文档内容
第 20 讲 DNA 分子的结构、复制与基因的本质
目录
01考情透视·目标导航
..................................................................................................................................2
02知识导图·思维领航
..................................................................................................................................3
03考点突破·考法探究
..................................................................................................................................3
考点一 DNA分子的结构................................................................................................................................3
知识点1 DNA结构模型的构建................................................................................................................3
知识点2 DNA（脱氧核糖核酸）的结构.................................................................................................4
知识点3 DNA的结构特点........................................................................................................................5
知识点4 巧解DNA分子中有关碱基比例计算—— “三步曲”.........................................................6
考向1 结合DNA结构及相关计算，考查科学思维的能力...................................................................9
考点二 DNA的留复制..................................................................................................................................11
知识点1 DNA半保留复制的实验证据..................................................................................................11
知识点2 DNA半保留复制相关计算问题..............................................................................................13
知识点3 DNA复制的过程......................................................................................................................15
考向1 结合DNA复制的过程分析，考查科学思维.............................................................................16
考向2 结合DNA复制过程中的有关计算，考查科学思维.................................................................17
考向3 围绕DNA半保留复制中标记染色体去向的分析，考查科学思维.........................................18
考点三 基因通常是有遗传效应的DNA片段........................................................................................19
知识点1 基因本质....................................................................................................................................19
知识点2 不同生物的基因组测序（常考点）.......................................................................................19
知识点3 基因与染色体、DNA、脱氧核苷酸的关系...........................................................................20
考向1 围绕基因与染色体、DNA、脱氧核苷酸的关系，考查科学思维..........................................21
04真题练习·命题洞见（含2024年高考真题）
........................................................................22
05长句分析·规范作答
................................................................................................................................26
一、教材知识链接...............................................................................................................................................26
二、教材深挖拓展...............................................................................................................................................27
三、长句规范作答...............................................................................................................................................27考点 由高考知核心知识点 预测
考点一：DNA分子的结构 （2024·湖北）DNA分子结构
（3 年 9 考，全国卷 3 年 0 （2024·湖南）DNA分子结构
考） （2024·浙江）DNA分子结构
题型：选择题、解答题
考点二：DNA分子的复制 （2022·重庆）DNA分子结构 内容：本专题知识难度较
（3年16考，全国卷3年1 （2022·河北）DNA分子结构 低、较高的两级分化，要
DNA 分子
考） （2022·浙江）DNA分子结构 求基础要扎实。考查学生
的结构、
（2022·广东）DNA分子结构 对相关实验的整体性的认
复制与基
识，或结合一些情景信息
（2024·浙江）DNA 分子的复
因的本质 考点三：基因通常是有遗传
或表格信息设置题目，考
制
效应的DNA片段
查学生的应变能力、获取
（2023·山东）DNA 分子的复
（3 年 3 考，全国卷 3 年 0
信息和综合分析能力。
制
考）
（2022·海南）DNA 分子的复
制
1.概述DNA由四种脱氧核苷酸构成，通常由两条碱基互补配对的反向平行长链形成双螺旋
结构，碱基的排列顺序编码了遗传信息
课标要求
2.概述DNA通过半保留方式进行复制
3.概述多数生物的基因是DNA的功能片段，有些病毒的基因在RNA分子上
增：①DNA的结构模式图中标明了五碳糖的碳原子位数及 DNA两条链的方向；②DNA
新旧教材 全保留复制的观点。
对比 改：①DNA半保留复制的实验证据不再是选学内容；②基因的概念。
删：小鼠肥胖与基因相关的实例。考点一 DNA 分子的结构
知识点1 DNA结构模型的构建——标志生物学研究进入分子水平
1.模型构建者：1953年，美国生物学家沃森和英国物理学家克里克。
2.模型构建过程【考点训练】
1.DNA双螺旋结构模型的提出是二十世纪自然科学的伟大成就之一。下列研究成果中，为该模型构建提供
主要依据的是( )
①赫尔希和蔡斯证明DNA是遗传物质的实验
提示：赫尔希和蔡斯通过噬菌体侵染大肠杆菌的实验，证明了DNA是遗传物质，与构建DNA双螺旋结构
模型无关。
②富兰克林等拍摄的DNA分子X射线衍射图谱
提示：沃森和克里克根据富兰克林等拍摄的DNA分子X射线衍射图谱，推算出DNA分子呈螺旋结构。
③查哥夫发现的DNA中嘌呤含量与嘧啶含量相等
提示：查哥夫发现的DNA中嘌呤含量与嘧啶含量相等，沃森和克里克据此推出碱基的配对方式。
④沃森和克里克提出的DNA半保留复制机制
提示：沃森和克里克提出的DNA半保留复制机制。是在DNA双螺旋结构模型之后提出的。
A. ①② B. ②③ C. ③④ D. ①④
故选B。
知识点2 DNA（脱氧核糖核酸）的结构
1.5种基本元素：C、H、O、N、P。
2.3种小分子：一分子磷酸、一分子脱氧核糖、一分子含氮碱基。
热门考点1：DNA的水解产物？彻底水解产物？
提示：DNA初步水解产物是脱氧核糖(4种)，DNA彻底水解产物是磷酸(1种)、脱氧核糖(1种)、碱基(4种)。
3.4种基本单位：脱氧核苷酸（含氮碱基不同）
4.2条链（一般）：反向平行
磷酸和脱氧核糖交替连接排列在外侧—构成基本骨架，碱基排列在内侧，通过氢键相连构成碱基对，遵循碱基互补配对原则A=T，C=G，C=G碱基对的比例越高，DNA分子越稳定。
热门考点2：每个DNA分子片段中，有几个游离的磷酸基团？
提示：2个
热门考点3：一个磷酸基团可以连接几个脱氧核糖？
提示：1个或2个
热门考点4：一条链上的碱基如何连接？
提示：通过脱氧核糖-磷酸-脱氧核糖相连接。
热门考点5：两条链之间的碱基如何连接？
提示：通过氢键相连。
【教材隐性知识】DNA的一条单链具有两个末端，一端有一个游离的磷酸基团，称作 5′-端；另一端有一
个羟基(—OH)，称作3′-端；两条单链走向相反。
5.1种空间结构：规则的双螺旋结构
知识点3 DNA的结构特点
注意：遗传信息储存在碱基（脱氧核苷酸）的排列顺序中。
【教材隐性知识】
1.【教材隐性知识】教材必修2 P50图38 分析DNA两条链反向平行的原因 脱氧核糖上与碱基相连的碳
叫作 1 ′ C ，与磷酸基团相连的碳叫作 5 ′ C 。 DN A 的一条单链具有两个末端，一端有一个游离的磷酸基团，这一端称作 5 ′ 端，另一端有一个羟基 ( — OH ) ，称作 3 ′ 端。 DN A 的两条单链走向相反，从双链的一端起始 ，
一条单链是从 5 ′ 端到 3 ′ 端的，另一条单链则是从 3 ′ 端到 5 ′ 端的 。
2.【教材隐性知识】教材必修2 P50 DNA分子的结构具有稳定性的原因是
__ 外侧的脱氧核糖和磷酸交替排列的方式稳定不变，内侧碱基配对方式稳定不变 _。
3.【教材隐性知识】源于必修2 P50模型建构：DNA只有4种脱氧核苷酸，能够储存足够量遗传信息的原
因是 __ _ 构成 DN A 的 4 种脱氧核苷酸的数目成千上万，脱氧核苷酸的排列顺序千差万别 _ _。
【易错辨析】
1．DNA分子中的每个磷酸均连接着一个脱氧核糖和一个碱基。(必修2 P50图38)( × )
提示：大部分磷酸链接2个脱氧核糖
2．DNA分子一条链上的相邻碱基通过磷酸—脱氧核糖—磷酸相连。(必修2 P50图38)( × )
提示：脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖
3．分子大小相同、碱基含量相同的核酸分子所携带的遗传信息一定相同。(必修2 P59正文)( × )
提示：不一定
4．真核细胞基因中核糖核苷酸的排列顺序代表遗传信息。(必修2 P59正文)( × )
提示：脱氧核糖核苷酸
5．真核细胞的基因只存在于细胞核中，而核酸并非仅存在于细胞核中。(必修2 P59正文)( × )
提示：主要存在细胞核中
知识点4 巧解DNA分子中有关碱基比例计算—— “三步曲”
第一步：搞清题中已知的和所求的碱基比例是占整个DNA分子碱基的比例，还是占DNA分子一条链上碱
基的比例。
第二步：画一个DNA分子模式图，并在图中标出已知的和所求的碱基。
第三步：根据碱基互补配对原则及其规律进行计算。
问题：
1.一个DNA分子有1000个碱基对，其中A=240个，该DNA分子中含有___个氢键。
2.某生物细胞DNA分子的碱基中，腺嘌呤的分子数占18%，那么鸟嘌呤的分子数占_______。
3.某DNA中A+T占整个DNA碱基总数的44%，其中一条链上的G占该链碱基总数的21%，那么，对应的
另一条互补链上的G占该链碱基总数的比例是____。
4.DNA的一个单链中（A+T）/（G+C）=0.4，上述比例在其互补单链和整个DNA分子中分别是_____、
_____。
5.DNA的一个单链中（A+C）/（G+T）=0.4，上述比例在其互补单链和整个DNA分子中分别是_____、
_____。
规律一：氢键数目：A与T之间两个氢键，C与G之间三个氢键，其中CG对数(或相对含量)越多，DNA
分子越稳定。
例题1：一个DNA分子有1000个碱基对，其中A=240个，该DNA分子中含有_____个氢键。规律二： 双链DNA中，A=T、C=G，则嘌呤碱基总数等于嘧啶总数；或任意两个不互补碱基之和恒等，
即A+G=T+C=A+C=T+G，为总数的50%。
推论1：A+G = T+C A+C =T+G
推论2：(A+G) /(A+G + T+C)=(T+C)/(A+G + T+C)=50%
例题2：某生物细胞DNA分子的碱基中，腺嘌呤的分子数占18%，那么鸟嘌呤的分子数占_______。
规律三：双链DNA中，互补的两个碱基之和占全部碱基的比等于在任何一条单链中这两个碱基之和占单
链全部碱基数的比（简记为：补则等）。
在整个双链DNA中：A=T，T=A
1 2 1 2
例题3：某DNA中A+T占整个DNA碱基总数的44%，其中一条链上的G占该链碱基总数的21%，那么，
对应的另一条互补链上的G占该链碱基总数的比例是____。
规律四：互补碱基之和的比例在任意一条链及整个DNA分子中都相同。设DNA一条链为1链，互补链为2链。根据碱基互补配对原则：
可知：A=T ， A=T，G = C ， G =C 。在DNA双链中： A = T ， G = C。
1 2 2 1 1 2 2 1
例题4：DNA的一个单链中（A+T）/（G+C）=0.4，上述比例在其互补单链和整个DNA分子中分别是
_____、_____。
规律五：非互补碱基之和比例在两条互补链中互为倒数，在整个DNA分子中为1（简记为：不补则倒）。
设DNA一条链为1链，互补链为2链。根据碱基互补配对原则：
可知：A=T ， A=T，G = C ， G =C 。在DNA双链中： A = T ， G = C。
1 2 2 1 1 2 2 1
例题5：DNA的一个单链中（A+C）/（G+T）=0.4，上述比例在其互补单链和整个DNA分子中分别是
_____、_____。考向1 结合DNA结构及相关计算，考查科学思维的能力
例1．λ噬菌体的线性双链DNA两端各有一段单链序列。这种噬菌体在侵染大肠杆菌后其 DNA会自连环
化(如图)，该线性分子两端能够相连的主要原因是( )
A.单链序列脱氧核苷酸数量相等
B.分子骨架同为脱氧核糖与磷酸
C.单链序列的碱基能够互补配对
D.自连环化后两条单链方向相同
【答案】 C
【解析】 单链序列脱氧核苷酸数量相等、分子骨架同为脱氧核糖与磷酸交替连接，不能决定线性DNA
分子两端能够相连，A、B错误；据图可知，单链序列的碱基能够互补配对，决定线性DNA分子两端能够
相连，C正确；DNA的两条链是反向平行的，因此自连环化后两条单链方向相反，D错误。
【变式训练】1.某DNA部分片段结构如图所示，下列叙述正确的是( )
A.③为磷酸二酯键，③的形成需要RNA聚合酶催化
B.①代表氢键，①的形成与断裂需要ATP提供能量
C.片段中碱基②与五碳糖构成的脱氧核苷与ATP中的腺苷相同
D.若该DNA一条链中碱基A与T之和占48%，则整个DNA中碱基C占26%
【答案】 D
【解析】 ③为磷酸二酯键，③的形成需要DNA聚合酶催化，A错误；①代表氢键，氢键的形成不需要
消耗能量，B错误；构成脱氧核苷的五碳糖是脱氧核糖，而构成腺苷的五碳糖是核糖，C错误；由于DNA
分子中碱基互补配对，A＝T，G＝C，所以若该DNA一条链中碱基A与T之和占48%，则整个DNA分子
中碱基A与T之和占48%，G和C之和占1－48%＝52%，所以整个DNA中碱基C占26%，D正确。
【变式训练】2.20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(A＋T)/(C＋G)的值如
下表。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 猪肝 猪胸腺 猪脾
(A＋T)/ (C＋G) 1.01 1.21 1.21 1.43 1.43 1.43
A.小麦和鼠的DNA所携带的遗传信息相同B．猪的DNA结构比大肠杆菌DNA结构更稳定一些
C．同一生物不同组织的DNA碱基组成相同
D．小麦DNA中(A＋T)数量是鼠DNA中(C＋G)数量的1.21倍
【答案】 C
【解析】 DNA分子中碱基的排列顺序代表遗传信息，由题表可知，小麦和鼠的(A＋T)/(C＋G)的值相同，
但是碱基的排列顺序不一定相同，A错误；由于碱基A与T之间有2个氢键，而G与C之间有3个氢键，
DNA分子中(G＋C)之和所占比例越大，DNA分子结构越稳定，(A＋T)/(C＋G)值越大，(G＋C)占整个
DNA分子的比值越小，大肠杆菌的DNA分子结构更稳定，B错误；同一生物不同组织的遗传物质相同，
所以同一生物不同组织的DNA碱基组成相同，C正确；小麦和鼠的(A＋T)/(C＋G)的值相同，但是碱基的
总数不一定相同，故小麦DNA中(A＋T)与鼠DNA中(C＋G)在数量上无法比较，D错误。
【变式训练】3.某双链(α链和β链)DNA分子中鸟嘌呤与胞嘧啶的数量之和占全部碱基总数的56%，α链中
腺嘌呤占28%。下列关于该DNA分子的叙述，错误的是( )
A．β链中腺嘌呤与胸腺嘧啶的数量之和占该链碱基总数的44%
B．α链中(G＋C)/(A＋T)＝11/14，β链中(G＋C)/(A＋T)＝14/11
C．α链中胸腺嘧啶所占的比例是16%，占双链DNA分子的8%
D．(A＋T)/(G＋C)的比值可体现不同生物DNA分子的特异性
【答案】 B
【解析】 DNA分子中G与C的数量之和占全部碱基总数的56%，则A与T的数量之和占全部碱基总数
的44%，互补碱基之和所占比例在任意一条链及整个DNA分子中都相等，因此β链中A与T的数量之和
也占该链碱基总数的44%，A正确；互补碱基之和所占比例在任意一条链及整个DNA分子中都相等，因
此α链和β链中(G＋C)/(A＋T)相等，都是56%/44%＝14/11，B错误；α链中胸腺嘧啶所占的比例是1－
56%－28%＝16%，占双链DNA分子的比例是16%÷2＝8%，C正确；不同生物的DNA分子中互补碱基之
和的比值一般不同，即(A＋T)/(C＋G)的比值体现了不同生物DNA分子的特异性，D正确。
考点二 DNA 的留复制
知识点1 DNA半保留复制的实验证据
1.对DNA分子复制的猜测
①全保留复制：新复制出的分子直接形成，完全没有旧的部分；
②半保留复制：形成的分子一半是新的，一半是旧的；③弥散复制：新复制的分子中新旧都有，但分配是随机组合的
如何验证这个假说呢？关键思路是？
关键思路：通过实验区分亲代和子代的DNA
问题1：DNA是肉眼看不可见的，如何做区分亲代和子代的DNA呢？
提示：同位素标记技术
2.实验者：美国生物学家__梅塞尔森__和__斯塔尔__。
3.研究方法：假说—演绎法
4.实验材料：大肠杆菌
5.实验技术：同位素标记法和密度梯度离心法
6.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。
7.DNA复制方式的探究：
（1）若为半保留复制，离心后的DNA分布位置如下：
（2）若为全保留复制，离心后的DNA分布位置如下：（3）若为弥散复制，离心后的DNA分布位置如下
如果子代Ⅰ只有一条中密度带：则可以排除全保留复制，但不能肯定是半保留复制或分散复制。
如果子代Ⅰ只有一条中密度带，再继续做子代ⅡDNA密度鉴定：若子代Ⅱ可以分出一条中密度带和一条轻
密度带，则可以排除分散复制，同时肯定半保留复制；如果子代Ⅱ不能分出中、轻密度两条带，则排除半
保留复制，同时确定为弥散复制。
8.实验验证及结果：实验结果与半保留推理结果相同。得出结论：DNA复制方式为半保留复制。
知识点2 DNA半保留复制相关计算问题
将普通的大肠杆菌（DNA种含14N ）放在含15N的培养液培养，若亲代DNA分子中含有腺嘌呤脱氧核
苷酸m个。
（1）1次复制需要该游离的脱氧核苷酸多少个？
（2）2次复制呢需要该游离的脱氧核苷酸多少个？
（3）n次复制呢需要该游离的脱氧核苷酸多少个？
（4）第1次复制需要该游离的脱氧核苷酸多少个？
（5）第2次复制呢需要该游离的脱氧核苷酸多少个？
（6）第n次复制呢需要该游离的脱氧核苷酸多少个？
将含有15N标记的DNA分子（亲代）放到含14N的培养液中连续复制n次：
1.分子数目计算：
(1)共有DNA分子 2 n 个
(2)含15N 的分子 2 个
(3)只含15N 的分子 0 个
(4)含14N 的分子 2 n 个
(5)只含14N 的分子 2 n - 2 个
2.脱氧核苷酸链数计算：
(1)脱氧核苷酸链共 2 n+ 1 条(2)含15N 的链 2 n+ 1 条
(3)含14N 的链 2 n+ 1 - 2 条
3.碱基个数计算：假设在亲代DNA中含有腺嘌呤m个
第1次复制需要腺嘌呤m个
第2次复制需要腺嘌呤2m个
第3次复制需要腺嘌呤4m个
第n次复制需要腺嘌呤m×2n-1个
复制n次共需要腺嘌呤m×(2n -1)个
1→2n→新合成的DNA分子共2n -1
【特别提示】“DNA复制”相关题目的4点“注意”
(1)注意“DNA复制了n次”和“第n次复制”的区别，前者包括所有的复制，但后者只包括第n次的复制。
(2)注意碱基的单位是“对”还是“个”。
(3)切记在DNA复制过程中，无论复制了几次，含有亲代脱氧核苷酸单链的DNA分子都只有两个。
(4)看清试题中问的是“DNA分子数”还是“链数”，“含”还是“只含”等关键词，以免掉进陷阱。
知识点3 DNA复制的过程
1.DNA的复制
（1）概念：DNA的复制是指以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。
（2）场所：主要是在细胞核(次要在线粒体、叶绿体)。
（3）时期：细胞分裂（有丝分裂或减数分裂）前的间期。
（4）条件：
模板 亲代DNA分子中的两条母链
原料 以细胞中游离的4种脱氧核苷酸
酶 解旋酶、DNA聚合酶等
能量 ATP等
（一）解旋：在ATP的驱动下，解旋酶将DNA部分双螺旋的两条链解开。
（二）合成子链：
①游离的4种脱氧核苷酸按碱基互补配对原则随机地与两条母链的碱基配对（形成氢键），确定子链的脱
氧核苷酸排列顺序。
②在DNA聚合酶的催化下从子链的5'端把子链的脱氧核苷酸聚合成脱氧核苷酸链（脱氧核苷酸之间脱水形
成磷酸二酯键）。
子链合成方向：子链的5'端→ 3'端
（三）形成子代DNA分子：每条新链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构。
2.DNA复制的过程
（1）特点：①半保留复制；②边解旋边复制；③双向复制；④真核生物有多个复制起点。（2）精确复制的原因：①DNA分子独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板；②碱基互补配对原则，
保证了复制能够准确地进行。
（3）方向：从子链的5' 端向3' 端延伸。
（4）结果：一个DNA分子形成两个完全相同的DNA分子。
（5）意义：将遗传信息从亲代传给子代，从而保持遗传信息的连续性。
【易错辨析】
1．将已被15N标记了DNA的大肠杆菌在含14N的培养基中培养繁殖一代，若子代大肠杆菌的DNA分子
中既含有14N，又含有15N，则可说明DNA的复制为半保留复制。(必修2 P54思考·讨论)( × )
提示：可能为半保留或弥散复制
2．DNA分子复制时，解旋酶与DNA聚合酶不能同时发挥作用。(必修2 P55图310) ( × )
提示：边解旋边复制，故可以同时发挥作用
3．DNA复制遵循碱基互补配对原则，新合成的DNA分子中两条链均是新合成的。(必修2 P55图310)( ×
)
提示：半保留复制
4．单个脱氧核苷酸在DNA聚合酶的作用下连接合成新的子链。(必修2 P55图310) ( × )
提示：将单个脱氧核苷酸与DNA片段
考向1 结合DNA复制的过程分析，考查科学思维
例1．科学家曾提出DNA复制方式的三种假说：全保留复制、半保留复制和分散复制(图1)。对此假说，
科学家以大肠杆菌为实验材料，进行了如下实验(图2)：
图1 图2
下列有关叙述正确的是( )
A.第一代细菌DNA离心后，试管中出现1条中带，说明DNA复制方式一定是半保留复制
B.第二代细菌DNA离心后，试管中出现1条中带和1条轻带，说明DNA复制方式一定是全保留复制
C.结合第一代和第二代细菌DNA的离心结果，说明DNA复制方式一定是分散复制
D.若DNA复制方式是半保留复制，继续培养至第三代，细菌 DNA离心后试管中会出现1条中带和1条轻
带【答案】 D
【解析】 第一代细菌DNA离心后，试管中出现1条中带，则可以排除全保留复制，但不能确定是半保
留复制或分散复制，继续做第二代DNA密度鉴定，若第二代DNA可以分出一条中带和一条轻带，则可以
排除分散复制，同时肯定是半保留复制，A、B、C错误；若DNA复制方式是半保留复制，继续培养至第
三代，形成的子代DNA只有两条链均为14N，或一条链含有14N、一条链含有15N两种类型，因此细菌
DNA离心后试管中只会出现1条中带和1条轻带，D正确。
【变式训练】如图为某原核细胞DNA分子的复制方式模式图，图中“→”表示复制方向。下列叙述错误
的是( )
A.由图可知，该DNA分子复制方式为多起点双向复制
B.除图示酶外，DNA分子复制还需DNA聚合酶等
C.DNA分子复制时，子链的延伸方向是相同的
D.解旋经过含G—C碱基对较多的区域时，消耗的能量相对较多
【答案】 A
【解析】 图中DNA只有一个复制起点，不能说明该DNA分子复制方式为多起点双向复制，A错误；图
示解旋酶能打开双链间的氢键，使双链DNA解旋，DNA分子复制还需要DNA聚合酶等，B正确；DNA
分子两条链是反向平行的，而复制的时候只能从 5′端向3′端延伸，所以两条子链合成方向相反，但子链的
延伸方向是相同的，C正确；G—C碱基对含有三个氢键，A—T碱基对含有两个氢键，故解旋经过含G—
C碱基对较多的区域时，消耗的能量相对较多，D正确。
考向2 结合DNA复制过程中的有关计算，考查科学思维
例2．用15N标记含有100个碱基对的DNA分子(其中有腺嘌呤60个)，该DNA分子在含14N的培养基中连
续复制4次。下列有关判断错误的是( )
A.含有15N的DNA分子有两个
B.含有14N的DNA分子占总数的7/8
C.第4次复制消耗胞嘧啶脱氧核苷酸320个
D.复制共产生16个DNA分子
【答案】 B
【解析】 由于DNA分子的复制是半保留复制，亲代DNA分子的两条链始终存在于子代的两个DNA分
子中，因此含有15N的DNA分子有两个，A正确；该DNA分子是在含14N的培养基中复制的，新形成的子
链均含有14N，故DNA分子都含14N，比例为1，B错误；根据碱基互补配对原则，DNA分子中腺嘌呤有
60个，则胞嘧啶有40个，第4次复制需消耗胞嘧啶脱氧核苷酸24－1×40＝320(个)，C正确；1个DNA分子
经过4次复制，共产生24＝16(个)DNA分子，D正确。
【变式训练】一个15N标记的、含1 000个碱基对的DNA分子片段，其中一条中T＋A占30%，若将该DNA分子放在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占一条链的30%，根据碱基互补配对原则，另一条链中T＋A
占另一条链的30%，A错误；根据碱基互补配对原则，该DNA分子一条链中T＋A占30%，则整个DNA
分子中T＋A占30%，所以DNA分子中A＝T＝1 000×2×30%÷2＝300(个)，则鸟嘌呤G＝1 000－300＝
700(个)，第3次复制时需要消耗G＝22×700＝2 800(个)，B错误，C正确；经3次复制后，8个子代DNA
中都含14N，故其比例为1，D错误。
考向3 围绕DNA半保留复制中标记染色体去向的分析，考查科学思维
例3．一个含有2n条染色体的生物体细胞，其染色体中DNA的两条链都被标记，在不含标记的原料中进
行有丝分裂，下列叙述错误的是( )
A.第一次分裂的后期细胞中有4n条带标记的染色体
B.第二次分裂的中期每个细胞中有2n条带标记的染色单体
C.第二次分裂的后期每个细胞中有4n条带标记的染色体
D.第二次分裂结束后有的子细胞中可能不带有标记
【答案】 C
【解析】 含有2n条染色体的生物体细胞，其染色体中DNA的两条链都被标记，在不含标记的原料中进
行有丝分裂，根据DNA的半保留复制原理可知，第一次分裂后期的细胞中有4n条染色体，且均带标记，
A正确；第一次分裂结束后，每条染色体的DNA分子中均为一条链带标记而另一条链不带标记，DNA复
制后两条姐妹染色单体由一个着丝粒相连，因此第二次分裂中期每个细胞中有 2n条带标记的染色单体，B
正确；第二次分裂后期着丝粒分裂，姐妹染色单体分离，形成的子染色体随机移向细胞两极，每个细胞中
有2n条带标记的染色体，C错误；由于有丝分裂后期含有标记的姐妹染色单体分离形成的子染色体随机移
向两极，故第二次分裂结束后有的子细胞中可能不带有标记，D正确。
【变式训练】某果蝇精原细胞中8条染色体上的DNA已全部被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 的原料让其连续进行两次分裂，产生四个子细胞，分裂过程中无基因突
变和染色体变异发生。下列有关叙述错误的有( )
A.若子细胞中均含4条染色体，则一定有一半子细胞含有a基因
B.若子细胞中均含8条染色体，则每个子细胞中均含1个A基因和1个a基因
C.若子细胞中的核DNA均含15N，则每个子细胞均含8条染色体
D.若子细胞中一半的核DNA含15N，则每个子细胞均含8条染色体
【答案】 C
【解析】 若四个子细胞中均含4条染色体(染色体数目是体细胞的一半)，则说明精原细胞进行的减数分
裂，等位基因会发生分离，形成4个精细胞两两相同，故有一半子细胞含有a基因，A正确；若四个子细胞中均含8条染色体(染色体数目与体细胞相同)，则精原细胞进行的是有丝分裂，子细胞的基因型与体细
胞相同，则每个子细胞中均只含有1个A基因和1个a基因，B正确；若四个子细胞中的核DNA均含
15N，说明DNA只复制一次，则精原细胞进行的是减数分裂，产生的四个子细胞为精细胞，染色体数目是
体细胞的一半，因此每个子细胞均含4条染色体，C错误；若四个子细胞中有一半核DNA含15N，说明
DNA不止复制一次，则细胞进行的是有丝分裂，所以每个子细胞均含8条染色体，D正确。
考点三 基因通常是有遗传效应的 DNA 片段
知识点1 基因本质
1.基因是通常是有遗传效应的DNA片段。
2.有些病毒的遗传物质是RNA，对于这些病毒而言，基因就是有遗传效应的RNA片段。
理解：（1）基因通常是DNA的片段；
（2）基因是有遗传效应（能编码蛋白质）的片段。
【深挖教材】真、原核细胞基因的结构区别
1.生物体内DNA分子数与基因数的关系：
生物体的DNA分子数___小于__基因数。生物体内所有基因的碱基总数__小于__DNA分子的碱基总数。
这说明基因是DNA的片段， 基因__不是连续__分布在DNA上的， 而是由碱基序列将其分隔开的。
2.物理学家薛定谔把遗传物质设定为一种___信息_分子， 提出遗传是遗传信息的复制、__传递与表达__。
3.DNA鉴定个人身份的原理：在人类的DNA中，核苷酸序列的多样性表现为每个人的DNA几乎不可能完全
相同，因此，DNA可以像指纹一样用来鉴别身份。
知识点2 不同生物的基因组测序（常考点）
生物种类 人类 果蝇 水稻 玉米
体细胞染色体数 44＋XY；44＋XX 6＋XY；6＋XX 24 20
22对常染色体+1对性 3对常染色体+1对性染
染色体组成 12对常染色体 10对常染色体
染色体 色体基因组测序染色体数 24(22常＋X、Y) 5(3常＋X、Y) 12 10
原因 X、Y染色体非同源区段基因不同 雌雄同株，无性染色体
知识点3 基因与染色体、DNA、脱氧核苷酸的关系
【考点训练】
1.基因是有遗传效应的DNA片段，眼色基因(红眼基因R、白眼基因r)位于果蝇的X染色体上，下列相关
叙述正确的是( )
A.雌雄果蝇细胞内的基因都是随染色体的复制而复制的
B.同一DNA分子上不可能同时含有两个控制眼色的基因
C.果蝇正常的卵原细胞有丝分裂时红眼基因最多有4个
D.白眼基因的两条链都可以作为模板转录出mRNA，用于蛋白质翻译
【答案】 C
【解析】
A、果蝇属于真核生物，其基因主要位于染色体上，细胞质中也有分布，故果蝇细胞内的基因不都是随染
色体的复制而复制的，A错误；
B、一个DNA上有多个基因，同一DNA分子上可能同时含有两个控制眼色的基因，如朱红眼和深红眼，
B错误；
C、雌果蝇的基因型可能为XRXR，则该个体在有丝分裂复制后可能含有4个XR基因，即红眼基因最多有4
个，C正确；
D、基因通常是有遗传效应的DNA片段，转录通常只能以其中的一条链作为模板，D错误。
2.如图是果蝇某染色体上的白眼基因(S)示意图，下列叙述正确的是（ ）A.白眼基因片段中，含有成百上千个核糖核苷酸
B.S基因是有遗传效应的DNA片段
C.白眼基因在细胞核内，不遵循遗传规律
D.基因片段中有5种碱基、8种核苷酸
【答案】 B
【解析】
A、组成白眼基因片段的基本单位是脱氧核苷酸，有4种碱基，4种脱氧核苷酸，A错误；
B、S基因控制果蝇的白眼性状，所以是有遗传效应的DNA片段，B正确；
C、白眼基因位于染色体上，属于核基因，遵循遗传规律，C错误；
D、基因片段中有4种碱基、4种核苷酸，D错误。
考向1 围绕基因与染色体、DNA、脱氧核苷酸的关系，考查科学思维
例1．基因是有遗传效应的DNA片段，眼色基因(红眼基因R、白眼基因r)位于果蝇的X染色体上，下列相
关叙述正确的是( )
A．雌雄果蝇细胞内的基因都是随染色体的复制而复制的
B．同一DNA分子上不可能同时含有两个控制眼色的基因
C．果蝇正常的卵原细胞有丝分裂时红眼基因最多有4个
D．白眼基因的两条链都可以作为模板转录出mRNA，用于蛋白质翻译
【答案】 C
【解析】 果蝇属于真核生物，其基因主要位于染色体上，细胞质中也有分布，故果蝇细胞内的基因不都
是随染色体的复制而复制的，A错误；一个DNA上有多个基因，同一DNA分子上可能同时含有两个控制
眼色的基因，如朱红眼和深红眼，B错误；雌果蝇的基因型可能为XRXR，则该个体在有丝分裂复制后可能
含有4个XR基因，即红眼基因最多有4个，C正确；基因通常是有遗传效应的DNA片段，转录通常只能
以其中的一条链作为模板，D错误。
【变式训练】人类抗体重链基因位于14号染色体上，由V 、D 、J 、C 四个基因片段簇组成，其中功能
H H H H
性V 基因片段约有65个、D 基因片段有27个、J 基因片段有6个、功能性C 基因片段有9个，如图所
H H H H
示。下列有关叙述错误的是( )
A．V 1、D 1和J 1的基本组成单位相同
H H HB．V 1、D 1和J 1在染色体上呈线性排列
H H H
C．V 、D 、J 和C 的多样性是抗体多样性的基础
H H H H
D．遗传信息主要蕴藏在V 基因片段簇的排列顺序中
H
【答案】 D
【解析】 V 1、D 1和J 1的基本组成单位都是脱氧核苷酸，A正确；V 1、D 1和J 1在一条染色体上，
H H H H H H
呈线性排列，B正确；V 、D 、J 和C 的多样性是抗体多样性的基础，C正确；遗传信息主要蕴藏在V
H H H H H
基因片段簇的脱氧核苷酸的排列顺序中，D错误。
1．（2024·湖北·高考真题）模拟实验是根据相似性原理，用模型来替代研究对象的实验。比如“性状分离
比的模拟实验”（实验一）中用小桶甲和乙分别代表植物的雌雄生殖器官，用不同颜色的彩球代表D、d
雌雄配子；“建立减数分裂中染色体变化的模型”模拟实验（实验二）中可用橡皮泥制作染色体模型，细
绳代表纺锤丝；DNA分子的重组模拟实验（实验三）中可利用剪刀、订书钉和写有DNA序列的纸条等模
拟DNA分子重组的过程。下列实验中模拟正确的是（ ）
A．实验一中可用绿豆和黄豆代替不同颜色的彩球分别模拟D和d配子
B．实验二中牵拉细绳使橡皮泥分开，可模拟纺锤丝牵引使着丝粒分裂
C．实验三中用订书钉将两个纸条片段连接，可模拟核苷酸之间形成磷酸二酯键
D．向实验一桶内添加代表另一对等位基因的彩球可模拟两对等位基因的自由组合
【答案】 C
【分析】用甲乙两个小桶分别代表雌雄生殖器官，甲乙两小桶内的彩球分别代表雌雄配子，用不同彩球的
随机结合，模拟生物在生殖过程中，雌雄配子的随机组合。
【详解】A、实验一中小球的大小、质地应该相同，使抓摸时手感一样，以避免人为误差，而绿豆和黄豆
的大小、手感不同，A错误；
B、实验二中牵拉细绳使橡皮泥分开，可模拟纺锤丝牵引姐妹染色单体分离形成染色体，而着丝粒的分裂
不是纺锤丝牵引的，是酶在起作用，B错误；
C、DNA连接酶是连接两个DNA片段，形成磷酸二酯键，实验三中用订书钉将两个纸条片段连接，可模
拟核苷酸之间形成磷酸二酯键，C正确；
D、向实验一桶内添加代表另一对等位基因的彩球可模拟雌雄配子的自由组合，D错误。
故选C。
2．（2024·河北·高考真题）某病毒具有蛋白质外壳，其遗传物质的碱基含量如表所示，下列叙述正确的是
（ ）
碱基种类 A C G T U含量（％） 31.2 20.8 28.0 0 20.0
A．该病毒复制合成的互补链中G＋C含量为51.2％
B．病毒的遗传物质可能会引起宿主DNA变异
C．病毒增殖需要的蛋白质在自身核糖体合成
D．病毒基因的遗传符合分离定律
【答案】 B
【分析】据表可知，该病毒遗传物质中含有U，不含T，即该病毒为RNA病毒。病毒必需寄生在活细胞内
才能完成正常的生命活动。
【详解】A、由表可知，该病毒为RNA病毒，根据碱基互补配对原则可知，该病毒复制合成的互补链中G
＋C含量与原RNA含量一致，为48.8％，A错误；
B、逆转录病毒经逆转录得到的DNA可能整合到宿主细胞的DNA上，引起宿主DNA变异，B正确；
C、病毒增殖需要的蛋白质在宿主细胞的核糖体上合成，C错误；
D、必需是进行有性生殖的真核生物的细胞核基因遗传才遵循基因的分离定律，病毒基因的遗传不符合分
离定律，D错误。
故选B。
3．（2024·浙江·高考真题）大肠杆菌在含有³H-脱氧核苷培养液中培养，³H-脱氧核苷掺入到新合成的
DNA链中，经特殊方法显色，可观察到双链都掺入³H-脱氧核苷的 DNA区段显深色，仅单链掺入的显浅
色，未掺入的不显色。掺入培养中，大肠杆菌拟核 DNA 第2 次复制时，局部示意图如图。DNA 双链区
段①、②、③对应的显色情况可能是（ ）
A．深色、浅色、浅色 B．浅色、深色、浅色
C．浅色、浅色、深色 D．深色、浅色、深色
【答案】 B
【分析】DNA的复制方式为半保留复制，子代DNA分子其中的一条链来自亲代DNA ，另一条链是新合
成的，这种方式称半保留复制。半保留复制的意义：遗传稳定性的分子机制。
【详解】大肠杆菌在含有³H-脱氧核苷培养液中培养，DNA的复制方式为半保留复制，大肠杆菌拟核
DNA 第1 次复制后产生的子代DNA的两条链一条被³H标记，另一条未被标记，大肠杆菌拟核 DNA 第
2 次复制时，以两条链中一条被³H标记，另一条未被标记的DNA分子为模板，结合题干显色情况，DNA
双链区段①为浅色，②中两条链均含有³H显深色，③中一条链含有³H一条链不含³H显浅色，ACD错误，
B正确。
故选B。
4．（2024·浙江·高考真题）下列关于双链DNA分子结构的叙述，正确的是（ ）A．磷酸与脱氧核糖交替连接构成了DNA的基本骨架
B．双链DNA中T占比越高，DNA热变性温度越高
C．两条链之间的氢键形成由DNA聚合酶催化
D．若一条链的G+C占47%，则另一条链的A+T也占47%
【答案】 A
【分析】DNA分子结构的主要特点：DNA是由两条反向平行的脱氧核苷酸长链盘旋而成的双螺旋结构；
DNA的外侧由脱氧核糖和磷酸交替连接构成的基本骨架，内侧是碱基通过氢键连接形成的碱基对，碱基之
间的配对遵循碱基互补配对原则（A-T、C-G）
【详解】A、DNA的外侧由脱氧核糖和磷酸交替连接构成的基本骨架，内侧是碱基通过氢键连接形成的碱
基对，A正确；
B、双链DNA中GC碱基对占比越高，DNA热变性温度越高，B错误；
C、DNA聚合酶催化形成的是磷酸二酯键，C错误；
D、互补的碱基在单链上所占的比例相等，若一条链的G+C占47%，则另一条链的G+C也占47%，A+T
占1-47%=53%，D错误。
故选A。
5．（2023·山东·高考真题）将一个双链DNA分子的一端固定于载玻片上，置于含有荧光标记的脱氧核苷
酸的体系中进行复制。甲、乙和丙分别为复制过程中3个时间点的图像，①和②表示新合成的单链，①的
5'端指向解旋方向，丙为复制结束时的图像。该DNA复制过程中可观察到单链延伸暂停现象，但延伸进行
时2条链延伸速率相等。已知复制过程中严格遵守碱基互补配对原则，下列说法错误的是（ ）
A．据图分析，①和②延伸时均存在暂停现象
B．甲时①中A、T之和与②中A、T之和可能相等
C．丙时①中A、T之和与②中A、T之和一定相等
D．②延伸方向为5'端至3'端，其模板链3'端指向解旋方向
【答案】 D
【分析】1、DNA的双螺旋结构：
(1) DNA分子是由两条反向平行的脱氧核苷酸长链盘旋而成的。
(2) 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，碱基在内侧。
(3)两条链上的碱基通过氢键连接起来，形成碱基对且遵循碱基互补配对原则。
2、 DNA分子复制的特点：半保留复制；边解旋边复制，两条子链的合成方向是相反的。
【详解】A、据图分析，图甲时新合成的单链①比②短，图乙时①比②长，因此可以说明①和②延伸时均
存在暂停现象，A正确；
B、①和②两条链中碱基是互补的，图甲时新合成的单链①比②短，但②中多出的部分可能不含有A、T，因此①中A、T之和与②中A、T之和可能相等，B正确；
C、①和②两条链中碱基是互补的，丙为复制结束时的图像，新合成的单链①与②等长，图丙时①中A、T
之和与②中A、T之和一定相等，C正确；
D、①和②两条单链由一个双链DNA分子复制而来，其中一条母链合成子链时①的5'端指向解旋方向，那
么另一条母链合成子链时②延伸方向为5'端至3'端，其模板链5'端指向解旋方向，D错误；
故选D。
6．（2022·重庆·高考真题）下列发现中，以DNA双螺旋结构模型为理论基础的是（ ）
A．遗传因子控制性状 B．基因在染色体上
C．DNA是遗传物质 D．DNA半保留复制
【答案】 D
【分析】1、DNA分子复制的特点：半保留复制；边解旋边复制。
2、DNA分子复制的场所：细胞核、线粒体和叶绿体。
3、DNA分子复制的过程：①解旋：在解旋酶的作用下，把两条螺旋的双链解开。②合成子链：以解开的
每一条母链为模板，以游离的四种脱氧核苷酸为原料，遵循碱基互补配对原则，在有关酶的作用下，各自
合成与母链互补的子链。③形成子代DNA：每条子链与其对应的母链盘旋成双螺旋结构。从而形成2个与
亲代DNA完全相同的子代DNA分子。
4、DNA分子复制的时间：有丝分裂的间期和减数第一次分裂前的间期。
【详解】A、孟德尔利用假说—演绎法提出了生物的性状是由遗传因子控制的，总结出了分离定律，并未
以DNA双螺旋结构模型为理论基础，A不符合题意；
B、萨顿根据基因与染色体的平行关系，运用类比推理法得出基因位于染色体上的推论，并未以DNA双螺
旋结构模型为理论基础，B不符合题意；
C、艾弗里、赫尔希和蔡斯等科学家，设法将DNA和蛋白质分开，单独、直接地研究它们的作用，证明了
DNA是遗传物质，并未以DNA双螺旋结构模型为理论基础，C不符合题意；
D、沃森和克里克成功构建DNA双螺旋结构模型，并进一步提出了DNA半保留复制的假说， DNA半保
留复制，以DNA双螺旋结构模型为理论基础，D符合题意。
故选D。
7．（2022·海南·高考真题）科学家曾提出DNA复制方式的三种假说：全保留复制、半保留复制和分散复
制（图1）。对此假说，科学家以大肠杆菌为实验材料，进行了如下实验（图2）：下列有关叙述正确的是（ ）
A．第一代细菌DNA离心后，试管中出现1条中带，说明DNA复制方式一定是半保留复制
B．第二代细菌DNA离心后，试管中出现1条中带和1条轻带，说明DNA复制方式一定是全保留复制
C．结合第一代和第二代细菌DNA的离心结果，说明DNA复制方式一定是分散复制
D．若DNA复制方式是半保留复制，继续培养至第三代，细菌DNA离心后试管中会出现1条中带和1
条轻带
【答案】 D
【分析】DNA的复制是半保留复制，即以亲代DNA分子的每条链为模板，合成相应的子链，子链与对应
的母链形成新的DNA分子，这样一个DNA分子经复制形成两个子代DNA分子，且每个子代DNA分子都
含有一条母链。将DNA被15N标记的大肠杆菌移到14N培养基中培养，因合成DNA的原料中含14N，所以
新合成的DNA链均含14N。根据半保留复制的特点，第一代的DNA分子应一条链含15N，一条链含14N。
【详解】ABC、第一代细菌DNA离心后，试管中出现1条中带，则可以排除全保留复制，但不能肯定是
半保留复制或分散复制，继续做子代ⅡDNA密度鉴定，若子代Ⅱ可以分出一条中密度带和一条轻密度带，
则可以排除分散复制，同时肯定是半保留复制，ABC错误；
D、若DNA复制方式是半保留复制，继续培养至第三代，形成的子代DNA只有两条链均为14N，或一条链
含有14N一条链含有15N两种类型，因此细菌DNA离心后试管中只会出现1条中带和1条轻带，D正确。
故选D。
一、教材知识链接
1.DNA只有4种脱氧核苷酸，能够储存足够量遗传信息的原因是 构成 DNA 的 4 种脱氧核苷酸的数目成千
上万，脱氧核苷酸的排列顺序千差万别。
2.DNA复制的特点是边解旋边复制、半保留复制。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 2 n 。②第n代的DNA分子中，含原DNA母链的有2个，占 1/2 n － 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 × (2 n － 1) ；第n
次复制时所需游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸数为 a × 2 n － 1 。
4.果蝇DNA形成多个复制泡的原因是 果蝇的 DNA 有多个复制起点，可从不同起点开始 DNA 的复制，由此
加快了 DNA 复制的速率，为细胞分裂做好准备 。
二、教材深挖拓展
1.(必修2 P55)在细胞内，DNA的两条链都能作为模板，由于DNA分子的两条链是反向平行的，每条链都
通过磷酸和戊糖的3′、5′碳原子相连而成，因此每条链的两端是不同的，其中，一端是3′端(3′羟基)，
另一端是5′端(5′磷酸基团)。在DNA复制中，DNA聚合酶催化合成的方向是5′→3′，而不是
3′→5′。DNA复制又是边解旋边复制。请推测DNA聚合酶是如何催化DNA复制的？
提示：DNA复制时，一条模板链是3′→5′走向，其互补链在5′→3′方向上连续合成，并称为前导链；
另一条模板链是5′→3′走向，其互补链也是沿5′→3′方向合成，但是与前导链的合成方向正好相反，
随着复制的进行会形成许多不连续的片段，最后不连续片段连成一条完整的DNA单链，称为后随链。如
图所示：
三、长句规范作答
1.(科学思维)DNA只有4种脱氧核苷酸，能够储存足够量遗传信息的原因是？
提示：构成DNA的4种脱氧核苷酸的数目成千上万，脱氧核苷酸的排列顺序千差万别。
2.(科学探究) 果蝇DNA形成多个复制泡的原因是 ？
提示：果蝇的DNA有多个复制起点，可从不同起点开始DNA的复制，由此加快了DNA复制的速率，为
细胞分裂做好准备。
