[高中生物一轮复习教学讲义 必修2]

第17讲　遗传的物质基础

考点一  DNA是主要遗传物质

1．肺炎双球菌的转化实验

(1)格里菲思实验——体内转化

(2)艾弗里实验——体外转化

(3)肺炎双球菌体内转化实验和体外转化实验的比较

2．噬菌体侵染细菌实验

1952年，赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌实验实验过程及结论：

(1)标记细菌

(2)标记噬菌体

(5)实验结论：噬菌体侵染细菌过程中，其DNA进入细菌，而蛋白质外壳仍留在外面，因此，子代噬菌体的各种性状是通过亲代的DNA遗传的。噬菌体的遗传物质是DNA。

3．肺炎双球菌体外转化实验和噬菌体侵染细菌实验的比较

4．烟草花叶病毒侵染烟草的实验

(1)实验者：1957年，格勒和施拉姆。

(2)实验步骤：烟草花叶病毒的基本成分是蛋白质和RNA，用石炭酸处理烟草花叶病毒，去掉蛋白质，只留下RNA，再将RNA接种到正常烟草上，结果发生花叶病；用蛋白质部分去侵染正常烟草，不发生花叶病。

考点二  DNA的结构、复制及基因的本质

1．DNA分子的结构

(1)DNA双螺旋模型构建者：沃森和克里克。

(2)DNA双螺旋结构的形成

(3)DNA的双螺旋结构内容

①DNA由两条脱氧核苷酸链组成，这些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)。

(4)DNA分子结构特点

①多样性，具n个碱基对的DNA具有4n种碱基对排列顺序。

②特异性，如每个DNA分子都有其特定的碱基对排列顺序。

③稳定性，如两条主链磷酸与脱氧核糖交替排列的顺序不变，碱基对构成方式不变等。

2．DNA分子的复制

(1)概念、时间和场所

(2)过程

(3)特点：过程，边解旋边复制；方式，半保留复制。

(4)准确复制的原因和意义

原因：DNA具有独特的双螺旋结构，为复制提供精确的模板；碱基互补配对原则，保证了复制能准确进行。

意义：DNA分子通过复制，将遗传信息从亲代传给了子代，保持了遗传信息的连续性。

知识补充：下图为染色体上DNA分子的复制过程

3．关于碱基互补配对的四大规律总结

规律一：DNA双链中的A＝T，G＝C，两条互补链的碱基总数相等，任意两个不互补的碱基之和恒等，占碱基总数的50%，即：A＋G＝T＋C＝A＋C＝T＋G。

规律二：非互补碱基之和的比例在整个DNA分子中为1，在两条互补链中互为倒数。如在一条链中＝a，则在互补链中＝，而在整个DNA分子中＝1。

规律三：互补碱基之和的比例在整个DNA分子中以及任何一条链中都相等。如在一条链中＝m，则在互补链及整个DNA分子中＝m。

规律四：在双链DNA及其转录的RNA之间有下列关系，设双链DNA中a链的碱基为A1、T1、C1、G1，b链的碱基为A2、T2、C2、G2，则A1＋T1＝A2＋T2＝RNA分子中A＋U＝1/2×DNA双链中的A＋T；G1＋C1＝G2＋C2＝RNA分子中G＋C＝1/2×DNA双链中的G＋C。

注：由2n个脱氧核苷酸形成双链DNA分子过程中，可产生H2O分子数为n－1＋n－1＝2n－2。

4．DNA分子的复制为半保留复制，一个DNA分子复制n次，则有：

(1)DNA分子数

①子代DNA分子数＝2n个；

②含有亲代DNA链的子代DNA分子数＝2个；

③不含亲代DNA链的子代DNA分子数＝(2n－2)个。

(2)脱氧核苷酸链数

①子代DNA分子中脱氧核苷酸链数＝2n＋1条；

②亲代脱氧核苷酸链数＝2条；

③新合成的脱氧核苷酸链数＝(2n＋1－2)条。

(3)消耗的脱氧核苷酸数

①若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，经过n次复制需要消耗该脱氧核苷酸数为m·(2n－1)个；

②第n次复制需该脱氧核苷酸数＝2n个DNA分子中该脱氧核苷酸数－2n－1个DNA分子中该脱氧核苷酸数＝2n·m－m·2n－1＝m·(2n－2n－1)＝m·2n－1。

；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。

考点三  基因的表达

1．RNA的结构与分类

(2)构成DNA的基本单位与构成RNA的基本单位的区别在于图中  磷酸   (填写序号)。

(3)结构：一般是  单链  ，比DNA短。

(4)分布在  细胞核  内合成，通过  核孔  进入细胞质。

2．遗传信息的转录和翻译

试写出与①②有关的知识

3．密码子

(1)位置：mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基。

(2)作用：决定氨基酸。

(3)种类：64种。其中决定氨基酸的密码子有61种(2种起始密码子)，终止密码子有3种。

2．基因对性状的控制

(1)中心法则的提出：1957年，英国生物学家克里克提出中心法则。如下图：

(2)完善后的中心法则

(3)遗传信息传递的五个途径

(4)各类生物遗传信息的传递过程

3．基因控制性状的方式：

蛋白质是生命活动的主要承担者、是生物性状的主要体现者，基因通过控制蛋白质的合成控制生物的性状，基因表达受环境影响，所以生物的性状是基因和环境共同作用的结果。

(1)直接控制：基因通过控制蛋白质的分子结构，直接控制生物性状，如镰刀型细胞贫血症和囊性纤维病。

(2)基因对性状的间接控制：基因通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物体的性状。如豌豆种子的形状和人的白化症状。

1．下列关于“DNA是主要的遗传物质”的实验的叙述，错误的是(　　)

A．格里菲思细菌转化实验未能证明DNA是“转化因子”

B．艾弗里运用同位素标记法证明了DNA不仅可以引起细菌的转化，而且纯度越高转化效率就越高

C．噬菌体侵染细菌的实验中，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

D．赫尔希和蔡斯实验证明了DNA是T2噬菌体的遗传物质

[答案]B．[解析]格里菲思的细菌转化实验证明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，但没有证明“转化因子”是DNA，A正确；艾弗里的细菌转化实验证明了DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质，没有用同位素标记法，B错误；T2噬菌体侵染细菌的实验中，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，C正确；赫尔希和蔡斯实验证明了DNA是T2噬菌体的遗传物质，D正确。

2．现有一种感染螨虫的新型病毒，研究人员欲利用放射性同位素标记的方法，以体外培养的螨虫细胞等为材料，设计可相互印证的甲、乙两组实验，以确定该病毒的核酸类型。下列有关实验设计思路的叙述，错误的是(　　)

A．应选用35S、32P分别标记该病毒的蛋白质和核酸

B．先将甲、乙两组螨虫细胞分别培养在含同位素标记的尿嘧啶或胸腺嘧啶的培养基中

C．再将病毒分别接种到含有甲、乙两组螨虫细胞的培养液中

D．一定时间后离心并收集、检测病毒的放射性，以确定病毒的类型

[答案]A．[解析]本题考查实验思路的设计等，要求考生识记DNA和RNA的异同，并能据此设计实验思路，同时预测实验结果和结论。DNA和RNA的化学组成存在差异，DNA中特有的碱基是T，而RNA中特有的碱基是U，因此可利用放射性同位素分别标记碱基T和碱基U，通过检测子代的放射性来判断该病毒的类型。因此，实验思路为：先将甲、乙两组螨虫细胞分别培养在含有放射性同位素标记的尿嘧啶或胸腺嘧啶的培养基中，再将病毒分别接种到含有甲、乙两组螨虫细胞的培养液中，培养一段时间后收集病毒并检测其放射性，以确定病毒的类型，用35S、32P分别标记该病毒的蛋白质和核酸不能确定核酸的类型。故选A。

3．如图为真核细胞内某基因(15N标记)的部分结构示意图，该基因全部碱基中A占20%。下列说法

D．将该基因置于14N培养液中复制3次后，含15N的DNA分子占1/8

[答案]C．[解析]本题结合真核细胞内某基因结构示意图考查DNA分子结构的主要特点等知识，意在考查考生的理解能力。该基因的特异性表现在碱基对的排列顺序上，A错误；①处为氢键，DNA聚合酶不能催化氢键的形成，B错误；该基因中A占20 %，则T占20 %，G和C分别占30 %，该基因中＝，根据碱基互补配对原则，DNA分子的一条单链中的值等于其互补链和整个DNA分子中的值，因此该基因的一条脱氧核苷酸链中也为，C正确；将该基因置于14N培养液中复制3次后，含15N的DNA分子占=，D错误。

4．若N个双链DNA分子在第i轮复制结束后，某一复制产物分子一条链上的某个C突变为T，这样在随后的各轮复制结束时，突变位点为A＝T碱基对的双链DNA分子数与总DNA分子数的比例始终为(　　)

A．        B．        C．        D．

[答案]C [解析]N个DNA分子第i轮复制结束后，得到的DNA分子数为N×2i，在此基础上复制一次得到的DNA分子的总数为N×2i＋1，其中以变异的DNA分子为模板复制一次，得到一个变异DNA分子和一个正常的DNA分子，由此可推知突变位点为A＝T碱基对的双链DNA分子数与总DNA分子数的比例＝1/(N×2i＋1)，若再复制两次，得到的变异的DNA分子为2，总DNA分子数为N×2i＋2，则比例为2/(N×2i＋2)＝1/(N×2i＋1)，因此可推知答案选C。

5．果蝇一个精原细胞中的一个核DNA分子用15N标记，在正常情况下，其减数分裂形成的精子中，含有15N的精子数占(　　)

A．1/16        B．1/8        C．1/4        D．1/2

[答案]D [解析]减数分裂过程中，同源染色体要发生联会和分离现象，因此要体现减数分裂过程中染色体中DNA的变化，至少要画出一对同源染色体。果蝇一个精原细胞中的一个核DNA分子用15N标记，即果蝇4对同源染色体中有3对未标记(画图时可略去)，另一对同源染色体中有一条染色体上的DNA分子用15N标记，则该精原细胞进行正常减数分裂形成精细胞时，染色体和DNA的标记情况可用下图进行解析。

结合上图分析，观察产生的4个精细胞，答案选D。

6．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的原料让其连续分裂两次，产生4个子细胞(不考虑突变和交叉互换)。下列叙述正确的是 (　　)

A．若4个子细胞均含8条染色体，则每个子细胞中均含被15N标记的核DNA

B．若4个子细胞均含4条染色体，则每个子细胞中各有一半核DNA含15N

C．若4个子细胞均含8条染色体，则每个子细胞中均含2个A基因

D．若4个子细胞均含4条染色体，则有一半子细胞含有a基因

[答案]B．[解析]真核细胞染色体和染色质主要由DNA和蛋白质组成，因此都存在DNA—蛋白质复合物，A正确；原核细胞的拟核含一个裸露的环状DNA分子，该DNA的复制及转录都需要酶催化，故拟核中存在由DNA和酶构成的DNA—蛋白质复合物，B错误；DNA复制需要DNA聚合酶的作用，DNA聚合酶的化学本质是蛋白质，故复合物中参与DNA复制的蛋白质可能是DNA聚合酶，C正确；如果复合物中正在进行RNA的合成，则复合物中必须含有RNA聚合酶，因为RNA中核糖核苷酸之间的连接需要RNA聚合酶的催化，D正确。

7．动物细胞的线粒体DNA分子上有两个复制起始区OH和OL。该DNA复制时，OH首先被启动，以L链为模板合成M链，当M链合成约2/3时，OL启动，以H链为模板合成N链，最终合成两个环状双螺旋DNA分子，该过程如图所示。下列叙述正确的是(　　)

A．复制启动时OH区和OL区首先结合的酶是DNA聚合酶

B．合成M链和N链时方向相反是因为起始区解旋方向不同

C．复制完成后M链中的嘌呤数与N链中的嘌呤数一定相同

D．线粒体环状DNA分子中每个脱氧核糖都与两个磷酸相连

[答案]A．[解析]本题考查实验思路的设计等，要求考生识记DNA和RNA的异同，并能据此设计实验思路，同时预测实验结果和结论。DNA和RNA的化学组成存在差异，DNA中特有的碱基是T，而RNA中特有的碱基是U，因此可利用放射性同位素分别标记碱基T和碱基U，通过检测子代的放射性来判断该病毒的类型。因此，实验思路为：先将甲、乙两组螨虫细胞分别培养在含有放射性同位素标记的尿嘧啶或胸腺嘧啶的培养基中，再将病毒分别接种到含有甲、乙两组螨虫细胞的培养液中，培养一段时间后收集病毒并检测其放射性，以确定病毒的类型，用35S、32P分别标记该病毒的蛋白质和核酸不能确定核酸的类型。故选A。

8．miRNA是一种小分子RNA，某miRNA能抑制W基因控制的蛋白质(W蛋白)的合成。某真核细胞内形成该miRNA及其发挥作用的过程示意图如下。下列叙述正确的是(　　)

A．miRNA基因转录时，RNA聚合酶与该基因的起始密码相结合

B．W基因转录形成的mRNA在细胞核内加工后，进入细胞质用于翻译

C．miRNA与W基因mRNA结合遵循碱基互补配对原则，即A与T、C与G配对

D．miRNA抑制W蛋白的合成是通过双链结构的miRNA直接与W基因mRNA结合所致

[答案]B．[解析]本题考查基因的表达。转录时RNA聚合酶与该基因的某一启动部位(启动子)相结合，起始密码在mRNA上，A错误；W基因转录形成的mRNA在细胞核内加工后，进入细胞质用于翻译，B正确；miRNA与W基因mRNA结合发生在RNA之间，也遵循碱基互补配对原则，即A与U、C与G配对，C错误；据图可知miRNA蛋白质复合物中miRNA为单链，该单链与W基因的mRNA结合，从而抑制W蛋白的合成，D错误。

9．图1为细胞的部分结构示意图，图2为一个细胞周期中RNA相对含量的变化。下列分析正确的是(　　)

                                        图1　　　　　　　　　　　 图2

A．图中两基因发生转录时，模板链都与DNA聚合酶发生结合

B．图2中出现两个高峰主要是因为转运氨基酸的RNA增多

C．图2中分裂期RNA含量低，原因之一是染色质高度螺旋化

D．图1中的核孔是细胞中各种大分子进出以及信息交流的通道

[答案]C．[解析]图中两基因发生转录时，模板链都与RNA聚合酶发生结合，A错误。图2中出现两个高峰主要是因为转录形成的RNA增多，B错误。据图分析，图2中分裂期RNA含量低，原因之一是染色质高度螺旋化，C正确。核孔是某些大分子进出细胞核的通道，而不是各种生物大分子进出细胞核的通道，D错误。

10．如图表示肝脏组织受损或部分切除后激活Notch信号途径实现再生的过程。图中受损细胞A的细胞膜上产生信号分子，与正常细胞B细胞膜上的Notch分子(一种跨膜受体)结合，使Notch分子胞内段(NICD)脱落到细胞质，并进入细胞核与RBP结合，激活靶细胞内基因，最终引起肝脏细胞再生。下列分析错误的是(　　)

[答案]C　本题设立了调控肝脏组织细胞再生的信号途径这一新情境，综合考查细胞膜、膜蛋白的功能和基因表达等相关内容，要求考生根据所学知识分析相关生物学问题，体现了科学思维这一核心素养。信号分子与细胞B细胞膜上的受体结合，体现了细胞膜的信息交流功能，A正确。据图可知，过程①是转录，需要RNA聚合酶参与；过程②是翻译，需要mRNA、核糖体、tRNA和氨基酸等，B正确。由图可知，题图过程中靶基因与肝细胞增殖有关，也可调控编码Notch分子的基因，靶基因受NICD调控，C错误。Notch分子胞内段(NICD)脱落后进入细胞核，激活靶基因，靶基因激活后能促进Notch分子基因转录，合成新的Notch分子，有利于题图过程的可持续进行，D正确。

11．研究表明，每个人的DNA都不完全相同，因此DNA也可以像指纹一样用来识别身份，这种方法就是DNA指纹技术。回答下列有关问题。

(1)我们可以根据分析指纹图的吻合程度来帮助确认身份，因为DNA能够储存遗传信息，而且不同个体的DNA的　　　　　　                      　　各不相同，故每个人的DNA指纹图都是独一无二的。DNA分子中遗传信息量非常大，原因是　                                  。

(2)在现代刑侦领域中，DNA指纹技术正在发挥着越来越重要的作用，此外，DNA指纹技术还可以用于亲子鉴定等。

如图是通过提取某小孩和其母亲以及待测定的四位男性的DNA，分别经合适的酶处理后，形成若干DNA片段，然后进行电泳等一系列步骤得到的一组DNA指纹图，请分析：F1~F4

中，谁是该小孩真正生物学上的父亲?　　         　，为什么?

                                                                 　。

(3)DNA分子中，(A+T)/(G+C)、(A+C)/(T+G)中能体现DNA分子特异性的是　                                                                         。

[答案](1)脱氧核苷酸排列顺序(或碱基排列顺序)　组成DNA的脱氧核苷酸的数量多，且排列顺序极其多样化(答案合理即可)　(2)F2　C的DNA指纹图中一条带与M DNA指纹图中的一条带相同，另一条带与F2DNA指纹图中的一条带相同　(3)(A+T)/(G+C)

[解析](1)DNA是细胞内携带遗传信息的物质，DNA具有特异性，不同个体的DNA的碱基排列顺序各不相同，由于组成DNA的脱氧核苷酸的数量多且排列顺序千变万化，所以DNA分子中遗传信息量非常大。(2)DNA指纹技术是用合适的酶将待测的样品DNA切成片段。子代的核遗传物质一半来自父方，一半来自母方，C的DNA指纹图中有一条带和其母亲M DNA指纹图中的一条带相同，则另一条带应与其父亲DNA指纹图中的一条带相同，分析F1~F4的指纹图，C的另一条带与F2DNA指纹图中的一条带相同，故F2是该小孩真正生物学上的父亲。(3)在双链DNA分子中，碱基之间严格按照碱基互补配对原则进行配对，即(A+C)/(T+G)=1，故该值无法体现DNA分子的特异性，而不同生物的DNA分子中互补配对的碱基之和的比值不同，因此(A+T)/(G+C)可体现DNA分子的特异性。

12．长链非编码 RNA(lncRNA)是长度大于200个碱基，具有多种调控功能的一类 RNA分子。 如图表示细胞中 lncRNA 的产生及发挥调控功能的几种方式，请回答下列问题：

(1)细胞核内各种 RNA 的合成都以 　　　　为原料，催化该反应的酶是　　　　。

(2)转录产生的 RNA 中，提供信息指导氨基酸分子合成多肽链的是 　　　　，此过程中还需要的RNA有　　　　。

(3)lncRNA前体加工成熟后，有的与核内　　　　(图示①)中的DNA结合，有的能穿过　　　　(图示②)与细胞质中的蛋白质或RNA分子结合，发挥相应的调控作用。

(4)研究发现，人体感染细菌时，造血干细胞核内产生的一种lncRNA，通过与相应DNA片段结合，调控造血干细胞的　　　　

，增加血液中单核细胞、中性粒细胞等吞噬细胞的数量。该调控过程的主要生理意义是　　　                                                     　。

[答案](1)四种核糖核苷酸　RNA聚合酶　(2)mRNA(信使RNA)　tRNA和rRNA(转运RNA和核糖体RNA)　(3)染色质　核孔　(4)分化　增强人体的免疫抵御能力

[解析](1)合成RNA的原料是四种游离的核糖核苷酸，RNA合成过程需要RNA聚合酶的催化。(2)多肽链的合成过程中以mRNA(信使RNA)为模板，tRNA运输相应的氨基酸，在核糖体(主要成分是rRNA和蛋白质)上完成。(3)据图分析，lncRNA前体加工成熟后，有的与核内染色质中的DNA结合，有的能穿过核孔进入细胞质中。(4)血液中单核细胞、中性粒细胞等吞噬细胞都来源于造血干细胞，故可推出lncRNA与相应DNA片段结合可调控造血干细胞的分化，血液中的这些吞噬细胞都参与免疫过程，所以该调控过程可以增强人体的免疫抵御能力。

13．中科院院士施一公教授研究团队首次捕获到真核细胞剪接体复合物的高分辨率空间三维结构，阐述了剪接体对RNA前体执行剪接的基本工作机理。如图是S基因的表达过程。

(1)根据题干信息，结合题图可知，剪接体起作用的过程是　　　　(用①~④编号作答)，剪接体的功能是　　　　　　　　　　　　　　。

(2)图中所示①过程需要　　　　酶的参与，该过程通常发生在细胞周期的　　　　(填“间”或“分裂”)期。

(3)④过程中异常mRNA被分解，该过程的意义是　　　　　　　　　　　　，研究发现细胞中正常的mRNA寿命从几秒到几天不等，不同种类的mRNA的寿命不同的意义是　　　　　　　　　　　　。

[答案](1)②　剪切RNA前体，形成成熟的mRNA　(2)RNA聚合　间　(3)阻止细胞合成异常的蛋白质　使细胞能够快速改变蛋白质合成以响应其不断变化的生理需求(意思合理即可)

[解析](1)由题意可知剪接体是对RNA前体执行剪接的，因此其起作用的过程是②，其功能是对RNA前体进行剪切，形成成熟的mRNA。(2)图中①表示转录过程，需要RNA聚合酶参与，该过程主要发生在细胞周期的间期(物质准备阶段)。(3)过程④表示异常mRNA(含有未“剪尽”的片段)被细胞检测出并分解形成核苷酸，该过程可阻止细胞合成异常的蛋白质；细胞中不同种类的mRNA的寿命不同可使细胞能够快速改变蛋白质合成以响应其不断变化的生理需求。