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专题18 DNA 分子的结构、复制及基因的本质
考点一 DNA 分子的结构及相关计算
1．DNA 分子的元素组成：C 、
H 、
O 、
N 、
P 。DNA 的基本骨架是磷酸和脱氧核糖，DNA 的空间
结构是由两条脱氧核苷酸链组成，这两条链按反向平行的方式盘旋成双螺旋结构。两条链
上的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 一定与
T 配对，
G 一定与
C 配对
。碱基之间的这种一一对应的关系，叫做碱基互补配对原则。
2．DNA 分子的多样性：不同的DNA 分子中具有碱基对数目不同，排列顺序多种多样。若某
DNA 分子中有n 个碱基对，则排列顺序有4 n 种。特异性：每种DNA 分子都有区别于其他DNA
的特定的碱基排列顺序，代表了特定的遗传信息。
1.DNA 分子的双螺旋结构
考点分布
重点难点
备考指南
1.DNA 分子的结构
2.DNA 分子的特性
3.基因的本质
4.DNA 和染色体的关系
5.DNA 分子的复制
1.DNA 分子结构的主要特点
2.基因的概念
3.DNA 分子的复制
理解并掌握DNA 分子的结构和特性。
掌握基因的本质。
明确DNA 和染色体的关系
掌握DNA 分子的复制过程和相关计算。
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2.DNA 分子中的碱基数量的计算规律
(1)在DNA 双链中嘌呤总数与嘧啶总数相同，即A＋G＝T＋C。
(2)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，即若在一条链中＝m，在
互补链及整个DNA 分子中＝m。
(3)非互补碱基之和的比例在两条互补链中互为倒数，在整个DNA 分子中为1，即若在DNA
分子的一条链中＝a，则在其互补链中＝，而在整个DNA 分子中＝1。
DNA 双螺旋结构的热考点
三步解决DNA 分子中有关碱基比例的计算
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。
有关“DNA 结构”的易错点
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（1）DNA 中两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，A—T 含两个氢键，G—C 含三个氢键。
（2）DNA 中并不是所有的脱氧核糖都连着两个磷酸基团，两条链各有一个3′端的脱氧核
糖连着一个磷酸基团。
（3）双链DNA 中A 与T 分子数相等，G 与C 分子数相等，但A＋T 的量不一定等于G＋C 的
量。
（4）DNA 中当（A＋G）/（T＋C）＝（A＋C）/（G＋T）时 ，可能是双链DNA，也可能是单
链DNA。
（5）并非所有的DNA 分子均具“双链”，有的DNA 分子为单链。
（6）DNA 的特异性是由碱基对的排列顺序决定的，而不是由配对方式决定的，配对方式只
有四种：A—T、C—G、T—A、G—C。
（7）并非所有DNA 片段都是基因，基因是有遗传效应的DNA 片段，不是连续分布在DNA 上
的，而是由碱基序列将不同的基因分割开的。
典例1.下列关于DNA 分子结构的叙述，正确的是( )
A．每个核糖上均连接着1 个磷酸和1 个碱基
B．每个DNA 分子中碱基数＝磷酸数＝核糖数
C．T2噬菌体的遗传物质水解产生4 种脱氧核苷酸
D．在DNA 双螺旋结构中嘧啶数不等于嘌呤数
【答案】C
【解析】在DNA 分子中，一般情况下每个脱氧核糖上连接2 个磷酸和1 个碱基，A 错误；每
个DNA 分子中碱基数＝磷酸数＝脱氧核糖数，B 错误；T2 噬菌体的遗传物质为DNA，其水解
可产生4 种脱氧核苷酸，C 正确；在DNA 双螺旋结构中嘧啶数等于嘌呤数，D 错误。
典例2.已知某DNA 分子中，G 与C 之和占全部碱基总数的35.8%，其中一条链中的T 与C 分
别占该链碱基总数的32.9%和17.1%。则在它的互补链中，T 和C 分别占该链碱基总数的(
)
A．32.9%,17.1%
B．31.3%,18.7%
C．18.7%,31.3%
D．17.1%,32.9%
【答案】B
【解析】互补的碱基之和的比例在DNA 的任何一条链中及整个DNA 分子中都相等，由G 与C
之和占全部碱基总数的35.8%，T 和C 分别占一条链碱基总数的32.9%和17.1%，可知A 占
这条链碱基总数的1－35.8%－32.9%＝31.3%，G 占这条链碱基总数的35.8%－17.1%＝
18.7%，根据碱基互补配对原则，它的互补链中T、C 的比例分别为31.3%、18.7%。
考点二 DNA 分子的复制及基因的概念
1．DNA 分子的复制
(1)DNA 分子复制方式为半保留复制。
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(2)实验假设：DNA
以半保留
的方式复制。
实验方法：同位素示踪技术和密度梯度离心技术。
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。
实验预期：离心后应出现3 条DNA 带。重带(密度最大)：两条链都为15N 标记的亲代双链
DNA；中带(密度居中)：一条链为14N 标记，另一条链为15 N 标记的子代双链
DNA
；轻带(密
度最小)：两条链都为14N 标记的子代双链DNA。
实验过程
过程分析
立即取出，提取DNA→离心→全部重带。繁殖一代后取出，提取DNA→离心→全部中带。繁
殖两代后取出，提取DNA→离心→轻带、中带。
实验结论：DNA
的复制是以半保留的方式进行的
。
(3)复制过程
①概念：以亲代
DNA
为模板合成子代
DNA
的过程。
②时间：细胞有丝分裂的间期和减数第一次分裂前的间期。
③过程：解旋→合成子链→子链延伸→亲子链复旋。
④特点：边解旋边复制。
⑤方式：半保留复制。
⑥结果：形成两个完全相同的
DNA
分子
。
⑦精确复制：独特的双螺旋结构提供模板，碱基互补配对原则。
⑧意义：DNA 分子通过复制，将遗传信息从亲代传给了子代，从而保持了遗传信息的连续
性。
1．基因与DNA 的关系
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2.“图解法”分析DNA 复制相关计算
(1)将含有15N 的DNA 分子放在含有14N 的培养液中连续复制n 次，则：
①子代DNA 共2n个
②脱氧核苷酸链共2n＋1条
(2)DNA 分子复制过程中消耗的脱氧核苷酸数
①若亲代DNA 分子含有某种脱氧核苷酸m 个，经过n 次复制需要消耗该种脱氧核苷酸数为
m·(2n－1)。
②第n 次复制需要消耗该种脱氧核苷酸数为m·2n－1。
3.有关“DNA 复制”的6 个易错点
（1）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。
（2）DNA 中氢键可由解旋酶催化断裂，同时需要ATP 供能，也可加热断裂（体外）；而氢
键是自动形成的，不需要酶和能量。
（3）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。
（4）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。
（5）DNA 复制计算时看清试题中所给出的碱基的单位是“对”还是“个”；所问的是
“DNA 分子数”还是“链数”，“含”还是“只含”。
（6）在真核生物中，DNA 复制一般是多起点复制；在原核生物中，DNA 复制一般是一个起
点。无论是真核生物还是原核生物，DNA 复制大多数都是双向进行的。
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1.真核生物DNA 复制的特点
(1)DNA 分子复制是从多个起点开始的，但多起点并非同时进行。
(2)DNA 分子复制是边解旋边双向复制的。
(3)真核生物的这种复制方式的意义在于提高了复制速率。
2.DNA 分子复制中相关计算的规律
（1）DNA 分子复制为半保留复制，若将一个被15N 标记的DNA 转移到含14N 的培养基中培养
（复制）若干代，其结果分析如下：
①子代DNA 共2n个
（2）DNA 分子复制过程中消耗的某种脱氧核苷酸数
①若亲代DNA 分子含有某种脱氧核苷酸m 个，经过n 次复制需要消耗该种脱氧核苷酸数为
m·（2n－1）。
②第n 次复制需要该种脱氧核苷酸数为m·2n－1。
典例1.真核细胞中某生理过程如图所示，下列叙述错误的是( )
A．a 链和b 链的方向相反，a 链与c 链的碱基序列相同
B．酶1 可使磷酸二酯键断裂，酶2 可催化磷酸二酯键的形成
C．该图表示DNA 半保留复制过程，遗传信息传递方向是DNA→DNA
D．植物细胞的线粒体和叶绿体中均可发生该过程
【答案】B
【解析】由题图可知，a 链和b 链螺旋形成新的DNA 分子，因此a、b 链是反向的，a、c 链
都与d 链互补，因此a 链与c 链的碱基序列相同，A 项正确；酶1 是解旋酶，作用是使氢键
断裂，使双链DNA 分子解旋，B 项错误；分析题图可知，DNA 分子的复制是半保留复制，通
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过DNA 分子的复制，遗传信息从DNA 流向DNA，C 项正确；植物细胞的线粒体和叶绿体中都
含有少量DNA，可以发生DNA 分子的复制过程，D 项正确。
典例2.如图为某DNA 分子片段，假设该DNA 分子中有5 000 对碱基，A＋T 占碱基总数的
34%，若该DNA 分子在含14N 的培养基中连续复制2 次，下列叙述正确的是( )
A．复制时作用于③处的酶为DNA 聚合酶
B．DNA 分子复制2 次需游离的胞嘧啶脱氧核苷酸9 900 个
C．④处指的是腺嘌呤核糖核苷酸
D．子代中含15N 的DNA 分子占
【答案】B
【解析】复制时作用于③处的酶为解旋酶，A 错误；由题意知，DNA 分子中A＋T 占碱基总
数的34%，则C＋G 占66%，DNA 分子中G＝C＝5 000×2×66%÷2＝3 300(个)，该DNA 分子
复制2 次增加3 个DNA 分子，需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸3 300×3＝9 900(个)，B 正确；
DNA 分子的基本单位是脱氧核糖核苷酸，所以④处指的是腺嘌呤脱氧核糖核苷酸，C 错误；
由题图可知，该DNA 分子中的两条链一条含有15N，一条含有14N，若该DNA 分子在含14N 的
培养基中连续复制2 次，则形成的4 个DNA 分子中，只有一个含有15N，即占，D 错误。
1.(2020·浙江7 月选考)某DNA 片段的结构如图所示。下列叙述正确的是( )
A．①表示胞嘧啶
B．②表示腺嘌呤
C．③表示葡萄糖
D．④表示氢键
【答案】D
【解析】 图中①表示胸腺嘧啶，②表示胞嘧啶，③表示脱氧核糖，④表示氢键，D 项正
确。2.（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
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【答案】A
【解析】A、摩尔根通过假说—演绎法利用果蝇杂交遗传实验证明了基因位于染色体上，A
错误；
B、孟德尔描述的“遗传因子”实质是基因，基因是有遗传效应的DNA 片段，格里菲思提出
的“转化因子”是DNA，两者化学本质相同，B 正确；
C、肺炎双球菌体外转化实验利用酶解法去掉DNA 或者DNA 蛋白质，噬菌体浸染细菌实验利
用同位素标记法区分DNA 和蛋白质，两者均采用了能区分DNA 和蛋白质的技术，C 正确；
D、DNA 两条链上的碱基由氢键连接形成碱基对，且遵循A 与T 配对、G 与C 配对的碱基互
补配对原则，使DNA 分子具有稳定的直径，D 正确。
故选A。
3.（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
【答案】C
【解析】A、在制作脱氧核苷酸时，需在脱氧核糖上连接磷酸和碱基，A 错误；
B、鸟嘌呤和胞嘧啶之间由3 个氢键连接，B 错误；
C、DNA 的两条链之间遵循碱基互补配对原则，即A=T、C=G，故在制作的模型中A+C=G+T，
C 正确；
D、DNA 分子中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，D 错
误。
故选C。
4.（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
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
【答案】D
【解析】A、孟德尔用统计学方法分析杂合子自交子代的表现型及比例，发现了遗传规律，
A 正确；
B、摩尔根等基于果蝇眼色与性别的关联，证明了基因在染色体上，B 正确；
C、赫尔希和蔡斯分别用32P 和35S 标记T2 噬菌体DNA 和蛋白质，通过对比两组实验结果，
证明了DNA 是遗传物质，C 正确；
D、沃森和克里克用DNA 衍射图谱得出了DNA 的螺旋结构，D 错误。
故选D。
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5.（2021·北京·统考高考真题）酵母菌的DNA 中碱基A 约占32%，关于酵母菌核酸的叙述
错误的是（ ）
A．DNA 复制后A 约占32%
B．DNA 中C 约占18%
C．DNA 中（A+G）/（T+C）=1
D．RNA 中U 约占32%
【答案】D
【解析】A、DNA 分子为半保留复制，复制时遵循A-T、G-C 的配对原则，则DNA 复制后的A
约占32%，A 正确；
B、酵母菌的DNA 中碱基A 约占32%，则A=T=32%，G=C=（1-2×32%）/2=18%，B 正确；
C、DNA 遵循碱基互补配对原则，A=T、G=C，则（A+G）/（T+C）=1，C 正确；
D、由于RNA 为单链结构，且RNA 是以DNA 的一条单链为模板进行转录而来，故RNA 中U 不
一定占32%，D 错误。
故选D。
6.（2021·广东·统考高考真题）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
②富兰克林等拍摄的DNA 分子X 射线衍射图谱
③查哥夫发现的DNA 中嘌呤含量与嘧啶含量相等
④沃森和克里克提出的DNA 半保留复制机制
A．①②
B．②③
C．③④
D．①④
【答案】B
【解析】①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，①错误；
②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，②正确；
③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，
③正确；
④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，④错
误。
故选B。
7.（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
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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
【解析】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。
8.（2021·山东·统考高考真题）利用农杆菌转化法，将含有基因修饰系统的 T-DNA 插入
到水稻细胞 M 的某条染色体上，在该修饰系统的作用下，一个 DNA 分子单链上的一个 C
脱去氨基变为 U，脱氨基过程在细胞 M 中只发生一次。将细胞 M 培育成植株 N。下列说
法错误的是（ ）
A．N 的每一个细胞中都含有 T-DNA
B．N 自交，子一代中含 T-DNA 的植株占 3/4
C．M 经 n（n≥1）次有丝分裂后，脱氨基位点为 A-U 的细胞占 1/2n
D．M 经 3 次有丝分裂后，含T-DNA 且脱氨基位点为 A-T 的细胞占 1/2
【答案】D
【解析】A、N 是由M 细胞形成的，在形成过程中没有DNA 的丢失，由于T-DNA 插入到水稻
细胞 M 的某条染色体上，所以M 细胞含有T-DNA，因此N 的每一个细胞中都含有 T-DNA，A
正确；
B、N 植株的一条染色体中含有T-DNA，可以记为+，因此N 植株关于是否含有T-DNA 的基因
型记为+-，如果自交，则子代中相关的基因型为++∶+-∶--=1∶2∶1，有 3/4 的植株含
T-DNA ，B 正确；
C、M 中只有1 个DNA 分子上的单链上的一个 C 脱去氨基变为 U，所以复制n 次后，产生的
子细胞有2n 个，但脱氨基位点为 A-U 的细胞的只有1 个，所以这种细胞的比例为1/2n，C
正确；
D、如果M 经 3 次有丝分裂后，形成子细胞有8 个，由于M 细胞 DNA 分子单链上的一个 C
脱去氨基变为 U，所以是G 和U 配对，所以复制三次后，有4 个细胞脱氨基位点为C-G，3
个细胞脱氨基位点为A-T，1 个细胞脱氨基位点为U-A，因此含T-DNA 且脱氨基位点为 A-T
的细胞占 3/8，D 错误。
故选D。
9.（2021·浙江·统考高考真题）在 DNA 复制时，5-溴尿嘧啶脱氧核苷（BrdU）可作为原
料，与腺嘌呤配对，掺入新合成的子链。用 Giemsa 染料对复制后的染色体进行染色，DNA
分子的双链都含有 BrdU 的染色单体呈浅蓝色，只有一条链含有 BrdU 的染色单体呈深蓝
色。现将植物根尖放在含有BrdU 的培养液中培养，取根尖用 Giemsa 染料染色后，观察分
生区细胞分裂中期染色体的着色情况。下列推测错误的是（ ）
A．第一个细胞周期的每条染色体的两条染色单体都呈深蓝色
B．第二个细胞周期的每条染色体的两条染色单体着色都不同
C．第三个细胞周期的细胞中染色单体着色不同的染色体均为1/4
D．根尖分生区细胞经过若干个细胞周期后，还能观察到深蓝色的染色单体
【答案】C
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【解析】A、根据分析，第一个细胞周期的每条染色体的染色单体都只有一条链含有
BrdU，故呈深蓝色，A 正确；
B.第二个细胞周期的每条染色体复制之后，每条染色体上的两条染色单体均为一条单体双
链都含有 BrdU 呈浅蓝色，一条单体只有一条链含有 BrdU 呈深蓝色，故着色都不同，B 正
确；
C.第二个细胞周期结束后，不同细胞中含有的带有双链都含有 BrdU 的染色体和只有一条
链含有 BrdU 的染色体的数目是不确定的，故第三个细胞周期的细胞中染色单体着色不同
的染色体比例不能确定，C 错误；
D.根尖分生区细胞可以持续进行有丝分裂，所以不管经过多少个细胞周期，依旧可以观察
到一条链含有BrdU 的染色单体，成深蓝色，D 正确。
故选C。
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