2027届高三生物人教版一轮复习第26讲DNA的结构复制和基因的本质学历案

高三生物学历案 编写人：王 审核人： 师 第26讲　DNA的结构、复制和基因的本质 班级：__________　　姓名：__________　　组号：______ 【学习目标】 1. 通过对DNA双螺旋结构模型的亲手建构与结构图解的分析归纳，运用模型建构与碱基互补配对的分析方法，完成DNA分子结构特点辨析与碱基数量相关计算的学习任务，达到能准确说出DNA双螺旋结构要点并独立求解碱基计算问题的程度，形成结构与功能相适应的生命观念。 2. 通过对¹⁵N/¹⁴N密度梯度离心实验结果的分析、用"图解法"推演DNA复制过程，运用假说—演绎与2ⁿ数学建模的方法，完成半保留复制方式判定及复制相关计算的学习任务，达到能阐明DNA复制的场所、时期、条件、特点与结果，并准确计算子代DNA数与脱氧核苷酸消耗量的程度。 3. 通过对染色体、DNA、基因、脱氧核苷酸层次关系的梳理及分层真题的迁移应用，运用比较与归纳的方法，完成基因本质相关概念辨析的学习任务，达到能用文字与图示阐明"基因是有遗传效应的DNA片段、基因在染色体上呈线性排列"，并在真实情境中准确区分易混概念的程度。 【课前预习案】 一、知识回顾（请自主完成填空） 1. DNA通常由______条单链组成，两条链按____________方式盘旋成双螺旋结构。______与______交替连接，排列在外侧构成基本骨架；______排列在内侧。两条链上的碱基通过______连接成碱基对，且A一定与______配对、G一定与______配对，这种一一对应关系叫________________原则。 2. DNA的结构特点：________性（n个碱基对的DNA可有4ⁿ种排列）、________性（每种DNA有特定的碱基排列顺序）、________性（两条主链磷酸与脱氧核糖交替连接顺序不变、碱基配对方式不变）。 3. 基因是________________的DNA片段；染色体是DNA的______载体；一个DNA分子上有______个基因；________的排列顺序代表遗传信息。 4. DNA复制：主要场所______；时期____________________；条件包括模板（____________________）、原料（____________________）、能量（ATP）和酶（解旋酶、DNA聚合酶等）；过程为解旋→以母链为模板按______________原则合成子链→子链与母链盘旋，每个DNA形成______个完全相同的DNA；准确复制的原因：____________提供精确模板，________________保证复制准确无误。 5. 复制计算（含¹⁵N的DNA放入含¹⁴N培养液复制n次）：共产生______个DNA，含¹⁵N的有______个，只含¹⁴N的有______个；若亲代DNA含某脱氧核苷酸m个，则n次复制共消耗该脱氧核苷酸____________个，第n次复制消耗____________个。 二、问题初探（情境导入） 1953年，沃森和克里克依据富兰克林拍摄的DNA X射线衍射图谱提出了DNA双螺旋结构模型，并由此打开了"遗传信息如何储存、如何精确复制并传递"的大门，DNA指纹技术也被广泛应用于亲子鉴定与刑侦破案。请带着下列问题自主预习： ①为什么两条链必须反向平行？A为什么只能与T配对、G只能与C配对？ ②用卡纸搭建模型时，磷酸、脱氧核糖、碱基应如何连接？氢键该连几根？ ③若把一个DNA分子"复印"一次需要多少种"零件"？细胞靠什么机制保证"复印"几乎不出错？ 三、预习自纠（判断正误） 1. 双链DNA中T占比越高，DNA热变性温度越高。（ ） 2. 沃森和克里克用DNA衍射图谱直接得出了碱基配对方式。（ ） 3. 制作脱氧核苷酸模型时，应在磷酸上连接脱氧核糖和碱基。（ ） 4. 模型中鸟嘌呤与胞嘧啶之间用2个氢键连接物相连。（ ） 5. DNA每条链的5′端是羟基末端。（ ） 【课堂探究案】 任务一　DNA双螺旋结构的模型建构与结构辨析 【自主阅读】 阅读教材，梳理沃森和克里克、查加夫、富兰克林与威尔金斯、鲍林等科学家对DNA结构研究的贡献，理解碱基互补配对原则的内涵。 【交流研讨】 对照DNA分子平面结构图与双螺旋模型，与小组同学交流： 1. 图中④能否表示一个完整的胞嘧啶脱氧核苷酸？为什么？ 2. 解旋酶作用于图中哪个部位？限制性内切核酸酶与DNA连接酶又分别作用于哪个部位？ 3. "一条链上(A+T)/(G+C)"与互补链上的该比值一定相等吗？由此可概括出什么结论？此比值大小体现了什么（提示：与热稳定性、G—C含量有关）？ 【归纳总结】 1. 结构要点：两条链反向平行盘旋；外侧由脱氧核糖与磷酸交替连接构成基本骨架，内侧碱基通过氢键成对，A—T含2个氢键、G—C含3个氢键，遵循碱基互补配对原则。 2. 结构特性：多样性（4ⁿ种排列）、特异性（特定碱基序列）、稳定性（骨架与配对方式不变）。G—C含量越高，氢键越多，热稳定性越强。 3. 计算方法：互补碱基之和在两链及双链中所占比例相同；非互补碱基之比在两链间互为倒数；双链中(A+C)/(G+T)=1。 【练习】 1.(2024·浙江6月选考)下列关于双链DNA分子结构的叙述，正确的是（ ） A. 磷酸与脱氧核糖交替连接构成了DNA的基本骨架　　 B. 双链DNA中T占比越高，热变性温度越高 C. 两条链之间氢键的形成由DNA聚合酶催化　　 D. 若一条链G+C占47%，则另一条链A+T也占47% 2.(2024·福建龙岩期末)若DNA分子中(G+C)/(A+T)=a、(A+C)/(G+T)=b，下列有关两个比值的叙述错误的是（ ） A. a值越大，双链DNA稳定性越高　　 B. 一条单链及其互补链中a值相同 C. 碱基序列不同的双链DNA，b值不同　　 D. 经半保留复制得到的双链DNA，b值等于1 任务二　DNA半保留复制方式的实验探究 【自主阅读】 阅读教材，了解DNA复制的全保留、半保留、分散三种假说及梅塞尔森—斯塔尔实验的设计思路，体会"假说—演绎"的科研方法。 【交流研讨】 分析以大肠杆菌为材料的¹⁵N→¹⁴N密度梯度离心实验（第一代、第二代试管条带位置），讨论： 1. 第一代只出现一条中带，能否排除全保留复制？ 2. 第二代出现1/2中带、1/2轻带，符合哪种假说、又排除了哪种假说？ 3. 若为半保留复制，培养至第三代的条带比例应如何预测？ 【归纳总结】 1. 复制概述：场所主要是细胞核；时期为有丝分裂间期和减数分裂前的间期；条件为模板（两条母链）、原料（四种游离脱氧核苷酸）、能量（ATP）和酶；特点为边解旋边复制、半保留复制。 2. 半保留复制与分散复制在第一代难以区分，需结合第二代、第三代的条带分布才能确证半保留复制方式。 3. 计算规律：n次复制共产生2ⁿ个DNA分子；含标记母链的DNA恒为2个，只含¹⁴N的有2ⁿ−2个；n次复制共消耗某脱氧核苷酸m·(2ⁿ−1)个，第n次消耗m·2ⁿ⁻¹个。 【练习】 3.(2022·海南卷)科学家提出DNA复制的全保留、半保留、分散三种假说，并以大肠杆菌为材料完成¹⁵N→¹⁴N离心实验。下列叙述正确的是（ ） A. 第一代DNA离心出现1条中带，说明一定是半保留复制 B. 第二代出现1条中带和1条轻带，说明一定是全保留复制 C. 结合第一、二代结果，说明一定是分散复制 D. 若为半保留复制，继续培养至第三代，离心后出现1条中带和1条轻带 4.(2025·河北邢台调研)用¹⁵N标记含100个碱基对（其中腺嘌呤60个）的DNA分子，在含¹⁴N培养基中连续复制4次。下列判断错误的是（ ） A. 含¹⁵N的DNA分子有两个　　 B. 含¹⁴N的DNA分子占总数的7/8 C. 第4次复制消耗胞嘧啶脱氧核苷酸320个　　 D. 复制共产生16个DNA分子 任务三　基因的本质及复制拓展（引物与端粒） 【自主阅读】 阅读教材及拓展资料，理解基因与DNA、染色体的层次关系，了解端粒、引物等与复制相关的延伸知识。 【交流研讨】 目前已知的DNA聚合酶都只能延长已存在的DNA链，而不能从头合成DNA链，因此DNA复制时，子链的延伸需要RNA引物引导，引物的3′羟基端作为新合成子链的起始。如图1为某DNA部分片段；图2为真核细胞DNA复制过程及结束阶段示意图，每条链5′→3′的方向由箭头指示，粗线代表母链(a链和b链)，细线代表新生链(滞后链和前导链)。端粒是位于染色体末端的一段特殊序列的DNA—蛋白质复合体，后来科学研究发现端粒随着细胞分裂的进行逐渐缩短可能与DNA的复制方式密切相关。 1. 若某DNA有1500个碱基对、含C 900个，复制n次，第n次需消耗胞嘧啶多少个（用公式表达）？DNA复制的方向是怎样的？ 2. 滞后链的延伸方向与解旋酶移动方向相同还是相反？其合成需要一个还是多个RNA引物？ 3. 复制结束去除RNA引物后，末端核苷酸链为何无法延伸、从而造成端粒缩短？ (1)图1中④为DNA分子的一个完整单体，其名称为____________。DNA分子在加热的条件下可以解开双链，研究表明对于相同长度的DNA分子，⑤的含量越高，需要的解旋温度也会越________。 (2)若图1中DNA分子共有1 500个碱基对，含⑥900个，该段DNA分子复制n次，第n次复制时，需要消耗C________个(用公式表达)。由图2可知，DNA分子复制的方向是________。 (3)图2中，滞后链延伸的方向和解旋酶的移动方向________(填“相同”或“相反”)，其合成需要________(填“一个”或“多个”)RNA引物。 (4)DNA复制结束后，需去除所有RNA引物，并由DNA片段继续延伸填补相应缺口。去除引物________(填编号)核苷酸链无法延伸，造成端粒缩短，理由可能是_________________。 (5)通常DNA分子复制从一个复制起始点开始，有单向复制和双向复制，如图所示。放射性越高的3H－胸腺嘧啶脱氧核糖核苷(3H－脱氧胸苷)，在放射自显影技术的图像上，感光还原的银颗粒密度越高。 ①请利用放射性自显影技术、低放射性3H－脱氧胸苷和高放射性3H－脱氧胸苷，设计实验以确定大肠杆菌DNA复制的方向。______________________________________________________________ ②预测实验结果并得出结论。______________________________________________________________ 【归纳总结】 1. 基因的本质：基因是有遗传效应的DNA片段，是遗传、结构和功能的基本单位；一个DNA分子上有多个基因，基因在染色体上呈线性排列；碱基（脱氧核苷酸）排列顺序代表遗传信息。 2. 层次关系：染色体（主要载体）→DNA（遗传信息载体）→基因（有遗传效应的片段）→脱氧核苷酸（基本单位）。 3. 复制延伸：子链只能从5′→3′方向延伸，需RNA引物提供3′-OH；线性DNA末端因引物去除而无法完全复制，导致端粒逐步缩短。 【练习】 5.(2022·重庆卷)下列发现中，以DNA双螺旋结构模型为理论基础的是（ ） A. 遗传因子控制性状　B. 基因在染色体上　C. DNA是遗传物质　D. DNA半保留复制 6.(2022·浙江6月选考)某同学制作DNA双螺旋结构模型（材料充足）。下列叙述正确的是（ ） A. 制作脱氧核苷酸时需在磷酸上连接脱氧核糖和碱基　B. 鸟嘌呤与胞嘧啶之间用2个氢键连接物相连 C. 模型中腺嘌呤与胞嘧啶之和等于鸟嘌呤与胸腺嘧啶之和　D. 磷酸与脱氧核糖交替连接位于主链内侧 【课堂小结】 本讲围绕DNA"结构—复制—本质"一条主线： 1. 结构：DNA双螺旋——两条链反向平行，外侧脱氧核糖—磷酸骨架、内侧碱基对（A—T/G—C、氢键），具多样性、特异性、稳定性。 2. 复制：场所（主要细胞核）、时期（分裂间期）、条件（模板/原料/能量/酶）、特点（边解旋边复制、半保留复制）与结果；n次复制遵循2ⁿ规律，注意含标记链数与原料消耗的计算。 3. 本质：基因是有遗传效应的DNA片段，在染色体上呈线性排列；染色体、DNA、基因、脱氧核苷酸层层包含。 【课后巩固案】 1.(2022·辽宁卷)下表对教材相关研究的叙述，错误的是（ ） A. 小球藻——卡尔文循环 　B. 肺炎链球菌——DNA半保留复制 C. 枪乌贼——动作电位原理　 D. T₂噬菌体——DNA是遗传物质 2.(2024·黑吉辽卷)判断：甲基是DNA半保留复制的原料之一。（ ） 3.(2021·山东卷)利用农杆菌转化法将含基因修饰系统的T-DNA插入水稻细胞M某条染色体上，在其作用下，一个DNA单链上的一个C脱氨基变为U（该过程在细胞M中只发生一次），将M培育成植株N。下列说法错误的是（ ） A. N的每个细胞都含T-DNA　　 B. N自交，子一代含T-DNA植株占3/4 C. M经n(n≥1)次有丝分裂后，脱氨基位点为A-U的细胞占1/2ⁿ　　 D. M经3次有丝分裂后，含T-DNA且脱氨基位点为A-T的细胞占1/2 4.(实验设计·素能提升)利用低放射性³H-脱氧胸苷与高放射性³H-脱氧胸苷及放射自显影技术，设计实验确定大肠杆菌DNA复制是单向还是双向，写出设计思路并预测结果与结论。 参考答案与自评（用后核对） 预习自纠：1×(应G—C高则变性温度高，T高错误) 2× 3× 4× 5×。 达标：1.A 2.B 3.× 4.D 5.D 6.B 7.C 8.B 9.C 10.略（先标记后取样，看银颗粒密度沿复制叉的分布）。 我的掌握程度自评 3目标1____ 完全掌握□　基本掌握□　需巩固□ 目标2____ 完全掌握□　基本掌握□　需巩固□ 目标1____ 完全掌握□　基本掌握□　需巩固□ 错题订正：________________。 2026年10月19日1 学科网（北京）股份有限公司 $