遗传的分子基础复习策略

山东

2019年高考理科综合将坚持把创新思维和学习能力的考查渗透到命题全过程中，向学生提供新知识或原有知识的延伸拓展信息，考查学生的探究能力和创新精神。生物学科要求学生能够对生物学问题进行探究，包括提出问题、做出假设、制订和实施计划、得出结论、科学表达等，同时要求学生具备实验设计、实验结果预测的能力。根据这一精神和高考的实际情况（2016、2017年全国卷中对本部分内容都做出了考查），笔者认为对于遗传的分子基础的复习应着重从以下几方面展开：

1.关于遗传物质的实验探究

探究遗传物质的问题历来是考查学生科学思维和科学探究能力的主阵地。对于这部分内容的学习，笔者认为在掌握肺炎双球菌转化实验、噬菌体侵染细菌实验、烟草花叶病毒重建实验这三大经典实验的设计思路、过程、结果、结论、注意事项，以及细菌和病毒适合做实验材料的原因、遗传物质的特点等基础知识的前提下，进一步强化实验设计教学，总结探究遗传物质问题的常见方法：分离提纯法（肺炎双球菌体外转化实验）、同位素标记法（噬菌体侵染实验）、病毒重建法（烟草花叶病毒重建实验）、酶解法（利用酶的专一性设计实验。如：加入DNA水解酶，将DNA水解，观察起控制作用的物质是否还有控制作用，若“是”则其遗传物质不是DNA，若“否”则其遗传物质是DNA），并结合典型例题进行训练。

【典型例题1】将甲细菌提取物（含A、B、C、D四种有机物的混合物）和活的乙细菌混合培养一段时间后，从培养基中分离出了活的甲细菌。在无法对上述四种物质进行分离和提纯的前提下，为确定A～D中是哪一种物质能使乙细菌转化为甲细菌，请根据题意设计相关实验。要求写出实验设计思路、预期结果及结论。

【答案】设计思路：取适量的甲细菌的细胞提取物分成4等份，分别放在4支试管中并编号。再分别加入可分解A、B、C、D四种物质的酶，一段时间后，分别和有乙细菌的培养基混合培养并观察结果。预期结果：其中有一组混合培养基中没有分离出活的甲细菌。结论：加酶后没有分离出活的甲细菌的实验组中所含对应的有机物为转化物质。

【试题分析】本题以实验设计的方式考查探究遗传物质的常用方法，由上述内容可知探究遗传物质的常见方法有4种，而本题的前提是这四种物质无法分离和提纯，因此最简单可行的方案就是酶解法：取适量的甲细菌的细胞提取物分成4等份，再分别加入可分解A、B、C、D四种物质的酶，然后和乙细菌的培养基混合培养观察转化结果即可做出判断。

2.DNA的结构和复制

本部分的基础要点为DNA的组成和结构特点（让学生画图总结）、特性；作用于磷酸二酯键的相关酶（包括断开和连接作用的两类）；断裂氢键的方式（解旋酶、高温）；基因与脱氧核苷酸、DNA、染色体间的关系（根据学生的情况拓展基因结构的相关内容）；DNA复制过程、特点、条件以及相关计算。笔者建议在复习DNA复制时进一步深化假说-演绎法的思想，让学生演绎推理半保留复制、全保留复制和分散复制三种复制方式的结果，对DNA 复制的特点也可以设计相关的例题进行探究，对于基础好的学生可联系PCR技术对引物和半不连续复制的内容进行拓展。

【典型例题2】关于DNA复制有三种假说，示意图如下（如图1）：

图1

科学家运用密度梯度离心等方法研究DNA复制的机制。请回答问题：

（1）将两组大肠杆菌分别在15NH4Cl培养液和14HN4Cl培养液中繁殖多代，培养液中的氮可被大肠杆菌用于合成四种___________分子，作为 DNA 复制的原料，最终得到含15N的大肠杆菌和含14N的大肠杆菌。

（2）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2所示。

热变性处理导致 DNA 分子中碱基对之间的________发生断裂，形成两条DNA单链，因此图2中出现两个峰。

（3）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（F1DNA），将F1DNA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3中的两个峰。若将未进行热变性处理的F1DNA进行密度梯度离心，则离心管中只出现一个条带。据此分析，F1DNA 是由_________（选填①～④中的序号）组成。实验结果证明，DNA是半保留复制，作出此判断的依据是双链的F1DNA密度梯度离心结果只有一个条带，排除了__________复制；单链的 F1DNA 密度梯度离心结果有两个条带，排除了______________复制。

①两条15N-DNA单链 ②两条14N-DNA单链

③两条既含15N、又含有14N的DNA单链 ④一条15N-DNA单链、一条14N-DNA单链

图2

图3

【答案】（1）脱氧核糖核苷酸 （2）氢键（3）④ 全保留 弥散

【试题分析】本题再现了科学家们的探究过程，综合考查了学生对DNA分子复制过程等相关知识的理解和掌握情况以及科学探究能力，结合实验目的分析实验现象，进而推导出实验结论是本题的重点。解答本题需要结合图中信息准确把握“三种DNA复制假说”的异同，以及14N单链条带、15N单链条带和F1双链DNA在离心管中的位置。（1）DNA复制的原料是脱氧核糖核苷酸分子；组成元素是C、H、O、N、P，培养液中的氮被大肠杆菌吸收后，可用于合成四种脱氧核糖核苷酸。（2）DNA分子两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，氢键断裂后DNA分子形成两条单链。（3）将含15N的大肠杆菌（亲代DNA两条链都含有15N）转移到14NH4Cl培养液中繁殖一代后，凡是新合成的DNA单链均含14N，将F1的DNA热变性处理后进行密度梯度离心，如果DNA分子的复制方式为半保留复制或全保留复制，在离心管中会出现14N条带和15N条带，对应图3中的两个峰。若为弥散复制，在离心管中会出现一个条带（14N-15N混合条带），与实验结果不相符，因此排除“弥散复制”。将未进行热变性处理的F1DNA进行密度梯度离心，若为半保留复制，则在离心管中会出现一个条带（每个DNA的两条链均为一条14N，一条15N），与实验结果相符；若为全保留复制，则在离心管中会出现两个条带（一半的DNA分子由两条14N链组成，一半的DNA分子由两条15N链组成），与实验结果不相符，所以排除了全保留复制。

【典型例题3】通常DNA分子复制从一个复制起始点开始，有单向复制和双向复制，如图4、图5所示：

图4

图5

放射性越高的3H-胸腺嘧啶脱氧核糖核苷（3H-脱氧胸苷），在放射自显影技术的图像上，感光还原的银颗粒密度越高。请利用放射性自显影技术、低放射性3H-脱氧胸苷和高放射性3H-脱氧胸苷，设计实验以确定大肠杆菌DNA复制的方向，简要写出：

（1）实验思路：_________________。

（2）预测实验结果和得出结论：______________________________。

【答案】（1）复制开始时，首先用含低（或高）放射性的3H-脱氧胸苷培养基培养大肠杆菌，一段时间后转移到含有高（或低）放射性的3H-脱氧胸苷的培养基中继续培养，用放射自显影技术观察复制起点和复制起点两侧银颗粒密度情况 （2）若复制起点处银颗粒密度低（或高），另一侧银颗粒密度高（或低），则DNA分子复制为单向复制；若复制起点处银颗粒密度低（或高），复制起点的两侧银颗粒密度高（或低），则DNA分子复制为双向复制

【试题分析】由题意和图示信息可知：该实验的目的是探究DNA 复制的方向。实验原理为①3H-胸腺嘧啶脱氧核糖核苷（3H-脱氧胸苷）是合成DNA的原料，②放射性越高的3H-脱氧胸苷，在放射自显影技术的图像上，感光还原的银颗粒密度越高。实验的观察指标是银颗粒密度高低的差异。综上分析即可确定该实验的设计思路。

3.基因的表达和中心法则

本部分的基础要点为RNA适合作信使的原因；转录和翻译的过程（与DNA的复制过程比较）；密码子与反密码子的区别；mRNA与tRNA的区别；中心法则的内容；基因与性状的关系（一因多效和多因一效）。对于中心法则部分应适当拓展RNA复制，基因表达中的RNA干扰、反义基因（如2015年全国卷Ⅱ第29题）等新内容，提升学生的创新思维和学习能力。

【典型例题4】miRNA是一种小分子RNA，某miRNA能抑制W基因控制的蛋白质（W蛋白）的合成。某真核细胞内形成该miRNA及其发挥作用的过程示意图如下（如图6）。下列叙述正确的是 （ ）

图6

A.miRNA基因转录时，RNA聚合酶与该基因的起始密码相结合

B.W基因转录形成的mRNA在细胞核内加工后，进入细胞质用于翻译

C.miRNA与W基因mRNA结合遵循碱基互补配对原则，即A与T、C与G配对

D.miRNA抑制W蛋白的合成是通过双链结构的miRNA直接与W基因mRNA结合所致

【答案】B

【试题分析】本题以全新的情景考查基因表达的相关知识，正确解答本题需要结合图文信息和课本基础知识综合分析。miRNA基因转录时，RNA聚合酶与该基因首端的启动子相结合，而起始密码位于mRNA的首端，A错误；真核细胞内W基因转录形成的mRNA在细胞核内加工后，进入细胞质用于翻译，B正确；miRNA与W基因mRNA结合遵循碱基互补配对原则，即A与U、C与G配对，C错误；miRNA抑制W蛋白的合成，是通过单链结构的miRNA与蛋白质结合形成的miRNA-蛋白质复合物直接与W基因的mRNA结合所致，D错误。

【典型例题5】埃博拉出血热（EBHF）是由埃博拉病毒（EBV）（一种丝状单链RNA病毒）引起的病毒性出血热，EBV与宿主细胞结合后，将核酸-蛋白复合体释放至细胞质，通过以下途径进行增殖（如图7）。下列推断正确的是 （ ）

图7

A.将EBV的RNA直接注入人体细胞内一定会引起EBHF

B.过程①所需嘌呤比例与过程③所需嘧啶比例不同

C.过程②需要的氨基酸和tRNA的种类、数量不同

D.EBV增殖过程需宿主细胞提供ATP和四种脱氧核苷酸

【答案】C

【试题分析】由题意可知，EBV与宿主细胞结合后，将核酸-蛋白复合体释放至细胞质，产生大量子代，引起EBHF，将EBV的RNA直接注入人体细胞内，因缺乏依赖RNA的RNA聚合酶，EBV不能繁殖，不会引起EBHF，A错误；过程①所需嘌呤比例与过程③所需嘧啶比例相同，B错误；过程②合成的蛋白质种类不同，需要的氨基酸和tRNA的种类、数量一般不同，C正确；EBV的遗传物质是RNA ，增殖过程需细胞提供四种核糖核苷酸和ATP，D错误。

总之，教学过程中教师要引导学生尝试用不同的方法进行复习，从中发现最优，且最适合学情的复习策略。