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第20 讲 DNA 分子的结构、复制与基因的本质
目录
01 模拟基础练
【题型一】DNA 结构及相关计算
【题型二】DNA 复制过程中的有关计算
【题型三】基因与染色体、DNA、脱氧核苷酸的关系
02 重难创新练
03 真题实战练
题型一 DNA 结构及相关计算
1．科学家曾在一种病毒中发现部分碱基A 可以被2-氨基腺嘌呤（Z）取代，这样的DNA 被称为Z-DNA。
进一步研究发现碱基Z 与T 之间有3 个氢键，Z-DNA 的存在能帮助病毒更好地抵抗细菌中某些蛋白质的攻
击。下列相关叙述错误的是（ ）
A．组成Z-DNA 的化学元素有五种，彻底水解后可得到7 种化合物
B．与正常DNA 相比，Z-DNA 中嘌呤碱基的比例较大，结构较稳定
C．病毒DNA 中碱基A 被Z 取代，属于可遗传变异中的基因突变
D．Z-DNA 复制时也需遵循碱基互补配对原则且需DNA 聚合酶参与
2．DNA 是生物主要的遗传物质，能储存遗传信息的基本功能是由其结构决定的。下图为DNA 分子部分
结构示意图，相关叙述正确的是（ ）
A．真核细胞内的DNA 分子主要分布在细胞核，也可以分布在细胞质
B．①②③共同组成的胞嘧啶核糖核苷酸是组成DNA 的基本单体之一
C．不同DNA 的碱基种类相同,（A+T）/（C+G）的比例也相同
D．此片段复制3 次，需要游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸21 个
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3．如图为某细胞中遗传信息的传递和表达过程的示意图，下列说法错误的是（ ）
A．该图可表示人体神经细胞核中，RNA 聚合酶以DNA 为模板转录合成RNA
B．一种tRNA 只能转运一种氨基酸，过程②合成的多条肽链的氨基酸序列相同
C．在RNA 一DNA 的杂交双链中，形成的碱基的配对方式是A—T、U—A、C—G、G—C
D．过程②的a 链及其模板链中G 分别占27%、17%，则a 链对应的双链DNA 区段中A 占28%
题型二 DNA 复制过程中的有关计算
4．将苏云金芽孢杆菌的Bt 抗虫蛋白基因转入普通棉花，Bt 基因能够在棉花细胞中复制和表达，从而使
培育出来的棉花植株合成毒蛋白，具有抗虫性状。有关该过程的说法，正确的是（ ）
A．Bt 抗虫蛋白基因的复制发生于棉花细胞的细胞核，转录发生于细胞质
B．Bt 基因复制和表达时，DNA 聚合酶和RNA 聚合酶的结合位点分别在DNA 和RNA 上
C．Bt 抗虫蛋白的合成，能减少棉花栽培过程中杀虫剂的使用，更好地保护生态环境
D．在棉花细胞中Bt 基因能够表达出抗虫蛋白，说明翻译过程中密码子具有简并性，生物界具有统一
性
5．下图为某生物 DNA 分子复制过程的模式图，图中“→”表示子链的复制方向，甲和乙表示合成的两
个子代DNA 分子（注：亲代DNA 分子只含
14N）。下列叙述错误的是（ ）
A．由图可知，DNA 分子复制为多起点同时双向复制
B．把此DNA 放在含
15N 的培养液中复制2 代，子代中含
15N 的DNA 占100%
C．在分裂间期复制完成后，甲、乙可在有丝分裂后期、减数分裂Ⅱ后期分开
D．该复制过程中需要解旋酶、DNA 聚合酶等酶的催化，并消耗能量
6．某一环状DNA 分子含有1000 个碱基对，其中含腺嘌呤300 个。该DNA 分子复制时，首先1 链被断开
形成3'、5'端口，接着5'剪切端与2 链发生分离，随后DNA 分子以2 链为模板，通过滚动从1 链的3'端开
始延伸子链，同时还会以分离出来的5'端单链为模板合成另一条子链，其过程如图所示。下列相关叙述正
确的是（ ）
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A．1 链被断开后该DNA 分子中有2 个游离磷酸基团
B．1 链延伸复制时，需要DNA 聚合酶、解旋酶的催化作用
C．该DNA 复制时, 子链由3'→5'方向延伸
D．若该DNA 连续复制3 次，则第三次复制需要鸟嘌呤脱氧核苷酸4900 个
题型三 基因与染色体、DNA、脱氧核苷酸的关系
7．采用限制酶 1 和酶2 分别切割某种表达产物能降解除草剂的基因和几丁质酶基因，再用E、coli DNA
连接酶连接，可以构建重组DNA。以下分析错误的是（ ）
A．组成表达产物能降解除草剂的基因和几丁质酶基因的基本单位都是脱氧核苷酸
B．表达产物能够降解除草剂的基因和几丁质酶基因都具有双螺旋结构
C．分别用限制酶1 和酶2 切割后两种基因产生的黏性末端可发生碱基互补配对
D．重组后的DNA 片段，还可用酶1 或酶2 在连接位点进行切割
8．转基因实验表明，转入水母绿色荧光蛋白基因（水母DNA 上一段长度为5170 个碱基对的片段）的转
基因鼠，在紫外灯照射下也能像水母一样发光。下列分析正确的是（ ）
A．一个DNA 上通常只有一个基因
B．该基因中碱基的排列方式多种多样
C．该基因在不同细胞中的遗传效应相同
D．所有生物的基因都位于DNA 分子上
9．人类基因组计划测定的DNA 分子共有31.6 亿碱基对，约有2.5 万个基因，这些基因的碱基对数目不超
过全部碱基对数目的2%。下列叙述错误的是（ ）
A．人类基因组计划共测定24 条染色体上的DNA
B．一条DNA 上的基因之间通常是存在间隔序列
C．遗传信息即生物体所能表现出来的遗传性状
D．遗传信息的特异性可用于刑侦上的身份确认
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一、单选题
1．紫外线照射DNA 后，其中一条链上的两个相邻胞嘧啶核苷酸通过共价键连接，形成二聚体如图1。当
DNA 复制时，含有胞嘧啶二聚体的DNA 母链为模板合成的子链在二聚体互补位置留下缺口如图2，当
DNA 转录时，RNA 聚合酶通过二聚体位置时，发生不依赖于模板的转录，腺嘌呤核糖核苷酸优先错误掺
入，导致转录产物mRNA 中碱基的改变如图3。下列分析正确的是（ ）
A．图1 中紫外线照射导致DNA 中嘧啶数目减少
B．若图1 含二聚体的DNA 未被修复，复制n 代后正常子代DNA 占1/2
C．图3 过程实现了基因的定向突变
D．图3 过程中密码子改变可导致RNA 聚合酶无法与DNA 结合
2．真核生物体内的DNA 分子长期以来一直被认为主要以线性的形式存在于细胞核中，直至 1965 年发现
了一种存在于染色体外的环状DNA 分子——染色体外环状 DNA（eccDNA），如图为eccDNA 的结构示
意图。下列关于eccDNA 分子的相关叙述,错误的是（ ）
A．每条链上的嘌呤碱基数一定等于嘧啶碱基数
B．基本骨架由脱氧核糖和磷酸交替连接形成
C．含C-G 碱基对越多，其热稳定性就越高
D．若该分子含有 n 个碱基对，且T 有m 个，则其氢键有（3n-m）个
3．“永生DNA 链假说”解释了成体干细胞的不对称分裂（如下图）。为了验证假说，科学家将亲代未被
标记的肌肉干细胞放在含标记物CldU（参与子链合成）的培养基上培养一代，然后将子一代细胞转移到含
标记物IdU（参与子链合成）的培养基继续培养一代，得到子二代细胞。下列关于该假说的说法正确的是
（ ）
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A．成体干细胞的“不对称分裂”不符合DNA 半保留复制的方式
B．子二代成体干细胞中不含CldU，但子二代所有细胞中均含有IdU
C．子二代细胞中未被标记的DNA 单链与被标记的DNA 单链比值是1:4
D．“不对称分裂”过程中产生的基因突变更容易在成体干细胞中积累
4．现有性别决定方式为XY 型的某纯合动物（2n=12）。将其一个精原细胞（细胞中所有染色体的P 元素
都为
32P）放在不含
32P 的培养液中先进行一次有丝分裂后再减数分裂，减数分裂过程中某时期的细胞如图
所示。图中仅显示部分染色体，①和②代表染色体。下列叙述正确的是（ ）
A．①的姐妹染色单体上出现基因A 和a，原因可能是基因突变或交叉互换的结果
B．染色体①和②的分离可发生在后期I 和后期II，基因A 与a 的分离发生在后期Ⅱ
C．该图可表示初级精母细胞，细胞中含有4 套遗传信息和12 条含
32P 标记的染色体
D．若该细胞是次级精母细胞，形成的一个精细胞中含
32P 标记的染色体数可能为12 条
5．现有碱基塑料片5 个 A、8 个G、6 个C、6 个T，脱氧核糖与磷酸的连接物14 个， 脱氧核糖塑料片22
个，代表氢键的连接物、碱基与脱氧核糖连接物、磷酸塑料片均充足，某学习小组尝试构建如下图含5 个
碱基对的DNA 双螺旋结构模型。下列叙述正确的是（ ）
A．能搭建出45种DNA 分子结构模型
B．现有材料不能搭建出如右图的模型
C．现有材料搭建的模型最多需利用10 个碱基塑料片
D．现有材料最多能搭建含22 个脱氧核苷酸的模型
6．DNA 指纹技术在案件侦破工作中有重要用途。刑侦人员将从案发现场收集到的头发等样品中提取的
DNA，与犯罪嫌疑人的DNA 进行比较，就有可能为案件的侦破提供证据。下列有关说法错误的是
（ ）
A．刑侦人员可以通过DNA 指纹获得嫌疑人信息，根本原因在于生物的遗传信息储存在DNA 分子中
B．进行DNA 比对能为案件的侦破提供证据体现了DNA 分子的特异性
C．提取DNA 时需要加入酒精，是因为DNA 能溶解在酒精中
D．将提取的DNA 中加入相应酶彻底水解可得到6 种水解产物
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7．紫外线引发的DNA 损伤，可通过“核苷酸切除修复（NER）”方式修复，机制如图所示。着色性干皮
症（XP）患者的NER 酶系统存在缺陷，受阳光照射后，皮肤出现炎症等症状。患者幼年发病，20 岁后开
始发展成皮肤癌。下列叙述错误的是（ ）
A．修复过程需要限制酶和DNA 聚合酶
B．填补缺口时，新链合成以5’到3’的方向进行
C．DNA 有害损伤发生后，在细胞增殖后进行修复，对细胞最有利
D．随年龄增长，XP 患者几乎都会发生皮肤癌的原因，可用突变累积解释
8．物理模型有助于直观的表达认识对象的特征。学习小组打算构建脱氧核糖核苷酸和DNA 等物质的物理
模型。若4 种碱基塑料片共32 个，其中6 个C，10 个G，8 个A，8 个T，脱氧核糖和磷酸之间的连接物
24 个，脱氧核糖塑料片、磷酸塑料片、代表氢键的连接物、脱氧核糖和碱基之间的连接物等材料均充足，
则构建脱氧核糖核苷酸和DNA 的数量描述正确的是（ ）
A．若构建脱氧核糖核苷酸，最多能够构建24 个
B．若构建DNA 分子，则最长为7 个碱基对
C．构建DNA 分子，最多需要34 个氢键连接物
D．能搭建出424种不同的DNA 分子模型
9．下图是人体某细胞的细胞核中发生的两个过程，下列有关叙述正确的是（ ）
A．基因1 进行转录，a 链延伸的方向是从5'→3'
B．基因2 进行复制，酶1 为RNA 聚合酶、酶2 为DNA 聚合酶
C．基因1 和基因2 在细胞核中不能同时进行转录和复制
D．甲基化不仅抑制基因1 的表达，也能抑制基因2 的复制
10．端粒酶是一种依赖RNA 的DNA 聚合酶，可维持染色体两端端粒结构的完整，在人类肿瘤细胞中可被
重新激活。端粒酶是由蛋白质和RNA 两种成分组成，RNA 含有与端粒DNA 互补的重复序列，这一部分作
为逆转录酶的模板存在，其作用机制如图所示，下列叙述错误的是（ ）
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A．抑制端粒酶基因的表达可抑制癌症的发生
B．若分裂中期的肿瘤细胞含有的DNA 数为92 个，含有的端粒个数是184 个
C．端粒酶可催化DNA 子链沿3′→5′方向合成，从而延长端粒
D．染色体DNA 末端修复过程中有A＝T、T＝A、U＝A、G＝C、C＝G 碱基配对
二、非选择题
11．下图甲表示大肠杆菌细胞中遗传信息传递的部分过程，图乙为图甲中④的放大图。请据图答：
(1)在图甲中，转录时DNA 的双链解开，该变化还可发生在 过程中。mRNA 是以图中的②为模板
合成的。能特异性识别mRNA 上密码子的分子是 ，该分子中 （填“存在”或“不存
在”）碱基配对。
(2)图乙中，如果C 中尿嘧啶和腺嘌呤之和占42%，则可得出与C 合成有关的DNA 分子中胞嘧啶占
。
(3)图乙中一个正被运载的氨基酸是 ，其后将要连接上去的一个氨基酸是 。相关密码子见
下表：
氨基酸
丙氨酸
谷氨酸
赖氨酸
色氨酸
密码子
GCA、GCU、GCC、GCU
GAA、GAG
AAA、AAG
UGG
(4)一个mRNA 上串联有多个核糖体，其生物学意义为 。
12．滚环扩增技术（RCA）是借鉴自然界中病原生物体环状DNA 分子滚环式复制方式发展起来的一种核
酸扩增方法，在致病菌、核酸肿瘤标记物、蛋白质、生物小分子和病毒检测领域有着广泛应用。图1 为
RCA 原理示意图。具核梭杆菌为一种强粘附性消化道细菌，侵入肠黏膜后可诱导局部炎症和细胞因子的表
达增加，导致结直肠肿瘤的形成。科研人员采用基于RCA 的荧光标记滚环扩增检测方法，实现了在微量
样品及复杂环境下的高灵敏度、高特异性的检测。图2 为荧光标记滚环扩增检测过程示意图，过程②是使
锁式探针环化的过程。其中nusG 基因为具核梭杆菌的特异性基因，锁式探针为依据nusG 基因序列设计出
来的单链DNA 分子，由两端的检测臂和无关序列组成。只有当环境中存在靶核酸序列时，锁式探针才能
完成成环连接反应。检测探针中的荧光基团（FAM）距离淬灭基团（BHQ-1）比较近时，荧光会被淬灭。
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(1)由图1 推测，Phi29DNA 聚合酶的作用是 。与常规PCR 相比，RCA 缺乏 环节，
因此可推测RCA 扩增过程中使用的Phi29DNA 聚合酶不具有 的特性。
(2)过程②锁式探针完成成环连接反应需要 的催化。肠道中含有多种微生物，为保证检测的特
异性，在设计锁式探针时需保证 ，同时还需注意无关序列中不含 。
(3)若检测样品存在具核梭杆菌，检测探针中荧光基团发出荧光的原理是 。该检测方法具有高
灵敏度的原因是 。
13．下图1 中DNA 分子有a 和d 两条链，将图1 中某一片段放大后如图2 所示，请结合所学知识回答下列
问题：
(1)若用放射性同位素
32P 标记该DNA，则在图2 的结构4、5、6 中 （填数字）结构将出现较高的放
射性。
(2)图1 中，A 和B 均是DNA 分子复制过程中所需要的酶，则A、B 分别是 和 。图1 过程在水
稻根尖分生区细胞中进行的场所是 。
(3)上述结构模式图中，若一条DNA 单链片段的序列是5′—GATACC—3′，那么它的互补链的序列是______
（填字母）。
A．5′—CTATGG—3′
B．5′—GATACC—3′
C．5′—GGTATC—3′
D．5′—CCATAG—3′
(4)DNA 分子具有一定的热稳定性，加热能破坏图2 中9 处氢键而打开双链，现在有两条等长的DNA 分子
甲和乙、经测定发现甲DNA 分子热稳定性较高，你认为可能的原因是 。
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一、单选题
1．（2024·吉林·高考真题）下图表示DNA 半保留复制和甲基化修饰过程。研究发现，50 岁同卵双胞胎间
基因组DNA 甲基化的差异普遍比3 岁同卵双胞胎间的差异大。下列叙述正确的是（ ）
A．酶E 的作用是催化DNA 复制
B．甲基是DNA 半保留复制的原料之一
C．环境可能是引起DNA 甲基化差异的重要因素
D．DNA 甲基化不改变碱基序列和生物个体表型
2．（2024·北京·高考真题）科学家证明“尼安德特人”是现代人的近亲，依据的是DNA 的（ ）
A．元素组成
B．核苷酸种类
C．碱基序列
D．空间结构
3．（2024·浙江·高考真题）某二倍体动物（2n=4）精原细胞DNA 中的P 均为
32P，精原细胞在不含
32P 的
培养液中培养，其中1 个精原细胞进行一次有丝分裂和减数第一次分裂后，产生甲~丁4 个细胞。这些细胞
的染色体和染色单体情况如下图所示。
不考虑染色体变异的情况下，下列叙述正确的是（ ）
A．该精原细胞经历了2 次DNA 复制和2 次着丝粒分裂
B．4 个细胞均处于减数第二次分裂前期，且均含有一个染色体组
C．形成细胞乙的过程发生了同源染色体的配对和交叉互换
D．4 个细胞完成分裂形成8 个细胞，可能有4 个细胞不含
32P
4．（2024·河北·高考真题）下列关于DNA 复制和转录的叙述，正确的是（ ）
A．DNA 复制时，脱氧核苷酸通过氢键连接成子链
B．复制时，解旋酶使DNA 双链由5′端向3′端解旋
C．复制和转录时，在能量的驱动下解旋酶将DNA 双链解开
D．DNA 复制合成的子链和转录合成的RNA 延伸方向均为由5′端向3′端
5．（2023·浙江·高考真题）紫外线引发的DNA 损伤，可通过“核苷酸切除修复（NER）”方式修复，机
制如图所示。着色性干皮症（XP）患者的NER 酶系统存在缺陷，受阳光照射后，皮肤出现炎症等症状。
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患者幼年发病，20 岁后开始发展成皮肤癌。下列叙述错误的是（ ）
A．修复过程需要核酸内切酶和DNA 聚合酶
B．填补缺口时，新链合成以5’到3’的方向进行
C．DNA 有害损伤发生后，在细胞增殖后进行修复，对细胞最有利
D．随年龄增长，XP 患者几乎都会发生皮肤癌的原因，可用突变累积解释
6．（2023·河北·高考真题）关于基因、DNA、染色体和染色体组的叙述，正确的是（ ）
A．等位基因均成对排布在同源染色体上
B．双螺旋DNA 中互补配对的碱基所对应的核苷酸方向相反
C．染色体的组蛋白被修饰造成的结构变化不影响基因表达
D．一个物种的染色体组数与其等位基因数一定相同
7．（2023·海南·高考真题）噬菌体ΦX174 的遗传物质为单链环状DNA 分子，部分序列如图。
下列有关叙述正确的是（ ）
A．D 基因包含456 个碱基，编码152 个氨基酸
B．E 基因中编码第2 个和第3 个氨基酸的碱基序列，其互补DNA 序列是5′-GCGTAC-3′
C．噬菌体ΦX174 的DNA 复制需要DNA 聚合酶和4 种核糖核苷酸
D．E 基因和D 基因的编码区序列存在部分重叠，且重叠序列编码的氨基酸序列相同
8．（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
9．（2022·辽宁·高考真题）选用合适的实验材料对生物科学研究至关重要。下表对教材中相关研究的叙述，
错误的是（ ）
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选项
实验材料
生物学研究
A
小球藻
卡尔文循环
B
肺炎链球菌
DNA 半保留复制
C
枪乌贼
动作电位原理
D
T2 噬菌体
DNA 是遗传物质
A．A
B．B
C．C
D．D
10．（2022·河北·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侵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
二、多选题
11．（2023·辽宁·高考真题）DNA 在细胞生命过程中会发生多种类型的损伤。如损伤较小，RNA 聚合酶经
过损伤位点时，腺嘌呤核糖核苷酸会不依赖于模板掺入mRNA（如图1）；如损伤较大，修复因子Mfd 识
别、结合滞留的RNA 聚合酶，“招募”多种修复因子、DNA 聚合酶等进行修复（如图2）。下列叙述正
确的是（ ）
A．图1 所示的DNA 经复制后有半数子代DNA 含该损伤导致的突变基因
B．图1 所示转录产生的mRNA 指导合成的蛋白质氨基酸序列可能不变
C．图2 所示的转录过程是沿着模板链的5'端到3'端进行的
D．图2 所示的DNA 聚合酶催化DNA 损伤链的修复，方向是从n 到m
12．（2022·河北·高考真题）人染色体DNA 中存在串联重复序列，对这些序列进行体外扩增、电泳分离后
可得到个体的DNA 指纹图谱。该技术可用于亲子鉴定和法医学分析。下列叙述错误的是（ ）
A．DNA 分子的多样性、特异性及稳定性是DNA 鉴定技术的基础
B．串联重复序列在父母与子女之间的遗传不遵循孟德尔遗传定律
C．指纹图谱显示的DNA 片段属于人体基础代谢功能蛋白的编码序列
D．串联重复序列突变可能会造成亲子鉴定结论出现错误
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