第三节 遗传信息的传递

目标导航 1.阅读教材，结合图3－10，了解对DNA分子复制的推测及实验证据。2.结合教材图3－11，归纳DNA分子的复制过程、计算规律，并探讨DNA复制的生物学意义。

一、探究DNA分子的复制过程 1．方法

同位素示踪法和密度梯度离心技术。 2．实验材料 大肠杆菌。 3．实验原理

含N的双链DNA密度大，含N的双链DNA密度小，一条链含N、一条链含N的双链DNA密度居中。 4．实验过程

(1)培养含N的大肠杆菌：用NH4Cl作为唯一氮源的培养液培养大肠杆菌若干代，使大肠杆菌的DNA都被放射性同位素N标记。

(2)转入含N的培养液中继续培养：用NH4Cl作为唯一氮源的培养液培养上述大肠杆菌一代和两代。

(3)离心：分别将上述一代和两代大肠杆菌的DNA分离出来，做DNA密度梯度超速离心和分析。 5．实验结果

(1)新合成的双链DNA分子中，一条链是来自亲代的DNA，另一条链则是新合成的。 (2)细胞中DNA的复制是以亲代的一条DNA链为模板，按照碱基互补配对原则，合成另一条具有互补碱基的新链。

(3)复制出的DNA分子与亲代DNA分子完全相同。 6．结论

DNA的复制方式为半保留复制。 二、DNA分子复制的过程 1．概念

产生两个跟亲代DNA完全相同的新DNA分子的过程，称为DNA的复制。 2．过程

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1

(1)结果：一个DNA分子形成了两个与亲代完全相同的DNA分子。 (2)特点：①边解旋边复制；②半保留复制。 3．意义

使亲代的遗传信息传递给了子代，从而保持了前后代遗传信息的连续性。

判断正误：

(1)有的细胞并不进行DNA复制。( )

(2)DNA双螺旋全部解链后，开始DNA复制。( )

(3)单个脱氧核苷酸在DNA酶的作用下连接成子链，并且2条子链形成子代DNA分子。( ) (4)DNA的复制需要消耗能量。( )

(5)单个脱氧核苷酸借助DNA聚合酶通过氢键彼此连接成DNA链。( ) (6)真核细胞核内DNA复制后位于两条姐妹染色单体上。( )

(7)减数过程中DNA分子复制发生于减Ⅰ前的间期、两子代DNA分开发生于减Ⅰ后期。( )

(8)1个DNA分子复制n次后所产生的新DNA分子中只有两个子DNA含第一代DNA的链。( ) (9)DNA分子独特的双螺旋结构为复制提供了精确的模板。( ) (10)通过碱基互补配对原则，保证了复制的准确进行。( )

(11)通过DNA复制，将遗传信息从亲代传给了子代，保持了遗传信息的连续性。( ) 答案 (1)√ (2)× (3)× (4)√ (5)× (6)√ (7)× (8)√ (9)√ (10)√ (11)√

一、DNA半保留复制的实验证据分析 1．实验方法

放射性同位素标记技术和离心技术。

2

2．实验原理

含N的双链DNA密度大，含N的双链DNA密度小，一条链含N、一条链含N的双链DNA分子密度居中。 3．实验假设

DNA以半保留的方式复制。 4．实验预期

离心后应出现3条DNA带。

(1)重带(密度最大)：两条链都为N标记的亲代双链DNA。

(2)中带(密度居中)：一条链为N标记，另一条链为N标记的子代双链DNA。 (3)轻带(密度最小)：两条链都为N标记的子代双链DNA。 5．实验过程

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6．过程分析

(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。 11

(3)繁殖两代后取出，提取DNA→离心→轻带、中带。

227．实验结论

DNA的复制是以半保留方式进行的。

8．重带∶中带∶轻带比例关系为0∶2∶(2－2)(注：n代表DNA复制次数)。

n

1．DNA复制是否只在有丝和减数过程中进行？是否只发生于细胞核中？

答案 不是，无丝过程中也发生DNA复制；线粒体和叶绿体中也有DNA，也进行DNA复制。 2．若用N标记一个DNA分子的两条链，用含N标记的脱氧核苷酸为原料复制一次。那么，半保留复制和全保留复制两种情况下产生的子代DNA有什么不同？

3

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答案 半保留复制：两个子代DNA分子都为一条链含N，一条链含N。 全保留复制：子代DNA分子中有一个两条链都为N，一个两条链都为N。

1．在氮源为N和N的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA分子分别为N－DNA(相对分子质量为a)和N－DNA(相对分子质量为b)。将亲代大肠杆菌转移到含N的培养基上，再连续繁殖两代(Ⅰ和Ⅱ)，用某种离心方法分离得到的结果如下图所示。下列对此实验的叙述不正确的是( )。

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A．Ⅰ代细菌DNA分子中一条链是N，另一条链是N 115

B．Ⅱ代细菌含N的DNA分子占全部DNA分子的 47a＋b

C．预计Ⅲ代细菌DNA分子的平均相对分子质量为 8D．上述实验结果证明DNA复制方式为半保留复制 问题导析

(1)N－DNA在N的培养基上进行第一次复制后，产生的两个子代DNA分子均含有一条N的DNA链和一条N的DNA链。这样的DNA用离心法分离后，应该全部处在试管的中部。 (2) 子Ⅰ代的两个DNA分子再分别进行复制，它们所产生的两个子代DNA分别为全N－DNA分子和N、N—DNA分子。此时，将该DNA作离心处理，产生的DNA沉淀应该分别位于试管115

的上部和中部。含N的DNA分子占全部DNA分子的。

2

(3) Ⅲ代细菌DNA分子共有8个，各条单链的相对分子质量之和为(7a＋b)，平均相对分子质7a＋b量为。

8答案 B 一题多变 判断正误：

(1)将第Ⅲ代细菌离心分离将会出现3条带。( )

(2)不管复制多少代，含N标记的DNA分子只有两个。( ) (3)从Ⅰ代开始细菌DNA分子中至少一条链含N。( )

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4

答案 (1)× (2)√ (3)√ 二、DNA分子复制的过程 1．DNA分子复制的过程归纳

2．不同生物的DNA分子复制的场所



在自然状态下，细胞核主要生物的DNA均在真核生物线粒体细胞中复制

叶绿体

病毒：在活的宿主细胞内

3．复制后两DNA分子的位置

核DNA复制后位于两姐妹染色单体上。 4．子代DNA分开时刻及去向

拟核主要

原核生物

细胞质如质粒

细胞过程中，两子代DNA随着丝粒姐妹染色单体分开而分开，即两子代DNA分开于有丝后期或减数第二次后期并进入两个子细胞中。 5．巧记DNA分子复制的“一、二、三、四”

1．关于DNA分子数：(1)子代DNA分子总数＝2个。 (2)含N的DNA分子数＝2个。 (3)含N的DNA分子数＝2个。 (4)只含N的DNA分子数＝0个。

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n

15

n

5

(5)只含N的DNA分子数＝(2－2)个。 2．关于脱氧核苷酸链数

(1)子代DNA分子中脱氧核苷酸链数＝2(2)含N的脱氧核苷酸链数＝2条。 (3)含N的脱氧核苷酸链数＝(23．关于消耗的脱氧核苷酸数

设亲代DNA分子中含有某种脱氧核苷酸m个，则：

(1)经过n次复制，共需消耗游离的该脱氧核苷酸m·(2－1)个。 (2)在第n次复制时，共需消耗游离的该脱氧核苷酸m·2

2．下图表示DNA复制的过程，结合图示，下列有关叙述不正确的是( )。

n－1n

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n＋1

15

n＋1

14n

条。

－2)条。

个。

A．DNA复制过程中首先需要解旋酶破坏DNA双链之间的氢键，使两条链解开 B．DNA分子的复制具有双向复制的特点，生成的两条子链的方向相反 C．从图示可知，DNA分子具有多起点复制的特点，缩短了复制所需的时间 D．DNA分子的复制需要DNA聚合酶将单个脱氧核苷酸连接成DNA片段 问题导析

(1) DNA分子过程中的解旋酶破坏DNA双链之间的氢键，使两条链解开； (2) DNA分子两条链是反向平行的，两条链复制时箭头方向是相反的； (3) 图示中复制的起点只有1个，不能体现DNA分子具有多起点复制的特点； (4) DNA聚合酶的作用底物是单个游离的脱氧核苷酸。 答案 C 一题多变 判断正误：

(1)DNA解旋后的每一条脱氧核苷酸链都可以作为DNA复制的模板。( ) (2)通过DNA复制，可以将遗传信息准确无误地从亲代传给子代。( ) 答案 (1)√ (2)×

解析 (1)DNA一次复制可以形成两个DNA分子，因为解旋后的每条脱氧核苷酸链都可以作为复制的模板。

(2)DNA的复制有一定的准确性，但这种准确性是相对的，可能在复制过程中会发生差错。

6

1．关于DNA复制的叙述，正确的是( )。 A．复制均在细胞核内进行 B．复制仅发生在有丝的间期 C．复制过程先解旋后复制

D．碱基互补配对保证了复制的准确性 答案 D

解析 只要细胞，DNA就复制，DNA不只存于细胞核内，细胞方式亦不只是有丝；DNA是边解旋边复制，不分先后。

2．体外进行DNA复制的实验，向试管中加入有关的酶、4种脱氧核苷酸和ATP,37 ℃下保温。下列叙述中正确的是( )。

A．能生成DNA，DNA的碱基比例与4种脱氧核苷酸的比例一致 B．不能生成DNA，因为缺少DNA模板

C．能生成DNA，DNA的碱基比例不确定，且与酶的来源有一定的关联 D．不能生成DNA，因为实验中缺少酶催化的适宜的体内条件 答案 B

解析 DNA复制需要的条件是模板、原料、酶、能量等，题目的条件缺少模板，不能生成DNA。 3．如图为真核细胞内某DNA片段(N)结构示意图，共有1 000对脱氧核苷酸组成，其中碱基A占20%。下列说法正确的是( )。

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A．该DNA片段复制3次，则需要游离的鸟嘌呤脱氧核苷酸2 800个 C＋GB．该DNA片段的一条核苷酸链中为3∶2

A＋T

C．DNA解旋酶作用于①部位，DNA聚合酶用于催化②部位的化学键构成

7

31414

D．将该DNA片段置于N培养液中复制3次后，含N的DNA分子占

4答案 B

解析 该DNA片段复制3次，则需要游离的鸟嘌呤脱氧核苷酸为600×(2－1)＝4 200个；由于碱基A占20%，因此碱基T占20%，碱基C占30%，碱基G占30%，该DNA片段的两条脱氧C＋GC＋G核苷酸链中为3∶2，则该DNA片段的一条脱氧核苷酸链中也为3∶2；DNA聚合酶用

A＋TA＋T于构建3,5磷酸二酯键；将该DNA片段置于N培养液中复制3次后，子代DNA分子全部含有

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3

N。

4．如图为高等植物细胞中DNA复制过程模式图，请根据图示过程，回答问题。

(1)由图示可知，1个DNA分子复制出乙、丙2个DNA分子的方式是_______________________________________________________________。

(2)细胞中DNA复制的场所为________；在复制完成后，乙、丙分开的时期为________________________________________________________。

(3)把乙(只含N)放在含N的培养液中培养，复制2次后子代DNA单链中含N的DNA单链所占的比例是________________。

答案 (1)半保留复制 (2)细胞核、线粒体和叶绿体 有丝后期和减数第二次后期 3

(3) 4

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基础巩固

1．沃森和克里克在发表了DNA分子双螺旋结构的论文后，又提出了DNA自我复制的假说。下列有关假说内容的叙述不正确的是( )。

A．DNA复制时，双螺旋将解开，互补的碱基之间的氢键断裂

B．以解开的两条单链为模板，以游离的脱氧核苷酸为原料，依据碱基互补配对原则，通过氢键结合到作为模板的单链上

C．形成的DNA分子包括一条模板单链和一条新链

D．形成的两个DNA分子是由两条母链、两条子链分别结合而成 答案 D

解析 沃森和克里克提出的DNA自我复制的假说为半保留复制，即形成的DNA分子包括一条

8

母链和一条子链。

2．已知一条完全标记上N的DNA分子在含N的培养基中经n次复制后，仅含N的DNA分子总数与含N的DNA分子总数之比为7∶1，则n是( )。 A．2 C．4 答案 C

解析 DNA分子复制是半保留复制，所以无论这个DNA分子复制多少次，总有两个DNA分子各有一条链带有N标记，因此仅含N的DNA分子总数应为14个，复制n次后，共得到16个DNA分子；由公式2＝16可知DNA分子复制了4次。

3．把培养在含轻氮(N)环境中的细菌转移到含重氮(N)的环境中培养相当于繁殖一代的时间，然后放回原来的环境中培养相当于连续繁殖两代的时间后，分析细菌DNA分子组成，则正确答案应为( )。

选项 DNA分子 轻氮型 中间型 重氮型 3 41 4－ 1 21 43 41 21 2— － 1 2－ 14

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B．3 D．5

nA B C D 答案 A

解析 细菌繁殖一代后，DNA分子为中间型，连续繁殖两代后，形成的8个DNA分子中，中间13

型有2个，占；轻氮型有6个，占。

44

4．一个不含放射性元素的噬菌体，在脱氧核苷酸被P标记及氨基酸被N标记的细菌体内，连续繁殖三代，含有P和N标记的噬菌体分别占子代噬菌体总数的比例为( )。 A．100%、100% C．50%、50% 答案 A

解析 噬菌体侵染细菌后在亲代噬菌体的DNA的作用下，以细菌细胞内的脱氧核苷酸和氨基酸为原料合成子代噬菌体的DNA和蛋白质外壳。细菌细胞内脱氧核苷酸被P标记，氨基酸被

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32

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B．25%、50% D．25%、0

N标记，则后代每个噬菌体都含有P和N。

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5．某些药物可以抑制肿瘤细胞DNA分子的复制，从而达到控制癌症的目的。这些药物作用的

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细胞正处在细胞周期的( )。 A．间期 C．中期 答案 A

解析 DNA的复制时期是在细胞间期。 巩固提升

6．用经H标记的n个噬菌体侵染大肠杆菌，在普通培养基中，培养一段时间后，统计得知培养基有后代噬菌体m个，其中含有标记元素的噬菌体占的比例为( )。 A. C.

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B．前期 D．后期

nm2nB． mn 2mD．nm＋n

答案 B

解析 每个噬菌体共有2条被标记的DNA链，n个噬菌体DNA经复制后被标记的DNA链进入2n个子代噬菌体内，所以被标记的噬菌体所占比例为2nm。

7．如图表示DNA分子复制的片段，图中a、b、c、d表示各条脱氧核苷酸链。一般地说，下列各项中正确的是( )。

A．a和c的碱基序列互补，b和c的碱基序列相同 A＋C

B．a链中的比值与d链中同项比值相同

G＋TA＋T

C．a链中的比值与b链中同项比值相同

G＋CG＋T

D．a链中的比值与c链中同项比值不同

A＋C答案 C

解析 DNA复制的特点是半保留复制，b链是以a链为模板合成的，a链和b链合成一个子代A＋TA＋T

DNA分子。a链中的值等于b链中的值。

C＋GC＋G

8．细菌在N培养基中繁殖数代后，使细菌DNA的含氮碱基皆含有N，然后再移入N培养基中培养，抽取其子代的DNA经高速离心分离，下图①～⑤为可能的结果，下列叙述错误的是( )。

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A．第一次的子代DNA应为⑤

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B．第二次的子代DNA应为① C．第三次的子代DNA应为③ D．亲代的DNA应为⑤ 答案 A

解析 亲代DNA为N－N，经第一次复制所形成的子代DNA应均为N－N，即DNA应如图②所示。

9．如图为真核细胞DNA复制过程的模式图，据图分析，下列相关叙述错误的是( )。

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A．由图示得知，DNA分子复制的方式是半保留复制 B．解旋酶能使双链DNA解开，但需要消耗ATP C．从图中可以看出合成两条子链的方向是相反的 D．DNA在复制过程中是先进行解旋，后半保留复制 答案 D

解析 DNA分子的复制是边解旋边复制。

10．如图为真核生物染色体上DNA分子复制过程示意图，有关叙述错误的是

( )。

A．图中DNA分子复制是从多个起点同时开始的 B．图中DNA分子复制是边解旋边双向复制的 C．真核生物DNA分子复制过程需要解旋酶 D．真核生物的这种复制方式提高了复制速率 答案 A

解析 从图中可以看出DNA分子复制有多个起点，但不是同时开始，因为复制环有大有小，所以A不对。图中DNA分子复制是边解旋边双向复制的，真核生物DNA分子复制过程需要解旋酶、DNA聚合酶等参与。这种半保留复制的模式不仅保持前后代的稳定性，每次复制都可产生两个DNA分子，提高了效率。

11．在氮源为N的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA分子均为N－DNA(对照)；在氮源为N的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA分子均为N－DNA(亲代)。将亲代大肠杆菌转移到氮源为N的培养基上，让其连续繁殖两代(Ⅰ和Ⅱ)，用某种离心方法分离得到的结果如图

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所示。请分析：

(1)由实验结果推测第一代(Ⅰ)细菌DNA分子中一条链是________，另一条链是________。 (2)将第一代(Ⅰ)细菌转移到氮源为N的培养基上，让其繁殖一代，将所得到细菌的DNA分子用同样的方法分离，请参照图，将DNA分子可能出现在试管中的位置画出。

答案 (1)含N 含N (2)如图所示

12．如图为DNA复制的图解，请据图回答下列问题。

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(1)DNA复制发生在________期。 (2)②过程称为________。 (3)③中的子链是________。 (4)③过程必须遵循________原则。

(5)子代DNA分子中只有一条链来自亲代DNA分子，由此说明DNA复制具有________________的特点。

(6)具有N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。 ①该片段完成n次复制需要________个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸。 ②该片段完成第n次复制需要________个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸。 A．(2－1)(N－m) C．2

n－1nB．2

n－1

(N－m)

N－m

2nN

D．2－m

2

答案 (1)有丝间期和减数第一次前的间

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(2)解旋 (3)Ⅱ、Ⅲ (4)碱基互补配对 (5)半保留复制 (6)①A ②B 走进高考

13．(2014·上海卷，4)某亲本DNA分子双链均以白色表示，以灰色表示第一次复制出的DNA子链，以黑色表示第二次复制出的DNA子链，该亲本双链DNA分子连续复制两次后的产物是( )。

答案 D

解析 因为DNA复制为半保留复制，因此亲本DNA的两条链将进入不同的子代DNA分子中，可见A、B项错误；因为第二次复制时得到的4个DNA分子中，都有一条DNA子链是在第二次复制时形成的，而C项中只有两个DNA分子中含第二次复制出的子链(黑色表示)，因此C项错误、D项正确。

14．(2010·北京卷，30改编)科学家以大肠杆菌为实验对象，运用同位素示踪技术及密度梯度离心方法进行了DNA复制方式的探索实验，实验内容及结果见下表。

组别 培养液中唯一氮源 繁殖代数 培养产物 操作 离心结果 请分析并回答： (1)综合分析本实验的DNA离心结果，第________组结果对得到结论起到了关键作用，但需把它与第________组和第________组的结果进行比较，才能说明DNA分子的复制方式是________。 (2)分析讨论：

①若子一代DNA的离心结果为“轻”和“重”两条密度带，则“重带”DNA来自________，据此可判断DNA分子的复制方式不是________复制。

②若将子一代DNA双链分开后再离心，其结果________(填“能”或“不能”)判断DNA的复制方式。

③若在同等条件下将子二代继续培养，子n代DNA离心的结果是：密度带的数量和位置________，放射性强度发生变化的是________带。

④若某次实验的结果中，子一代DNA的“中带”比以往实验结果的“中带”略宽，可能的原因是新合成DNA单链中的N尚有少部分为________。

13

1组 142组 153组 144组 14NH4Cl NH4Cl NH4Cl NH4Cl 多代 A 多代 B 一代 B的子一代 提取DNA并离心 两代 B的子二代 仅为轻带(N/N) 1414仅为重带(N/N) 1515仅为中带(N/N) 15141/2轻带(N/N) 1/2中带(N/N) 15141414(3) 经上述实验可知DNA的复制方式是半保留复制。如果1个DNA分子有100个碱基对，其中含有腺嘌呤20个，复制4次需要消耗游离的鸟嘌呤脱氧核苷酸________个。第4次复制需要消耗游离的鸟嘌呤脱氧核苷酸为________个。

(4)若第3组中的离心结果是1/2重带(N/N)、1/2轻带(N /N)，推测DNA的复制方式是________。

答案 (1)3 1 2 半保留复制

(2)①B 半保留 ②不能 ③无变化 轻 ④N (3)1 200 0 (4)全保留复制

解析 (1)若证明DNA的复制为半保留复制，则需证明后代DNA的两条链，一条链是原来的，另一条链是新合成的，第3组结果与第1组、第2组的结果对比可以证实。

(2)①“轻带”DNA为N/N－DNA，“重带”DNA为N/N－DNA，据表，“重带”DNA来自于B。①的结果使后代DNA的两条链或全是原来的，或全是新合成的，说明DNA分子的复制方式不是半保留复制。②将子—代DNA双链分开后再离心，无法判断后代DNA的两条链的来源，不能判断DNA的复制方式。③将子二代继续培养，子n代DNA的情况是有2个为N/N－DNA。其余全部为N/N－DNA，所以子n代DNA离心的结果是：密度带的数量和位置没有变化，放射性强度发生变化的是轻带。④中带为N/N－DNA，中带略宽，说明新合成的DNA单链中的N元素还有少部分为N。

(3)该DNA中有腺嘌呤(A)20个，由于A＋G＝50%×总碱基数＝100，所以鸟嘌呤(G)＝80，所以复制4次需要消耗游离的鸟嘌呤脱氧核苷酸为(2－1)·80＝1 200个。复制4次消耗游离的鸟嘌呤脱氧核苷酸为(2－1)·80，复制3次消耗游离的鸟嘌呤脱氧核苷酸为(2－1)·80，所以第4次复制需要的鸟嘌呤脱氧核苷酸为(2－1)·80－(2－1)·80＝2

4

3

4－1

4

3

4

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15

14

14

14

15

14

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15

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15

15

14

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·80＝0。

(4)离心结果表明，子一代中的两个子代DNA分子中，一个DNA分子两条链来自原来的母链，另一个DNA分子的两条链来自以母链为模板合成的子链。

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