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2022版高考生物一轮复习 限时集训19 DNA分子的结构、复制与基因的本质

2022版高考生物一轮复习 限时集训19 DNA分子的结构、复制与基因的本质

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DNA分子的结构、复制与基因的本质
(建议用时：40分钟)

1．(2020·湖南师大附中3月模拟)科学家们揭开了关于染色质中DNA组织的生物学之谜，首次在人类活细胞的细胞核中实现了3D基因组成像。下列关于DNA分子结构的叙述，错误的是(　　)
A．组成双链DNA的碱基排列在内侧，两条链上的碱基配对有一定的规律性
B．脱氧核苷酸的数目和排列顺序决定了DNA分子的多样性
C．双链DNA分子中，若一条链中G∶T＝1∶2，则另一条链中C∶A＝2∶1
D．沃森和克里克研究DNA分子结构时，运用了建构物理模型的方法
C　[A项正确：组成双链DNA的碱基排列在内侧，两条链上的碱基通过氢键连接形成碱基对，并且碱基配对遵循碱基互补配对原则；B项正确：DNA的基本组成单位是脱氧核苷酸，脱氧核苷酸的数目和排列顺序决定了DNA分子的多样性；C项错误：依据碱基互补配对原则，双链DNA分子中，若一条链中G∶T＝1∶2，则另一条链中C∶A＝1∶2；D项正确：沃森和克里克研究DNA分子结构时，运用了建构物理模型的方法。]
2．下列有关DNA分子的叙述正确的是(　　)
A．基因在DNA分子上成对存在
B．DNA分子中每个脱氧核糖均与两个磷酸基团相连
C．在双链DNA分子中，(A＋T)/(G＋C)的值在两条单链中相等
D．DNA分子上的基因在每个细胞中都会表达出相应蛋白质
C　[基因是具有遗传效应的DNA片段，基因在DNA分子上不是成对存在的，A项错误；DNA分子的两条脱氧核苷酸链一端的脱氧核糖只与一个磷酸基团相连，B项错误；由于碱基的互补配对，在双链DNA分子中，(A＋T)/(G＋C)的值在两条单链中相等，C项正确；同种生物的不同细胞中基因是选择性表达的，因此DNA分子上的基因不是在每个细胞中都会表达出相应蛋白质，D项错误。]
3．20世纪50年代初，查哥夫对多种生物DNA做了碱基定量分析，发现的值如表所示。结合所学知识，你认为能得出的结论是(　　)
DNA来源
大肠杆菌
小麦
鼠
马肝
马胸腺
马脾

1.01
1.21
1.21
1.43
1.43
1.43
A.马的DNA结构比大肠杆菌DNA结构更稳定一些
B．小麦和鼠的DNA所携带的遗传信息相同
C．小麦DNA中(A＋T)的数量是鼠DNA中(C＋G)数量的1．21倍
D．同一生物不同组织的DNA碱基组成相同
D　[分析表格中的信息可知，马的DNA中的值大于大肠杆菌中的，由于A与T之间的氢键是2个，C与G之间的氢键是3个，因此马的DNA结构比大肠杆菌的DNA结构更不稳定，A错误；小麦和鼠的值相同，碱基排列顺序不相同，遗传信息不同，B错误；此题无法计算小麦DNA中(A＋T)的数量与鼠DNA中(C＋G)数量的比值，C错误；同一生物是由受精卵经过有丝分裂和细胞分化形成的，不同组织中DNA碱基组成相同，D正确。]
4．(2020·广东深圳测试)有人将大肠杆菌的DNA聚合酶、4种脱氧核苷三磷酸(其中的脱氧腺苷三磷酸即dATP已被某种放射性同位素标记)、微量的T2噬菌体DNA混合液在有Mg2＋存在的条件下于37 ℃静置30 min，经检测发现放射性标记进入了DNA分子。下列关于该实验的叙述，正确的是 (　　)
A．无DNA合成，因为实验装置中虽有原料的供应，但未提供能量
B．无DNA合成，因为细菌DNA聚合酶不能催化噬菌体的DNA复制
C．有DNA合成，新合成DNA的碱基序列与T2噬菌体的DNA相同
D．有DNA合成，新合成DNA的碱基序列与大肠杆菌中的DNA相同
C　[该实验中脱氧核苷三磷酸中高能磷酸键断裂后可为DNA复制提供能量，dNTP可作为DNA合成的原料，细菌的DNA聚合酶能催化噬菌体的DNA复制，因此，该实验中有DNA的合成，A、B错误；本实验中以T2噬菌体的DNA为模板，有原料、酶等的供应，所以有DNA合成，且新合成DNA的碱基序列与T2噬菌体的DNA相同，C正确、D错误。]
5．(多选)下列有关染色体、DNA、基因、脱氧核苷酸的说法，正确的是(　　)
A．基因中4种碱基的排列顺序代表着遗传信息
B．基因是具有遗传效应的DNA片段，一个DNA分子上可含有成百上千个基因
C．一个基因含有许多个脱氧核苷酸，基因的特异性是由脱氧核苷酸的排列顺序决定的
D．染色体是DNA的主要载体，一条染色体上含有1个DNA分子
ABC　[基因的遗传信息蕴藏在4种碱基的排列顺序中，A正确；基因是具有遗传效应的DNA片段，一个DNA分子上可含有成百上千个基因，B正确；一个基因含有许多个脱氧核苷酸，基因的特异性是由脱氧核苷酸的排列顺序决定的，C正确；染色体是DNA的主要载体，一条染色体上不一定只含有一个DNA分子，在有丝分裂间期DNA复制后，前期和中期一条染色体上含有2个DNA分子，D错误。]
6．真核细胞中DNA复制如图所示，下列叙述错误的是(　　)

A．多起点双向复制能保证DNA复制在短时间内完成
B．每个子代DNA都有一条核苷酸链来自亲代
C．复制过程中氢键的破坏和形成都需要DNA聚合酶的催化
D．DNA分子的准确复制依赖于碱基互补配对原则
C　[DNA复制过程中氢键的破坏需要解旋酶的催化，但氢键的形成不需要酶的催化，C错误。]
7．(2020·北京市西城区高三期末)M13丝状噬菌体的遗传物质是单链闭合的DNA，以下叙述正确的是(　　)
A．M13的DNA分子中嘌呤数等于嘧啶数
B．M13的DNA复制过程涉及碱基互补配对
C．可用含35S的培养基培养M13以标记蛋白质
D．M13的核糖体是合成蛋白质外壳的场所
B　[M13的DNA分子是单链的，因此其嘌呤数不一定等于嘧啶数，A错误；M13的DNA复制过程是亲本DNA形成子代DNA的过程，该过程涉及碱基互补配对现象，B正确；M13丝状噬菌体是病毒，没有独立生存的能力，不能用含35S的培养基培养，C错误；M13丝状噬菌体是病毒，没有细胞结构，其不可能有核糖体，D错误。]
8．正常情况下，DNA分子在细胞内复制时，双螺旋解开后会产生一段单链区，DNA结合蛋白(SSB)能很快地与单链结合，防止解旋的单链重新配对，使DNA呈伸展状态，且SSB在复制过程中可以重复利用。下列与SSB功能相关的推测合理的是(　　)
A．SSB与DNA单链既可结合也可分开
B．SSB与单链的结合将不利于DNA复制
C．SSB是一种解开DNA双螺旋的解旋酶
D．SSB与单链结合遵循碱基互补配对原则
A　[根据题干信息可知，SSB与DNA单链既可结合也可分开，A正确； 根据题干信息可知，SSB与单链的结合将利于DNA复制，B错误； 根据题干中“双螺旋解开后会产生一段单链区，DNA结合蛋白(SSB)能很快地与单链结合”，说明SSB不是一种解开DNA双螺旋的解旋酶，C错误； 根据题干信息可知，SSB是一种DNA结合蛋白，故与单链的结合不遵循碱基互补配对原则，D错误。]
9．(2020·广东佛山调研)请回答下列关于DNA的问题：
(1)DNA的基本骨架结构是__________________，DNA能够作为遗传物质的原因是在细胞增殖过程中其结构比较稳定、能够储存遗传信息、________________________(答出1点即可)。
(2)研究人员在分析不同生物体细胞中的DNA分子时发现，不同生物之间碱基比率(A＋T)/(G＋C)有一定差别，由此说明DNA分子的结构具有________的特点。从DNA的结构分析，该比率较高的生物，其DNA的稳定性一般较________(填“高”或“低”)。
(3)研究还发现，在猪的体细胞中，碱基比率(A＋T)/(G＋C)为1．43，但在猪的精子中该比率不是1．43，可能的原因是(不考虑细胞质DNA)：________________________________________。
(4)将植物根尖置于含3H标记的胸腺嘧啶的培养液中，培养大约一个细胞周期的时间。若对中期的染色体进行放射性检测(深色代表染色单体具有3H标记)，依据“DNA半保留复制”推测，结果符合如图中的________(选填字母)。

A　　　　 B　　　　C
[解析]　(1)DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架，碱基排列在内侧。在细胞增殖过程中DNA能够精确进行自我复制，向后代传递遗传信息，同时可以通过转录、翻译，指导蛋白质的合成，进而控制生物的性状。(2)不同生物之间碱基比率(A＋T)/(G＋C)有一定差别，说明DNA分子的结构具有多样性的特点。该比率较高，说明A＋T占比较大，A和T碱基对之间是两个氢键，G和C碱基对之间是三个氢键，故该比率较高时，打开氢键所需要的能量较少，DNA的稳定性一般较低。(3)精子是经过减数分裂产生的，核DNA数量等于体细胞的一半，又同源染色体中DNA的碱基顺序不完全相同，所以猪体细胞中(A＋T)/(G＋C)为1．43时，精子中该比率不是1．43。(4)DNA的复制为半保留复制，即每一个子代DNA都是由一条母链和一条新合成的子链构成的，中期的染色体包含两个染色单体，两个子代DNA，故中期染色体的两个染色单体均含3H标记，A符合。
[答案]　 (1)脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧　可以(指导蛋白质合成、表达遗传信息)控制生物性状、可以精确进行自我复制　(2)多样性　低　(3)精子是减数分裂的产物，其核DNA与体细胞的核DNA存在较大区别　(4)A
10．细胞生物都以DNA作为遗传物质，这是细胞具有统一性的证据之一。请回答下列问题：
(1)19世纪，人们发现了染色体在遗传中的重要作用。在研究染色体的主要组成成分的遗传功能时，科学家设计实验的关键思路是__________________。最终证明了DNA是遗传物质。
(2)DNA的特殊结构适合作遗传物质。DNA双螺旋结构内部碱基排列顺序代表着________，碱基排列顺序的千变万化构成了DNA分子的________________。
(3)DNA的复制需要______________等酶，这些酶的合成场所是________，从合成场所到达作用部位，共穿过________层膜结构。
(4)如图表示DNA复制的有关过程，A→B→C表示大肠杆菌的DNA复制，D→E→F表示哺乳动物的DNA分子复制片段。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，此DNA分子复制约需30 s，而实际上只需约16 s，根据图A～C分析，这是因为_____________________________________
____________________________________________________________。
②哺乳动物体细胞中的DNA分子展开可达2 m之长，若按图A～C的方式复制，至少需要8 h，而实际上只需约6 h，根据图D～F分析，这是因为______。
[解析]　(1)科学家设法将DNA和蛋白质分开研究，最终证明了DNA是遗传物质。(2)碱基的排列顺序代表遗传信息，碱基排列顺序的千变万化反映了DNA分子具有多样性。(3)DNA复制时，需要解旋酶和DNA聚合酶，它们的本质是蛋白质，在核糖体中合成。这些酶在细胞质中合成，通过核孔进入细胞核发挥作用，穿过膜的层数为0。(4)根据图A、B、C可知，DNA分子的复制可双向进行，因此可缩短复制的时间。图D中有3个复制起点，即真核细胞中DNA复制是从多个起点双向复制的。
[答案]　(1)设法把DNA和蛋白质分开，单独、直接地观察DNA的作用　(2)遗传信息　多样性　(3)解旋酶、DNA聚合酶　核糖体　0　(4)①DNA分子复制是双向进行的　②DNA分子复制是从多个起点双向复制的

11．某15N完全标记的1个T2噬菌体(第一代)侵染未标记的大肠杆菌后，共释放出n个子代噬菌体，整个过程中共消耗a个腺嘌呤。下列叙述正确的是(　　)
A．子代噬菌体中含15N的个体所占比例为1/2n－1
B．可用含15N的培养液直接培养出第一代噬菌体
C．噬菌体DNA复制过程需要的模板、酶、ATP和原料都来自大肠杆菌
D．第一代噬菌体的DNA中含有a/(n－1)个胸腺嘧啶
D　[子代噬菌体中含15N的个体所占比例为2/n，A错误；噬菌体是病毒，不能用含15N的培养液直接培养，B错误；噬菌体DNA复制过程需要的模板是噬菌体本身的DNA，C错误；根据题意，产生n个子代噬菌体共消耗了a个腺嘌呤，则每个DNA分子中腺嘌呤的个数为a/(n－1)，而DNA分子中腺嘌呤数量等于胸腺嘧啶数量，故第一代噬菌体的DNA中含有a/(n－1)个胸腺嘧啶，D正确。]
12．(2020·潍坊模拟)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　[由题干信息可知，因为DNA能够强烈地吸收紫外线，用紫外光源照射离心管，可以透过离心管在感光胶片上记录DNA带的位置，A错误；若DNA是全保留复制，第一代会含有两条链都含15N标记的DNA和两条链都含14N标记的DNA，则会出现居下和居上的2条DNA条带，因此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；大肠杆菌在进行DNA分子复制时需要用到解旋酶和DNA聚合酶，不需要限制酶，C错误；DNA聚合酶在DNA分子复制过程起到催化底物dNTP分子聚合形成子代DNA的作用，而不是传递信息，D错误。]
13．(多选)(2021·菏泽一中月考)胸腺嘧啶脱氧核苷(简称胸苷)在细胞内可以转化为胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸。研究人员用含有3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷(3H­TDR)的培养液培养活的小肠黏膜层，一段时间后洗去游离的3H­TDR，换用不含放射性TDR的培养液继续培养。连续培养48 h，检测小肠绒毛的被标记部位，结果如图所示(黑点表示放射性部位)。下列相关叙述正确的是(　　)

A．只有①处的细胞可以进行DNA的复制和细胞分裂
B．若再继续培养一段时间，①②③处都将不再具有放射性
C．若换用3H标记的尿苷培养液，则①②③处均能检测到放射性
D．24 h和48 h时②③处分别出现放射性，说明3H­TDR在小肠黏膜内的运输速度较慢
ABC　[处理后开始的几小时，发现只有①处能够检测到放射性，证明小肠黏膜层只有①处的细胞能进行DNA复制和细胞分裂，A正确；小肠黏膜细胞上的放射性将会因为细胞的衰老、死亡、脱落而消失。若再继续培养一段时间，①②③处都将不再具有放射性，B正确；若换用3H标记的尿苷培养液，则①②③处细胞进行基因转录时均利用了3H­尿苷，能检测到放射性，C正确；24 h和48 h时②③处分别出现放射性，说明②③处的衰老、死亡细胞被①处分裂产生新的细胞所取代，不能说明3H­TDR的运输速度较慢，D错误。]
14．(2020·衡中同卷)早期，科学家对DNA分子复制方式的预测如图甲所示，1958年，科学家以大肠杆菌为实验材料，设计了一个巧妙的实验，证实了DNA以半保留的方式复制。试管②③④⑤是模拟实验中可能出现的结果(如图乙)。回答下列问题。

甲

乙
培养过程：
Ⅰ.在含15N的培养液中培养若干代，使DNA双链均被15N标记(试管①)
Ⅱ.转至含14N的培养液中培养，每30 min复制一代。
Ⅲ.取出每代DNA的样本离心，记录结果。
(1)本实验运用的主要技术为_______________，步骤Ⅰ的目的是标记大肠杆菌中的________；至少需要________min才会出现试管④的结果。
(2)30 min后离心只有1条中等密度带(如试管③所示)，则可以排除DNA复制的方式是______________； 为进一步确定DNA复制的方式，科学家对结果③中的DNA分子用解旋酶处理后离心，若出现_________________________，则DNA复制的方式为半保留复制。
(3)若某次实验的结果中，中带比以往实验结果所呈现的略宽，其原因可能是新合成的DNA单链中N仍有少部分为________。
[解析]　(1)本实验运用的主要技术为同位素示踪技术，步骤Ⅰ的目的是标记大肠杆菌中的DNA。出现试管④的结果至少需要DNA复制两次，每次复制的时间为30 min，因此至少需要60 min才会出现试管④的结果。(2)复制一代后离心只有1条中等密度带，说明DNA复制方式不是全保留复制。如果DNA的复制方式为分散复制，则每一条脱氧核苷酸链既保留母链部分又有子链部分，则可能出现不了清晰的条带，而半保留复制能出现清晰的重带和轻带两种条带。(3)若中带比以往实验结果所呈现的略宽，其原因可能是新合成的DNA单链中N仍有少部分为15N。因为转移培养时，可能带入了少量的原来的培养基。
[答案]　(1)同位素示踪技术　DNA　60　(2)全保留复制　重带和轻带两种条带　(3)15N