第二章 第二节 第2课时 DNA分子的复制-（课件PPT+Word教案）【步步高】2024-2025学年高一生物必修2遗传与进化教师用书（苏教版2019）

第2课时 DNA分子的复制 第二章 遗传的分子基础 <<< 学习目标 1.了解DNA分子半保留复制的实验证据。 2.阐明DNA分子复制的条件、过程和特点。 内容索引 一、DNA分子半保留复制的实验证据 二、DNA分子复制的过程 课时对点练 DNA分子半保留复制的实验证据 一 4 1.对DNA复制方式的推测 全保留复制模型、分散复制模型和 。 半保留复制模型 梳理　教材新知 2.证明半保留复制的实验 大肠杆菌 同位素标记 DNA 15N 14N 15N 半保留复制 (1)沃森和克里克证明DNA分子复制方式是半保留复制(　　) (2)证明DNA半保留复制的实验运用了同位素标记技术(　　) × √ 判断正误 9 任务一：DNA半保留复制的实验过程与分析 科学家曾提出DNA复制方式的三种假说：全保留复制、半保留复制和分散复制(复制时亲代DNA双链被切成片段作为模板，合成子代片段，新旧片段混合连接成子代DNA分子)，如图1。在氮源为14N和15N的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA分子分别 为14N-DNA(相对分子质量为a)和 15N-DNA(相对分子质量为b)。将亲 代大肠杆菌(被15N标记)转移到含14N 的培养基上，再连续繁殖两代(Ⅰ和Ⅱ)， 探究　核心知识 用某种离心方法分离得到的结果如图2。据图回答下列问题： 1.用什么技术区分来自模板DNA的母链与新合成的DNA子链？ 提示　同位素标记技术。 2.如何测定子代DNA带有同位素的情况？ 提示　对DNA进行离心，观察其在离心管中的分布。 3.Ⅰ中细菌DNA分子的两条链是怎样的？Ⅰ的结果可以排除哪一种复制模型？ 提示　Ⅰ中细菌DNA分子的一条链含有14N，另一条链含有15N；可以排除全保留复制模型。 4.Ⅱ的结果可以排除哪一种复制模型？Ⅱ中细菌DNA分子的平均相对分子质量是多少？ 提示　可以排除分散复制模型；Ⅱ中细菌DNA分子的平均相对分子质量为。 1.细菌在含15NH4Cl的培养基中繁殖数代后，细菌DNA的含氮碱基均含有15N，然后再移入含14NH4Cl的培养基中培养，抽取其子代的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 √ 落实　思维方法 亲代DNA为15N/15N，移入含14NH4Cl的培养基中培养，经第一次复制所形成的子代DNA均为15N/14N，应如图②所示。 2.某研究小组进行“探究DNA的复制过程”的实验，结果如图所示。其中培养大肠杆菌的唯一氮源是14NH4Cl或15NH4Cl。a、b、c表示离心管编号，条带表示大肠杆菌DNA连续复制两次，离心后在离心管中的分布位置。下列叙述错误的是 A.本实验运用了同位素标记技术和离心技术 B.a管的结果表明该管中的大肠杆菌是在含 14NH4Cl的培养液中培养的 C.b管的结果表明该管中的大肠杆菌的DNA都是15N/14N-DNA D.c管中大肠杆菌含15N的DNA分子占全部DNA分子的1/2 √ 由题图可知，a管中的DNA密度最大，表明该管中的大肠杆菌是在含15NH4Cl的培养液中培养的，B错误。 二 DNA分子复制的过程 20 1.DNA分子半保留复制过程 梳理　教材新知 间期 细胞核 原料 解旋酶 解开的每一条母链 脱氧核苷酸 DNA聚合酶 碱基互补配对 A—T、T—A、G—C、C—G 5′端→3′端 半保留复制 边解旋边复制 遗传信息 2.DNA精确复制的原因 (1) 为复制提供了模板。 (2) 原则保证了复制的精确进行。 双螺旋结构 碱基互补配对 真核生物DNA复制的起点和方向 拓展延伸 多起点不同时双向复制 在复制速率相同的前提下，图中DNA是从其最右边开始复制的。 (1)DNA复制时新合成的两条链碱基排列顺序相同(　　) (2)DNA双螺旋结构全部解开后，开始DNA的复制(　　) (3)单个脱氧核苷酸在DNA酶的作用下连接合成新的子链(　　) × × 提示　DNA复制时新合成的两条链碱基互补配对，排列顺序不同。 提示　DNA分子边解旋边复制。 提示　单个脱氧核苷酸在DNA聚合酶的作用下连接合成新的子链。 × 判断正误 25 (4)真核细胞的DNA复制只发生在细胞核中(　　) (5)解旋酶和DNA聚合酶的作用部位均为氢键(　　) × × 提示　真核细胞的DNA复制主要发生在细胞核中，还可以发生在线粒体和叶绿体中。 提示　解旋酶作用于氢键，DNA聚合酶作用于磷酸二酯键。 判断正误 26 任务二：DNA分子复制的过程分析 1.如图为真核细胞DNA复制过程的模式图， 据图回答相关问题： (1)据图可知，DNA聚合酶使两条子链从5'端 到3'端，还是从3'端到5'端进行合成？ 探究　核心知识 提示　从5'端到3'端进行合成。 (2)合成的两条子链间碱基排列顺序相同还是互补？ 提示　碱基排列顺序互补。 (3)所有的真核细胞都存在核DNA复制吗？ 并说明理由。 提示　不一定；如哺乳动物成熟的红细胞 因为无细胞核而不能进行核DNA复制；不 分裂的细胞不存在核DNA复制。 2.已知果蝇的基因组大小为1.8×108 bp(bp表示碱基对)，真核细胞中DNA复制的效率一般为50~100 bp/s。如图为果蝇DNA 的电镜照片，图中的泡状结构叫作DNA复制泡， 是DNA上正在复制的部分。请你分析果蝇DNA形 成多个复制泡的原因。 提示　形成多个复制泡说明果蝇的DNA有多个复制起点，可同时从不同起点进行DNA复制，由此加快DNA复制的速率，为细胞分裂做好物质准备。 任务三：DNA复制的相关计算 假设将一个全部被15N标记的双链DNA分子(亲代)转移到含14N的培养液中培养n代，结果如下： 从图中可以得到如下规律： (1)DNA分子数 ①子n代DNA分子总数为2n个。 ②含15N的DNA分子数为 个。 ③含14N的DNA分子数为2n个。 ④只含15N的DNA分子数为 个。 ⑤只含14N的DNA分子数为(2n-2)个。 2 0 (2)脱氧核苷酸链数 ①子代DNA中脱氧核苷酸链数= 条。 ②亲代脱氧核苷酸链数= 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次复制需消耗游离的该脱氧核苷酸数为 个。 ②若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，在第 n次复制时，需消耗游离的该脱氧核苷酸数为 个。 2n+1 2 m·(2n-1) m·2n-1 3.(多选)如图为某真核细胞中DNA复制 过程模式图，下列分析错误的是 A.酶①和酶②均作用于氢键 B.该过程的模板链是a、d链 C.该过程可发生在细胞分裂前间期 D.DNA复制的特点是半保留复制 √ 落实　思维方法 √ 由题图可知，酶①(解旋酶)使氢键断裂，而酶②(DNA聚合酶)催化形成磷酸二酯键，A错误； DNA复制过程的模板是亲代DNA的两条 链，即a、b链，B错误； DNA复制过程发生在有丝分裂前间期或 减数分裂前间期，C正确； 由题图可知，新合成的两个DNA分子各 保留亲代DNA分子的一条链，新合成一条链，即DNA复制的特点是半保留复制，D正确。 4.用15N标记了细胞中含有100个碱基对的DNA分子，其中有胞嘧啶60个，在含14N的培养基中，该DNA分子连续复制5次。下列有关叙述错误的是 A.含有15N的DNA分子有2个 B.只含有14N的DNA分子占15/16 C.复制过程中共需腺嘌呤脱氧核苷酸1 280个 D.第5次复制时需腺嘌呤脱氧核苷酸640个 √ 复制5次共得到25=32(个)DNA分子，含有15N的DNA分子有2个，只含有14N的DNA分子数为32-2=30(个)，占15/16，A、B正确； 该DNA分子含有100个碱基对，其中有胞嘧啶60个，则含有腺嘌呤(200-120)/2=40(个)，复制过程中共需腺嘌呤脱氧核苷酸40×(25-1)=1 240(个)，C错误； 第5次复制时需腺嘌呤脱氧核苷酸40×25-1=640(个)，D正确。 网络构建 课时对点练 三 37 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 答案 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 答案 D C C B A B C C 题号 9 10 11 12 答案 C C CD ABC 对一对 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 答案 13. (1)多　不同时　 (2)脱氧核苷酸　解旋酶和DNA聚合酶 (3)双螺旋结构　碱基互补配对　 (4)不是　氢键　胞嘧啶 (a/2－n)×2m－1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 答案 14. (1)将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞，从而保持了遗传信息的连续性　 (2)全保留复制　全保留　①可以分出杂合、轻两条链带　②分散复制　 (3)半保留复制 题组一　DNA分子半保留复制的实验证据 1.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 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 答案 对点训练 因为DNA分子的复制为半保留复制，因此亲本DNA的两条链将进入不同的子代DNA分子中，A、B不符合题意； 因为第二次复制得到的4个DNA分子中，都有一条DNA子链是在第二次复制时形成的(黑色表示)，而C项中只有两个DNA分子中含第二次复制出的子链，C不符合题意，D符合题意。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 答案 对点训练 如果是半保留复制，子一代DNA分子都是一条链含14N，另一条链含15N，都分布在杂合链带，C错误。 2.(2024·南通高一期末)用假说—演绎法进行DNA复制的研究时，将14N标记的大肠杆菌放在含有15N的培养基中培养，使其分裂2次。下列叙述错误的是 A.如果是全保留复制，子一代DNA分子1/2分布在轻链带、1/2分布在重链带 B.如果是全保留复制，子二代DNA分子1/4分布在轻链带、3/4分布在重链带 C.如果是半保留复制，子一代DNA分子1/2分布在杂合链带、1/2分布在重链带 D.如果是半保留复制，子二代DNA分子1/2分布在杂合链带、1/2分布在重链带 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 答案 对点训练 3.将在含15NH4Cl的培养液中培养若干代的某真核细胞转移到含14NH4Cl的培养液中培养，让细胞连续进行有丝分裂，并进行密度梯度离心。下列相关说法中，不正确的是 A.细胞经过一次分裂和离心后，DNA位于试管的中层 B.细胞经过两次分裂和离心后，一半DNA位于试管的中层，另一半DNA 位于试管的上层 C.细胞经过三次分裂和离心后，3/4的DNA位于试管的中层，1/4的DNA位 于试管的上层 D.该实验可以证明DNA的复制方式是半保留复制 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 答案 对点训练 细胞经过一次分裂和离心后，所形成的每个子代DNA分子的两条链中一条链含15N，另一条链含14N，位于试管的中层，A正确； 细胞经过三次分裂和离心后，有3/4的DNA位于试管的上层，1/4的DNA位于试管的中层，C错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 答案 对点训练 题组二　DNA分子复制的过程 4.(2024·连云港高一质检)下列关于真核细胞DNA分子复制的叙述，正确的是 A.该过程不需要消耗能量 B.需要解旋酶和DNA聚合酶的催化 C.以DNA分子的一条链作为模板 D.复制只在细胞核内进行 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 答案 对点训练 真核细胞DNA分子复制需要消耗能量，A错误； 真核细胞DNA分子复制以DNA分子的两条链作为模板，C错误； 复制可以在细胞核、线粒体、叶绿体中进行，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 答案 对点训练 该过程是DNA复制，需要的原料是脱氧核苷酸，A符合题意。 5.(2023·常州高一期末)如图为DNA复制过程示意图，分析该图不能得出的结论是 A.该过程需要的原料是核糖核苷酸 B.①和③是DNA复制的两条模板链 C.DNA复制的过程是边解旋边复制 D.①和完成复制的④的碱基排列顺序相同 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 答案 对点训练 6.保证准确无误地进行DNA复制的关键步骤是 A.解旋酶促使DNA的两条互补链分离 B.游离的脱氧核苷酸与母链碱基进行互补配对 C.与母链配对的脱氧核苷酸之间连接成与母链互补的子链 D.模板母链与互补子链盘绕成双螺旋结构 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 答案 对点训练 DNA复制的过程：(1)解旋：需要细胞提供能量，在解旋酶的作用下，两条螺旋的双链解开。 (2)合成子链：以解开的每一条母链为模板，在DNA聚合酶等酶的作用下，利用游离的4种脱氧核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则，合成与母链互补的子链。 (3)形成子代DNA分子：延伸子链，母链和相应子链盘绕成双螺旋结构。其中，游离核苷酸与母链碱基互补配对保证了复制能够准确地进行。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 答案 对点训练 7.如图表示真核细胞DNA的复制过程，其中有3个复制泡。下列叙述错误的是 A.多起点双向复制能保证DNA 复制在短时间内完成 B.解开DNA双螺旋结构需要细 胞内ATP与解旋酶的参与 C.子链延伸过程中需要DNA聚合酶催化碱基间氢键的形成 D.图示各起点可能不是同时开始的 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 答案 对点训练 氢键的形成不需要DNA聚合酶的催化，C错误； 图示为真核生物的多起点复 制，可加快DNA的复制过程， 从各起点螺旋解开的程度看， 复制可能不是同时开始的，D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 答案 对点训练 题组三　DNA分子复制的相关计算 8.(2023·淮安高一期末)某双链DNA片段含有1 000个碱基对，其中一条链上的A∶G∶T∶C=1∶2∶3∶4，连续复制3次共需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸的数量为 A.1 400 B.2 100 C.2 800 D.4 200 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 答案 对点训练 该DNA分子一条链上的A∶G∶T∶C=1∶2∶3∶4，则双链DNA分子中A+T=40%，A=T=20%，C=G=30%，所以该DNA分子中A=T=1 000 ×2×20%=400(个)，C=G=1 000×2×30%=600(个)。根据DNA半保留复制特点可知，连续复制3次共需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸的数量为(23-1)×400=2 800(个)，故选C。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 答案 对点训练 9.(2023·徐州高一校联考)如图为某DNA分子片段，假设该DNA分子中有碱基5 000对，A+T占碱基总数的34%，若该DNA分子在含14N的培养基中连续复制2次，下列叙述正确的是 A.复制时作用于③处的酶为DNA聚合酶 B.④处指的是腺嘌呤核糖核苷酸 C.复制2次共需游离的胞嘧啶脱氧核苷酸9 900个 D.子代中含15N的DNA分子占1/2 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 答案 对点训练 复制时作用于③处的酶为解旋酶，而不是DNA聚合酶，A错误； DNA分子的基本单位是脱氧核苷酸， 所以④处指的是腺嘌呤脱氧核苷酸， B错误； 复制2次共需游离的胞嘧啶脱氧核苷 酸3300×(22-1)=9 900(个)，C正确； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 答案 对点训练 该DNA分子只有一条链含15N，其复 制是半保留复制，连续复制2次后， 形成的4个DNA分子中，只有1个DNA 分子含有15N，因此子代中含15N的 DNA分子占1/4，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 答案 对点训练 10.(2024·泰州高一月考)如图是生物体内DNA复制示意图，下列有关叙述错误的是 A.酶a催化DNA两条链之间氢键 的断裂，该过程消耗ATP B.酶b可将脱氧核苷酸聚合到前 导链的3'端，形成磷酸二酯键 C.冈崎片段①先于②形成，酶c可将相邻两个冈崎片段连接起来 D.图示过程体现了DNA半保留复制、边解旋边复制等特点 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 答案 综合强化 前导链的合成是连续的，解旋的方向应与前导链的合成方向一致，因此冈崎片段②先于①合成，C错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 答案 综合强化 11.(多选)(2024·南通高一期中)将酵母菌的核DNA全部用14N标记(即14N-DNA)，转移到15NH4Cl培养液中，培养1 h后提取子代酵母菌的DNA。将DNA热变性处理(解开双螺旋，变成单链)，然后进行密度梯度离心，管中出现两种条带，且分别对应两个峰，如图所示。下列说法正确的是 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 答案 综合强化 A.热变性处理破坏了DNA分子中的氢键和磷酸二酯键 B.根据图示结果可判断出DNA的复制方式为半保留复制 C.图示酵母菌增殖时的细胞周期约为20 min D.随着复制次数的增加，14N条带所占比例减小 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 答案 √ 综合强化 热变性处理破坏了DNA分子中的氢键，而磷酸二酯键没有被破坏，A错误； 该实验结果是DNA热变 性处理后再进行密度梯 度离心得到的，是单链 的含量，不能说明DNA 复制是半保留复制，也可能是全保留复制，B错误； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 答案 综合强化 依据题干信息可知，亲本DNA的两条链均含14N，1 h后，所得到的DNA单链中14N-DNA∶15N-DNA=1∶7，且含14N的单链DNA有2条，故此时有8个DNA分子， 假设复制n次，则2n=8， n=3，说明细胞分裂3次， 细胞周期=60÷3=20(min)， C正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 答案 综合强化 12.(多选)(2024·盐城高一质检)假设一个双链均被32P标记的DNA由5 000个碱基对组成，其中腺嘌呤占全部碱基的20%，将其置于只含有31P的环境中复制3次。下列叙述正确的是 A.该DNA分子中含有氢键的数目为1.3×104 B.子代DNA分子中含32P与只含31P的DNA分子比是1∶3 C.子代DNA分子含32P的脱氧核苷酸单链与含31P的脱氧核苷酸单链之比为 1∶7 D.第3次复制过程中需要2.1×104个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 答案 √ √ 综合强化 根据题意分析可知，该DNA分子含有5 000个碱基对，A占20%，因此A=T=10 000×20%=2 000(个)，C=G=3 000(个)，A、T碱基对之间的氢键是2个，G、C碱基对之间的氢键是3个，因此该DNA分子中含有氢键的数目为2 000×2+3 000×3=1.3×104(个)，A正确； DNA分子复制3次形成8个DNA分子，根据半保留复制可知，被32P标记的DNA分子是2个，含有31P的是8个，只含有31P的是8-2=6(个)，因此子代DNA分子中含32P与只含31P的DNA分子比是1∶3，B正确； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 答案 综合强化 由题意知被32P标记的DNA单链是2条，含有31P的单链是2×8-2=14(条)，因此子代DNA分子含32P的脱氧核苷酸单链与含31P的脱氧核苷酸单链之比为1∶7，C正确； DNA分子中含有的胞嘧啶脱氧核苷酸是3 000个，则第3次复制过程中需要3 000×(23-1)=1.2×104(个)游离的胞嘧啶脱氧核苷酸，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 答案 综合强化 13.(2024·无锡高一期中)真核细胞中DNA复制的速率一般为50~100 bp/s (bp表示碱基对)。图1为果蝇 核DNA的电镜照片，图1中 箭头所指示的泡状结构叫作 DNA复制泡，是DNA上正在 复制的部分；图2是DNA结 构模式图。回答下列问题： (1)据图分析可知，果蝇的DNA有　　(填“多”或“单”)个复制起点，不同复制起点　　　　(填“同时”或“不同时”)开始复制。  不同时 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 答案 多 综合强化 (2)DNA复制时所需的原料为　　　　　 ，所需的酶有_______________ 　　　(至少填两种)。  (3)通常一个DNA分子经复制 能形成两个完全相同的DNA 分子，这是因为DNA独特的 　　　　　　，为复制提供 了精确的模板，通过______ 　　　 原则，保证了复制能够准确地进行。 解旋酶和DNA聚 脱氧核苷酸 合酶 双螺旋结构 碱基互 补配对 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 答案 综合强化 (4)图2中①②③构成的④　　　(填“是”或“不是”)一个脱氧核苷酸分子；⑤中碱基通过　　　连 接；⑥表示的是　　 　 (填 中文名称)。某一DNA分子 共有a个碱基，其中腺嘌呤 脱氧核苷酸有n个，第m次 复制消耗鸟嘌呤脱氧核苷酸 　　　　　　个。 不是 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 答案 氢键 胞嘧啶 (a/2-n)×2m-1 综合强化 某一DNA分子共有a个碱基，其中腺嘌呤脱氧核苷酸有n个，则T=A=n(个)，所以G=C= a/2-n个，第m次复制时 新合成的DNA分子有 2m-1个，需要消耗鸟嘌 呤脱氧核苷酸为(a/2-n) ×2m-1。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 答案 综合强化 14.科学家推测DNA可能有如图A所示的三种复制方式。1958年，科学家米西尔森和斯塔尔用同位素标记技术和离心的方法，追踪由15N标记的DNA亲本链的去向，实验过程：在氮源为14NH4Cl的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA分子均为14N/14N-DNA(对照)；在氮源为15NH4Cl的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA均为15N/15N-DNA(亲代)。将亲代大肠杆菌转移到含14NH4Cl的培养基上，再连续繁殖两代(子代Ⅰ和子代Ⅱ)后，离心得到图B所示的结果。请依据上述材料回答问题： 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 答案 综合强化 (1)DNA复制的意义是　　　　　　　 。  (2)与对照相比，如果子代Ⅰ离心后能分辨出轻和重两条链带，则说明DNA分子的复制方式是________ 　　　。如果子代Ⅰ离心后只有1条杂合链带，则可以排除DNA分子以　　　　的方式进行复制。如果子代Ⅰ离心后只有1条杂合链带，再继续做子代Ⅱ的DNA密度鉴定：①若子代Ⅱ离心后___________ 　　　　　　　　，则可以确定DNA分子的复制方式是半保留复制。②若子代Ⅱ离心后不能分出杂合、轻两条链带，则可以推测DNA分子的复制方式是　　　　　。  1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 答案 将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞，从而保持了遗传信息的连续性 全保留 复制 全保留 合、轻两条链带 可以分出杂 分散复制 综合强化 若子代Ⅰ离心后能分辨出轻(两条链均被14N标记)和重(两条链均被15N标记)两条链带，则DNA分子的复制方式是全保留复制。如果子代Ⅰ离心后只有1条杂合链带，则肯定不是全保留复制，可能是半保留复制或分散复制。若是半保留复制，子代Ⅱ离心后能分出杂合、轻两条链带，且各占1/2；若是分散复制，子代DNA离心后不能分出杂合、轻两条链带。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 答案 综合强化 分析图B可知，子代Ⅰ都是杂合链带，子代Ⅱ中的杂合、轻链带各占1/2，这与半保留复制的特点相吻合。 (3)根据图B所示结果可推知DNA分子的复制方式是　　　　　　。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 答案 半保留复制 综合强化 第二章 遗传的分子基础 <<< $$ 第2课时　DNA分子的复制 [学习目标]　1.了解DNA分子半保留复制的实验证据。2.阐明DNA分子复制的条件、过程和特点。 一、DNA分子半保留复制的实验证据 1.对DNA复制方式的推测 全保留复制模型、分散复制模型和半保留复制模型。 2.证明半保留复制的实验 判断正误 (1)沃森和克里克证明DNA分子复制方式是半保留复制(　　) (2)证明DNA半保留复制的实验运用了同位素标记技术(　　) 答案　(1)×　(2)√ 任务一：DNA半保留复制的实验过程与分析 科学家曾提出DNA复制方式的三种假说：全保留复制、半保留复制和分散复制(复制时亲代DNA双链被切成片段作为模板，合成子代片段，新旧片段混合连接成子代DNA分子)，如图1。在氮源为14N和15N的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA分子分别为14N-DNA(相对分子质量为a)和15N-DNA(相对分子质量为b)。将亲代大肠杆菌(被15N标记)转移到含14N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图2。据图回答下列问题： 1.用什么技术区分来自模板DNA的母链与新合成的DNA子链？ 提示　同位素标记技术。 2.如何测定子代DNA带有同位素的情况？ 提示　对DNA进行离心，观察其在离心管中的分布。 3.Ⅰ中细菌DNA分子的两条链是怎样的？Ⅰ的结果可以排除哪一种复制模型？ 提示　Ⅰ中细菌DNA分子的一条链含有14N，另一条链含有15N；可以排除全保留复制模型。 4.Ⅱ的结果可以排除哪一种复制模型？Ⅱ中细菌DNA分子的平均相对分子质量是多少？ 提示　可以排除分散复制模型；Ⅱ中细菌DNA分子的平均相对分子质量为。 1.细菌在含15NH4Cl的培养基中繁殖数代后，细菌DNA的含氮碱基均含有15N，然后再移入含14NH4Cl的培养基中培养，抽取其子代的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 答案　A 解析　亲代DNA为15N/15N，移入含14NH4Cl的培养基中培养，经第一次复制所形成的子代DNA均为15N/14N，应如图②所示。 2.某研究小组进行“探究DNA的复制过程”的实验，结果如图所示。其中培养大肠杆菌的唯一氮源是14NH4Cl或15NH4Cl。a、b、c表示离心管编号，条带表示大肠杆菌DNA连续复制两次，离心后在离心管中的分布位置。下列叙述错误的是(　　) A.本实验运用了同位素标记技术和离心技术 B.a管的结果表明该管中的大肠杆菌是在含14NH4Cl的培养液中培养的 C.b管的结果表明该管中的大肠杆菌的DNA都是15N/14N-DNA D.c管中大肠杆菌含15N的DNA分子占全部DNA分子的1/2 答案　B 解析　由题图可知，a管中的DNA密度最大，表明该管中的大肠杆菌是在含15NH4Cl的培养液中培养的，B错误。 二、DNA分子复制的过程 1.DNA分子半保留复制过程 2.DNA精确复制的原因 (1)双螺旋结构为复制提供了模板。 (2)碱基互补配对原则保证了复制的精确进行。 拓展延伸　真核生物DNA复制的起点和方向 多起点不同时双向复制 在复制速率相同的前提下，图中DNA是从其最右边开始复制的。 判断正误 (1)DNA复制时新合成的两条链碱基排列顺序相同(　　) (2)DNA双螺旋结构全部解开后，开始DNA的复制(　　) (3)单个脱氧核苷酸在DNA酶的作用下连接合成新的子链(　　) (4)真核细胞的DNA复制只发生在细胞核中(　　) (5)解旋酶和DNA聚合酶的作用部位均为氢键(　　) 答案　(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)× 提示　(1)DNA复制时新合成的两条链碱基互补配对，排列顺序不同。(2)DNA分子边解旋边复制。(3)单个脱氧核苷酸在DNA聚合酶的作用下连接合成新的子链。(4)真核细胞的DNA复制主要发生在细胞核中，还可以发生在线粒体和叶绿体中。(5)解旋酶作用于氢键，DNA聚合酶作用于磷酸二酯键。 任务二：DNA分子复制的过程分析 1.如图为真核细胞DNA复制过程的模式图，据图回答相关问题： (1)据图可知，DNA聚合酶使两条子链从5'端到3'端，还是从3'端到5'端进行合成？ 提示　从5'端到3'端进行合成。 (2)合成的两条子链间碱基排列顺序相同还是互补？ 提示　碱基排列顺序互补。 (3)所有的真核细胞都存在核DNA复制吗？并说明理由。 提示　不一定；如哺乳动物成熟的红细胞因为无细胞核而不能进行核DNA复制；不分裂的细胞不存在核DNA复制。 2.已知果蝇的基因组大小为1.8×108 bp(bp表示碱基对)，真核细胞中DNA复制的效率一般为50~100 bp/s。如图为果蝇DNA的电镜照片，图中的泡状结构叫作DNA复制泡，是DNA上正在复制的部分。请你分析果蝇DNA形成多个复制泡的原因。 提示　形成多个复制泡说明果蝇的DNA有多个复制起点，可同时从不同起点进行DNA复制，由此加快DNA复制的速率，为细胞分裂做好物质准备。 任务三：DNA复制的相关计算 假设将一个全部被15N标记的双链DNA分子(亲代)转移到含14N的培养液中培养n代，结果如下： 从图中可以得到如下规律： (1)DNA分子数 ①子n代DNA分子总数为2n个。 ②含15N的DNA分子数为2个。 ③含14N的DNA分子数为2n个。 ④只含15N的DNA分子数为0个。 ⑤只含14N的DNA分子数为(2n-2)个。 (2)脱氧核苷酸链数 ①子代DNA中脱氧核苷酸链数=2n+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次复制需消耗游离的该脱氧核苷酸数为m·(2n-1)个。 ②若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，在第 n次复制时，需消耗游离的该脱氧核苷酸数为m·2n-1个。 3.(多选)如图为某真核细胞中DNA复制过程模式图，下列分析错误的是(　　) A.酶①和酶②均作用于氢键 B.该过程的模板链是a、d链 C.该过程可发生在细胞分裂前间期 D.DNA复制的特点是半保留复制 答案　AB 解析　由题图可知，酶①(解旋酶)使氢键断裂，而酶②(DNA聚合酶)催化形成磷酸二酯键，A错误；DNA复制过程的模板是亲代DNA的两条链，即a、b链，B错误；DNA复制过程发生在有丝分裂前间期或减数分裂前间期，C正确；由题图可知，新合成的两个DNA分子各保留亲代DNA分子的一条链，新合成一条链，即DNA复制的特点是半保留复制，D正确。 4.用15N标记了细胞中含有100个碱基对的DNA分子，其中有胞嘧啶60个，在含14N的培养基中，该DNA分子连续复制5次。下列有关叙述错误的是(　　) A.含有15N的DNA分子有2个 B.只含有14N的DNA分子占15/16 C.复制过程中共需腺嘌呤脱氧核苷酸1 280个 D.第5次复制时需腺嘌呤脱氧核苷酸640个 答案　C 解析　复制5次共得到25=32(个)DNA分子，含有15N的DNA分子有2个，只含有14N的DNA分子数为32-2=30(个)，占15/16，A、B正确；该DNA分子含有100个碱基对，其中有胞嘧啶60个，则含有腺嘌呤(200-120)/2=40(个)，复制过程中共需腺嘌呤脱氧核苷酸40×(25-1)=1 240(个)，C错误；第5次复制时需腺嘌呤脱氧核苷酸40×25-1=640(个)，D正确。 课时对点练　[分值：100分] 第1~10题，每题5分；第11~12题，每题6分，共62分。 题组一　DNA分子半保留复制的实验证据 1.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分子的复制为半保留复制，因此亲本DNA的两条链将进入不同的子代DNA分子中，A、B不符合题意；因为第二次复制得到的4个DNA分子中，都有一条DNA子链是在第二次复制时形成的(黑色表示)，而C项中只有两个DNA分子中含第二次复制出的子链，C不符合题意，D符合题意。 2.(2024·南通高一期末)用假说—演绎法进行DNA复制的研究时，将14N标记的大肠杆菌放在含有15N的培养基中培养，使其分裂2次。下列叙述错误的是(　　) A.如果是全保留复制，子一代DNA分子1/2分布在轻链带、1/2分布在重链带 B.如果是全保留复制，子二代DNA分子1/4分布在轻链带、3/4分布在重链带 C.如果是半保留复制，子一代DNA分子1/2分布在杂合链带、1/2分布在重链带 D.如果是半保留复制，子二代DNA分子1/2分布在杂合链带、1/2分布在重链带 答案　C 解析　如果是半保留复制，子一代DNA分子都是一条链含14N，另一条链含15N，都分布在杂合链带，C错误。 3.将在含15NH4Cl的培养液中培养若干代的某真核细胞转移到含14NH4Cl的培养液中培养，让细胞连续进行有丝分裂，并进行密度梯度离心。下列相关说法中，不正确的是(　　) A.细胞经过一次分裂和离心后，DNA位于试管的中层 B.细胞经过两次分裂和离心后，一半DNA位于试管的中层，另一半DNA位于试管的上层 C.细胞经过三次分裂和离心后，3/4的DNA位于试管的中层，1/4的DNA位于试管的上层 D.该实验可以证明DNA的复制方式是半保留复制 答案　C 解析　细胞经过一次分裂和离心后，所形成的每个子代DNA分子的两条链中一条链含15N，另一条链含14N，位于试管的中层，A正确；细胞经过三次分裂和离心后，有3/4的DNA位于试管的上层，1/4的DNA位于试管的中层，C错误。 题组二　DNA分子复制的过程 4.(2024·连云港高一质检)下列关于真核细胞DNA分子复制的叙述，正确的是(　　) A.该过程不需要消耗能量 B.需要解旋酶和DNA聚合酶的催化 C.以DNA分子的一条链作为模板 D.复制只在细胞核内进行 答案　B 解析　真核细胞DNA分子复制需要消耗能量，A错误；真核细胞DNA分子复制以DNA分子的两条链作为模板，C错误；复制可以在细胞核、线粒体、叶绿体中进行，D错误。 5.(2023·常州高一期末)如图为DNA复制过程示意图，分析该图不能得出的结论是(　　) A.该过程需要的原料是核糖核苷酸 B.①和③是DNA复制的两条模板链 C.DNA复制的过程是边解旋边复制 D.①和完成复制的④的碱基排列顺序相同 答案　A 解析　该过程是DNA复制，需要的原料是脱氧核苷酸，A符合题意。 6.保证准确无误地进行DNA复制的关键步骤是(　　) A.解旋酶促使DNA的两条互补链分离 B.游离的脱氧核苷酸与母链碱基进行互补配对 C.与母链配对的脱氧核苷酸之间连接成与母链互补的子链 D.模板母链与互补子链盘绕成双螺旋结构 答案　B 解析　DNA复制的过程：(1)解旋：需要细胞提供能量，在解旋酶的作用下，两条螺旋的双链解开。(2)合成子链：以解开的每一条母链为模板，在DNA聚合酶等酶的作用下，利用游离的4种脱氧核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则，合成与母链互补的子链。(3)形成子代DNA分子：延伸子链，母链和相应子链盘绕成双螺旋结构。其中，游离核苷酸与母链碱基互补配对保证了复制能够准确地进行。 7.如图表示真核细胞DNA的复制过程，其中有3个复制泡。下列叙述错误的是(　　) A.多起点双向复制能保证DNA复制在短时间内完成 B.解开DNA双螺旋结构需要细胞内ATP与解旋酶的参与 C.子链延伸过程中需要DNA聚合酶催化碱基间氢键的形成 D.图示各起点可能不是同时开始的 答案　C 解析　氢键的形成不需要DNA聚合酶的催化，C错误；图示为真核生物的多起点复制，可加快DNA的复制过程，从各起点螺旋解开的程度看，复制可能不是同时开始的，D正确。 题组三　DNA分子复制的相关计算 8.(2023·淮安高一期末)某双链DNA片段含有1 000个碱基对，其中一条链上的A∶G∶T∶C=1∶2∶3∶4，连续复制3次共需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸的数量为(　　) A.1 400 B.2 100 C.2 800 D.4 200 答案　C 解析　该DNA分子一条链上的A∶G∶T∶C=1∶2∶3∶4，则双链DNA分子中A+T=40%，A=T=20%，C=G=30%，所以该DNA分子中A=T=1 000×2×20%=400(个)，C=G=1 000×2×30%=600(个)。根据DNA半保留复制特点可知，连续复制3次共需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸的数量为(23-1)×400=2 800(个)，故选C。 9.(2023·徐州高一校联考)如图为某DNA分子片段，假设该DNA分子中有碱基5 000对，A+T占碱基总数的34%，若该DNA分子在含14N的培养基中连续复制2次，下列叙述正确的是(　　) A.复制时作用于③处的酶为DNA聚合酶 B.④处指的是腺嘌呤核糖核苷酸 C.复制2次共需游离的胞嘧啶脱氧核苷酸9 900个 D.子代中含15N的DNA分子占1/2 答案　C 解析　复制时作用于③处的酶为解旋酶，而不是DNA聚合酶，A错误；DNA分子的基本单位是脱氧核苷酸，所以④处指的是腺嘌呤脱氧核苷酸，B错误；复制2次共需游离的胞嘧啶脱氧核苷酸3300×(22-1)=9 900(个)，C正确；该DNA分子只有一条链含15N，其复制是半保留复制，连续复制2次后，形成的4个DNA分子中，只有1个DNA分子含有15N，因此子代中含15N的DNA分子占1/4，D错误。 10.(2024·泰州高一月考)如图是生物体内DNA复制示意图，下列有关叙述错误的是(　　) A.酶a催化DNA两条链之间氢键的断裂，该过程消耗ATP B.酶b可将脱氧核苷酸聚合到前导链的3'端，形成磷酸二酯键 C.冈崎片段①先于②形成，酶c可将相邻两个冈崎片段连接起来 D.图示过程体现了DNA半保留复制、边解旋边复制等特点 答案　C 解析　前导链的合成是连续的，解旋的方向应与前导链的合成方向一致，因此冈崎片段②先于①合成，C错误。 11.(多选)(2024·南通高一期中)将酵母菌的核DNA全部用14N标记(即14N-DNA)，转移到15NH4Cl培养液中，培养1 h后提取子代酵母菌的DNA。将DNA热变性处理(解开双螺旋，变成单链)，然后进行密度梯度离心，管中出现两种条带，且分别对应两个峰，如图所示。下列说法正确的是(　　) A.热变性处理破坏了DNA分子中的氢键和磷酸二酯键 B.根据图示结果可判断出DNA的复制方式为半保留复制 C.图示酵母菌增殖时的细胞周期约为20 min D.随着复制次数的增加，14N条带所占比例减小 答案　CD 解析　热变性处理破坏了DNA分子中的氢键，而磷酸二酯键没有被破坏，A错误；该实验结果是DNA热变性处理后再进行密度梯度离心得到的，是单链的含量，不能说明DNA复制是半保留复制，也可能是全保留复制，B错误；依据题干信息可知，亲本DNA的两条链均含14N，1 h后，所得到的DNA单链中14N-DNA∶15N-DNA=1∶7，且含14N的单链DNA有2条，故此时有8个DNA分子，假设复制n次，则2n=8，n=3，说明细胞分裂3次，细胞周期=60÷3=20(min)，C正确。 12.(多选)(2024·盐城高一质检)假设一个双链均被32P标记的DNA由5 000个碱基对组成，其中腺嘌呤占全部碱基的20%，将其置于只含有31P的环境中复制3次。下列叙述正确的是(　　) A.该DNA分子中含有氢键的数目为1.3×104 B.子代DNA分子中含32P与只含31P的DNA分子比是1∶3 C.子代DNA分子含32P的脱氧核苷酸单链与含31P的脱氧核苷酸单链之比为1∶7 D.第3次复制过程中需要2.1×104个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸 答案　ABC 解析　根据题意分析可知，该DNA分子含有5 000个碱基对，A占20%，因此A=T=10 000×20%=2 000(个)，C=G=3 000(个)，A、T碱基对之间的氢键是2个，G、C碱基对之间的氢键是3个，因此该DNA分子中含有氢键的数目为2 000×2+3 000×3=1.3×104(个)，A正确；DNA分子复制3次形成8个DNA分子，根据半保留复制可知，被32P标记的DNA分子是2个，含有31P的是8个，只含有31P的是8-2=6(个)，因此子代DNA分子中含32P与只含31P的DNA分子比是1∶3，B正确；由题意知被32P标记的DNA单链是2条，含有31P的单链是2×8-2=14(条)，因此子代DNA分子含32P的脱氧核苷酸单链与含31P的脱氧核苷酸单链之比为1∶7，C正确；DNA分子中含有的胞嘧啶脱氧核苷酸是3 000个，则第3次复制过程中需要3 000×(23-1)=1.2×104(个)游离的胞嘧啶脱氧核苷酸，D错误。 13.(20分)(2024·无锡高一期中)真核细胞中DNA复制的速率一般为50~100 bp/s(bp表示碱基对)。图1为果蝇核DNA的电镜照片，图1中箭头所指示的泡状结构叫作DNA复制泡，是DNA上正在复制的部分；图2是DNA结构模式图。回答下列问题： (1)据图分析可知，果蝇的DNA有　　　　(填“多”或“单”)个复制起点，不同复制起点　　　　(填“同时”或“不同时”)开始复制。  (2)DNA复制时所需的原料为　　　　　　　，所需的酶有　　　　　　　　　(至少填两种)。  (3)通常一个DNA分子经复制能形成两个完全相同的DNA分子，这是因为DNA独特的　　　　　　　，为复制提供了精确的模板，通过　　　　　　　　原则，保证了复制能够准确地进行。  (4)图2中①②③构成的④　　　　(填“是”或“不是”)一个脱氧核苷酸分子；⑤中碱基通过　　　　连接；⑥表示的是　　　　(填中文名称)。某一DNA分子共有a个碱基，其中腺嘌呤脱氧核苷酸有n个，第m次复制消耗鸟嘌呤脱氧核苷酸　　　　　　　个。  答案　(1)多　不同时　(2)脱氧核苷酸　解旋酶和DNA聚合酶　(3)双螺旋结构　碱基互补配对 (4)不是　氢键　胞嘧啶　(a/2-n)×2m-1 解析　(4)某一DNA分子共有a个碱基，其中腺嘌呤脱氧核苷酸有n个，则T=A=n(个)，所以G=C=a/2-n个，第m次复制时新合成的DNA分子有2m-1个，需要消耗鸟嘌呤脱氧核苷酸为(a/2-n)×2m-1。 14.(每空3分，共18分)科学家推测DNA可能有如图A所示的三种复制方式。1958年，科学家米西尔森和斯塔尔用同位素标记技术和离心的方法，追踪由15N标记的DNA亲本链的去向，实验过程：在氮源为14NH4Cl的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA分子均为14N/14N-DNA(对照)；在氮源为15NH4Cl的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA均为15N/15N-DNA(亲代)。将亲代大肠杆菌转移到含14NH4Cl的培养基上，再连续繁殖两代(子代Ⅰ和子代Ⅱ)后，离心得到图B所示的结果。请依据上述材料回答问题： (1)DNA复制的意义是　　　　　　　。  (2)与对照相比，如果子代Ⅰ离心后能分辨出轻和重两条链带，则说明DNA分子的复制方式是　　　　　　　。如果子代Ⅰ离心后只有1条杂合链带，则可以排除DNA分子以　　　　　　的方式进行复制。如果子代Ⅰ离心后只有1条杂合链带，再继续做子代Ⅱ的DNA密度鉴定：①若子代Ⅱ离心后　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　，则可以确定DNA分子的复制方式是半保留复制。②若子代Ⅱ离心后不能分出杂合、轻两条链带，则可以推测DNA分子的复制方式是　　　　　　。  (3)根据图B所示结果可推知DNA分子的复制方式是　　　　　　　。  答案　(1)将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞，从而保持了遗传信息的连续性　(2)全保留复制　全保留　①可以分出杂合、轻两条链带　②分散复制　(3)半保留复制 解析　(2)若子代Ⅰ离心后能分辨出轻(两条链均被14N标记)和重(两条链均被15N标记)两条链带，则DNA分子的复制方式是全保留复制。如果子代Ⅰ离心后只有1条杂合链带，则肯定不是全保留复制，可能是半保留复制或分散复制。若是半保留复制，子代Ⅱ离心后能分出杂合、轻两条链带，且各占1/2；若是分散复制，子代DNA离心后不能分出杂合、轻两条链带。(3)分析图B可知，子代Ⅰ都是杂合链带，子代Ⅱ中的杂合、轻链带各占1/2，这与半保留复制的特点相吻合。 学科网（北京）股份有限公司 $$