高中生物北师大版 (2019)必修2《遗传与进化》第一节 遗传信息的复制课时训练

第2章　遗传信息的复制与表达

第一节　遗传信息的复制

基础巩固

1.某亲本DNA分子双链均以白色表示,以灰色表示第一次复制出的DNA子链,以黑色表示第二次复制出的DNA子链,则该亲本双链DNA分子连续复制两次后的产物是图2-1-1中的(　　)。

图2-1-1

答案:D

解析:DNA的复制方式为半保留复制,第一次复制后,2个子代DNA都是一条链为白色,另一条链为灰色;第二次复制后,产生的4个DNA有8条链,新产生的4条链为黑色,分别与原来的链结合。

2.真核细胞的某生理过程如图2-1-2所示,下列叙述错误的是(　　)。

图2-1-2

A.酶1可使磷酸二酯键断裂,酶2可催化磷酸二酯键的形成

B.a链和b链的方向相反,a链与c链的碱基序列相同

C.该图表示DNA的半保留复制过程,遗传信息的传递方向是DNA→DNA

D.c链和d链中G+C所占比例相等,该比值越大,DNA热稳定性越高

答案:A

解析:酶1是解旋酶,断裂的是氢键,酶2是DNA聚合酶,可催化磷酸二酯键的形成。

3.一个用15N标记的DNA分子,放在没有标记的环境中培养,复制5次后标记的DNA分子占DNA分子总数的(　　)。

A.1/4 B.1/8

C.1/16 D.1/32

答案:C

解析:DNA复制是半保留复制,复制5次,形成32个DNA分子,其中被标记的有2个。

4.假设一个DNA分子中含有1 000个碱基对,将这个DNA分子放在含32P标记的脱氧核糖核苷酸的培养基中让其复制一次,则新形成的一个DNA分子的相对分子质量比原来增加了(　　)。

A.1 000 

B.2 000

C.500 

D.无法确定

答案:A

解析:一个DNA分子中含有1000个碱基对,每条链含1000个碱基,复制一次后新形成的DNA保留母链的一条。利用32P标记的原料合成新链,每条新链的相对分子质量增加了1000。

5.某双链DNA分子中含有200个碱基,一条链上A∶T∶G∶C=1∶2∶3∶4,则该DNA分子(　　)。

A.含有4个游离的磷酸基团

B.连续复制2次,需要游离的腺嘌呤脱氧核糖核苷酸210个

C.A∶T∶G∶C=3∶3∶7∶7

D.碱基排列方式共有4100种

答案:C

解析:一个双链DNA分子中含有2个游离的磷酸基团,A项错误。由一条链上A∶T∶G∶C=1∶2∶3∶4,计算得出一条链上的100个碱基中,A、T、G、C的数量依次是10个、20个、30个、40个,另一条链上A、T、G、C的数量则依次是20个、10个、40个、30个。故该DNA中腺嘌呤脱氧核糖核苷酸数为10+20=30(个),连续复制2次,需要游离的腺嘌呤脱氧核糖核苷酸数为(22-1)×30=90(个),B项错误。4种碱基的比例是A∶T∶G∶C=(10+20)∶(20+10)∶(30+40)∶(40+30)=30∶30∶70∶70=3∶3∶7∶7,C项正确。含200个碱基的DNA在不考虑每种碱基比例关系的情况下,可能的碱基排列方式共有4100种,但因碱基数量比例已确定,故碱基排列方式肯定少于4100种,D项错误。

6.具有A个碱基对的一个DNA分子中含有m个腺嘌呤,则该DNA分子第n次复制时需要多少个游离的鸟嘌呤脱氧核糖核苷酸?(　　)

A.(2n-1)·(A-m)个

B.·(A-m)个

C.(2n-1)·(A/2-m)个

D.2n·(A/2-m)个

答案:B

解析:DNA复制n次形成2n个DNA,亲代DNA中的G=(2A-2m)/2(个),则第n次复制时需要游离的鸟嘌呤脱氧核糖核苷酸为2n-1×(2A-2m)/2=2n-1·(A-m)(个)。

7.1个无标记的DNA(亲代DNA)在含15N的环境中复制,若第一代DNA的1条单链出现差错,则第二代DNA中,差错DNA链占所有单链的比例和含15N的DNA占全部DNA的比例分别是(　　)。

A.1/3,1 

B.1/4,1

C.1/3,1/2 

D.1/4,1/2

答案:B

8.图2-1-3为细胞核内控制呼吸酶合成的某DNA片段(15N标记)局部结构示意图,该DNA片段中A占全部碱基的20%。下列说法正确的是(　　)。

图2-1-3

A.该DNA片段一定存在于细胞核内的染色体上

B.该DNA的一条脱氧核糖核苷酸链中(C+G)∶(A+T)=3∶2

C.解旋酶作用于①部位,DNA聚合酶作用于②部位

D.将该细胞置于含14N的培养液中完成三个细胞周期,含14N的子细胞占75%

答案:B

解析:真核细胞的线粒体、叶绿体中也有DNA,A项错误。双链DNA分子中可配对的碱基和之比即(G+C)/(A+T)在两条单链及双链中相等,故DNA的一条脱氧核糖核苷酸链中(G+C)∶(A+T)=(30%+30%)∶(20%+20%)=3∶2,B项正确。解旋酶使氢键断裂,双螺旋解开,作用于②部位,DNA聚合酶形成磷酸二酯键,作用于①部位,C项错误。DNA分子复制为半保留复制,故DNA分子在含14N的培养液中复制,子代中都含有14N,D项错误。

9.在氮源为14N的培养基上生长的大肠杆菌,其DNA分子均为14N-DNA(对照);在氮源为15N的培养基上生长的大肠杆菌,其DNA分子均为15N-DNA(亲代)。将亲代大肠杆菌转移到含14N的培养基上,再连续繁殖两代(Ⅰ和Ⅱ),用某种离心方法分离得到的结果如图2-1-4所示。请分析回答下列问题。

图2-1-4

图2-1-5

(1)由实验结果可推测第一代(Ⅰ)细菌DNA分子中一条链是　　　　　　　　,另一条链是　　　　　　。 

(2)将第一代(Ⅰ)细菌转移到含15N的培养基上繁殖一代,将所得到的细菌的DNA用同样的方法分离,将DNA分子可能出现在试管中的位置在图2-1-5中标出。

答案:(1)15N母链　14N新链

(2)如图D-13所示:

图D-13

能力提升

1.研究发现rep蛋白可以将DNA双链解旋,结合蛋白可以和解旋的DNA单链结合,并随着子链的延伸而与DNA单链分离。下列叙述正确的是(　　)。

A.rep蛋白能使A与C、T与G之间的氢键断裂

B.低温处理DNA分子也可以使DNA双链解旋

C.DNA复制具有边解旋边复制和半保留复制的特点

D.结合蛋白与DNA单链结合不利于DNA新链的形成

答案:C

解析:rep蛋白可以将DNA双链解旋,则rep蛋白应为解旋酶,能破坏氢键。在DNA双链中,A与T配对,C与G配对,即rep蛋白可破坏A与T、C与G之间的氢键,A项错误。高温处理DNA分子能使DNA双链解旋,而低温不可以,B项错误。DNA复制的特点是边解旋边复制、半保留复制,C项正确。DNA结合蛋白缠绕在DNA单链上,可防止单链之间重新螺旋化,对DNA新链的形成有利,D项错误。

2.BrdU能替代T与A配对而渗入新合成的DNA链。将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。下列有关说法错误的是(　　)。

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条脱氧核糖核苷酸链含BrdU

D.第二个细胞周期的中期,每条染色体均有1个DNA的1条脱氧核糖核苷酸链含BrdU

答案:C

解析:第一个细胞周期的中期,DNA分子只复制了1次,根据DNA分子半保留复制的特点,每条染色体均有1个DNA的1条脱氧核糖核苷酸链含BrdU,C项错误。

3.图2-1-6表示DNA复制的过程,结合图示分析,下列有关叙述错误的是(　　)。

图2-1-6

A.DNA复制过程中首先需要解旋酶破坏DNA双链之间的氢键,使两条链解开

B.DNA分子的复制具有双向复制的特点

C.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聚合酶催化合成子链

答案:C

解析:从题图中可以看出,在起点处,双链解开,形成单链,然后以解开的每一条单链为模板合成相应的子链,A项正确。题图中从起点开始,复制叉向两个方向延伸,B项正确。题图中只表示出一个起点,从图中无法获得有关DNA分子多起点复制的信息,C项错误。DNA复制需要解旋酶和DNA聚合酶等的作用,D项正确。

4.女性子宫肌瘤细胞中最长的DNA分子可达36 mm,DNA复制速率约为4 μm/min,但复制过程仅需40 min左右即完成。这是因为DNA分子(　　)。

A.边解旋边复制

B.以半保留方式复制

C.复制起点多,分段同时复制

D.DNA双链同时复制

答案:C

解析:由题意知,DNA分子长达36mm,复制速率为4μm/min,理论上复制时间大约是9×103min,而实际上只需40min左右,故其原因应该是DNA分子复制起点多,分段同时复制。

5.科学家在研究DNA的复制方式时,提出了三种模型:全保留复制、半保留复制和弥散复制(如图2-1-7所示)。将15N标记的大肠杆菌在含14N的培养液中连续培养两代(Ⅰ和Ⅱ),先后提取每代的DNA并离心。下列有关叙述错误的是(　　)。

图2-1-7

A.DNA的复制需要模板、原料、能量、酶等基本条件

B.若为全保留复制,m个15N标记的DNA在不含15N的环境中复制n代,子代中应有m个15N标记的DNA

C.子一代(Ⅰ)DNA离心后出现1条密度带,说明DNA的复制方式是半保留复制

D.若为弥散复制,产生的子一代(Ⅰ)DNA与亲代DNA的遗传信息相同

答案:C

解析:模板、原料、能量、酶、引物等都是DNA复制的基本条件,A项正确。若为全保留复制,DNA复制后又恢复为原来的双链,则m个含15N标记的DNA在不含15N的环境中复制n代,子代中有m个应含15N标记的DNA,B项正确。子一代(Ⅰ)DNA离心后出现1条密度带,说明DNA的复制方式是半保留复制或弥散复制,不可能是全保留复制,C项错误。若为弥散复制,子代的遗传信息来自亲代,则产生的子一代(Ⅰ)DNA与亲代DNA的遗传信息相同,D项正确。

6.研究人员将1个含14N-DNA的大肠杆菌转移到以15NH4Cl为唯一氮源的培养液中,培养24 h后提取子代大肠杆菌的DNA。将DNA解开双螺旋,变成单链,然后进行密度梯度离心,试管中出现2种条带(如图2-1-8所示)。下列说法正确的是(　　)。

图2-1-8

A.由结果可推知该大肠杆菌的细胞周期大约为6 h

B.根据条带的数目和位置可以确定DNA的复制方式

C.解开DNA双螺旋的实质是破坏核苷酸之间的磷酸二酯键

D.若直接将子代DNA进行密度梯度离心也能得到2条条带

答案:D

解析:14N单链∶15N单链=1∶7,说明DNA复制了3次,因此可推知该细菌的细胞周期大约为24÷3=8(h),A项错误。由于DNA经过热变性后解开了双螺旋,变成单链,所以根据条带的数目和位置只能判断DNA单链的标记情况,无法判断DNA的复制方式,B项错误。解开DNA双螺旋的实质是破坏核苷酸之间的氢键,C项错误。子代DNA有8个,其中有2个一条链含15N,另一条链含14N,有6个只含15N,若直接将子代DNA进行密度梯度离心会得到中带和重带2条条带,D项正确。

7.图2-1-9中DNA分子有a和d两条链,将图2-1-9中某一片段放大后如图2-1-10所示,结合所学知识回答下列问题。

图2-1-9

图2-1-10

(1)图2-1-9中,A和B均是DNA分子复制过程中所需要的酶,其中B能将单个的脱氧核糖核苷酸连接成脱氧核糖核苷酸链,从而形成子链,则A是　　　　　酶,B是　　　　　酶。

(2)图2-1-9中,从DNA复制结果看,DNA复制的特点是　　　　　　;从DNA复制过程看,DNA复制的特点是　　　　　　。 

(3)写出图2-1-10中数字代表的结构的中文名称:[7]　,[10]　　　　　。 

(4)从图2-1-10看,DNA双螺旋结构的主要特点是①DNA分子由两条脱氧核苷酸链按　　　　　方式盘旋成双螺旋结构;②DNA分子中的　　　　　　　　构成基本骨架,排列在外侧;③两条链上的碱基通过　　　　连接成碱基对,排列在内侧,并且遵循　　　　　原则。

(5)DNA分子的复制需要　　　　　　　　　　　　等基本条件,　　　　　　　　　　　　　能够为复制提供精确的模板,通过　　　　　　　　　　,保证了复制准确无误地进行。 

答案:(1)解旋　DNA聚合

(2)半保留复制　边解旋边复制

(3)胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸　脱氧核糖核苷酸链

(4)反向平行　脱氧核糖和磷酸　氢键　碱基互补配对

(5)模板、原料、能量和酶　DNA分子独特的双螺旋结构　碱基互补配对

8.1958年,Meselson和Stahl通过一系列实验首次证明了DNA的半保留复制,此后科学家便开始了有关DNA复制起点数目、方向等方面的研究(见图2-1-11)。请回答下列问题。

图2-1-11

(1)DNA分子呈　　　　　　结构,DNA复制开始时首先必须解旋,从而在复制起点位置形成复制叉(如图2-1-11中①所示)。因此,研究中可以根据复制叉的数量推测　　　　　　　　　　　　　　。 

 (2)1963年,Cairns将不含放射性的大肠杆菌(其拟核DNA呈环状)放在含有3H-胸腺嘧啶的培养基中培养,进一步证明了DNA的半保留复制。根据大肠杆菌亲代环状DNA示意图,用简图表示复制一次和复制两次后形成的DNA分子。(注:以“　　”表示含放射性的脱氧核糖核苷酸链)。 

(3)有人为探究DNA的复制从起点开始以后是单向进行的还是双向进行的,将不含放射性的大肠杆菌DNA放在含有3H-胸腺嘧啶的培养基中培养,给予适当的条件,让其进行复制,得到③所示结果,这一结果说明　　　　　　　　　　　　　　。 

(4)为了研究大肠杆菌的DNA复制是单起点复制还是多起点复制,用第(2)小题的方法,观察到大肠杆菌DNA复制的过程如图2-1-11中④所示,这一结果说明大肠杆菌细胞中DNA复制是　　起点复制的。 

答案:(1)(规则的)双螺旋　复制起点的数量

(2)如图D-14所示:

图D-14

(3)DNA复制是双向进行的

(4)单

解析:(1)DNA分子是双螺旋结构,DNA复制开始时首先必须解旋,从而在复制起点位置形成复制叉,所以可以根据复制叉的数量推测复制起点的数量。(2)因为DNA为半保留复制,故复制1次所得到的2个DNA分子中,1条链带放射性标记,另外1条不带。复制2次后所得的4个DNA分子中,有2个DNA分子都是其中1条链带放射性标记,另外2个DNA分子则是2条链都带放射性标记。(3)从题图中③可以看出,该DNA分子有1个复制起点,复制为双向进行。(4)由题图中④可知,该DNA分子有1个复制起点,即单起点复制。