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[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
项目 体内转化实验 体外转化实验
培养细菌 在小鼠体内 体外培养基
实验对照 R型细菌与S型细菌的毒性对照 S型细菌各组成成分的作用进行对照
用加热杀死的S型细菌注射到小
将物质提纯分离后，直接地、单独地
巧妙构思 鼠体内作为对照实验来说明确实
观察某种物质在实验中所起的作用
发生了转化
加热杀死的S型细菌体内含有某 DNA是S型细菌的遗传物质，而蛋
实验结论
种“转化因子” 白质等其他物质不是遗传物质
(1)所用材料相同
(2)体内转化实验是体外转化实验的基础，体外转化实验是体内转化实验
联系
的延伸
(3)两实验都遵循对照原则、单一变量原则
注意说明：
①加热杀死S型细菌的过程中，其蛋白质变性失活，但是其内部的 DNA在加热结束后随温度的降低
又逐渐恢复活性。
②转化后形成的S型细菌的性状可以遗传下去，说明S型细菌的DNA是遗传物质。
③转化的实质是指S型细菌的DNA片段整合到R型细菌的DNA中，使受体细胞获得了新的遗传信息，
即发生了基因重组，而非基因突变。
④由于转化受到DNA的纯度、两种细菌的亲缘关系、受体菌的状态等因素的影响，因此转化过程中
并不是所有的R型细菌都被转化成S型细菌，而只是少部分R型细菌被转化成S型细菌。
⑤加热杀死S型细菌的过程中，其蛋白质变性失活，但是其内部的 DNA在加热结束后随温度的降低
又逐渐恢复活性。
⑥格里菲思的体内转化实验只提出“S型细菌体内有转化因子”，并没有具体证明哪种物质是遗传物
质。最终证明DNA是遗传物质的是艾弗里。
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。
注意说明：噬菌体侵染细菌实验中上清液和沉淀物的放射性分析
(1)噬菌体浸染细菌的实验中，需要短时间保温，然后搅拌、离心。保温的目的是便于噬菌体侵入细菌
体内。需要把握好侵染时间的原因是侵染时间过短会有许多噬菌体没来得及侵入细苗，浸染时间过长大肠
杆菌会释放出子代噬菌体，两种情况都会干扰实验结果。
(2)搅拌的目的是使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离，离心的目的是让上清液中析出重量较轻的 T 噬
2
菌体颗粒，而离心管的沉淀物中留下被感染的大肠杆菌。
①含32P的噬菌体侵染大肠杆菌
②含35S的噬菌体侵染大肠杆菌
(3)不能同时用32P和35S标记宿主细胞而病毒未被标记，否则在子代病毒的核酸和蛋白质外壳中均有标记元素。
(4)若用C、H、O、N等元素标记病毒而宿主细胞未被标记，则只在子代病毒的核酸中有标记元素。
(5)若用C、H、O、N等元素标记宿主细胞而病毒未被标记，则在子代病毒的核酸和蛋白质外壳中均有
标记元素。
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
项目 肺炎双球菌体外转化实验 噬菌体侵染细菌实验
设计思路 设法将DNA与其他物质分开，单独、直接研究它们各自不同的遗传功能
同位素标记法：分别用同位
直接分离：分离S型菌的DNA、多糖、蛋白
处理方法 素35S、32P标记蛋白质和
质等，分别与R型菌混合培养
DNA
①证明DNA是遗传物质
①证明DNA是遗传物质，而蛋白质不是遗传
②说明DNA能控制蛋白质的
结论 物质
合成
②说明遗传物质可发生可遗传的变异
③说明DNA能自我复制
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。
注意说明：
①DNA的初步水解产物是脱氧核苷酸，彻底水解产物是磷酸、脱氧核糖和含氮碱基。
②DNA分子中存在的两种重要化学键：氢键，碱基对之间的化学键，可用解旋酶断裂，也可加热断裂。磷
酸二酯键，磷酸和脱氧核糖之间的化学键，用限制性核酸内切酶处理可切割，用DNA连接酶处理可连接。
③关注三类数量关系
由磷酸、脱氧核糖、含氮碱基组成，三者之间的数量关系为1∶1∶1。
每个DNA片段中，游离的磷酸基团有2个。
碱基对数与氢键数的关系：若碱基对数为n，则氢键数为2n～3n，若已知A有m个，则氢键数为3n－
m。
2．DNA分子的复制
(1)概念、时间和场所
注意说明：DNA复制的场所
细胞生物中凡存在DNA分子的场所均可进行DNA分子的复制，其场所除细胞核外，还包括叶绿体，线粒
体，原核细胞的拟核及质粒。
需特别注意的是DNA病毒虽有DNA分子，但其不能独立完成DNA分子的复制——病毒的DNA复制必须
借助寄主细胞完成，在其DNA复制时，病毒只提供“模板链”，其他一切条件(包括场所、原料、酶、能
量)均由寄主细胞提供。
(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A 、T 、C 、
1 1 1
G ，b链的碱基为A 、T 、C 、G ，则A ＋T ＝A ＋T ＝RNA分子中A＋U＝1/2×DNA双链中的
1 2 2 2 2 1 1 2 2
A＋T；G＋C ＝G＋C ＝RNA分子中G＋C＝1/2×DNA双链中的G＋C。
1 1 2 2
注：由2n个脱氧核苷酸形成双链DNA分子过程中，可产生HO分子数为n－1＋n－1＝2n－
2
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。
知识拓展：将含有15N标记的1个DNA分子放在含有14N的培养基中培养，复制n次
(1)含14N的DNA分子有2n个，只含14N的DNA分子有(2n－2)个，做题时看准是“含”还是“只含”。
(2)子代DNA分子中，总链数为2n×2＝2n＋1条，模板链始终是2条，做题时应看准是“DNA分子数”，
还是“链数”。
利用图示法理解细胞分裂与DNA复制的相互关系
此类问题可通过构建模型图解答，如下图：
这样来看，最后形成的4个子细胞有3种情况：第一种情况是4个细胞都是；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
基本单位及组成
(1)填写图中序号名称：
①磷酸；②核糖；③碱基：A、U、G、C；④核糖核苷酸。
(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。
名称 功能
mRNA 将遗传信息从细胞核内传递到细胞质中
tRNA 转运氨基酸，识别密码子
rRNA 核糖体的组成成分
2．遗传信息的转录和翻译
试写出与①②有关的知识
过程 ① ②
名称 转录 翻译
场所 主要是细胞核 细胞质
模板 DNA的一条链 mRNA
20种氨基
原料 4种游离的核糖核苷酸
酸
产物 RNA 蛋白质
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。
注意说明：
①DNA复制、转录、翻译的比较②遗传信息、密码子和反密码子的区别与联系
密码子有64种(3种终止密码子；61种决定氨基酸的密码子)；反密码子理论上有61种。
④DNA(基因)、mRNA中碱基与肽链中氨基酸个数关系
DNA(基因)、mRNA上碱基数目与氨基酸数目之间的关系，如下图所示：
可见，蛋白质中氨基酸数目＝mRNA碱基数目＝DNA(或基因)碱基数目。
计算中“最多”和“最少”的分析
mRNA上碱基数目与蛋白质中氨基酸的数目关系：翻译时，mRNA上的终止密码子不决定氨基酸，因
此准确地说，mRNA上的碱基数目是蛋白质中氨基酸数目的3倍还要多一些。
DNA上的碱基数目与蛋白质中氨基酸的数目关系：基因或DNA上的碱基数目比对应的蛋白质中氨基
酸数目的6倍还要多一些。
注意“最多”或“最少”：在回答有关问题时，应加上“最多”或“最少”等字，如mRNA上有n个
碱基，转录产生它的基因中至少有2n个碱基，该mRNA指导合成的蛋白质中最多有n/3个氨基酸。⑤转录、翻译过程中的四个易错点
转录的产物不只是mRNA，还有tRNA、rRNA，但只有mRNA携带遗传信息，3种RNA都参与翻译
过程，只是作用不同。
翻译过程中mRNA并不移动，而是核糖体沿着mRNA移动，进而读取下一个密码子。
转录和翻译过程中的碱基配对不是A—T；而是A—U。
并不是所有的密码子都决定氨基酸，其中终止密码子不决定氨基酸。
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
信息流向 过程 模板 场所 发生的生物
DNA的两 以DNA作为遗传物
DNA→DNA DNA的复制 主要在细胞核中
条链 质的生物
真核生物主要在细
DNA的一
DNA→RNA 转录 胞核中；原核生物 活的细胞生物
条链
在拟核中
RNA→蛋白质 翻译 mRNA 细胞质核糖体 活的细胞生物
RNA→DNA 逆转录 RNA 寄主细胞 逆转录病毒
RNA→RNA RNA的复制 RNA 寄主细胞 RNA病毒
注意说明：
①并不是所有的生物均能发生中心法则的所有过程。
②DNA的复制体现了遗传信息的传递功能，发生在体细胞增殖或生殖细胞的形成过程中。
③DNA的转录和翻译是实现遗传信息表达不可或缺的两个“步骤”，发生在个体发育的过程中。
RNA→RNA的RNA自我复制过程和RNA→DNA的逆转录过程，只在少数病毒寄生到寄主细胞中以后才
发生，是对中心法则的补充。
⑤DNA的合成并不只发生在DNA复制过程中，也可发生在逆转录过程中、逆转录过程需要逆转录酶，
该酶在基因工程中常用来催化合成目的基因。
⑥中心法则的5个过程都遵循碱基互补配对原则。
(4)各类生物遗传信息的传递过程
生物种类 举例 遗传信息的传递过程
细胞生物以及 动物、植物、
DNA病毒 细菌、真菌等
RNA病毒 烟草花叶病毒
逆转录病毒 艾滋病病毒
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T 噬菌体的核酸中
2
D．赫尔希和蔡斯实验证明了DNA是T 噬菌体的遗传物质
2
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
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
正确的是( )
A．该基因的特异性表现在碱基种类上
B．DNA聚合酶可催化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
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．
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
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
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
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
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(
)
A．信号分子与细胞B细胞膜上Notch分子的相互识别体现了
细胞膜的信息交流功能
B．过程①需要的酶主要是RNA聚合酶；过程②除需要mRNA
外，还需要核糖体、氨基酸、tRNA等
C．该过程中靶基因是编码Notch分子的基因，其活性受NICD
调控
D．Notch分子胞内段脱落后诱导细胞合成新的Notch分子，有
利于这一过程持续进行
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：F~F 中，谁是该小孩真正生物学上
1 4
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
。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 。
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 。
