第3章 第3节 DNA的复制-【新课程学案】2025-2026学年高中生物必修2 遗传与进化教师用书word（人教版 单选版）

第3节　DNA的复制 【学习目标】 1.运用假说—演绎法探究DNA的复制方式,概述DNA通过半保留方式进行复制; 2.通过对DNA半保留复制方式的学习,理解DNA的准确复制是遗传信息稳定传递的基础。 聚焦·学案一　DNA复制方式及实验证据 [学案设计] (一)对DNA复制的推测 1.半保留复制 (1)提出者:沃森和克里克。 (2)假说内容 2.全保留复制:DNA复制以DNA双链为模板,子代DNA的双链都是新合成的。 (二)DNA半保留复制的实验证据 1.实验材料:大肠杆菌。 2.实验方法:同位素标记技术和离心技术。 3.实验原理:只含15N的DNA密度大,只含14N的DNA密度小,一条链含14N、一条链含15N的双链DNA密度居中。 4.实验过程 5.实验预期 两条链被标记情况 密度大小 离心后位置 都是15N 最大 靠近试管的底部 一条15N,一条14N 居中 位置居中 都是14N 最小 靠近试管的上部 6.实验结果 (1)提取亲代DNA→离心→位置靠近试管底部。 (2)繁殖一代后,提取DNA→离心→位置居中。 (3)繁殖两代后,提取DNA→离心→1/2位置居中,1/2位置更靠上。 7.实验结论 DNA的复制是以半保留的方式进行的。 |情|境|思|考|探|究| 　　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(复制完成后,亲代DNA双链被切成片段后,分散进入子代复制品的每条链中),如图所示。请据图回答下列问题: (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)若DNA复制的方式是全保留复制,请你预期实验结果并完善表格: 大肠杆菌 DNA在离心管中的位置及比例 DNA分子所含N的类型 亲代 下部,100% 15N/15N-DNA 第一代 下部50%, 上部50% 15N/15N-DNA、 14N/14N-DNA 第二代 下部25%, 上部75% 15N/15N-DNA、 14N/14N-DNA (4)若DNA复制的方式是分散复制,则第一代和第二代出现条带的数量及位置如何? 提示:第一代只出现一条中带,第二代出现一条位于中带和轻带之间的条带。 (5)科学家的实验结果显示第一代只出现一条中带,这个结果排除了哪种复制方式? 提示:排除了全保留的复制方式。 (6)科学家的实验结果显示第二代出现了一条中带和一条轻带,这个结果可以进一步将哪种复制方式排除掉? 提示:排除了分散复制的方式。 　　[典例]　如图表示利用大肠杆菌探究DNA复制方式的实验,下列叙述不正确的是 (　　) A.通过比较试管①和②的结果可以否定DNA复制为全保留复制 B.通过比较①②③的结果能证明DNA复制为半保留复制 C.试管③中b带的DNA的两条链均含有14N D.不能用噬菌体代替大肠杆菌进行该实验 [解析]　比较试管①和②的结果,DNA分别为全重带和全中带,全保留复制第一代一半为重带,一半为轻带,故可以否定DNA复制为全保留复制,A正确;与试管①相比较,试管②可以排除全保留复制,再结合③的结果可以排除分散复制,所以DNA复制是半保留复制,B正确;试管③中b带为中带,该处DNA分子的两条链中一条链有14N,一条链有15N,C错误;该实验不能用噬菌体代替大肠杆菌,因为噬菌体是病毒,没有独立的代谢功能,必须寄生在活细胞中才能生存,D正确。 [答案]　C [思维建模] 据亲代和培养液的标记情况判断子代条带位置 (1)若亲代DNA用15N标记,在含14N的培养液中培养,则离心时,亲代在底部,子一代居中,子二代一半居中、一半靠上。 (2)若亲代DNA用14N标记,在含15N的培养液中培养,则离心时,亲代在上部,子一代居中,子二代一半居中、一半在底部。 [迁移训练] 1.判断下列叙述的正误 (1)沃森和克里克最初提出了DNA以全保留的方式进行复制。 (×) (2)梅塞尔森和斯塔尔运用放射性同位素标记技术设计了巧妙的实验,证明了DNA的复制方式。 (×) (3)把15N标记的大肠杆菌转移到含14N的培养基培养,要按细胞分裂的频次提取DNA并离心。 (√) (4)DNA的复制是以半保留的方式进行的。 (√) 2.(2025·北京高考)1958年,Meselson和Stahl通过15N标记DNA的实验,证明了DNA的半保留复制。关于这一经典实验的叙述正确的是 (　　) A.因为15N有放射性,所以能够区分DNA的母链和子链 B.得到的DNA带的位置有三个,证明了DNA的半保留复制 C.将DNA变成单链后再进行离心也能得到相同的实验结果 D.选择大肠杆菌作为实验材料是因为它有环状质粒DNA 解析:选B　15N属于稳定同位素,不具有放射性,A错误。亲代大肠杆菌离心后出现一条DNA带(15N/15N-DNA),位置靠近试管的底部;转移培养后第一代细菌的DNA离心后,试管中也只有一条DNA带(15N/14N-DNA),位置居中;第二代细菌的DNA离心后,试管中出现两条带,一条带位置居中(15N/14N-DNA),另一条带的位置更靠上(14N/14N-DNA),因此得到的DNA带的位置有三个,证明了DNA的半保留复制,B正确。若将DNA变成单链后再进行离心,无论是全保留复制还是半保留复制,都是只有两条条带,不能证明DNA的半保留复制,C错误。大肠杆菌易培养、繁殖快,因此选择大肠杆菌作为实验材料,D错误。 3.细菌在含15N的培养基中繁殖数代后,使细菌的DNA皆含有15N,然后再移入含14N的培养基中培养,提取其子代的DNA进行梯度离心,下图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 解析:选A　 细菌的DNA被15N标记后,放在含14N的培养基中培养,复制一次形成2个DNA分子,每个DNA分子都是一条链含有15N,另一条链含有14N,离心后形成中带,即图中的②,A错误。复制两次后形成了4个DNA分子,2个DNA分子都是一条链含有15N,另一条链含有14N,离心后形成中带;另外2个DNA分子都只含有14N,离心后形成轻带,即图中①,B正确。随着复制次数增加(三次及三次以上),离心后都含有中带和轻带两个条带,轻带相对含量逐渐增加,即图中③,C正确。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,DNA分子的两条链都含有15N,离心后形成重带,即图中的⑤,D正确。 聚焦·学案二　DNA复制的过程 [学案设计] (一)DNA复制过程分析 |探|究|学|习| 　　为了探究DNA的复制过程,科学家做了一系列的实验,实验中除所加物质不同外,其他环境条件相同且均能满足实验的要求。 实验一:从大肠杆菌中提取出DNA复制相关酶加到具有足量的4种脱氧核苷酸的试管中。放置在适宜温度条件下,一段时间后,没能测定出DNA。 实验二:在上述试管中再加入少量DNA,放置在适宜温度条件下,一段时间后,测定其中DNA的含量。 实验三:取四支试管,分别加入等量的4种脱氧核苷酸、等量的ATP和等量的DNA复制相关酶,再在各试管中分别放入等量的四种DNA分子,它们分别是枯草杆菌、大肠杆菌、牛胸腺细胞、T2噬菌体的DNA,放置在适宜温度条件下一段时间,测定各试管中残留的每一种脱氧核苷酸的含量。 (1)举例说出实验一中DNA复制相关酶有哪些?在真核生物中,该生理过程主要发生的场所是什么? 提示: 解旋酶、DNA聚合酶等;细胞核。 (2)实验一不能测定出DNA的原因是什么? 提示: 没有加入模板DNA和ATP。 (3)实验二能测定出更多的DNA吗?为什么? 提示:不能;因为没有加入ATP。 (4)实验三的目的是什么?最可能的实验结果和结论是什么? 提示:目的是探究四种生物DNA分子的脱氧核苷酸的组成是否相同;结果发现各试管中残留的每一种脱氧核苷酸的含量不同,说明四种生物DNA分子的脱氧核苷酸组成不同。 |认|知|生|成| 1.DNA复制相关知识归纳总结 概念 以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程 时间 细胞分裂前的间期 场所 主要是细胞核 条件 模板、原料、能量、酶等 特点 半保留复制、边解旋边复制 意义 通过复制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.DNA复制的过程 (1)示意图 (2)起点和方向 类型 原核生物 真核生物 特点 单起点双向复制 多起点双向复制 图示 (3)有关的酶 复制所需的酶是指一个酶系统,不仅仅是指解旋酶和DNA聚合酶,还包括DNA连接酶等。 ①解旋酶的作用是破坏碱基间的氢键。 ②DNA聚合酶的作用是连接游离的脱氧核苷酸。 ③DNA连接酶的作用是连接DNA片段。 (4)准确复制的原因 ①DNA分子独特的双螺旋结构,为复制提供了精确的模板。 ②通过碱基互补配对,保证了复制能够准确地进行。 　　[例1]　下图为DNA复制示意图,其中①~③表示物质,④~⑨表示结构部位,下列叙述正确的是 (　　) A.物质①为解旋酶,②为DNA聚合酶 B.物质③为游离的核糖核苷酸,共有4种 C.④~⑨中表示3'端的有④⑦⑨ D.④⑦处具有游离的磷酸基团 [解析]　物质①为DNA聚合酶,②为解旋酶,A错误;物质③为游离的脱氧核糖核苷酸,共有4种,B错误;子链的延伸方向为5'→3'端,由此可知,④~⑨中表示3'端的有⑤⑥⑧,C错误;DNA分子中每一条链的5'端均含有1个游离的磷酸基团,④⑦为5'端,具有游离的磷酸基团,D正确。 [答案]　D (二)DNA复制的相关计算 　　将含有15N的DNA分子放在含有14N的培养基上培养,复制n次,相关计算见下表。 DNA 分子数 ①子代DNA分子数=2n个;②含有亲代DNA链的子代DNA分子数=2个;③不含亲代DNA链的子代DNA分子数=(2n-2)个 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 消耗的 脱氧核 苷酸数 若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个,经过n次复制需要消耗该脱氧核苷酸m×(2n-1)个;第n次复制,消耗该脱氧核苷酸数为m×2n-1个 　　[例2]　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,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.在复制n次过程中,总共需要2n(m-a)个 [解析]　DNA分子第一次复制时,可产生2个DNA分子,相当于形成1个新DNA分子,因为每个DNA分子中含有(m-a)个胞嘧啶脱氧核苷酸,所以第一次复制时,需要胞嘧啶脱氧核苷酸为(m-a)个,A正确;在第二次复制时,2个DNA分子会形成4个DNA分子,相当于形成2个新DNA分子,所以需要胞嘧啶脱氧核苷酸为2(m-a)个,B正确;在第n次复制时,共形成2n个DNA分子,相当于形成(2n-2n-1)个新DNA分子,所以需要胞嘧啶脱氧核苷酸为(2n-2n-1)(m-a)=2n-1(m-a)个,C正确;在复制n次过程中,1个DNA分子变为2n个DNA分子,总共需要胞嘧啶脱氧核苷酸为(2n-1)(m-a)个,D错误。 [答案]　D [易错提醒] DNA复制相关计算的3个易错点 (1)“DNA复制了n次”和“第n次复制”的区别,前者包括所有的复制,但后者只包括最后一次复制。 (2)在DNA复制过程中,无论复制了几次,含有亲代脱氧核苷酸单链的DNA分子都只有两个。 (3)看清碱基的数目单位是“对”还是“个”,“DNA分子数”还是“链数”,“含”还是“只含”等关键词。 [迁移训练] 1.判断下列叙述的正误 (1)所有的真核细胞内都能进行DNA的复制。 (×) (2)DNA复制时,双螺旋的两条链全部解开后,才开始子链的合成。 (×) (3)半保留复制是指DNA分子中的一条链进行复制,另一条链不复制。 (×) (4)DNA复制的原料为四种脱氧核苷酸。 (√) (5)DNA的复制遵循碱基互补配对原则,新合成的两条子链形成新的双链DNA。 (×) 2.具有100个碱基对的DNA片段,内含40个胸腺嘧啶。如果该DNA连续复制3次,共需游离的胞嘧啶脱氧核苷酸数为 (　　) A.80 B.120 C.280 D.420 解析:选D　DNA连续复制3次,共得到8个DNA分子,开始有一个亲代DNA分子,因此相当于合成了7个DNA分子。具有100个碱基对的DNA片段,每个DNA含有40个胸腺嘧啶,意味着含有40个腺嘌呤、60个胞嘧啶和60个鸟嘌呤,故共需游离的胞嘧啶脱氧核苷酸数为60×7=420,D正确。 3．DNA复制是在为细胞分裂进行必要的物质准备。下列叙述错误的是(　　) A．DNA复制发生在细胞分裂的前期 B．DNA复制需要相关蛋白质的参与 C．DNA复制与染色体复制是同时进行的 D．DNA复制保证了亲子代间遗传信息的连续性 解析：选A　DNA复制发生在细胞分裂前的间期，A错误；DNA复制需要解旋酶和DNA聚合酶等，这两种酶的本质为蛋白质，B正确；在真核细胞中，染色体由DNA和蛋白质组成，DNA的复制与染色体复制是同时进行的，C正确；DNA通过复制，将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞，从而保证了亲子代间遗传信息的连续性，D正确。 　　　　　　　　　　　　　　　　 一、建构概念体系 二、融通科学思维 1.DNA复制是否只在有丝分裂前的间期和减数分裂前的间期进行?是否只发生于细胞核中? 不是,无丝分裂、二分裂等过程中也发生DNA复制。线粒体和叶绿体以及原核细胞中也有DNA,也进行DNA复制。 2.为研究DNA的复制过程,研究人员将1个含14N-DNA的大肠杆菌转移到以15NH4Cl为唯一氮源的培养液中,培养24 h后提取子代大肠杆菌的DNA。将DNA解开双螺旋,变成单链,然后进行密度梯度离心。根据条带的数目和位置不可以(填“可以”或“不可以”)确定DNA的复制方式是否为半保留复制。理由是由于DNA解开双螺旋,变成单链,所以根据条带的数目和位置只能判断DNA单链的标记情况,无法判断DNA的复制方式。 3.DNA分子复制过程的示意图中,同一解旋部位合成的子链延伸方向总是用相反的箭头表示,原因是子链的延伸方向是从5'端到3'端,而互补的两条模板链的方向和子链的方向相反。 三、综合检测反馈 1.DNA一般能准确复制,其原因是 (　　) ①DNA规则的双螺旋结构为复制提供精确的模板　②DNA复制发生于细胞分裂前的间期　③复制遵循碱基互补配对原则　④产生的两个子代DNA均和亲代DNA相同 A.②④ B.②③ C.①④ D.①③ 解析:选D　①DNA规则的双螺旋结构为复制提供精确的模板是DNA分子能够准确复制的原因之一;②DNA分子复制发生在细胞分裂前的间期与精确复制无关;③碱基互补配对原则能够保证DNA分子的准确复制;④产生的两个子代DNA均与亲代DNA相同是DNA分子准确复制的结果,不是其原因,故选D。 2.如图为真核细胞DNA复制过程模式图。据图分析,下列相关叙述不正确的是 (　　) A.由图示可知,DNA分子复制的方式是半保留复制 B.从图中可以看出合成两条子链时,DNA聚合酶移动的方向是相反的 C.因为DNA分子在复制时需严格遵循碱基互补配对原则,所以新合成的两条子链的碱基序列是完全一致的 D.解旋酶能使DNA双链解开,且需要消耗ATP 解析:选C　半保留复制是指新形成的每个DNA分子中都保留了原来DNA分子中的一条核苷酸链,由图示呈现的信息能确定DNA分子复制的方式是半保留复制,A正确;DNA是由两条反向平行的脱氧核苷酸长链组成的,DNA复制时子链只能从5' 端向3' 端延伸,从图中可以看出合成两条子链时,DNA聚合酶移动的方向是相反的,B正确;因为DNA分子在复制时需严格遵循碱基互补配对原则,所以新合成的两条子链的碱基序列是互补的,C错误;解旋酶能使双链间的氢键断裂,进而使DNA双链解开,且需要消耗ATP,D正确。 3．研究人员将1个含14N­DNA的大肠杆菌转移到以15NH4Cl为唯一氮源的培养液中，培养1 h后提取子代大肠杆菌的DNA。将DNA解开双螺旋，变成单链，然后进行离心，试管中出现两种条带(如图)。下列说法错误的是(　　) A．解开DNA双螺旋的实质是使碱基对之间的氢键断裂 B．根据条带的数目和位置可以确定DNA的复制方式 C．由结果可推知该大肠杆菌的细胞周期大约为20 min D．若让大肠杆菌繁殖四代，则条带1中的DNA单链所占比例减小 解析：选B　解开DNA双螺旋的实质是破坏碱基对之间的氢键，A正确；由于DNA解开了双螺旋，变成单链，因此无论DNA的复制方式是半保留复制还是全保留复制，均会出现题目中的条带数目和位置，B错误；由于14N单链∶15N单链＝1∶7，说明DNA复制了3次，由此可推知该大肠杆菌的细胞周期大约为60÷3＝20(min)，C正确；若让大肠杆菌繁殖四代，产生子代DNA的数目为24＝16(个)，则条带1中的单链在所有DNA单链中占2/32＝1/16，比例减小，D正确。 学科网（北京）股份有限公司 $