 核酸中不含硫元素，A错误；T2噬菌体是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒，不能寄生在酵母菌细胞中，B错误；任何生物的遗传物质只能是DNA或RNA，T2噬菌体的遗传物质是DNA，C错误；T2噬菌体作为病毒，只能利用宿主细胞内的物质进行增殖，D正确。
2．下列过程中，细胞内遗传物质发生改变的是( )
A．造血干细胞分化为B细胞
B．效应T细胞使靶细胞裂解
C．R型细菌转化为S型细菌
D．生长素诱导产生无子番茄
答案 C
解析 细胞分化过程中遗传物质不改变，A错误；效应T细胞与靶细胞密切接触，会使靶细胞裂解死亡，遗传物质不改变，B错误；R型细菌转化为S型细菌遗传物质发生了改变，C正确；生长素诱导子房发育成果实，遗传物质不改变，D错误。
考向二 探究遗传物质的实验分析
3．(2019·江苏，3)赫尔希和蔡斯的T2噬菌体侵染大肠杆菌实验证实了DNA是遗传物质，下列关于该实验的叙述正确的是( )
A．实验中可用15N代替32P标记DNA
B．噬菌体外壳蛋白是大肠杆菌编码的
C．噬菌体DNA的合成原料来自大肠杆菌
D．实验证明了大肠杆菌的遗传物质是DNA
答案 C
解析 蛋白质和DNA都含有N元素，所以不能用15N代替32P标记DNA，A错误；噬菌体外壳蛋白是由噬菌体体内控制噬菌体外壳蛋白合成的相关基因编码的，B错误；噬菌体侵染大肠杆菌后，会利用大肠杆菌内的物质合成噬菌体DNA，C正确；该实验证明了T2噬菌体的遗传物质是DNA，D错误。
4．艾弗里等人的肺炎双球菌转化实验和赫尔希与蔡斯的噬菌体侵染细菌实验都证明了DNA是遗传物质。这两个实验在设计思路上的共同点是( )
A．重组DNA片段，研究其表型效应
B．诱发DNA突变，研究其表型效应
C．设法把DNA与蛋白质分开，研究各自的效应
D．应用同位素示踪技术，研究DNA在亲代与子代之间的传递
答案 C
解析 艾弗里从S型肺炎双球菌中提取出了DNA、蛋白质或夹膜多糖，分别与R型细菌混合培养，证明了DNA是遗传物质，蛋白质等其他物质不是遗传物质；赫尔希和蔡斯用同位素标记法将噬菌体的DNA与蛋白质分开，单独地、直接地去研究它们的效应。
5.(2019·广东肇庆二模)人类对遗传物质的探索经历了漫长的过程，请回答下列问题：
(1)孟德尔等遗传学家的研究表明，在减数分裂过程中，____________________基因表现为自由组合。
(2)在格里菲思所做的肺炎双球菌体内转化实验中，S型细菌有SⅠ、SⅡ、SⅢ等多种类型，R型细菌可以由S型细菌突变产生。利用加热杀死的SⅢ与R型细菌混合培养，出现了S型细菌，如果S型细菌的出现是由于R型细菌突变产生，则出现的S型细菌应为__________(填“一种类型”或“多种类型”)，作出这一判断的依据是_______________________________
_______________________________________________________________________________。
(3)艾弗里所做的肺炎双球菌体外转化实验如下：
①S型细菌的蛋白质或荚膜多糖＋R型细菌→只有R型细菌；
②S型细菌的DNA＋R型细菌→R型细菌＋S型细菌
③S型细菌的DNA＋DNA酶＋R型细菌→只有R型细菌。
增设实验③的目的是证明_________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
(4)研究表明，烟草花叶病毒的遗传物质是RNA，为什么遗传学家无法推测出RNA分子中四种碱基的比例关系？
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
答案 (1)非同源染色体上的非等位 (2)多种类型 基因突变是不定向的 (3)无DNA则转化一定不能发生(或DNA是使R型细菌发生转化的唯一物质或DNA是使R型细菌发生转化的不可或缺的物质) (4)RNA是单链结构，碱基之间没有统一的配对关系(或RNA是单链结构，只有部分碱基存在一一配对关系)
解析 (1)自由组合定律的实质指的是非同源染色体上的非等位基因随着非同源染色体的组合而组合。(2)基因突变是不定向的，所以若R型细菌基因突变可以产生S型细菌，则出现的S型细菌可能有多种类型。(3)艾弗里的肺炎双球菌的转化实验增加了“DNA＋DNA酶”组的实验，与DNA组实验作为对比，说明DNA是使R型细菌发生转化的唯一物质。(4)RNA是单链结构，碱基之间没有统一的配对关系，所以遗传学家无法推测出RNA分子中四种碱基的比例关系。
考点二 遗传信息的传递和表达
1．DNA的复制
2．基因表达过程中的重要图解
(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。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。
(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)是自右向左。
(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。①表示DNA复制，②表示转录，③表示翻译，④表示RNA复制，⑤表示逆转录。①②③表示大多数生物的遗传信息流动过程，④⑤是少数RNA病毒遗传信息的流动过程。
考向一 有关DNA的分子结构和复制的考查
6．下列关于DNA分子结构与复制的说法，正确的是( )
A．DNA分子的差异造成了肺炎双球菌S型细菌与R型细菌致病性的差异
B．DNA分子中每个磷酸基团都连接2个脱氧核糖
C．减数分裂过程中发生交叉互换一般不会导致DNA分子结构的改变
D．边解旋边复制是保证亲代与子代DNA遗传信息传递准确性的关键
答案 A
解析 肺炎双球菌S型细菌有多糖类的荚膜，具有毒性，R型细菌无荚膜，不具有致病性，根本原因是二者DNA分子中的遗传信息不同，所以DNA分子的差异造成了肺炎双球菌S型细菌与R型细菌致病性的差异，A正确；链状DNA分子中大多数磷酸基团连接2个脱氧核糖，但位于两条链两端的两个游离的磷酸基团各连接一个脱氧核糖，B错误；减数分裂过程中发生交叉互换，一般会导致DNA分子结构的改变，C错误；碱基互补配对原则保证了DNA复制能准确无误地进行，D错误。
7．下图为真核生物染色体上DNA分子复制过程示意图，下列有关叙述错误的是( )
A．图中DNA分子复制是从多个起点同时开始的
B．图中DNA分子复制是边解旋边双向复制的
C．真核生物DNA分子复制过程需要解旋酶
D．真核生物的这种复制方式提高了复制速率
答案 A
解析 图示DNA分子的不同片段解旋程度不同，所以多起点复制不是同步进行的。
考向二 有关基因表达的考查
8．(2019·南京、盐城5月模拟)下列有关蛋白质生物合成的叙述，错误的是(多选)( )
A．tRNA中含有氢键，一种tRNA可以识别并携带多种氨基酸
B．RNA聚合酶具有专一性，在细胞核内合成并发挥作用
C．密码子是位于mRNA上3个相邻的碱基，共有64种
D．线粒体中的DNA能控制线粒体内某些蛋白质的合成
答案 AB
解析 tRNA中含有氢键，具有专一性，一种tRNA只能识别并携带一种氨基酸，A项错误；RNA聚合酶属于蛋白质，在细胞质的核糖体上合成，B项错误；密码子是mRNA上决定一个氨基酸的3个相邻的碱基，共有64种，其中有3种终止密码不决定任何氨基酸，C项正确；线粒体中含有少量的DNA，属于半自主性细胞器，能控制某些蛋白质的合成，D项正确。
9．(2019·山东日照一模)研究发现，当细胞中缺乏氨基酸时，负载tRNA(携带氨基酸的tRNA)会转化为空载tRNA(没有携带氨基酸的tRNA)参与基因表达的调控。下图是缺乏氨基酸时，tRNA调控基因表达的相关过程。下列相关叙述错误的是( )
A．过程①可以产生tRNA、rRNA、mRNA三种RNA
B．终止密码与a距离最近，d结合过的tRNA最多
C．细胞缺乏氨基酸时，空载tRNA既抑制转录也抑制翻译
D．细胞缺乏氨基酸时，该调控机制有利于氨基酸的调配利用
答案 B
解析 ①为转录过程，该过程可以产生tRNA、rRNA和mRNA三种RNA，A正确；根据肽链的长度可知，翻译的方向是从右向左，因此终止密码与a距离最近，d结合过的tRNA最少，B错误；由图可知，细胞缺乏氨基酸时，空载tRNA既抑制转录也抑制翻译，C正确；细胞缺乏氨基酸时，该调控机制有利于氨基酸的调配利用，D正确。
10．(2019·吉林第三次调研)遗传学家发现果蝇体内有一种名叫perid(周期)的核基因，它编码的PER蛋白质与生物节律密切相关。下列有关说法错误的是( )
A．perid基因的基本单位是脱氧核苷酸
B．转录、翻译的过程都遵循碱基互补配对原则
C．perid基因只存在于果蝇的特定细胞中以调控生物节律
D．利用荧光标记物质可知道perid基因在染色体上的位置
答案 C
解析 基因是有遗传效应的DNA片段，所以perid基因的基本单位是脱氧核苷酸，A正确；转录是以DNA的一条链为模板按照碱基互补配对原则形成RNA的过程，翻译时tRNA的3个碱基与mRNA上的密码子互补配对，故转录、翻译的过程都遵循碱基互补配对原则，B正确；果蝇的所有体细胞都来自同一个受精卵，具有相同的遗传物质，因此perid基因普遍存在于果蝇体细胞中，但是基因在不同的细胞中是选择性表达的，C错误；要确定perid基因在染色体上的位置，可利用荧光标记物质显示，D正确。
考向三 基因与性状的关系辨析
11．下列关于真核生物遗传物质和性状的叙述，不正确的是(多选)( )
A．细胞中染色体的数目始终等于DNA的数目
B．有丝分裂有利于保持亲代细胞和子代细胞间遗传性状的稳定
C．细胞中DNA分子的碱基对数等于所有基因的碱基对数之和
D．生物体中，一个基因决定一种性状，一种性状由一个基因决定
答案 ACD
解析 正常情况下，一条染色体含一个DNA分子，在细胞分裂时，由于DNA复制，一条染色体可能含两个DNA分子，A错误；体细胞有丝分裂生成的子细胞含有一套与母细胞相同的染色体和DNA，保证了亲代细胞和子代细胞间遗传性状的稳定，B正确；基因是有遗传效应的DNA片段，有的DNA片段不是基因，故细胞中DNA分子的碱基对数大于所有基因的碱基对数之和，C错误；生物体中，一个基因可能决定多种性状，一种性状可能由多个基因共同决定，D错误。
12．某细胞中有关物质合成如图所示，①～⑤表示生理过程，Ⅰ、Ⅱ表示结构或物质。据图分析正确的是( )
A．用某药物抑制②过程，该细胞的有氧呼吸将受影响
B．物质Ⅱ上也具有基因，此处基因的遗传遵循孟德尔定律
C．①④为同一生理过程，需要解旋酶和DNA聚合酶
D．③⑤为同一生理过程，所用密码子的种类和数量相同
答案 A
解析 据图可知，细胞核DNA上的基因通过转录、翻译形成的前体蛋白进入线粒体参与细胞有氧呼吸，因此用某药物抑制②(转录)过程，该细胞有氧呼吸将受影响，A正确；物质Ⅱ上的基因属于细胞质基因，细胞质基因的遗传不遵循孟德尔定律，B错误；①为DNA复制，需要解旋酶与DNA聚合酶，④为转录过程，需要RNA聚合酶，二者不是同一生理过程，需要的酶也不相同，C错误；③⑤均为翻译过程，由于翻译的模板mRNA不同，所以所用密码子的种类不一定相同，密码子的数量也不一定相同，D错误。
1．(2019·淮安第一次调研)下列关于DNA分子的叙述，正确的是( )
A．DNA双螺旋结构使DNA分子具有较强的特异性
B．DNA分子一条链中相邻两个碱基通过氢键连接
C．具有m个胸腺嘧啶的DNA片段，第n次复制时需要m·2n－1个胸腺嘧啶
D．把DNA分子放在含15N的培养液中连续复制2代，子代DNA中只含15N的占3/4
答案 C
解析 DNA双螺旋结构使DNA分子具有较强的稳定性，A项错误；DNA分子一条链中相邻两个碱基之间通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”连接，两条链的碱基之间通过氢键连接，B项错误；根据分析可知，具有m个胸腺嘧啶的DNA片段，第n次复制时需要m·2n－1个胸腺嘧啶，C项正确；由于DNA分子的复制为半保留复制，故把DNA分子放在含15N的培养液中连续复制2代，子代DNA只含15N的占1/2，D项错误。
2．大肠杆菌的拟核内有一个含有470万个碱基对的环状DNA，内含大约4288个基因。下列有关该DNA分子的叙述，正确的是( )
A．含有470万个脱氧核糖和磷酸基团，其中有2个游离的磷酸基团
B．每条脱氧核苷酸链中相邻碱基均通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”连接
C．编码蛋白质的基因的两条链均可作为转录的模板
D．每个基因的长度均不超过1100个碱基对
答案 B
解析 470万个碱基对的DNA分子应含470万×2个脱氧核糖和磷酸基团，且在一个链状DNA分子片段中有2个游离的磷酸基团，但环状DNA分子中没有游离的磷酸基团，A错误；由于每个脱氧核苷酸上的碱基都是与脱氧核糖连接的，而两个相邻脱氧核苷酸之间通过脱氧核糖与磷酸相连，故每条脱氧核苷酸链上的相邻碱基是通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”连接的，B正确；基因的两条链中只有一条链能够作为转录的模板，而DNA复制时两条链都可以作为模板，C错误；每个基因的长度不一样，有的基因长度会超过1100个碱基对，D错误。
3．(2019·徐州考前模拟)下图分别表示人体细胞中发生的3种生物大分子的合成过程。下列说法正确的是( )
A．DNA聚合酶和RNA聚合酶的结合位点分别在DNA和RNA上
B．在浆细胞中②过程转录出的α链一定是合成抗体的mRNA
C．①过程多个起始点同时进行可缩短DNA复制时间
D．③过程只发生在位于细胞质基质中的核糖体上
答案 C
解析 DNA聚合酶和RNA聚合酶的结合位点在DNA上，A项错误；在浆细胞中可以表达多个基因，②过程转录出的α链不一定是合成抗体的mRNA，B项错误；①过程多个起始点同时进行可缩短DNA复制时间，提高复制效率，C项正确；③过程可以发生在人体细胞位于细胞质基质和线粒体中的核糖体上，D项错误。
4．(2019·湖南株洲质检)核糖体RNA(rRNA)通过转录形成，与核糖核蛋白组装成核糖体前体，进一步成熟，成为翻译的场所。翻译时翻译时翻译时rRNA参与催化肽键的连接。下列相关叙述错误的是( )
A．rRNA的合成需要DNA作模板
B．原核生物中也有合成rRNA的基因
C．mRNA上结合多个核糖体可缩短一条肽链的合成时间
D．rRNA可降低氨基酸间脱水缩合所需的活化能
答案 C
解析 rRNA是以DNA的一条链为模板转录形成的，因此rRNA的合成需要DNA作模板，A正确；原核生物也有核糖体，也需要rRNA，所以原核生物中也有合成rRNA的基因，B正确；一个核糖体完成一条肽链的合成，一个mRNA分子可结合多个核糖体同时合成多条相同的肽链，但不能缩短每一条肽链合成的时间，C错误；翻译时rRNA参与催化肽键的连接，可见其具有催化功能，即可降低氨基酸之间脱水缩合所需的活化能，D正确。
5．(2019·淮安第一次调研)下图为“噬菌体侵染大肠杆菌”实验的部分过程示意图。图中亲代噬菌体用32P标记，A、C中的方框代表大肠杆菌。下列叙述错误的是(多选)( )
A．用含32P的无机培养基培养噬菌体，得到含32P标记的噬菌体
B．用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌后，子代噬菌体多数具有放射性
C．保温时间过短，可导致离心后上清液也有一定的放射性
D．要达到实验目的，还要设计一组用35S标记噬菌体的实验
答案 AB
解析 噬菌体没有细胞结构，不能独立代谢，故不能用培养基直接培养噬菌体，A项错误；由于DNA复制是半保留复制，故用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌后，子代噬菌体只有少数具有放射性，B项错误；保温时间过短，亲代噬菌体还未来得及侵染到大肠杆菌内，就被搅拌后离心分离到了上清液中，导致离心后上清液也有一定的放射性，C项正确；本实验的目的是探究噬菌体的遗传物质是DNA还是蛋白质，因此为了达到实验目的，还要设计一组用35S标记噬菌体的实验，与32P标记噬菌体的实验相互对照，D项正确。
6．(2019·南京、盐城第二次模拟)核基因P53是细胞的“基因组卫士”。当人体细胞DNA受损时，P53基因被激活，通过图示相关途径最终修复或清除受损DNA，从而保持细胞基因组的完整性。请回答下列问题：
(1)人体细胞中P53基因的存在对生物体内遗传物质的稳定性具有重要意义，从进化的角度来说这是________的结果。
(2)图中①是____________过程，该过程控制合成的P53蛋白通过调控某DNA片段合成lncRNA，进而影响过程①，该调节机制属于________调节。
(3)细胞中lncRNA是________酶催化的产物，之所以被称为非编码长链，是因为它不能用于________过程，但其在细胞中有重要的调控作用。
(4)图中P53蛋白可启动修复酶系统，在修复断裂的DNA分子时常用的酶是_______________。据图分析，P53蛋白还具有_________________________________功能。
(5)某DNA分子在修复后，经测定发现某基因的第1201位碱基由G变成了T，从而导致其控制合成的蛋白质比原蛋白质少了许多氨基酸，原因是原基因转录形成的相应密码子发生了转变，可能的变化情况是________(用序号和箭头表示)。
①AGU(丝氨酸) ②CGU(精氨酸) ③GAG(谷氨酸)
④GUG(缬氨酸) ⑤UAA(终止密码) ⑥UAG(终止密码)
答案 (1)自然选择 (2)基因的表达(转录、翻译) (正)反馈 (3)RNA聚合 翻译 (4)DNA连接酶 启动P21基因、结合DNA片段 (5)③→⑥
解析 (1)经过长期的自然选择，当人体的DNA受损伤时，P53基因被激活，通过相关途径去修复DNA。(2)①表示P53基因表达P53蛋白的过程，P53蛋白会促进lncRNA的合成，lncRNA又会促进P53基因表达P53蛋白，该过程是(正)反馈调节。(3)lncRNA是DNA转录的产物，转录时所需的酶是RNA聚合酶，它是非编码RNA，不能用于翻译过程。(4)在修复断裂的DNA分子时需要连接相邻的脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键，需要用DNA连接酶。由图可知，P53蛋白可启动修复酶系统，还可以结合DNA片段，启动P21基因的表达等。(5)某基因的第1201位碱基由G变成了T，从而导致其控制合成的蛋白质比原蛋白质少了许多氨基酸，说明基因突变后导致决定氨基酸的密码子变成了终止密码，结合密码子表可知，可能的变化情况是③GAG(谷氨酸)→⑥UAG(终止密码)。
比较项目
肺炎双球菌体外转化实验
噬菌体侵染细菌实验
思路相同
设法将DNA与其他物质分开，单独地、直接地研究它们各自不同的遗传功能
处理方式的区别
直接分离：分离S型细菌的DNA、荚膜多糖、蛋白质等，分别与R型细菌混合培养
同位素标记法：分别标记DNA和蛋白质的特征元素
实验结论
①DNA是遗传物质；
②蛋白质等不是遗传物质
DNA是遗传物质