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复制，涵盖复制推测、半保留复制实验证据、过程及相关计算。以志愿军烈士遗骸DNA鉴定为情境导入，从身份确认的DNA特异性、PCR技术需求过渡到复制机制，搭建从现实问题到理论探究的学习支架。 其亮点在于情境贴近生活激发兴趣，实验证据部分通过梅塞尔森实验的假说-演绎分析，结合同位素标记与密度梯度离心技术，培养科学思维与探究实践能力。知识拓展与计算例题强化生命观念，助力学生理解遗传信息传递，教师使用可高效落实课标，提升教学效果。

1.为什么通过DNA鉴定技术就能确认烈士的身份？ 4月22日第十三批在韩志愿军烈士遗骸回国，山河如愿，英雄魂归故里。而英雄身份的确认有两种方式，一种是通过遗物确认；另一种是通过遗骸中的DNA进行鉴定。 情境引入 讨论： 2.从遗骸中提取到的DNA是非常少的，科研机构是如何获得大量DNA并进行鉴定的？ 3.DNA的复制机制究竟是怎样的？ DNA分子具有特异性，不同个体的DNA分子中碱基对的排列顺序不同。 将DNA在体外大量复制（PCR技术：DNA体外扩增技术） 2028届生物学教研组 必 修二 2019人教版·生物学·必修2 第3节 DNA的复制 2028届生物学教研组 2 教材分析 课标要求 素养目标 1.概述DNA分子通过半保留方式进行复制 1.生命观念：理解DNA复制的生物学意义，认识遗传信息传递的分子基础，形成遗传信息连续性的生命观念。 2.科学思维：通过分析梅塞尔森实验，培养假说-演绎法的科学思维；能够运用半保留复制原理进行相关计算 3.科学探究：能够分析梅塞尔森实验的设计思路和实验结果；能够设计简单实验验证DNA的复制方式。 4.社会责任: 认识DNA复制研究对生命科学发展的重大意义；理解DNA复制相关知识在医学、农业等领域的应用价值。 难点 重点 难点 3 知识目录 01 对DNA复制的推测 02 DNA半保留复制的实验证据 03 DNA的复制过程 04 DNA复制的有关计算 孟德尔 遗传定律 萨顿假说 摩尔根 果蝇杂交实验 艾弗里 肺炎链球菌转化实验 赫尔希蔡斯 噬菌体侵染细菌实验 沃森和克里克 DNA双螺旋结构 1866 1903 1909 1944 1952 1953 遗传学发展简史 一、对DNA复制的推测 2028届生物学教研组 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。” 暗示DNA的复制可能要先解开DNA双螺旋的两条链，然后通过碱基互补配对合成互补链。 科学研究需要大胆的想象，但是得出结论必须建立在确凿的实验证据之上。 1.碱基互补配对原则暗示DNA的复制机制可能是怎样的？ 2.这句话中为什么要用“可能”二字？这反应科学研究具有什么特点？ 一、对DNA复制的推测 2028届生物学教研组 6 1.观点一：半保留复制 （1）提出者： （2）内容： （3）结果： 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。 沃森和克里克 沃森和克里克紧接着发表了第二篇论文，提出了遗传物质自我复制的假说： 一、对DNA复制的推测 2028届生物学教研组 2.观点二：全保留复制 内容： 全保留复制是指DNA复制以DNA双链为模板，子代DNA的双链都是新合成的。 3.观点三：分散复制 内容： 新复制的DNA分子中新旧都有，但分配是随机组合的。 有人持不同观点，提出全保留复制等不同假说。 一、对DNA复制的推测 2028届生物学教研组 区分DNA复制方式的三种假说，实验的关键思路是什么？ 通过实验区分亲代和子代的DNA 设法观察亲代DNA链在子代DNA中如何分布 思考：如何在实验中直观区分母链和子链？ 标记亲代DNA链，然后观察它们在子代DNA中如何分布。 假说二：全保留复制 假说一：半保留复制 假说三：分散复制 这些观点各有不同，如何来证明那个观点是正确的？ 实验验证 一、对DNA复制的推测 2028届生物学教研组 知识目录 01 对DNA复制的推测 02 DNA半保留复制的实验证据 03 DNA的复制过程 04 DNA复制的有关计算 美国生物学家梅塞尔森和斯塔尔 2.实验材料： 大肠杆菌 3.实验原理： 15N和14N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，因此，利用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。 （繁殖快，20min一代） 1.实验人： 二、DNA半保留复制的实验证据 2028届生物学教研组 密度梯度离心技术： 利用离心技术可以在试管中区分含有不同质量N元素的DNA。 4.实验技术： 同位素标记技术 密度梯度离心法 中带 轻带 重带 15N 14N 15N 15N 14N 14N 14N/14N 15N/14N 15N/15N 同位素标记技术： 利用15N和14N两种稳定同位素 为什么不用32P，14C等具有放射性的同位素标记呢？ 若用放射性同位素标记，则亲代DNA和子代DNA混在一起，无法对亲子代DNA进行区分。 二、DNA半保留复制的实验证据 2028届生物学教研组 假说-演绎法 （2）作出假说 （4）实验验证，得出结论 实验、得出结论、验证假说。 （1）提出问题 DNA是如何复制的？ （3）演绎推理 根据复制模式， 预测实验结果。 ①半保留复制 ②全保留复制 ③分散复制 5.研究方法： 二、DNA半保留复制的实验证据 2028届生物学教研组 （3）演绎推理： ①半保留复制 15N 14N P: F1: F2: 细胞再 分裂一次 15N 15N 转移到含14N的培养液中 细胞分裂一次 提取DNA，离心 提取DNA，离心 提取DNA，离心 重带 中带 轻带 中带 15N 14N 15N 14N 14N 14N 15N 14N 14N 14N 二、DNA半保留复制的实验证据 2028届生物学教研组 ②全保留复制 P: F1: F2: 细胞再 分裂一次 15N 15N 转移到含14N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 重带 重带 轻带 重带 15N 15N 14N 14N 轻带 15N 15N 14N 14N 14N 14N 14N 14N （3）演绎推理： 二、DNA半保留复制的实验证据 2028届生物学教研组 ③分散复制 P: F1: F2: 细胞再 分裂一次 15N 15N 转移到含14N的培养液中 细胞分裂一次 提出DNA离心 提出DNA离心 重带 中带 中带 15N /14N 15N /14N 15N /14N 15N /14N 15N /14N 15N /14N （3）演绎推理： 二、DNA半保留复制的实验证据 2028届生物学教研组 15N/15N-DNA 15N/14N-DNA 14N/14N-DNA 15N/14N-DNA 重带 中带 轻带 中带 大肠杆菌在含15N的培养液中生长若干代 提取DNA，离心 密度低 高 转移到含14N的培养液中 第一代 提取DNA， 离心 第二代 细胞再分裂一次 细胞分裂一次 提取DNA， 离心 第一代结果： 排除全保留复制方式假说 第二代结果： 排除分散复制方式假说 结论： DNA复制方式为半保留复制 6.实验过程： 实验验证，得出结论 二、DNA半保留复制的实验证据 2028届生物学教研组 知识目录 01 对DNA复制的推测 02 DNA半保留复制的实验证据 03 DNA的复制过程 04 DNA复制的有关计算 1.概念： 2.发生时间： 3.发生场所： DNA的复制是指以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。 细胞分裂前的间期 ③DNA病毒：活的宿主细胞内。 ①真核生物：细胞核（主要）线粒体和叶绿体。 ②原核生物：拟核（主要），质粒（细胞质）。 4.条件： 模板（亲代DNA分子中的两条母链）、能量(一般是ATP)、 酶（解旋酶、DNA聚合酶等）、原料（4种脱氧核苷酸）。 三、DNA的复制过程 2028届生物学教研组 5.过程： ①解旋 在ATP的驱动下，解旋酶将DNA部分双螺旋的两条链解开。 C G T A T A C G G C C G T A T A G C C G A T A T C G A T C G T A T A T A T A C G T A T A C G G C T A G C C G T A 3' 5' C C G T A G T A T A C G G C T A G C C G T A T A C G G C C G T A T A G C C G A T A T C G A T C G T A T A T A T A 3' 5' ATP 解旋酶 （断裂氢键） 三、DNA的复制过程 2028届生物学教研组 5.过程： ②合成子链 DNA聚合酶等以解开的每一条母链为模板，以游离的4种脱氧核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则， 各自合成与母链互补的 一条子链。 C C G T A G T A T A C G G C T A G C C G T A T A C G G C C G T A T A G C C G A T A T C G A T C G T A T A T A T A 3' 5' A C G C A A G C T A G T C A T T A T A T G C A T G A T C G A G C T T （互补碱基之间自动形成氢键） 三、DNA的复制过程 2028届生物学教研组 5.过程： ②合成子链 C C G T A G T A T A C G G C T A G C C G T A T A C G G C C G T A T A G C C G A T A T C G A T C G T A T A T A T A 3' 5' A C G C A A G C T A G T C A T T A T A T G C A T G A T C G A G C T T A C G C A A G C T A G T C A T T A DNA聚合酶 5' 3' T A T G C A T G A T C G A G C T T 5' 3' ATP ATP 子链延伸方向： （在相邻游离脱氧核苷酸之间形成磷酸二酯键） 从子链的5'端向3'端延伸（两条子链方向相反） 三、DNA的复制过程 2028届生物学教研组 5.过程： ③重新螺旋，形成子代DNA 每条新链与其对应的模板链 盘绕成双螺旋结构。 C C G T A G T A T A C G G C T A G C C G T A T A C G G C C G T A T A G C C G A T A T C G A T C G T A T A T A A 3' 5' A C G C A A G C T A G T C A T T A T A T G C A T G A T C G A G C T T 5' 3' T A G C C G T A T A G C C G A T A T 3' 5' T T A C G C G T A T A T A T A 5' 3' 三、DNA的复制过程 2028届生物学教研组 6.原则 碱基互补配对原则 7.特点 ①边解旋边复制 (从过程上看) ②半保留复制 (从结果上看) 加快复制速度，减少DNA突变可能 保证了复制的准确进行 8.DNA精确复制的原因 （1）DNA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。 A-T、T-A、C-G、G-C 9.DNA复制的意义 DNA通过复制，将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞，从而保持了遗传信息的连续性。 三、DNA的复制过程 2028届生物学教研组 24 真核生物与原核生物DNA复制的区别 原核生物 DNA 的复制只有一个复制起点双向复制 真核生物 DNA 的复制是多起点双向复制，提高复制效率。但各个起点开始的时间不同，大复制泡最早，小复制泡最晚。 课本P56 DNA复制泡 知识拓展 三、DNA的复制过程 2028届生物学教研组 冈崎片段 b （1）当母链方向是a时，子链DNA的合成是连续的吗？ （2）当母链方向是b时，子链 DNA还能连续合成吗？ 子链DNA按照5‘到3’从右向左，连续合成。 子链DNA按照5‘到3’ 从左向右，不连续合成，形成多个DNA片段。 “片段”该怎么连接成完整的DNA链呢？ DNA连接酶 连接DNA片段 如图为DNA分子复制的模型，请据图回答下列问题。 知识拓展 冈崎片段 三、DNA的复制过程 2028届生物学教研组 解旋酶 酶 5' 3' 3' 5' DNA聚合酶 5' 3' 前导链 5' 3' 冈崎片段 DNA连接酶 DNA聚合酶的底物： 脱氧核苷酸 DNA连接酶的底物： DNA片段 后随链 前导链与后随（滞后）链： 互补配对 5' 知识拓展 前导链与后随链 三、DNA的复制过程 2028届生物学教研组 引物是一小段能与DNA母链的一段碱基序列互补配对的短单链核酸分子。在细胞中为一段单链RNA，用于PCR的引物通常为20~30个脱氧核苷酸构成的DNA单链。 子链延伸 子链延伸 -5 ′ 3′- 引物 5′- -3′ 5′- -3′ 引物 3′- -5′ 引物 DNA聚合酶只能将单个核苷酸加到已有链的3′端，不具有从头合成子链的功能 子链合成需要引物: 知识拓展 三、DNA的复制过程 2028届生物学教研组 28 DNA复制 原则 时间 场所 条件 模板 原料 能量 酶 方向 特点 意义 细胞分裂前的间期 真核：细胞核、线粒体、叶绿体 原核：拟核、细胞质（质粒） 亲代DNA的两条链 4种游离的脱氧核苷酸 ATP水解提供 解旋酶、DNA聚合酶、DNA连接酶等 从子链的5' 端向 3' 端延伸 半保留复制；边解旋边复制；多起点双向复制；半不连续复制 遗传信息的传递 碱基互补配对 归纳总结 2028届生物学教研组 知识目录 01 对DNA复制的推测 02 DNA半保留复制的实验证据 03 DNA的复制过程 04 DNA复制的有关计算 1.画出一个被15N标记的DNA分子在14N的培养基中培养3代的DNA复制过程。 母链 子链 15N 14N 连续复制n代：DNA分子数 ①子代DNA分子数= ②含有亲代DNA链的子代DNA分子数= ③不含亲代链的子代DNA分子数= ④含14N的DNA分子数＝ ④只含15N的DNA分子数＝ ⑤只含14N的DNA分子数＝ 2n个 2个 2n-2个 2n个 2n－2个 0个 四、DNA复制的相关计算 2028届生物学教研组 例1.下图是DNA分子复制的示意图，该DNA的双链均被15N标记。若提供含14N的原料让其复制2次，则下列分析错误的是（　　） A．图中A、B分别表示解旋酶和DNA聚合酶 B．两条子链延伸的方向都是从模板链的3'到5' C．合成a链和b链的原料都是脱氧核糖核苷酸 D．DNA复制2次后，含有15N的DNA占1/4 D 32 连续复制n代：脱氧核苷酸链数 ①子代DNA分子中脱氧核苷酸链数= ②亲代脱氧核苷酸链数= ③新合成的脱氧核苷酸链数= 2n+1条 2条 2n+1-2条 1.画出一个被15N标记的DNA分子在14N的培养基中培养3代的DNA复制过程。 四、DNA复制的相关计算 2028届生物学教研组 2. 一个被15N标记的DNA分子在14N的培养基中培养，若亲代DNA分子中含有某脱氧核苷酸m个。 连续复制n代：消耗某脱氧核苷酸数 ①经过n次复制,需要消耗该脱氧核苷酸= ②第n次复制，消耗该脱氧核苷酸数为= m(2n-1)个 m∙（2n-2n-1） = m·2n-1 四、DNA复制的相关计算 2028届生物学教研组 (1)在进行DNA复制的计算时，注意DNA的代数与复制次数的关系：当第一个DNA分子为0代时，则复制次数和代数一致，当第一个DNA分子为1代时，复制次数比代数少1。 (2)子代DNA分子中，含14N的有2n个，n表示复制代数，只含14N的有(2n-2)个，做题时应看准是“含”还是“只含”。 (3)子代DNA分子的总链数为2n×2=2n+1条。含15N的链始终是2条，占总数比例为2/2n+1=1/2n。 归纳总结 四、DNA复制的相关计算 2028届生物学教研组 例2.某含有200个碱基的一个双链DNA分子，内含40个腺嘌呤，该DNA连续复制了4次。下列叙述正确的是（　　） A．该DNA分子含有2个游离的羟基和260个氢键 B．第4次复制需要960个游离的腺嘌呤脱氧核苷酸 C．游离的脱氧核苷酸在解旋酶的作用下合成子链 D．复制时，一条子链连续合成，另一条子链不连续合成 D 四、DNA复制的相关计算 2028届生物学教研组 36 思维拓展 细胞分裂中染色体含标记情况 3. 与细胞分裂相关计算：一个含一对同源染色体的细胞，核DNA被15N标记在14N的培养基中培养，进行2次有丝分裂，请画出子代染色体被标记的情况。 四、DNA复制的相关计算 2028届生物学教研组 3. 与细胞分裂相关计算：一个含一对同源染色体的细胞，核DNA被15N标记在14N的培养基中培养，进行1次减数分裂，请画出子代染色体被标记的情况。 思维拓展 细胞分裂中染色体含标记情况 15N标记1对同源染色体上的两个DNA分子 同源染色体分离 姐妹染色单体分离 分裂形成4个子细胞，全部子细胞中的每条染色体均带有标记。 四、DNA复制的相关计算 2028届生物学教研组 例3.某精原细胞(2n=8)的核DNA双链均用15N标记后置于含14N的培养基中培养，经过连续两次细胞分裂后(只考虑一种分裂方式)，得到4个子细胞。下列相关说法错误的是（　　） A．若进行有丝分裂，则含15N染色体的子细胞的个数至少是2个 B．若细胞分裂过程中发生了基因的自由组合，产生的子细胞不可直接参与受精作用 C．若第二次分裂后期细胞中含15N的DNA分子数为8个，则该精原细胞进行的是有丝分裂 D．若形成的所有子细胞中每条染色体都含15N，则该精原细胞进行的是减数分裂 C 四、DNA复制的相关计算 2028届生物学教研组 39 DNA 是复制 对 DNA 复制的推测 DNA 半保留复制的实验证据 科学家: 梅塞尔森和斯塔尔 大肠杆菌 实验材料: 假说演绎法 研究方法: 概念: 发生时间: 发生场所: DNA的 复制过程 DNA 的复制是指以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。 细胞分裂前的间期 条件: DNA复制的有关计算 实验技术: 同位素标记法、 密度梯度离心法 DNA的复制是以半保留的方式进行的。 实验结论: ③DNA病毒：活的宿主细胞内。 ①真核生物：细胞核(主要) 线粒体和叶绿体。 ②原核生物：拟核(主要)，质粒(细胞质)。 ②原料： ③酶： ④能量： ①模板： 亲代DNA的两条链(两条母链) 四种脱氧核苷酸（A、G、C、T) 解旋酶、 DNA聚合酶等 ATP 特点: ①半保留复制 ②边解旋边复制 ③双向复制 ④真核生物有多个复制起点 方向: 从子链的5' 端向 3' 端延伸 意义: DNA通过复制，将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞，从而保持了遗传信息的连续性。 结果: 形成了两个完全相同的DNA分子 课堂小结 2028届生物学教研组 40 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 2028届生物学教研组 41 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。 练习与应用 2028届生物学教研组 42 Lavf58.46.101 Lavf59.16.100 $