第3章 第3节 DNA的复制（Word教参）-【学霸笔记·同步精讲】2025-2026学年高中生物必修2 遗传与进化（人教版）

本讲义聚焦DNA复制核心知识点，以半保留复制的实验证据为起点，系统梳理大肠杆菌为材料、同位素标记与离心技术的实验设计，再深入DNA复制的概念、时间、过程及半保留、边解旋边复制的特点，构建完整知识支架。 该资料突出科学思维与探究实践，通过假说—演绎法分析实验结果，结合结构与功能观理解复制机制，配套实验过程图、复制模式图等可视化资源。课中助力教师引导学生探究，课后练习题与知识框架帮助学生巩固，有效培养科学探究能力与严谨态度。

第3节　DNA的复制 [课标要求] 1．运用结构与功能观，说出DNA分子复制的过程。　2.采用假说—演绎法，理解DNA分子复制方式及特点。　3.分析证明DNA半保留复制的实验，认同在探究过程中开展合作的必要性。 考点一　DNA半保留复制的实验证据 1．实验材料：____________。 2．实验技术：____________技术和离心技术。 　　　　　　　　　　　 　　　　 　　　　　　　　　　　密度梯度离心而非差速离心 3．实验原理 两条链被标记情况 密度大小 离心位置 都是15N 不具放射性，不能通过检测放射性的方法对因变量进行观测 最大 靠近试管的________部 一条15N，一条14N 居中 位置______ 都是14N 最小 靠近试管的________部 4.实验过程 5．实验结果 (1)提取亲代DNA→离心→位置靠近试管底部。 15N/15N-DNA，密度最大 (2)繁殖一代后，提取DNA→离心→位置居中。 15N/14N-DNA，密度居中 (3)繁殖两代后，提取DNA→离心→1/2位置________、1/2位置更靠上。 14N/14N-DNA，密度最小 6．实验结论：DNA的复制是以____的方式进行的。 半保留复制方式为 全保留复制方式为 [答案自填] 大肠杆菌　同位素标记　底 居中　上　DNA　居中　半保留 (1)沃森和克里克用显微镜发现了DNA的双螺旋结构，并提出了DNA半保留复制的假说。(　　) (2)证明DNA半保留复制的实验运用了同位素标记技术和离心技术。(　　) (3)证明DNA半保留复制的实验中用含有15NH4Cl的培养液来培养大肠杆菌，是通过产物的质量不同来进行区分的。(　　) (4)DNA半保留复制的证明过程使用了假说—演绎法。(　　) 答案：(1)×　沃森和克里克根据DNA衍射图谱以及碱基之间的数量关系构建出DNA双螺旋结构模型，并提出了DNA半保留复制的假说。 (2)√　(3)√　(4)√ [探究1] DNA分子的复制方式可以通过设想来进行预测，下图为三种可能的情况。 请根据图示对三种复制方式的子代DNA情况作出可能的假设。 假设一：如果是全保留复制，那么子代DNA的情况是_____________________________________________________________ _________________________________________________________。 假设二：如果是半保留复制，那么子代DNA的情况是_____________________________________________________________ _________________________________________________________。 假设三：如果是分散复制，那么子代DNA的情况是_____________________________________________________________ _________________________________________________________。 提示：新形成的两个DNA分子中，一个是亲代DNA，而另一个是新形成的DNA　新形成的两个DNA分子各有一条链来自亲代的DNA分子，另一条链是新形成的　新形成的两个DNA分子的每一条链中都有一些片段是亲代的，另一些片段是新形成的 [探究2] 结合教材DNA半保留复制的实验证据，回答下列问题： (1)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 底部，100% 15N/15N—DNA 第一代 底部__________， 上部__________ __________ __________ 第二代 底部__________， 上部__________ __________ __________ (2)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应是________________________________________________ _________________________________________________________。 (3)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____________复制方式。 (4)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____________复制方式排除掉。 提示：(1)50%　50%　15N/15N-DNA、14N/14N-DNA　25%　75%　15N/15N-DNA、14N/14N-DNA (2)第一代只出现1条中带，第二代只出现1条位于中带和轻带之间的条带 (3)全保留 (4)分散 1．把培养在含轻氮(14N)环境中的细菌，转移到含重氮(15N)环境中培养相当于复制一次的时间，然后放回原环境中培养相当于连续复制两次的时间后，细菌DNA组成分析结果是(　　) A．3/4轻氮型、1/4中间型 B．1/4轻氮型、3/4中间型 C．1/2中间型、1/2重氮型 D．1/2轻氮型、1/2中间型 解析：选A。含14N的细菌转移到含15N的环境中培养相当于复制一次的时间，由半保留复制特点可知，所形成的子代中每个DNA分子都是中间型；再放回原环境中培养相当于复制两次的时间后共形成8个DNA分子，而含 15N 标记的DNA链只有两条，所以子代有1/4中间型、3/4轻氮型。 2．(教材P54“思考·讨论”改编)下图表示利用大肠杆菌探究DNA复制方式的实验，下列叙述错误的是(　　) A．通过比较试管①和②的结果可以否定DNA复制方式为全保留复制 B．该实验运用了密度梯度离心法和同位素标记技术 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：选C。比较试管①和②的结果，DNA分别为全重和全中，若为全保留复制，则子一代DNA应为一半重、一半轻，所以可以否定DNA复制方式为全保留复制，A正确；由题图可知，该实验采用了同位素标记技术和密度梯度离心法，B正确；试管③中b带为中带，该处的DNA分子的两条链中一条链含有14N、一条链含有15N，C错误；该实验不能用噬菌体代替大肠杆菌，因为噬菌体没有独立的代谢功能，必须寄生在活细胞中才能生存，不能完成该实验，D正确。 考点二　DNA复制的过程 1．概念：以____________为模板合成子代DNA的过程。 2．时间：细胞分裂前的________。 3．过程 (1)解旋 ①需要细胞提供能量。 ②需要解旋酶的作用。 氢键形成时不需要酶的参与 ③结果：将DNA双螺旋的__________解开。 (2)合成子链 ①模板：解开后的两条母链。 ②原料：游离的4种________________。 ③酶：____________等。 (3)重新螺旋 每条新链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构。 4．结果：形成两个与亲代DNA分子完全相同的子代DNA分子。 5．特点：边解旋边复制、____________复制。 　　　　　　　解旋和复制同时进行 6．准确复制的原因 (1)DNA独特的________________，为复制提供了精确的模板。 (2)通过________________，保证了复制能够准确地进行。 7．意义：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。 　偶尔出现碱基互补配对发生差错，从而产生基因突变 [答案自填] 亲代DNA　间期　两条链 脱氧核苷酸　DNA聚合酶　半保留　双螺旋结构　碱基互补配对 (1)在DNA双链完全解开后，DNA聚合酶与DNA结合，催化DNA的复制。(　　) (2)DNA复制只以亲代DNA分子的一条链为模板。(　　) (3)DNA复制时通过碱基互补配对保证复制的准确性。(　　) (4)DNA分子复制时，两条子链的合成方向是相反的。(　　) 答案：(1)×　DNA复制时是边解旋边复制的。 (2)×　DNA复制时以亲代DNA分子的两条链分别为模板，按照碱基互补配对原则合成子链。 (3)√　(4)√ [探究1] 根据图1、图2思考下列问题： (1)图1中的酶1和酶2分别是____________________，分别作用于图2中的________________________________________部位。 a、b、c、d四条脱氧核苷酸链中，碱基排列顺序相同的链是__________________。 (2)从图1中可以看出DNA复制是半保留复制的理由是_____________________________________________________________ _________________________________________________________。 图1所示的特点还有________________________________。 可用_____________________________________法检测母链和子链。 提示：(1)解旋酶、DNA聚合酶　f、e　a和c，b和d (2)两条母链分别进入两个子代DNA分子中，新形成的子代DNA分子中有一条链是亲代的母链　边解旋边复制　同位素标记 [探究2] 一个双链均被15N标记的DNA分子，共含有A 40个，在含有14N的环境中连续复制n代。请根据DNA半保留复制的原理，回答下列问题： (1)共形成__________个子代DNA分子。 (2)子代DNA分子中，两条链均被15N标记的有________个；两条链均被14N标记的有________个；一条链被15N标记，另一条链被14N标记的有____________个。 (3)当测得含有15N的DNA分子数为12.5%时，该DNA分子复制了________次。 提示：(1)2n (2)0　2n—2　2 (3)4 1．DNA复制的起点和方向 (1)原核生物：单起点双向复制。 (2)真核生物：多起点双向复制。 多起点复制提高了复制的效率。在复制速率相同的前提下，真核生物细胞的复制泡大小不一，原因是它们的复制起始时间有先后，上图中DNA是从其最右边开始复制的。 2．DNA复制中相关计算的规律方法 DNA复制为半保留复制，若将一个双链均被15N标记的DNA转移到含14N的培养基中培养(复制)若干代，其结果分析如下： (1)子代DNA分子数：2n个。 ①无论复制多少次，含15N的DNA分子始终是2个。 ②含14N的DNA分子有2n个，只含14N的DNA分子有2n－2个，做题时应看准是“含”，还是“只含”。 (2)子代DNA分子的总链数：2n×2＝2n＋1(条)。 ①无论复制多少次，含15N的链数始终是2条，做题时应看准是“DNA分子数”还是“链数”。 ②含14N的链数是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，则经过n次复制需要消耗游离的该脱氧核苷酸m×(2n－1)个。 ②若进行第n次复制，则需消耗该脱氧核苷酸数为m×2n－1个。 3．DNA的半不连续复制 (1)DNA的半不连续复制模型 ①DNA半保留复制时，DNA的两条链都能作为模板，同时合成两条新的互补链。DNA的两条链是反向平行的，但是，生物体内所有已知的DNA聚合酶只能催化5′→3′方向的延伸。 ②为了探究DNA在复制时两条链能够同时作为模板合成其互补链这个问题，日本学者冈崎等人提出了DNA的半不连续复制模型(如下图所示)，以图中b链为模板时，最终合成的互补链实际上是由许多沿5′→3′方向合成的DNA片段连接起来的。 (2)前导链和后随链的复制特点 ①DNA复制过程中，当以a链为模板时，DNA聚合酶可以沿5′→3′方向连续合成新的互补链，这条新的互补链称为前导链。 ②当以b链为模板时，DNA聚合酶也是沿 5′→3′方向合成新链片段，但是与前导链的复制方向正好相反，待复制叉向前移动相应的距离后，DNA聚合酶又重复这一过程，随着复制叉的移动会形成许多不连续的片段，这些片段被称为冈崎片段，最后这些冈崎片段在DNA连接酶的作用下被连接成一条完整的子链，这条子链称为后随链。 ③在生物细胞中，这种前导链的连续复制和后随链的不连续复制是普遍存在的，称为DNA分子的半不连续复制。 1．(教材P55图3－10改编)下图为某真核细胞中DNA复制过程的模式图，据图分析，下列叙述错误的是(　　) A．酶①和酶②均作用于氢键 B．该过程发生在细胞分裂前的间期 C．酶①是解旋酶，酶②是DNA聚合酶 D．DNA复制时两条子链延伸方向都是5′→3′ 解析：选A。酶①是解旋酶，酶②是DNA聚合酶，前者作用于氢键，后者作用于磷酸二酯键，A错误，C正确；题图所示为DNA分子复制过程，该过程可发生在细胞分裂前的间期，B正确；由题图可知，DNA复制时两条子链均由5′→3′延伸，D正确。 2．(2025·广东汕头潮南区高一期中)用15N标记了双链含有100个碱基对的DNA分子，其中胞嘧啶占3/10，该DNA分子在含14N的培养基中连续复制3次。下列有关说法中错误的是(　　) A．该DNA分子含有的氢键数目是260个 B．该DNA分子第3次复制共需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸280个 C．子代DNA分子中含15N的单链与含14N的单链之比为1∶7 D．子代DNA分子中含15N的DNA分子与含14N的DNA分子之比为1∶4 解析：选B。含有100个碱基对的DNA分子，其中胞嘧啶占3/10，说明C—G碱基对有60个，A—T碱基对有40个，由于A与T之间有2个氢键，G与C之间有3个氢键，所以该DNA分子含有的氢键数目是40×2＋60×3＝260(个)，A正确；由A项分析可知，腺嘌呤有40个，故该DNA分子第3次复制共需腺嘌呤脱氧核苷酸(23－1)×40＝160(个)，B错误；由于DNA分子进行半保留复制，最终只有2个子代DNA分子各含1条15N链、1条14N链，其余DNA分子2条链都含14N，故子代DNA分子中含15N的单链与含14N的单链之比为2∶(16－2)＝1∶7，C正确；子代DNA分子中只有2个子代DNA分子各含1条15N链、1条14N链，其余DNA分子2条链都含14N，故含15N的DNA分子与含14N的DNA分子之比为2∶8＝1∶4，D正确。 【知识框架】 1．将15N标记的大肠杆菌转移到氮源为14N的培养液中繁殖1代，将子代大肠杆菌DNA离心。依据半保留复制的假说，能正确表示离心后试管中DNA位置的图示为(　　) 解析：选D。由于DNA的复制是半保留复制，将15N标记的大肠杆菌转移到氮源为14N的培养液中繁殖1代，得到的子代大肠杆菌的DNA中，一条链是原来的母链，含15N标记，另一条链是新合成的含14N的链，D符合题意。 2.右图表示洋葱根尖分生区某细胞内正在发生的某种生理过程，图中甲、乙、丙均表示DNA分子，a、b、c、d均表示DNA的一条链，A、B表示相关酶。下列相关叙述错误的是(　　) A．图中酶A是解旋酶，能使甲解旋 B．合成两条子链时，两条子链延伸的方向是相反的 C．图示过程主要发生在该细胞的细胞核 D．正常情况下，a链与c链的碱基排列顺序互补 解析：选D。由题图可知，酶A是解旋酶，能使甲解旋，A正确；由于DNA是两条链反向平行的双螺旋结构，子链延伸方向均为5′端→3′端，因此合成两条子链时，两条子链延伸的方向是相反的，B正确；DNA主要分布在细胞核中，少量分布在细胞质中，因此图示过程(DNA复制)主要发生在该细胞的细胞核，C正确；a链与d链的碱基排列顺序互补，c链是以d链为模板合成的子链，根据碱基互补配对原则，a链与c链的碱基排列顺序相同，D错误。 3．用15N标记含有200个碱基对的DNA分子，其中有鸟嘌呤120个，该DNA分子在含14N的培养基中连续复制4次。其结果不可能是(　　) A．含有15N的DNA分子占1/8 B．含有14N的DNA分子占7/8 C．需消耗腺嘌呤脱氧核苷酸1 200个 D．复制结果是共产生16个DNA分子 解析：选B。由题意可知，该DNA分子在含14N的培养基中复制4次，产生16个DNA分子，由于DNA的复制方式是半保留复制，最终只有2个子代DNA分子的1条链含15N、1条链含14N，其余DNA分子都只含14N，故含有15N的DNA分子占1/8，全部子代DNA分子都含14N，A、D正确，B错误；该DNA分子含有400个碱基，其中有鸟嘌呤120个，则腺嘌呤为80个，故复制过程中需消耗腺嘌呤脱氧核苷酸(24－1)×80＝1 200(个)，C正确。 4．假如某大肠杆菌的DNA分子用15N标记后的相对分子质量为a，用14N标记后的相对分子质量是b，现将用15N标记后的大肠杆菌培养在含有14N的培养基中，子一代、子二代的DNA的平均相对分子质量分别为(　　) A．(a＋b)/2、(a＋3b)/4 B．a＋b、a＋3b C．(a＋b)/2、(a＋3b)/2 D．a＋b、(a＋b)/3 解析：选A。将用15N标记后的大肠杆菌培养在含有14N的培养基中，子一代DNA分子的一条链含有15N，一条链含有14N，含有15N的每条链相对分子质量为a/2，含有14N的每条链相对分子质量为b/2，因此子一代DNA的平均相对分子质量为(a＋b)/2；复制2次形成的4个DNA分子中共8条单链，其中2条链含有15N，6条链含有14N，因此子二代的DNA的平均相对分子质量为(a＋3b)/4，A符合题意。 5．(2025·山东省实验中学高一月考)图1为真核细胞核DNA复制的电镜照片，其中泡状结构为复制泡。图2为DNA复制时，形成的复制泡的示意图，图中箭头表示子链延伸方向。下列叙述正确的是(　　) A．图1过程发生在分裂前的间期，以核糖核苷酸为原料 B．图1中DNA分子上的多个复制起点同时复制，可提高复制速率 C．图2中a端和b端分别是模板链的3′端和5′端 D．图2可知真核细胞核DNA复制时具有双向复制的特点 解析：选D。图1为真核细胞核DNA复制的电镜照片，DNA的复制发生在细胞分裂前的间期，以游离的四种脱氧核苷酸为原料，A错误；图1中一个DNA分子有多个复制泡，可加快复制速率，复制泡的大小不同，说明不同的复制起点开始复制的时间不同，B错误；子链的延伸方向是从5′→3′端延伸，且与模板链的关系是反向平行，根据子链的延伸方向，可以判断图2中a端和b端分别是模板链的5′端和3′端，C错误；图2的复制显示DNA分子具有双向复制的特点，D正确。 学科网（北京）股份有限公司 $