2027届高考生物人教版一轮复习导学案第19讲　DNA的结构、复制和基因的本质

该高中生物学高考复习学案系统梳理了DNA的结构、复制和基因的本质核心考点，以生物科学史为脉络，串联结构特点、基因本质及复制过程，通过问题驱动和判断对错等设计，引导学生自主构建知识网络，体现考点梳理的系统性和层次性。 亮点在于科学思维培养与自主诊断支持，如设置“判断对错”环节检测理解，“三步法”指导碱基计算提升解题能力，真题演练链接高考情境。帮助学生自主发现薄弱点，教师可依据学情精准指导，有效培养自主复习能力。

第19讲　DNA的结构、复制和基因的本质 【思维导图】 考点一　DNA的结构和基因的本质 【夯实基础】 1.【生物科学史】DNA双螺旋结构模型的构建 (1)构建者:　沃森和克里克　。  (2)构建过程 2.DNA的结构 【思考】 (1)一个双链DNA分子具有　2　个游离的磷酸基团,而环状DNA分子具有　0　个游离的磷酸基团。  (2)氢键的形成不需要酶,但断裂需　解旋酶　或　加热　处理。  (3)G—C碱基对比例越大,DNA的热稳定性越　高　。  (4)相邻的碱基在DNA分子的一条单链中通过　—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—　相连接,互补的碱基在DNA的双链之间通过　氢键　相连接。  (5)链状DNA中,1个脱氧核糖与　1或2　个磷酸基团连接。  3.DNA的结构特点 【思维延伸】 不同DNA中A+T与G+C的比值一定相等吗?由此可概括出什么结论?此值的大小体现了什么?　不一定,不同DNA分子中的互补碱基之和的比值不一定相同。体现了DNA分子的特异性　。  4.基因的本质 基因通常是　有遗传效应的DNA片段　;有些病毒的遗传物质是RNA,对这类病毒而言,基因就是　有遗传效应的RNA片段　。  【提醒】①基因可以是一段DNA,但一段DNA不一定是基因。②基因在真核生物中存在于染色体、线粒体和叶绿体中,且在染色体上呈线性排列;基因在原核生物中存在于拟核、质粒的DNA中;基因在病毒中存在于DNA或RNA中。 【判断对错】 下图表示果蝇某条染色体上的几个基因,判断下列相关叙述是否正确。 (1)图示每个基因都是有遗传效应的DNA片段。 (√) (2)图示DNA上有多个基因,且这些基因是连续的。 (×) 　　【提示】 题图所示DNA上有多个基因,这些基因不都是连续的,如黄身基因和白眼基因之间有间隔。 (3)图示基因在染色体上呈线性排列。 (√) (4)图示基因中都储存着遗传信息,这些基因不同的根本原因在于脱氧核苷酸的数目和排列顺序不同。 (√) (5)染色体是基因的载体,果蝇的基因都分布在染色体上。 (×) 　　【提示】 果蝇的基因并非全都分布在染色体上,少数位于细胞质中的线粒体上。 5.基因与染色体、DNA、脱氧核苷酸的关系 6.DNA结构的相关计算 (1)“三步法”解决DNA中有关碱基比例的计算 (2)DNA中碱基数量的计算 【考教链接】 一、DNA分子的结构及特点 (2024·广西卷,T4)研究发现真核生物基因组DNA普遍存在5-甲基胞嘧啶和N6-甲基腺嘌呤,分别被称为DNA的第5、6个碱基。关于这两个碱基的说法,正确的是()。 A.均含有N元素 B.均含有脱氧核糖 C.都排列在DNA骨架的外侧 D.都不参与碱基互补配对 　　【答案】 A 　　【解析】 A、T、G、C四种碱基都含N,真核生物基因组DNA普遍存在的5-甲基胞嘧啶和N6-甲基腺嘌呤是由胞嘧啶和腺嘌呤经甲基化修饰形成的,故也均含有N,A正确;甲基化碱基(5-甲基胞嘧啶、N6 -甲基腺嘌呤)是DNA 分子中“碱基”的修饰形式,而脱氧核糖是DNA核苷酸中“五碳糖”的成分,二者属于核苷酸的不同结构单元,B错误;DNA中的脱氧核糖和磷酸交替连接,排列在外侧,构成基本骨架,碱基排列在内侧,C错误;DNA双链存在A—T、G—C配对关系,5-甲基胞嘧啶和N6-甲基腺嘌呤也参与碱基互补配对,D错误。 二、DNA结构的相关计算 (2024·河北卷,T5)某病毒具有蛋白质外壳,其遗传物质的碱基含量如表所示,下列叙述正确的是()。 碱基种类 A C G T U 含量/% 31.2 20.8 28.0 0 20.0 A.该病毒复制合成的互补链中G+C含量为51.2% B.病毒的遗传物质可能会引起宿主DNA变异 C.病毒增殖需要的蛋白质在自身核糖体合成 D.病毒基因的遗传符合分离定律 　　【答案】 B 　　【解析】 由表格中数据分析可知,该病毒为RNA病毒,根据碱基互补配对原则可知,该病毒复制合成的互补链中G+C含量与原RNA含量一致,为28.0%+20.8%=48.8%,A错误;逆转录病毒经逆转录得到的DNA可能会整合到宿主细胞的DNA上,引起宿主DNA变异,B正确;病毒增殖需要的蛋白质在宿主细胞的核糖体上合成,C错误;进行有性生殖的真核生物的细胞核基因的遗传才遵循分离定律,病毒基因的遗传不符合分离定律,D错误。 三、脱氧核苷酸、基因、DNA和染色体之间的关系 (2025·湖北卷,T14)大数据时代,全球每天产生海量数据,预计2040年需一百万吨硅基芯片才能储存全球一年产生的数据。为解决这一难题,科学家尝试运用DNA来储存数据。我国科学家已经将汉代拓片、熊猫照片等文化数据写入DNA,实现数据长期保存。下列叙述中,DNA可以作为存储介质的优点不包括()。 A.DNA具有可复制性,有利于数据的传播 B.可通过DNA转录和翻译传递相应数据信息 C.DNA长链中碱基排列的多样化,为大量数据的存储提供可能 D.DNA作为存储介质体积小,为数据携带和保存节约了大量空间 　　【答案】 B 　　【解析】 DNA通过半保留复制可快速扩增数据,便于传播,A不符合题意;DNA储存数据时,信息读取依赖测序技术,转录和翻译为生物体内表达遗传信息的过程,与数据存储无关,B符合题意;DNA碱基排列顺序的多样性使DNA可编码海量信息,具有存储优势,C不符合题意;DNA分子结构紧凑,单位体积存储密度极高,可节省空间,D不符合题意。 考点二　DNA分子的复制及相关计算 【夯实基础】 一、【生物科学史】DNA半保留复制的发现 1.沃森和克里克提出遗传物质自我复制的假说:DNA的复制方式为　半保留复制　。也有人提出　全保留复制　的假说。  2.实验证据 (1)实验者:美国生物学家梅塞尔森和斯塔尔。 (2)实验方法:假说—演绎法。 (3)实验技术:　同位素标记技术和密度梯度离心技术　。  (4)实验材料:大肠杆菌。 (5)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。 (6)实验假设:　DNA以半保留的方式复制　。  (7)实验过程: (8)实验结论:　DNA的复制是以半保留的方式进行的　。  二、DNA的复制 1.概念、时间、场所和实质 【思考】 无丝分裂　会　(填“会”或“不会”)进行DNA的复制。  2.过程 3.特点、原因和意义 三、DNA复制过程的有关计算 若将双链被15N标记的DNA转移到含14N的培养液中培养,复制n(n≥1)次,其结果如下: 1.DNA分子数分析 子代DNA分子数 　2n　  含15N的DNA分子数 　2　  含14N的DNA分子数 　2n　  只含14N的DNA分子数 　2n-2　  2.脱氧核苷酸链数分析 子代DNA中脱氧核苷酸链数 2n+1 含15N的脱氧核苷酸链数 　2　  含14N的脱氧核苷酸链数 　2n+1-2　  3.消耗的脱氧核苷酸数 a.若一亲代DNA含有某种脱氧核苷酸m个,则经过n次复制需要消耗游离的该脱氧核苷酸数为m×(2n-1)个。 b.若进行第n次复制,则需消耗游离的该脱氧核苷酸数为　m×2n-1　个。  四、DNA复制与细胞分裂的关系 1.有丝分裂过程中染色体标记情况分析 (1)复制一次(母链标记,培养液不含标记同位素)的过程图解(以一条染色体为例): 转至不含放射性的培养液中再培养一个细胞周期(以一条染色体为例): (2)规律总结:若只复制一次,产生的子染色体都带有标记;若复制两次,产生的子染色体只有一半带有标记。 2.减数分裂过程中染色体标记情况分析 (1)过程图解:减数分裂一般选取一对同源染色体为研究对象,如下图(母链被标记,培养液不含标记同位素)。 (2)规律总结:减数分裂没有细胞周期,DNA只复制一次,因此产生的子染色体都带有标记。 【深化探究】 1953 年,沃森和克里克撰写的《核酸的分子结构——脱氧核糖核酸的一个结构模型》论文在英国《自然》杂志上刊发,在论文的结尾处写道:“值得注意的是,我们提出的这种碱基特异性配对方式,暗示着遗传物质进行复制的一种可能的机制。”甲图表示 DNA 的结构片段,乙图是复制过程的示意图。 下列分析正确的是( ) A.甲图中DNA分子两条链在空间上按反向平行的方式盘旋成双螺旋结构,其基本骨架是由磷酸和核糖交替排列构成的 B.甲图中右侧的脱氧核苷酸链上,碱基排列顺序是5'-CATG-3',图中①能表示一个脱氧核苷酸 C.若甲图DNA分子双链均被15N标记,该DNA分子以14N-脱氧核苷酸为原料复制2次,子代DNA分子中不含15N的DNA单链与含15N的DNA单链数量比为1∶3 D.乙图DNA复制时酶1和酶2分别是解旋酶、DNA聚合酶,其中酶 2作用的化学键是磷酸二酯键 　　【答案】 D 　　【解析】 甲图表示 DNA 的结构片段,甲图中 DNA 分子两条链在空间上按反向平行的方式盘旋成双螺旋结构,其基本骨架是由磷酸和脱氧核糖交替排列构成的,A错误;DNA的3'端为—OH端,根据碱基互补配对原则可知,甲图中右侧脱氧核苷酸链的上端为3'端,下端为5'端,故碱基排列顺序是5'-CATG-3',由于脱氧核苷酸的磷酸基团连在脱氧核糖的5号碳原子上,故图中①不能表示一个脱氧核苷酸,B错误;DNA分子的复制方式是半保留复制,用14N-脱氧核苷酸为原料复制2次后,共产生4个DNA分子,8条DNA单链,其中含15N的单链有2条,不含15N的单链有6条,所以不含15N的DNA单链与含15N的 DNA 单链数量比为6∶2=3∶1,C错误;乙图中酶1负责解旋,是解旋酶,酶2负责合成子链,是DNA聚合酶,DNA聚合酶可以催化形成磷酸二酯键,D正确。 【易错提醒】 (1)概念混淆:DNA与RNA的五碳糖和碱基;复制中单链数与DNA分子数。 (2)细节误判:脱氧核苷酸的磷酸连接对象;解旋酶与DNA聚合酶的功能差异。 【考教链接】 一、DNA半保留复制的证据和过程分析 (2024·浙江卷1月,T10) 大肠杆菌在含有3H-脱氧核苷的培养液中培养,3H-脱氧核苷掺入新合成的DNA链中,经特殊方法显色,可观察到双链都掺入3H-脱氧核苷的DNA区段显深色,仅单链掺入的显浅色,未掺入的不显色。掺入培养中,大肠杆菌拟核DNA第2次复制时,局部示意图如图。DNA双链区段①②③对应的显色情况可能是()。 　　　　　 　　　　　 　　　　　 A.深色、浅色、浅色 B.浅色、深色、浅色 C.浅色、浅色、深色 D.深色、浅色、深色 　　【答案】 B 　　【解析】 DNA的复制方式为半保留复制,大肠杆菌在含有3H-脱氧核苷的培养液中培养,其拟核DNA第1次复制后产生的子代DNA的两条链一条被3H标记,另一条未被标记,大肠杆菌拟核DNA第2次复制时,以两条链中一条被3H标记,另一条未被标记的DNA分子为模板,结合题干显色情况可知,DNA双链区段①为浅色,②(两条链均含有3H)显深色,③(一条链含有3H,一条链不含3H)显浅色,B正确。 二、DNA复制过程的有关计算及与细胞分裂的关系 (经典高考真题)在DNA复制时,5-溴尿嘧啶脱氧核苷(BrdU)可作为原料,与腺嘌呤配对,掺入新合成的子链。用Giemsa染料对复制后的染色体进行染色,DNA分子的双链都含有BrdU的染色单体呈浅蓝色,只有一条链含有BrdU的染色单体呈深蓝色。现将植物根尖放在含有BrdU的培养液中培养,取根尖用Giemsa染料染色后,观察分生区细胞分裂中期染色体的着色情况。下列推测错误的是()。 A.第一个细胞周期的每条染色体的两条染色单体都呈深蓝色 B.第二个细胞周期的每条染色体的两条染色单体着色都不同 C.第三个细胞周期的细胞中染色单体着色不同的染色体均为1/4 D.根尖分生区细胞经过若干个细胞周期后,还能观察到深蓝色的染色单体 　　【答案】 C 　　【解析】 分析题干可知,第一个细胞周期的每条染色体的两条染色单体都只有一条链含有BrdU,故呈深蓝色,A正确;第二个细胞周期的每条染色体复制之后,每条染色体上的两条染色单体均为一条单体双链都含有BrdU呈浅蓝色,一条单体只有一条链含有BrdU呈深蓝色,故着色都不同,B正确;第二个细胞周期结束后,不同细胞中含有的双链都含有BrdU的染色体和只有一条链含有BrdU的染色体的数目是不确定的,故第三个细胞周期的细胞中染色单体着色不同的染色体比例不能确定,C错误;根尖分生区细胞可以持续进行有丝分裂,所以不管经过多少个细胞周期,依旧可以观察到一条链含有BrdU的染色单体,呈深蓝色,D正确。 1 学科网（北京）股份有限公司 $