3.3 DNA的复制 （限时集训）-【黄金15分钟】2024-2025学年高一生物下学期同步提升限时检测（人教版2019必修2）

3.3 DNA的复制（限时集训15分钟） 1．DNA复制保证了亲子代间遗传信息的连续性。下列关于DNA复制的叙述，不正确的是（　　） A．碱基互补配对原则保证了复制的准确性 B．真核细胞DNA的复制均在细胞核内进行 C．DNA分子复制3次产生子代DNA中含有亲代单链占1/4 D．游离的脱氧核苷酸在DNA聚合酶的作用下合成子链 2．科学家以大肠杆菌为实验材料，设计如下的巧妙实验:①在含15N的培养液中培养大肠杆菌若干代，使其DNA均被15N标记，离心结果如图I；②转至含14N的培养液继续培养；③取出每代大肠杆菌的DNA样本，离心。某生物小组绘制可能结果图II、I、IV。下列有关叙述错误的是（    ） A．培养液的pH、溶液浓度等理化性质会影响大肠杆菌繁殖一代所需时间 B．本实验使用的研究方法有同位素标记法、密度梯度离心法 C．图II可表示转入含l4N的培养液中繁殖的第二代 D．图I、III、IV能证明DNA复制的方式是半保留复制 3．下列关于 DNA 的复制叙述正确的是（　　） A．只在细胞核内进行 B．模板为一条母链 C．先解旋后复制 D．方式为半保留复制 4．如图表示洋葱根尖分生区某细胞内正在发生的某种生理过程，图中甲、乙、丙均表示DNA分子，a、b、c、d均表示DNA链，A、B表示相关酶。下列相关叙述错误的是（　　）    A．图中酶A能使甲解旋，酶B在c链的形成过程中发挥作用 B．运用同位素标记法可研究图示过程中的半保留复制 C．该细胞中还会发生RNA和蛋白质的合成等 D．图示过程发生在细胞核内，乙、丙分开的时期为减数分裂Ⅱ后期 5．下图为DNA复制示意图，其中①~③表示物质，④~⑨表示结构部位，下列叙述正确的是（    ） A．物质①为DNA解旋酶，②为DNA聚合酶 B．物质③为游离的核糖核苷酸，共有4种 C．④~⑨中表示3’的有④⑦⑨ D．④、⑦处具有游离的磷酸基团 6．下图表示人体细胞核中DNA的复制过程，下列有关叙述错误的是（    ） A．图中DNA的复制是从3个起点依次从左向右进行的 B．此过程需要的原料是4种脱氧核苷酸，且需要消耗能量 C．此过程需要解旋酶打开氢键和DNA聚合酶催化磷酸二酯键形成 D．若用15N标记子链中的腺嘌呤，则产生的两个DNA分子的相对质量可能不同 7．一个15N标记的DNA分子在不含标记的培养液中培养3代，产生的子代DNA中含14N的DNA数量为（    ） A．2 B．4 C．6 D．8 8．下图为真核细胞内其DNA片段（15N标记）结构示意图，共有1000对脱氧核苷酸组成，其中碱基A占20%。下列说法错误的是（    ） A．该DNA片段的每条核苷酸链中（C+G）∶（A+T）为3∶2 B．解旋酶作用于②部位，DNA聚合酶用于催化①部位的化学键形成 C．该DNA片段复制3次，则共需要游离的鸟嘌呤脱氧核苷酸4200个 D．将该DNA片段置于14N培养液中复制3次后，含14N的DNA分子占3/4 9．如图是大肠杆菌细胞中DNA复制模式图，该DNA含有1000个碱基对，其中腺嘌呤有200个。下列有关叙述正确的是（    ） A．在能量的驱动下，酶①将DNA双螺旋的两条链解开 B．酶②和酶③均沿模板链的5'端向3'端方向移动 C．复制结束后形成的甲和乙，将在有丝分裂后期分开 D．该DNA连续复制3次，共需游离的胞嘧啶2100个 10．同位素标记法在遗传物质本质的研究中具有广泛应用。请回答相关问题： (1)赫尔希和蔡斯利用放射性同位素标记技术完成实验，进一步证明DNA才是真正的遗传物质。 ①实验包括4个步骤：a．T2噬菌体与大肠杆菌混合培养；b．35S或32P分别标记T2噬菌体；c．放射性检测；d．离心分离。该实验步骤的正确顺序是 （填序号）。 ②赫尔希和蔡斯用不同的放射性同位素分别标记噬菌体的DNA和蛋白质，而不是同时标记在同一个噬菌体上，这其中的设计思路是： 。 ③若一个无标记的T2噬菌体侵染32P标记的大肠杆菌，在成熟阶段释放出32个子代噬菌体，可检测到放射性32P的噬菌体所占比例为 ，此时亲代噬菌体的DNA复制了 次。 (2)梅塞尔森和斯塔尔运用同位素标记技术证明了DNA的半保留复制方式。如图表示实验中几种可能的离心结果。    ①他们选用含有15NH4Cl的原料来培养大肠杆菌若干代作为亲代，培养若干代的目的是 。 ②然后，将大肠杆菌转移到14NH4Cl培养液中增殖一代，如果DNA为全保留复制，则离心后试管中DNA的位置应如图中试管 所示；如果DNA为半保留复制，则离心后试管中DNA的位置应如图中试管 所示。 ③若大肠杆菌的1个双链DNA分子中有1000个碱基对，其中胸腺嘧啶350个，则该DNA分子第三次复制时，需要消耗 个胞嘧啶脱氧核糖核苷酸。 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$ 3.3 DNA的复制（限时集训15分钟） 1．DNA复制保证了亲子代间遗传信息的连续性。下列关于DNA复制的叙述，不正确的是（　　） A．碱基互补配对原则保证了复制的准确性 B．真核细胞DNA的复制均在细胞核内进行 C．DNA分子复制3次产生子代DNA中含有亲代单链占1/4 D．游离的脱氧核苷酸在DNA聚合酶的作用下合成子链 【答案】B 【分析】DNA分子的复制时间：有丝分裂和减数分裂间期；条件：模板（DNA的双链）、能量（ATP水解提供）、酶（解旋酶和DNA聚合酶等）、原料（游离的脱氧核苷酸）；过程：边解旋边复制；结果：一条DNA复制出两条DNA；特点：半保留复制。 【详解】A、碱基互补配对原则，A和T配对，G和C配对，保证了复制的准确性，A正确； B、真核细胞DNA复制主要在细胞核内进行，B错误； C、（一个）DNA分子复制3次产生子代DNA分子8个，由于DNA分子的复制方式是半保留复制，含有亲代单链的DNA分子为2个，因此，子代DNA中含有亲代单链占2/8=1/4，C正确； D、游离的脱氧核苷酸以一条DNA链为模板，在DNA聚合酶的作用下合成子链，D正确。 故选B。 2．科学家以大肠杆菌为实验材料，设计如下的巧妙实验:①在含15N的培养液中培养大肠杆菌若干代，使其DNA均被15N标记，离心结果如图I；②转至含14N的培养液继续培养；③取出每代大肠杆菌的DNA样本，离心。某生物小组绘制可能结果图II、I、IV。下列有关叙述错误的是（    ） A．培养液的pH、溶液浓度等理化性质会影响大肠杆菌繁殖一代所需时间 B．本实验使用的研究方法有同位素标记法、密度梯度离心法 C．图II可表示转入含l4N的培养液中繁殖的第二代 D．图I、III、IV能证明DNA复制的方式是半保留复制 【答案】C 【分析】15N和14N是N的两种稳定同位素，这两种同位素的相对原子质量不同，含15N的DNA比含14N的DNA密度要大，因此，利用离心技术可以在试管中区分含有不同N元素的DNA。 【详解】A、培养液的pH、溶液浓度等理化性质会影响大肠杆菌繁殖一代所需时间，A正确； B、本实验使用的研究方法有同位素标记法、密度梯度离心法，B正确； C、转入含l4N的培养液中繁殖的第二代，得到4个DNA分子，其中2个DNA分子的两条链均为14N，另外2个DNA分子一条链14N，一条链15N，故图IV可表示转入含l4N的培养液中繁殖的第二代，C错误； D、图I、III、IV根据DNA条带的位置能证明DNA复制的方式是半保留复制，D正确。 故选C。 3．下列关于 DNA 的复制叙述正确的是（　　） A．只在细胞核内进行 B．模板为一条母链 C．先解旋后复制 D．方式为半保留复制 【答案】D 【分析】DNA复制过程为：（1）解旋：需要细胞提供能量，在解旋酶的作用下，两条螺旋的双链解开；（2）合成子链：以解开的每一段母链为模板，在DNA聚合酶等酶的作用下，利用游离的4种脱氧核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则，合成与母链互补的子链；（3）形成子代DNA分子：延伸子链，母链和相应子链盘绕成双螺旋结构。 【详解】A、真核生物的线粒体和叶绿体中也含有DNA，DNA复制的过程主要在细胞核内进行，其次是线粒体和叶绿体，A错误； B、 DNA 的复制的模板链是两条链，B错误； C、DNA分子是边解旋边复制，C错误； D、DNA分子的复制方式是半保留复制，即子代DNA都有一条链来自模板，D正确。 故选D。 4．如图表示洋葱根尖分生区某细胞内正在发生的某种生理过程，图中甲、乙、丙均表示DNA分子，a、b、c、d均表示DNA链，A、B表示相关酶。下列相关叙述错误的是（　　）    A．图中酶A能使甲解旋，酶B在c链的形成过程中发挥作用 B．运用同位素标记法可研究图示过程中的半保留复制 C．该细胞中还会发生RNA和蛋白质的合成等 D．图示过程发生在细胞核内，乙、丙分开的时期为减数分裂Ⅱ后期 【答案】D 【分析】图示为DNA复制过程。a、d是DNA复制的模板链，b、c是新合成的子链，酶A为解旋酶；酶B为DNA聚合酶。甲表示亲代DNA分子，乙和丙均表示正在合成的子代DNA分子。 【详解】A、图示为DNA复制过程，其中的酶A为解旋酶，能使甲所示的亲代DNA分子解开双螺旋，酶B为DNA聚合酶，在c链的形成过程中发挥作用，A正确； B、如果用15N标记甲所示的亲代DNA分子，提供含14N的脱氧核苷酸，即运用同位素标记法，可研究图示的DNA复制过程中的半保留复制，B正确； C、由题意可知：该细胞为活细胞，除了能发生图示的DNA复制过程外，还会发生RNA和蛋白质的合成等过程，C正确； D、图示的DNA复制过程发生在洋葱根尖分生区某细胞的细胞核内，洋葱根尖分生区细胞为体细胞，只进行有丝分裂，不能进行减数分裂，因此乙、丙分开的时期为有丝分裂后期，D错误。 故选D。 5．下图为DNA复制示意图，其中①~③表示物质，④~⑨表示结构部位，下列叙述正确的是（    ） A．物质①为DNA解旋酶，②为DNA聚合酶 B．物质③为游离的核糖核苷酸，共有4种 C．④~⑨中表示3’的有④⑦⑨ D．④、⑦处具有游离的磷酸基团 【答案】D 【分析】1、DNA是由两条反向平行的脱氧核苷酸长链盘旋而成的双螺旋结构；DNA的外侧由脱氧核糖和磷酸交替连接构成的基本骨架，内侧是碱基通过氢键连接形成的碱基对，碱基之间的配对遵循碱基互补配对原则（A-T、C-G，其中A-T之间有2个氢键，C-G之间有3个氢键）。 2、DNA复制需要的基本条件：DNA的两条链分别做模板、四种脱氧核苷酸为原料、ATP提供能量、需要解旋酶以及DNA聚合酶等。 【详解】A、物质①为DNA聚合酶，②为解旋酶，A错误； B、物质③为游离的脱氧核糖核苷酸，共有4种，B错误； C、子链的延伸方向为5'→3'端，由此可知，④~⑨中表示3'的有⑤⑥⑧，C错误； D、DNA分子中每一条链的5'端均含有1个游离的磷酸基团，④、⑦为5'端，具有游离的磷酸基团，D正确。 故选D。 6．下图表示人体细胞核中DNA的复制过程，下列有关叙述错误的是（    ） A．图中DNA的复制是从3个起点依次从左向右进行的 B．此过程需要的原料是4种脱氧核苷酸，且需要消耗能量 C．此过程需要解旋酶打开氢键和DNA聚合酶催化磷酸二酯键形成 D．若用15N标记子链中的腺嘌呤，则产生的两个DNA分子的相对质量可能不同 【答案】A 【分析】DNA分子的复制过程是首先DNA分子在解旋酶的作用下解旋成两条单链，解开的两条链分别为模板，在DNA聚合酶的作用下，按照碱基互补配对原则形成子链，子链与模板链双螺旋成新的DNA分子，DNA分子是边解旋边复制的过程。根据题意和图示分析可知：真核细胞的DNA分子的复制具有多个复制点，这种复制方式加速了复制过程。 【详解】A、从图中可看出有三个复制起点，但由于“圈”的大小不同，代表复制开始的时间可能不同，“圈”越大，复制时间越早，从右向左，A错误； B、DNA复制需要的基本原料是四种脱氧核苷酸（分别是腺嘌呤脱氧核苷酸、胸腺嘧啶脱氧核苷酸、鸟嘌呤脱氧核苷酸和胞嘧啶脱氧核苷酸），这些脱氧核苷酸是构成DNA分子的基本单位。此外，DNA复制是一个耗能过程，需要ATP等能量分子来驱动，B正确； C、DNA复制开始时，需要解旋酶来解开DNA双链之间的氢键，使双链分离成单链。然后，在DNA聚合酶的催化下，以解开的单链为模板，按照碱基互补配对原则（A−T、C−G），将游离的脱氧核苷酸逐个连接，从而合成新的DNA链。这个过程中需要形成磷酸二酯键来连接脱氧核苷酸，C正确； D、如果用15N标记子链中的腺嘌呤，由于DNA复制是半保留复制（即新合成的每个DNA分子都含有一条母链和一条新链），所以产生的两个DNA分子中，一个分子会含有被15N标记的腺嘌呤（因为它包含了一条被标记的子链），而另一个分子则不含（因为它包含的是母链和另一条未被标记的子链），这两个DNA分子的相对质量可能会不同，D正确。 故选A。 7．一个15N标记的DNA分子在不含标记的培养液中培养3代，产生的子代DNA中含14N的DNA数量为（    ） A．2 B．4 C．6 D．8 【答案】D 【分析】一个由15N标记的DNA分子，放在没有标记的环境中培养，复制3次后得到23=8个DNA，根据DNA半保留复制特点，其中有2个DNA分子各含一条母链（15N）。 【详解】一个DNA分子培养3代得8个DNA，根据DNA半保留复制特点，其中有2个DNA分子各含一条母链，其他的子链都含有14N因此，ABC错误，D正确。 故选D。 8．下图为真核细胞内其DNA片段（15N标记）结构示意图，共有1000对脱氧核苷酸组成，其中碱基A占20%。下列说法错误的是（    ） A．该DNA片段的每条核苷酸链中（C+G）∶（A+T）为3∶2 B．解旋酶作用于②部位，DNA聚合酶用于催化①部位的化学键形成 C．该DNA片段复制3次，则共需要游离的鸟嘌呤脱氧核苷酸4200个 D．将该DNA片段置于14N培养液中复制3次后，含14N的DNA分子占3/4 【答案】D 【分析】DNA分子的基本组成单位是脱氧核苷酸，脱氧核苷酸由磷酸二酯键连接形成脱氧核苷酸链，DNA分子一般是由2条反向平行的脱氧核苷酸链组成的规则的双螺旋结构，磷酸和脱氧核糖交替连接排列在外侧，构成基本骨架，碱基排列在内侧，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。 【详解】A、已知该基因全部碱基中A占20%，根据碱基互补配对原则，A=T=20%，则C=G=30%，所以该基因的每一条核苷酸链中及整个双链中（C+G）/（A+T）的比例均为3：2，A正确； B、①是磷酸二酯键，DNA聚合酶作用于①部位，B正确； C、由题意知，该基因是1000个碱基对，其中碱基A占20%，因此鸟嘌呤G=2000×30%=600，复制3次，则需要游离的鸟嘌呤脱氧核苷酸是600×（23-1）=600×7=4200个，C正确； D、DNA分子复制是半保留复制，将细胞置于14N培养液中复制3次后，DNA分子均含14N，所以含14N的DNA分子占1，D错误。 故选D。 9．如图是大肠杆菌细胞中DNA复制模式图，该DNA含有1000个碱基对，其中腺嘌呤有200个。下列有关叙述正确的是（    ） A．在能量的驱动下，酶①将DNA双螺旋的两条链解开 B．酶②和酶③均沿模板链的5'端向3'端方向移动 C．复制结束后形成的甲和乙，将在有丝分裂后期分开 D．该DNA连续复制3次，共需游离的胞嘧啶2100个 【答案】A 【分析】DNA复制是指DNA双链在细胞分裂以前的分裂间期S期进行的复制过程，结果是一条双链变成两条一 样的双链，每条双链都与原来的双链一样。 这个过程通过边解旋边复制和半保留复制机制得以顺利完成。 【详解】A、解旋酶是一类解开氢键的酶，是由水解ATP供给能量来解开DNA的酶，据图和题干信息“图是大肠杆菌细胞中DNA复制模式图”分析可知，酶①解旋酶，可将DNA双螺旋的两条链解开，A正确； B、据题干信息“图是大肠杆菌细胞中DNA复制模式图”分析可知，酶②和酶③都是DNA聚合酶，DNA聚合酶在复制过程中是沿模板链的3'端向5'端方向移动的，因为它是在模板链的指引下，从已有的核苷酸链的3'端开始，逐个添加新的脱氧核苷酸，形成新的DNA链，B错误； C、大肠杆菌是原核生物，其细胞分裂方式为二分裂，而非有丝分裂。有丝分裂是真核生物细胞分裂的一种方式。因此，在大肠杆菌中，复制结束后形成的甲和乙（即两个新的DNA分子）将在二分裂过程中分开，而非有丝分裂后期，C错误； D、根据题目信息，该DNA含有1000个碱基对，其中腺嘌呤（A）有200个。由于DNA中碱基互补配对原则（A-T，C-G），我们可以计算出胞嘧啶（C）的数量为（1000×2-200×2）/2 =800个。当该DNA连续复制3次后，将形成23 = 8个DNA分子，但其中有1个是原始的DNA分子，所以共需要形成7个新的DNA分子。每个新的DNA分子都需要800个胞嘧啶，因此共需游离的胞嘧啶为7×800 = 5600个，D错误。 故选A。 10．同位素标记法在遗传物质本质的研究中具有广泛应用。请回答相关问题： (1)赫尔希和蔡斯利用放射性同位素标记技术完成实验，进一步证明DNA才是真正的遗传物质。 ①实验包括4个步骤：a．T2噬菌体与大肠杆菌混合培养；b．35S或32P分别标记T2噬菌体；c．放射性检测；d．离心分离。该实验步骤的正确顺序是 （填序号）。 ②赫尔希和蔡斯用不同的放射性同位素分别标记噬菌体的DNA和蛋白质，而不是同时标记在同一个噬菌体上，这其中的设计思路是： 。 ③若一个无标记的T2噬菌体侵染32P标记的大肠杆菌，在成熟阶段释放出32个子代噬菌体，可检测到放射性32P的噬菌体所占比例为 ，此时亲代噬菌体的DNA复制了 次。 (2)梅塞尔森和斯塔尔运用同位素标记技术证明了DNA的半保留复制方式。如图表示实验中几种可能的离心结果。    ①他们选用含有15NH4Cl的原料来培养大肠杆菌若干代作为亲代，培养若干代的目的是 。 ②然后，将大肠杆菌转移到14NH4Cl培养液中增殖一代，如果DNA为全保留复制，则离心后试管中DNA的位置应如图中试管 所示；如果DNA为半保留复制，则离心后试管中DNA的位置应如图中试管 所示。 ③若大肠杆菌的1个双链DNA分子中有1000个碱基对，其中胸腺嘧啶350个，则该DNA分子第三次复制时，需要消耗 个胞嘧啶脱氧核糖核苷酸。 【答案】(1) badc 将蛋白质和DNA完全分开，单独观察他们的作用 100% 5 (2) 使大肠杆菌的DNA几乎均为15N-15N C B 2600 【分析】DNA分子的复制方式为半保留复制，即新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链和一条新合成的子链。 【详解】（1）①赫尔希和蔡斯用放射性同位素标记方法，进一步证明DNA才是真正的遗传物质，实验过程是先配置含放射性元素（32P或35S）的培养基→用含放射性元素的培养基培养大肠杆菌，使大肠杆菌中含有放射性元素→用T2噬菌体侵染含放射性元素的大肠杆菌，使T2噬菌体被放射性元素标记→用标记的T2噬菌体侵染未被标记的大肠杆菌→培养适宜时间、搅拌离心，观察结果，因此该实验步骤的正确顺序是b→a→d→c。 ②噬菌体侵入细菌时，遗传物质DNA能进入细菌体内，而蛋白质外壳不能进去，赫尔希和蔡斯用不同的放射性同位素分别标记噬菌体的DNA和蛋白质，而不是同时标记在同一个噬菌体上，这其中的设计思路是将蛋白质和DNA完全分开，单独观察他们的作用。 ③根据DNA半保留复制的特点，1个无标记的T2噬菌体侵染32P标记的大肠杆菌，无论复制多少次，子代都含有32P标记，可检测到放射性32P的噬菌体所占比例为100%；以1个DNA分子为模板复制n次，则经n次复制结束后有2n个DNA分子，根据2n=32可知，n=5，即复制了5次。 （2）①用含15NH4Cl的培养液培养大肠杆菌若干代，DNA复制次数越多，子代DNA中含亲代单链的DNA所占比例越低，因此培养若干代可使大肠杆菌的DNA几乎均为15N-15N。 ②若DNA的复制方式为全保留复制，亲代DNA为15N-15N，大肠杆菌繁殖一代，得到的子代的两个DNA分子分别为15N-15N，14N-14N，位于离心管重带和轻带位置，如图C所示；若DNA的复制方式为半保留复制，亲代DNA为15N-15N，大肠杆菌繁殖一代，得到的子代的两个DNA分子都为14N-15N，位于离心管中带位置，如图B所示。 ③若大肠杆菌的1个双链DNA片段中有1000个碱基对，共2000个脱氧核苷酸，又知胸腺嘧啶350个，则根据碱基互补配对原则可推知，T=A=350，则G=C=（2000-350-350）/2=650，该DNA复制第三次时，即在第二次复制结束产生22=4个DNA分子的基础上，经第三次复制新产生23-22=4个DNA分子，则需要消耗650×4=2600个胞嘧啶脱氧核苷酸。 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$