3.4 基因通常是有遗传效应的DNA片段-【新课程能力培养】2024-2025学年高中生物必修2 遗传与进化学习手册（人教版2019）

学 高 中 生 物 必 修 2 （人教版） 第 4节 基因通常是有遗传效应的 DNA片段 核 心 素 养 1. 通过实例， 认识生命现象， 揭示生命规 律。 （生命观念） 2. 比较归纳基因、 DNA 和染色体的关系。 （科学思维） 知识点一 说明基因与 DNA 关系的实例 知 识 梳 理 分析基因与 DNA 的关系 1. 通过教材 P57 思考·讨论 1 分析可得出， 大肠杆菌拟核区的一个 DNA 分子中， 碱 基对总数是 4.7×10 6 ， 其中基因中的碱基 对总数为 4.4×10 6 。 2. 通过教材 P58 思考·讨论 3 分析可得出， 在人类基因组 DNA 中， 构成基因的碱基 数占碱基总数的比例不超过 2% 。 通过 1 和 2 总结： 基因是 DNA 分子的 。 但由于生物种类的不同， 基因占 DNA 分子的比例有所区别， 原核生物所占 比例更大一些。 3. 通过教材 P57 思考·讨论 2 分析可得出， 水母含有绿色荧光蛋白基因， 能发出绿色 荧光。 将绿色荧光蛋白基因转入小鼠体 内， 小鼠也能像水母一样发出绿色荧光。 即绿色荧光蛋白基因具有遗传效应， 可通 过指导蛋白质的合成控制生物的性状， 使 生物体发出绿色荧光。 通过 1 、 2 和 3 总结 ： 基因通常是有 的 DNA 片段。 教 材 拓 展 整理总结染色体、 DNA 和基因三者之间 的关系， 并以你认为最简明的形式表示出来。 要 点 精 析 基因 （ gene ） 这个词是 1909 年由遗传 学家约翰逊提出来的， 用来表示遗传的独立 单位， 相当于孟德尔在豌豆实验中提出的遗 传因子。 存在于一对同源染色体的相同位置 上控制同一性状不同表现类型的 D 基因和 d 基因是等位基因， 高茎豌豆的基因型是 DD 或 Dd 。 但约翰逊只是提出了基因的符号， 没有提出基因的物质概念。 例 1 大肠杆菌细胞的拟核有 1 个 DNA 分 子， 长度约为 4.7×10 6 bp （碱基对）， 在该 DNA 分子上分布有大约 4400 个基因， 每个 基因的平均长度约为 1000 bp 。 根据题中信 息， 不能得出的结论是 （ ） A． 基因位于 DNA 分子上 B． 1 个 DNA 分子上有多个基因 C． DNA 分子上有非基因片段 D． DNA 分子的碱基对总数与所含有的基因 的碱基对总数相等 答案： D 解析： 该 DNA 分子上分布有大约 4400 个基 因， 每个基因的平均长度约为 1000 bp ， 则 54 学 第 3章 基因的本质 所有基因含有的碱基对总数约为 4.4×10 6 个， 小于 DNA 分子含有的碱基对总数， 这同时也 说明 DNA 分子上有非基因片段， 故选 D 。 知识点二 DNA 片段的遗传信息 知 识 梳 理 1. 通过对教材中思考讨论的分析可知， 一个 DNA 分子上有许多个基因， 每一个基因 都是特定的 DNA 片段， 有着特定的遗传 效应。 那么 DNA 分子的遗传信息储存在 。 DNA 分子中的碱基 有 4 种， 若一个基因由 23 个碱基对组成， 那么该基因的碱基对的排列顺序可以有 种。 2. DNA 分子的结构特点 （ 1 ） ： 碱基排列顺序的千变万化， 构成了 DNA 的多样性。 具 n 个碱基对 的 DNA 具有 4 n 种碱基对排列顺序。 （ 2 ） ： 每种 DNA 分子都有其特定 的碱基对排列顺序。 （ 3 ） 稳定性： 两条链中磷酸与脱氧核糖交替 连接的顺序不变， 碱基对构成方式不 变等。 教 材 拓 展 染色体、 DNA 、 基因、 脱氧核苷酸之间 的关系 要 点 精 析 1. 一个必清： DNA 分子中脱氧核苷酸的排 列顺序代表了遗传信息。 基因通常是具有 遗传效应的 DNA 片段。 2. 三个结构特点： （ 1 ） DNA 的两条脱氧核苷酸链反向平行盘 旋成规则的双螺旋结构。 （ 2 ） DNA 双螺旋结构的基本骨架是由脱氧 核糖和磷酸交替连接而成的。 （ 3 ） DNA 上的碱基对严格遵循碱基互补配 对原则， 通过氢键连接。 3. 四个复制条件： DNA 复制需要模板、 解 旋酶和 DNA 聚合酶、 能量、 原料等条件。 例 2 如图表示脱氧核苷酸、 基因、 DNA 和 染色体间的关系。 下列有关叙述错误的是 （ ） A. d 是脱氧核苷酸， 其种类取决于 c 的种类 B. 基因通常是具有遗传效应的 f 片段 C. e 含有的碱基总数等于 f D. e 在 h 上呈线性排列 答案： C 解析： 图中 c 为含氮碱基， d 为脱氧核苷酸， 根据含氮碱基不同， 可将脱氧核苷酸分为四 种， A 正确； 基因 （ e ） 通常是有遗传效应 的 DNA （ f ） 片段， 故基因 （ e ） 含有的碱基 总数小于 f ， B 正确， C 错误； 基因 （ e ） 的 主要载体是 （ h ） 染色体， 并在其上呈线性 排列， D 正确。 染色体是 DNA 的主要载体 染色体 DNA 每条染色体上含有一个或 两个 DNA 分子 是主要的遗传物质 基因 每个 DNA 分子含有许多个基因 是遗传物质的结构和功能单位 基因是有遗传效 应的 DNA 片段 基因在染色体 上呈线性排列 每个基因中含有许多脱氧核苷酸 基因的脱氧核 苷酸排列顺序 代表遗传信息 脱氧核苷酸 a 磷酸 b 糖 c d e 基因 f h 染色体 g 55 学 高 中 生 物 必 修 2 （人教版） 例 3 下列关于基因、 DNA 、 遗传信息和染 色体的描述， 不正确的是 （ ） A. 遗传信息是指 DNA 中碱基的排列顺序 B． 碱基排列顺序的千变万化， 构成了 DNA 分子的多样性和特异性 C． 不管是原核生物还是真核生物， 体内所 有基因的碱基总数均小于 DNA 分子的碱 基总数 D． 染色体是 DNA 的主要载体， 每一条染色 体上都只有一个 DNA 分子 答案： ABD 解析： RNA 病毒的遗传物质是 RNA ， 所以 遗传信息是指 DNA 或 RNA 中碱基的排列 顺序， A 错误； 碱基排列顺序的千变万化， 构成了 DNA 分子的多样性， 碱基的特定排 列顺序构成了每一个 DNA 分子的特异性， B 错误； 生物体内所有基因的碱基总数小于 DNA 分子的碱基总数， C 正确； DNA 主要 存在于染色体上， 一条染色体上通常只有一 个 DNA 分子， 但在染色体复制过程中着丝 粒未分裂时， 一条染色体上有两个 DNA 分 子， D 错误。 变式训练 （不定项 ） 基因通常是有遗传效应的 DNA 片段。 下列关于基因与 DNA 的说法， 不正确的是 （ ） A． 同一条染色体上的 DNA 和基因的复制与 分离总是同步的 B． 同源染色体上含有等位基因 A 、 a 的两个 DNA 分子中 （ A＋G ） / （ T＋C ） 的值不同 C． 豌豆体细胞中的基因都是成对存在的 ， 在产生配子时成对的基因都彼此分离 D． 同一生物体不同细胞的结构和功能不同 的根本原因是所含基因不同 56 （人教版）高 中 生 物 必 修 2 核苷酸有 60 个； 该 DNA 分子复制 3 次， 需要原料腺嘌 呤脱氧核苷酸数为 （ 2 3 －1 ） ×60＝420 （个）。 一个用 15 N 标 记的 DNA 分子， 放在 14 N 的环境中培养， 复制 4 次后， 根据 DNA 分子半保留复制的特点， 子代 DNA 分子都含 有 14 N ， 即含有 14 N 的 DNA 分子总数为 2 4 ＝16 （个）。 7. （ 1 ） 将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞， 从 而保持了遗传信息的连续性 （ 2 ） 全保留复制 全保 留复制 可以分出中、 轻两条密度带 分散复制 （ 3 ） 半保留复制 【解析】 （ 2 ） 若子代 Ⅰ 离心后能分辨出轻 （两条链 均被 14 N 标记） 和重 （两条链均被 15 N 标记 ) 两条密度 带， 则 DNA 分子的复制方式是全保留复制。 如果子代 Ⅰ 离心后只有 1 条中等密度带， 则不可能是全保留复 制， 可能是半保留复制或分散复制 （没有全轻和全重）。 若是半保留复制， 子代 Ⅱ 离心后能分出中、 轻两条密度 带， 且各占 1/2 ； 若是分散复制， 子代 DNA 离心后不能 分出中、 轻两条密度带。 （ 3 ） 分析图 B ， 子代 Ⅰ 都是 中等密度带， 子代 Ⅱ 中的中、 轻密度带各占 1/2 ， 这与 半保留复制的特点相吻合。 第 4节 基因通常是有遗传效应的 DNA片段 学习手册 知识点一 说明基因与 DNA 关系的实例 知识梳理 2. 片段 3. 遗传效应 教材拓展 提示： 染色体主要由 DNA 和蛋白质组成， 基因通 常是有遗传效应的 DNA 片段。 能说明其关系即可， 形 式不限。 知识点二 DNA 片段的遗传信息 知识梳理 1. 4 种碱基排列顺序之中 4 23 2. （ 1 ） 多样性 （ 2 ） 特异性 要点精析 变式训练 BCD 练习手册 基础练习 1. B 【解析】 每条染色体上的 DNA 分子数可以是 1 个或 2 个， A 错误； 每个 DNA 分子上可以有许多个基 因， C 错误； 基因也是双链结构， 基因在染色体上可以 成对存在， D 错误。 2. A 【解析】 此图为基因在染色体上呈线性排列 图示。 3. D 【解析】 基因是有遗传效应的核酸分子片段， 而核酸包括 DNA 和 RNA ， A 正确； 一个 DNA 片段上 可以有多个基因， D 错误。 4. A 【解析】 图中含有碱基 T 而不含有 U ， 据此可判 断该分子是 DNA 的某一片段， 而不是 RNA 的某一片段， A 正确， D 错误； 染色体主要由 DNA 和蛋白质组成， 图示 分子仅是 DNA 的某一片段， B 错误； 一个基因一般含有 成百上千个碱基， 图示不能代表一个基因分子， C 错误。 5. B 【解析】 真核生物的 DNA 分子主要分布在染色 体上， 少量分布在线粒体和叶绿体中， A 错误； 一条染 色体上有多个不同基因， 它们在染色体上呈线性排列， B 正确； 基因通常是有遗传效应的 DNA 片段， C 错误； 染色体主要由 DNA 和蛋白质组成， 基本组成单位是脱 氧核苷酸、 氨基酸等， D 错误。 6. C 【解析】 具有 HMGIC 基因就可以变得肥胖， 该 基因缺陷鼠吃同样多的食物却不会肥胖， 说明该基因可 以控制相应的性状， 即具有遗传效应。 7. C 【解析】 DNA 分子的特异性是指其特定的碱基 排列顺序， 图中 ③ 为碱基。 8. A 【解析】 遗传信息是指 DNA 分子中有遗传效 应的脱氧核苷酸序列， A 正确； 核苷酸是组成核酸的基 本单位， 不能体现遗传信息， B 错误； 氨基酸是组成蛋 白质的基本单位， 蛋白质不是遗传物质， 氨基酸序列没 有遗传信息， C 错误； 脱氧核苷酸是组成 DNA 的基本 单位， 没有遗传信息， D 错误。 9. B 【解析】 遗传信息储存在 DNA 或 RNA 中， A 错 误； HIV 的遗传物质是 RNA ， 因此其遗传信息贮存在 RNA 分子中， B 正确； 不同生物的 DNA 具有不同的脱氧 核苷酸排列顺序， C 错误； 组成 DNA 的核苷酸只有 4 种， 但连成长链时， 其排列顺序是千变万化的， D 错误。 10. B 【解析】 对于绝大多数生物而言， 组成不同基 因的碱基种类均为 A 、 T 、 C 、 G ， A 错误； 不同基因的碱 基的排列顺序不同， 代表了不同的遗传信息， B 正确； 不 同基因的磷酸和脱氧核糖排列顺序相同， 二者交替链接， 构成了基因的基本骨架， C 错误； 不同基因的碱基配对方 式相同， 均是 A 与 T 配对， G 与 C 配对， D 错误。 提升练习 1. AC 【解析】 ④ 代表的物质是脱氧核苷酸， 而脱 氧核苷酸的排列顺序代表遗传信息， A 错误； 不同生物 的 DNA 分子中 ④ 脱氧核苷酸的种类无特异性， 但是脱 氧核苷酸的排列顺序差异很大， B 正确； 双链 DNA 中 碱基遵循互补配对原则， 故嘌呤碱基的数量等于嘧啶碱 基的数量， C 错误； DNA 分子中 A 与 T 碱基对含量越 高， 其结构稳定性越低， G 与 C 碱基对含量越高， 其结 构越稳定， D 正确。 2. D 【解析】 基因通常是有遗传效应的 DNA 片段， 不都位于染色体上， 细胞质中也有基因， A 错误； 基因 可发生变异， B 错误； RNA 病毒也有基因， C 错误。 3. BD 【解析】 基因通常是具有遗传效应的 DNA 片 段， A 正确； 等位基因是位于一对同源染色体上相同位 置上控制一对相对性状的基因， 所以等位基因位于不同 的 DNA 分子上， B 错误； 对于部分病毒而言， 基因是 66 参考答案与解析 RNA ， 所以构成基因的基本单位不一定是脱氧核糖核苷 酸， C 正确； 由于细胞质中也含有少量的 DNA ， 不与蛋 白质结合形成染色体 ， 所以未发生复制的人体细胞中 DNA 分子数目大于染色体数目， D 错误。 4. BC 【解析】 染色体上可以有许多记忆， A 错误； 图示基因连锁， 不能自由组合， D 错误。 5. ABD 【解析】 RNA 病毒的遗传物质是 RNA ， 所 以遗传信息是指 DNA 或 RNA 中碱基的排列顺序， A 错 误； 碱基排列顺序的千变万化， 构成了 DNA 分子的多 样性， 碱基的特定排列顺序构成了每一个 DNA 分子的 特异性 ， B 错误； 生物体内所有基因的碱基总数小于 DNA 分子的碱基总数， C 正确； DNA 主要存在于染色 体上， 一条染色体上通常只有一个 DNA 分子， 但在染 色体复制过程中着丝粒未分裂时， 一条染色体上有两个 DNA 分子， D 错误。 6. （ 1 ） 蛋白质 含氮碱基 脱氧核糖 （ 2 ） 1 ∶ 1 1 ∶ 2 许多 成百上千 （ 3 ） D 在 A 上呈线性排列 （ 4 ） E A 线粒体 叶绿体 （ 5 ） 1 2 （ 6 ） 碱基的 特定 （ 7 ） 基因（ D ） 碱基 第 3章 章末测试 1. D 【解析】 ① 孟德尔豌豆杂交实验发现两大遗传 定律， 没有证明 DNA 是遗传物质， ① 错误； ② 摩尔根 的果蝇杂交实验证明基因位于染色体上 ， 并没有证明 DNA 是遗传物质， ② 错误； ③ 艾弗里肺炎链球菌的体 外转化实验证明 DNA 是遗传物质， ③ 正确； ④T2 噬菌 体侵染大肠杆菌实验证明 DNA 是遗传物质 ， ④ 正确。 故证明 DNA 是遗传物质的实验是 ③④ ， D 正确。 2. D 【解析】 从五碳糖和磷酸基团的形态和位置可判 断， 两条脱氧核苷酸链不是反向平行的， A 错误； A 与 T 之间的氢键应该是两个而不是三个， B 错误， D 正确。 3. C 【解析 】 DNA 复制时 ， 边解旋边复制 ， A 错 误； 该 DNA 分子在第 4 次复制过程中需要腺嘌呤脱氧 核苷酸 m× （ 2 4-1 ）个， 即 8m 个， B 错误； DNA 分子彻底 水解后可获得磷酸、 脱氧核糖、 A 、 T 、 C 、 G ， 6 种不 同的小分子物质， C 正确； a 链、 b 链方向相反， a 链与 b 链的碱基互补配对， D 错误。 4. A 【解析】 根据双链 DNA 分子的特点， 双链和单 链中 G 与 C 之和或 A 与 T 之和占 （双链和单链） 全部碱 基总数的比例相等。 因此， G 与 C 之和占每条单链碱基总 数的比例也为 34% ， 每条单链上 A 与 T 之和占 66% ， 又因 其一条链中的 T 与 C 分别占该链碱基总数的 32% 和 18% ， 则在它的互补链中， T＝66%－32%＝34% ， C＝34%－18%＝16% 。 5. D 【解析】 由一对氢键连接的脱氧核苷酸， 结构中 有一个腺嘌呤， 则另一个碱基是胸腺嘧啶， 1 分子脱氧核苷 酸由 1 分子脱氧核糖、 1 分子磷酸、 1 分子含氮碱基组成， 因此该脱氧核苷酸对除了腺嘌呤， 其他组成是两个磷酸、 两个脱氧核糖和一个胸腺嘧啶。 D 正确， A ， B ， C 错误。 6. C 【解析】 DNA 复制过程中氢键的破坏需要解旋 酶的催化， 氢键的形成不需要酶的催化。 7. B 【解析】 该病毒的遗传物质在复制时遵循碱基 互补配对原则， B 错误。 8. B 【解析】 威尔金斯和富兰克林提供了 DNA 衍射 图谱， A 错误； 沃森和克里克提出了 DNA 分子的双螺 旋结构模型， B 正确； 富兰克林为沃森和克里克提供了 DNA 衍射图谱， 查哥夫为沃森和克里克提供了 “碱基 A 量总是等于 T 量、 G 量总是等于 C 量” 的重要信息， C 、 D 错误。 9. D 【解析】 DNA 中 A 和 C 的比例之和为 1/2 ， 所 以该 DNA 片段中 C 碱基占 26% ， 其数量为 26%×600/ 24%＝650 个。 10. C 【解析】 具有 1000 个碱基对的 DNA ， 腺嘌呤 有 600 个 ， 则该 DNA 分子中胞嘧啶的数目为 400 个 ， 但无法确定每一条链上的胞嘧啶数目， A 错误； 具有 m 个胸腺嘧啶的 DNA 片段， 复制 n 次后共需要 （ 2 n -1 ）· m 个胸腺嘧啶， B 错误； 具有 m 个胸腺嘧啶的 DNA 片段， 第 n 次复制需要 2 n-1 · m 个胸腺嘧啶 ， C 正确 ； 在双链 DNA 中， （ A+G ） 所占的比例是 1/2 ， 在单链 DNA 中， （ A+G ） 所占的比例不一定是 1/2 ， D 错误。 11. B 【解析】 DNA 复制是半保留复制， 形成的子代 DNA 分子和亲代相同， 不配对碱基之和占碱基总数的一 半， 所以 G 占 200 个， （ 6200＋200 ） ÷200＝32 ， 所以复制 5 次。 12. BC 【解析 】 DNA 分子的复制方式为半保留复 制， 该 DNA 分子用含 15 N 标记的脱氧核苷酸为原料复制 3 次， 产生的 8 个 DNA 分子中均含 15 N 标记， A 错误； 在含有 3000 个碱基的 DNA 分子中， 腺嘌呤占 35% ， 因 此胞嘧啶占 15% ， 共 450 个， 所以 W 层中含 15 N 标记的 胞嘧啶脱氧核苷酸为 450× （ 2 3 －1 ） ＝3150 （个）， B 正确； 在 DNA 分子中， 碱基之间通过氢键相连， DNA 分子复 制了 3 次， 产生的 8 个 DNA 分子中， 2 个 DNA 分子同 时含 14 N 和 15 N ， 6 个 DNA 分子只含 15 N ， 所以 X 层中含 有的氢键数是 Y 层的 1/3 ， C 正确； 由于 DNA 分子复制 了 3 次 ， 产生了 8 个 DNA 分子， 含 16 条脱氧核苷酸 链， 其中含 15 N 标记的有 14 条链， 所以 W 层与 Z 层的 脱氧核苷酸数之比为 14 ∶ 2＝7 ∶ 1 ， D 错误。 13. D 【解析】 该 DNA 片段有 100 个碱基对， 其中 腺嘌呤占碱基总数的 20% ， 则腺嘌呤数目为 100×2×20% ＝40 （个）， 根据碱基互补配对原则， A＝T 、 G＝C ， 故该 DNA 片 段 中 含 有 胞 嘧 啶 的 数 目 是 100×2-40×2 2 =60 （个）， A 正确； 第三次复制 DNA 分子数由 4 个变为 8 个， 增加 4 个 DNA 分子， 需要游离的胞嘧啶脱氧核苷 酸 60×4＝240 （个）， B 正确； 复制 3 次后， 共得到 8 个 DNA 分子， 16 条 DNA 单链， 其中只有 2 条单链含 32 P ， 含 32 P 的单链与含 31 P 的单链之比为 1 ∶ 7 ， C 正确； 由于 DNA 的复制为半保留复制， 子代 DNA 均含 31 P ， 其中有 2 个 DNA 分子含 32 P ， 所以子代 DNA 中含 32 P 与含 31 P 的 分子数之比为 1 ∶ 4 ， D 错误。 67