高中生物第三章基因的本质章末整合提升教学案新人教版必修2 9页

第三章 基因的本质 知识系统构建 规律方法整合 整合一 同位素标记噬菌体的有关分析 1．噬菌体的结构：噬菌体由 DNA 和蛋白质组成。 2．噬菌体侵染细菌的过程 3．噬菌体侵染细菌实验中上清液和沉淀物放射性分析 (1)32P 噬菌体侵染大肠杆菌 (2)35S 噬菌体侵染大肠杆菌 例 1 有人试图通过实验来了解 H5N1 禽流感病毒侵入家禽的一些过程。设计实验如图： 一段时间后，检测子代 H5N1 病毒的放射性及 S、P 元素，下表对结果的预测中，最可能发生 的是( ) 选项 放射性 S 元素 P 元素 A 全部无 全部 32S 全部 31P B 全部有 全部 35S 多数 32P、少数 31P C 少数有 全部 32S 少数 32P、多数 31P D 全部有 全部 35S 少数 32P、多数 31P 答案 D 解析 病毒侵染细胞时，蛋白质外壳留在外面，只有核酸注入细胞，由图可知，病毒先在含 32P 的宿主细胞 1 中培养(其 DNA 被 32P 标记)，然后转移到含 35S 的宿主细胞 2 中培养。病毒复 制自身的遗传物质所用的原料有宿主细胞的 31P(不具放射性)，也有自身核酸(含 32P)，故子代 病毒的核酸多数含 31P，少数含 32P；病毒合成的蛋白质外壳所用的原料都是宿主细胞 2 的，故 全被 35S 标记。 整合二 DNA 分子结构的计算 碱基互补配对原则是核酸中碱基数量计算的基础。可推知以下多条用于碱基计算的规律。 项目 双链 DNA 分子 1 链 2 链 A、G、T、C 的关系 A＝T；G＝C A1＝T2；G1＝C2 A2＝T1；G2＝C1 A＋G＝T＋C＝A＋C＝T＋G＝DNA 中碱 基总数 50% 非互补碱基和之比： A＋G T＋C 或A＋C T＋G 1 m 1/m 互补碱基和之比： A＋T G＋C 或G＋C A＋T n n n 某种碱基的比例(X 为 A、T、G、 C 中某种碱基的含量) 1/2(X1%＋X2%) X1% X2% 例 2 已知某双链 DNA 分子中，G 与 C 之和占全部碱基总数的 34%，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 和 C 分别占该链碱基总数的( ) A．34%和 16% B．34%和 18% C．16%和 34% D．32%和 18% 答案 A 解析 设该 DNA 分子的两条链分别为 1 链和 2 链，双链 DNA 分子中，G 与 C 之和占全部碱基 总数的 34%，则 A＋T 占 66%，又因为双链 DNA 分子中，互补配对的两种碱基之和占整个 DNA 分子比例和每条链中的比例相同，因此 A1＋T1＝66%，G1＋C1＝34%，又因为 T1 与 C1 分别占该链 碱基总数的 32%和 18%，则 A1＝66%－32%＝34%，G1＝34%－18%＝16%。根据 DNA 分子的碱基互 补配对关系，所以 T2＝A1＝34%，C2＝G1＝16%。 整合三 DNA 复制的有关计算 DNA 分子的复制为半保留复制，一个 DNA 分子复制 n 次，则有： 1．DNA 分子数 (1)子代 DNA 分子数＝2n 个。 (2)含有亲代 DNA 链的子代 DNA 分子数＝2 个。 (3)不含亲代 DNA 链的子代 DNA 分子数＝(2n－2)个。 2．脱氧核苷酸链数 (1)子代 DNA 分子中脱氧核苷酸链数＝2 n＋1 条。 (2)亲代脱氧核苷酸链数＝2 条。 (3)新合成的脱氧核苷酸链数＝(2n＋1－2)条。 3．消耗的脱氧核苷酸数 (1)若一亲代 DNA 分子含有某种脱氧核苷酸 m 个，经过 n 次复制需要消耗该脱氧核苷酸数为 m·(2n－1)个 。 (2)第 n 次复制需该脱氧核苷酸数＝m·2n－1 个。 例 3 某 DNA 分子含 m 对碱基，其中腺嘌呤有 A 个。下列有关此 DNA 在连续复制时所需的胞 嘧啶脱氧核苷酸数目的叙述中，错误的是( ) A．在第一次复制时，需要(m－A)个 B．在第二次复制时，需要 2(m－A)个 C．在第 n 次复制时，需要 2n－1(m－A)个 D．在 n 次复制过程中，总共需要 2n(m－A)个 答案 D 解析 DNA 复制 n 次是指 DNA 连续复制了 n 次，产生的子代 DNA 分子为 2n 个，形成的脱氧核 苷酸链有 2n＋1 条。第 n 次复制是指 DNA 复制了 n－1 次，已产生子代的 DNA 分子继续进行第 n 次复制。两种复制情况下所需的脱氧核苷酸的数目是不同的。在计算 DNA 分子在第 n 次复制 过程中所需含某种碱基的脱氧核苷酸数目时，要先计算出 n 次复制时所需要的该种脱氧核苷 酸数，再减去(n－1)次复制过程中所需要的该种脱氧核苷酸数。该 DNA 分子含胞嘧啶数目为(m －A)个，复制 n 次需胞嘧啶脱氧核苷酸数目为(m－A)(2n－1)个。 整合四 基因、DNA 与染色体之间的关系 下图是一对染色体，其中一条染色体来自母本，另一条来自父本。它们都含有同一性状的基 因，而且这些基因都按照相同的顺序从染色体的一端排到另一端。在一对染色体上同一位置 的基因都相同吗？这些基因与染色体呈现出何种关系？ 科学家观察到基因和染色体的行为存在着明显的平行关系，通过类比的方法，推断出基因位 于染色体上并得到证明，且测定出了基因在染色体上的相对位置，在染色体上呈线性排列。 每种生物的体细胞含有一定数目的染色体，真核细胞中 DNA 主要存在于细胞核内，少量存在 于线粒体、叶绿体中。前者 DNA 位于染色体上，复制前每条染色体上有 1 个 DNA 分子，复制 后每条染色体上有 2 个 DNA 分子；而后者 DNA 是裸露的。每个 DNA 分子上含有许多基因，基 因在染色体上呈线性排列。 例 4 用 a 表示 DNA，b 表示基因，c 表示脱氧核苷酸，d 表示碱基，则四者的关系是( ) 答案 D 解析 基因是有遗传效应的 DNA 片段，两者的基本组成单位均为脱氧核苷酸，每一分子脱氧 核苷酸又是由一分子磷酸、一分子脱氧核糖、一分子含氮碱基组成的。 热点考题集训 1．下列关于“噬菌体侵染细菌的实验”的叙述，正确的是( ) A．分别用含有放射性同位素 35S 和放射性同位素 32P 的培养基培养噬菌体 B．分别用 35S 和 32P 标记的噬菌体侵染未被标记的大肠杆菌，进行长时间的保温培养 C．用 35S 标记噬菌体的侵染实验中，沉淀物存在少量放射性可能是搅拌不充分所致 D．32P、35S 标记的噬菌体侵染实验分别说明 DNA 是遗传物质、蛋白质不是遗传物质 答案 C 解析 噬菌体营寄生生活，不能用培养基直接培养，需用含放射性的大肠杆菌培养才能使噬 菌体带上放射性标记，A 项错误；实验中保温时间不能过长，若保温时间太长则可能使一些 含 32P 的子代噬菌体释放出来，离心后存在于上清液中，导致上清液中检测到 32P，B 项错误； 35S 标记的是噬菌体的蛋白质外壳，理论上应存在于上清液中，但可能因搅拌不充分，部分噬 菌体仍吸附在细菌表面而存在于沉淀物中，C 项正确；本实验可说明 DNA 是遗传物质，但不 能证明蛋白质不是遗传物质，因为缺少蛋白质进入细菌细胞的对照实验，D 项错误。 2．为研究噬菌体侵染细菌的详细过程，你认为同位素标记的方案应为( ) A．用 14C 或 3H 培养噬菌体，再去侵染细菌 B．用 18O 或 32P 培养噬菌体，再去侵染细菌 C．将一组噬菌体用 32P 和 35S 标记 D．一组用 32P 标记 DNA，另一组用 35S 标记蛋白质外壳 答案 D 解析 用 32P 和 35S 分别标记 DNA 和蛋白质外壳，35S 仅存在于噬菌体的蛋白质外壳中，32P 仅存 在于噬菌体的 DNA 中，而 14C、18O、3H 在蛋白质和 DNA 中都含有，无法区别是哪一种成分发挥 作用，同时用 32P、35S 标记蛋白质和 DNA，沉淀物和上清液中都有放射性，也无法判断是哪一 种成分发挥作用。 3．如图甲、乙表示两种不同的植物病毒，经重建形成“杂种病毒丙”，用病毒丙侵染植物细 胞，在植物细胞内增殖后产生的新一代病毒是( ) 答案 D 解析 图中重建的“杂种病毒丙”的核酸来自乙病毒，而蛋白质外壳来自甲病毒。由于病毒 丙侵染植物细胞中的是乙病毒核酸，所以在植物细胞内增殖后产生的新一代病毒的核酸和蛋 白质外壳均与乙病毒相同。 4．一个完全标记上 15N 的 DNA 分子含 100 个碱基对，其中腺嘌呤(A)有 40 个。在不含 15N 的培 养液中经过 n 次复制后，不含 15N 的 DNA 分子总数与含 15N 的 DNA 分子总数之比为 7∶1，需游 离胞嘧啶(C)为 m 个，则 n、m 分别是( ) A．3、960 B．3、900 C．4、960 D．4、900 答案 D 解析 标记过的 DNA 分子不管复制多少次，其子代 DNA 分子中必然有两个 DNA 分子携带有标 记。根据不含 15N 的 DNA 分子总数与含 15N 的 DNA 分子总数之比为 7∶1，可知共得到 DNA 分子 16 个，DNA 分子需要复制 4 次；根据题中腺嘌呤 40 个可知 A＝T＝40(个)，G＝C＝60(个)， 16 个 DNA 分子共需要 60×16 个碱基 C，除去开始时作为模板的 DNA 分子，还需要 C 960－60 ＝600(个)。 5．用 15N 标记含有 100 个碱基对的 DNA 分子，其中有胞嘧啶 60 个，该 DNA 分子在含 14N 的培 养基中连续复制 4 次。其结果不可能是( ) A．含有 15N 的 DNA 分子占 1/8 B．含有 14N 的 DNA 分子占 7/8 C．复制过程中需游离的腺嘌呤脱氧核苷酸 600 个 D．复制结果共产生 16 个 DNA 分子 答案 B 解析 由于 DNA 的复制是半保留复制，经过四次复制形成 16 个 DNA 分子都含有 14N，有 2 个 DNA 分子中一条链含有 15N，另一条链含有 14N，其余 14 个 DNA 分子两条链全部含有 14N，该 DNA 分子中含有胞嘧啶 60 个，由此计算出含有鸟嘌呤 60 个，腺嘌呤和胸腺嘧啶各有 40 个，复制 4 次需要腺嘌呤脱氧核苷酸的数量为 40×(24－1)＝600(个)。 6．假如某大肠杆菌含 14N 的 DNA 的相对分子质量为 a，含 15N 的 DNA 的相对分子质量为 b。现 将含 15N 的大肠杆菌培养在含 14N 的培养基中，那么，子二代 DNA 的相对分子质量平均为( ) A．(a＋b)/2 B．(3a＋b)/4 C．(2a＋3b)/2 D．(a＋3b)/4 答案 B 解析 1 个含 15N 的大肠杆菌培养在含 14N 的培养基中，子二代有 4 个 DNA，其中 2 个 DNA 各含 1 条 14N 链和 1 条 15N 链，另外 2 个 DNA 的 2 条链都含 14N。4 个子代 DNA 实际为 6 条 14N 链和 2 条 15N 链，相当于 3 个含 14N 的 DNA 和 1 个含 15N 的 DNA，故子二代 DNA 的相对分子质量平均为 (3a＋b)/4。 7．某生物的一个 DNA 分子长度为 35 700 埃。已知 DNA 每一个螺旋的长度为 34 埃，含 10 个 碱基对，假设平均每个基因有 250 个碱基，则这个 DNA 中的基因数不会超过多少个( ) A．30 B．60 C．84 D．240 答案 C 解析 此 DNA 的螺旋数为35 700 34 ＝1 050(个)，碱基总数为 1 050×20＝21 000(个)。基因是 具有遗传效应的 DNA 片段，即 DNA 中有些片段是没有基因的，如果把这些片段也考虑进去， 核 DNA 中基因数不会超过21 000 250 ＝84(个)。 8．下列叙述中正确的是( ) A．细胞中的基因都在染色体上 B．细胞中每条染色体上都只有一个 DNA 分子 C．在体细胞中，基因和染色体一般成对存在 D．非等位基因在形成配子时都是自由组合的 答案 C 解析 基因与染色体的行为虽然存在着明显的平行关系，但基因实质上是位于 DNA 上的，除 染色体上有 DNA 外，细胞质中的线粒体、叶绿体等细胞器内也含有 DNA，其上面也有基因(称 为细胞质基因)，所以 A 项错误；细胞中的染色体经过复制后，每条染色体上含有两条染色单 体，即两个 DNA 分子，所以 B 项错误；减数分裂过程中，发生自由组合的基因是位于非同源 染色体上的非等位基因，同源染色体上的非等位基因不发生自由组合，故 D 项也错误。 9．R 型肺炎双球菌菌体无多糖类的荚膜，是无毒性细菌，S 型肺炎双球菌菌体有多糖类的荚 膜，是有毒性细菌，可使人患肺炎或使小鼠患败血症。科学家艾弗里及其同事利用肺炎双球 菌来探究什么是遗传物质的问题。 实验材料、用具：S 型细菌、R 型细菌、DNA 水解酶、培养基、培养皿等。 艾弗里等人先做了以下 3 组实验： 第一组：S 型细菌的蛋白质＋R 型活细菌培养基→R 型菌落 第二组：S 型细菌荚膜的多糖＋R 型活细菌培养基→R 型菌落 第三组：S 型细菌的 DNA＋R 型活细菌培养基→S 型菌落、R 型菌落 (1)艾弗里等人后来发现上述实验步骤并不严密，于是又做了第四组实验，请写出第四组实验 方法和结果：__________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)从上述实验可以得出的结论是_________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)从第三组实验可知，S 型细菌的 DNA 或基因能否通过 R 型细菌的细胞膜？________。 (4)有人认为，上述 4 个实验并不能说明蛋白质和荚膜多糖不是遗传物质，理由是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (5)实验中涉及的 S 型细菌和 R 型细菌可以通过观察培养基上的菌落来区分，区分的依据是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案 (1)S 型细菌的 DNA＋DNA 水解酶＋R 型活细菌培养基→R 型菌落 (2)DNA 是肺炎双球菌 的遗传物质 (3)能 (4)本实验未能证实蛋白质和荚膜多糖通过细菌细胞膜进入细胞内的情况 (5)S 型 细菌形成的菌落表面光滑，R 型细菌形成的菌落表面粗糙 解析 (1)本题直接考查教材内容，第四组实验方法是用 DNA 水解酶处理 S 型细菌的 DNA 后， 再与 R 型活细菌混合培养，观察结果，应该只有 R 型菌落，因为 S 型细菌的 DNA 水解后其生 理功能丧失。(2)比较上述 4 组实验可以得出 DNA 是肺炎双球菌的遗传物质。(3)R 型细菌转 化为 S 型细菌，说明 S 型细菌的 DNA 进入 R 型细菌内并与它的 DNA 实现重组，即能说明 S 型 细菌的 DNA 能通过 R 型细菌的细胞膜。(4)由于该实验没有证明蛋白质和荚膜多糖通过细菌细 胞膜进入细胞内的情况，所以有人认为该实验不能证明蛋白质和荚膜多糖不是遗传物质。(5)S 型细菌有荚膜，菌落表面光滑，R 型细菌无荚膜，菌落表面粗糙。 10．如图为大肠杆菌细胞内某种大分子片段的结构示意图，1、2、3、4 代表结构名称。请据 图回答下列问题： (1)该种大分子的中文名称是____________，立体结构名称是____________。 (2)图中 2 表示____________，1、2、3 结合在一起的结构__________________是组成该分子 的单体之一。 (3)3 和 4 之间靠____________相连接。 (4)1、2、3 组成的分子彻底水解后，能产生含氮废物的是____________(填序号)。 (5)如果该分子一条链中的 3 占 15%，互补链中的 3 占 25%，则整个分子中 3 占____________。 答案 (1)脱氧核糖核酸 双螺旋结构 (2)脱氧核糖 鸟嘌呤(或胞嘧啶)脱氧核苷酸 (3)(3 个)氢键 (4)3 (5)20% 解析 (1)图解是 DNA 的平面结构，DNA 的中文名称是脱氧核糖核酸，立体结构是双螺旋结构。 (2)图中 1 是磷酸，2 是脱氧核糖(不能填五碳糖)。图中展示 3 和 4 之间是 3 个氢键，故 3 和 4 构成 G 和 C 碱基对，但不确定 3 是 G 还是 C，因此 1、2、3 构成的脱氧核苷酸可能是鸟嘌呤 脱氧核苷酸，也可能是胞嘧啶脱氧核苷酸。(3)如上所述，碱基对之间靠氢键连接。(4)含氮 废物来自碱基。(5)某碱基在一条链上的比例＋该碱基在互补链上的比例＝该碱基在双链上的 比例×2，所以 G 或 C 在整个 DNA 分子中的比例为(15%＋25%)÷2＝20%。