(共73张PPT)
第二节 DNA分子的结构和复制
第2课时 DNA分子的复制
第二章 遗传的分子基础
课标内容要求
核心素养对接
必备知识·自主预习储备
01
完全不变
全新
每条链
旧DNA
新DNA
每条链
互补链
互补链
大肠杆菌
同位素标记
杂合链带
原来DNA分子
一条互补链
原来DNA分子
双螺旋结构
碱基互补配对原则
遗传信息
关键能力·重难探究达成
02
核心点一
核心点二
应用创新·问题情境探究
03
学习效果·随堂评估自测
04
点击右图进入…
课
时
分
层
作
业
谢谢观看 THANK YOU!
W
5N培养基
DNA
DNA
细菌细胞
细菌细胞
继续培养细菌，使两条DNA链都含有
14N培养基
14N培养基
4N培养基
14N培养基
0min取样
20min取样
40min取样
C
破碎细胞
破碎细胞
破碎细胞
破碎细胞
提取DNA
提取DNA
提取DNA
提取DNA
放入盛有氯化铯溶液的试管中
处理
轻链带
轻链带
杂合链带
杂合链带
重链带
(含N
对照
亲代
子一代
子二代
5N培养基
DNA
DNA
细菌细胞
细菌细胞
继续培养细菌，使两条DNA链都含有
14N培养基
14N培养基
4N培养基
14N培养基
0min取样
20min取样
40min取样
C
破碎细胞
破碎细胞
破碎细胞
破碎细胞
提取DNA
提取DNA
提取DNA
提取DNA
放入盛有氯化铯溶液的试管中
处理
轻链带
轻链带
杂合链带
杂合链带
重链带
(含N
对照
亲代
子一代
子二代
浅仰芹
我仰
h
团结守纪勤学春
解旋
DNA分子利用细胞提供的能量，在①
酶的作用下，断开②键，将双链解开
以两条解开的母链为③
在DNA聚合酶等
酶的作用下，以细胞中
为原料，按照碱基互补配对原则，
合成
各自合成与母链⑤
的一条子链，随
子链
着模板链解旋过程的进行，新合成的子链
也在不断延伸
每条新链与其对应的⑥
盘绕成双螺旋
形成
结构，这样一个DNA分子形成两个⑦
子代
DNA
的DNA分子
解旋酶
引物
ATP ADP+Pi
DNA聚合酶
a
平
a链
TA
酶1
A
酶2
TA
b
链
TA
TA≥
d链
概念
全保留复制型
DNA分子通
DNA复制
DNA分子的
模板
分散复制型
过半保留方
方式的推测
半保留复制
条件
式进行复制
半保留复制型
过程
证明
实验
特点
结果
材料
方法
科学家
过程
分析
意义第2课时 DNA分子的复制
概述DNA分子通过半保留方式进行复制。 1．生命观念——准确说出DNA复制的过程和特点，明确DNA在前后代可以保持连续性；同时说明基因和DNA在结构和功能上的关系。2．科学思维——根据碱基互补配对原则进行DNA复制的相关计算；并通过分类和比较及分析和综合，说出基因和DNA、染色体、脱氧核苷酸、性状等的关系。3．科学探究——分析探究DNA复制的实验方法、过程和结论。
一、对DNA分子复制的推测与验证
1．DNA分子的复制
以亲代DNA分子为模板合成子代DNA分子的过程。
2．推测
(1)有人提出“全保留复制模型”，即亲代的双螺旋形态结构完全不变，其子代只是全新的复制品。
(2)也有人提出“分散复制模型”，即亲代的DNA会分散进入子代复制品的每条链中，亲代和子代的DNA都是旧DNA和新DNA的混合体。
(3)还有些人提出“半保留复制模型”，即以亲代DNA的每条链为模板合成一条互补链，再与互补链组成子代DNA。
3．证明DNA分子半保留复制的实验
(1)科学家：米西尔森和斯塔尔。
(2)实验材料：大肠杆菌。
(3)实验方法：运用同位素标记技术和密度梯度离心技术。
(4)实验过程
(5)结果分析
①离心处理后，子一代DNA分子为杂合链带(含14N和15N)，原因在于新合成的每个DNA分子中，都含有原来DNA分子中的一条链(15N)和以该链为模板新合成的一条互补链(14N)。
②子二代DNA分子应该为轻链带(含14N)和杂合链带(含14N和15N)。
二、DNA分子的半保留复制
1．概念：在新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链，因此，这种复制方式被称为DNA半保留复制。
2．场所：主要在细胞核。
3．条件
(1)模板：DNA分子的两条脱氧核苷酸链。
(2)原料：细胞中四种脱氧核苷酸。
(3)能量和酶等。
4．过程
5．特点
(1)过程：边解旋边复制。
(2)方式：半保留复制。
6．结果：一个DNA分子形成两个完全相同的DNA分子。
7．精确复制的原因：在DNA半保留复制中，双螺旋结构为复制提供了模板，碱基互补配对原则保证了复制的精确进行。
8．意义：正是DNA分子的半保留复制，确保了遗传信息代代传递的连续性。
(正确的打“√”，错误的打“×”)
1．证明DNA复制方式的实验只能用同位素标记N。 ( )
2．在证明DNA复制方式的实验中，从子一代开始细菌DNA分子中至少有一条链含 14N。 ( )
3．DNA复制遵循碱基互补配对原则，新合成的DNA分子中两条链均是新合成的。 ( )
4．任何生物的基因都是有遗传效应的DNA片段。 ( )
5．碱基排列顺序的千变万化，构成了DNA分子的多样性。 ( )
提示：1．× DNA的组成元素有C、H、O、N、P，这几种元素都有同位素，所以标记任何一种元素都可以。
2．√
3．× DNA分子的复制方式为半保留复制，所以子代DNA的两条链中包含了一条母链和一条子链。
4．× RNA病毒(如烟草花叶病毒、禽流感病毒、埃博拉病毒等)的遗传物质是RNA，其基因是有遗传效应的RNA片段。
5．√
DNA分子的复制
1．不同生物的DNA分子复制的场所
2．DNA分子复制所需的酶：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。
(2) DNA聚合酶的作用是连接游离的脱氧核苷酸。
(3)DNA连接酶的作用是连接DNA片段。
3．DNA分子复制的基本条件
(1)模板：解旋的DNA分子的两条单链。
(2)原料：细胞中游离的4种脱氧核苷酸。
(3)能量：主要通过水解ATP提供。
(4)酶：DNA聚合酶(形成磷酸二酯键)、解旋酶(打开氢键)等。
4．两个子代DNA的位置及分开时间：复制产生的两个子代DNA分子位于一对姐妹染色单体上，由着丝粒连在一起，在有丝分裂后期或减数第二次分裂后期着丝粒分裂时分开，分别进入两个子细胞中。
5．DNA分子复制对DNA作为遗传物质的意义
(1)边解旋、边复制，多个起点同时进行，节省时间、效率高。
(2)新DNA分子双链为“一母一子”，因此复制更为精确，使遗传信息更加稳定。稳定的遗传信息从亲代传递给子代，从而使生物的前后代保持了一定的连续性。
巧记DNA分子复制的“一、二、三、四”
1．如图为真核细胞DNA复制过程的模式图，据图回答下列相关问题。
(1)据图可知，DNA聚合酶使两条子链从5′端到3′端，还是从3′端到5′端进行合成？
提示：从5′端到3′端进行合成。
(2)合成的两条子链间碱基排列顺序相同还是互补？
提示：互补。
2．这个小机器是DNA复印机，也叫做PCR仪，在体外完成DNA复制，使DNA片段在数量上呈指数增加，可以在短时间内获得大量的特定基因片段。DNA复印机完成DNA复制需要加入哪些物质？
提示：模板DNA、引物、4种脱氧核苷酸、DNA聚合酶等。
1．如图为某真核细胞中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链碱基序列相同
D．DNA复制的特点是半保留复制
D [分析题图可知，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；该过程a、b链为模板链，c、d链分别是以a、b链为模板合成的子链，c、d链的碱基序列是互补的，B、C错误；DNA的复制方式为半保留复制，D正确。]
2．(2021·江苏连云港质检)下列有关DNA复制过程的叙述，正确的顺序是( )
①互补碱基对之间的氢键断裂
②互补碱基对之间形成氢键
③DNA分子在解旋酶的作用下解开双链
④以两条单链为模板，以游离的脱氧核苷酸为原料，进行碱基互补配对
⑤子链与母链盘绕成双螺旋结构
A．①③④②⑤ B．③①⑤④②
C．①④②⑤③ D．③①④②⑤
D [DNA复制时，DNA分子利用细胞提供的能量，在解旋酶的作用下解开双链(③)，互补碱基对之间的氢键断裂(①)，然后以两条单链为模板，在DNA聚合酶等酶的作用下，以细胞中游离的脱氧核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则，各自合成与母链(模板链)互补的子链(④)，子链与模板链通过氢键连接(②)，最后子链与母链盘绕成双螺旋结构(⑤)，故正确的顺序是③①④②⑤，D正确。]
与DNA复制有关的计算
1．用“图解法”分析DNA复制的相关计算
(1)将含有15N的DNA分子放在含有14N的培养基上培养，复制n次，则：
①子代DNA共2n个
②脱氧核苷酸链共2n＋1条：含15N的脱氧核苷酸链2条；含14N的脱氧核苷酸链(2n＋1－2)条。
(2)DNA复制中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，
①经过n次复制需要消耗该种脱氧核苷酸数为m·(2n－1)个。
②第n次复制需要消耗该种脱氧核苷酸数为m·(2n－1)－m·(2n－1－1)＝m·2n－1个。
2．与染色体、细胞数目相关的计算
研究DNA分子的半保留复制时，常涉及计算后代带放射性标记的DNA、染色体或细胞所占比例的问题，此时要注意：
(1)一个DNA分子含两条DNA链，只要有一条DNA链带标记，该DNA分子便带标记。
(2)每条染色体含一个或两个DNA分子，只要有一条DNA链带标记，该染色体便带标记。
(3)每个细胞含多条染色体，每条染色体的情况是一样的，只需分析一条染色体(减数分裂时只需分析一对同源染色体)即可。
亲代大肠杆菌的DNA中含有15N，在含有14N的培养基中进行复制。
(1)大肠杆菌通过哪一种分裂方式进行增殖？其分裂次数和DNA复制次数有何关系？
提示：二分裂；大肠杆菌分裂一次，DNA复制一次。
(2)复制2次后，含15N的DNA、含14N的DNA、含15N的DNA链、含14N的DNA链各是多少？
提示：2个、4个、2条、6条。
(3)若将第三代大肠杆菌的DNA提取后进行离心，则靠近试管底部、位置居中和靠近试管的上部的DNA数之比为多少？
提示：0∶2∶6。
3．(2021·江苏淮安期末)一个含100个碱基对的DNA分子片段，其中一条链中T＋A占40%。若将该DNA分子放在含15N的培养基中连续复制3次，下列有关叙述正确的是( )
A．该DNA分子的另一条链中T＋A占60%
B．该DNA分子中含20个A
C．该DNA分子第3次复制时需要消耗240个C
D．经3次复制后，子代DNA中含15N的单链占1/8
C [根据碱基互补配对原则，该DNA分子的另一条链中T＋A占40%，A错误；该DNA分子中T＋A占40%，T和A各占20%，同理G和C各占30%，则其含A 100×2×20%＝40个，B错误；该DNA分子中含C 100×2×30%＝60个，其第3次复制时需要消耗C 60×22＝240个，C正确；经3次复制后，产生23＝8个子代DNA，其中有2个DNA分子仅一条链含15N，6个DNA分子双链都含15N，即含15N的单链占7/8，D错误。]
4．若将胡萝卜细胞置于含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸培养液中，培养至第二次分裂中期。下列叙述正确的是( )
A．每条染色体中的两条染色单体均含3H
B．每个DNA分子的两条脱氧核苷酸链均含3H
C．每个DNA分子中均只有一条脱氧核苷酸链含3H
D．每条染色单体均只有一个DNA分子的两条脱氧核苷酸链含3H
A [DNA的复制方式是半保留复制，将胡萝卜细胞置于含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸培养液中，第二次分裂DNA复制后，会出现有一条链被3H标记的双链DNA和双链都被3H标记的双链DNA，这种情况下，一个双链DNA参与构成一条染色单体，故每条染色单体都含有3H标记，A项正确；第二次分裂中期，既会出现两条脱氧核苷酸链均含3H的DNA分子，也会出现只有一条脱氧核苷酸链含3H的DNA分子，B项、C项、D项均错误。]
5．科学家以大肠杆菌为实验对象，运用同位素标记技术及密度梯度离心技术进行了DNA复制方式的探索实验，实验内容及结果如表。
组别 1组 2组 3组 4组
培养液中唯一氮源 14NH4Cl 15NH4Cl 14NH4Cl 14NH4Cl
繁殖代数 多代 多代 一代 两代
培养产物 A B B的子一代 B的子二代
操作 提取DNA并密度梯度离心
离心结果 仅为轻链带(14N/14N DNA) 仅为重链带(15N/15N DNA) 仅为杂合链带(15N/14N DNA) 1/2轻链带(14N/14N DNA)1/2杂合链带(15N/14N DNA)
请分析并回答：
(1)要得到DNA中的N全部为15N的大肠杆菌B，必须经过________代培养，且培养液中的________是唯一氮源。
(2)若B的子一代DNA的离心结果为“轻”和“重”两条密度带，则“重链带”DNA来自________，据此可判断DNA的复制方式不是________(填“半保留”或“全保留”)复制。
(3)若将B的子一代DNA双链分开后再离心，其结果________(填“能”或“不能”)判断DNA的复制方式。
(4)若在同等条件下将B的子二代继续培养，子n代DNA离心的结果是密度带的数量和位置________，密度带宽度发生变化的是“________带”。
[解析] (1)培养液中以15N(15NH4Cl)为唯一氮源，需经过多代培养，才能得到DNA中的N全部为15N的大肠杆菌B。(2)“轻链带”DNA为14N/14N DNA，“重链带”DNA为15N/15N DNA，据表可知，“重链带”DNA来自B，若后代DNA的两条链全是原来的或全是新合成的，说明DNA的复制方式是全保留复制。(3)若将B的子一代DNA双链分开后再离心，无法判断后代DNA的两条单链的来源，也就不能判断DNA的复制方式。(4)将B的子二代继续培养，子n代DNA中有2个为15N/14N DNA，其余(2n－2)个为14N/14N DNA，所以子n代DNA离心的结果是密度带的数量和位置没有变化，密度带宽度发生变化的是“轻链带”。
[答案] (1)多 15N(或15NH4Cl) (2)B 半保留 (3)不能 (4)没有变化 轻链
下列为DNA复制的有关图示，A→B→C表示大肠杆菌的DNA复制，D→E→F表示哺乳动物的DNA分子复制。图中黑点表示复制起点，“→”表示复制方向，“ ”表示时间顺序。
A B C D E F
运用DNA 复制的相关知识，分析比较图中大肠杆菌和哺乳动物DNA复制的复制起点、复制方向等，可对涉及的相关问题进行解释、推理，做出合理判断或得出正确结论。
1．据图比较大肠杆菌和哺乳动物DNA分子复制的异同点。(科学思维)
提示：(1)相同点：均是边解旋边复制，均是双向复制。
(2)不同点：大肠杆菌是单起点复制；哺乳动物是多起点复制。
2．C图与A图、F图与D图相同，C、F能被如此准确的复制出来，原因是什么？(科学思维)
提示：DNA分子独特的双螺旋结构为复制提供了精确的模板，碱基互补配对原则保证了DNA分子复制的准确无误。
[课堂小结]
知 识 网 络 构 建 要 点 强 化 识 记
1．核心概念在新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链，因此，这种复制方式被称为DNA分子半保留复制。2．结论语句(1)DNA复制需要以DNA分子的两条脱氧核苷酸链为模板、4种脱氧核苷酸做原料以及酶和能量的参与。(2)DNA复制的特点是边解旋边复制和半保留复制。(3)DNA分子独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板；通过碱基互补配对，保证了复制能够准确地进行。(4)DNA通过半保留复制，保持了遗传信息代代传递的连续性。
1．下列有关真核生物DNA复制的叙述，错误的是( )
A．DNA复制的特点是边解旋边复制
B．DNA复制的方式是半保留复制，生成的两条子链碱基序列互补
C．DNA复制遵循碱基互补配对原则，保证了复制的准确性
D．DNA复制时不会出现差错，保持了亲子代遗传信息的连续性
D [DNA复制具有边解旋边复制的特点，A正确；DNA复制的方式是半保留复制，DNA复制生成的两条子链分别与两条母链互补，故两条子链也是互补的，B正确；DNA复制时严格遵循碱基互补配对原则，保证了DNA复制的准确性，C正确；DNA复制也可能出现差错，从而引起变异，D错误。]
2．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，如图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
C [亲代DNA全为15 N，应为⑤，复制一次后，DNA一条链为15N，一条链为14N，应为②；复制两次后形成4个DNA，其中2个全为14N，2个是一条链为15N，一条链为 14N，应为①；复制三次后形成8个DNA，其中6个DNA全为 14N，2个DNA的一条链为 14N，一条链为 15N，故C错误。]
3．如图表示细胞核内某生理过程，其中a、b、c、d表示脱氧核苷酸链。以下说法正确的是( )
A．此过程需要能量和尿嘧啶脱氧核苷酸
B．真核细胞中此过程发生的唯一场所是细胞核
C．正常情况下，a、d链都应该到不同的细胞中去
D．b链中(A＋G)/(T＋C)的值一定与c链中的相同
C [DNA分子中不存在尿嘧啶脱氧核苷酸，A项错误；真核生物细胞中，DNA复制可以发生在细胞核、线粒体和叶绿体中，B项错误；a、d两条链分布到两个DNA分子中，DNA分子经过复制后平均分配给两个子细胞，因此正常情况下a、d链应该到不同的细胞中去，C项正确；由题图可知b链中(A＋G)/(T＋C)的值与c链中的不相同，互为倒数，D项错误。]
4．用15N标记含有100个碱基对的双链DNA分子，其中有胞嘧啶60个，该DNA分子在含有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．复制过程中需要腺嘌呤脱氧核苷酸600个
C．含有14N的DNA分子占7/8
D．复制结果共产生16个DNA分子
C [15N标记的DNA分子在含14N的培养基中复制4次后，产生16个DNA分子，其中含15N的DNA分子有2个，占1/8，A、D项正确；经计算，该DNA分子中A＝40个，则复制过程中需要腺嘌呤脱氧核苷酸15×40＝600个，B项正确；含 14N的DNA分子有16个，占总数的100%，C项错误。]
5．图甲中DNA分子有a和d两条链，将图甲中某一片段放大后如图乙所示，请结合所学知识回答下列问题：
甲 乙
(1)从图甲可看出DNA的复制方式是____________。
(2)图甲中，A和B均是DNA分子复制过程中所需要的酶，其中B能将单个的脱氧核苷酸连接成脱氧核苷酸链，从而形成子链，则A是________酶，B是______________酶。
(3)图甲过程在绿色植物叶肉细胞中进行的场所有
__________________________________________________________________。
(4)图乙中，7是____________________。DNA分子的基本骨架由______________交替连接而成；DNA分子两条链上的碱基通过____________连接成碱基对，并且遵循________________________________________________________________________原则。
(5)具有N个碱基对的一个DNA分子片段中，含有m个腺嘌呤脱氧核苷酸，该片段完成n次复制需要______个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸；该片段完成第n次复制需要________个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸。(填字母)
A．(2n－1)(N－m)
B．2n－1(N－m)
C．2n－1()
D．(2n－1)()
[解析] (1)(2)图甲表示DNA分子的复制过程，A的作用是使DNA分子的双螺旋结构解开，形成单链DNA，因此A是解旋酶；B能将单个脱氧核苷酸连接成脱氧核苷酸链，因此B是DNA聚合酶，由图可以看出形成的子代DNA分子都含有一条模板链和一条新合成的子链，因此DNA分子的复制方式是半保留复制。(3)绿色植物的叶肉细胞中DNA存在于细胞核、线粒体、叶绿体中，因此进行DNA分子复制的场所是细胞核、线粒体、叶绿体。(4)图乙中，7是胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸，DNA分子中的磷酸和脱氧核糖交替排列形成DNA分子的骨架，两条链上的碱基通过氢键连接形成碱基对，碱基之间遵循A与T配对，G与C配对的碱基互补配对原则。(5)已知DNA分子片段中有N个碱基对，m个腺嘌呤脱氧核苷酸，则胞嘧啶脱氧核苷酸的数目为N－m，完成n次复制需要(2n－1)(N－m)个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸；完成第n次复制需要2n－1(N－m)个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸。
[答案] (1)半保留复制 (2)解旋 DNA聚合 (3)细胞核、线粒体、叶绿体 (4)胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸 磷酸与脱氧核糖 氢键 碱基互补配对 (5)A B
1/14课时分层作业(11) DNA分子的复制
题组一 对DNA分子复制的推测与验证
1．科学家将15N标记的DNA移入含14N的培养基中，通过仪器测得后代DNA是否含15N来判断对DNA复制方式的三种猜想(如图)。他们预测，如果DNA复制2次后所有的DNA都含有15N，说明DNA复制方式为( )
A．全保留式 B．半保留式
C．分散式 D．半保留式或分散式
C [1个DNA分子复制两次后形成4个DNA分子，若为全保留式，则后代只有1个DNA分子含15N，若为半保留复制，则后代有2个DNA分子含15N，若为分散式，则后代所有的DNA分子都含有15N，C正确。]
2．为研究DNA的复制方式，先将大肠杆菌在含15N的培养基中培养若干代，使DNA的氮元素均被15N标记(离心结果见甲试管)，后转至含14N的培养基培养。提取每代大肠杆菌的DNA进行离心，离心结果见试管乙、丙、丁。相关叙述错误的是( )
甲 乙 丙 丁
A．乙试管是大肠杆菌在14N培养基中繁殖一代的结果
B．大肠杆菌在14N培养基中繁殖三代后DNA全部含有14N
C．该实验运用了同位素标记技术和密度梯度离心技术
D．含15N与含14N培养基互换，繁殖一代的结果与丙相同
A [15N标记的DNA转至14N的培养基培养，繁殖一代的结果是两个子代DNA分子都是一条链含14N，另一条链含15N，离心后全为中带，与丙符合，A错误；由于DNA为半保留复制，转入14N培养基中繁殖三代后，所有的DNA都含有14N，B正确；该实验运用的技术手段有同位素标记技术和密度梯度离心技术，C正确；根据DNA半保留复制的特点，含15N与含14N培养基互换，繁殖一代的结果都是一条链含14N，另一条链含15N，离心后全为中带，与丙相同，D正确。]
3．某基因(14N)含有3 000个碱基，腺嘌呤占35%。若该DNA分子以15N同位素标记的游离脱氧核苷酸为原料复制3次，再将全部复制产物置于试管内离心，进行密度分层，得到结果如图①；然后加入解旋酶再离心，得到结果如图②。则下列有关分析正确的是( )
A．X层中的基因只用14N标记，Y层中的基因只用15N标记
B．W层中含15N标记的胞嘧啶3 150个
C．W层与Z层的核苷酸数之比为1∶4
D．X层中含有的氢键数是Y层的3倍
B [DNA分子的复制方式是半保留复制，复制3次后，共有8个DNA分子，其中有2个DNA分子的一条链含有14N，另一条链含有15N，另外6个DNA分子只含有15N，离心后，含14N的位于X层(也含有15N)，只含15N的位于Y层，A错误；一个DNA分子中含有A(腺嘌呤)＝T＝3 000×35%＝1 050个，G＝C＝(3 000－1 050×2)/2＝450个，解旋酶解旋再离心后，含14N的2条链位于Z层，含15N的14条链位于W层，相当于7个完整DNA分子的量，故W层中含15N标记的胞嘧啶是450×7＝3 150个，B正确；W层与Z层的核苷酸数之比为7∶1，C错误；X层中含有的氢键数与Y层的氢键数比为2∶6，即Y层中含有的氢键数是X层的3倍，D错误。]
4．科学家在研究DNA分子复制方式时进行了如下的实验研究(已知培养用的细菌大约每20 min分裂一次，产生子代，实验结果如图所示)：
实验一：
实验二：
实验三：
(1)实验一和实验二的作用是________。
(2)从实验三的结果C、D可以看出DNA分子复制________(填“是”或“不是”)半保留复制，结果C条带中的氮元素是____________________。
(3)如果实验三的结果为E，则可判断DNA的复制方式________(填“是”或“不是”)半保留复制。
(4)若对结果C中的DNA分子先用解旋酶处理，然后再离心，结果为G，请在图中标出。
[解析] (1)实验一和实验二分别表示用14N和15N标记细菌的DNA，其作用是与后面的实验三形成对照。(2)结合题干信息，C是细菌繁殖一代的结果，D是细菌繁殖两代的结果，从结果C、D可以看出DNA分子的复制是半保留式的，若是全保留式复制，结果C应该是一条重链，一条轻链，结果D应该是1/4重链，3/4轻链。结果C条带中的氮元素是14N、15N。(3)如果实验三的结果为E(轻链和重链)，且为细菌繁殖三代的结果，通过该结果可判断DNA的复制方式不是半保留复制，如果是半保留复制，结果应该是1/4中链，3/4轻链。(4)结果C中的DNA分子是含15N的DNA在14N的环境下复制一次后的结果，用解旋酶处理后，DNA的双链解开，形成2条15N的链，2条含14N的链，离心后应该是位于轻链和重链位置。
[答案] (1)对照作用 (2)是 14N、15N (3)不是 (4)
题组二 分析DNA的复制过程
5．下列有关真核细胞DNA分子复制的叙述，正确的是( )
A．复制的场所是细胞核，发生在细胞分裂间期
B．在复制过程中不断有磷酸二酯键和氢键形成
C．复制过程只需要解旋酶、DNA水解酶的催化，并且需要消耗能量
D．复制后产生的2个子代DNA分子共含有2个游离的磷酸基团
B [DNA复制的主要场所是细胞核，线粒体和叶绿体也可发生DNA的复制；在复制过程中同一条链上有磷酸二酯键的形成，在碱基对之间有氢键的形成；复制过程需要解旋酶、DNA聚合酶的催化；复制后产生的每个子代DNA分子都含有2个游离的磷酸基团。]
6．真核细胞中DNA复制如下图所示，下列叙述错误的是( )
A．多起点双向复制能保证DNA复制在短时间内完成
B．每个子代DNA都有一条核苷酸链来自亲代
C．复制过程中氢键的破坏和形成都需要DNA聚合酶的催化
D．DNA分子的准确复制依赖于碱基互补配对原则
C [多起点双向复制能保证DNA复制在短时间内完成，提高复制效率，A正确；DNA为半保留复制，每个子代DNA都有一条核苷酸链来自亲代，B正确；解旋酶破坏碱基对的氢键，使DNA双链解旋，DNA聚合酶形成磷酸二酯键，C错误；碱基对之间严格的碱基互补配对原则，保证了遗传信息准确地从亲代DNA传向子代DNA，D正确。]
7．如图甲是DNA局部组成示意图，图乙表示DNA复制的过程。请回答下列问题。
甲 乙
(1)甲图中有________种碱基，有________个游离的磷酸基团。两条脱氧核苷酸链的碱基之间通过________相连。
(2)图乙过程在真核细胞与原核细胞中进行的主要场所分别是________和________________。
(3)图乙的DNA复制过程中所需的原料是________________________。
(4)由图可知，延伸的子链紧跟着解旋酶，这说明DNA复制具有________________的特点。
(5)已知某DNA共含1 000个碱基对、2 400个氢键，则该DNA中含有鸟嘌呤脱氧核苷酸________个；若将其复制4次，共需腺嘌呤脱氧核苷酸________个。
[解析] (1)甲图中有A、T、C、G共4种碱基，每一条DNA单链上有1个游离的磷酸基团，所以共有2个游离的磷酸基团；两条脱氧核苷酸链的碱基之间通过氢键相连，而同一条脱氧核苷酸链中的相邻碱基之间通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”相连。(2)图乙表示DNA复制过程，在真核细胞中进行的主要场所是细胞核，在原核细胞中进行的主要场所是拟核(或细胞质)。(3)DNA复制过程所需的原料是脱氧核苷酸。(4)题图说明DNA复制具有边解旋边复制的特点。(5)由于A与T之间有两个氢键，而C与G之间有三个氢键，该DNA有1 000个碱基对，有2 400个氢键，说明有400个碱基对含有三个氢键，即鸟嘌呤脱氧核苷酸和胞嘧啶脱氧核苷酸各有400个，腺嘌呤脱氧核苷酸和胸腺嘧啶脱氧核苷酸各有600个；DNA复制4次，形成16个子代DNA，但其中有亲代保留的两条链不需要原料，所以共需腺嘌呤脱氧核苷酸的个数为15×600＝9 000个。
[答案] (1)4 2 氢键 (2)细胞核 拟核(或细胞质) (3)脱氧核苷酸 (4)边解旋边复制 (5)400 9 000
题组三 与DNA分子复制有关的计算
8．某个DNA片段由500对碱基组成，G＋C占碱基总数的34%。若该DNA片段连续复制三次，第三次复制时，需游离的腺嘌呤脱氧核苷酸分子个数为( )
A．1 155 B．1 320
C．2 310 D．2 640
B [由于G＋C占总数的34%，所以A＋T占66%，A与T各占33%，整个DNA片段中含有500对碱基，该DNA片段中腺嘌呤脱氧核苷酸分子个数为33%×1 000＝330个，在第三次复制时需新合成8条DNA单链，相当于4个DNA分子，因此需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸分子个数为330×4＝1 320个。]
9．已知某DNA分子含有500个碱基对，其中一条链上A∶C∶T∶G＝1∶2∶3∶4。该DNA分子连续复制数次后，消耗周围环境中含G的脱氧核苷酸4 500个，则该DNA分子已经复制了( )
A．3次 B．4次
C．5次 D．6次
B [先要计算一个DNA分子中含有G的数目，其中一条链上G的数目＝500×4/(1＋2＋3＋4)＝200，则另一条链上G的数目＝500×2/(1＋2＋3＋4)＝100，所以DNA双链上共有G 300个，n次复制结束后共消耗G的数目为4 500个，4 500/300＝15，即DNA分子增加15个，复制后DNA的数目是16＝24，则n＝4。]
10．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
C [噬菌体侵染细菌时，只有DNA进入细菌并作为模板控制子代噬菌体的合成，其DNA的复制及表达需要大肠杆菌提供原料、酶和ATP等，A项正确；DNA上有m个碱基对，其中胞嘧啶有n个，T有(m－n)个，因此氢键个数＝2(m－n)＋3n＝(2m＋n)个，B项正确；子代噬菌体中有16个含31P，C项错误；噬菌体DNA第4次复制共需要腺嘌呤脱氧核苷酸＝(16－8)(m－n)＝8(m－n)个，D项正确。]
11．5 溴尿嘧啶(BU)能替代T与A配对而混入新合成的DNA链。将植物根尖分生组织放在含有BU的培养基中分别培养到第一、第二个细胞周期的中期。下列有关说法中，错误的是( )
A．1条染色体形成2条染色单体的同时，DNA分子也完成了复制
B．1个DNA分子复制后所产生的子代DNA分子分别位于2条染色单体上
C．第一个细胞周期的中期，每条染色体均有1个DNA分子的2条脱氧核苷酸链都含BU
D．第二个细胞周期的中期，每条染色体中只有1条脱氧核苷酸链不含BU
C [1条染色体形成2条染色单体的同时，DNA分子也完成了复制，A项正确；由于DNA的复制方式是半保留复制，1个DNA分子复制后所产生的子代DNA分子分别位于2条染色单体上，B项正确；第一个细胞周期的中期，DNA分子只复制了1次，根据DNA半保留复制的特点，每条染色单体均有1个DNA分子的1条脱氧核苷酸链含BU，C项错误；到第二个细胞周期的中期，DNA分子进行了2次半保留复制，每条染色体的两条染色单体上的DNA中只有1条脱氧核苷酸链不含BU，D项正确。]
12．将全部DNA分子双链经32P标记的雄性动物细胞(染色体数为2N)置于不含32P的培养基中培养。经过连续两次细胞分裂后产生4个子细胞，检测子细胞中的标记情况。下列推断正确的是( )
A．若进行有丝分裂，则含32P染色体的子细胞比例一定为1/2
B．若进行减数分裂，则含32P染色体的子细胞比例一定为1
C．若子细胞中的染色体都含32P，则进行的一定是有丝分裂
D．若子细胞中的染色体不都含32P，则进行的一定是减数分裂
B [解答本题的关键是结合有丝分裂、减数分裂的相关知识分析DNA复制后各DNA链的走向。若进行有丝分裂，第一次有丝分裂后，子细胞中都含有32P标记；当细胞处于第二次分裂后期时，染色单体随机分开，带有32P标记的染色体也随机进入2个细胞，所以经过连续两次细胞分裂后产生的4个子细胞中，含32P染色体的子细胞可能为2个或3个或4个，A错误；若进行减数分裂，经过连续两次细胞分裂后产生4个子细胞，说明DNA只复制一次，因此含32P染色体的子细胞比例一定为1，B正确；若子细胞中的染色体都含32P，则进行的是减数分裂，C错误；若子细胞中的染色体不都含32P，则进行的一定不是减数分裂，D错误。]
13．(多选)在氮源分别为14N和15N的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA分子分别为14N/14N DNA(相对分子质量为a)和15N/15N DNA(相对分子质量为b)。将15N/15N DNA的亲代大肠杆菌转移到含14N的培养基上，再连续繁殖两代(Ⅰ和Ⅱ)，用离心方法分离得到的结果如下图所示。下列对此实验的叙述，正确的是( )
A．Ⅰ代大肠杆菌DNA分子中一条链含14N，另一条链含15N
B．预计Ⅲ代大肠杆菌DNA分子的平均相对分子质量为(7a＋b)/8
C．Ⅱ代大肠杆菌含15N的DNA分子占全部DNA分子的1/4
D．上述实验结果证明DNA的复制方式为半保留复制
ABD [Ⅰ代大肠杆菌DNA分子离心后全部处于中间位置，说明一条链含14N，另一条链含15N，A项正确；预计Ⅲ代大肠杆菌DNA分子中，含15N的为2个，只含14N的为6个，即Ⅲ代大肠杆菌DNA分子中含14N的有14条链，含15N的有2条链，所以Ⅲ代大肠杆菌DNA分子的平均相对分子质量为(7a＋b)/8，B项正确；Ⅱ代大肠杆菌含15N的DNA分子占一半，所以占全部DNA分子的1/2，C项错误；题干所述实验结果证明DNA的复制方式为半保留复制，D项正确。]
14．(多选)(2021·河北唐山一中期中)某种物质可插入DNA分子两条链的碱基对之间，使DNA双链不能解开。若在细胞的培养液中加入适量的该物质，下列相关叙述正确的是( )
A．DNA分子中G—C碱基对越多，则DNA双链越不容易解开
B．精原细胞中的DNA分子插入了该物质后，就不能再产生精子
C．该物质可能是抑制或阻碍了解旋酶的作用
D．该物质插入DNA分子后会影响DNA的复制过程
ABCD [A—T碱基对之间有2个氢键，G—C碱基对之间有3个氢键，因此DNA分子中G—C碱基对越多，则DNA双链越不容易解开，A正确；精原细胞中的DNA分子插入了该物质后，由于DNA双链不能解开，DNA不能复制，因此精原细胞不能再产生精子，B正确；该物质可能是抑制或阻碍了解旋酶的作用，从而使DNA双链不能解开，C正确；该物质插入DNA分子后，由于DNA双链不能解开，因此会影响DNA的复制过程，D正确。]
15．请回答下列与DNA复制有关的问题。
图1 图2
(1)图1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链，A、B表示相关酶。
①图1所示的过程可发生于根尖分生区细胞的______________(填细胞结构)中，A和B的名称分别是________、________。
②在DNA复制结束后，在a、b、c、d四条脱氧核苷酸链中，碱基序列完全相同的是____________，从图中可以看出DNA复制的特点有_____________。
(2)若图1中的亲代DNA分子含有100个碱基对，将该DNA分子放在含有用32P标记的脱氧核苷酸的培养液中复制一次，则每个子代DNA分子的相对分子质量比原来增加了________。
(3)科学家在研究DNA复制的方式时，提出了三种模式：全保留复制、半保留复制和弥散复制(如图2所示)。将15N标记的大肠杆菌置于含14N的培养液中培养，将子代DNA分子用______________法进行处理可以得到DNA密度带。如果是________复制，培养一代即可确定；如果是____________________复制，需要培养两代才能确定。
[解析] (1)①图示过程为DNA复制，根尖细胞的DNA复制可发生在细胞核、线粒体中。由分析可知A和B的名称分别是解旋酶、DNA聚合酶。②由图可知，a、b互补，c、d互补，所以碱基序列完全相同的是a和c、b和d。从图中可以看出DNA复制的特点有半保留复制、边解旋边复制。(2)根据DNA半保留复制的特点可知，子代DNA分子中有一条链是亲代链，一条链为新合成的子链，而子链中的每个脱氧核苷酸都比亲代链中的脱氧核苷酸的分子量大1，由题意，一条链中有100个脱氧核苷酸，因此子代DNA分子的相对分子质量比原来增加了100。(3)将15N标记的大肠杆菌置于含14N的培养液中培养，将子代DNA分子用密度梯度离心法进行处理可以得到DNA密度带。若进行全保留复制，无论培养几代，得到的DNA密度带均为两条；若进行半保留复制或弥散复制，培养一代得到的DNA密度带均为一条，培养两代，半保留复制得到两条DNA密度带，而弥散复制仍为一条。综上，如果是全保留复制，培养一代即可确定；如果是半保留复制或弥散复制，需要培养两代才能确定。
[答案] (1)①细胞核、线粒体 解旋酶 DNA聚合酶 ②a和c、b和d 半保留复制、边解旋边复制 (2)100 (3)密度梯度离心 全保留 半保留复制或弥散
10/10课时分层作业(11) DNA分子的复制
题组一 对DNA分子复制的推测与验证
1．科学家将15N标记的DNA移入含14N的培养基中，通过仪器测得后代DNA是否含15N来判断对DNA复制方式的三种猜想(如图)。他们预测，如果DNA复制2次后所有的DNA都含有15N，说明DNA复制方式为( )
A．全保留式 B．半保留式
C．分散式 D．半保留式或分散式
2．为研究DNA的复制方式，先将大肠杆菌在含15N的培养基中培养若干代，使DNA的氮元素均被15N标记(离心结果见甲试管)，后转至含14N的培养基培养。提取每代大肠杆菌的DNA进行离心，离心结果见试管乙、丙、丁。相关叙述错误的是( )
甲 乙 丙 丁
A．乙试管是大肠杆菌在14N培养基中繁殖一代的结果
B．大肠杆菌在14N培养基中繁殖三代后DNA全部含有14N
C．该实验运用了同位素标记技术和密度梯度离心技术
D．含15N与含14N培养基互换，繁殖一代的结果与丙相同
3．某基因(14N)含有3 000个碱基，腺嘌呤占35%。若该DNA分子以15N同位素标记的游离脱氧核苷酸为原料复制3次，再将全部复制产物置于试管内离心，进行密度分层，得到结果如图①；然后加入解旋酶再离心，得到结果如图②。则下列有关分析正确的是( )
A．X层中的基因只用14N标记，Y层中的基因只用15N标记
B．W层中含15N标记的胞嘧啶3 150个
C．W层与Z层的核苷酸数之比为1∶4
D．X层中含有的氢键数是Y层的3倍
4．科学家在研究DNA分子复制方式时进行了如下的实验研究(已知培养用的细菌大约每20 min分裂一次，产生子代，实验结果如图所示)：
实验一：
实验二：
实验三：
(1)实验一和实验二的作用是________。
(2)从实验三的结果C、D可以看出DNA分子复制________(填“是”或“不是”)半保留复制，结果C条带中的氮元素是____________________。
(3)如果实验三的结果为E，则可判断DNA的复制方式________(填“是”或“不是”)半保留复制。
(4)若对结果C中的DNA分子先用解旋酶处理，然后再离心，结果为G，请在图中标出。
题组二 分析DNA的复制过程
5．下列有关真核细胞DNA分子复制的叙述，正确的是( )
A．复制的场所是细胞核，发生在细胞分裂间期
B．在复制过程中不断有磷酸二酯键和氢键形成
C．复制过程只需要解旋酶、DNA水解酶的催化，并且需要消耗能量
D．复制后产生的2个子代DNA分子共含有2个游离的磷酸基团
6．真核细胞中DNA复制如下图所示，下列叙述错误的是( )
A．多起点双向复制能保证DNA复制在短时间内完成
B．每个子代DNA都有一条核苷酸链来自亲代
C．复制过程中氢键的破坏和形成都需要DNA聚合酶的催化
D．DNA分子的准确复制依赖于碱基互补配对原则
7．如图甲是DNA局部组成示意图，图乙表示DNA复制的过程。请回答下列问题。
甲 乙
(1)甲图中有________种碱基，有________个游离的磷酸基团。两条脱氧核苷酸链的碱基之间通过________相连。
(2)图乙过程在真核细胞与原核细胞中进行的主要场所分别是________和________________。
(3)图乙的DNA复制过程中所需的原料是________________________。
(4)由图可知，延伸的子链紧跟着解旋酶，这说明DNA复制具有________________的特点。
(5)已知某DNA共含1 000个碱基对、2 400个氢键，则该DNA中含有鸟嘌呤脱氧核苷酸________个；若将其复制4次，共需腺嘌呤脱氧核苷酸________个。
题组三 与DNA分子复制有关的计算
8．某个DNA片段由500对碱基组成，G＋C占碱基总数的34%。若该DNA片段连续复制三次，第三次复制时，需游离的腺嘌呤脱氧核苷酸分子个数为( )
A．1 155 B．1 320
C．2 310 D．2 640
9．已知某DNA分子含有500个碱基对，其中一条链上A∶C∶T∶G＝1∶2∶3∶4。该DNA分子连续复制数次后，消耗周围环境中含G的脱氧核苷酸4 500个，则该DNA分子已经复制了( )
A．3次 B．4次
C．5次 D．6次
10．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
11．5 溴尿嘧啶(BU)能替代T与A配对而混入新合成的DNA链。将植物根尖分生组织放在含有BU的培养基中分别培养到第一、第二个细胞周期的中期。下列有关说法中，错误的是( )
A．1条染色体形成2条染色单体的同时，DNA分子也完成了复制
B．1个DNA分子复制后所产生的子代DNA分子分别位于2条染色单体上
C．第一个细胞周期的中期，每条染色体均有1个DNA分子的2条脱氧核苷酸链都含BU
D．第二个细胞周期的中期，每条染色体中只有1条脱氧核苷酸链不含BU
12．将全部DNA分子双链经32P标记的雄性动物细胞(染色体数为2N)置于不含32P的培养基中培养。经过连续两次细胞分裂后产生4个子细胞，检测子细胞中的标记情况。下列推断正确的是( )
A．若进行有丝分裂，则含32P染色体的子细胞比例一定为1/2
B．若进行减数分裂，则含32P染色体的子细胞比例一定为1
C．若子细胞中的染色体都含32P，则进行的一定是有丝分裂
D．若子细胞中的染色体不都含32P，则进行的一定是减数分裂
13．(多选)在氮源分别为14N和15N的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA分子分别为14N/14N DNA(相对分子质量为a)和15N/15N DNA(相对分子质量为b)。将15N/15N DNA的亲代大肠杆菌转移到含14N的培养基上，再连续繁殖两代(Ⅰ和Ⅱ)，用离心方法分离得到的结果如下图所示。下列对此实验的叙述，正确的是( )
A．Ⅰ代大肠杆菌DNA分子中一条链含14N，另一条链含15N
B．预计Ⅲ代大肠杆菌DNA分子的平均相对分子质量为(7a＋b)/8
C．Ⅱ代大肠杆菌含15N的DNA分子占全部DNA分子的1/4
D．上述实验结果证明DNA的复制方式为半保留复制
14．(多选)(2021·河北唐山一中期中)某种物质可插入DNA分子两条链的碱基对之间，使DNA双链不能解开。若在细胞的培养液中加入适量的该物质，下列相关叙述正确的是( )
A．DNA分子中G—C碱基对越多，则DNA双链越不容易解开
B．精原细胞中的DNA分子插入了该物质后，就不能再产生精子
C．该物质可能是抑制或阻碍了解旋酶的作用
D．该物质插入DNA分子后会影响DNA的复制过程
15．请回答下列与DNA复制有关的问题。
图1 图2
(1)图1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链，A、B表示相关酶。
①图1所示的过程可发生于根尖分生区细胞的______________(填细胞结构)中，A和B的名称分别是________、________。
②在DNA复制结束后，在a、b、c、d四条脱氧核苷酸链中，碱基序列完全相同的是____________，从图中可以看出DNA复制的特点有_____________。
(2)若图1中的亲代DNA分子含有100个碱基对，将该DNA分子放在含有用32P标记的脱氧核苷酸的培养液中复制一次，则每个子代DNA分子的相对分子质量比原来增加了________。
(3)科学家在研究DNA复制的方式时，提出了三种模式：全保留复制、半保留复制和弥散复制(如图2所示)。将15N标记的大肠杆菌置于含14N的培养液中培养，将子代DNA分子用______________法进行处理可以得到DNA密度带。如果是________复制，培养一代即可确定；如果是____________________复制，需要培养两代才能确定。
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