第3章 第3节 DNA通过复制传递遗传信息-【金版教程】2024-2025学年高中生物必修2 遗传与进化 创新导学案word（浙科版2019）

第三节　DNA通过复制传递遗传信息 [学习目标]　1.概述DNA分子的复制。2.通过“活动：探究DNA的复制过程”，感悟科学实验中蕴含的理性精神与求真意识、批判精神与创新意识，逐步领悟科学的本质特征。 知识点　探究DNA的复制过程 1．实验方法：同位素示踪法和密度梯度离心技术。 2．实验原理 (1)含15N的双链DNA密度较大，离心后的条带应分布于离心管的下部。 (2)含14N的双链DNA密度较小，离心后的条带应分布于离心管的上部。 (3)两条链分别含15N和14N的双链DNA密度介于双链均含15N的DNA和双链均含14N的DNA之间，离心后的条带应分布于离心管的中部。 3．实验过程 4．实验结论 根据同位素示踪实验的结果，新合成的双链DNA分子中，有一条链是来自亲代的DNA，另一条链则是新合成的。DNA的复制方式为半保留复制。 问题探究 　实验中条带的位置代表什么？ 提示：条带的位置代表DNA分子量的大小。 　若用15N标记一个DNA分子的两条链，用含14N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？ 提示：半保留复制：两个子代DNA分子都为一条链含15N，一条链含14N。 全保留复制：两个子代DNA分子中有一个DNA的两条链都为14N，一个DNA的两条链都为15N。 [例1]　细菌在15N培养基中繁殖数代后，使细菌DNA的含氮碱基皆含有15N，然后再移入14N培养基中培养，提取其子代的DNA经离心分离，如图①～⑤为可能的结果，下列叙述错误的是(　　) A．第一次分裂的子代DNA应为⑤ B．第二次分裂的子代DNA应为① C．第三次分裂的子代DNA应为③ D．亲代的DNA应为⑤ 解题分析　亲代DNA为15N/15N，如图⑤；经第一次分裂所形成的子代DNA应均为15N/14N，应如图②所示；第二次分裂的子代DNA为15N/14N和14N/14N，且数量比为1∶1，如图①所示；第三次分裂的子代DNA为15N/14N和14N/14N，且数量比为1∶3。 答案　A [例2]　如图表示早期科学家对DNA复制方式的两种推测。据图不能作出的推断是(　　) A．全保留复制是指两个子代DNA中，一个DNA含两条母链，一个DNA含两条全新的子链 B．半保留复制是指新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链 C．DNA每复制一次，会使子代DNA的数目增加一倍 D．DNA的复制过程是边解旋边复制 解题分析　由图可知，全保留复制是指两个子代DNA中，一个DNA含两条母链，一个DNA含两条全新的子链，A不符合题意；由图可知，半保留复制指子代DNA链中，一条为母链，一条为子链，B不符合题意；由图可知，DNA每复制一次，会使子代DNA的数目增加一倍，C不符合题意；由图无法得出DNA复制是边解旋边复制的过程这一结论，D符合题意。 答案　D 知识点　DNA通过半保留方式进行复制 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 3．结果：一个DNA分子形成了两个与亲代完全相同的DNA分子。 4．特点 (1)边解旋边复制； (2)半保留复制。 5．DNA复制的意义：DNA复制是遗传物质从亲代向子代传递的基础。 (1)DNA的复制保证了多细胞生物体的每个体细胞都携带相同的遗传信息。 (2)通过生殖细胞将遗传信息从亲代传递给子代，保持了前后代遗传信息的连续性。 问题探究 　DNA复制是否只在有丝分裂和减数分裂过程中进行？是否只发生于细胞核中？ 提示：不是，无丝分裂过程中也发生DNA复制；不是，线粒体和叶绿体中也有DNA，也进行DNA复制。 　哺乳动物成熟红细胞能否进行DNA分子的复制？不再进行细胞分裂的细胞的核DNA能否进行DNA的复制？ 提示：哺乳动物成熟的红细胞已丧失细胞核，也无各种细胞器，不能进行DNA分子的复制。不再进行细胞分裂的细胞，不再进行核DNA的复制。 [例1]　下列关于DNA复制的叙述中，正确的是(　　) A．需要解开DNA的双螺旋结构 B．以DNA分子的一条链作为模板 C．4种游离的核糖核苷酸作为原料 D．A与U互相配对、G与C互相配对 解题分析　DNA复制需要解开DNA的双螺旋结构，A正确；DNA复制的模板是两条链，B错误；DNA复制以4种游离的脱氧核苷酸为原料，C错误；DNA复制是A与T互相配对、G与C互相配对，D错误。 答案　A [例2]　下图为人染色体上DNA复制过程模式图，图中的箭头代表子链的延伸方向，根据图示过程，下列叙述错误的是(　　) A．两条母链方向相反 B．两条子链的延伸方向均是3′→5′ C．DNA的复制方式为半保留复制 D．DNA聚合酶和解旋酶在不同位置发挥作用 答案　B [例3]　在含有BrdU的培养液中进行DNA复制时，BrdU会取代胸苷掺入到新合成的链中，形成BrdU标记链。当用某种荧光染料对复制后的染色体进行染色，发现含半标记DNA(一条链被标记)的染色单体发出明亮荧光，含全标记DNA(两条链均被标记)的染色单体荧光被抑制(无明亮荧光)。若将一个细胞置于含BrdU的培养液中，培养到第三个细胞周期的中期进行染色并观察。下列推测错误的是(　　) A．1/2的染色体荧光被完全抑制 B．1/4的染色单体发出明亮荧光 C．全部DNA分子被BrdU标记 D．3/4的DNA单链被BrdU标记 解题分析　以第一代细胞中的某一条染色体为参照，在第三个细胞周期中期时一共有4条染色体、8条染色单体、16条DNA单链。不含BrdU标记的脱氧核苷酸链有2条，分别位于2个DNA分子、2条染色单体、2条染色体中，分别占总数的1/8、1/4、1/2，它们能发出荧光；含BrdU标记的有14条，有7/8的DNA单链被BrdU标记。由于DNA为半保留复制，故新复制得到的脱氧核苷酸链必然含BrdU标记，所有DNA分子都被BrdU标记。 答案　D 知识点　DNA复制方面的相关计算 假设将1个全部被15N标记的DNA分子(0代)转移到含14N的培养基中培养n代，结果如图所示。 1．关于DNA分子数 (1)子代DNA分子总数＝2n个。 (2)含15N的DNA分子数＝2个。 (3)含14N的DNA分子数＝2n个。 (4)只含15N的DNA分子数＝0个。 (5)只含14N的DNA分子数＝(2n－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＝2n＋1条。 (2)含15N的脱氧核苷酸链数＝2条。 (3)含14N的脱氧核苷酸链数＝(2n＋1－2)条。 3．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·(2n－1)个。 (2)在第n次复制时，共需消耗游离的该脱氧核苷酸m·2n－1个。 问题探究 　解答DNA复制相关计算题时应该注意的问题有哪些？ 提示：(1)分析被标记物质所占的比例时，应注意求的是DNA数，还是脱氧核苷酸链数；看准是“含”还是“只含”；还应注意培养液中化学元素的不同。 (2)在计算消耗脱氧核苷酸数时要明确是经过n次复制还是第n次复制。 [例1]　某DNA分子中含有1000个碱基对(被32P标记)，其中有胸腺嘧啶400个。若将该DNA分子放在只含被31P标记的脱氧核苷酸的培养液中让其复制两次，其结果不可能是(　　) A．含32P的DNA分子占1/2 B．含31P的DNA分子占1/2 C．共形成了4个子代DNA D．共消耗鸟嘌呤脱氧核苷酸1800个 解题分析　该DNA分子在含31P的培养液中复制两次，可得到22个DNA分子，其中含31P的DNA分子占100%；含32P的DNA分子占2/4＝1/2。因为DNA复制为半保留复制，亲代DNA分子的两条链只可能进入两个子代DNA分子中；在1000个碱基对的DNA分子中，胸腺嘧啶400个，则含有鸟嘌呤个数(1000×2－400×2)/2＝600(个)，复制两次所消耗鸟嘌呤脱氧核苷酸数目为600×(22－1)＝1800(个)。 答案　B [例2]　将一个用15N标记双链的DNA分子，放在含14N的培养基中复制4次，则子代DNA中含15N的DNA占全部DNA的(　　) A．1/4 B.1/6 C.1/8 D.1/9 答案　C 1．DNA双螺旋结构两条链反向平行，其中一条DNA单链的序列是5′－GAATTC－3′，那么它的互补链序列是(　　) A．5′－CTTAAG－3′ B．5′－GAAUUC－3′ C．3′－GAATTC－5′ D．3′－CTTAAG－5′ 答案　D 2．某真核生物DNA片段的结构示意图如图。下列叙述正确的是(　　) A．①的形成需要DNA聚合酶催化 B．②表示腺嘌呤脱氧核苷酸 C．③的形成只能发生在细胞核 D．若α链中A＋T占48%，则DNA分子中G占26% 答案　D 解析　①是氢键，氢键自发形成，不需要DNA聚合酶催化，A错误；②表示腺嘌呤，B错误；③表示磷酸二酯键，其形成主要在细胞核，也可以在线粒体或叶绿体中，C错误；若α链中A＋T占48%，则DNA中A＋T占48%，C＋G＝1－48%＝52%，因为C＝G，所以DNA分子中G占52%÷2＝26%，D正确。 3．如图表示采用同位素示踪技术和离心处理来探究DNA复制方式的过程图解，下列说法错误的是(　　) A．轻带表示14N－14N的DNA分子 B．证明DNA的复制方式为半保留复制 C．细菌繁殖三代后取样，提取DNA，离心后试管中出现三条条带 D．若将DNA双链分开来离心，则b、c两组实验结果相同 答案　C 解析　轻带表示14N－14N的DNA分子，A正确；该实验可以证明DNA的复制方式为半保留复制，B正确；细菌繁殖三代后取样，提取DNA，离心后试管中出现2条条带，一条中带，一条轻带，C错误；若将DNA双链分开来离心，则b、c实验结果均为一条重带，一条轻带，D正确。 4．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　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(2n－1)(m－A)个。 5．蚕豆根尖细胞在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸培养基中完成一个细胞周期，然后在不含放射性标记的培养基中继续分裂至中期，其染色体的放射性标记分布情况是(　　) A．每条染色体的两条单体都被标记 B．每条染色体中都只有一条单体被标记 C．只有半数的染色体中一条单体被标记 D．每条染色体的两条单体都不被标记 答案　B 解析　蚕豆根尖细胞染色体DNA原来不含3H，含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸作为合成DNA原料，由于DNA为半保留复制，完成一个细胞周期后，细胞每条染色体的每个DNA都含3H(一条链含3H，另一条链没有)。然后在不含放射性标记的培养基中继续分裂至中期，每条染色体含有两条单体，1条单体的DNA的一条链含3H，另一条链没有，即该单体含3H；另一条单体的DNA的两条链都不含3H，即该单体不含3H。 知识点一　探究DNA的复制过程 1．为了探究DNA的复制方式，将15N标记的大肠杆菌放到只含14N的培养基中培养，通过CsCl密度梯度离心技术，得到不同密度的DNA带。下列有关DNA复制的说法，正确的是(　　) A．根据子一代细胞只出现一条居中的DNA带，还无法判断DNA的复制方式 B．子二代与子三代细胞中的DNA分子离心后得到的DNA带位置不相同 C．DNA分子复制时，先把DNA完全解旋后再复制 D．转入培养基中繁殖三代后含有14N的DNA占3/4 答案　A 解析　根据子一代细胞只出现一条居中的DNA带，有可能是半保留复制，也有可能是弥散复制，A正确；子二代(得到的DNA为14N－15N、14N－14N)与子三代细胞(得到的DNA为14N－15N、14N－14N)中的DNA分子离心后得到的DNA带位置相同，都为轻带和中带，B错误；DNA分子复制时，是边解旋边复制，C错误；由于DNA半保留复制，转入培养基中繁殖三代后含有14N的DNA占100%，D错误。 2．“探究DNA的复制过程”实验的结果是最早证明DNA半保留复制的证据，下列有关该实验的叙述错误的是(　　) A．该实验需对细菌的DNA进行提取和分离 B．将大肠杆菌转入以15NH4Cl为唯一氮源的培养基中培养若干代，使其DNA都被15N标记，得到第一代细菌 C．将第一代细菌转入以14NH4Cl为唯一氮源的培养基中培养，分别取第二代和第三代细菌的DNA进行密度梯度离心和分析 D．将第二代或第三代细菌的DNA双链打开后再进行离心，也会出现中间条带 答案　D 解析　将第二代或第三代细菌的DNA双链打开后再进行离心，不会出现中间条带，只会出现轻带和重带，D错误。 知识点二　DNA通过半保留方式进行复制 3．下列有关DNA分子复制的叙述，正确的是(　　) A．DNA分子在解旋酶的作用下水解成脱氧核苷酸 B．在复制过程中，解旋和复制是同时进行的 C．解旋后以一条母链为模板合成两条新的子链 D．两条新的子链通过氢键形成一个新的DNA分子 答案　B 解析　在DNA分子复制过程中，解旋酶的作用是破坏碱基对之间的氢键，形成两条脱氧核苷酸长链；边解旋边复制是DNA复制的一个特点；以解开的每一条单链为模板，按照碱基互补配对原则，各合成一条子链，最后每条新合成的子链与对应的模板链螺旋，形成两个一样的DNA分子。 4．下列关于DNA复制过程的顺序，正确的是(　　) ①互补碱基对之间氢键断裂　②互补碱基对之间氢键合成　③DNA分子在解旋酶的作用下解旋　④以解旋后的母链为模板进行碱基互补配对　⑤子链与母链盘绕成双螺旋结构 A．①③④②⑤ B.③①⑤④② C．①④②⑤③ D.③①④②⑤ 答案　D 解析　DNA复制的基本过程是：解旋→合成子链→双链螺旋化，在解旋时互补碱基对之间氢键断裂，在合成子链时重新形成新的氢键。 5．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　从图中能看出有多个复制起点，但并不是同时开始，A错误；图中DNA分子复制是边解旋边双向复制，B正确；真核生物DNA分子复制过程需要解旋酶、DNA聚合酶等酶的参与，C正确。 6．如图所示为DNA分子片段中一条链含15N，另一条链含14N。下列有关说法错误的是(　　) A．DNA聚合酶可作用于形成①处的化学键，解旋酶作用于③处 B．②是胸腺嘧啶脱氧核苷酸 C．把此DNA放在含15N的培养液中复制两代，子代中含15N的DNA占100% D．若该DNA分子中一条链上G＋C＝56%，则无法确定整个DNA分子中T的含量 答案　D 解析　把此DNA放在含15N的培养液中复制两代得到4个DNA分子，根据DNA的半保留复制特点，子代DNA分子均含15N，C正确；若该DNA分子中一条链上G＋C＝56%，根据碱基互补配对原则，该DNA分子中C＝G＝28%，则A＝T＝50%－28%＝22%，D错误。 7．将DNA分子双链用3H标记的蚕豆(2n＝12)根尖移入普通培养液(不含放射性元素)中，再让细胞连续进行有丝分裂。根据下图判断，在普通培养液中培养至第二次有丝分裂中期时，一个细胞中染色体标记情况是(　　) A．6个a，6个b B．12个b C．6个b，6个c D．b＋c＝12个，但b和c数目不确定 答案　B 解析　根据题意可知，亲代DNA分子双链用3H标记，而DNA分子复制为半保留复制，因此亲代细胞中染色体经过第一次复制后两个姐妹染色单体均有标记，如图a；第一次有丝分裂结束后产生的子细胞中每条染色体上的DNA分子均有且只有一条链被标记，该细胞中的染色体再经过第二次复制，一条染色体上的两个染色单体只有1个染色单体有标记，如图b，因此在普通培养液中培养至第二次有丝分裂中期时，细胞中12条染色体上均只有一个染色单体带有标记，B正确。 知识点三　DNA复制方面的相关计算 8．某双链DNA分子中共有含氮碱基700个，其中一条单链上(A＋T)∶(C＋G)＝2∶5。问该DNA分子连续复制两次共需游离的腺嘌呤脱氧核苷酸的数目是(　　) A．200个 B．400个 C．300个 D．500个 答案　C 解析　双链DNA分子中一条单链上(A＋T)∶(C＋G)＝2∶5，则整个双链DNA分子中(A＋T)∶(C＋G)＝2∶5，而双链DNA分子中共有碱基700个，所以A＋T＝700×＝200(个)，则A＝T＝200÷2＝100(个)，该DNA分子连续复制两次共需游离的腺嘌呤脱氧核苷酸的数目是(22－1)×100＝300(个)。 9．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14N培养基中连续复制4次，其结果可能是(　　) A．含有14N的DNA占100% B．复制过程中需游离的腺嘌呤脱氧核苷酸640个 C．含15N的单链占1/8 D．子代DNA中嘌呤与嘧啶之比是2∶3 答案　A 解析　在14N培养基中连续复制4次，得到24＝16个DNA分子，32条链，其中含14N的DNA占100%，含15N的单链有2条，占1/16，A正确，C错误；根据已知条件，每个DNA分子中腺嘌呤脱氧核苷酸有＝40个，复制过程中消耗A＝40×(24－1)＝600个，B错误；每个DNA分子中嘌呤和嘧啶互补相等，两者之比是1∶1，D错误。 10．某研究小组用放射性同位素32P、35S分别标记T2噬菌体，然后将大肠杆菌和被标记的噬菌体置于普通培养液中培养，如图所示。一段时间后，分别进行搅拌、离心，并检测沉淀物和悬浮液中的放射性。下列分析错误的是(　　) A．甲组的悬浮液含极少量32P标记的噬菌体DNA，但不产生含32P的子代噬菌体 B．甲组被感染的细菌内含有32P标记的噬菌体DNA，也可产生不含32P的子代噬菌体 C．乙组的悬浮液含极少量35S标记的噬菌体蛋白质，也可产生含35S的子代噬菌体 D．乙组被感染的细菌内不含35S标记的噬菌体蛋白质，也不产生含35S的子代噬菌体 答案　C 解析　35S标记的是噬菌体的蛋白质，噬菌体侵染细菌的时候，蛋白质外壳留在外部，只有DNA注入到细菌中，因此乙组的悬浮液含大量35S标记的噬菌体蛋白质，不会产生含35S的子代噬菌体，C错误；乙组被感染的细菌内不含35S标记的噬菌体蛋白质，由于细菌提供的原料中无35S，因此也不产生含35S的子代噬菌体，D正确。 11．假设DNA复制方式有三种：半保留复制、全保留复制和分散复制，复制过程如图所示。若将蚕豆根尖分生区细胞放在含被3H标记的脱氧核苷酸的培养基中培养，完成一个细胞周期，然后在不含放射性标记的培养基中继续培养一个细胞周期，下列说法正确的是(　　) A．若复制方式是半保留复制，则第二个细胞周期的前期，每条染色体上有2条核苷酸链有放射性 B．若复制方式是分散复制，则一个细胞完成两个细胞周期后，有2个细胞有放射性标记 C．若复制方式是全保留复制，则第一次分裂结束后每个子细胞中有一半染色体带放射性 D．根据本实验的结果可判断出DNA复制的具体方式 答案　D 解析　若复制方式是半保留复制，则第二个细胞周期的前期，每条染色体上只有1条核苷酸链有放射性，A错误；若复制方式是分散复制，则一个细胞完成两个细胞周期后，有4个细胞有放射性标记，B错误；若复制方式是全保留复制，则第一次分裂结束后每个子细胞中带放射性的染色体数目是不确定的，C错误。 12．如图所示为DNA的复制图解，请据图回答下列问题： (1)DNA的复制发生在__________________________________期。 (2)②过程称为________。 (3)③过程中的子链是________。 (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的复制具有______________的特点。 (6)将一个细胞的DNA用15N标记，放入含14N的4种脱氧核苷酸培养液中，连续分裂4次，则含14N的DNA细胞占细胞总数的________，含15N的DNA细胞占细胞总数的________。 答案　(1)有丝分裂前的间期和减数分裂前的间　(2)解旋　(3)Ⅱ、Ⅲ　(4)碱基互补配对 (5)半保留复制　(6)100%　12.5% 解析　(6)DNA分子复制的方式为半保留复制，复制n次后产生的子代DNA分子为2n个，每个DNA分子都含14N，含有15N标记的子代DNA分子为2个，所占比例为。 13．如图甲是DNA分子局部组成示意图，图乙表示DNA分子复制的过程。请回答以下问题： (1)图中甲有________种碱基，有________个游离的磷酸基团。从主链上看，两条单链的方向________，从碱基关系上看，两条单链________。 (2)图乙的DNA分子复制过程中保证DNA分子复制精确无误的关键是____________。 (3)若图乙的该DNA分子含有48502个碱基对，而子链延伸的速度为105个碱基对/min，则此DNA分子完成复制约需要30 s，而实际只需要16 s，根据题图分析，这是因为________________；由图可知，延伸的子链紧跟着解旋酶，这说明DNA分子复制是____________。 (4)DNA分子在复制过程中，某位点上的一个正常碱基(设为P)经诱变变成了尿嘧啶。该DNA分子连续复制两次，得到的4个子代DNA分子的相应位点上的碱基对分别为U—A、 A—T、G—C、C—G。推测“P”可能是(　　) A．胸腺嘧啶 B.腺嘌呤 C.胸腺嘧啶或腺嘌呤 D.胞嘧啶或鸟嘌呤 答案　(1)4　2　反向平行　互补配对 (2)碱基互补配对 (3)多起点同时进行　边解旋边复制 (4)D 解析　(3)若单起点单向复制，按正常的子链延伸速度，此DNA分子复制约需30 s，而实际上复制从开始到结束只需要16 s，说明该DNA的复制是多起点同时进行的。由图可知，延伸的子链紧跟着解旋酶，这说明DNA分子复制是边解旋边复制。 (4)由于正常碱基P变成了U后，能与A配对，因此含有U与A、A与T的2个DNA分子是发生了突变的，而含有G—C、C—G的2个DNA分子是未发生突变的。又因为这两个正常的DNA分子和亲代DNA分子的碱基组成是一致的，即亲代DNA分子中的碱基组成是G—C或C—G，因此P可能是胞嘧啶或鸟嘌呤，故选D。 1 学科网（北京）股份有限公司 $$