内容正文:
高一期末复习
专题四:基因的本质
人教版2019必修二
1
复习目标
一、掌握证明DNA是遗传物质的主要实验
(一)说出格里菲斯体内转化实验的过程与结论。概述艾弗里体外转化实验的设计思路,并得出结论DNA是遗传物质,蛋白质等不是。
(二)能简述噬菌体侵染细菌实验的方法、过程及结果分析,证明DNA是遗传物质。
(三)能说明烟草花叶病毒侵染实验证明RNA是遗传物质,并理解“DNA是主要的遗传物质”的含义。
二、掌握DNA分子的结构与碱基互补配对计算
(一)写出DNA的基本组成单位,并说出其组成成分。
(二)描述DNA双螺旋结构的主要特点,运用碱基互补配对原则进行相关计算。
三、掌握DNA半保留复制的证据、过程与计算
(一)说出梅塞尔森-斯塔尔实验的设计思路与结论。
(二)简述DNA复制的过程,并说出所需条件。
(三)计算DNA复制n代后子代DNA分子数、含标记链的比例及消耗脱氧核苷酸的数量。
(四)说明基因通常是具有遗传效应的DNA片段,理解染色体、DNA、基因、脱氧核苷酸之间的关系。
2
思维导图
3
知识梳理
(一)格里菲斯肺炎链球菌体内转化实验(1928年)
一、DNA是主要的遗传物质
过程
与
现象
结论
1.R型活细菌
2.S型活细菌
3.加热杀死的S型细菌
4.R型活细菌+加热杀死的S型细菌
加热杀死的S型细菌中含有“_________”,将无致病性的R型活细菌转化为有致病性的S型活细菌
注射
注射
混合
注射
小
鼠
不死亡
死亡,分离出
__________
______
死亡,分离出
S型活细菌
S型活细菌
不死亡
注射
转化因子
4
知识梳理
实验过程:
结论:DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质;
②被转化的R型菌只是少量,在培养后既有R型细菌又有S型细菌的培养基中,R型菌的菌落占多数;
注意:
①艾弗里的体外转化实验既证明了DNA是遗传物质,同时证明了蛋白质等不是遗传物质;
(二)艾弗里肺炎链球菌体外转化实验(1928年)
5
知识梳理
S型菌
荚膜
控制荚膜形成的X基因
加热
杀死
被破坏的S型菌
X基因吸附在R型菌表面
X基因进入R型菌
重组
R型菌转化成S型菌
③蛋白质和核酸对于高温的耐受力是不同的。在80-100 ℃的温度范围内,蛋白质失活,DNA双链解开;当温度恢复至室温后,DNA双链能够重新恢复,但蛋白质的活性无法恢复。
注意:
(二)艾弗里肺炎链球菌体外转化实验(1928年)
6
知识梳理
注意:
④该实验的设计遵循哪些原理?其巧妙之处是什么?
遵循单一变量原则和对照原则。
其巧妙之处在于:运用“减法原理”,即在每个实验组人为去除某个影响因素后,观察实验结果的变化。如:在艾弗里的肺炎链球菌转化实验中,每个实验组特异性地去除了一种物质,从而鉴定出DNA是遗传物质。
科学方法:自变量控制中的“加法原理”和“减法原理”
加法原理:与常态比较,人为增加某种影响因素。如:与常态比较,人为增加某种影响因素。
(二)艾弗里肺炎链球菌体外转化实验(1928年)
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知识梳理
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 培养基(体外)
实验构思 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 利用不同的酶,每一实验组特异性地去除一种物质,从而观察这种物质对转化的影响
(三)比较体内和体外转化实验
8
知识梳理
结果观察 小鼠是否死亡 培养基中菌落类型
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,蛋白质等不是遗传物质
联系 ①所用的材料相同:都巧妙选用R型和S型两种肺炎链球菌;②体内转化实验是体外转化实验的基础,仅说明S型细菌体内有“转化因子”;体外转化实验则是前者的延伸,进一步证明了“转化因子”是DNA;③实验设计都遵循对照原则和单一变量原则
(三)比较体内和体外转化实验
9
知识梳理
T2噬菌体
1.实验材料:T2噬菌体和大肠杆菌。
(1)T2噬菌体的模式图
生活方式:专门寄生在大肠杆菌体内的细菌病毒。因此不能用培养基直接培养。
结构成分:由头部和尾部组成。其中头部和尾部的外壳是由蛋白质构成,头部内含有DNA;蛋白质含特征元素S,DNA含特征元素P。
增殖特点:在自身遗传物质的作用下,利用大肠杆菌体内的物质合成自身的组成部分。
(四)噬菌体侵染细菌实验
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知识梳理
T2噬菌体的增殖
增殖需要的条件 内容
模板 的DNA
合成T2噬菌体DNA原料 提供的4种脱氧核苷酸
合成T2噬菌体蛋白质 原料 _________________
场所 _________________
T2噬菌体
大肠杆菌
大肠杆菌的氨基酸
大肠杆菌的核糖体
2.设计实验
(四)噬菌体侵染细菌实验
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知识梳理
离心
含35S或32P
培养基
含35S或32P
细菌
噬菌体侵染含35S或32P细菌
含35S或32P噬菌体
+
培养
含32P的
_________
+
培养
培养
35S标记的_______
32P标记的_______
含35S的
_________
大肠杆菌
T2噬菌体
T2噬菌体
含35S的细菌培养基
+
大肠杆菌
含32P的细菌培养基
培养
T2噬
菌
体
大肠杆菌
大肠杆菌
甲组
乙组
3.实验过程: (1)标记细菌 (2)获得标记T2噬菌体
12
知识梳理
用标记的噬菌体侵染未标记的细菌
噬菌体被
35S标记
在新形成的噬菌体中放射性检测到
细菌裂解
沉淀物的
放射性
上清液的
放射性
离心后
搅拌后离心
35S标记的噬菌体与细菌混合
35S标记的噬菌体
(3)侵染细菌(原理图)
检测放射性(3点)
13
知识梳理
+
结果
结果
上清液的放射性______
沉淀物的放射性______
上清液的放射性______
沉淀物的放射性______
搅拌、离心
(3)侵染细菌(过程及分析)
高
低
低
35S标记的T2噬菌体
+
细菌
32P标记的T2噬菌体
混合培养
高
搅拌、离心
混合培养
细菌
甲组
乙组
沉淀物:
大肠杆菌
上清液:
噬菌体颗粒
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知识梳理
分组 结果 结果分析
对比实验(相互对照) 被32P标记的T2噬菌体+细菌 上清液中几乎无32P,32P主要分布在宿主细胞内
被35S标记的T2噬菌体+细菌 宿主细胞内无35S,35S主要分布在上清液中
(4)实验结果分析
32P—DNA进入了宿主细胞内
35S—蛋白质外壳未进入宿主细胞,留在外面
(5)结论:______是遗传物质。
DNA
15
知识梳理
用物理性质特殊的同位素来标记化学反应中原子的去向,从而示踪物质的运行规律和变化规律。
3.科学方法:同位素标记法(同位素示踪法)
(1)放射性同位素
3H标记亮氨酸,研究分泌蛋白的合成与运输过程。
14C标记CO2,研究暗反应中碳的转移途径。
标记DNA
3H
14C
32P
35S
标记蛋白质
探究噬菌体的遗传物质
——检测放射性
(2)稳定同位素
18O
标记H2O、CO2
研究光合产物O2中氧原子的来源。
—— 检测密度或相对分子质量
15N
标记DNA
研究DNA复制方式。
(后面学习)
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知识梳理
蛋白质
RNA
分
离
感染
烟草
感染
烟草
实验
结果
出现病斑
不出现病斑
实验
结果
结论:RNA是烟草花叶病毒的遗传物质
(TMV)
实验过程:
(五)烟草花叶病毒侵染烟草叶片的实验
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知识梳理
3.由于大多数生物的遗传物质是DNA,所以说DNA是主要的遗传物质。
2.在只含RNA的少数病毒(烟草花叶病毒、HIV、SARS、流感、禽流感)中,RNA才作为遗传物质。
1.凡是具有细胞结构的生物,既有DNA,又有RNA,遗传物质是DNA。
细胞结构生物
原核生物
遗传物质是DNA
非细胞结构生物
遗传物质是RNA
只含DNA的病毒
只含RNA的病毒
生物
真核生物
(六)生物体内的核酸种类及遗传物质
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知识梳理
是主要的遗传物质,因为实验证明 生物的遗传物质是DNA,只有少部分生物的遗传物质是RNA。
生物类型 病毒 原核生物 真核生物
体内核酸种类 ____________ ___________ DNA和RNA
体内碱基种类 __种 种 种
体内核苷酸种类 种 种 种
遗传物质 ___________ ______ ______
实例 T2噬菌体、
烟草花叶病毒 乳酸菌、蓝藻 玉米、小麦、人
DNA或RNA
DNA和RNA
4
5
5
4
8
8
DNA或RNA
DNA
DNA
DNA
绝大多数
(六)生物体内的核酸种类及遗传物质
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知识梳理
例.已知烟草花叶病毒(TMV)和车前草病毒(HRV)都能侵染烟草叶片,且两者都由蛋白质和RNA组成,如图是探索HRV的遗传物质是蛋白质还是RNA的操作流程图。请据图分析下列说法错误的是( )
A.本实验运用了对照原则,无空白对照组
B.实验过程中重组病毒的后代是HRV
C.该实验只能说明HRV的遗传物质是RNA
D.若运用同位素标记法,不能选择15N标记
A
20
知识梳理
二、DNA的结构
(一)DNA的基本组成单位
腺嘌呤脱氧核苷酸
鸟嘌呤脱氧核苷酸
胞嘧啶脱氧核苷酸
胸腺嘧啶脱氧核苷酸
A
脱氧
核糖
磷酸
G
脱氧
核糖
磷酸
脱氧
核糖
C
磷酸
T
脱氧
核糖
磷酸
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知识梳理
5'
3'
3'
5'
3、5—
磷酸二酯键
(1)DNA分子是由两条反向平行的脱氧核苷酸长链盘旋成双螺旋结构。
(2) DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接,排列在外侧,构成基本骨架;碱基在内侧。
(3)两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对,并且碱基配对有一定的规律:A与T配对,形成两个氢键;G与C配对,形成三个氢键。碱基之间的这种一一对应的关系,为碱基互补配对原则。
(二)DNA的平面结构
注意:每条脱氧核苷酸链在5′端都只有一个游离的磷酸基团,因此DNA分子中只含有2个游离的磷酸基团。
22
知识梳理
下面是DNA的结构模式图,请写出图中①—⑩的名称。
G
A
T
C
①
②
③
④
⑤
⑥
⑦
⑧
⑨
⑩
①____________;
②____________;
③____________;
④____________;
⑤____________;
⑥___________;
⑦____________;
⑧_____________;
⑨____________;
⑩ ___________________________;
胞嘧啶
腺嘌呤
鸟嘌呤
胸腺嘧啶
脱氧核糖
磷酸
脱氧核苷酸
碱基对
氢键
一条脱氧核苷酸链的片段
(二)DNA的平面结构
23
知识梳理
(三)DNA的空间结构
24
知识梳理
(四)DNA的特点
①多样性:碱基排列顺序的千变万化,构成了DNA分子的多样性→遗传信息的多样性→蛋白质分子的多样性→生物的多样性
②特异性:每个DNA分子碱基对的排列顺序是特定的,构成了每个DNA分子的特异性→遗传信息的特异性→蛋白质分子的多样性→生物的特异性。
③稳定性:DNA分子由两条反向平行的脱氧核苷酸链构成,盘旋成双螺旋结构。磷酸和核糖交替连接,排列在外侧构成基本骨架;碱基排列在内测。两条链上的相邻碱基通过氢键相连,碱基间遵循碱基互补配对原则。
(五)DNA的功能:携带遗传信息。
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知识梳理
(六)与碱基互补配对原则有关的计算
1 链
2 链
A1
T1
C1
G1
T2
A2
G2
C2
1. 碱基互补配对原则
A1=T2
T1 = A2
C1 = G2
G1 = C2
2. 基本规律
(1) 一个双链DNA分子中,A=T、C=G,则A+G=C+T,即“嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数”。
(2)任意两个不互补碱基之和恒等且各占DNA总碱基数的50%。
A+G=T+C =A+C=T+G= 50%
例题1、某双链DNA分子中,G占23%,求A占多少?
因为DNA分子中,A+G=T+C。所以,A=50% – 23%=27%
26
知识梳理
1 链
2 链
A1
T1
C1
G1
T2
A2
G2
C2
(3)在双链DNA分子中,A+T或C+G在全部碱基中所占的比例等于其任何一条单链中A+T或C+G所占的比例。
…… m
…… m
2 m
由图知:A1+T1+G1+C1=m,A2+T2+G2+C2=m,
整个双链DNA上的碱基总数为2m。
推理:A1=T2、T1=A2,则A1+T1=A2+T2,A+T=(A1+T1)+(A2+T2),
A1+ T1
m
m
A2+ T2
=
2m
A1+ T1 + A2+ T2
=
27
知识梳理
1 链
2 链
A1
T1
C1
G1
T2
A2
G2
C2
(4)非互补碱基之和的比例在两条互补链中互为倒数,在整个DNA分子中为1。
即:若在一条链中
A1+G1
T1+C1
= a,
则在互补链中
A2+G2
T2+C2
= 1/a,
而在整个DNA中
A+G
T+C
= 1。
推理:A1 + G1 = T2 +C2,T1+ C1= A2 + G2,则
A1+G1
T1+C1
A2+G2
T2+C2
=
例题2、DNA的一条单链中
(A+G)/(T+C)=0.4。上述比例在其互补单链和整个DNA分子中分别为是多少?
2.5(互补链)
1( 整个DNA分子)
28
知识梳理
1 链
2 链
A1
T1
C1
G1
T2
A2
G2
C2
(5)互补碱基之和所占比例在任意一条链及整个DNA分子中都相等。
即若在一条链中
则在互补链及整个DNA分子中
A+T
G+C
= m。
A1+T1
G1+C1
= m,
推理:A1+ T1 = A2 +T2, C1+ G1 = C2 +G2 ,则
A1+ T1
G1+C1
G2+C2
A2+ T2
=
G + C
A + T
=
例题3、DNA的一条单链中
(A+T)/(G+C)=0.6。上述比例在其互补单链和整个DNA分子中分别为是多少?
0.6(互补链)
0.6( 整个DNA分子)
29
知识梳理
1 链
2 链
A1
T1
C1
G1
T2
A2
G2
C2
…… m
…… m
2 m
(6)某碱基在双链中所占的比例等于其在对应单链所占比例和的一半。
若1链中碱基 A1 所占的比例为
A1
m
=a %
A2
m
=b %
若2链中碱基 A2 所占的比例为
则碱基 A 在双链中所占的比例为
A
2m
a+b
2
=
%
30
知识梳理
例1.某DNA分子中A+T的量占整个DNA分子碱基总数的44%,其中一条链上的G的量占该链碱基总数的21%,那么,对应的另一条链上的G的量占该链碱基总数的比例是( )
A.35% B.29% C.28% D.21%
A
例2.一条双链DNA分子,G和C占全部碱基的44%,其中一条链的碱基中,26%是A,20%是C,那么其互补链中的A和C分别占该链全部碱基的百分比是( )
A.28%和22% B.30%和24%
C.26%和20% D.24%和30%
B
31
知识梳理
三、DNA的复制
(一)DNA复制方式的实验证据
(1)半保留复制
(2)全保留复制
关键思路:通过实验区分亲代和子代的DNA
1.DNA复制的假说
32
知识梳理
(二)DNA复制方式的实验证据
2.实验者:美国生物学家 和 。
3.研究方法: 。
4.实验材料:大肠杆菌。
5.实验技术: 技术和离心技术。
6.实验原理:含15N的双链DNA密度大,含14N的双链DNA密度小,一条链含14N、一条链含15N的双链DNA密度居中。
7.实验假设: 。
梅塞尔森
斯塔尔
假说—演绎法
同位素标记
DNA以半保留的方式复制
33
知识梳理
14N
14N
15N
15N
你觉得这两种DNA最大的区别是什么?
分子质量
轻DNA
重DNA
如何依据两种DNA分子质量不同这一特点来区分两种DNA?
离心
14N
15N
中DNA
轻带
中带
重带
14N /14N -DNA
15N/14N-DNA
15N/15N-DNA
15N
14N
P
含氮碱基
同位素标记法
34
知识梳理
半保留复制
大肠杆菌
15NH4Cl培养液
提取DNA
离心
15N/15N-DNA
14NH4Cl培养液
细胞分裂一次
第一代
提取DNA
离心
细胞分裂两次
第二代
提取DNA
离心
全保留复制
所以DNA的复制的确是半保留
重带
中带
½轻带
1/2中带
8.实验过程
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知识梳理
主要在:细胞核
场所:
有丝分裂间期或减数第一次分裂前的间期
时间:
概念:
是指以亲代DNA两条链为模板合成子代DNA的过程。
(二)DNA分子复制的过程
无丝分裂之前
其次在:细胞质的线粒体、叶绿体等部位
36
知识梳理
解旋酶催化(氢键断裂)
解旋
模板
(在DNA聚合酶的催化下,利用游离的脱氧核苷酸进行)
复制
以母链为模板进行碱基配对
母链(旧链)
子链(新链)
子代DNA
同时进行(边解旋边复制)
组成
以DNA的两条链为模板
(二)DNA分子复制的过程
37
知识梳理
1.解旋
解旋酶
在解旋酶的作用下,双链螺旋的DNA打开氢键,解开成为两条单链,每条单链均作为模板合成新的DNA。
2.合成
DNA聚合酶
以两条母链为模板,4种脱氧核苷酸为原料,按碱基互补配对原则合成为两条新的子链。
母链(模板链)
子链(新合成的链)
四种脱
氧核苷酸
3.复旋
一条母链和一条子链盘绕成为一个新的DNA分子。
3’
3’
5’
3’
5’
5’
3’
5’
(二)DNA分子复制的过程
38
知识梳理
(三)DNA分子复制的特点
新合成的子链
DNA聚合酶
DNA聚合酶
DNA解旋酶
游离的脱氧核苷酸
1.边解旋边复制
2.半保留复制
39
知识梳理
(1) 模板
(2) 原料
(3) 酶
(4) 能量
亲代DNA的两条链
游离的4种脱氧核苷酸
DNA解旋酶
DNA聚合酶等
由细胞提供(如ATP提供)
(三)DNA分子复制的基本条件
1.DNA独特的双螺旋结构,为复制提供了精确的模板。
2.通过碱基互补配对,保证了复制能够准确地进行。
(四)DNA精确复制的原因
(五)DNA精确复制的原因
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。
40
知识梳理
例.下面是DNA复制的有关图示。A→B→C表示大肠杆菌的DNA复制。D→F表示哺乳动物的DNA复制。
图中黑点表示复制起点,“→”表示复制方向,“⇨”表示时间顺序。
(1)若A中含有48502个碱基对,而子链延伸速率是105个碱基对/min,假设DNA分子从头到尾复制,则理论上此DNA分子复制约需30 s,而实际上只需约16 s,根据A→C过程分析,这是因为_____________________。
复制是双向进行的
41
知识梳理
(2)哺乳动物的DNA分子展开可达2m之长,若按A→C的方式复制,至少需要8 h,而实际上只需要约2 h,根据D→F过程分析,是因为_______________________________。
DNA分子中有多个复制起点(真核生物)
(3)A→F均有以下特点:延伸的子链紧跟着解旋酶,这说明DNA分子复制是______________________的。
边解旋边复制
42
知识梳理
(4)C与A相同,F与D相同,C、F能被如此准确地复制出来,是因为
____________________________________________________
____________________________________________________
① DNA独特的双螺旋结构为复制提供精确的模板。
② 复制过程严格遵循碱基互补配对原则。
43
知识梳理
(六)DNA复制相关计算
1.将含有15N的DNA分子放在含有14N的培养基上培养,复制n次,则:
共产生子代DNA分子____个;
子代DNA分子中,含15N的DNA分子_____个;
子代DNA分子中,含14N的DNA分子_____个;
子代DNA分子中,只含15N的DNA分子_____个;
子代DNA分子中,只含14N的DNA分子______个;
2n
2
2n
0
2n - 2
44
知识梳理
2.DNA复制中消耗的脱氧核苷酸数分析
①若亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个,经过n次复制需要消耗该种脱氧核苷酸数为m·(2n-1)。
②第n次复制需要该种脱氧核苷酸数为m·2n-1。
45
知识梳理
3.减数分裂与有丝分裂中染色体标记情况分析
(1)减数分裂中染色体标记情况分析
以一个细胞中的所有DNA的两条链被标记为例
46
知识梳理
(1)减数分裂中染色体标记情况分析
减数分裂过程中所以四个子细胞中所有DNA分子均呈杂合状态,即“31P//32P”。
47
知识梳理
(2)有丝分裂中染色体标记情况分析
第一次分裂:
48
知识梳理
第二次分裂:
(2)有丝分裂中染色体标记情况分析
49
知识梳理
例.用32P标记玉米体细胞(含有20条染色体)的DNA分子双链,再将这些细胞转入不含32P的培养基中培养,在第二次细胞分裂的中期、后期及所产生的子细胞中被32P标记的染色体数分别为( )
A.20、40、20
B.20、20、20
C.20、20、0~20
D.20、40、0~20
C
50
知识梳理
四、基因通常是DNA上具有遗传效应的片段
(一)基因与DNA关系的实例
基因通常是有遗传效应的DNA片段,它是生物体遗传的功能单位和结构单位。
遗传效应:
指具有复制、转录、翻译、重组突变及调控等功能。
基因A
基因B
基因C
含有3个基因的DNA片段的模式图
51
知识梳理
(二)DNA片段中的遗传信息
DNA分子为什么能储存大量的遗传信息呢?
结论:碱基对排列顺序的千变万化构成了遗传信息的多样性;但对具体的个体的某个基因来说,碱基对的排列顺序又是特定的,即DNA分子具有特异性。
DNA分子的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的物质基础。
52
知识梳理
染色体是DNA的主要载体
每个染色体上有1个或2个DNA分子
基因通常是具有遗传效应的DNA片断
每个DNA分子上有许多基因
基因中的脱氧核苷酸排列顺序代表着遗传信息
每个基因由许多脱氧核苷酸组成
DNA是主要的遗传物质
(三)染色体、DNA、基因、脱氧核苷酸之间的关系
染色体
DNA
基因
脱氧核苷酸
是遗传物质的结构和功能单位
53
2.(2025·湖南)被噬菌体侵染时,某细菌以一特定RNA片段为重复单元,逆转录成串联重复DNA,再指导合成含多个串联重复肽段的蛋白Neo,如图所示。该蛋白能抑制细菌生长,从而阻止噬菌体利用细胞资源。下列叙述错误的是( )
专题训练
1.(2025·河南)在T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验中,子代噬菌体中的元素全部来自其宿主细胞的是( )
B
A.C B.S C.P D.N
A.噬菌体侵染细菌时,会将核酸注入细菌内
B.蛋白Neo在细菌的核糖体中合成
C.串联重复的双链DNA的两条链均可作为模板指导蛋白Neo合成
D.串联重复DNA中单个重复单元转录产生的mRNA无终止密码子
C
54
Lavf56.36.100
Packed by Bilibili XCoder v2.0.2
$