2027届高考生物人教版一轮复习导学案：DNA的结构、复制及基因的本质

该高中生物学高考复习学案系统梳理了DNA的结构、复制及基因的本质核心考点，按“结构层次-特点-基因本质”“复制方式-过程-计算”逻辑构建知识网络，通过基础自测题、考向例题链和规律方法总结，引导学生自主梳理DNA双螺旋结构、半保留复制等核心概念，形成层次分明的知识体系。 亮点在于诊断性自测与进阶式能力训练结合，如开篇设置5道经典错题辨析，考向模块设计DNA结构计算、半保留复制实验分析等真题演练，培养科学思维与探究实践素养。每个考点配有规律方法图解（如碱基计算模型、复制数量关系图），帮助学生自主诊断薄弱点并针对性提升，教师可依据学情数据实施精准指导，有效支持因材施教。

2027届高考生物人教版一轮复习导学案：DNA的结构、复制及基因的本质 课标要求：1.概述DNA分子是由四种脱氧核苷酸构成，通常由两条碱基互补配对的反向平行长链形成双螺旋结构，碱基的排列顺序编码了遗传信息。2.概述DNA分子通过半保留方式进行复制。3.活动：制作DNA分子双螺旋结构模型。 考点一　DNA分子的结构、基因的本质 1.DNA双螺旋结构模型的构建 2.DNA的结构 （1）DNA分子的结构层次 （2）DNA结构解读 （3）DNA的方向解读 ①脱氧核糖上与碱基相连的碳称作1′­C，与磷酸基团相连的碳叫作5′­C。 ②DNA的一条单链具有两个末端，一端有一个游离的磷酸基团，这一端称作5′端，另一端有一个羟基（—OH），称作3′端。 ③DNA的两条单链走向相反，从双链的一端起始，一条单链是从5′端到3′端的，另一条单链则是从3′端到5′端的。 （4）DNA的结构特点 多样性 若DNA含有n个碱基对，则其可能有4n种碱基排列顺序 特异性 每个DNA分子都有特定的碱基排列顺序 稳定性 两条主链上磷酸与脱氧核糖交替排列的顺序不变，碱基配对方式不变等 3.基因的概念 （1）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，对于这些病毒而言，基因就是有遗传效应的RNA片段。 （2）基因与染色体、DNA、脱氧核苷酸的关系 基础自测 （1）（经典高考题）沃森和克里克用DNA衍射图谱得出碱基配对方式。（×） （2）（2024·浙江6月选考）双链DNA中T占比越高，DNA热变性温度越高。（×） （3）（经典高考题）DNA每条链的5′端是羟基末端。（×） （4）（必修2 P50“图3­8”）DNA分子一条链上的相邻碱基通过“—磷酸—脱氧核糖—磷酸—”相连。（×） （5）（必修2 P59“正文”）基因就是具有遗传效应的DNA片段。（×） 能力进阶 考向1　DNA的结构与特点 1.（2025·江西南昌一模）如图1为富兰克林拍摄的DNA衍射图谱，图2为基于其研究结果建立的DNA双螺旋结构模型简图。下列关于双链DNA结构的叙述，正确的是（　　） A.DNA中的核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架 B.根据衍射图像的交叉现象，沃森和克里克推测DNA呈螺旋结构 C.沃森和克里克最先发现腺嘌呤（A）的量总是等于胸腺嘧啶（T）的量 D.双螺旋模型中由于碱基对的不同，不同区段DNA分子的直径也不同 解析：B　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，A错误；沃森和克里克见到了威尔金斯和富兰克林拍摄的、非常清晰的DNA衍射图谱，并意识到DNA分子很可能是螺旋结构，他们立即投入模型的重建工作；可见根据衍射图谱的交叉现象，沃森和克里克推测DNA呈螺旋结构，B正确；查哥夫先于沃森和克里克发现腺嘌呤（A）的量总是等于胸腺嘧啶（T）的量，C错误；双螺旋模型由于A—T碱基对与C—G碱基对具有相同的形状和直径，不同区段DNA分子的直径相同，D错误。 2.（2026·河北邢台期末）λ噬菌体的线性双链DNA两端各有一段单链序列，这种噬菌体在侵染大肠杆菌后，其DNA会自连环化（如图）。下列叙述错误的是（　　） A.环化后的DNA双链中，（A＋G）/（T＋C）＝1 B.磷酸与脱氧核糖交替连接，构成了λ噬菌体线性DNA分子的基本骨架 C.自连环化后的 DNA分子不具有双螺旋结构 D.自连环化的过程中有氢键和磷酸二酯键生成 解析：C　DNA双链中，A与T配对、G与C配对，因此（A＋G）/（T＋C）＝1（嘌呤数＝嘧啶数），环化不改变碱基配对规律，因此该比例仍为1，A正确；DNA分子的基本骨架是磷酸与脱氧核糖交替连接，这是DNA的结构特点，λ噬菌体线性DNA分子也不例外，B正确；环化只是DNA的空间形态改变，双螺旋的基本结构并未破坏，自连环化后的DNA分子仍具有双螺旋结构，C错误；自连环化时，碱基通过氢键互补配对，同时 DNA 连接酶催化形成磷酸二酯键使环化稳定，因此该过程有氢键和磷酸二酯键生成，D正确。 考向2　DNA结构的相关计算 3.（2026·广东惠州模拟）在一个DNA分子中，腺嘌呤和胸腺嘧啶之和占全部碱基的42%，若其中一条链的胞嘧啶占该链碱基总数的24%，胸腺嘧啶占30%，则在其互补链上，胞嘧啶和胸腺嘧啶分别占（　　） A.12%和34% B.21%和24% C.34%和12% D.58%和30% 解析：C　因为A＋T占全部碱基总数的42%，所以G＋C占全部碱基总数的58%；因为两种互补碱基之和在DNA分子中与在单链上所占比例相等，所以在两条链中A＋T、G＋C均分别占42%、58%；设链1上C1占24%，则链1上G1占34%，其互补链2上C2占34%；设链1上T1占30%，则链1上A1占12%，其互补链2上T2占12%。 4.某双链（α链和β链）DNA分子中鸟嘌呤与胞嘧啶的数量之和占全部碱基总数的56%，α链中腺嘌呤占28%。下列关于该DNA分子的叙述，错误的是（　　） A.β链中腺嘌呤与胸腺嘧啶的数量之和占该链碱基总数的44% B.α链中（G＋C）/（A＋T）＝11/14，β链中（G＋C）/（A＋T）＝14/11 C.α链中胸腺嘧啶所占的比例是16%，占双链DNA分子的8% D.（A＋T）/（G＋C）的比值可体现不同生物DNA分子的特异性 解析：B　DNA分子中G与C的数量之和占全部碱基总数的56%，则A与T的数量之和占全部碱基总数的44%，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，因此β链中A与T的数量之和也占该链碱基总数的44%，A正确；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，因此α链和β链中（G＋C）/（A＋T）相等，都是56%/44%＝14/11，B错误；α链中胸腺嘧啶所占的比例是1－56%－28%＝16%，占双链DNA分子的比例是16%÷2＝8%，C正确；不同生物的DNA分子中互补碱基之和的比值一般不同，即（A＋T）/（C＋G）的比值体现了不同生物DNA分子的特异性，D正确。 规律方法 DNA中碱基数量的计算规律 考点二　DNA的复制 1.对DNA复制方式的推测 （1）假说一：全保留复制 新的DNA分子单链结合在一起，形成一条新的DNA双链，而亲本DNA双链仍然被保留在一起。 （2）假说二：半保留复制 ①提出者：沃森和克里克。 ②特点：新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链。 （3）假说三：弥散型复制 亲本DNA双链被切割成小片段，分散在新合成的两条DNA双链中。 2.DNA半保留复制的实验证据 （1）实验者：美国生物学家梅塞尔森和斯塔尔。 （2）研究方法：假说—演绎法。 （3）实验技术：同位素标记技术、密度梯度离心技术。 （4）实验过程 （5）实验预期——（演绎推理） 若亲代DNA分子完全被15N标记，请分别按照半保留复制、全保留复制和弥散型复制的假说，分析绘制15N标记的亲代DNA分子在含有14N的环境中连续复制所得子一代和子二代的DNA分子中的15N和14N的分布状态。实线表示15N标记，虚线部分表示14N标记。 依据上述分析，预测离心后DNA在离心管中分布的位置如下： （6）实验结果 ①立即取出，提取DNA→离心→全部重带。 ②繁殖一代后取出，提取DNA→离心→全部中带。 ③繁殖两代后取出，提取DNA→离心→1/2轻带、1/2中带。 （7）实验结论：DNA的复制是以半保留的方式进行的。 3.DNA的复制 （1）概念、时间、场所 （2）过程（特点：边解旋边复制；半保留复制） （3）结果：一个DNA分子形成了两个完全相同的DNA分子。 （4）DNA准确复制 基础自测 （1）（2024·河北卷）DNA复制时，脱氧核苷酸通过氢键连接成子链。（×） （2）（经典高考题）DNA分子复制时，子链的合成过程不需要引物参与。（×） （3）（经典高考题）DNA聚合酶的作用是打开DNA双链。（×） （4）（必修2 P55“正文”）DNA复制遵循碱基互补配对原则，新合成的两条子链形成新的DNA双链。（×） 情境探究 目前已知的DNA聚合酶都只能延长已存在的DNA链，而不能从头合成DNA链，只能从已存在的DNA链的3′端延长，因此DNA复制需要引物（在细胞中是一段与模板DNA互补配对的短链RNA，PCR中的引物是DNA）。引物的3′端作为新合成子链的起始。如图为真核细胞DNA复制过程及结束阶段示意图，每条链5′→3′的方向由箭头指示，粗线代表母链（a链和b链），细线代表新生链（后随链和前导链）。 （1）图中，后随链延伸的方向和解旋酶的移动方向________（填“相同”或“相反”），其合成需要________（填“一个”或“多个”）RNA引物。 答案：相反　多个 （2）DNA复制结束后，需去除所有RNA引物，并由DNA片段继续延伸填补相应缺口。去除引物________（填编号）核苷酸链无法延伸，造成DNA缩短，理由可能是____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ______________________________________________________________________。 答案：③　由于子链的延伸方向为5′端→3′端，去除引物③后，核苷酸链无法延伸，缺口无法填补，造成DNA缩短 （3）若DNA分子共有1 500个碱基对，含A 600个，该段DNA分子复制n次，第n次复制时，需要消耗C________个（用公式表达）。 答案：900×2n-1 　“图解法”分析DNA复制的数量关系 一个亲代DNA连续复制n次后，则： （1）子代DNA分子数：2n个 ①无论复制多少次，含15N的DNA分子始终是2个。 ②含14N的DNA分子有2n个，只含14N的DNA分子有（2n－2）个。 （2）子代DNA分子总链数：2n×2＝2n+1条 ①无论复制多少次，含15N的链始终是2条。 ②含14N的链数是（2n+1－2）条。 （3）消耗的脱氧核苷酸数 ①若亲代DNA分子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。 ②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。 能力进阶 考向1　DNA半保留复制的实验证据 1.（2025·北京卷）1958年，Meselson和Stahl通过15N标记DNA的实验，证明了DNA的半保留复制。关于这一经典实验的叙述正确的是（　　） A.因为15N有放射性，所以能够区分DNA的母链和子链 B.得到的DNA带的位置有三个，证明了DNA的半保留复制 C.将DNA变成单链后再进行离心也能得到相同的实验结果 D.选择大肠杆菌作为实验材料是因为它有环状质粒DNA 解析：B　15N是稳定同位素，不具有放射性，该实验是通过离心后DNA的密度不同来区分DNA所含母链和子链的情况，A错误；在15N标记DNA的实验中，得到的DNA带的位置有轻带（两条链都含14N）、中带（一条链含14N，一条链含15N）、重带（两条链都含15N）三个；根据不同代DNA在离心后出现的这些带的位置和比例，证明了DNA的半保留复制，B正确；若将DNA解链为单链后离心，无论是全保留还是半保留复制，都是只有两条条带，不能证明DNA的半保留复制，C错误；选择大肠杆菌作为实验材料是因为大肠杆菌繁殖快，容易培养，能在短时间内获得大量的子代，便于观察实验结果，D错误。 2.（2026·河南南阳期末）科学家运用密度梯度离心等方法研究DNA复制的机制。 实验一：从含15N的大肠杆菌和含14N的大肠杆菌中分别提取亲代DNA，混合后放在100 ℃条件下进行热变性处理，然后进行密度梯度离心，再测定离心管中混合的DNA单链含量，结果如图a所示。 实验二：研究人员将含15N的大肠杆菌转移到14NH4Cl培养液中，繁殖一代后提取子代大肠杆菌的DNA（F1 DNA），将F1 DNA热变性处理后进行密度梯度离心，离心管中出现的两个条带对应图b中的两个峰。 下列有关叙述错误的是（　　） A.未进行热变性处理的F1 DNA进行密度梯度离心，则图b中会出现一个峰 B.热变性处理破坏DNA分子的磷酸二酯键使得单链分离，故图a中出现两个峰 C.本实验双链的F1 DNA密度梯度离心结果若只有一个条带，则可排除全保留复制 D.图b与图a中两个峰的位置相同，本研究不能够证明DNA分子是半保留复制的 解析：B　F1 DNA全为杂合链（15N/14N），若将未进行热变性处理的F1 DNA进行密度梯度离心，则离心管中只出现一个条带，图b中会出现一个峰，A正确；双链DNA分子中碱基对之间以氢键相连，热变性处理导致DNA分子中碱基对之间的氢键发生断裂，B错误；如果为全保留复制，则双链的F1 DNA中，一个DNA分子的两条链都被14N标记，另一个DNA分子的两条链都被15N标记，无论是否热变性，密度梯度离心结果均有两个条带；若不进行热变性处理的情况下双链的F1 DNA密度梯度离心结果只有一个条带，则可以排除“全保留复制”，C正确；图b与图a中两个峰的位置相同，说明F1 DNA中既有14N又有15N，但不能排除“全保留复制”（因为全保留复制的情况下，也会出现与图a相同的两个峰）, 故本研究中的两个实验不能够证明DNA分子是半保留复制，D正确。 考向2　DNA复制过程及相关计算 3.（2025·安徽合肥三模）复制泡是DNA进行同一起点双向复制时形成的。在复制启动时，尚未解开螺旋的亲代双链DNA同新合成的两条子代双链DNA在交界处形成的Y型结构，称为复制叉。如图为DNA复制时形成复制泡和复制叉的示意图，其中a～h代表相应位置。下列相关叙述错误的是（　　） A.根据子链的延伸方向可以判断图中a处为模板链的3′端 B.新合成的两条子链中（A＋T）/（C＋G）的值相同 C.DNA两条子链的延伸方向相反，其中一条链与复制叉的推进方向相同 D.DNA可同时从不同起点开始复制，形成多个复制泡，提高复制速率 解析：A　子链的延伸方向是从5′端向3′端，且与模板链是反向平行关系，因此，根据子链的延伸方向，可以判断图中a处是模板链的5′端，b处是模板链的3′端，A错误；新合成的两条子链中（A＋T）/（C＋G）的比值相同，B正确；DNA两条子链反向平行，复制时DNA聚合酶只能沿模板链的3′→5′方向移动，所以延伸方向相反，其中一条链与复制叉的推进方向相同，C正确；DNA可同时从不同起点开始复制，形成多个复制泡，提高复制速率，D正确。 4.（2026·湖北孝感模拟）某双链DNA分子共含有1 000个碱基对，其所含氮元素用15N标记，其中含腺嘌呤脱氧核苷酸m个，再将其置于含14N脱氧核苷酸的培养液中。该DNA分子复制n次，下列相关叙述错误的是（　　） A.第n代DNA分子中，含有15N的只有2个 B.该过程消耗的腺嘌呤脱氧核苷酸数为m·（2n－1）个 C.第n代DNA分子中都含有14N标记的碱基 D.第n次复制时，需消耗游离的胞嘧啶脱氧核苷酸数为m·2n-1 个 解析：D　DNA复制方式为半保留复制，亲代DNA分子的两条链均含有15N，放在含有14N脱氧核苷酸的培养基中复制后，第n代DNA分子中，含有15N的只有2个，A正确；该DNA分子含腺嘌呤脱氧核苷酸m个，所以该DNA分子复制n次需要消耗m·（2n－1）个腺嘌呤脱氧核苷酸，B正确；第n代DNA分子中都含有14N标记的碱基，其中有2个DNA分子只有一条链含有14N，C正确；已知具有1 000个碱基对的一个DNA分子片段中，含有m个腺嘌呤脱氧核苷酸，则A＝T＝m个，G＝C＝（1 000－m）个，所以第n次复制时，需消耗游离的胞嘧啶脱氧核苷酸数为（1 000－m）·2n-1个，D错误。 课堂训练 1.（2025·湖北卷）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 解析：B　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而非转录和翻译（后者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碱基对排列顺序的多样性使其可编码海量信息，是存储优势，C不符合题意；DNA分子结构紧凑，单位体积存储密度极高，节省空间，D不符合题意。 2.（2024·广西卷）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 解析：A　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，故DNA的第5、6个碱基均含有N元素，A正确；DNA存在5­甲基胞嘧啶和N6­甲基腺嘌呤，两者不含脱氧核糖，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甲基腺嘌呤参与碱基互补配对，D错误。 创新情境 DNA半不连续复制和冈崎片段 双链DNA是由两条反向平行的脱氧核苷酸链组成的。早在1966年，日本科学家冈崎提出DNA半不连续复制假说：DNA复制形成互补子链时，一条子链是连续形成的，另一条子链是不连续的，即先形成短链片段（如图1）。为验证这一假说，冈崎进行了如下实验：让T4噬菌体在20 ℃时侵染大肠杆菌70 min后，将同位素3H标记的脱氧核苷酸添加到大肠杆菌的培养基中，分别在2 s、7 s、15 s、30 s、60 s、120 s后，分离T4噬菌体DNA并通过加热使DNA分子变性、全部解螺旋，再进行密度梯度离心，以DNA单链片段分布位置确定片段大小（分子越小离试管口距离越近），并检测相应位置DNA单链片段的放射性，结果如图2。请据图分析并回答下列问题： 角度1　考查基础知识的迁移应用能力 （1）若1个双链DNA片段中有1 000个碱基对，其中胸腺嘧啶有350个，该DNA连续复制四次，在第四次复制时需要消耗________个胞嘧啶脱氧核苷酸。 （2）把3H标记的脱氧核苷酸添加到大肠杆菌的培养基中，最终在噬菌体DNA中检测到放射性，其原因是__________________________________________________ ______________________________________________________________________。 （3）DNA解旋在细胞中需要解旋酶的催化，在体外通过加热也能实现。解旋酶不能为反应提供能量，但能______________________。研究表明，在DNA分子加热解旋时，DNA分子中G—C的比例越高，需要解链温度越高的原因是_____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________。 角度2　考查对情境信息的提取与理解能力 （4）图2中，与60 s结果相比，120 s结果中短链片段减少的原因是____________________________________________________________________ _______________________________ 该实验结果为冈崎假说提供的有力证据是______________________________________________________________________ _____________________________________________________________________。 答案：（1）5 200　（2）3H标记的脱氧核苷酸被大肠杆菌吸收，为噬菌体DNA复制提供原料，所以在噬菌体DNA中能检测到放射性　（3）降低反应所需要的活化能　DNA分子中G—C的比例越高，氢键数越多，DNA结构越稳定　（4）短链片段连接形成长片段　在实验时间内，细胞中均能检测到较多的短链片段 解析：（1）DNA片段中有1 000个碱基对，依据碱基互补配对原则可推知，在该DNA片段中A＝T＝350个，C＝G＝650个。该DNA连续复制四次，在第四次复制时需要消耗的胞嘧啶脱氧核苷酸数为24-1×650＝5 200（个）。（2）把3H标记的脱氧核苷酸添加到大肠杆菌的培养基中，3H标记的脱氧核苷酸被大肠杆菌吸收，为噬菌体DNA复制提供原料，所以最终在噬菌体DNA中能检测到放射性。（3）解旋酶不能为反应提供能量，但能降低反应所需要的活化能。在每个DNA分子中，碱基对A与T之间有2个氢键，C与G之间有3个氢键，故DNA分子中G—C的比例越高，含有的氢键数越多，DNA分子结构越稳定，因此在DNA分子加热解旋时，需要解链温度也越高。（4）图2显示，与60 s结果相比，120 s结果中有放射性的单链距离试管口较远，说明短链片段减少，其原因是短链片段连接形成长片段。在图示的实验时间内，细胞中均能检测到较多的短链片段，为冈崎假说提供了实验证据。 2027届高考生物人教版一轮复习导学案 第1页（共1页） 学科网（北京）股份有限公司 $