高三生物第一轮复习——基因的本质人教实验版知识精讲

高三生物第一轮复习——基因的本质人教实验版
【本讲教育信息】
一. 教学内容：
基因的本质
二. 重点和难点：
1.教学重点
DNA是主要的遗传物质
DNA分子复制的条件、过程和特点
说明基因和遗传信息的关系
2.教学难点
肺炎双球菌转化实验的原理和过程
DNA分子结构的主要特点
DNA分子的复制
三. 具体内容：
A. DNA是主要的遗传物质
遗传和变异是生物界的普遍现象，那么，生命是怎样将遗传物质传递给后代的呢？（一）在遗传学发展的早期，科学家们设想，作为遗传物质必须具备以下四个基本条件：
①在细胞生长和繁殖的过程中能够精确地复制自己；
②具有贮存巨大数量遗传信息的潜在能力；
③能够指导蛋白质的生物合成，从而控制生物的性状和新陈代谢过程；
④结构比较稳定，但在特殊情况下又能发生突变，而且突变以后还能继续复制，并能遗传给后代。

（二）染色体与生物遗传的关系：
染色体与生物遗传的关系图解如下：
染色体在生物的传种接代中能够保持一定的稳定性和连续性，因此在生物的遗传上起着主要作用。

早期人们认为蛋白质是遗传物质的观点占主导地位。

（三）DNA是遗传物质的直接证据
肺炎双球菌的转化实验
转化的概念：是指一种生物由于接受了另一种生物的遗传物质（DNA或RNA），而表现出后者的遗传性状，或发生遗传性状改变的现象。

R型细菌：菌落粗糙，菌体无荚膜，无毒，球菌。

S型细菌：菌落光滑，菌体有荚膜，有毒，球菌。

问题：
1. S型细菌的荚膜有何作用？
S型细菌的荚膜由多糖构成，其作用是保护细菌不被感染的动物的正常抵抗机制所杀死，从而使人或小鼠致病。

对人，它能导致肺炎；对小鼠，则导致败血症。

2. 在实验中被加热杀死的S型细菌为什么不能使小鼠致死？
被加热杀死的S型细菌失去了增殖及感染小鼠细胞的能力。

3. 证明这种起转化作用的因子是DNA而不是S型细菌其他的成分的实验思路是什么？
实验过程中必须想办法把蛋白质和DNA分开，单独、直接地观察它们的作用和功能，才能确定究竟谁在起遗传作用。

噬菌体侵染细菌的实验
（1）噬菌体
噬菌体是一种专门寄生在细菌体内的病毒，是由一个蛋白质的多面体的外壳和一个DNA组成，如图所示
（2）对噬菌体进行同位素标记
著名科学家赫尔希和蔡斯，用含有35S或32P的培养基培养细菌，然后用T2噬菌体去浸染这种细菌，噬菌体繁殖数代后，T2噬菌体的外壳蛋白被35S标记或DNA被32P标记。

B. DNA分子的结构
1. DNA分子的基本组成单位——脱氧核苷酸
脱氧核苷酸的组成： 1分子磷酸
腺嘌呤A
脱氧核苷酸 1分子含氮碱基 鸟嘌呤G
胞嘧啶C
胸腺嘧啶T
1分子脱氧核糖
2. DNA 双螺旋结构的特点：
① DNA 分子是由两条链组成的，这两条链按反向平行方式（即一条链为3'~5'，另一条链为5'～3'）盘旋成双螺旋结构。

②DNA 分子中的脱氧核糖与磷酸交替连接（以3'，5'—磷酸二酯键），排列在外侧；碱基对排列在内侧。

③DNA 分子两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，碱基配对按碱基配对原则，A 与T 配对，G 与C 配对，其中在A 与T 之间形成两个氢键，在C 与G 之间形成三个氢键。

3. DNA 分子的特性
（1）多样性
DNA 是几乎所有生物的遗传物质，一个DNA 分子的碱基对只有4种，从四种碱基中任选三种在一条链上作全排列的形式就有43=64种。

假设一条链上有4000个碱基，按全排列的公式推算则有多少种排列顺序呢?通过计算可以得出44000种。

（2）特异性
每个特定的DNA 分子都具有特定的碱基排列顺序，这种特定的碱基排列顺序就构成了DNA 分子自身严格的特异性。

DNA 是主要的遗传物质，它既有特异性又有多样性，四种脱氧核苷酸排列的特定顺序，包含特定的遗传信息。

这样就能从分子水平说明生物多样性和个体之间差异的原因。

人类中找不到两个人的指纹完全相同就在于此。

（3）稳定性
不同的DNA 分子由于碱基对的排列顺序存在着差异，因此每一个DNA 分子的碱基对都有其特定的排列顺序，这种特定的排列顺序包含着特定的遗传信息，从而使DNA 分子具有特异性。

4. 碱基互补配对原则的计算方法归纳
规律计算法：
① 整个DNA 分子中：
1;.1;;;.≠++≠+++≠+=+++=+==T A C G C G T A C G T A C
T G A C T G A G C T A a
② 在DNA 两条互补链之间： α链中C T G A ++=β链中该比值的倒数；α链中G
C T A ++=β链中该比值。

③ 整个DNA 分子与其包含的两条链之间：
a. 整个DNA 分子相对应的两种碱基之和（A+T 或C+G ）所占比例=其每一单链中这两种碱基之和占单链中碱基数的比例。

d. DNA 分子复制前后某种碱基数量的计算：
若某DNA 分子含某碱基x 个，则该DNA 分子进行n 次复制，需含该碱基的脱氧核苷酸分子数=互补的碱基的脱氧核苷酸分子数=（2n -1）x 个。

C. DNA 的复制
1. 概念：是指以亲代DNA 分子为模板来合成子代DNA 的过程。

DNA 的复制实质上是遗传信息的复制。

2. DNA 复制的时间和场所：间期、细胞核中（主要）。

3. DNA 分子复制过程：解旋、子链合成、聚合
（1）解旋提供准确模板：在ATP 供能、解旋酶的作用下，DNA 分子两条脱氧核苷酸链配对的碱基从氢键处断裂，于是部分双螺旋解旋为两条平行双链，此过程叫解旋。

解开的两条单链叫母链（模板链）。

（2）互补配对合成互补子链：以上述解开的两条脱氧核苷酸链为模板。

在酶的作用下，以周围环境中游离的脱氧核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则，合成两条与母链互补的子链。

（3）聚合子母链结合形成新DNA 分子：在DNA 聚合酶的作用下，随着解旋过程的进行，新合成的子链不断地延伸，同时每条子链与其对应的母链互相盘绕成螺旋结构，解旋完即复制完，形成新的DNA 分子，这样一个DNA 分子就形成两个完全相同的DNA 分子。

4. 复制的特点
（1）半保留复制，即新DNA 分子中都保留了原来DNA 分子的一条链。

（2）边解螺旋边复制。

5. 准确复制的原因：一是因为它具有独特的双螺旋结构，能为复制提供模板；二是因为它的碱基互补配对能力，能够使复制准确无误。

6. 必需条件：模板、原料、能量和酶
（1）模板：解旋后的两条单链都可以分别作模板。

（2）原料：周围环境中的游离脱氧核苷酸，以碱基互补配对原则，与模板链上的相应碱基互补配对。

（3）能量：A TP 。

（4）酶：DNA 聚合酶、DNA 连接酶等。

7. 意义：复制完成后的两个DNA 分子，以染色体的形态，随细胞有丝分裂平均地分到两
个子细胞中。

因此，DNA复制在遗传上有很重要的意义。

D. 基因是有遗传效应的DNA片段
①基因与性状的关系：是控制性状的遗传物质的结构、功能单位，特定基因控制相应的性状。

②基因与DNA的关系：具有遗传效应的DNA片段，一个DNA含有多个基因。

③基因的位置：核基因（主要的），质基因（线粒体、叶绿体内）。

④基因与染色体的关系：染色体为主要载体，且在染色体上呈线性排列。

⑤基因与脱氧核苷酸的关系：每个基因含有成百上千个脱氧核苷酸。

⑥脱氧核苷酸的顺序代表遗传信息，脱氧核苷酸顺序的特异性和多样性决定基因的多样性和特异性。

⑦基因中有n个碱基对（n对脱氧核苷酸），基因有2n种变化。

【典型例题】
[例1] 用32P标记噬菌体的DNA，用35S标记噬菌体的蛋白质，用这种噬菌体去侵染大肠杆菌，则在新形成的噬菌体中（）
A. 不可能检测到32P
B. 可能检测到35S
C. 可能检测到32P和35S
D. 大部分检测不到32P
解析：在噬菌体侵染细菌的过程中，噬菌体的蛋白质外壳没有进入细菌细胞，而是噬菌体的DNA进入了细菌细胞。

新形成的噬菌体外壳（蛋白质）的原料（含S的氨基酸）来自细菌细胞中，所以，新形成的噬菌体体内不可能检测到35S。

故选项（B）、（C）是错误的。

新形成的噬菌体中的DNA原料（脱氧核苷酸）也来自细菌细胞中，应该说在新形成的噬菌体中也不可能检测到32P，但由于带有32P的噬菌体DNA在侵染时已注入到细菌细胞中，由这一部分DNA组成的噬菌体中可以检测到32P。

答案：D
[例2] 下列叙述中，错误
．．的一项是（）
A. 染色体是遗传物质DNA的主要载体
B. 染色体是由DNA和蛋白质组成的
C. 在光学显微镜下看不见DNA分子
D. 细胞内的DNA大部分在染色体上
解析：这是一组关于染色体与DNA的关系及染色体组成成分的表述，要求掌握染色体和DNA的相关知识后才能正确识别。

染色体“主要”是由DNA和蛋白质组成的，除此以外还有其他物质参与构成染色体。

DNA分子是一个分子水平的概念，普通的光学显微镜下是看不见的。

而染色体内除了含有DNA和蛋白质外，还有少量的RNA。

答案：B
[例3] 组成小麦的遗传物质的核苷酸有（）
A. 2种
B. 4种
C. 5种
D. 8种
正确解法：①小麦细胞中的核酸有两种：脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）。

DNA分子基本组成单位是脱氧核糖核苷酸，有4种；RNA分子的基本组成单位是核糖核苷酸，也有4种，所以核酸的基本组成单位有8种，碱基则有5种（2种嘌呤碱基，3种嘧啶碱基）；②每一种生物的遗传物质只有2种核酸中的1种，DNA是主要的遗传物质，当生物的细胞中2种核酸同时具有时，其中的DNA分子是遗传物质，只有在没有DNA分子的生物体中，RNA才是遗传物质，如烟草花叶病毒，小麦的遗传物质是DNA，所以组成小麦的遗传物质基本单位是4种脱氧核糖核苷酸。

答案：B
[例4] 一个DNA分子中有碱基A20个，占全部碱基的20%，若DNA连续复制2次，需要碱基C（）
A. 20个
B. 30个
C. 90个
D. 120个
解析：首先由碱基A的数目和所占的比例，计算出DNA分子中碱基总数为20÷20%=l00个；再计算出每个DNA分子中碱基C所占的比例数目，由于A占20%，则C所占的比例为50%—20%=30%，因为两个非互补碱基之和占整个DNA分子碱基总数的50%，这样该DNA分子中的碱基C的数目为30个。

又由于1个DNA分子连续复制2次共产生4个DNA 分子，其中2条链来自亲代的DNA分子，DNA分子复制所需要的碱基数目相当于3个DNA 分子中的碱基总数。

每个DNA分子中有碱基C 30个，3个DNA分子共需要碱基C 90个。

答案：C
[例5] 下列关于双链DNA的叙述，错误的是（）
A. 若一条链上A和T的数目相等，则另一条链上A和T数目也相等
B. 若一条链上A的数目大于T，则另一条链上A的数目小于T
C. 若一条链上的A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，则另一条链上也是A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4
D. 若一条链的G∶T=1∶2，则另一条链的C∶A=1∶2
解析：此题考查的知识点是DNA双螺旋结构中的碱基互补配对原则，即A对T、G对C，由此推测两条链上互补碱基的数量关系是A＝T、G＝C。

本题的各选项均可用此数量关系来判断。

从选项（C）“若一条链上的A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4”，可对应出另一条链是T∶A∶C∶G＝1∶2∶3∶4，调整为A∶T∶G∶C的顺序，应等于2∶1∶4∶3。

答案：C
[例6] 具有100个碱基对的一个DNA分子区段，内含40个胸腺嘧啶，如果连续复制两次，则需游离的胞嘧啶脱氧核苷酸数目是（）
A. 60
B. 80
C. 120
D. 180
解析：根据碱基互补配对原则，可以计算出亲代DNA分子中胞嘧啶（C）的数量为（200－40－40）/2=60（个）；亲代DNA分子经过连续两次复制，会形成4个子代DNA分子，由于DNA复制方式为半保留复制，在形成的4个子代DNA分子中，有两个保留了亲代DNA 各一条母链，所以连续复制两次，需提供相当于净合成3个与亲代一样的DNA所需的原料，故需游离的胞嘧啶脱氧核苷酸的数目为60×3＝180（个）。

答案：D
[例7] 下列关于基因的叙述中，不正确的是（）
A. 不同的基因含有不同的遗传信息
B. 每一个DNA分子片断都是一个基因
C. 每一个基因分别控制着不同的遗传性状
D. 基因存在于染色体上，且在染色体上呈直线排列
解析：萨顿假说提出了基因和染色体行为存在着明显的平行关系，而摩尔根通过果蝇的遗传实验进一步证实了基因存在于染色体上，并且在染色体上呈线性排列。

现在研究结果表明，每一条染色体只含有一个DNA分子，每个DNA分子上有很多个基因，每个基因中又可以含有成百上千个脱氧核苷酸。

每一个基因都是特定的DNA片段，控制不同的遗传性状。

由于不同基因的脱氧核苷酸的排列顺序（碱基顺序）不同，因此，不同的基因就含有不同的遗传信息。

答案：B
【模拟试题】（答题时间：30分钟）
1. 下列哪一项所述不能作为DNA是主要遗传物质的理由（）
A. 现代细胞学的研究已经提供了DNA是主要的遗传物质的有力证据
B. 通过反复细致的化学分析已经得知，细胞里面的DNA主要在染色体上
C. 现代遗传学的研究已经提供了DNA是主要的遗传物质的充分证据
D. 已有充分的科学研究资料证明，绝大多数生物都是以DNA作为遗传物质
2. 下列叙述中哪一项不是遗传物质必备的特点（）
A. 一定存在于染色体中
B. 能够自我复制
C. 分子结构相对稳定
D. 能产生可遗传的变异
3. 如果用15N、32P、35S标记噬菌体后，让其侵染细菌，在产生的子代噬菌体的组成结构成分中，能够检测到放射性元素的是（）
A. 可在外壳中检测到15N和35S
B. 可在DNA中检测到15N和32P
C. 可在外壳中检测到15N
D. 可在DNA中检测到15N、32P、35S
4. 噬菌体侵染细菌并释放子代噬菌体的正确顺序是（）
A. ①②③④⑤
B. ②⑤③①④
C. ⑤②③④①
D. ⑤②①③④
5. 用DNA 酶处理从S 型细菌中提取的DNA ，并使DNA 分解，就不能使R 型细菌发生转化。

下列关于这一实验目的的叙述中，不正确的是（ ）
A. 此实验从反面证明了DNA 是遗传物质
B. 此实验说明了DNA 的分解产物不是“转化因子”
C. 此实验目的是证明DNA 水解酶能分解DNA
D. 此实验是艾弗里对遗传物质研究的重要工作之一
6. 烟草花叶病毒（TMV ）和车前草病毒（HRV ）都能感染烟草叶片，但二者致病病斑不同，如图A 。

有人用这两种病毒做实验，具体步骤和结果如右图所示，请分析B 图中（a ）、（b ）、（c ）三个实验结果回答下列问题： 蛋白质外壳 RNA
TMV
HRV 蛋白质外壳 RNA （a ） （b ）
A
B
（a ） （b ） （c ）
（d ）
（1）a 表示用TMV 的感染烟叶，结果。

（2）b 表示用感染烟叶，结果。

（3）c 表示用和_____________组成的“杂种病毒”感染烟叶，结果。

（4）d 表示用人工合成的“杂种病毒”产生的后代是。

（5）整个实验说明了。

（6）该实验的设计思想是。

7. 在制作DNA 双螺旋模型时，各“部件”之间需要连接。

下列连接中，错误的是（ ）
8. 在DNA的各种碱基数量比中，因生物种类不同而有别的是（）
A. （A+C）/（T+G）
B. （A+G）/（C+T）
C. （A+T）/（G+C）
D. A/T
9. 实验中，加热下列DNA片段，最稳定的是（）
10. 现有一待测核酸样品，经检测后，对碱基个数统计和计算得到下列结果：（A+T）/（G+C）=1，（A+ G）/（T +C）=1，根据此结果，该样品（）
A. 无法被确定是脱氧核糖核酸还是核糖核酸
B. 可被确定为双链DNA
C. 无法确定是单链DNA还是双链DNA
D. 可被确定为单链DNA
11. 保证准确无误地进行DNA复制的关键步骤是（）
A. 解旋酶促使DNA的两条互补链分离
B.游离的脱氧核苷酸与母链碱基进行互补配对
C.配对的脱氧核苷酸之间连接成与母链互补的子链
D.模板母链与互补子链盘绕成双螺旋结构
12. 假设含有一对同源染色体的一个精原细胞的DNA分子用15N标记，并供给14N的原料，该细胞进行减数分裂产生的4个精子中，含有15N标记的DNA的精子所占比例为（）
A. 0
B. 25%
C. 50%
D. 100%
13. 下列关于基因的叙述：①基因是DNA分子上有遗传效应的片段，基因全部在染色体上；②基因具有储存遗传信息、通过复制传递遗传信息和通过转录、翻译表达遗传信息的功能；③基因是控制生物性状的遗传物质的功能结构单位；④基因在DNA分子双链上成对存在其中正确的叙述是（）
A. ①②③④
B. ①②③
C. ②③④
D. ②③
【试题答案】
1. B
2. A
3. B
4. B（噬菌体侵染细菌的过程可概括为吸附、注入、合成、组装、释放）
5. C
6.（1）蛋白质外壳烟草叶片未受感染（2）HRV的RNA 烟草叶片受感染（3）TMV的蛋白质外壳HRV的RNA 烟草叶片受感染（4）HRV病毒（5）RNA 是遗传物质，蛋白质不是遗传物质（6）最好把RNA和蛋白质区分开，直接地、单独地去观察RNA和蛋白质的作用
7. B 8. C 9. B 10. C 11. B 12. D 13. D。