基因的本质
一、选择题
1．(2018·南通一模)下列关于DNA分子结构和复制的叙述，错误的是( )
A．DNA分子中磷酸与脱氧核糖交替连接，构成DNA的基本骨架
B．科学家利用“假说—演绎法”证实DNA是以半保留的方式复制的
C．DNA复制时，DNA聚合酶可催化两个游离的脱氧核苷酸连接起来
D．DNA双螺旋结构模型的建立为DNA复制机制的阐明奠定了基础
解析：选C DNA分子中磷酸与脱氧核糖交替连接，排列在外侧，构成DNA分子的基本骨架；科学家利用“假说—演绎法”证实了DNA分子是以半保留的方式复制的；DNA聚合酶催化游离的脱氧核苷酸与DNA链上的脱氧核苷酸之间的连接；DNA双螺旋结构模型的建立为DNA复制机制的阐明奠定了基础。
2．在DNA分子模型的搭建实验中，若仅由订书钉将脱氧核糖、磷酸、碱基连为一体并构建一个含 10对碱基(A有6个)的DNA双链片段，那么使用的订书钉个数为( )
A．58 B．78
C．82 D．88
解析：选C 构成一个脱氧核苷酸需要2个订书钉，20个脱氧核苷酸总共需要40个；一条DNA单链需要9个订书钉连接，两条链共需要18个；双链间的氢键数共有6×2＋4×3＝24(个)，所以共用82个订书钉。
3．(2019届高三·苏锡常镇四市调研)一种感染螨虫的新型病毒，研究人员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
解析：选A 根据题干信息分析，本实验的目的是确定病毒核酸的类型是DNA还是RNA，因此应该分别标记DNA和RNA特有的碱基，即分别用放射性同位素标记尿嘧啶和胸腺嘧啶；由于病毒没有细胞结构，必须寄生于活细胞中，因此先将甲、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；再将病毒分别接种到含有甲、乙两组螨虫细胞的培养液中；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。
4．关于下图所示DNA分子的说法正确的是( )
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A．解旋酶可作用于①部位，DNA聚合酶作用于③部位
B．该DNA的特异性表现在碱基种类和(A＋T)/(G＋C)的比例上
C．若该DNA中碱基A为p个，占全部碱基的n/m (m>2 n)，则碱基C的个数为(pm/2n)－p
D．把此DNA放在含15N的培养液中复制2代，子代中含15N的DNA占3/4
解析：选C ①为磷酸二酯键，③为氢键，解旋酶作用于③部位，DNA聚合酶作用于①部位；DNA分子的特异性由碱基的数目和特定排列顺序决定，而碱基种类均只有4种，无特异性；根据碱基互补配对原则，A＝T，G＝C，全部碱基个数为p/(n/m)＝pm/n，C的个数为(全部碱基个数－2p)/2，化简得(pm/2n)－p；DNA是半保留复制，图中DNA一条链被15N标记，复制一次后，有一个DNA分子两条链全部含15N，另一个DNA分子一条链含14N，另一条链含15N，第二次复制以后，子代中含15N的DNA占100%。
5．(2018·南通一模)下列关于艾弗里肺炎双球菌体外转化实验的叙述，错误的是( )
A．该实验是在英国科学家格里菲思的实验基础上进行的
B．肺炎双球菌体外转化与DNA重组技术的实质是相同的
C．实验过程中，通过观察菌落的特征来判断是否发生转化
D．该体外转化实验证明肺炎双球菌的主要遗传物质是DNA
解析：选D 艾弗里肺炎双球菌体外转化实验是在英国科学家格里菲思的实验基础上进行的；肺炎双球菌体外转化的实质是基因重组，DNA重组技术的实质也是基因重组；肺炎双球菌两种类型的菌落特征不同，因此可以通过观察菌落的特征来判断是否发生转化；该体外转化实验证明肺炎双球菌的遗传物质是DNA。
6．(2018·徐州质检)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%。下列说法正确的是( )
A．该基因的特异性表现在碱基种类上
B．DNA聚合酶催化①和③处化学键的形成
C．该基因的一条核苷酸链中(C＋G)/(A＋T)为3/2
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
解析：选C 双链DNA中的碱基种类都是相同的，DNA的特异性与碱基的数目和排列顺序有关；DNA聚合酶催化相邻核苷酸间形成磷酸二酯键，即③处化学键的形成，不能催化①处氢键的形成；由题干可知，该双链DNA分子中，A＝T＝20%，C＝G＝30%，故该基因的每条核苷酸链中(C＋G)/(A＋T)＝3/2；根据DNA半保留复制的特点，将该基因置于14
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N培养液中复制3次后，共形成子代DNA分子数为23＝8(个)，其中含15N的DNA分子是2个，即含15N的DNA分子占2/8。
7．(2018·苏州模拟)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H′链，当H′链合成约2/3时，OL启动，以H链为模板合成L′链，最终合成两个环状双螺旋DNA分子，该过程如图所示。下列有关叙述正确的是( )
A．该复制方式不符合半保留复制的特点
B．H′链全部合成时，L′链只合成了2/3
C．子链中新形成的磷酸二酯键数目与脱氧核苷酸数目相同
D．若该线粒体DNA在含15N的培养液中复制3次，不含15N的DNA只有两个
解析：选C 由图可知：线粒体双环状DNA复制时，首先是OH被启动，以L链为模板，合成H′链，新H′链一边复制，一边取代原来老的H链，当H′链合成约2/3时，OL启动，以被取代的H链为模板，合成新的L′链，待全部复制完成后，新的H′链和老的L链、新的L′链和老的H链各自组合成两个环状双螺旋DNA分子。该复制方式符合半保留复制的特点；H′链全部合成时，L′链只合成了1/3；环状子链中新形成的磷酸二酯键数目与脱氧核苷酸数目相同；由于是半保留复制，所以该线粒体DNA在含15N的培养液中复制3次，所形成的子代DNA都含有15N。
8．将玉米的一个根尖细胞放在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的培养基中完成一个细胞周期，然后将子代细胞转入不含放射性同位素标记的培养基中继续培养。下列关于细胞内染色体的放射性标记分布情况的描述，正确的是( )
A．第二次分裂结束只有一半的细胞具有放射性
B．第二次分裂结束具有放射性的细胞可能有4个
C．在第二次分裂的中期每条染色体的两条单体都被标记
D．在第二次分裂的中期只有半数的染色体中一条单体被标记
解析：选B 根尖细胞进行有丝分裂，一个细胞周期在间期时DNA复制1次，所以第一次细胞分裂完成后得到的2个子细胞都是每一条染色体的DNA只有1条链被标记。第二次分裂后期姐妹染色单体分开时，被标记的染色体是随机分配移向两极的，所以第二次分裂得到的子细胞被标记的个数是2～4个；经过间期DNA复制后第二次分裂前期和中期的每条染色体都只有1条染色单体被标记。
9．如图是“噬菌体侵染大肠杆菌”实验，其中亲代噬菌体已用32P标记，甲、丙中的方框代表大肠杆菌。下列关于本实验及病毒、细菌的叙述正确的是( )
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A．图中锥形瓶中的培养液是用来培养大肠杆菌的，其内的营养成分中要加入32P标记的无机盐
B．若要达到实验目的，还要再设计一组用35S标记噬菌体的实验，两组相互对照，都是实验组
C．噬菌体的遗传不遵循基因分离定律，而大肠杆菌的遗传遵循基因分离定律
D．若本组实验乙(上清液)中出现放射性，则不能证明DNA是遗传物质
解析：选B 由于亲代噬菌体已用32P标记，要研究该标记物出现的部位，培养大肠杆菌的培养液不应含有32P标记的无机盐；单独一组实验能够证明DNA是遗传物质，但是不能证明蛋白质不是遗传物质，因此应设置用35S标记噬菌体的实验作为相互对照；基因分离定律适用于进行有性生殖的真核生物，病毒和细菌的遗传均不遵循该规律；如果保温时间过长，子代噬菌体会从大肠杆菌中释放出来，导致上清液中也会出现放射性。
10．(2019届高三·无锡兴化三校联考)在研究细胞DNA复制时，先在低剂量3H标记的脱氧核苷酸培养基培养细胞，3H可以掺入正在复制的DNA分子中，使其带上放射性标记。几分钟后，将细胞移到含有高剂量3H标记的脱氧核苷酸培养基培养一段时间，收集、裂解细胞，抽取其中的DNA进行放射性自显影检测，结果如图。下列相关叙述正确的是( )
A．此图可以说明DNA进行双向复制
B．此过程必须遵循碱基互补配对原则，任一条链中A＝T，G＝C
C．若将该DNA进行彻底水解，产物是脱氧核苷酸和四种碱基
D．若该DNA分子的一条链中(A＋T)/(G＋C)＝a，则互补链中该比值为1/a
解析：选A 根据题意和图形分析，中间为低放射性区域，两边为高放射性区域，说明DNA复制从起始点向两个方向延伸；此过程必须遵循碱基互补配对原则，一条链中的A与另一条链中的T配对，一条链中的G与另一条链中的C配对；若将该DNA进行彻底水解，产物是脱氧核糖、磷酸和四种含氮碱基；若该DNA分子的一条链中(A＋T)/(G＋C)＝a，则互补链中该比值也是a。
11．(2018·南通考前押题卷，多选)如图是用35S标记的噬菌体侵染不含放射性的细菌，保温、搅拌、离心后获得上清液和沉淀物的示意图。下列相关叙述，正确的是( )
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A．35S标记的是噬菌体的蛋白质外壳
B．若保温时间过长，则沉淀物中放射性增强
C．若搅拌不充分，则沉淀物中放射性增强
D．该实验说明蛋白质不是噬菌体的遗传物质
解析：选AC 噬菌体的DNA没有S元素，蛋白质外壳中有S元素，所以35S标记的是噬菌体的蛋白质外壳；若保温时间过长，会导致细菌裂解，释放子代噬菌体，使上清液的放射性增强，沉淀物中放射性不会增强；若搅拌不充分，有少量含35S的噬菌体外壳吸附在细菌表面，会随细菌沉淀到试管的底部，则导致沉淀物中放射性增强；此实验只能证明DNA是遗传物质，蛋白质没有进入细菌，不能证明蛋白质不是遗传物质。
12．(多选)科学家们在研究成体干细胞的分裂时提出这样的假说：成体干细胞总是将含有相对古老的DNA链(永生化链)的染色体分配给其中一个子代细胞，使其成为成体干细胞，同时将含有相对新的合成链染色体分配给另一个子代细胞，使其开始分化并最终衰老死亡(如下图所示)。下列相关叙述，正确的是( )
A．成体干细胞的增殖方式为有丝分裂，保证了亲子代细胞的遗传稳定性
B．从图中看出成体干细胞分裂时DNA进行半保留复制，染色体随机分配
C．通过该方式可以减少成体干细胞积累DNA复制过程中产生的基因突变
D．根据该假说可以推测生物体内的成体干细胞的数量长期保持相对稳定
解析：选ACD 体细胞的增殖方式是有丝分裂，有丝分裂可以保证亲子代细胞的遗传稳定性；由图可知，成体干细胞分裂时染色体没有进行随机分配；相对古老的DNA链的染色体一直存在于成体干细胞中，这样可以减少成体干细胞积累DNA复制过程中产生的基因突变；一个成体干细胞每次分裂结束后产生的子细胞中有一个仍然是成体干细胞，所以生物体内的成体干细胞的数量长期保持相对稳定。
二、非选择题
13．请回答下列与DNA分子的结构和复制有关的问题：
(1)DNA分子的基本骨架由__________和__________交替排列构成。
(2)某研究小组测定了多个不同双链DNA分子的碱基组成，发现随着一条单链中的比值增加，其DNA分子中该比值变化是________。
(3)某DNA分子中A＋T占整个DNA分子碱基总数的44%，其中一条链(α)上的G占该链碱基总数的21%，那么，对应的另一条互补链(β)上的G占该链碱基总数的比例是____________。
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(4)在正常情况下，细胞内完全可以自主合成组成核酸的核糖与脱氧核糖。现有一些细胞(此细胞能增殖)由于发生基因突变而不能自由合成核糖与脱氧核糖，必须从培养基中摄取。为验证“DNA分子复制的原料是脱氧核苷酸，而不是核糖核苷酸”，现提供如下实验材料，请你完成实验方案。
①实验材料：真核细胞的突变细胞系、基本培养基、12C核糖核苷酸、14C核糖核苷酸、12C脱氧核苷酸、14C脱氧核苷酸、细胞放射性检测仪等。(注：14C有放射性，12C无放射性)
②实验步骤：
第一步：编号。取基本培养基若干，随机分成两组，分别编号为甲组和乙组。
第二步：实验处理。在甲组培养基中加入适量的12C核糖核苷酸和14C脱氧核苷酸；在乙组培养基中加入___________________________________________________________。
第三步：培养。在甲、乙两组培养基中分别接种______________________________，在5%CO2恒温培养箱中培养一段时间，使细胞增殖。
第四步：观察。分别取出甲、乙两组培养基中的细胞，检测细胞放射性的部位。
③预期结果：甲组培养基中细胞的放射性部位主要在____________；乙组培养基中细胞的放射性部位主要在______________。
④实验结论：______________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)在DNA分子中，脱氧核糖和磷酸交替连接，构成DNA分子的基本骨架。(2)由碱基互补配对原则可知，DNA分子中A＝T、C＝G，因此＝1，即无论单链中的比值如何变化，DNA分子中的比值都保持不变。(3)已知DNA分子中A＋T占整个DNA分子碱基总数的44%，则α链中A1＋T1＝44%，又因α链中G1＝21%，所以α链中C1＝1－44%－21%＝35%，根据碱基互补配对原则β链中G2＝C1＝35%。(4)DNA的基本组成单位是脱氧核苷酸，主要存在于细胞核中。根据后面的实验步骤及预期结果，可知该实验最终要根据细胞中的放射性部位来验证脱氧核苷酸是DNA复制所需的原料，故乙中应加等量的14C核糖核苷酸和12C脱氧核苷酸，并且甲、乙应该都放到相同的适宜环境中培养，以排除无关变量的影响。甲中放射性应主要在细胞核，而乙中放射性应主要在细胞质。根据实验结果可证明DNA分子复制的原料是脱氧核苷酸，而不是核糖核苷酸。
答案：(1)脱氧核糖 磷酸 (2)不变 (3)35% (4)第二步：等量的14C核糖核苷酸和12C脱氧核苷酸 第三步：等量的真核细胞的突变细胞系 ③细胞核 细胞质 ④DNA分子复制的原料是脱氧核苷酸，而不是核糖核苷酸
14．(2018·南通考前押题卷)很多因素都会造成DNA损伤，机体也能够对损伤的DNA进行修复，当DNA损伤较大时，损伤部位难以直接被修复，可先进行复制再修复，如图是损伤DNA复制后再修复的基本过程。请据图回答下列问题：
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(1)过程①所需的原料是________。与过程①相比，转录过程特有的碱基互补配对方式是________。
(2)过程②③中，母链缺口的产生需要在酶的作用下切开__________键；与过程④相比，催化过程①特有的酶是________。
(3)若用3H标记原料，经过程①②③④产生的4条核苷酸链中，具有放射性的核苷酸链占________；某损伤DNA(损伤处由2个胸腺嘧啶和2个胞嘧啶形成2个嘧啶二聚体)损伤前有1 000个碱基对，其中胸腺嘧啶300个，该损伤DNA连续复制三次(按图示过程进行损伤修复)，在第三次复制时需要消耗________个胞嘧啶脱氧核苷酸。
(4)据图可知，这种修复方式并不能将DNA全部修复，如某受损伤的DNA进行10次复制(按图示过程进行损伤修复)，则有损伤的DNA分子将占_____，这种修复过程的意义是____________________________________________________________________________。
解析：(1)过程①是DNA复制的过程，其所需原料是脱氧核苷酸，其碱基互补配对方式有A—T、G—C，转录过程中的碱基互补配对方式是A—U、T—A、G—C，所以与DNA复制过程相比，转录过程特有的碱基互补配对方式是A—U。(2)过程②是母链与子链重组的过程，母链缺口的产生需要在酶的作用下切开磷酸二酯键；过程④是弥补母链缺口的过程，需DNA聚合酶，过程①需要解旋酶和DNA聚合酶，所以与过程④相比，催化过程①特有的酶是解旋酶。(3)由于母链与子链间的重组，没有损伤的那条母链也具有了放射性，所以，经过程①②③④产生的4条核苷酸链中，具有放射性的核苷酸链占3/4；有1 000个碱基对的DNA中，含胸腺嘧啶300个，则含胞嘧啶700个，因此第三次复制需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸数为2(n－1)×700＝22×700＝2 800(个)。(4)图示修复过程不能将损伤的脱氧核苷酸链进行修复，所以无论复制多少次，都含有一个损伤的DNA，如某受损伤的DNA进行10次复制(按图示过程进行损伤修复)，有损伤的DNA分子将占1/210，这种修复过程的意义是随着复制次数的增多，可降低损伤DNA所占的比例，减小损伤DNA对表现型的影响。
答案：(1)脱氧核苷酸 A—U (2)磷酸二酯 解旋酶 (3)3/4 2 800 (4)1/210
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随着复制次数的增多，可降低损伤DNA所占的比例，减小损伤DNA对表现型的影响
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