3.3DNA的复制课件-2025—2026学年高一下学期生物人教版必修2

该高中生物学课件聚焦DNA半保留复制，涵盖实验证据、过程、条件、特点及意义等核心知识点。通过沃森和克里克名言设问导入，结合问题探讨引出复制机制假说，以假说-演绎法为脉络，通过任务驱动和问题链搭建学习支架，衔接DNA结构与遗传信息传递的知识逻辑。 其亮点在于以科学思维为核心，贯穿假说-演绎法（提出问题→作出假说→演绎推理→实验验证），结合探究实践（任务驱动分析离心结果、同位素标记技术应用），渗透结构与功能观（DNA双螺旋结构为复制提供模板）。实例包括梅塞尔森-斯塔尔实验步骤解析、Kornberg实验资料探究，助力学生提升逻辑推理与科学探究能力，也为教师提供结构化探究式教学资源。

第3章 基因的本质 第3节 DNA的复制 本节聚焦 1.怎样证明DNA是半保留复制的？ 2.DNA的复制过程是怎样的？ 3.DNA的半保留复制对遗传信息的稳定传递有什么意义？ 沃森和克里克在发表DNA双螺旋结构的那篇著名短文的结尾处写道：“值得注意的是，我们提出的这种碱基特异性配对方式，暗示着遗传物质进行复制的一种可能的机制。” 【讨论】 1.碱基互补配对原则暗示DNA的复制机制可能是怎样的？ 碱基互补配对原则是指DNA两条链的碱基之间有准确的一一对应关系，暗示DNA的复制可能需要先解开DNA双螺旋的两条链，然后通过碱基互补配对合成互补链。 问题探讨 2.这句话中为什么要用“可能”二字？ 这反映了科学研究具有什么特点？ 科学需要大胆的想象，但是得出结论必须建立在确凿的证据上。 问题探讨 沃森和克里克在发表DNA双螺旋结构的那篇著名短文的结尾处写道：“值得注意的是，我们提出的这种碱基特异性配对方式，暗示着遗传物质进行复制的一种可能的机制。” 【讨论】 假说一：半保留复制 沃森和克里克提出，DNA复制时，DNA双螺旋解开，互补的碱基之间的氢键断裂，解开的两条单链分别作为复制的模板，游离的脱氧核苷酸根据碱基互补配对原则，通过形成氢键，结合到作为模板的单链上，新合成的每个DNA分子中都保留了原来DNA分子中的一条链。 DNA复制以DNA双链为模板，子代的DNA双链都是新合成的。 假说二：全保留复制 子代DNA 亲代DNA 一、对DNA复制的推测 亲代DNA 子代DNA 假说三：分散复制 亲代DNA双链被切成片段后合成， 然后子、母双链聚集成“杂种链”。 亲代DNA 子代DNA 到底哪种假说是正确的呢？ 推理、探究几种复制模式下得到子代DNA的可能情况，预测可能实验结果 完成实验 DNA的是如何复制的? 提出问题 作出假说 演绎推理 实验验证 得出结论 假说—演绎法 半保留复制 全保留复制 分散复制 科学的研究方法 —— 假说—演绎法 DNA的是如何复制的? (1)半保留复制 (2)全保留复制 (3)分散复制 提出问题 做出假设 演绎推理 实验验证 得出结论 设计实验 二、DNA半保留复制的实验证据 如果要通过实验区分DNA复制方式的三种假说，那么实验中区分的关键是什么？ 将新合成子链与原来的母链区分开 如何在实验中直观地区分来自模板DNA的母链和新合成的DNA子链？ 同位素标记技术 梅塞尔森 斯塔尔 1958年 大肠杆菌（繁殖快，20min一代） 二、DNA半保留复制的实验证据 【任务一】请阅读课本54，并思考以下问题： 该实验用什么元素做标记？为什么？ 如何测定子代DNA带有同位素的情况? 该实验的具体流程是什么? 密度梯度离心 ≠ 差速离心 二、DNA半保留复制的实验证据 该实验用什么元素做标记？为什么？ 14N和15N是氮元素的两种稳定同位素，这两种同位素的相对原子质量不同， 含15N的DNA比含14N的DNA密度大。 如何测定子代DNA带有同位素的情况? 含15N的DNA比含14N的DNA密度大，利用密度梯度离心技术可以在试管中分离开含有相对原子质量不同的氮元素的DNA。 同位素标记技术（无放射性） 前面我们已经学习过细胞核的结构，存在于细胞核中的遗传物质那是相当的重要。那么细胞增殖时如何既保证数量的增多，又能确保子细胞的遗传物质不变少呢？ 9 15N/ 15N-DNA 实验过程 分裂一次 提取DNA离心 15NH4CI 14NH4Cl 再分裂一次 繁殖若干代 上 中 下 上 中 下 提取DNA离心 上 中 下 15NH4CI 提取DNA 离心 14NH4Cl 14NH4Cl 提出问题 做出假设 演绎推理 实验验证 得出结论 设计实验 二、DNA半保留复制的实验证据 哪个位置？ 哪个位置？ 14N/ 14N-DNA 提出问题 做出假设 演绎推理 实验验证 得出结论 设计实验 二、DNA半保留复制的实验证据 N N N N N N N N N N N N 亲代 第一代 第二代 15N 15N 15N/15N-DNA 重带 【任务二】预测并画出三种复制方式中子一代和子二代中DNA的情况，预测密度梯度离心的结果。 提出问题 做出假设 演绎推理 实验验证 得出结论 设计实验 二、DNA半保留复制的实验证据 亲代 第一代 第二代 15N 15N 15N/15N-DNA 重带 若 DNA的复制是半保留复制 15N 14N 14N 15N 15N/14N-DNA 中带 14N 14N 14N 14N 15N 14N 15N 14N 14N/14N-DNA 轻带 15N/14N-DNA 中带 提出问题 做出假设 演绎推理 实验验证 得出结论 设计实验 二、DNA半保留复制的实验证据 亲代 第一代 第二代 15N 15N 15N/15N-DNA 重带 若 DNA的复制是全保留复制 15N 15N 14N 14N 14N 14N 14N 14N 15N 15N 14N 14N 14N/14N-DNA 轻带 15N/15N-DNA 重带 14N/14N-DNA 轻带 15N/15N-DNA 重带 提出问题 做出假设 演绎推理 实验验证 得出结论 设计实验 二、DNA半保留复制的实验证据 亲代 第一代 第二代 15N 15N 15N/15N-DNA 重带 若 DNA的复制是分散复制 15N/14N 15N/14N 15N/14N 15N/14N 15N/14N 15N/14N 15N/14N-DNA 基本均为中带 15N/14N-DNA 基本均为中带 提出问题 做出假设 演绎推理 实验验证 得出结论 设计实验 二、DNA半保留复制的实验证据 15N/15N-DNA 重带 14N/14N-DNA 轻带 15N/14N-DNA 中带 15N/14N-DNA 中带 实验结果 排除 全保留复制 排除 分散复制 DNA的复制是以半保留方式进行的 细胞 再分裂 一次 转移到 含14NH4Cl 的培养液中 细胞 分裂 一次 提出DNA离心 提出DNA离心 提出DNA离心 大肠杆菌在 含15NH4Cl 的培养液中 生长若干代 【注意】实验中要注意提取DNA 的时间，应以大肠杆菌繁殖一次所用的时间为间隔。 2．(合格考)细菌在含15N的培养基中繁殖数代后，细菌DNA的含氮碱基皆含有15N，然后再将其移入含14N的培养基中培养，抽取亲代及子代的DNA离心分离，下图①～⑤为可能的结果，下列叙述错误的是(　　) A.子一代DNA应为② B．子二代DNA应为① C．子三代DNA应为④ D．亲代的DNA应为⑤ 答案：C 三、DNA复制的过程 【任务一】请阅读课本54，并思考以下问题： DNA复制的概念、发生的时期、场所？ DNA复制的过程是怎样的？ DNA复制需要哪些基本条件？ DNA复制的有哪些特点? DNA能精确复制的原因是什么？ DNA复制有何意义？ 1、概念： 在真核生物中，发生在细胞分裂前的间期，随着染色体的复制而完成。 以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。 2、发生时期： 3、场所： 三、DNA复制的过程 真核生物： 原核生物： 病毒： 宿主细胞内 资料：1956年，Kornberg将从大肠杆菌提取出的DNA聚合酶加入具有4种丰富的脱氧核苷酸和适量的Mg2+的人工合成体系中，4种脱氧核苷酸并不能聚合成脱氧核糖核酸链——并没有发生DNA的合成。 当加入了少量DNA引子和ATP能量、原料，经保温孵育后，测定DNA含量，发现其中的DNA含量增加了。 条件： ①模板：亲代DNA分子的两条链； ②原料：4种游离的脱氧核苷酸； ③能量：ATP； ⑤酶：解旋酶、DNA聚合酶等。 ④引物； 三、DNA复制的过程 DNA聚合酶 解旋酶 子链 DNA模板链 DNA聚合酶 DNA模板链 子链 DNA 解旋 合成子链 重新螺旋 条件： 结果： 解开的每一条母链 DNA聚合酶 4种脱氧核苷酸 4、过程 3′ 5′ 5′ 3′ 解旋酶、能量 氢键断裂，双链解开 模板： 原料： 游离的 4种脱氧核苷酸 酶： 原则： 碱基互补配对原则 方向： 5′端到3′端 能量: 一条母链和一条子链螺旋成为一个新的DNA分子 边解旋 边复制 ATP ATP ATP 三、DNA复制的过程 5、条件： 6、方向： 7、结果： 4、过程： 三、DNA复制的过程 解旋——合成子链——重新螺旋 模板：原料： 能量： 酶： 解开的每一条母链 游离的4种脱氧核苷酸 解旋酶、DNA聚合酶 ATP 子链的5' 端→ 3' 端 形成两个完全相同的DNA分子。 新复制出的两个子代DNA分子，通过细胞分裂分配到子细胞中去。 a和c，b和d的碱基排列顺序相同 解旋酶 DNA聚合酶 磷酸二酯键 氢键 三、DNA复制的过程 如图为DNA分子复制的两个模型，请据图回答下列问题。 (1)图1中的酶1和酶2分别是什么酶？分别作用于图2中哪个部位？ (2)图1中的a、b、c、d四条脱氧核苷酸链中，哪些链的碱基排列顺序是相同的？ 1．(合格考)下图为某真核细胞中DNA复制过程模式图，下列分析正确的是(　　) 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．该过程中的c、d链结构相同 D．DNA的复制是半保留复制 答案：D 半保留复制 边解旋边复制 多个复制起点（真核生物） 根据资料， 试总结DNA复制的特点： 复制方向 复制方向 复制方向 复制起点 复制起点 复制起点 四、DNA复制的特点 原核生物（单起点） 双向复制 有利于提高 DNA复制的效率 【资料】DNA平均每复制109个碱基对才会产生一个错误。 五、DNA复制的意义 如何保证复制具有如此高的准确性？ DNA进行高精确性的自我复制有何意义？ ①DNA具有独特的双螺旋结构，能为复制提供精确的模板。 ②碱基具有互补配对的能力，保证了复制能够准确地进行。 使遗传信息从亲代传递给子代，保持遗传信息的连续性，使本物种保持相对稳定和延续。 小结 (1)子代DNA分子数： ①含有15N链的DNA分子数为____个。 ②只含15N链的DNA分子数为____个。 ③不含15N链的DNA分子数为________个。 ④含14N链的DNA分子数有_______个。 (2)子代脱氧核苷酸链数： ①亲代脱氧核苷酸链数为 ______条。 ②新合成的脱氧核苷酸链数为__________条。 DNA复制为半保留复制，若将亲代(15N)DNA分子复制在不含15N的环境中复制n次，其结果分析如下： 2 0 2n-2 2n 2 2n+1 -2 六、DNA复制的相关计算 28 DNA复制为半保留复制，若将亲代(15N)DNA分子复制在不含15N的环境中复制n次，其结果分析如下： 六、DNA复制的相关计算 (3)消耗的脱氧核苷酸数： 若亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，则： ①连续n次复制，需要消耗该脱氧核苷酸数为______________个 ； ②第n次复制，所需该脱氧核苷酸数为____________个。 m·(2n－1) m·2n－1 29 4．(等级考)用一个32P标记的噬菌体侵染在31P环境中培养的大肠杆菌，已知噬菌体DNA上有m个碱基对，其中胞嘧啶有n个。下列叙述不正确的是(　　) A．大肠杆菌为噬菌体增殖提供原料和酶等 B．噬菌体DNA含有(2m＋n)个氢键 C．该噬菌体繁殖4次，子代中只有14个含有31P D．噬菌体DNA第4次复制共需要8(m－n)个腺嘌呤脱氧核苷酸   答案：C 【拓展】DNA复制与细胞分裂 【拓展】DNA复制与细胞分裂 练习与应用 1．DNA复制是在为细胞分裂进行必要的物质准备。据此判断下列相关表述是否正确。 （1）DNA复制与染色体复制是分别独立进行的。 （ ） （2）在细胞有丝分裂的中期，每条染色体是由两条染色单体组成的，所以DNA的复制也是在这个时期完成的。 （ ） × × 2．DNA复制保证了亲子代间遗传信息的连续性。下列关于DNA复制的叙述，正确的是（ ） A．复制均在细胞核内进行 B．碱基互补配对原则保证了复制的准确性 C．1个DNA分子复制1次产生4个DNA分子 D．游离的脱氧核苷酸在解旋酶的作用下合成子链 B 3．将DNA双链都被15N标记的大肠杆菌放在含有14N的培养基中培养，使其分裂3次，下列叙述正确的是（ ） A．所有的大肠杆菌都含有15N B．含有15N的大肠杆菌占全部大肠杆菌的比例为1/2 C．含有15N的大肠杆菌占全部大肠杆菌的比例为1/4 D．含有15N的DNA分子占全部DNA分子的比例为1/8 C 练习与应用 1．虽然DNA复制通过碱基互补配对在很大程度上保证了复制的准确性，但是，DNA平均每复制109个碱基对，就会产生1个错误。请根据这一数据计算，约有31.6亿个碱基对的人类基因组复制时可能产生多少个错误？这些错误可能产生什么影响？ 可能有6个碱基发生错误。产生的影响可能很大，也可能没有影响。 2．已知果蝇的基因组大小为1.8×108bp（bp 表示碱基对），真核细胞中DNA复制的速率一般为50 - 100bp/s。下图为果蝇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。请你推测果蝇DNA形成多个复制泡的原因。 说明果蝇的DNA有多个复制起点，可同时从不同起点开始DNA的复制，由此加快DNA复制的速率，为细胞分裂做好物质准备。 $