第3章基因的本质

第3章基因的本质eq\a\vs4\al()解读章首图文培养学习志向·勇担社会责任章引言按照科学史的顺序：“自从摩尔根提出基因的染色体理论以后，基因在人们的认识中不再是抽象的‘因子’，而是存在于染色体上的一个个单位。”对第1章和第2章知识的逻辑顺序进行了回顾和确认，但又不止步于这两章中科学家的认知水平，而是提出了新的研究问题：“但是基因到底是什么呢？”体现了科学一直在发展的认知观和人类不断追求科学真理的价值观。要解决基因到底是什么的问题，引言首先顺其自然地展示了摩尔根的假设：“我们仍然很难放弃这个可爱的假设：就是基因之所以稳定，是因为它代表着一个有机的化学实体。”摩尔根的假设是否成立，当然需要进行探究，而这恰恰是本章将要学习的内容。因此通过本章的探究学习，这些“谜团”就会迎刃而解。章首页的小诗，抽象和概括了“基因是什么”的研究结果和历程，展现了科学之美、生命之谜，揭示了怀疑、争论、合作对于科学发展的重要意义，激发我们进一步学习的欲望和深入探究的兴趣。章题图是一幅组合图。图的左侧是1953年沃森和克里克在《自然》(Nature)杂志上发表的构建DNA双螺旋结构模型的论文页面，该论文在生物学的发展中具有里程碑式的意义。而且，教材在第2节“思考·讨论”中呼应了这篇论文，因此，这篇划时代的论文会引起我们阅读的兴趣。与论文图搭配的是一幅DNA结构模式图，这幅图从右侧的一个细胞开始，逐步放大细节，从细胞核到染色体，再到蛋白质和DNA结合形成的核小体，直至DNA双螺旋，从整体到局部呈现了染色体和DNA的结构，既表达出遗传物质的结构基础，也带给我们强烈的视觉冲击。现在就让我们带着浓厚的兴趣，进入本章的学习吧。eq\a\vs4\al()理清本章架构初识概念体系·具备系统思维

第1节DNA是主要的遗传物质学有目标——课标要求必明记在平时——核心语句必背1.阐明DNA是主要的遗传物质的探索过程。2.说明DNA是主要的遗传物质。“加法原理”和“减法原理”。4.认同人类对遗传物质的认识是不断深化、不断完善的过程，认同实验技术在证明DNA是遗传物质中的作用。1.格里菲思实验的结论：已经加热致死的S型细菌，含有某种促使R型活细菌转化为S型活细菌的活性物质——转化因子。2.艾弗里实验的结论：DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质，即DNA是遗传物质。3.噬菌体侵染细菌的实验证明了DNA才是遗传物质。4.由于绝大多数生物的遗传物质是DNA，因此说DNA是主要的遗传物质。【主干知识梳理】一、对遗传物质的早期推测二、肺炎链球菌的转化实验1．肺炎链球菌的类型项目有无多糖类荚膜菌落特征有无致病性S型细菌有表面光滑有R型细菌无表面粗糙无2．格里菲思的体内转化实验(1)过程与现象(2)实验结论：已经加热致死的S型细菌，含有某种促使R型活细菌转化为S型活细菌的活性物质——转化因子。3．艾弗里的体外转化实验三、噬菌体侵染细菌的实验1．实验材料：T2噬菌体。(1)结构[填图](2)生活方式：寄生在大肠杆菌体内。2．实验方法：放射性同位素标记法。3．实验过程和现象4．实验结论：DNA才是噬菌体的遗传物质。四、DNA是主要的遗传物质1．烟草花叶病毒侵染烟草的实验(1)烟草花叶病毒的组成：只含有蛋白质和RNA。(2)侵染实验eq\x(\a\al(烟草花,叶病毒))eq\a\vs4\al(\f(分离,))蛋白质—RNA——eq\x(\a\al(分别注,入烟草))eq\a\vs4\al(→烟草未被感染,,→烟草被感染)(3)实验结论：烟草花叶病毒的遗传物质是RNA。2．DNA是主要的遗传物质：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。【教材微点发掘】1．分析格里菲思的体内转化实验(教材P43图32变式)，回答下列问题：(1)实验①②对比说明R型细菌无毒，S型细菌有毒。(2)实验②③对比说明加热致死的S型细菌无毒。(3)实验②③④对比说明加热致死的S型细菌能使部分R型细菌转化为S型细菌。(4)综合以上实验得出的结论是S型细菌中含有一种“转化因子”，能使R型细菌转化为S型细菌。2．下图1为噬菌体侵染细菌的电镜照片，图2表示T2噬菌体侵染细菌过程，结合教材P45相关内容据图回答问题：(1)噬菌体中DNA和蛋白质共有的元素组成是C、H、O、N，蛋白质特有的元素是S，P几乎全部存在于DNA中。(2)子代噬菌体物质合成所需要的原料来源于大肠杆菌，但合成的子代噬菌体与亲代噬菌体几乎相同，原因是指导子代噬菌体合成的遗传物质来自亲代噬菌体。(3)T2噬菌体不能(填“能”或“不能”)在肺炎链球菌体内增殖，原因是T2噬菌体是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒。教材问题提示思考·讨论(教材第46页)1．细菌和病毒作为实验材料，具有以下优点：(1)细菌个体很小，结构简单，是单细胞生物；病毒无细胞结构，只有核酸和蛋白质外壳。易于观察因遗传物质改变导致的结构和功能的变化。(2)繁殖快，细菌20～30min就可繁殖一代，病毒短时间内可大量繁殖。2．从控制自变量的角度，艾弗里在每个实验组中特异性地去除了一种物质，然后观察在没有这种物质的情况下，实验结果会有什么变化。最大的困难是，如何彻底去除细胞中含有的某种物质(如糖类、脂质、蛋白质等)。3．艾弗里采用的主要技术手段有细菌的培养技术、物质的提纯和鉴定技术等。赫尔希等人采用的主要技术手段有噬菌体的培养技术、放射性同位素标记技术，以及物质的提取和分离技术等。(学生可能回答出其他技术，但只要回答出上述主要技术即可)科学成果的取得必须有技术手段作保证，技术的发展需要以科学原理为基础，因此，科学与技术是相互支持、相互促进的。

新知探究(一)肺炎链球菌的转化实验【拓展·深化】1．肺炎链球菌体内与体外转化实验的比较项目体内转化实验体外转化实验科学家格里菲思艾弗里及其同事细菌培养场所小鼠体内体外培养基实验原则R型细菌与S型细菌的毒性对照加热致死的S型细菌的细胞提取物及其经酶处理后的作用对照实验结果加热致死的S型细菌能使R型细菌转化为S型细菌S型细菌的DNA能使R型细菌转化为S型细菌实验结论S型细菌体内有“转化因子”S型细菌的DNA是遗传物质巧妙构思用加热致死的S型细菌注射到小鼠体内作为对照实验来说明确实发生了转化分别用不同的酶处理S型菌细胞提取物的成分，再与R型菌混合培养，然后观察除去相关物质后细胞提取物的功能联系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的延伸；③两实验都遵循对照原则、单一变量原则2．对S型细菌和R型细菌转化的理解(1)转化原理：加热致死的S型细菌，其蛋白质变性失活，DNA在加热过程中，双螺旋解开，氢键断裂，但缓慢冷却时，其结构可恢复。(2)转化实质：S型细菌的DNA片段整合到了R型细菌的DNA中。(3)一般情况下，转化率很低，形成的S型细菌很少，转化后形成的S型细菌可以遗传下去，快速繁殖形成大量的S型细菌，说明S型细菌的DNA是遗传物质。[思考·讨论](1)格里菲思的体内转化四组实验中哪一组发生了细菌转化？对比之后，你能否得出DNA就是转化因子(遗传物质)的结论？提示：第四组。不能，只能得出“S型细菌含有能让R型细菌发生转化的转化因子”这一结论。(2)格里菲思的肺炎链球菌转化实验中，R型活细菌与加热后杀死的S型细菌混合注射到小鼠体内后，从死亡小鼠中是否只分离出S型活细菌？提示：不是，可以分离出S型活细菌和R型活细菌，且R型活细菌数量较多。(3)分析艾弗里的体外转化实验：①艾弗里的体外转化实验中DNA酶、酯酶、RNA酶的作用分别是什么？提示：DNA酶催化DNA水解，酯酶催化酯水解，RNA酶催化RNA水解。②在艾弗里体外转化实验中，能够证明DNA是遗传物质的最关键的实验设计思路是什么？提示：艾弗里的实验思路实际是将S型肺炎链球菌中的细胞提取物分别进行不同的处理，再进行转化实验，单独、直接地观察它们的作用效果。③实验中导致R型细菌转化为S型细菌的遗传物质、原料、能量分别由哪方提供？提示：实现转化时遗传物质来自S型细菌，原料和能量均来自R型细菌。(4)请分析格里菲思的肺炎链球菌转化实验和艾弗里转化实验的关系。提示：肺炎链球菌的转化实验包括格里菲思和艾弗里的实验，其中格里菲思的实验证明了S型细菌体内含有某种转化因子，但并没有证明转化因子是哪种物质。艾弗里的实验则证明了转化因子是S型细菌体内的DNA。【典题·例析】[典例1]如图表示某生物兴趣小组做的肺炎链球菌的转化实验，下列相关叙述错误的是()A．DNA酶的作用是水解S型细菌的DNAB．结果1中S型肺炎链球菌占绝大多数C．该实验证明DNA是遗传物质D．结果2中全部为R型肺炎链球菌[解析]DNA酶的作用是水解S型细菌中的DNA，使其失去转化活性，A正确；结果1中只有少数R型细菌转化为S型细菌，S型肺炎链球菌占少数，B错误；该实验证明DNA是遗传物质，C正确；S型细菌DNA被水解而失去作用，导致S型细菌无法转化为R型细菌，因此结果2中全部为R型肺炎链球菌，D正确。[答案]B[典例2]某研究人员模拟肺炎链球菌转化实验，进行了以下4个实验：①R型细菌的DNA＋DNA酶→加入S型细菌→注射入小鼠②S型细菌的DNA＋DNA酶→加入R型细菌→注射入小鼠③R型细菌＋DNA酶→高温加热后冷却→加入S型细菌的DNA→注射入小鼠④S型细菌＋DNA酶→高温加热后冷却→加入R型细菌的DNA→注射入小鼠以上4个实验中小鼠的情况依次是()A．存活、存活、存活、死亡B．死亡、存活、存活、存活C．死亡、死亡、存活、存活D．存活、死亡、存活、死亡[解析]含有S型细菌的会使小鼠死亡，不含有S型细菌的不会使小鼠死亡。①中含有S型细菌；②中的S型细菌的DNA被DNA酶分解掉，所以只含有R型细菌；③④中经高温加热后R、S型两种细菌均死亡，所以小鼠不死亡。故选B。[答案]B易错提醒—————————————————————————————————肺炎链球菌转化实验的两个常见认识误区(1)并非所有的R型细菌都被转化。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。(2)转化的实质并不是基因发生突变，而是S型细菌的DNA片段整合到了R型细菌的DNA中，即实现了基因重组。—————————————————————————————————————【应用·体验】1．下列关于肺炎链球菌体内和体外转化实验的说法，错误的是()A．二者所用的材料相同，都是R型和S型两种肺炎链球菌B．两实验都遵循对照原则、单一变量原则C．二者均把DNA和蛋白质分开，单独处理并观察它们各自的作用D．体外转化实验是在体内转化实验的基础上进行的解析：答案：C二者所用的材料相同，都是R型和S型两种肺炎链球菌，A正确；两实验都遵循对照原则、单一变量原则，B正确；肺炎链球菌体内转化实验并没有把DNA和蛋白质分开，C错误；体外转化实验是在体内转化实验的基础上进行的，D正确。2．肺炎链球菌有许多类型，有荚膜的S型细菌有毒性，能引起人和小鼠患肺炎，小鼠并发败血症死亡，无荚膜的R型细菌无毒性。如图为细菌转化实验，相关说法错误的是()A．丙组为空白对照，实验结果为小鼠不死亡B．能导致小鼠患肺炎并发败血症死亡的有甲、丁两组C．戊组实验表明，加S型细菌的蛋白质后试管中长出的还是无毒性的R型细菌D．丁组产生的有毒性的肺炎链球菌不能将该性状遗传给后代解析：答案：D含有荚膜的肺炎链球菌是甲、乙、丁三组，煮沸处理能使有荚膜的肺炎链球菌失去毒性，所以只有甲、丁两组能导致小鼠死亡；戊组加S型细菌的蛋白质后，试管中长出的是无毒性的R型细菌；丁组产生的有毒性的S型细菌是由遗传物质改变引起的，可以遗传给后代。新知探究(二)噬菌体侵染细菌的实验【探究·深化】[问题驱动]如图为用32P标记的T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验，根据图示并结合教材内容回答下列问题：(1)本实验采用的是放射性同位素标记技术，为什么用35S和32P进行标记？提示：S是噬菌体蛋白质特有的元素，P几乎都存在于DNA分子中，用放射性同位素32P和35S分别标记噬菌体的DNA和蛋白质，可以单独地观察它们各自的作用。(2)为什么不能直接用含35S和32P的普通培养基来培养T2噬菌体？提示：因为T2噬菌体是细菌病毒，只有在细菌体内才能进行增殖，故应先培养细菌，再用细菌培养T2噬菌体，而不能直接用培养基培养T2噬菌体。(3)能否用14C和18O标记噬菌体？能否用32P和35S同时标记噬菌体？提示：不能，因为DNA和蛋白质都含C和O元素。不能用32P和35S同时标记噬菌体，因为放射性检测时只能检测到放射性存在的部位，不能确定是何种元素的放射性。(4)图2中T2噬菌体侵染大肠杆菌实验中需经过短时间保温后，再进行⑦⑧过程。⑦⑧分别代表搅拌和离心过程，其中⑦的目的是使吸附在细菌上的噬菌体(蛋白质外壳)与细菌分离，⑧的目的是让上清液中析出质量较轻的T2噬菌体颗粒，而离心管的沉淀物中留下被侵染的大肠杆菌。[重难点拨]一、实验结果及误差分析(一)用含32P的噬菌体侵染大肠杆菌(二)用含35S的噬菌体侵染大肠杆菌二、肺炎链球菌体外转化实验和噬菌体侵染细菌实验的比较肺炎链球菌体外转化实验噬菌体侵染细菌实验方法分别用除去蛋白质、RNA、脂质、DNA等成分的S型菌的细胞提取物与R型菌混合培养分别用同位素35S、32P标记噬菌体的蛋白质和DNA结论证明DNA是遗传物质，而蛋白质等不是遗传物质；②说明了遗传物质可发生可遗传的变异①证明DNA是遗传物质，但不能证明蛋白质不是遗传物质；②说明DNA能控制蛋白质的合成；说明DNA能自我复制【典题·例析】[典例1]某校生物研究性学习小组模拟赫尔希和蔡斯做了噬菌体侵染细菌的实验，实验过程如图所示，下列有关分析正确的是()A．理论上，b和c中不应具有放射性B．实验中b含少量放射性与①过程中培养时间过长或过短有关C．实验中c含有放射性与④过程中搅拌不充分有关D．该实验证明了DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质[解析]35S标记的是T2噬菌体的蛋白质外壳，32P标记的是T2噬菌体的DNA，所以离心后，理论上，b和c中不应具有放射性，A正确；35S标记的是T2噬菌体的蛋白质外壳，T2噬菌体侵染细菌时，蛋白质外壳留在外面，经搅拌后与细菌分开，所以若b中含有放射性，说明与②过程中搅拌不充分有关，B错误；实验中c含有放射性与④过程中培养时间过长或过短有关，C错误；该实验只证明了DNA是遗传物质，没有证明蛋白质不是遗传物质，D错误。[答案]A[典例2]如果用15N、32P、35S共同标记噬菌体后，让其侵染未标记的大肠杆菌，在产生的子代噬菌体中，能够找到的标记元素为()A．在外壳中找到15N和35SB．在DNA中找到15N和32PC．在外壳中找到15N和32PD．在DNA中找到15N、32P和35S[解析]噬菌体中P几乎都存在于DNA中，S仅存在于蛋白质中，而N是DNA和蛋白质共有的元素，因此32P只标记DNA,35S只标记蛋白质，而15N可同时标记DNA和蛋白质。噬菌体侵染细菌时，只有DNA进入细菌内，利用细菌的脱氧核苷酸和氨基酸合成子代噬菌体的DNA和蛋白质，故在子代噬菌体中能找到15N和32P标记的DNA，不能找到35S和15N标记的蛋白质。故选B。[答案]B方法规律—————————————————————————————————“二看法”判断子代噬菌体标记情况—————————————————————————————————————【应用·体验】1．(2019·江苏高考)赫尔希和蔡斯的T2噬菌体侵染大肠杆菌实验证实了DNA是遗传物质，下列关于该实验的叙述正确的是()A．实验中可用15N代替32P标记DNAB．噬菌体外壳蛋白是大肠杆菌编码的C．噬菌体DNA的合成原料来自大肠杆菌D．实验证明了大肠杆菌的遗传物质是DNA解析：答案：CN在噬菌体外壳蛋白和DNA中都存在，本实验要标记DNA的特有元素，故不能用15N代替32P，A错误；噬菌体外壳蛋白是由噬菌体的遗传物质编码的，B错误；噬菌体侵染大肠杆菌后，以自身DNA为模板，利用大肠杆菌中的4种脱氧核苷酸为原料，合成子代DNA，C正确；本实验证明噬菌体的遗传物质是DNA，D错误。2．(2021·泰安高一检测)某实验甲组用35S标记的T2噬菌体侵染32P标记的大肠杆菌，乙组用32P标记的T2噬菌体侵染35S标记的大肠杆菌，检测子代噬菌体的放射性情况。下列有关叙述正确的是()A．甲组子代有放射性，乙组子代没有放射性B．甲组子代没有放射性，乙组子代有放射性C．甲、乙两组子代都有放射性D．该实验能证明T2噬菌体的DNA是遗传物质解析：答案：C甲组用35S标记的是T2噬菌体的蛋白质，蛋白质不是遗传物质，在子代噬菌体中不会出现35S，32P标记的大肠杆菌能为T2噬菌体增殖提供原料，使得子代噬菌体有放射性；乙组用32P标记的是噬菌体的DNA，DNA是遗传物质，在子代噬菌体中能检测到放射性，35S标记的大肠杆菌能为T2噬菌体合成蛋白质外壳提供原料，因此子代T2噬菌体也具有放射性，A、B错误，C正确。该实验不能证明T2噬菌体的DNA是遗传物质，D错误。新知探究(三)DNA是主要的遗传物质【探究·深化】[问题驱动](1)新型冠状病毒中有几种核酸、核苷酸、五碳糖和碱基？病毒的遗传物质是否都是RNA?提示：一种、四种、一种和四种；不一定，如噬菌体的遗传物质是DNA。(2)菠菜细胞中含有几种核酸、核苷酸、五碳糖及碱基？细胞核中的遗传物质是DNA，那么细胞质中的遗传物质是DNA还是RNA?提示：两种、八种、两种和五种；细胞质中的遗传物质也是DNA。(3)小麦根尖细胞中的“核酸”和“遗传物质”是否含义相同？为什么？提示：不相同，因为小麦根尖细胞中有DNA和RNA两种核酸，但遗传物质仅指DNA。(4)为什么说DNA是主要的遗传物质？提示：因为大部分生物的遗传物质是DNA，只有极少数生物的遗传物质是RNA，所以DNA是主要的遗传物质。[重难点拨](一)病毒重建及其对烟草叶细胞的感染1．实验过程及现象2．结果分析与结论：重组病毒所繁殖的病毒类型取决于提供RNA的株系。(二)不同生物的遗传物质细胞生物非细胞生物真核生物原核生物多数病毒少数病毒核酸种类DNA和RNADNA和RNADNARNA遗传物质DNADNADNARNA结果绝大多数生物的遗传物质是DNA，只有少部分病毒的遗传物质是RNA结论DNA是主要的遗传物质【典题·例析】[典例1]下图表示科研人员探究“烟草花叶病毒(TMV)遗传物质”的实验过程，由此可以判断()A．水和苯酚的作用是水解病毒的蛋白质和RNAB．TMV的蛋白质不能进入烟草细胞中C．侵入烟草细胞的RNA具有遗传效应D．RNA是TMV的主要遗传物质[解析]水和苯酚的作用是将TMV中的RNA与蛋白质分离开，A错误；能将TMV的蛋白质接种到正常烟草细胞内，B错误；烟草花叶病毒的RNA能使正常烟草感染病毒，说明RNA具有遗传效应，C正确；本实验表明RNA是TMV的遗传物质，而不是表明RNA是TMV的主要遗传物质，D错误。[答案]C[典例2]下列关于生物遗传物质的说法，正确的是()A．同时含有DNA和RNA的生物的遗传物质是DNAB．DNA是主要的遗传物质是指一种生物的遗传物质主要是DNAC．真核生物的遗传物质都是DNA，病毒的遗传物质都是RNAD．肺炎链球菌体外转化实验和噬菌体侵染细菌实验证明了DNA是主要的遗传物质[解析]同时含有DNA和RNA的生物的遗传物质是DNA，A正确；DNA是主要的遗传物质是指绝大多数生物的遗传物质是DNA，B错误；真核生物的遗传物质都是DNA，RNA病毒的遗传物质是RNA，而DNA病毒的遗传物质是DNA，C错误；肺炎链球菌体外转化实验和噬菌体侵染细菌实验证明了DNA是遗传物质，但没有证明DNA是主要的遗传物质，D错误。[答案]A易错提醒—————————————————————————————————有关遗传物质的三点提醒(1)并不是所有的核酸都能作为遗传物质，如细胞生物中的RNA。(2)DNA并不是所有生物的遗传物质，如烟草花叶病毒的遗传物质是RNA。(3)一种生物的遗传物质是唯一的，对某种生物不能说“主要遗传物质”。—————————————————————————————————————【应用·体验】1．如图所示，甲、乙表示两种不同的植物病毒，经重组形成杂种病毒丙，丙侵染植物细胞后，在植物细胞内增殖产生的新一代病毒是()解析：答案：D杂种病毒丙是由病毒甲的蛋白质外壳和病毒乙的核酸组装而成的，核酸为遗传物质，所以子代病毒应与病毒乙相同。故选D。2．下列关于遗传物质的叙述，正确的是()A．豌豆的遗传物质主要是DNAB．新型冠状病毒的遗传物质含有硫元素C．酵母菌的遗传物质主要分布在染色体上D．HIV的遗传物质初步水解产生4种脱氧核苷酸解析：答案：C豌豆是真核生物，其遗传物质是DNA，A错误；新型冠状病毒的遗传物质是RNA，含有C、H、O、N、P元素，但不含硫元素，B错误；酵母菌是真核生物，其遗传物质主要分布在细胞核的染色体上，C正确；HIV的遗传物质是RNA，初步被水解的产物是四种核糖核苷酸，D错误。科学探究——探索遗传物质的实验方法“遗传物质”探索的4种方法【素养评价】1．(2019·海南高考)下列实验及结果中，能作为直接证据说明“核糖核酸是遗传物质”的是()A．红花植株与白花植株杂交，F1为红花，F2中红花∶白花＝3∶1B．病毒甲的RNA与病毒乙的蛋白质混合后感染烟草只能得到病毒甲C．加热杀死的S型肺炎双(链)球菌与R型活菌混合培养后可分离出S型活菌D．用放射性同位素标记T2噬菌体外壳蛋白，在子代噬菌体中检测不到放射性解析：答案：B红花植株与白花植株杂交，F1为红花，F2中红花∶白花＝3∶1，并不能直接证明核酸是遗传物质，A不符合题意；病毒甲的RNA与病毒乙的蛋白质混合后感染烟草只能得到病毒甲，可证明RNA(核糖核酸)是遗传物质，B符合题意；加热杀死的S型肺炎双(链)球菌与R型活菌混合培养后可分离出S型活菌，只能证明加热杀死的S型细菌中含有某种促使R型细菌转化为S型细菌的“转化因子”，并不能证明该转化因子是何种物质，C不符合题意；用放射性同位素标记T2噬菌体外壳蛋白，在子代噬菌体中检测不到放射性，是由于外壳蛋白没有进入大肠杆菌细胞内，不能证明遗传物质是何种成分，D不符合题意。2．烟草花叶病毒(TMV)和车前草病毒(HRV)都是以RNA为遗传物质的病毒，由于所含RNA不同，因而侵染后导致的植物症状不同(如下图所示)。将病毒的RNA和蛋白质分离，使其单独感染植物；或使不同病毒的RNA与蛋白质之间重新组合形成“杂种”病毒，然后使其感染植物。回答下列问题：(1)图(a)、图(b)表现症状不同，其根本原因是________________________。(2)在图中画出叶片A、叶片B、叶片C表现出的感染症状。(3)从以上感染实验可知，起感染作用的是____________________。(4)画出叶片C中繁殖产生的子代病毒的图示。(5)以上实验证明__________________________________________。(6)该实验的设计思路是________________________________________。答案：(1)TMV和HRV具有不同的RNA(2)如图：(3)病毒的RNA(4)如图：(5)TMV和HRV的遗传物质是RNA(6)将病毒的RNA与蛋白质分离，单独研究其遗传功能3．2020年席卷世界的新型冠状病毒肺炎，导致数千万人染病，数十万人死亡。引起这种疾病的罪魁祸首是新型冠状病毒(SARS－CoV－2)，常见的病毒是RNA病毒，那么新型冠状病毒的遗传物质是DNA还是RNA？下面是科研小组为探究新型冠状病毒的遗传物质是DNA还是RNA设计的实验步骤，请将其补充完整。(1)实验目的：________________________________。(2)材料用具：显微注射器，新型冠状病毒的核酸提取液，鼠胚胎干细胞，DNA水解酶和RNA水解酶等。(3)实验步骤：第一步：把新型冠状病毒的核酸提取液分成相同的A、B、C三组，________________________________________________________________________。第二步：取等量的鼠胚胎干细胞分成三组，用显微注射技术分别把A、B、C三组处理过的核酸提取物注射到三组鼠胚胎干细胞中。第三步：将三组鼠胚胎干细胞放在相同且适宜的环境中培养一段时间，然后从培养好的鼠胚胎干细胞中抽取样品，检测是否有新型冠状病毒产生。(4)请预测结果及结论：①________________________________________________________________________；②若B、C两组出现新型冠状病毒，A组没有出现，则该新型冠状病毒的遗传物质是DNA；③若A、B、C三组均出现新型冠状病毒，则新型冠状病毒的遗传物质既不是DNA也不是RNA。解析：(1)由题意知，该实验的目的是探究新型冠状病毒的遗传物质是DNA还是RNA。(3)实验的自变量是是否含有DNA或RNA，因变量是是否出现新型冠状病毒，其他属于无关变量，按照实验设计的对照原则和单一变量原则，实验步骤如下：第一步：把新型冠状病毒核酸提取液分成相同的A、B、C三组，分别用等量的相同浓度的DNA水解酶、RNA水解酶处理A、B两组核酸提取液，C组不做处理。第二步：取等量的鼠胚胎干细胞分成三组，用显微注射技术分别把A、B、C三组处理过的核酸提取物注射到三组鼠胚胎干细胞中。第三步：将三组鼠胚胎干细胞放在相同且适宜的环境中培养一段时间，然后从培养好的鼠胚胎干细胞中抽取样品，检测是否有新型冠状病毒产生。(4)预测结果及结论：①若A、C两组出现新型冠状病毒，B组没有出现，则新型冠状病毒的遗传物质是RNA；②若B、C两组出现新型冠状病毒，A组没有出现，则新型冠状病毒的遗传物质是DNA；若A、B、C三组出现新型冠状病毒，则新型冠状病毒的遗传物质既不是DNA也不是RNA。答案：(1)探究新型冠状病毒的遗传物质是DNA还是RNA(3)分别用等量的相同浓度的DNA水解酶、RNA水解酶处理A、B两组核酸提取液，C组不做处理(4)若A、C两组出现新型冠状病毒，B组没有出现，则新型冠状病毒的遗传物质是RNA

[课时跟踪检测][理解·巩固·落实]1．判断下列叙述的正误，对的打“√”，错的打“×”。(1)有荚膜的S型肺炎链球菌有毒，无荚膜的R型肺炎链球菌无毒，所以荚膜有毒。(×)(2)格里菲思和艾弗里分别用不同的方法证明DNA是遗传物质。(×)(3)可用含32P的培养基培养T2噬菌体，以使其DNA带上放射性。(×)(4)肺炎链球菌体外转化实验和噬菌体侵染细菌的实验均可说明DNA是主要的遗传物质。(×)2．如图表示肺炎链球菌的转化实验，下列有关说法正确的是()A．该实验模拟的是艾弗里实验B．从d中死亡小鼠中提取的S型细菌可能是R型细菌自身变化而来C．从d中死亡小鼠中提取的S型细菌可能是死亡的S型细菌“死而复生”D．该实验证明加热致死的S型细菌中含有某种转化因子，使R型细菌转化为S型细菌解析：答案：D该实验模拟的是格里菲思实验，A错误；b实验否定了从死亡小鼠中提取的S型细菌是R型细菌自身变化而来的可能，B错误；c实验否定了从死亡小鼠中提取的S型细菌是死亡S型细菌“死而复生”的可能，C错误；该实验证明加热致死的S型细菌中含有某种转化因子，使R型细菌转化为S型细菌，D正确。3．艾弗里的体外转化实验证明，促使R型细菌转化为S型细菌的转化因子是()A．S型细菌的蛋白质 B．S型细菌的DNAC．R型细菌的DNA D．S型细菌的荚膜多糖解析：答案：B艾弗里通过体外转化实验证明，促使R型细菌转化为S型细菌的是S型细菌的DNA。4．在证明DNA是遗传物质的过程中，T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验发挥了重要作用。下列与该噬菌体相关的叙述，正确的是()A．T2噬菌体也可以在肺炎链球菌中复制和增殖B．T2噬菌体病毒颗粒内可以合成蛋白质C．培养基中的32P经宿主摄取后可出现在T2噬菌体的核酸中D．新型冠状病毒与T2噬菌体的核酸类型相同解析：答案：CT2噬菌体只能侵染大肠杆菌，不能侵染肺炎链球菌，A错误；病毒没有细胞结构，不能独立生活，T2噬菌体病毒颗粒内不可以合成蛋白质，B错误；T2噬菌体侵染大肠杆菌时，其DNA进入大肠杆菌细胞内，以大肠杆菌的脱氧核苷酸为原料，合成子代噬菌体的DNA，而核苷酸中含有P，则培养基中的32P经宿主摄取后可出现在T2噬菌体的核酸中，C正确；新型冠状病毒为RNA病毒，T2噬菌体为DNA病毒，二者所含核酸类型不同，D错误。5．下列关于生物的遗传物质的叙述，错误的是()A．某一生物体内的遗传物质只能是DNA或RNAB．除部分病毒外，生物的遗传物质都是DNAC．绝大多数生物的遗传物质是DNAD．细胞中DNA较多，所以DNA是主要的遗传物质解析：答案：D在生物中，只有部分病毒的遗传物质是RNA，绝大多数生物的遗传物质是DNA。故选D。6．为研究R型肺炎链球菌转化为S型肺炎链球菌的转化物质是DNA还是蛋白质，进行了肺炎链球菌体外转化实验，其基本过程如图所示，下列叙述正确的是()A．甲组培养皿中只有S型菌落，推测加热不会破坏转化物质的活性B．乙组培养皿中有R型及S型菌落，推测转化物质是蛋白质C．丙组培养皿中只有R型菌落，推测转化物质是DNAD．该实验能证明肺炎链球菌的主要遗传物质是DNA解析：答案：C甲组中培养一段时间后可发现有极少的R型菌转化成了S型菌，因此甲组培养皿中不仅有S型菌落也有R型菌落，A错误；乙组培养皿中加入了蛋白酶，故在乙组的转化中已经排除了蛋白质的干扰，应当推测转化物质是DNA，B错误；丙组培养皿中加入了DNA酶，DNA被水解后R型菌便不发生转化，故可推测是DNA参与了R型菌的转化，C正确；该实验只能证明肺炎链球菌的遗传物质是DNA，无法证明还有其他的物质也可做遗传物质，D错误。7.在噬菌体侵染细菌的实验中，随着培养时间的延长，培养基内噬菌体与细菌的数量变化如图所示，下列相关叙述错误的是()A．噬菌体增殖所需的原料、酶、能量均来自细菌B．在O～t1时间内，噬菌体还未侵入到细菌体内C．在t1～t2时间内，噬菌体侵入细菌体内导致细菌大量死亡D．在t2～t3时间内，噬菌体因失去寄生场所而停止增殖解析：答案：B噬菌体属于病毒，必须在宿主细胞内才能代谢和繁殖，模板是亲代噬菌体的DNA，原料是细菌体内的脱氧核苷酸和氨基酸，能量是细菌提供的ATP，场所是细菌的核糖体，A正确；在O～t1时间内，噬菌体可能已侵入到细菌体内，但还没有大量繁殖，B错误；在t1～t2时间内，由于噬菌体侵入细菌体内，导致细菌大量死亡，C正确；在t2～t3时间内，被侵染的细菌已裂解死亡，所以噬菌体因失去寄生场所而停止增殖，D正确。8．赫尔希和蔡斯通过T2噬菌体侵染细菌的实验证明DNA是遗传物质，实验包括六个步骤：①噬菌体侵染大肠杆菌②用35S或32P标记噬菌体③上清液和沉淀物的放射性检测④离心分离⑤子代噬菌体的放射性检测⑥噬菌体与大肠杆菌混合培养最合理的实验步骤顺序为()A．⑥①②④③⑤ B．②⑥①③④⑤C．②⑥①④③⑤ D．②⑥①④⑤③解析：答案：C该实验首先要用32P和35S分别标记T2噬菌体，然后将标记的T2噬菌体和未标记的大肠杆菌混合培养，使T2噬菌体侵染大肠杆菌，保温培养一段时间后，充分搅拌，离心分离，最后对上清液和沉淀物的放射性进行检测，以此来判断DNA和蛋白质在亲子代之间的传递情况。故选C。9．如图为肺炎链球菌转化实验的部分图解，请据图回答：(1)该实验是____________________所做的肺炎链球菌转化实验的部分图解。(2)该实验是在______________实验的基础上进行的。(3)S型细菌的细胞提取物中，使R型细菌发生转化的物质最可能是________。(4)为进一步探究细胞提取物中使R型细菌发生转化物质的化学成分，他们又设计了下面的实验。实验中加入DNA酶的目的是__________________，当细胞提取物中加入DNA酶时，他们观察到的实验现象是______________________。(5)该实验能够说明________________________。解析：(1)由实验图解可看出，这是肺炎链球菌的体外转化实验，是艾弗里及其同事所做的。(2)该实验是在格里菲思实验的基础上为进一步证明“转化因子”的化学成分而设计的。(3)组成S型细菌的有机化合物中，除去大部分蛋白质、脂质、糖类等，剩余的物质最可能是核酸。(4)酶具有专一性，DNA酶可以特异性地水解DNA，细胞提取物中加入DNA酶时，培养基中只出现R型细菌。(5)通过对照实验说明，蛋白质、RNA和脂质不是遗传物质，DNA是遗传物质。答案：(1)艾弗里及其同事(2)格里菲思(3)核酸(4)催化细胞提取物中DNA的水解培养基中只出现R型细菌(5)蛋白质、RNA和脂质不是遗传物质，DNA是遗传物质[迁移·应用·发展]10．(多选)下图是用35S标记的噬菌体侵染不含放射性的细菌，保温、搅拌、离心后获得上清液和沉淀物的示意图。下列相关叙述正确的是()A．35S标记的是噬菌体的蛋白质外壳B．若保温时间过长，则沉淀物中放射性增强C．若搅拌不充分，则沉淀物中放射性增强D．该实验说明蛋白质不是噬菌体的遗传物质解析：答案：AC噬菌体的DNA中不含S元素，蛋白质外壳中含有S元素，所以35S标记的是噬菌体的蛋白质外壳，A正确；若保温时间过长，会导致细菌裂解，释放子代噬菌体，而子代噬菌体不具有放射性，所以沉淀物中放射性不会增强，B错误；若搅拌不充分，吸附在细菌表面的噬菌体外壳不能充分和细菌分开，会随细菌沉淀到试管的底部，则导致沉淀物中放射性增强，C正确；此实验只能证明DNA是遗传物质，蛋白质没有进入细菌，不能证明蛋白质不是遗传物质，D错误。11．细菌转化是指某一受体细菌通过直接吸收来自另一供体细菌的一些含有特定基因的DNA片段，从而获得供体细菌的相应遗传性状的现象，如肺炎链球菌转化实验。S型肺炎链球菌有荚膜，菌落光滑，可致病，对青霉素敏感。在多代培养的S型细菌中分离出了两种突变型：R型，无荚膜，菌落粗糙，不致病；抗青霉素的S型(记为PenrS型)。现用PenrS型细菌和R型细菌进行下列实验，对其结果的分析最合理的是()A．甲组中部分小鼠患败血症，注射青霉素治疗后均可康复B．乙组中可观察到两种菌落，加青霉素后仍有两种菌落继续生长C．丙组培养基中含有青霉素，所以生长的菌落是PenrS型细菌D．丁组培养基中无菌落生长解析：答案：D抗青霉素的S型(PenrS型)细菌的DNA是转化因子。在甲组中，将加热致死的PenrS型细菌与活的R型活细菌混合注射到小鼠体内，部分活的R型细菌会转化为PenrS型细菌，部分小鼠会患败血症，注射青霉素治疗后，体内有抗青霉素的S型细菌存在的小鼠不能康复，A不符合题意；在乙组中，PenrS型细菌的DNA与活的R型活细菌混合培养，可观察到R型细菌和PenrS型细菌两种菌落，加青霉素后R型细菌生长受到抑制，只有PenrS型菌落继续生长，B不符合题意；丙组培养基中含有青霉素，活的R型细菌不能生长，也不能发生转化，因此无菌落出现，C不符合题意；丁组中因为PenrS型细菌的DNA被DNA酶催化水解而无转化因子，且活的R型细菌不抗青霉素，因此培养基中无菌落生长，D符合题意。12．在探究生物的遗传物质的相关实验研究中，有如下的实验过程或理论解释。Ⅰ.图1是关于肺炎链球菌R型细菌的转化过程图。据研究，并非任意两株R型细菌与S型细菌之间的接触都可发生转化，凡能发生转化的，其R型细菌必须处于感受态，产生一些感受态特异蛋白，包括膜相关DNA结合蛋白、细胞壁自溶素和几种核酸酶。Ⅱ.图2是部分研究人员做的关于肺炎链球菌的体外转化实验过程图(图中表示无毒性R型细菌，表示有毒性S型细菌)。Ⅲ.图3是噬菌体的蛋白质和DNA在侵染过程中的检测数据。请回答下列问题：(1)图1中，步骤________是将S型细菌加热致死的过程，S型细菌的DNA双链片段与A细胞膜表面的相关DNA结合蛋白结合，其中一条链(a)在______酶的作用下水解，另一条链(b)与感受态特异蛋白结合进入R型细菌细胞内。完成步骤④后，这条链(b)在相关酶的作用下，形成____(填“单”或“双”)链整合进R型细菌的DNA中，这种变异属于________。(2)图2中，实验最关键的设计思路是___________________________________________________________________________________________________________________。(3)图3中所示实验中，以噬菌体为研究材料，利用____________________技术，分别用32P和35S标记噬菌体，用标记的噬菌体侵染细菌，从而追踪在侵染过程中DNA和蛋白质的位置变化。实验结果表明：______(填整数)min后的曲线变化基本上可说明DNA与蛋白质实现分离。图中“被侵染的细菌的存活率”曲线基本保持在100%，这组数据的意义是作为对照组，以证明________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)实验过程中，首先要将S型细菌加热致死，因此步骤①是将S型细菌加热致死的过程。S型细菌的DNA双链片段与A细胞膜表面的相关DNA结合蛋白结合，其中一条链(a)在核酸酶(DNA水解酶)的作用下水解，另一条链(b)与感受态特异蛋白结合进入R型细菌细胞内。将外源DNA片段整合到R型细菌的DNA双链，需要限制性内切核酸酶切割形成末端和DNA连接酶进行缝合，从而实现基因重组。(2)图2中，实验最关键的设计思路是把S型细菌的DNA和蛋白质等分开，单独、直接地观察它们在细菌转化中的作用。(3)标记噬菌体利用了放射性同位素标记技术，用含32P和35S的培养基分别培养大肠杆菌，再用噬菌体分别侵染被32P和35S标记的大肠杆菌的方法获得被32P和35S标记的噬菌体。图中“被浸染的细菌存活率”曲线基本保持在100%，本组数据的意义是作为对照组，以证明细菌没有裂解，没有子代噬菌体释放出来。答案：(1)①核酸(DNA水解)双基因重组(2)把S型细菌的DNA和蛋白质等分开，单独、直接地观察它们在细菌转化中的作用(3)放射性同位素标记2细菌没有裂解，无子代噬菌体释放出来

第2节DNA的结构学有目标——课标要求必明记在平时——核心语句必背1.概述DNA结构的主要特点。2.通过对DNA双螺旋结构模型构建过程的交流和讨论，认同交流合作、多学科交叉在科学发展中的作用。3.制作DNA双螺旋结构模型。1.DNA双螺旋结构的主要特点：①两条脱氧核苷酸链反向平行；②脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；③碱基通过氢键连接成碱基对，排列在内侧。2.双链DNA分子中，嘌呤碱基数＝嘧啶碱基数，即A＋G＝T＋C。3.互补碱基之和的比例在DNA的任何一条链及整个DNA分子中都相等。【主干知识梳理】一、DNA双螺旋结构模型的构建1．构建者：美国生物学家沃森和英国物理学家克里克。2．构建历程3．模型的特点及意义二、DNA的结构项目特点整体结构由两条脱氧核苷酸链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构基本骨架由脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架碱基配对两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，排列在内侧并且遵循碱基互补配对原则：A与T配对、G与C配对三、制作DNA双螺旋结构模型1．目的要求：通过制作DNA双螺旋结构模型，加深对DNA结构特点的认识和理解。2．制作程序【教材微点发掘】1．下图为DNA的结构模式图，据图回答有关问题：(1)写出图中相应序号表示的物质或结构：①胸腺嘧啶；②脱氧核糖；③磷酸；④胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸；⑤胞嘧啶；⑥腺嘌呤_；⑦鸟嘌呤；⑧胞嘧啶。(2)脱氧核糖中的1′C是指与碱基相连的碳，5′C是指与磷酸基团相连的碳。(3)从图中看出DNA两条链是反向平行的依据是：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．在沃森和克里克在构建模型的过程中，借鉴利用了他人的哪些经验和成果？提示：①当时科学界已发现的证据；②英国生物物理学家威尔金斯和富兰克林提供的DNA衍射图谱；③奥地利生物化学家查哥夫的研究成果：腺嘌呤(A)的量总是等于胸腺嘧啶(T)的量，鸟嘌呤(G)的量总是等于胞嘧啶(C)的量。教材问题提示(一)思考·讨论(教材第48、49页)1．(1)DNA是由两条链构成的。它的立体结构为：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。(2)DNA的基本骨架包括脱氧核糖和磷酸，它们排列在DNA的外侧。(3)DNA中的碱基通过氢键连接成碱基对，它们位于DNA的内侧。碱基配对有一定的规律：A一定与T配对，G一定与C配对。2．要善于利用他人的研究成果和经验；要善于与他人交流、合作，闪光的思想是在交流与碰撞中获得的；研究小组成员在知识背景上最好是互补的，对所从事的研究要有兴趣和激情等。(二)探究·实践(教材第51页)1．DNA虽然只含有4种脱氧核苷酸，但是碱基的排列顺序却是千变万化的。碱基排列顺序的千变万化，使DNA储存了大量的遗传信息。2．(1)靠DNA碱基对之间的氢键维系两条链的偶联；(2)在DNA双螺旋结构中，由于碱基对平面之间相互靠近，形成了与碱基对平面垂直方向的相互作用力(该点可不作要求)。3．可从DNA的结构来进行推测，如从碱基互补配对原则出发去思考。新知探究(一)DNA的结构【探究·深化】[问题驱动]坐落在北京中关村高新科技园区的DNA雕塑，以它简洁而独特的造型吸引着过往行人，它象征着中关村生生不息的精神，寓意创新的生命更加顽强。（1）该双螺旋模型代表的双链之间通过什么键连接？提示：氢键。(2)该双螺旋模型代表的双链长度是否相等？为什么？提示：相等。两条链之间通过碱基互补配对，所以两条链的脱氧核苷酸数目相等。(3)DNA中的N、P分别存在于脱氧核苷酸的哪种成分中？提示：N存在于含氮碱基中，P存在于磷酸基团中。(4)为什么“G—C”含量越多的DNA越耐高温？提示：G—C之间的氢键数量是3个，而A—T之间的氢键数量是2个，所以含“G—C”越多则结构越稳定，越不容易被高温破坏。(5)DNA分子中，每个脱氧核糖均连接一个磷酸和一个碱基吗？提示：DNA分子中，每个脱氧核糖均连接一个碱基；而除3′端的脱氧核糖只连接一个磷酸外，其他部位的脱氧核糖均连接两个磷酸。[重难点拨]一、DNA分子的结构及特点1．由图1得到以下信息：(4)DNA初步水解的产物是脱氧核苷酸，彻底水解的产物是磷酸、脱氧核糖和含氮碱基。2．图2是图1的简化形式，其中①是磷酸二酯键，②是氢键。二、DNA分子的结构特性1．稳定性：DNA中脱氧核糖和磷酸交替连接的方式不变，两条链间碱基互补配对的方式不变。2．多样性：DNA分子中碱基对(脱氧核苷酸对)的排列顺序多种多样，构成了DNA的多样性→遗传信息的多样性→生物多样性。3．特异性：每种DNA都具有不同于其他DNA的特定的碱基排列顺序。【典题·例析】[典例](2021·锦州高一检测，多选)如图是人体细胞中某DNA片段结构示意图。下列有关叙述正确的是()A．图中X代表磷酸基团，A代表腺嘌呤B．DNA的基本骨架是N所示连接的碱基对C．每个脱氧核糖上均连着两个磷酸和一个碱基D．DNA双链中，嘌呤总数等于嘧啶总数[解析]图中X代表磷酸基团，A代表腺嘌呤，A正确；脱氧核糖和磷酸交替连接，构成DNA的基本骨架，B错误；每条链3′端的脱氧核糖上连着一个磷酸，C错误；DNA双链中，嘌呤与嘧啶配对，嘌呤总数等于嘧啶总数，D正确。[答案]AD方法技巧————————————————————————————————巧用“五、四、三、二、一”记忆DNA的结构—————————————————————————————————————【应用·体验】1．(2021·济南外国语学校高一月考)如图是某DNA分子的部分结构示意图，下列叙述正确的是()A．该DNA分子中①与②比例为2∶1B．该DNA分子的多样性与其空间结构有关C．该DNA一条链中碱基⑥和③通过氢键相连D．该DNA分子的两条链中⑥的数量可能不等解析：答案：D该DNA分子中①磷酸与②脱氧核糖的比例为1∶1，A错误；DNA分子的空间结构只有双螺旋结构一种，不具有多样性，B错误；处于一条链中的互补碱基不能通过氢键相连，C错误；一个DNA分子两条链中，某个碱基的数量可以不等，D正确。2．下列关于威尔金斯、沃森、克里克、富兰克林和查哥夫等人在DNA分子结构构建方面突出贡献的说法，正确的是()A．威尔金斯和富兰克林提供了DNA分子的电子显微镜图像B．沃森和克里克提出了DNA分子的双螺旋结构模型C．查哥夫提出了A与T配对、C与G配对的正确关系D．富兰克林和查哥夫发现A的量等于T的量、C的量等于G的量解析：答案：B威尔金斯和富兰克林提供了DNA衍射图谱，A错误；查哥夫发现腺嘌呤的量总是等于胸腺嘧啶的量，鸟嘌呤的量总是等于胞嘧啶的量，C错误；沃森和克里克提出了DNA双螺旋结构模型，D错误，故选B。新知探究(二)DNA分子中有关碱基数量的计算【拓展·深化】1．碱基互补配对原则在双链DNA分子中，A＝T，G＝C，A1＝T2，T1＝A2，G1＝C2，C1＝G2。如图：2．DNA分子中碱基数量关系的规律(1)规律一：在双链DNA分子中，嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数，各占全部碱基数的一半，或“不互补碱基之和相等，比值为1”。即：A＋G＝T＋C＝A＋C＝G＋T(A＋G)/(T＋C)＝(A＋C)/(G＋T)＝1(2)规律二：在双链DNA分子中，互补碱基之和的比值在两条链中和整个DNA分子中相等。即：若(A1＋T1)/(G1＋C1)＝m，则(A2＋T2)/(G2＋C2)＝(A＋T)/(G＋C)＝m。(3)规律三：在双链DNA分子中，不互补碱基之和的比值在两条链中互为倒数，在整个DNA分子中为1。即：若(A1＋G1)/(T1＋C1)＝n，则(A2＋G2)/(T2＋C2)＝1/n，双链DNA分子中(A＋G)/(T＋C)＝1。注意：规律二和规律三可巧记为“补则等，不补则倒”。[思考·讨论](1)在整个双链DNA分子中，嘌呤总数是否等于嘧啶总数？在DNA分子一条单链中呢？提示：整个双链DNA分子中，嘌呤总数等于嘧啶总数，因为A＝T，G＝C，所以A＋G＝T＋C。在DNA分子一条单链中，上述关系一般不成立。(2)某双链DNA分子中，鸟嘌呤占23%，求腺嘌呤占多少？提示：27%。(3)在DNA的一条单链中，(A＋G)/(T＋C)＝0.4，上述比例在其互补链和整个DNA分子中分别是多少？提示：2.5和1。(4)若DNA的一个单链中，(A＋T)/(G＋C)＝0.4，上述比例在其互补链和整个DNA分子中分别是多少？提示：0.4和0.4。【典题·例析】[典例1]下面四个DNA分子的一条单链与其所在DNA分子中、一条单链与其互补链中碱基数目比值的关系图，错误的是()[解析]DNA分子中，(A＋C)/(T＋G)一定等于1；一条单链中(A＋T)/(G＋C)与其互补链中(A＋T)/(G＋C)及DNA分子中(A＋T)/(G＋C)都相等；一条单链中(A＋C)/(G＋G)与其互补链中(A＋C)/(T＋G)互为倒数，一条单链中(A＋C)/(T＋G)＝0.5时，则其互补链中(A＋C)/(T＋G)＝2。故选C。[答案]C[典例2]在一个DNA分子中，腺嘌呤与胸腺嘧啶之和占全部碱基总数的54%。若其中一条链的胞嘧啶占该链碱基总数的22%，胸腺嘧啶占28%，则另一条链上，胞嘧啶、胸腺嘧啶分别占该链碱基总数的()A．24%、26% B．22%、28%C．27%、23% D．20%、30%[解析]已知双链DNA分子中，腺嘌呤与胸腺嘧啶之和占全部碱基的54%，即A＋T＝54%，则A＝T＝27%，C＝G＝50%－27%＝23%。又已知一条链上的胞嘧啶占该链碱基总数的22%、胸腺嘧啶占28%，即C1＝22%，T1＝28%，根据碱基互补配对原则，C＝(C1＋C2)÷2，所以C2＝24%，同理T2＝26%。故选A。[答案]A方法规律————————————————————————————————解答DNA分子中有关碱基计算的“三步曲”—————————————————————————————————————【应用·体验】1．在搭建DNA模型的实验中，若有4种碱基塑料片共20个，其中4个C,6个G,3个A,7个T，脱氧核糖和磷酸之间的连接物14个，脱氧核糖塑料片40个，磷酸塑料片100个，代表氢键的连接物若干，脱氧核糖和碱基之间的连接物若干，则()A．能搭建出20个脱氧核苷酸B．所搭建的DNA片段最长为7个碱基对C．能搭建出410种不同的DNA分子模型D．能搭建出一个4个碱基对的DNA分子片段解析：答案：D每个脱氧核苷酸由一分子磷酸、一分子脱氧核糖和一分子含氮碱基组成。根据碱基互补配对原则，4个C、6个G、3个A、7个T能配对4个G—C和3个A—T，共7个碱基对。但本题中脱氧核糖和磷酸的连接物仅为14个，大大制约了搭建的模型中脱氧核苷酸数。分析DNA结构模型，14个脱氧核糖和磷酸的连接物能搭建的模型中每条链最多4个脱氧核苷酸，最多能搭建出一个含有4个碱基对的DNA分子片段，共含有8个脱氧核苷酸，理论上能搭建出44种不同的DNA分子模型。故选D。2．某双链DNA分子含有400个碱基，其中一条链上A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4。下列表述正确的是()A．该DNA分子的另一条链上A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4B．该DNA分子共有腺嘌呤60个C．该DNA分子共有鸟嘌呤160个D．其中一条链中(A＋T)/(G＋C)＝3/7，另一条链中(A＋T)/(G＋C)＝7/3解析：答案：B根据碱基互补配对原则，该DNA分子另一条链上A∶T∶G∶C＝2∶1∶4∶3，则A＋T占该链碱基总数的比例为30%，G＋C占70%，即DNA分子中A＋T占30%，G＋C占70%，共有A＝T＝400×(30%÷2)＝60(个)，G＝C＝400×(70%÷2)＝140(个)，A、C错误，B正确；该DNA分子一条链中(A＋T)/(G＋C)＝3/7，则另一条链中(A＋T)/(G＋C)＝3/7，D错误。科学视野——DNA分子杂交技术和DNA指纹技术DNA分子杂交的基础是具有互补碱基序列的DNA分子，可以通过碱基对之间形成氢键等，形成稳定的双链区。其基本原理就是应用核酸分子的变性和复性的性质，使来源不同的DNA片段，按碱基互补关系形成杂交双链分子。DNA分子杂交技术可以用来比较不同种生物DNA分子的差异。当两种生物的DNA单链具有互补的碱基序列时，互补的碱基序列就会结合在一起，形成杂合双链区；在没有互补碱基序列的部位，仍然是两条游离的单链(如图所示)。形成杂合双链区的部位越多，说明这两种生物的亲缘关系越近。人的遗传信息主要分布于染色体上的DNA中。两个随机个体具有相同DNA序列的可能性微乎其微，因此，DNA可以像指纹一样用来识别身份，这种方法就是DNA指纹技术。因为每个人的DNA指纹图是独一无二的，所以我们可以根据分析指纹图的吻合程度来帮助确认身份。【素养评价】1．已知病毒的核酸有双链DNA、单链DNA、双链RNA和单链RNA四种类型，现发现了一种新病毒，要确定其核酸属于上述哪一种类型，应该()A．分析碱基类型，确定碱基比率B．分析碱基类型，分析五碳糖类型C．分析蛋白质的氨基酸组成，分析碱基类型D．分析蛋白质的氨基酸组成，分析核糖类型解析：答案：A含有碱基T的核酸为DNA，含有碱基U的核酸为RNA，双链DNA中A＝T，G＝C。分析碱基类型和五碳糖类型只能确定是DNA还是RNA，无法确定是双链还是单链结构，所以还得确定碱基比率。故选A。2．如图为DNA测序仪显示的某真核生物DNA片段一条链的碱基排列顺序图片。其中图1的碱基排列顺序已经解读，其顺序是：GGTTATGCGT，那么图2显示的碱基排列顺序应该是()A．GCTTGCGTAT B．GATGCGTTCGC．TAGTCTGGCT D．GCTGAGTTAG解析：答案：B图1为DNA测序仪显示的某真核生物DNA片段一条链的碱基排列顺序图片。图1的碱基排列顺序已经解读，其顺序是：GGTTATGCGT，所以图中碱基序列应从下向上读，且由左至右的顺序依次是ACGT，所以图2中碱基序列是：GATGCGTTCG，B正确。3．DNA指纹技术正发挥着越来越重要的作用，可用于亲子鉴定、侦察罪犯等方面，请思考并回答下列有关DNA指纹技术的问题。(1)DNA亲子鉴定中，DNA探针必不可少，DNA探针是一种已知碱基顺序的DNA片段。请问用DNA探针检测基因所用的原理是________________________________________。现在已知除了同卵双生双胞胎外，每个人的DNA都是独一无二的，就好像指纹一样，这说明：__________________________________________________。(2)为了确保实验的准确性，需要克隆出较多的DNA样品。若一个只含31P的DNA分子被32P标记的脱氧核苷酸为原料连续复制3次后，含32P的单链占全部单链的________。(3)DNA指纹技术可应用于尸体的辨认工作中，煤矿瓦斯爆炸事故中尸体的辨认就可借助于DNA指纹技术。①如表所示为分别从尸体和死者生前的生活用品中提取的某条染色体上同一区段DNA单链的碱基序列，根据碱基配对情况判断(不考虑基因突变)，A、B、C三组DNA中不是同一人的是________组。A组B组C组尸体中的DNA碱基序列ACTGACGGTTGGCTTATCGAGCAATCGTGC家属提供的DNA碱基序列TGACTGCCAACCGAATAGCACGGTAAGACG②为什么从尸体与死者家属提供的死者生前的生活用品中分别提取的DNA可以完全互补配对？______________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)DNA探针检测基因依据的原理是碱基互补配对原则和DNA分子的特异性。每个人的DNA独一无二，说明DNA分子具有多样性；每个人又有特定的DNA序列，说明DNA分子具有特异性。(2)一个双链被31P标记的DNA分子，在复制过程中，只能提供2条含31P的单链，复制3次后，得到8个DNA分子、16条脱氧核苷酸链，其中只有2条单链含31P，所以含32P的单链占全部单链的(16－2)/16＝7/8。(3)①分析表格可知，A组尸体中的DNA碱基序列和家属提供的DNA碱基序列能完全进行互补配对，但B组与C组的不能完全配对，说明B、C组不是同一个人的。②一个人的所有细胞都来自同一个受精卵的有丝分裂，不考虑基因突变时，家属提供的死者生前物品上的DNA与死者尸体中的DNA相同，碱基可以完全互补配对。答案：(1)碱基互补配对原则和DNA分子的特异性DNA分子具有多样性和特异性(2)7/8(3)①B、C②人体所有细胞均由一个受精卵经有丝分裂产生，细胞核中均含有相同的遗传物质(或DNA)[课时跟踪检测][理解·巩固·落实]1．判断下列叙述的正误，对的打“√”，错的打“×”。(1)在DNA模型构建过程中，沃森和克里克曾尝试构建三螺旋结构模型。(√)(2)DNA是由四种核糖核苷酸连接而成的。(×)(3)在DNA分子中一定存在如下数量关系：A＝G，C＝T。(×)(4)DNA的一条单链中相邻两个碱基通过氢键连接。(×)(5)双链DNA分子中的每个磷酸都与两个五碳糖相连接。(×)2．DNA分子具有双螺旋结构，下列有关叙述错误的是()A．双螺旋结构由科学家沃森和克里克提岀B．两条链反向平行C．脱氧核糖和磷酸交替排列构成基本骨架D．碱基间通过肽键构成碱基对解析：答案：DDNA分子双螺旋结构由科学家沃森和克里克提岀，A正确；DNA分子是由两条反向平行的脱氧核苷酸长链盘旋而成的，B正确；DNA分子中，脱氧核糖和磷酸交替连接构成基本骨架，排列在外侧，碱基排列在内侧，C正确；碱基间通过氢键构成碱基对，D错误。3.在制作DNA双螺旋结构模型时，如图为两个脱氧核苷酸的模型。其中圆代表磷酸，下列说法正确的是()A．方形可能代表A、T、C、U四种含氮碱基B．两个圆可用别针(代表共价键)连接，以形成DNA的侧链C．别针(代表共价键)应连接在一个核苷酸的五边形和另一个核苷酸的圆上D．如果两个脱氧核苷酸分别位于链的两侧，两个模型方向相同解析：答案：C方形表示的是含氮碱基，有A、T、G、C四种，没有U，A错误；圆表示的是磷酸；五边形表示的是脱氧核糖。在DNA单链中，脱氧核苷酸之间通过3′，5′磷酸二酯键相连，即别针应连接在一个核苷酸的五边形和另一个核苷酸的圆上，而不是两个圆之间，B错误，C正确。两条DNA单链模型的位置关系应为反向平行，D错误。4．DNA由反向平行的两条脱氧核苷酸长链组成。如果DNA的一条链上某碱基序列是5′－AGCTGCG－3′，则另一条链与之配对的部分是()A．5′－CGCAGCT－3′ B．5′－TCGACGC－3′C．5′－AGCTGCG－3′ D．5′－GCGTCGA－3′解析：答案：A双链DNA的两条单链通过碱基互补配对，且两条单链方向相反。故选A。5．下列与生物体内核酸分子功能多样性无关的是()A．核苷酸的组成种类 B．核苷酸的连接方式C．核苷酸的排列顺序 D．核苷酸的数量解析：答案：B核酸包括DNA和RNA，两种物质功能不同。DNA由4种脱氧核苷酸组成，RNA由4种核糖核苷酸组成；核苷酸的数量和排列顺序的不同，决定了核酸分子结构的多样性，结构的多样性决定了功能的多样性；组成核酸的核苷酸分子之间都是通过磷酸二酯键连接的。故选B。6．下列关于沃森和克里克构建DNA双螺旋结构模型的叙述，错误的是()A．沃森和克里克构建DNA双螺旋结构模型是建立在DNA分子以4种脱氧核苷酸(碱基为A、T、G、C)为单位连接而成的长链的基础上B．威尔金斯和富兰克林通过对DNA衍射图谱的有关数据进行分析，得出DNA分子呈螺旋结构C．沃森和克里克曾尝试构建了多种模型，但都不科学D．沃森和克里克最后受腺嘌呤(A)的量总是等于胸腺嘧啶(T)的量，鸟嘌呤(G)的量总是等于胞嘧啶(C)的量的启发，构建出了科学的模型解析：答案：B沃森和克里克以威尔金斯和富兰克林提供的DNA衍射图谱的有关数据为基础，推算出DNA分子呈螺旋结构。故选B。7．下列关于DNA分子结构的叙述，正确的是()A．每个DNA分子都是以四种脱氧核苷酸为基本单位连接而成的单链结构B．DNA分子中的每个磷酸均连接着两个脱氧核糖C．DNA分子一条链上的相邻碱基通过“磷酸脱氧核糖磷酸”相连D．双链DNA分子的两条链之间总是嘌呤和嘧啶形成碱基对解析：答案：D每个DNA分子都是以四种脱氧核苷酸为基本单位连接而成的，一般为双链结构，A错误；DNA分子中的大多数磷酸连接着两个脱氧核糖，只有每条链有一个末端的磷酸只连接一个脱氧核糖，B错误；DNA分子一条链上的相邻碱基通过“脱氧核糖磷酸脱氧核糖”相连接，C错误；双链DNA分子的两条链之间总是嘌呤和嘧啶形成碱基对，D正确。8．20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)A．猪的DNA结构比大肠杆菌的DNA结构更稳定一些B．小麦和鼠的DNA所携带的遗传信息相同D．同一生物不同组织的DNA碱基组成相同解析：答案：D大肠杆菌DNA中(A＋T)/(C＋G)的值小于猪的，说明大肠杆菌DNA所含C—G碱基对的比例较高，而C—G碱基对含三个氢键，因此大肠杆菌的DNA结构稳定性高于猪的，A错误；虽然小麦和鼠的DNA中(A＋T)/(C＋G)的值相同，但不能代表二者的碱基序列与数目相同，B、C错误；同一生物的不同组织所含DNA的碱基序列是相同的，因此DNA碱基组成也相同，D正确。9．假设一个DNA分子片段中碱基A共有312个，占全部碱基总数的26%，则此DNA分子片段中碱基G所占的百分比和数目分别是()A．26%；312 B．24%；312C．26%；288 D．24%；288解析：答案：D双链DNA分子中，非互补配对碱基之和占碱基总数的一半。某DNA分子片段，含有312个碱基A，占全部碱基总数的26%，则此DNA片段中碱基G所占百分比为50%－26%＝24%，数目＝312/26%×24%＝288(个)。故选D。10．如图是DNA分子片段的结构图，请据图回答问题：(1)图甲是DNA分子片段的__________结构，图乙是DNA分子片段的________结构。(2)写出图中部分结构的名称：[2]______________、[5]__________________。(3)从图中可以看出DNA分子中的两条长链是由________和________交替连接的。(4)碱基配对的方式为：__________与__________配对，__________与__________配对。(5)从图甲中可以看出，组成DNA分子的两条链的方向是________的；从图乙中可以看出，组成DNA分子的两条链相互盘旋成________的________结构。解析：(1)从图中可以看出：甲表示的是DNA分子片段的平面结构，而乙表示的是DNA分子片段的立体(或空间)结构。(2)图中2表示的是一条脱氧核苷酸长链的片段，而5表示的是腺嘌呤脱氧核苷酸。(3)从图甲的平面结构可以看出，DNA分子中脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成了基本骨架。(4)DNA分子两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，且有一定规律：A与T配对，G与C配对。(5)从图甲中可以看出，组成DNA分子的两条脱氧核苷酸链是反向平行的；从图乙中可以看出，组成DNA分子的两条脱氧核苷酸链相互盘旋成有规则的双螺旋结构。答案：(1)平面立体(或空间)(2)一条脱氧核苷酸长链的片段腺嘌呤脱氧核苷酸(3)脱氧核糖磷酸(4)A(腺嘌呤)T(胸腺嘧啶)G(鸟嘌呤)C(胞嘧啶)(5)反向有规则双螺旋[迁移·应用·发展]11．(2021·北京朝阳区高一抽测)20世纪90年代，科学家发现DNA也有酶催化活性，他们根据共有序列设计并合成了由47个核苷酸组成的单链DNAE47，它可以催化两个DNA片段之间的连接。下列有关叙述正确的是()A．在单链DNAE47中，嘌呤碱基数一定等于嘧啶碱基数B．在单链DNAE47中，碱基数＝脱氧核苷酸数＝脱氧核糖数C．单链DNAE47作用的底物和DNA聚合酶作用的底物是相同的D．在单链DNAE47中，每个脱氧核糖上均连有一个磷酸和一个含氮碱基解析：答案：B单链DNA中嘌呤碱基数不一定等于嘧啶碱基数；单链DNAE47催化DNA片段间的连接，DNA聚合酶则催化单个脱氧核苷酸的连接；在脱氧核苷酸链中的脱氧核糖可连有两个(或一个)磷酸和一个含氮碱基。故选B。12．(多选)对DNA分子的碱基进行数量分析，可以通过检测其中某种碱基的数目及其比例来推断其他碱基数目及其比例。假如检测某DNA分子得知碱基A的数目为x，其比例为y，以下推断错误的是()A．碱基总数量为x/yB．碱基C的数目为xy－1)C．嘌呤数与嘧啶数之比为x/(1－y)D．碱基G的比例为(1－y)/2解析：答案：BCD根据题意知，A＝x，则T＝x，它们所占比例均为y，则碱基总数量为x/y；C＋G＝x/y－A－T＝x/y－2x，则C＝G＝xeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1/2y－1))；嘌呤数与嘧啶数之比为1；碱基G的比例为(1－2y)/2。13．(多选)下图是DNA片段的结构示意图，下列有关叙述正确的是()A．该片段中A＋T的含量等于G＋C的含量B．②与③结合在一起的结构是脱氧核苷C．③