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2024届高考生物一轮复习教案第六单元遗传的分子基础第3课时DNA的复制（苏教版）
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这是一份2024届高考生物一轮复习教案第六单元遗传的分子基础第3课时DNA的复制（苏教版），共17页。教案主要包含了易错辨析，填空默写，非选择题等内容，欢迎下载使用。
1．DNA复制方式的实验证据
(1)实验者：美国科学家米西尔森和斯塔尔。
(2)实验材料：细菌。
(3)实验技术：同位素标记技术和离心技术。
(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)实验过程及分析
①实验的基本步骤
a．用含14N的普通培养基培养细菌，一段时间后取样并提取DNA(作为对照)。
b．用含15N的培养基连续培养细菌。
c．将细菌转移到含14N的普通培养基中培养。
d．在不同时刻取样并提取DNA分子，放入盛有氯化铯溶液的试管中离心处理，记录试管中DNA的位置。
②实验分析
a．提取对照组DNA→离心→全部轻链带。
b．提取亲代DNA→离心→全部重链带。
c．子一代细菌提取DNA→离心→全部杂合链带。
d．子二代细菌提取DNA→离心→eq \f(1,2)轻链带、eq \f(1,2)杂合链带。
(6)结论
DNA分子半保留复制：在新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链。
2．DNA的复制
(1)概念、时间、场所
(2)过程
(3)结果：一个DNA分子形成了两个完全相同的DNA分子。
(4)特点eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(边解旋边复制,半保留复制))
(5)DNA准确复制的原因
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，保证了复制能准确地进行。
(6)DNA复制的意义：DNA通过复制，确保了遗传信息代代传递的连续性。
热图分析 下列为DNA复制的有关图示，A→B→C表示大肠杆菌的DNA复制，D→E→F表示哺乳动物的DNA分子复制。图中黑点表示复制起点，“→”表示复制方向，“⇨”表示时间顺序。
①若A中含有48 502个碱基对，而子链延伸速率是105个碱基对/min，假设DNA分子从头到尾复制，理论上此DNA分子复制约需30 s，而实际上只需约16 s，根据A→C过程分析，这是因为复制是双向进行的。
②哺乳动物体细胞中的DNA分子展开可达2 m之长，若按A～C图的方式复制，至少需要8 h，而实际上只需约6 h，根据D～F图分析，原因是DNA分子从多个起点(双向)复制。
③A～F图均有以下特点：延伸的子链紧跟着解旋酶，这说明DNA分子复制的特点是边解旋边复制。
④哺乳动物成熟的红细胞能否进行上述过程？不能。
3．“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的培养液中连续复制n次，则：
①子代DNA共2n个eq \b\lc\{\rc\ (\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脱氧核苷酸链共2n＋1条eq \b\lc\{\rc\ (\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次复制需要消耗该种脱氧核苷酸数为m·2n－1。
考向一 DNA复制过程及实验证据辨析
1．图示DNA复制过程，下列叙述正确的是( )
A．DNA复制过程中不需要引物，也不需要能量
B．新形成的两条单链复制的方向不同且均为连续复制
C．该过程在蛙的红细胞和哺乳动物的红细胞均能发生
D．复制后的两个DNA分子位于一条或两条染色体上
答案 D
解析 DNA复制过程需要引物引导复制的开始，也需要消耗ATP，A错误；DNA分子是反向平行的，而复制的时候只能是从5′－端向3′－端延伸，所以两条子链合成方向相反，且据图可知，并非两条链均为连续复制，B错误；哺乳动物成熟红细胞不能进行DNA分子复制，C错误；复制后的两个DNA分子位于一条(着丝粒断裂之前)或两条染色体上(着丝粒断裂之后)，D正确。
2. 14N和15N是N元素的两种稳定同位素，含15N的DNA比含14N的DNA密度大。为探究DNA复制的方式，科学家先用含有15NH4Cl的培养液培养大肠杆菌，繁殖若干代得到的大肠杆菌，其DNA几乎都被15N标记；再将大肠杆菌转移到含有14NH4Cl的普通培养液中培养。收集不同时期的大肠杆菌，提取DNA并进行离心处理，离心后试管中DNA的位置如图所示。下列推测不合理的是( )
A．子代DNA的两条链可能都含有15N
B．1号带中的DNA的氮元素都是14N
C．实验结果证明DNA复制方式为半保留复制
D．3号带的DNA为亲代大肠杆菌的DNA
答案 A
解析 由于DNA分子的复制方式为半保留复制，培养液中含有14NH4Cl，所以子代DNA的两条链不可能都含有15N，A错误；1号带中的DNA的氮元素都是14N，相对质量最轻，离心后分布在试管上端，B正确；3号带分布在试管的下端，说明DNA分子的两条链都是15N，为亲代大肠杆菌的DNA，D正确。
考向二 DNA复制过程的有关计算
3．(多选)某DNA分子片段中共含有3 000个碱基，其中腺嘌呤占35%。现将该DNA分子片段用15N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，得到图甲结果；如果将全部复制产物加入解旋酶处理后再离心，则得到图乙结果。下列有关分析不正确的是( )
A．X层与Y层中DNA分子质量比大于1∶3
B．Y层中含15N标记的鸟嘌呤有3 600个
C．X层中含有的氢键数是Y层的1/3倍
D．W层与Z层的核苷酸数之比是4∶1
答案 ABD
解析 X层(2个DNA分子含有14N和15N)与Y层(6个DNA分子只含15N)中DNA分子质量比小于1∶3，A错误；1个DNA中鸟嘌呤G＝450个，Y层(6个DNA分子只含15N)中含15N标记的鸟嘌呤G＝450×6＝2 700个，B错误；X层中有2个DNA分子，Y层中有6个DNA分子，故X层中含有的氢键数是Y层的1/3倍，C正确；W层(14个含有15N的DNA单链)与Z层(2个含有14N的DNA单链)的核苷酸数之比是14∶2＝7∶1，D错误。
4．一个被15N标记的、含1 000个碱基对的DNA分子片段，其中一条链中T＋A占30%，若将该DNA分子放在含14N的培养基中连续复制3次，相关叙述正确的是( )
A．该DNA分子的另一条链中T＋A占70%
B．该DNA分子中含有A的数目为400个
C．该DNA分子第3次复制时需要消耗2 800个G
D．经3次复制后，子代DNA分子中含14N的比例为7/8
答案 C
解析 DNA分子片段的一条链中T＋A占30%，根据碱基互补配对原则，另一条链中T＋A也为30%，A错误；根据题意分析可知，该DNA分子中含有A的数目为300个，B错误；根据题意分析可知，G＝C＝700，该DNA分子第3次复制时需要消耗G的数量＝22×700＝2 800个，C正确；经3次复制后，8个子代DNA分子中都含14N，故比例为1，D错误。
考向三 DNA复制与细胞分裂的关系
5．将马蛔虫(2n＝4)的甲、乙两个精原细胞核DNA双链用32P标记，接着置于不含32P的培养液中培养，在特定的条件下甲细胞进行两次连续的有丝分裂、乙细胞进行减数分裂。下列相关叙述正确的是( )
A．甲在第一个细胞周期后，含32P的细胞数为2，且每个细胞中含有32P的染色体数为0～4
B．甲在第二个细胞周期后，含32P的细胞数为2～4，且每个细胞含有32P的染色体数为0～4
C．乙在减数第一次分裂后，含32P的细胞数为2，且每个细胞中含有32P的染色体数为0～2
D．乙在减数第二次分裂后，含32P的细胞数为2～4，且每个细胞中含有32P的染色体数为0～2
答案 B
解析 一个细胞周期中DNA分子只进行一次半保留复制，因此甲在第1个细胞周期后，全部细胞均含32P，且每个细胞中的每条染色体都含有32P，即每个细胞中含有32P的染色体数为4，A错误；第一个细胞周期结束形成的2个子细胞的每个DNA分子都有一条链含有32P，另一条链含有31P。在第二个细胞周期中，DNA分子又进行了一次半保留复制，则形成的8个DNA分子中，有4个DNA分子是一条链含有32P，另一条链含有31P，另外4个DNA分子都只含31P，而在有丝分裂后期，姐妹染色单体分开后随机移向两极，因此甲在第2个细胞周期后，有2个或3个或4个细胞含32P，且每个细胞含有32P的染色体数为0～4，B正确；减数分裂前间期，DNA分子只进行一次半保留复制，因此乙经过减数第一次分裂后，形成的2个细胞均含32P，且每个细胞中的每条染色体都含有32P，在减数第二次分裂前期和中期，有2条染色体含有32P，在减数第二次分裂后期和末期，有4条染色体含有32P，即每个细胞中含有32P的染色体数为2或4，C错误；乙在减数第二次分裂后，将形成4个精细胞，每条染色体含有32P，故4个细胞均含32P，D错误。
6．洋葱根尖细胞在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸培养基中完成一个细胞周期，然后在不含放射性标记的培养基中继续完成一个细胞周期。下列叙述正确的是( )
A．第一个细胞周期中，细胞内放射性迅速升高的时期是分裂前期
B．第一个细胞周期结束后，每个子细胞中都有一半的染色体被标记
C．第二个细胞周期的分裂中期，每条染色体中仅有一条单体被标记
D．一个细胞完成两个细胞周期后，产生的含3H的子细胞数为1或2或3或4
答案 C
解析 第一个细胞周期中，细胞内放射性迅速升高是由于DNA分子复制，发生在细胞分裂前间期，A错误；第一个细胞周期结束后，每个DNA分子都含有放射性，因此每个子细胞中的染色体都含有放射性，B错误；第二个细胞周期中，间期染色体复制，一条染色体的两个染色单体上的DNA分子只有一个DNA分子含有放射性，因此第二个细胞周期的分裂中期，每条染色体中仅有一条单体被标记，C正确；完成2个细胞周期后，姐妹染色单体分开，随机进入两个子细胞，所以子细胞中含有放射性的个数至少有2个，最多有4个，D错误。
1．(2021·北京，4)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%
答案 D
解析 DNA分子为半保留复制，复制时遵循A－T、G－C的配对原则，则DNA复制后的A约占32%，A正确；酵母菌的DNA中碱基A约占32%，则A＝T＝32%，G＝C＝(1－2×32%)/2＝18%，B正确；DNA遵循碱基互补配对原则，A＝T、G＝C，则(A＋G)/(T＋C)＝1，C正确；由于RNA为单链结构，且RNA是以DNA的一条单链为模板进行转录而来，故RNA中U不一定占32%，D错误。
2．(2021·山东，5)利用农杆菌转化法，将含有基因修饰系统的T－DNA插入到水稻细胞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有T－DNA
B．N自交，子一代中含T－DNA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T－DNA且脱氨基位点为A－T的细胞占1/2
答案 D
解析 N是由M细胞形成的，在形成过程中没有DNA的丢失，由于T－DNA插入到水稻细胞M的某条染色体上，所以M细胞含有T－DNA，因此N的每一个细胞中都含有T－DNA，A正确；N植株的一条染色体中含有T－DNA，可以记为＋，因此N植株关于是否含有T－DNA的基因型记为＋－，如果自交，则子代中相关的基因型为＋＋∶＋－∶－－＝1∶2∶1，有3/4的植株含T－DNA，B正确；M中只有1个DNA分子上的单链上的一个C脱去氨基变为U，所以复制n次后，产生的子细胞有2n个，但脱氨基位点为A－U的细胞只有1个，所以这种细胞的比例为1/2n，C正确；如果M经3次有丝分裂后，形成子细胞有8个，由于M细胞DNA分子单链上的一个C脱去氨基变为U，是G和U配对，所以复制三次后，有4个细胞脱氨基位点为C－G,3个细胞脱氨基位点为A－T，1个细胞脱氨基位点为U－A，因此含T－DNA且脱氨基位点为A－T的细胞占3/8，D错误。
3．(2021·浙江，14)含有100个碱基对的一个DNA分子片段，其中一条链的A＋T占40%，它的互补链中G与T分别占22%和18%，如果连续复制2次，则需游离的胞嘧啶脱氧核糖核苷酸数量为( )
A．240个 B．180个
C．114个 D．90个
答案 B
解析 分析题意可知：该DNA片段含有100个碱基对，即每条链含有100个碱基，其中一条链(设为1链)的A＋T占40%，即A1＋T1＝40个，则C1＋G1＝60个；互补链(设为2链)中G与T分别占22%和18%，即G2＝22，T2＝18，可知C1＝22，则G1＝60－22＝38＝C2，故该DNA片段中C＝22＋38＝60。已知DNA复制了2次，则DNA分子的个数为22＝4,4个DNA分子中共有胞嘧啶脱氧核糖核苷酸的数量为4×60＝240，原DNA片段中有60个胞嘧啶脱氧核糖核苷酸，则需要游离的胞嘧啶脱氧核糖核苷酸数量为240－60＝180，B正确，A、C、D错误。
4．(2021·浙江，22)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
答案 C
解析 据题意分析第一个细胞周期的每条染色体的染色单体都只有一条链含有BrdU，故呈深蓝色，A正确；第二个细胞周期的每条染色体复制之后，每条染色体上的两条染色单体均为一条单体双链都含有BrdU呈浅蓝色，一条单体只有一条链含有BrdU呈深蓝色，故着色都不同，B正确；第二个细胞周期结束后，不同细胞中含有的带有双链都含有BrdU的染色体和只有一条链含有BrdU的染色体的数目是不确定的，故第三个细胞周期的细胞中染色单体着色不同的染色体比例不能确定，C错误；根尖分生区细胞可以持续进行有丝分裂，且DNA复制为半保留复制，所以不管经过多少个细胞周期，依旧可以观察到一条链含有BrdU的染色单体，呈深蓝色，D正确。
5．(2021·辽宁，7)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
答案 A
解析 子链延伸时由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。
一、易错辨析
1．DNA复制时，严格遵循A—T、C—G的碱基互补配对原则，并且新合成的DNA分子中两条链均是新合成的( × )
2．DNA分子复制时，解旋酶与DNA聚合酶不能同时发挥作用( × )
3．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( √ )
4．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( × )
5．原核细胞内DNA的合成都需要DNA片段作为引物( × )
6．在DNA的复制过程中，只需要解旋酶和DNA聚合酶( × )
二、填空默写
1．DNA复制的特点：边解旋边复制、半保留复制。
2．DNA精确复制的原因：DNA双螺旋结构提供了复制的模板，碱基互补配对原则保证了复制的精确进行。
3．与DNA复制有关的碱基计算
(1)一个DNA连续复制n次后，DNA分子总数为2n。
(2)第n代的DNA分子中，含原DNA母链的有2个，占1/2n－1。
(3)若某DNA分子中含碱基T为a，则连续复制n次，所需游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸数为：a×(2n－1)；第n次复制时所需游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸数为：a×2n－1。
课时精练
一、单项选择题
1．(2023·江苏苏北七市高三调研)端粒是真核生物线性染色体末端的一段复合结构，端粒DNA会随细胞分裂而缩短(如图)，直到细胞不能再分裂。下列相关叙述错误的是( )
A．组成端粒的主要成分是DNA和蛋白质
B．子链5′－端引物水解后不能补齐，导致端粒DNA缩短
C．染色体复制后，每条染色体的4个端粒都缩短
D．可通过修复缩短的端粒DNA，延长细胞寿命
答案 C
解析 端粒是真核生物线性染色体末端的一段复合结构，染色体主要是由DNA和蛋白质组成的，所以组成端粒的主要成分是DNA和蛋白质，A正确；DNA的合成需要引物，但是DNA合成完成后要把引物切除，而子链中切除引物后不能补齐，导致端粒DNA缩短，B正确；由图可知，染色体复制以后，只是新合成的端粒DNA缩短而并非所有的端粒都缩短，C错误；由于端粒DNA不断缩短，最后导致细胞停止分裂，因此可以通过修复缩短的端粒DNA，使细胞恢复分裂的能力，延长细胞的寿命，D正确。
2．(2023·盐城伍佑中学高三期中)复制泡是DNA进行同一起点双向复制时形成的。在复制启动时，尚未解开螺旋的亲代双链DNA同新合成的两条子代双链DNA的交界处形成的Y型结构，就称为复制叉。图1为真核细胞核DNA复制的电镜照片，其中泡状结构为复制泡，图2为DNA复制时，形成的复制泡和复制叉的示意图，其中a～h代表相应位置。下列相关叙述不正确的是( )
A．图1过程发生在分裂间期，以脱氧核苷酸为原料
B．图1显示真核生物有多个复制原点，可加快复制速率
C．根据子链的延伸方向，可以判断图2中a处是模板链的3′－端
D．若某DNA复制时形成了n个复制泡，则该DNA上应有2n个复制叉
答案 C
解析 DNA的复制就是发生在细胞分裂的间期， 以游离的四种脱氧核苷酸为原料，A正确；图1为真核细胞核DNA复制，其中一个DNA分子有多个复制泡，可加快复制速率，B正确；子链的延伸方向是从5′－端→3′－端，且与模板链的关系是反向平行，因此，根据子链的延伸方向，可以判断图中a处是模板链的5′－端，C错误；一个复制泡有两个复制叉(复制泡的两端各一个)，则若某DNA复制时形成n个复制泡，则应有2n个复制叉，D正确。
3．如图为某DNA分子片段，假设该DNA分子中有5 000对碱基，A＋T占碱基总数的34%，若该DNA分子在含14N的培养基中连续复制2次，下列叙述正确的是( )
A．复制时作用于③处的酶为DNA聚合酶
B．DNA分子复制2次需游离的胞嘧啶脱氧核苷酸9 900个
C．④处指的是腺嘌呤核糖核苷酸
D．子代中含15N的DNA分子占eq \f(1,2)
答案 B
解析 复制时作用于③处的酶为解旋酶，A错误；由题意知，DNA分子中A＋T占碱基总数的34%，则C＋G占66%，DNA分子中G＝C＝5 000×2×66%÷2＝3 300(个)，该DNA分子复制2次增加3个DNA分子，需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸3 300×3＝9 900(个)，B正确；DNA分子的基本单位是脱氧核糖核苷酸，所以④处指的是腺嘌呤脱氧核糖核苷酸，C错误；由题图可知，该DNA分子中的两条链一条含有15N，一条含有14N，若该DNA分子在含14N的培养基中连续复制2次，则形成的4个DNA分子中，只有一个含有15N，即占eq \f(1,4)，D错误。
4．某果蝇的基因型为AaBb，将其DNA的两条链均被32P标记的精原细胞放在普通培养基中培养。该精原细胞形成了4个有三种基因型(AB、aB、ab)的精子。下列相关叙述正确的是( )
A．该精原细胞发生了同源染色体非姐妹染色单体间的互换导致三种基因型精子的产生
B．处于减数第二次分裂前期的细胞中DNA数/染色体数＝2
C．产生的三种基因型的配子中的DNA都有一条链被32P标记
D．在减数第一次分裂后期，移向细胞两极的染色体形态大小都相同
答案 C
解析 若发生同源染色体非姐妹染色单体间的互换，一个基因型为AaBb的精原细胞将产生四种精子，题干中该精原细胞形成了4个有三种基因型(AB、aB、ab)的精子，应为精原细胞发生了基因突变，A错误；处于减数第二次分裂前期的细胞中每条染色体上含有两个DNA，所以核DNA数/染色体数＝2，细胞中DNA除含有核DNA外还含有质DNA，B错误；该精原细胞经过了一次DNA复制，所以产生的三种基因型的配子中的DNA都有一条链被32P标记，C正确；雄性果蝇的X和Y染色体是一对异型的性染色体，减数第一次分裂后期，同源染色体移向细胞两极，所以初级精母细胞在减数第一次分裂后期，移向细胞两极的染色体形态大小不完全相同，D错误。
5．(2023·江苏扬州高三学情调研)取某XY型性别决定的动物(2n＝8)的一个未用3H标记的精原细胞，在含3H标记脱氧核苷酸的培养基中完成一个细胞周期后，将所得子细胞全部转移至普通培养基中完成减数分裂(不考虑染色体片段互换、实验误差和质DNA)。下列有关叙述错误的是( )
A．一个初级精母细胞中含3H的染色体共有8条
B．一个次级精母细胞可能有2条不含3H的Y染色体
C．一个精细胞中可能有1条不含3H的Y染色体
D．该过程形成的8个精细胞中可能都含3H
答案 B
解析 减数第一次分裂时XY染色体会发生分离，分裂形成的一个次级精母细胞中可能有0或1条或2条Y染色体，则一个次级精母细胞可能有0条或1条不含3H的Y染色体，B错误，C正确；减数第二次分裂时姐妹染色单体随机分别移向细胞两极，所以两个子细胞形成的8个精细胞中可能都含3H，D正确。
6．(2023·江苏南通高三调研)叶绿体DNA分子上有两个复制起点，同时在起点处解旋并复制，其过程如下图。下列相关叙述正确的是( )
A．脱氧核苷酸链的合成不需要RNA引物
B．新合成的两条脱氧核苷酸链的序列相同
C．两起点解旋后均以两条链为模板合成子链
D．子链合成后需DNA连接酶催化连接成环状
答案 D
解析 DNA复制需要引物，故脱氧核苷酸链的合成需要引物，A错误；新合成的两条脱氧核苷酸链的序列互补，方向相反，B错误；由题图可知，两起点解旋后均以一条链为模板合成子链，C错误；DNA连接酶能连接两个DNA片段之间的磷酸二酯键，故子链合成后需DNA连接酶催化连接形成环状，D正确。
7．一个双链均被32P标记的噬菌体DNA上有x个碱基对，其中腺嘌呤有m个。用这个噬菌体侵染只含31P的大肠杆菌，共释放出128个子代噬菌体。下列叙述正确的是( )
A．该过程至少需要64(x－m)个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸
B．噬菌体增殖需要细菌提供原料、模板和酶等
C．只含31P与含32P的子代噬菌体的比例为63∶1
D．该DNA分子含有3×(x－2m)/2＋2m个氢键
答案 C
解析 根据题意分析，用这个噬菌体侵染只含31P的大肠杆菌，共释放出128个子代噬菌体，相当于新合成了127个DNA分子，因此该过程至少需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸数＝127(x－m)，A错误；噬菌体增殖需要的模板是由其自身提供的，B错误；由于半保留复制，所以在释放出的128个子代噬菌体中，只含31P与含32P的子代噬菌体的比例为63∶1，C正确；该DNA分子含有的氢键数＝2m＋3(x－m)＝3x－m，D错误。
8．DNA分子经过诱变，某位点上一个正常碱基(设为P)变成了尿嘧啶。该DNA连续复制两次，得到4个子代DNA分子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 D
解析 由4个子代DNA分子的碱基对可知该DNA分子经过诱变处理后，其中1条链上的碱基发生了突变，另一条链是正常的，所以得到的4个子代DNA分子中正常的DNA分子和异常的DNA分子各占1/2，因此含有G与C、C与G的2个DNA分子是未发生突变的，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C—G或G—C，因此P可能是G或C。
二、多项选择题
9．如图为科学家设计的DNA合成的同位素标记实验，利用大肠杆菌探究DNA的复制过程。下列叙述不正确的是( )
A．通过比较试管②和①的结果不能证明DNA复制为半保留复制
B．实验中采用了放射性同位素标记和密度梯度离心的研究方法
C．可用噬菌体代替大肠杆菌进行上述实验，且提取DNA更方便
D．大肠杆菌在含有15NH4Cl的培养液中生长若干代，细胞只有DNA含15N
答案 BCD
解析 比较试管①和②的结果，DNA分别为15N/15N－DNA和15N/14N－DNA，半保留复制和分散复制子一代DNA都是15N/14N－DNA，所以不能证明DNA复制为半保留复制，A正确；本实验应用了14N和15N,14N和15N都没有放射性，所以本实验采用了同位素标记和密度梯度离心的研究方法，B错误；噬菌体是病毒，没有细胞结构，不能在培养液中独立生活和繁殖，因而不能代替大肠杆菌进行实验，C错误；蛋白质和核酸等物质都含有N元素，所以大肠杆菌在含有15NH4C1的培养液中生长若干代，细胞中含15N的物质有DNA、RNA、蛋白质等，D错误。
10．将某雄性动物细胞的全部DNA分子的两条链经32P标记(染色体数为2n)后，置于不含32P的培养基中培养。经过连续两次细胞分裂后产生4个子细胞，检测子细胞中的情况。下列推断正确的是( )
A．若进行有丝分裂，则含32P染色体的子细胞比例不一定为1/2
B．若进行减数分裂，则含32P染色体的子细胞比例一定为1
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不都含32P，则一定进行减数分裂
答案 AB
解析 若子细胞中的染色体都含32P，说明DNA只复制一次，则一定进行减数分裂，C错误；若子细胞中的染色体不都含32P，则一定进行的是有丝分裂，D错误。
11．如图1表示的是细胞内DNA复制过程，图2表示图1中RNA引物去除并修复的过程。相关叙述正确的是( )
A．两条子链合成过程所需的RNA引物数量不同
B．酶1、2可催化RNA降解，去除引物
C．酶3是DNA聚合酶，催化游离的核糖核苷酸连接到DNA单链上
D．酶4是DNA连接酶，催化两个DNA单链片段的连接
答案 ABD
解析 DNA复制时，其中一条链的复制是连续的，只需一个引物，而另一条链的复制是不连续的，形成多个子链DNA片段，所以需要多个引物，因此两条子链合成过程所需的RNA引物数量不同，A正确；从图中看出，酶1、2可以将RNA引物降解，使得一条链缺少一段碱基序列，B正确；DNA复制的原料是脱氧核苷酸，所以酶3的作用是催化游离的脱氧核苷酸连接到DNA单链上，C错误；从图中看出，酶4催化DNA单链片段连接形成DNA长链，是DNA连接酶，D正确。
12．用荧光标记的特定的DNA片段作为探针，与染色体上对应的DNA片段结合可在染色体上定位特定的基因。探针与染色体上待测基因结合的原理如图所示，下列叙述正确的是( )
A．合成探针的原料是脱氧核苷酸
B．此处煮沸的作用相当于解旋酶的作用
C．复性时，探针与基因杂交遵循碱基互补配对原则
D．对成熟叶肉细胞进行基因标记时，一条染色体上可观察到两个荧光点
答案 ABC
解析 探针为DNA片段，故合成探针的原料是脱氧核苷酸，A正确；煮沸使DNA双链的氢键断裂，形成单链，相当于DNA解旋酶的作用，B正确；复性时，探针单链和具有特定的基因的单链按照碱基互补配对原则杂交，C正确；成熟叶肉细胞中DNA没有复制，只能观察到一个荧光点，D错误。
三、非选择题
13．(2023·江苏苏北四市高三期末)真核细胞内染色体外环状DNA(eccDNA)是游离于染色体基因组外的DNA，DNA的损伤可能会导致eccDNA的形成。下图中途径1、2分别表示真核细胞中DNA复制的两种情况，a、b、a′和b′表示子链的两端，①～④表示生理过程。请据图回答相关问题：
(1)途径1中酶2为______________，途径2中④过程需要____________酶的作用。
(2)途径2中a、b、a′和b′中为5′－端的是_________________________________________。
(3)观察过程①③可推测DNA复制采用了______________等方式，极大地提升了复制速率。eccDNA能自我复制的原因是_____________________________________________。
(4)下列可能属于eccDNA形成原因的有___________________________________________。
A．DNA发生双链断裂
B．染色体片段丢失
C．染色体断裂后重新连接
D．DNA中碱基互补配对
(5)eccDNA在肿瘤细胞中普遍存在，肿瘤细胞分裂时，因eccDNA无________(填结构)，而无法与____________连接，导致不能平均分配到子细胞中。由此可见，eccDNA的遗传__________(填“遵循”或“不遵循”)孟德尔遗传规律。
答案 (1)DNA聚合酶 DNA连接 (2)a和a′ (3)双向、多起点 eccDNA上有复制起点(复制原点) (4)ABC (5)着丝粒 纺锤丝 不遵循
解析 (1)途径1为线性DNA复制过程，该过程中的酶1为解旋酶，酶2为DNA聚合酶，途径2为环状DNA形成和复制的过程，④为损伤DNA由线性形成环状DNA过程，即该过程需要DNA连接酶的作用。(2)DNA复制过程中子链的延伸方向是由5′→3′，根据复制方向可知，途径2中a、a′为5′－端。(3)观察过程①③可推测，DNA复制为半保留复制，结合图示可知，DNA复制过程中表现出双向复制和多起点复制的特点，该特点极大地提升了复制速率。eccDNA上有复制起点，因而eccDNA能自我复制。(4)根据题意可知，DNA的损伤可能会导致eccDNA的形成，而DNA发生双链断裂、染色体片段丢失、染色体断裂等都是DNA损伤的表现，而DNA碱基互补配对不会导致环状DNA的形成，因此，A、B、C符合题意。(5)eccDNA在肿瘤细胞中普遍存在，肿瘤细胞分裂时，因eccDNA无着丝粒，因此无法与纺锤丝连接，只能随机分配到子细胞中。由于eccDNA不能均等分配到子细胞中，因此，eccDNA的遗传不遵循孟德尔遗传规律。
14．双链DNA是由两条反向平行的脱氧核苷酸链组成。早在1966年，日本科学家冈崎提出DNA半不连续复制假说：DNA复制形成互补子链时，一条子链是连续形成，另一条子链不连续即先形成短链片段(如图1)。为验证这一假说，冈崎进行了如下实验：让T4噬菌体在20 ℃时侵染大肠杆菌70 min后，将同位素3H标记的脱氧核苷酸添加到大肠杆菌的培养基中，在2秒、7秒、15秒、30秒、60秒、120秒后，分离T4噬菌体DNA并通过加热使DNA分子变性、全部解螺旋，再进行密度梯度离心，以DNA单链片段分布位置确定片段大小(分子越小离试管口距离越近)，并检测相应位置DNA单链片段的放射性，结果如图2。请分析回答：
(1)若1个双链DNA片段中有1 000个碱基对，其中胸腺嘧啶350个，该DNA连续复制四次，在第四次复制时需要消耗________个胞嘧啶脱氧核苷酸。
(2)以3H标记的脱氧核苷酸添加到大肠杆菌的培养基中，最终在噬菌体DNA中检测到放射性，其原因是__________________________________________________________。
(3)DNA解旋在细胞中需要解旋酶的催化，在体外通过加热也能实现。解旋酶不能为反应提供能量，但能____________________________________________________________。
研究表明，在DNA分子加热解链时，DNA分子中G＋C的比例越高，需要解链温度越高的原因是____________________________________________________________。
(4)图2中，与60秒结果相比，120秒结果中短链片段减少的原因是________________________________________________________________________。
该实验结果为冈崎假说提供的有力证据是_____________________________________。
答案 (1)5 200 (2)标记的脱氧核苷酸被大肠杆菌吸收，为噬菌体DNA复制提供原料，所以在噬菌体DNA中检测到放射性 (3)降低反应所需要的活化能 DNA分子中G＋C的比例越高，氢键数越多，DNA结构越稳定 (4)短链片段连接形成长片段，所以短链片段减少 在实验时间内，细胞中均能检测到较多的短链片段
解析 (1)已知1个双链DNA片段中共有A＋T＋G＋C＝2 000个碱基，其中T＝350个。依据碱基互补配对原则可推知，在该DNA片段中，A＝T＝350个，C＝G＝650个。该DNA连续复制四次，在第四次复制时需要消耗胞嘧啶脱氧核苷酸数＝(24－23)×650＝5 200个。
1．DNA复制方式的实验证据
(1)实验者：美国科学家米西尔森和斯塔尔。
(2)实验材料：细菌。
(3)实验技术：同位素标记技术和离心技术。
(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)实验过程及分析
①实验的基本步骤
a．用含14N的普通培养基培养细菌，一段时间后取样并提取DNA(作为对照)。
b．用含15N的培养基连续培养细菌。
c．将细菌转移到含14N的普通培养基中培养。
d．在不同时刻取样并提取DNA分子，放入盛有氯化铯溶液的试管中离心处理，记录试管中DNA的位置。
②实验分析
a．提取对照组DNA→离心→全部轻链带。
b．提取亲代DNA→离心→全部重链带。
c．子一代细菌提取DNA→离心→全部杂合链带。
d．子二代细菌提取DNA→离心→eq \f(1,2)轻链带、eq \f(1,2)杂合链带。
(6)结论
DNA分子半保留复制：在新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链。
2．DNA的复制
(1)概念、时间、场所
(2)过程
(3)结果：一个DNA分子形成了两个完全相同的DNA分子。
(4)特点eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(边解旋边复制,半保留复制))
(5)DNA准确复制的原因
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，保证了复制能准确地进行。
(6)DNA复制的意义：DNA通过复制，确保了遗传信息代代传递的连续性。
热图分析 下列为DNA复制的有关图示，A→B→C表示大肠杆菌的DNA复制，D→E→F表示哺乳动物的DNA分子复制。图中黑点表示复制起点，“→”表示复制方向，“⇨”表示时间顺序。
①若A中含有48 502个碱基对，而子链延伸速率是105个碱基对/min，假设DNA分子从头到尾复制，理论上此DNA分子复制约需30 s，而实际上只需约16 s，根据A→C过程分析，这是因为复制是双向进行的。
②哺乳动物体细胞中的DNA分子展开可达2 m之长，若按A～C图的方式复制，至少需要8 h，而实际上只需约6 h，根据D～F图分析，原因是DNA分子从多个起点(双向)复制。
③A～F图均有以下特点：延伸的子链紧跟着解旋酶，这说明DNA分子复制的特点是边解旋边复制。
④哺乳动物成熟的红细胞能否进行上述过程？不能。
3．“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的培养液中连续复制n次，则：
①子代DNA共2n个eq \b\lc\{\rc\ (\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脱氧核苷酸链共2n＋1条eq \b\lc\{\rc\ (\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次复制需要消耗该种脱氧核苷酸数为m·2n－1。
考向一 DNA复制过程及实验证据辨析
1．图示DNA复制过程，下列叙述正确的是( )
A．DNA复制过程中不需要引物，也不需要能量
B．新形成的两条单链复制的方向不同且均为连续复制
C．该过程在蛙的红细胞和哺乳动物的红细胞均能发生
D．复制后的两个DNA分子位于一条或两条染色体上
答案 D
解析 DNA复制过程需要引物引导复制的开始，也需要消耗ATP，A错误；DNA分子是反向平行的，而复制的时候只能是从5′－端向3′－端延伸，所以两条子链合成方向相反，且据图可知，并非两条链均为连续复制，B错误；哺乳动物成熟红细胞不能进行DNA分子复制，C错误；复制后的两个DNA分子位于一条(着丝粒断裂之前)或两条染色体上(着丝粒断裂之后)，D正确。
2. 14N和15N是N元素的两种稳定同位素，含15N的DNA比含14N的DNA密度大。为探究DNA复制的方式，科学家先用含有15NH4Cl的培养液培养大肠杆菌，繁殖若干代得到的大肠杆菌，其DNA几乎都被15N标记；再将大肠杆菌转移到含有14NH4Cl的普通培养液中培养。收集不同时期的大肠杆菌，提取DNA并进行离心处理，离心后试管中DNA的位置如图所示。下列推测不合理的是( )
A．子代DNA的两条链可能都含有15N
B．1号带中的DNA的氮元素都是14N
C．实验结果证明DNA复制方式为半保留复制
D．3号带的DNA为亲代大肠杆菌的DNA
答案 A
解析 由于DNA分子的复制方式为半保留复制，培养液中含有14NH4Cl，所以子代DNA的两条链不可能都含有15N，A错误；1号带中的DNA的氮元素都是14N，相对质量最轻，离心后分布在试管上端，B正确；3号带分布在试管的下端，说明DNA分子的两条链都是15N，为亲代大肠杆菌的DNA，D正确。
考向二 DNA复制过程的有关计算
3．(多选)某DNA分子片段中共含有3 000个碱基，其中腺嘌呤占35%。现将该DNA分子片段用15N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，得到图甲结果；如果将全部复制产物加入解旋酶处理后再离心，则得到图乙结果。下列有关分析不正确的是( )
A．X层与Y层中DNA分子质量比大于1∶3
B．Y层中含15N标记的鸟嘌呤有3 600个
C．X层中含有的氢键数是Y层的1/3倍
D．W层与Z层的核苷酸数之比是4∶1
答案 ABD
解析 X层(2个DNA分子含有14N和15N)与Y层(6个DNA分子只含15N)中DNA分子质量比小于1∶3，A错误；1个DNA中鸟嘌呤G＝450个，Y层(6个DNA分子只含15N)中含15N标记的鸟嘌呤G＝450×6＝2 700个，B错误；X层中有2个DNA分子，Y层中有6个DNA分子，故X层中含有的氢键数是Y层的1/3倍，C正确；W层(14个含有15N的DNA单链)与Z层(2个含有14N的DNA单链)的核苷酸数之比是14∶2＝7∶1，D错误。
4．一个被15N标记的、含1 000个碱基对的DNA分子片段，其中一条链中T＋A占30%，若将该DNA分子放在含14N的培养基中连续复制3次，相关叙述正确的是( )
A．该DNA分子的另一条链中T＋A占70%
B．该DNA分子中含有A的数目为400个
C．该DNA分子第3次复制时需要消耗2 800个G
D．经3次复制后，子代DNA分子中含14N的比例为7/8
答案 C
解析 DNA分子片段的一条链中T＋A占30%，根据碱基互补配对原则，另一条链中T＋A也为30%，A错误；根据题意分析可知，该DNA分子中含有A的数目为300个，B错误；根据题意分析可知，G＝C＝700，该DNA分子第3次复制时需要消耗G的数量＝22×700＝2 800个，C正确；经3次复制后，8个子代DNA分子中都含14N，故比例为1，D错误。
考向三 DNA复制与细胞分裂的关系
5．将马蛔虫(2n＝4)的甲、乙两个精原细胞核DNA双链用32P标记，接着置于不含32P的培养液中培养，在特定的条件下甲细胞进行两次连续的有丝分裂、乙细胞进行减数分裂。下列相关叙述正确的是( )
A．甲在第一个细胞周期后，含32P的细胞数为2，且每个细胞中含有32P的染色体数为0～4
B．甲在第二个细胞周期后，含32P的细胞数为2～4，且每个细胞含有32P的染色体数为0～4
C．乙在减数第一次分裂后，含32P的细胞数为2，且每个细胞中含有32P的染色体数为0～2
D．乙在减数第二次分裂后，含32P的细胞数为2～4，且每个细胞中含有32P的染色体数为0～2
答案 B
解析 一个细胞周期中DNA分子只进行一次半保留复制，因此甲在第1个细胞周期后，全部细胞均含32P，且每个细胞中的每条染色体都含有32P，即每个细胞中含有32P的染色体数为4，A错误；第一个细胞周期结束形成的2个子细胞的每个DNA分子都有一条链含有32P，另一条链含有31P。在第二个细胞周期中，DNA分子又进行了一次半保留复制，则形成的8个DNA分子中，有4个DNA分子是一条链含有32P，另一条链含有31P，另外4个DNA分子都只含31P，而在有丝分裂后期，姐妹染色单体分开后随机移向两极，因此甲在第2个细胞周期后，有2个或3个或4个细胞含32P，且每个细胞含有32P的染色体数为0～4，B正确；减数分裂前间期，DNA分子只进行一次半保留复制，因此乙经过减数第一次分裂后，形成的2个细胞均含32P，且每个细胞中的每条染色体都含有32P，在减数第二次分裂前期和中期，有2条染色体含有32P，在减数第二次分裂后期和末期，有4条染色体含有32P，即每个细胞中含有32P的染色体数为2或4，C错误；乙在减数第二次分裂后，将形成4个精细胞，每条染色体含有32P，故4个细胞均含32P，D错误。
6．洋葱根尖细胞在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸培养基中完成一个细胞周期，然后在不含放射性标记的培养基中继续完成一个细胞周期。下列叙述正确的是( )
A．第一个细胞周期中，细胞内放射性迅速升高的时期是分裂前期
B．第一个细胞周期结束后，每个子细胞中都有一半的染色体被标记
C．第二个细胞周期的分裂中期，每条染色体中仅有一条单体被标记
D．一个细胞完成两个细胞周期后，产生的含3H的子细胞数为1或2或3或4
答案 C
解析 第一个细胞周期中，细胞内放射性迅速升高是由于DNA分子复制，发生在细胞分裂前间期，A错误；第一个细胞周期结束后，每个DNA分子都含有放射性，因此每个子细胞中的染色体都含有放射性，B错误；第二个细胞周期中，间期染色体复制，一条染色体的两个染色单体上的DNA分子只有一个DNA分子含有放射性，因此第二个细胞周期的分裂中期，每条染色体中仅有一条单体被标记，C正确；完成2个细胞周期后，姐妹染色单体分开，随机进入两个子细胞，所以子细胞中含有放射性的个数至少有2个，最多有4个，D错误。
1．(2021·北京，4)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%
答案 D
解析 DNA分子为半保留复制，复制时遵循A－T、G－C的配对原则，则DNA复制后的A约占32%，A正确；酵母菌的DNA中碱基A约占32%，则A＝T＝32%，G＝C＝(1－2×32%)/2＝18%，B正确；DNA遵循碱基互补配对原则，A＝T、G＝C，则(A＋G)/(T＋C)＝1，C正确；由于RNA为单链结构，且RNA是以DNA的一条单链为模板进行转录而来，故RNA中U不一定占32%，D错误。
2．(2021·山东，5)利用农杆菌转化法，将含有基因修饰系统的T－DNA插入到水稻细胞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有T－DNA
B．N自交，子一代中含T－DNA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T－DNA且脱氨基位点为A－T的细胞占1/2
答案 D
解析 N是由M细胞形成的，在形成过程中没有DNA的丢失，由于T－DNA插入到水稻细胞M的某条染色体上，所以M细胞含有T－DNA，因此N的每一个细胞中都含有T－DNA，A正确；N植株的一条染色体中含有T－DNA，可以记为＋，因此N植株关于是否含有T－DNA的基因型记为＋－，如果自交，则子代中相关的基因型为＋＋∶＋－∶－－＝1∶2∶1，有3/4的植株含T－DNA，B正确；M中只有1个DNA分子上的单链上的一个C脱去氨基变为U，所以复制n次后，产生的子细胞有2n个，但脱氨基位点为A－U的细胞只有1个，所以这种细胞的比例为1/2n，C正确；如果M经3次有丝分裂后，形成子细胞有8个，由于M细胞DNA分子单链上的一个C脱去氨基变为U，是G和U配对，所以复制三次后，有4个细胞脱氨基位点为C－G,3个细胞脱氨基位点为A－T，1个细胞脱氨基位点为U－A，因此含T－DNA且脱氨基位点为A－T的细胞占3/8，D错误。
3．(2021·浙江，14)含有100个碱基对的一个DNA分子片段，其中一条链的A＋T占40%，它的互补链中G与T分别占22%和18%，如果连续复制2次，则需游离的胞嘧啶脱氧核糖核苷酸数量为( )
A．240个 B．180个
C．114个 D．90个
答案 B
解析 分析题意可知：该DNA片段含有100个碱基对，即每条链含有100个碱基，其中一条链(设为1链)的A＋T占40%，即A1＋T1＝40个，则C1＋G1＝60个；互补链(设为2链)中G与T分别占22%和18%，即G2＝22，T2＝18，可知C1＝22，则G1＝60－22＝38＝C2，故该DNA片段中C＝22＋38＝60。已知DNA复制了2次，则DNA分子的个数为22＝4,4个DNA分子中共有胞嘧啶脱氧核糖核苷酸的数量为4×60＝240，原DNA片段中有60个胞嘧啶脱氧核糖核苷酸，则需要游离的胞嘧啶脱氧核糖核苷酸数量为240－60＝180，B正确，A、C、D错误。
4．(2021·浙江，22)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
答案 C
解析 据题意分析第一个细胞周期的每条染色体的染色单体都只有一条链含有BrdU，故呈深蓝色，A正确；第二个细胞周期的每条染色体复制之后，每条染色体上的两条染色单体均为一条单体双链都含有BrdU呈浅蓝色，一条单体只有一条链含有BrdU呈深蓝色，故着色都不同，B正确；第二个细胞周期结束后，不同细胞中含有的带有双链都含有BrdU的染色体和只有一条链含有BrdU的染色体的数目是不确定的，故第三个细胞周期的细胞中染色单体着色不同的染色体比例不能确定，C错误；根尖分生区细胞可以持续进行有丝分裂，且DNA复制为半保留复制，所以不管经过多少个细胞周期，依旧可以观察到一条链含有BrdU的染色单体，呈深蓝色，D正确。
5．(2021·辽宁，7)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
答案 A
解析 子链延伸时由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。
一、易错辨析
1．DNA复制时，严格遵循A—T、C—G的碱基互补配对原则，并且新合成的DNA分子中两条链均是新合成的( × )
2．DNA分子复制时，解旋酶与DNA聚合酶不能同时发挥作用( × )
3．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( √ )
4．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( × )
5．原核细胞内DNA的合成都需要DNA片段作为引物( × )
6．在DNA的复制过程中，只需要解旋酶和DNA聚合酶( × )
二、填空默写
1．DNA复制的特点：边解旋边复制、半保留复制。
2．DNA精确复制的原因：DNA双螺旋结构提供了复制的模板，碱基互补配对原则保证了复制的精确进行。
3．与DNA复制有关的碱基计算
(1)一个DNA连续复制n次后，DNA分子总数为2n。
(2)第n代的DNA分子中，含原DNA母链的有2个，占1/2n－1。
(3)若某DNA分子中含碱基T为a，则连续复制n次，所需游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸数为：a×(2n－1)；第n次复制时所需游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸数为：a×2n－1。
课时精练
一、单项选择题
1．(2023·江苏苏北七市高三调研)端粒是真核生物线性染色体末端的一段复合结构，端粒DNA会随细胞分裂而缩短(如图)，直到细胞不能再分裂。下列相关叙述错误的是( )
A．组成端粒的主要成分是DNA和蛋白质
B．子链5′－端引物水解后不能补齐，导致端粒DNA缩短
C．染色体复制后，每条染色体的4个端粒都缩短
D．可通过修复缩短的端粒DNA，延长细胞寿命
答案 C
解析 端粒是真核生物线性染色体末端的一段复合结构，染色体主要是由DNA和蛋白质组成的，所以组成端粒的主要成分是DNA和蛋白质，A正确；DNA的合成需要引物，但是DNA合成完成后要把引物切除，而子链中切除引物后不能补齐，导致端粒DNA缩短，B正确；由图可知，染色体复制以后，只是新合成的端粒DNA缩短而并非所有的端粒都缩短，C错误；由于端粒DNA不断缩短，最后导致细胞停止分裂，因此可以通过修复缩短的端粒DNA，使细胞恢复分裂的能力，延长细胞的寿命，D正确。
2．(2023·盐城伍佑中学高三期中)复制泡是DNA进行同一起点双向复制时形成的。在复制启动时，尚未解开螺旋的亲代双链DNA同新合成的两条子代双链DNA的交界处形成的Y型结构，就称为复制叉。图1为真核细胞核DNA复制的电镜照片，其中泡状结构为复制泡，图2为DNA复制时，形成的复制泡和复制叉的示意图，其中a～h代表相应位置。下列相关叙述不正确的是( )
A．图1过程发生在分裂间期，以脱氧核苷酸为原料
B．图1显示真核生物有多个复制原点，可加快复制速率
C．根据子链的延伸方向，可以判断图2中a处是模板链的3′－端
D．若某DNA复制时形成了n个复制泡，则该DNA上应有2n个复制叉
答案 C
解析 DNA的复制就是发生在细胞分裂的间期， 以游离的四种脱氧核苷酸为原料，A正确；图1为真核细胞核DNA复制，其中一个DNA分子有多个复制泡，可加快复制速率，B正确；子链的延伸方向是从5′－端→3′－端，且与模板链的关系是反向平行，因此，根据子链的延伸方向，可以判断图中a处是模板链的5′－端，C错误；一个复制泡有两个复制叉(复制泡的两端各一个)，则若某DNA复制时形成n个复制泡，则应有2n个复制叉，D正确。
3．如图为某DNA分子片段，假设该DNA分子中有5 000对碱基，A＋T占碱基总数的34%，若该DNA分子在含14N的培养基中连续复制2次，下列叙述正确的是( )
A．复制时作用于③处的酶为DNA聚合酶
B．DNA分子复制2次需游离的胞嘧啶脱氧核苷酸9 900个
C．④处指的是腺嘌呤核糖核苷酸
D．子代中含15N的DNA分子占eq \f(1,2)
答案 B
解析 复制时作用于③处的酶为解旋酶，A错误；由题意知，DNA分子中A＋T占碱基总数的34%，则C＋G占66%，DNA分子中G＝C＝5 000×2×66%÷2＝3 300(个)，该DNA分子复制2次增加3个DNA分子，需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸3 300×3＝9 900(个)，B正确；DNA分子的基本单位是脱氧核糖核苷酸，所以④处指的是腺嘌呤脱氧核糖核苷酸，C错误；由题图可知，该DNA分子中的两条链一条含有15N，一条含有14N，若该DNA分子在含14N的培养基中连续复制2次，则形成的4个DNA分子中，只有一个含有15N，即占eq \f(1,4)，D错误。
4．某果蝇的基因型为AaBb，将其DNA的两条链均被32P标记的精原细胞放在普通培养基中培养。该精原细胞形成了4个有三种基因型(AB、aB、ab)的精子。下列相关叙述正确的是( )
A．该精原细胞发生了同源染色体非姐妹染色单体间的互换导致三种基因型精子的产生
B．处于减数第二次分裂前期的细胞中DNA数/染色体数＝2
C．产生的三种基因型的配子中的DNA都有一条链被32P标记
D．在减数第一次分裂后期，移向细胞两极的染色体形态大小都相同
答案 C
解析 若发生同源染色体非姐妹染色单体间的互换，一个基因型为AaBb的精原细胞将产生四种精子，题干中该精原细胞形成了4个有三种基因型(AB、aB、ab)的精子，应为精原细胞发生了基因突变，A错误；处于减数第二次分裂前期的细胞中每条染色体上含有两个DNA，所以核DNA数/染色体数＝2，细胞中DNA除含有核DNA外还含有质DNA，B错误；该精原细胞经过了一次DNA复制，所以产生的三种基因型的配子中的DNA都有一条链被32P标记，C正确；雄性果蝇的X和Y染色体是一对异型的性染色体，减数第一次分裂后期，同源染色体移向细胞两极，所以初级精母细胞在减数第一次分裂后期，移向细胞两极的染色体形态大小不完全相同，D错误。
5．(2023·江苏扬州高三学情调研)取某XY型性别决定的动物(2n＝8)的一个未用3H标记的精原细胞，在含3H标记脱氧核苷酸的培养基中完成一个细胞周期后，将所得子细胞全部转移至普通培养基中完成减数分裂(不考虑染色体片段互换、实验误差和质DNA)。下列有关叙述错误的是( )
A．一个初级精母细胞中含3H的染色体共有8条
B．一个次级精母细胞可能有2条不含3H的Y染色体
C．一个精细胞中可能有1条不含3H的Y染色体
D．该过程形成的8个精细胞中可能都含3H
答案 B
解析 减数第一次分裂时XY染色体会发生分离，分裂形成的一个次级精母细胞中可能有0或1条或2条Y染色体，则一个次级精母细胞可能有0条或1条不含3H的Y染色体，B错误，C正确；减数第二次分裂时姐妹染色单体随机分别移向细胞两极，所以两个子细胞形成的8个精细胞中可能都含3H，D正确。
6．(2023·江苏南通高三调研)叶绿体DNA分子上有两个复制起点，同时在起点处解旋并复制，其过程如下图。下列相关叙述正确的是( )
A．脱氧核苷酸链的合成不需要RNA引物
B．新合成的两条脱氧核苷酸链的序列相同
C．两起点解旋后均以两条链为模板合成子链
D．子链合成后需DNA连接酶催化连接成环状
答案 D
解析 DNA复制需要引物，故脱氧核苷酸链的合成需要引物，A错误；新合成的两条脱氧核苷酸链的序列互补，方向相反，B错误；由题图可知，两起点解旋后均以一条链为模板合成子链，C错误；DNA连接酶能连接两个DNA片段之间的磷酸二酯键，故子链合成后需DNA连接酶催化连接形成环状，D正确。
7．一个双链均被32P标记的噬菌体DNA上有x个碱基对，其中腺嘌呤有m个。用这个噬菌体侵染只含31P的大肠杆菌，共释放出128个子代噬菌体。下列叙述正确的是( )
A．该过程至少需要64(x－m)个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸
B．噬菌体增殖需要细菌提供原料、模板和酶等
C．只含31P与含32P的子代噬菌体的比例为63∶1
D．该DNA分子含有3×(x－2m)/2＋2m个氢键
答案 C
解析 根据题意分析，用这个噬菌体侵染只含31P的大肠杆菌，共释放出128个子代噬菌体，相当于新合成了127个DNA分子，因此该过程至少需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸数＝127(x－m)，A错误；噬菌体增殖需要的模板是由其自身提供的，B错误；由于半保留复制，所以在释放出的128个子代噬菌体中，只含31P与含32P的子代噬菌体的比例为63∶1，C正确；该DNA分子含有的氢键数＝2m＋3(x－m)＝3x－m，D错误。
8．DNA分子经过诱变，某位点上一个正常碱基(设为P)变成了尿嘧啶。该DNA连续复制两次，得到4个子代DNA分子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 D
解析 由4个子代DNA分子的碱基对可知该DNA分子经过诱变处理后，其中1条链上的碱基发生了突变，另一条链是正常的，所以得到的4个子代DNA分子中正常的DNA分子和异常的DNA分子各占1/2，因此含有G与C、C与G的2个DNA分子是未发生突变的，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C—G或G—C，因此P可能是G或C。
二、多项选择题
9．如图为科学家设计的DNA合成的同位素标记实验，利用大肠杆菌探究DNA的复制过程。下列叙述不正确的是( )
A．通过比较试管②和①的结果不能证明DNA复制为半保留复制
B．实验中采用了放射性同位素标记和密度梯度离心的研究方法
C．可用噬菌体代替大肠杆菌进行上述实验，且提取DNA更方便
D．大肠杆菌在含有15NH4Cl的培养液中生长若干代，细胞只有DNA含15N
答案 BCD
解析 比较试管①和②的结果，DNA分别为15N/15N－DNA和15N/14N－DNA，半保留复制和分散复制子一代DNA都是15N/14N－DNA，所以不能证明DNA复制为半保留复制，A正确；本实验应用了14N和15N,14N和15N都没有放射性，所以本实验采用了同位素标记和密度梯度离心的研究方法，B错误；噬菌体是病毒，没有细胞结构，不能在培养液中独立生活和繁殖，因而不能代替大肠杆菌进行实验，C错误；蛋白质和核酸等物质都含有N元素，所以大肠杆菌在含有15NH4C1的培养液中生长若干代，细胞中含15N的物质有DNA、RNA、蛋白质等，D错误。
10．将某雄性动物细胞的全部DNA分子的两条链经32P标记(染色体数为2n)后，置于不含32P的培养基中培养。经过连续两次细胞分裂后产生4个子细胞，检测子细胞中的情况。下列推断正确的是( )
A．若进行有丝分裂，则含32P染色体的子细胞比例不一定为1/2
B．若进行减数分裂，则含32P染色体的子细胞比例一定为1
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不都含32P，则一定进行减数分裂
答案 AB
解析 若子细胞中的染色体都含32P，说明DNA只复制一次，则一定进行减数分裂，C错误；若子细胞中的染色体不都含32P，则一定进行的是有丝分裂，D错误。
11．如图1表示的是细胞内DNA复制过程，图2表示图1中RNA引物去除并修复的过程。相关叙述正确的是( )
A．两条子链合成过程所需的RNA引物数量不同
B．酶1、2可催化RNA降解，去除引物
C．酶3是DNA聚合酶，催化游离的核糖核苷酸连接到DNA单链上
D．酶4是DNA连接酶，催化两个DNA单链片段的连接
答案 ABD
解析 DNA复制时，其中一条链的复制是连续的，只需一个引物，而另一条链的复制是不连续的，形成多个子链DNA片段，所以需要多个引物，因此两条子链合成过程所需的RNA引物数量不同，A正确；从图中看出，酶1、2可以将RNA引物降解，使得一条链缺少一段碱基序列，B正确；DNA复制的原料是脱氧核苷酸，所以酶3的作用是催化游离的脱氧核苷酸连接到DNA单链上，C错误；从图中看出，酶4催化DNA单链片段连接形成DNA长链，是DNA连接酶，D正确。
12．用荧光标记的特定的DNA片段作为探针，与染色体上对应的DNA片段结合可在染色体上定位特定的基因。探针与染色体上待测基因结合的原理如图所示，下列叙述正确的是( )
A．合成探针的原料是脱氧核苷酸
B．此处煮沸的作用相当于解旋酶的作用
C．复性时，探针与基因杂交遵循碱基互补配对原则
D．对成熟叶肉细胞进行基因标记时，一条染色体上可观察到两个荧光点
答案 ABC
解析 探针为DNA片段，故合成探针的原料是脱氧核苷酸，A正确；煮沸使DNA双链的氢键断裂，形成单链，相当于DNA解旋酶的作用，B正确；复性时，探针单链和具有特定的基因的单链按照碱基互补配对原则杂交，C正确；成熟叶肉细胞中DNA没有复制，只能观察到一个荧光点，D错误。
三、非选择题
13．(2023·江苏苏北四市高三期末)真核细胞内染色体外环状DNA(eccDNA)是游离于染色体基因组外的DNA，DNA的损伤可能会导致eccDNA的形成。下图中途径1、2分别表示真核细胞中DNA复制的两种情况，a、b、a′和b′表示子链的两端，①～④表示生理过程。请据图回答相关问题：
(1)途径1中酶2为______________，途径2中④过程需要____________酶的作用。
(2)途径2中a、b、a′和b′中为5′－端的是_________________________________________。
(3)观察过程①③可推测DNA复制采用了______________等方式，极大地提升了复制速率。eccDNA能自我复制的原因是_____________________________________________。
(4)下列可能属于eccDNA形成原因的有___________________________________________。
A．DNA发生双链断裂
B．染色体片段丢失
C．染色体断裂后重新连接
D．DNA中碱基互补配对
(5)eccDNA在肿瘤细胞中普遍存在，肿瘤细胞分裂时，因eccDNA无________(填结构)，而无法与____________连接，导致不能平均分配到子细胞中。由此可见，eccDNA的遗传__________(填“遵循”或“不遵循”)孟德尔遗传规律。
答案 (1)DNA聚合酶 DNA连接 (2)a和a′ (3)双向、多起点 eccDNA上有复制起点(复制原点) (4)ABC (5)着丝粒 纺锤丝 不遵循
解析 (1)途径1为线性DNA复制过程，该过程中的酶1为解旋酶，酶2为DNA聚合酶，途径2为环状DNA形成和复制的过程，④为损伤DNA由线性形成环状DNA过程，即该过程需要DNA连接酶的作用。(2)DNA复制过程中子链的延伸方向是由5′→3′，根据复制方向可知，途径2中a、a′为5′－端。(3)观察过程①③可推测，DNA复制为半保留复制，结合图示可知，DNA复制过程中表现出双向复制和多起点复制的特点，该特点极大地提升了复制速率。eccDNA上有复制起点，因而eccDNA能自我复制。(4)根据题意可知，DNA的损伤可能会导致eccDNA的形成，而DNA发生双链断裂、染色体片段丢失、染色体断裂等都是DNA损伤的表现，而DNA碱基互补配对不会导致环状DNA的形成，因此，A、B、C符合题意。(5)eccDNA在肿瘤细胞中普遍存在，肿瘤细胞分裂时，因eccDNA无着丝粒，因此无法与纺锤丝连接，只能随机分配到子细胞中。由于eccDNA不能均等分配到子细胞中，因此，eccDNA的遗传不遵循孟德尔遗传规律。
14．双链DNA是由两条反向平行的脱氧核苷酸链组成。早在1966年，日本科学家冈崎提出DNA半不连续复制假说：DNA复制形成互补子链时，一条子链是连续形成，另一条子链不连续即先形成短链片段(如图1)。为验证这一假说，冈崎进行了如下实验：让T4噬菌体在20 ℃时侵染大肠杆菌70 min后，将同位素3H标记的脱氧核苷酸添加到大肠杆菌的培养基中，在2秒、7秒、15秒、30秒、60秒、120秒后，分离T4噬菌体DNA并通过加热使DNA分子变性、全部解螺旋，再进行密度梯度离心，以DNA单链片段分布位置确定片段大小(分子越小离试管口距离越近)，并检测相应位置DNA单链片段的放射性，结果如图2。请分析回答：
(1)若1个双链DNA片段中有1 000个碱基对，其中胸腺嘧啶350个，该DNA连续复制四次，在第四次复制时需要消耗________个胞嘧啶脱氧核苷酸。
(2)以3H标记的脱氧核苷酸添加到大肠杆菌的培养基中，最终在噬菌体DNA中检测到放射性，其原因是__________________________________________________________。
(3)DNA解旋在细胞中需要解旋酶的催化，在体外通过加热也能实现。解旋酶不能为反应提供能量，但能____________________________________________________________。
研究表明，在DNA分子加热解链时，DNA分子中G＋C的比例越高，需要解链温度越高的原因是____________________________________________________________。
(4)图2中，与60秒结果相比，120秒结果中短链片段减少的原因是________________________________________________________________________。
该实验结果为冈崎假说提供的有力证据是_____________________________________。
答案 (1)5 200 (2)标记的脱氧核苷酸被大肠杆菌吸收，为噬菌体DNA复制提供原料，所以在噬菌体DNA中检测到放射性 (3)降低反应所需要的活化能 DNA分子中G＋C的比例越高，氢键数越多，DNA结构越稳定 (4)短链片段连接形成长片段，所以短链片段减少 在实验时间内，细胞中均能检测到较多的短链片段
解析 (1)已知1个双链DNA片段中共有A＋T＋G＋C＝2 000个碱基，其中T＝350个。依据碱基互补配对原则可推知，在该DNA片段中，A＝T＝350个，C＝G＝650个。该DNA连续复制四次，在第四次复制时需要消耗胞嘧啶脱氧核苷酸数＝(24－23)×650＝5 200个。
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