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专题13 遗传的分子基础
考 点 链 接
考点1 DNA 是主要的遗传物质
1．脱氧核苷酸的化学组成。
2．肺炎链球菌的转化实验
（1）体内转化实验：1928 年由英国微生物学家格里菲思等人进行。
结论：在S 型细菌中存在转化因子可以使R 型细菌转化为S 型细菌。
（2）体外转化实验：20 世纪40 年代由美国微生物学家艾弗里等人进行。
结论：DNA 才是使R 型细菌产生稳定遗传变化的物质。
3．肺炎链球菌有两类：R 菌无荚膜、菌落粗糙、无毒。S 菌有荚膜、菌落光滑、有毒，可
使人和小鼠患肺炎，小鼠并发败血症死亡。
4．在T2 噬菌体的化学组成中，60%是蛋白质，40%是DNA。对这两种物质的分析表明：仅
蛋白质分子中含有硫，磷几乎都存在于DNA 分子中。
5．赫尔希和蔡斯利用了放射性同位素标记技术，设计并完成了噬菌体侵染细菌的实验，因
噬菌体只有头部的DNA 进入大肠杆菌中，而蛋白质外壳留在外面，因而更具说服力。
6．赫尔希和蔡斯的实验过程：
①在分别含有放射性同位素35S 和放射性同位素32P 的培养基中培养大肠杆菌；
②再用上述得到的大肠杆菌培养噬菌体，得到蛋白质含有35S 标记或DNA 含有32P 标记的噬
菌体；
③然后，用35S 或32P 标记的噬菌体分别侵染未被标记的大肠杆菌，经过短时间的保温后，
用搅拌器搅拌、离心；
④离心后，检查上清液和沉淀物中的放射性物质。
7．实验误差分析：（1）用32P 标记的噬菌体侵染大肠杆菌，上清液中含放射性的原因是：
保温时间过短或过长。
（2）用35S 标记的噬菌体侵染大肠杆菌，沉淀物中有放射性的原因是：搅拌不充分，有少
量含35S 的噬菌体外壳吸附在细菌表面，随细菌离心到沉淀物中。
8．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T2 噬菌体颗粒，而离心管的沉淀物中留下被感染的大肠杆菌。
9．从烟草花叶病毒中提取出来的蛋白质，不能使烟草感染病毒，但是，从这些病毒中提取
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出来的RNA，却能使烟草感染病毒。因此，在这些病毒中，RNA 是遗传物质。
10．因为绝大多数生物的遗传物质是DNA，所以说DNA 是主要的遗传物质；原核生物（如
细菌）的遗传物质是DNA，真核生物的遗传物质是DNA，病毒的遗传物质是DNA 或RNA。
11．在对照实验中，控制自变量可以采用“加法原理”或“减法原理”。与常态比较，人
为增加某种影响因素的称为“加法原理”。与常态比较，人为去除某种影响因素的称为
“减法原理”。
考点2 DNA 的结构
1．在对DNA 结构的探索中，于1953 年摘取桂冠的是两位年轻的科学家——美国生物学家
沃森和英国物理学家克里克。DNA 双螺旋结构的揭示是划时代的伟大发现，在生物学的发
展中具有里程碑式的意义。
2．DNA 是由两条单链组成的，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。
3．DNA 中的磷酸和脱氧核糖交替连接，排列在外侧，构成基本骨架。
4．DNA 分子内侧由两条链上的碱基通过氢键形成碱基对，即A 和T 配对（氢键有2 个），G
和C 配对（氢键有3 个）。碱基之间的这种一一对应的关系，叫作碱基互补配对原则。双
链DNA 中A（腺嘌呤）的量总是和T（胸腺嘧啶）的量相等，C（胞嘧啶）的量总是和G（鸟
嘌呤）的量相等。
考点3 DNA 的复制
1．1958 年，美国生物学家梅塞尔森和斯塔尔以大肠杆菌为实验材料，运用同位素标记技
术，设计了一个巧妙的实验，证明了DNA 的半保留复制。
2．真核生物DNA 的复制
（1）概念：以亲代DNA 为模板合成子代DNA 的过程。
（2）复制方式：半保留复制。
（3）复制条件 ：①模板；②原料；③能量；④酶；（4）复制特点：①边解旋边复制；②
半保留复制。
（5）复制意义：保持了遗传信息的连续性。
（6）精确复制的原因：DNA 双螺旋结构为复制提供了精确的模板，碱基互补配对原则保证
了复制能够准确地进行。
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，①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）
②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
真 题 回 顾
1．（2023·天津·统考高考真题）下列生物实验探究中运用的原理，前后不一致的是（
2
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）
A．建立物理模型研究DNA 结构－ 研究减数分裂染色体变化
B．运用同位素标记法研究卡尔文循环－ 研究酵母菌呼吸方式
C．运用减法原理研究遗传物质－ 研究抗生素对细菌选择作用
D．孟德尔用假说演绎法验证分离定律－ 摩尔根研究伴性遗传
2．（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
3．（2022·重庆·统考高考真题）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
4．（2022·河北·统考高考真题）关于遗传物质DNA 的经典实验，叙述错误的是（ ）
A．摩尔根依据果蝇杂交实验结果首次推理出基因位于染色体上
B．孟德尔描述的“遗传因子”与格里菲思提出的“转化因子”化学本质相同
C．肺炎双球菌体外转化实验和噬菌体浸染细菌实验均采用了能区分DNA 和蛋白质的技
术
D．双螺旋模型的碱基互补配对原则解释了DNA 分子具有稳定的直径
5．（2022·海南·统考高考真题）某团队从下表①～④实验组中选择两组，模拟T2 噬菌
体侵染大肠杆菌实验，验证DNA 是遗传物质。结果显示：第一组实验检测到放射性物质主
要分布在沉淀物中，第二组实验检测到放射性物质主要分布在上清液中。该团队选择的第
一、二组实验分别是（ ）
T2噬菌
体
大肠杆菌
①
未标记
15N 标记
3
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②
32P 标记
35S 标记
③
3H 标记
未标记
④
35S 标记
未标记
A．①和④
B．②和③
C．②和④
D．④和③
6．（2022·海南·统考高考真题）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）：
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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
7．（2022·湖南·高考真题）T2噬菌体侵染大肠杆菌的过程中，下列哪一项不会发生（
）
A．新的噬菌体DNA 合成
B．新的噬菌体蛋白质外壳合成
C．噬菌体在自身RNA 聚合酶作用下转录出RNA
D．合成的噬菌体RNA 与大肠杆菌的核糖体结合
8．（2022·浙江·高考真题）下列关于“噬菌体侵染细菌的实验”的叙述，正确的是（
）
A．需用同时含有32P 和35S 的噬菌体侵染大肠杆菌
B．搅拌是为了使大肠杆菌内的噬菌
体释放出来
C．离心是为了沉淀培养液中的大肠杆菌
D．该实验证明了大肠杆菌的遗传物质是DNA
9．（2022·浙江·高考真题）某同学欲制作DNA 双螺旋结构模型，已准备了足够的相关材
料，下列叙述正确的是（ ）
A．在制作脱氧核苷酸时，需在磷酸上连接脱氧核糖和碱基
B．制作模型时，鸟嘌呤与胞嘧啶之间用2 个氢键连接物相连
C．制成的模型中，腺嘌呤与胞嘧啶之和等于鸟嘌呤和胸腺嘧啶之和
D．制成的模型中，磷酸和脱氧核糖交替连接位于主链的内侧
10．（2022·广东·高考真题）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
11．（2022·广东·高考真题）下列关于遗传学史上重要探究活动的叙述，错误的是（
）
A．孟德尔用统计学方法分析实验结果发现了遗传规律
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B．摩尔根等基于性状与性别的关联证明基因在染色体上
C．赫尔希和蔡斯用对比实验证明DNA 是遗传物质
D．沃森和克里克用DNA 衍射图谱得出碱基配对方式
新 题 尝 鲜
1．（2023 秋·江苏扬州·高三江苏省高邮中学校联考期末）生命科学史中蕴含着丰富的
科学思维和方法，下列相关叙述正确的是（ ）
A．摩尔根用假说—演绎法证明了基因在染色体上呈线性排列
B．赫尔希和蔡斯借助电镜发现T2噬菌体的DNA 注入大肠杆菌
C．艾弗里肺炎链球菌转化实验使用的是自变量控制中的“加法原理”
D．科学家通过同位素标记法和密度梯度离心法证明了DNA 半保留复制方式
2．（2024·全国·高三专题练习）加热杀死的S 型肺炎链球菌与R 型活菌混合培养后，将
R 型活菌转化为S 型活菌的机理如下图所示。下列相关叙述不正确的是（ ）
注：capS为带有荚膜合成基因的DNA 片段
A．加热杀死的S 型菌的DNA 断裂成许多片段释放出来
B．图中转化的实质是两种肺炎链球菌发生了基因重组
C．capS是格里菲思肺炎链球菌转化实验中的转化因子
D．艾弗里用DNA 酶处理R 型菌细胞提取物以破坏capR
3．（2023 春·河南郑州·高三郑州市宇华实验学校校考开学考试）在对遗传物质的探索
历程中，许多科学家做出了突出贡献。下列叙述正确的是（ ）
A．萨顿通过阐明基因和染色体行为之间的平行关系，证明基因位于染色体上
B．格里菲思通过肺炎链球菌转化实验最早证实了DNA 是遗传物质
C．沃森和克里克默契配合，建构出DNA 双螺旋结构的物理模型
D．艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验从控制自变量的角度，实验的基本思路是：依据
自变量中的“加法原理”，在每个实验组S 型细菌的细胞提取液中特异性的添加一种酶
4．（2024·全国·高三专题练习）科学家对一块4 万年前骨头的一个线粒体 DNA 区域进
行测序并与当今人类的进行比较，揭示当今 人类与已灭绝的古人类之间的基因差异，为探
究人类起源和进化的奥秘奠定了基础。图甲是用DNA 测序仪测出的现代人类一个 DNA 分
子片段上被标记的一条脱氧核苷酸链的碱基排列顺序条(CCAGTGCG)。 下列说法错误的是
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（ ）
A．图甲中的 DNA 片段中含有鸟嘌呤脱氧核苷酸6 个
B．根据图甲的排列顺序，推测图乙所示 DNA 分子片段单链的碱基排列顺序为
CAACTGCT
C．若图甲中碱基序列属于线粒体的，则该线粒体 DNA 分子具有两个游离的磷酸基团
D．线粒体数量多，易获取，且只包含细胞遗传信息的一小部分，测序成功机会大
5．（2023 秋·广东湛江·高三湛江一中校考开学考试）将DNA 双链都被15N 标记的大肠杆
菌放在以14NH4Cl 为唯一氮源的培养基中培养，连续分裂3 次。下列相关叙述不合理的是（
）
A．DNA 的复制过程需要ATP 直接供能
B．本实验利用14N 和15N 区分不同密度的DNA
C．分裂3 次后形成的子代DNA 中都含有14N
D．大肠杆菌的DNA 复制不遵循碱基互补配对原则
6．（2023·江西·江西师大附中校联考模拟预测）线粒体DNA（mtDNA）可自我复制，其
复制也是以半保留方式进行的。用同位素标记证明，mtDNA 复制的时间主要在细胞周期的S
期（核DNA 复制的时期）和G2 期。其复制仍受细胞核的控制，复制所需要的DNA 聚合酶是
由核DNA 编码，在细胞质核糖体上合成的。如图表示哺乳动物的线粒体DNA 的结构（外环
为H 链，内环为L 链）及其复制过程。下列相关叙述错误的是（ ）
A．mtDNA 完成复制后，子链1 和母链H 的碱基排列顺序相同
B．人体细胞在增殖过程中，核DNA 和mtDNA 的复制可以同时进行
C．用15N 标记脱氧核苷酸，可检测到线粒体部位的放射性明显增强
D．子链1 和子链2 的延伸方向都是5＇端→3＇端，需要相关酶的催化
7．（2024·全国·高三专题练习）下图表示脱氧核苷酸、基因、DNA 和染色体间的关系。
下列有关叙述不正确的是（ ）
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A．c 共4 种，其中有一种是烟草花叶病毒所没有的B．遗传信息蕴藏在d 的排列顺序中
C．e 含有的碱基总数小于f 含有的碱基总数
D．基因即是具有遗传效应的f 片段
8．（2024·全国·高三专题练习）下列关于基因的叙述，错误的是（ ）
A．基因是具有遗传效应的DNA 或RNA 片段B．基因能够控制蛋白质合成
C．基因和染色体是同一概念
D．基因能够储存遗传信息
9．（2023·全国·高三专题练习）下图分别为人体细胞内某些多聚体的片段结构模式图，
请据图回答问题：
(1)甲图所示多聚体的单体可用 （填字母）表示，该单体具体名称为 。各单体之
间通过 （填“①”、“②”或“③”）连接起来，人体细胞内该多聚体主要分布在
。
(2)乙图中1、2、3 的名称依次为1 、2 、3 。人体细胞中该多聚体主要分
布在 。
(3)图中所示生物大分子的功能是 （至少答出两点）。
(4)人的遗传物质与新冠病毒的遗传物质相比，在化学组成上不同在于 。
(5)据丙图，已知分子结构式的右上角基团为碱基—腺嘌呤。请观察后回答下列问题：
①构成此核苷酸的糖叫 。②该核苷酸构成的核酸主要存在于 。
(6)请指出丙图中哪一个位置上的氧去掉后便可成为细菌遗传物质的基本原料： 。
（填序号）
(7)在豌豆的叶肉细胞中，由A、C、T、U4 种碱基参与构成的核苷酸共有 种。
(8)由乙图结构可知，不同生物的遗传信息不同，是因为其 不同。
(9)人体内的核酸是由哪几种核苷酸组成的？ 。含有尿嘧啶的核苷酸是由哪几种小分
子构成的？ 。
10．（2024·全国·高三专题练习）某研究小组将分别标记有放射性同位素32P、35S 的T2
噬菌体与大肠杆菌混合培养，依次分为甲、乙两组。一段时间后，分别进行搅拌、离心，
并检测甲、乙两组沉淀物和上清液中的放射性。回答下列问题：
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(1)检测放射性时，若甲组上清液中的放射性较高，原因可能是 （答出2 点）；
乙组实验中T2噬菌体的 含有35S，正常情况下，乙组中 的放射性很高。
(2)T2噬菌体侵染大肠杆菌后，可使菌体破裂形成噬菌斑。T2噬菌体中，基因h﹢、h 控制噬
菌斑的透明程度，基因r﹢、r 控制噬菌斑的大小。用基因组成为hr﹢和h﹢r 的T2噬菌体侵
染大肠杆菌后，将释放出的子代噬菌体涂布到长满大肠杆菌的培养基上，培养结果如图。
据图分析，含基因r 的T2噬菌体的侵染、繁殖能力 （填“强于”、“弱于”
或“等于”）含基因r﹢的T2噬菌体的侵染和繁殖能力；基因组成为hr﹢和h﹢r 的噬菌体混
合培养，出现了上图中四种表型的菌落，原因是 。
过 关 检 测
一、选择题
1．（2023·全国·高三专题练习）新冠病毒是一种RNA 病毒。新冠肺炎疫情给人们的生活
带来了巨大影响。下列与新冠肺炎疫情防控相关的叙述，错误的是（ ）
A．新冠病毒含有核酸和蛋白质，通过核酸检测可排查新冠病毒感染者
B．教室经常开窗通风可以促进空气流动，降低室内病原微生物的密度
C．通常新冠肺炎患者的症状之一是发烧，因此可以通过体温测量初步排查
D．每天适量饮酒可以预防新冠肺炎，因为酒精可以使细胞内的病毒蛋白变性
2．（2023·海南·高三专题练习）在噬菌体侵染细菌的实验过程中，先将噬菌体在含32P
的培养液培养12h，然后将其与35S 标记的大肠杆菌混合保温，在大肠杆菌裂解前，搅拌离
心并检测放射性，下列叙述正确的是（ ）
A．悬浮液能检测到35S 的放射性，沉淀物中能检测到32P 的放射性
B．仅在悬浮液可以检测到放射性，说明噬菌体的蛋白质未进入大肠杆菌内
C．仅在沉淀物可以检测到放射性，既有来自32P 又有来自35S 的放射性
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D．仅在沉淀物可以检测到放射性，无法判断噬菌体的DNA 是否进入大肠杆菌
3．（2024·全国·高三专题练习）在含有BrdU 的培养液中进行DNA 复制时，BrdU 会取代
胸苷掺入到新合成的链中，形成BrdU 标记链。当用某种荧光染料对复制后的染色体进行染
色，发现含半标记DNA（一条链被标记）的染色单体发出明亮荧光，含全标记DNA（两条链
均被标记）的染色单体荧光被抑制（无明亮荧光）。若将一个细胞置于含BrdU 的培养液中，
培养到第三个细胞周期的中期进行染色并观察。下列推测错误的是
A．1/2 的染色体荧光被抑制
B．1/4 的染色单体发出明亮荧光
C．全部DNA 分子被BrdU 标记
D．3/4 的DNA 单链被BrdU 标记
4．（2023·浙江·校考模拟预测）下列有关“骨架”或“支架”的叙述，错误的是（
）
A．细胞膜和细胞器膜的基本支架都是磷脂和蛋白质
B．脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成DNA 分子的基本骨架
C．细胞骨架由蛋白质纤维构成，与细胞的分化、胞内运输、信息传递有关
D．单糖是以碳链作为基本骨架，多糖也是以碳链作为基本骨架
5．（2023·全国·高三专题练习）用15N 标记某二倍体动物（2N＝8）的精原细胞核DNA 双
链，将其置于14N 的培养液中，让该精原细胞在特定的条件下进行一次有丝分裂或减数分裂。
下列有关叙述正确的是（ ）
A．有丝分裂中期与减数分裂Ⅱ中期细胞核DNA 数量相同
B．有丝分裂后期细胞中的核DNA 分子均含有15N 标记
C．减数分裂Ⅰ中期含14N 的染色单体有8 条
D．分别对减数分裂产生的四个精细胞的核DNA 进行密度梯度离心，其分布结果不同
6．（2023·天津红桥·统考一模）玉米条纹病毒的遗传物质是单链环状DNA 分子。下图为
该病毒DNA 在玉米细胞内的复制过程。相关叙述正确的是（ ）
A．复制时A 与U、G 与C 进行配对
B．复制时以四种脱氧核糖核苷酸为原料
C．形成子代DNA 时亲本DNA 边解旋边复制
D．新合成的互补链是子代病毒的遗传物质
7．（2023·全国·高三专题练习）科学家在探究DNA 的复制方式是全保留还是半保留实验
中，利用了密度梯度离心技术。将亲代大肠杆菌（DNA 两条链均被15N 标记）置于氮源为
14NH4C1 的普通培养基中，连续繁殖两代，提取子二代DNA 进行密度梯度离心，记录离心后
试管中DNA 分子的位置。下列叙述错误的是（ ）
A．正式实验前需要进行预实验，以确定大肠杆菌在特定条件下的分裂时长
B．子二代DNA 分子分布的实际位置比理论位置偏低，原因可能是细胞中原来的15N 标记
的脱氧核苷酸加入新合成的子链中
C．若处理提取的DNA 分子，将其解螺旋为单链，再密度梯度离心，也可以达到实验目
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的
D．若将子二代大肠杆菌转移到氮源为15NH4C1 的培养基中再培养一代，半保留复制得到
的子代中DNA 分子组成类型为15N14N 的比例为3／4
8．（2023·天津河西·统考模拟预测）如图为真核细胞内某基因（15N 标记）的结构示意
图，该基因全部碱基中A 占20%。下列相关说法正确的是（ ）
A．该基因一定存在于细胞内的染色体DNA 上
B．该基因的一条核苷酸链中（C+G）/（A+T）为3：2
C．DNA 解旋酶作用于①部位，DNA 聚合酶作用于②部位
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
二、非选择题
9．（2021 秋·辽宁·高三校联考开学考试）如图表示某种真核生物DNA 片段的结构（图
甲）及发生的相关生理过程（图乙），回答下列问题：
(1)图甲中④全称是 ，它是组成 （填“噬菌体”或“新冠病
毒”）遗传物质的基本单位。这两种病毒的遗传物质在组成成分上的差别是新冠病毒含有
。
(2)体内DNA 复制时，催化形成图甲中⑩形成的酶是 ，催化⑨断裂需要的
酶是 。
(3)图乙过程发生的场所为 。
(4)若双链DNA 分子的一条链中（A+T）/（C+G）=a，则其互补链中该比值为 。
(5)DNA 分子杂交技术可以杂合双链区的多少来比较不同生物之间的亲缘关系，该技术的依
据的原理是 。两种生物杂合双链区的部位越多，可得出的结论是 。
10．（2023·河北衡水·河北衡水中学校考模拟预测）赫尔希和蔡斯研究了T2 噬菌体的蛋
白质和DNA 在侵染过程中的功能。用标记的T2 噬菌体侵染未标记的大肠杆菌，一段时间后，
用搅拌器搅拌，然后离心得到上清液和沉淀物，并检测上清液中的放射性，得到如图所示
的实验结果。请回答下列问题：
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(1)要获得DNA 被标记的T2 噬菌体，其培养方法是 。
(2)实验中搅拌的目的是 ，搅拌时间应大于 min，否则上清液中的放射性会
比较 。
(3)上清液中32P 的放射性仍达到30%，其原因可能是 。图中被侵染细菌的存活率
曲线的意义是作为对照，如果存活率明显低于100%，则上清液中放射性物质32P 的含量会
，原因是 。
(4)上述实验中不用14C 来标记T2 噬菌体的DNA 或蛋白质，原因是 。
12
