人教生物(2019版)必修2教学案：3-3 DNA的复制&3-4基因通常是有遗传效应的DNA片段（含解析）

人教生物(2019版)必修2教学案
3-3 DNA的复制
3-4基因通常是有遗传效应的DNA片段
学有目标——课标要求必明 记在平时——核心语句必背
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。 3.举例说明基因通常是有遗传效应的DNA片段。 4.说明基因与DNA的关系。 1.DNA复制需要DNA模板、4种脱氧核苷酸为原料以及酶和能量等。 2.DNA复制的特点是边解旋边复制和半保留复制。 3.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。 4.遗传信息蕴藏在DNA(RNA)4种碱基的排列顺序中。 5.基因通常是有遗传效应的DNA片段，对少数病毒而言，基因是有遗传效应的RNA片段。
【主干知识梳理】
一、DNA的复制
1．对DNA复制的推测
(1)提出者：沃森和克里克。
(2)假说内容：
①解旋：DNA复制时，DNA双螺旋解开，互补的碱基之间的氢键断裂。
②复制
③特点：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，这种复制方式称作半保留复制。
2．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：运用同位素标记技术。
(3)实验过程
(4)实验预期
①亲代DNA分子中两条链均含15N，DNA分子密度高。
②复制一次产生的DNA分子中，一条链含 14N，另一条链含 15N，DNA分子密度居中。
③复制两次产生的DNA分子中，有两个DNA分子双链均含14N，DNA分子密度较低；另两个DNA分子中一条链含 15N，另一条链含 14N。
3．DNA复制的过程
(1)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 有丝分裂间期和减数分裂Ⅰ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)复制的过程
(3)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。
二、基因通常是有遗传效应的DNA片段
1．基因与DNA关系的实例(结合教材P57“思考·讨论”资料分析)
2．DNA片段中的遗传信息
(1)遗传信息：蕴藏在4种碱基的排列顺序之中。
(2)特点
①多样性：碱基排列顺序的千变万化。
②特异性：每一个DNA分子有特定的碱基排列顺序。
③稳定性：DNA分子的结构较稳定。
3．与生物体多样性和特异性的关系
DNA的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的物质基础。
4．基因的延伸：对于遗传物质是RNA的生物，基因就是有遗传效应的RNA片段。
【教材微点发掘】
　下图是DNA复制的示意图(教材第55页图310)，据图回答有关问题：
(1)DNA复制时，解旋酶的作用是将DNA双螺旋的两条链解开。
(2)DNA聚合酶的作用是连接相邻的两个脱氧核苷酸形成与母链互补的子链。
(3)在DNA复制过程中，两条子链延伸的方向相反的原因是DNA中两条母链是反向平行的。
(4)真核生物的核DNA复制通常发生在细胞分裂的间期。
(5)有丝分裂或减数分裂的细胞进行DNA的复制；蛙的红细胞进行无丝分裂，进行DNA的复制；哺乳动物成熟的红细胞，不会进行DNA的复制。(均填“会”或“不会”)
教材问题提示
第3节　(一)思考·讨论(教材第54页)
1．细胞分裂一次后，方框中填15N/14NDNA；细胞再分裂一次后，试管上部的方框中填14N/14NDNA，试管中部的方框中填15N/14NDNA。
2．假如全保留复制是正确的，第一代的结果：一半的细胞中DNA是15N/15NDNA，另一半的细胞中DNA是14N/14NDNA；第二代的结果：1/4的细胞中DNA是15N/15NDNA，3/4的细胞中DNA是14N/14NDNA。
(二)旁栏思考(教材第55页)
第一代只出现一条居中的DNA条带，这个结果排除了全保留复制的方式。
第4节　思考·讨论1(教材第57～58页)
1．生物体内的DNA分子数目小于基因数目，生物体内所有基因的碱基总数小于DNA分子的碱基总数。这说明基因是DNA片段，基因不是连续分布在DNA上的，而是由碱基序列将其分隔开的。
2．此题旨在引导学生理解遗传效应的含义，并不要求唯一答案。可以结合提供的资料来理解，如能够指导相应蛋白质的合成、控制生物体的性状等。“问题探讨”中提到的生长激素基因的遗传效应是使转基因鲤鱼的生长速率加快。
3．基因是有遗传效应的DNA片段。
思考·讨论2(教材第58～59页)
1．4100种。
2．碱基排列顺序的千变万化，构成了DNA的多样性，而碱基特定的排列顺序，又构成了每个DNA分子的特异性。DNA的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的物质基础。
3．在人类的DNA中，脱氧核苷酸序列多样性表现为每个人的DNA几乎不可能完全相同，因此，DNA可以像指纹一样用来鉴别身份。
4．略。
新知探究(一)　DNA复制的过程和特点
【探究·深化】
[问题驱动]　
根据图1、图2思考下列问题：
(1)图1中进行的是什么过程？发生的时期和场所是什么？
提示：DNA复制；有丝分裂间期和减数分裂前的间期，无丝分裂也有DNA复制。真核生物DNA复制的场所有细胞核、线粒体、叶绿体；原核生物DNA复制的场所主要是拟核。
(2)图1中的酶1和酶2分别是什么酶？分别作用于图2中的哪个部位？a、b、c、d四条脱氧核苷酸链中，哪些链的碱基排列顺序是相同的？
提示：酶1是解旋酶，作用于f，酶2是DNA聚合酶，作用于e；a和c的碱基排列顺序相同，b和d的碱基排列顺序相同。
(3)从图1中是否可以看出DNA复制是半保留复制？为什么？图1所示的特点还有什么？可用什么方法检测母链和子链？
提示：可以，因为两条母链进入到两个子代DNA分子中，新形成的子代DNA分子中只有一条链是亲代的母链。图中还能看出DNA分子是边解旋边复制；可采用同位素标记法检测母链、子链。
(4)DNA分子复制受到各种外界因素的干扰时，碱基序列会发生变化吗？
提示：碱基序列可能会发生改变，使后代DNA分子与亲代DNA分子不同，遗传信息发生改变。
[重难点拨]　
(一)DNA复制的场所
1．真核生物：细胞核、线粒体、叶绿体，其中主要场所是细胞核。
2．原核生物：核区、细胞质(如质粒的复制)。
3．病毒：宿主细胞内。
(二)真核生物细胞核中DNA复制发生的时间
分裂前的间期在体细胞中发生在有丝分裂间期；在有性生殖过程中发生在减数第一次分裂前的间期。
(三)DNA复制所需的酶
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。
(四)两个子代核DNA的位置及分开时间
复制产生的两个子代核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分裂Ⅱ后期着丝粒分裂时分开，分别进入两个子细胞中，如下图所示：
【典题·例析】
[典例1]　下列有关DNA复制的叙述，正确的是(　　)
A．DNA分子在解旋酶的作用下水解成脱氧核苷酸
B．在复制过程中解旋和复制是同时进行的
C．解旋后以一条母链为模板合成两条新的子链
D．两条新的子链通过氢键形成一个新的DNA分子
[解析]　DNA分子在解旋酶的作用下，将双螺旋的两条链解开，变成单链，A错误；DNA复制过程是边解旋边复制，所以解旋和复制是同时进行的，B正确；解旋后的每条脱氧核苷酸链都可以作为DNA复制的模板，C错误；形成的DNA分子中各含有一条母链和一条子链，两条链之间的碱基通过氢键形成碱基对，组成一个新的DNA分子，D错误。
[答案]　B
[典例2]　图1是果蝇DNA电镜照片，图中的泡状结构是DNA复制泡，是DNA上正在复制的部分；图2为真核生物染色体上DNA分子复制过程示意图。下列有关叙述错误的是(　　)
A．图2 DNA分子复制是从多个起点同时开始的
B．图2 DNA分子复制是边解旋边双向复制的
C．真核生物DNA分子复制过程需要解旋酶
D．真核生物的这种复制方式提高了复制速率
[解析]　由该DNA分子复制过程示意图可看出，DNA分子复制有多个复制起始点，且边解旋边双向复制(箭头代表DNA复制方向)，DNA分子复制需要解旋酶参与。这种多起点复制可有效地提高复制速率。由图示不同复制起点复制出的DNA片段长度不同可知，DNA分子的多个复制起点并不是同时开始复制的。故选A。
[答案]　A
【应用·体验】
1．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
解析：答案：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。DNA解旋酶破坏碱基对的氢键，使DNA双链解旋，而氢键的形成不需要酶的催化；DNA聚合酶可催化形成磷酸二酯键，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。
2．下图表示DNA复制的过程，结合图示判断，下列有关叙述错误的是(　　)
A．DNA复制过程中首先需要解旋酶破坏DNA双链间的氢键，使两条链解开
B．DNA分子的复制具有边解旋边复制的特点，生成的两条子链方向相反
C．DNA分子的复制需要DNA聚合酶将单个脱氧核苷酸连接成DNA片段
D．DNA的两条子链都是连续合成的
解析：答案：D　由图可知，两条子链中，一条是连续合成的，另一条是不连续合成的。
新知探究(二)　DNA复制的相关计算
【拓展·深化】
DNA复制过程中相关物质数量变化规律
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．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不含亲代链的子代DNA分子数＝(2n－2)个。
2．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。
3．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。
[思考·讨论]
(1)用15N标记的DNA分子，放入含14N的培养基中进行复制，当测得含有15N的DNA分子数为12.5%时，该DNA分子复制了几次？
提示：4次。含15N的DNA分子在含14N培养基中复制n次，则形成2n个DNA分子，其中含15N的DNA分子占2/2n，已知2/2n＝12.5%，则n＝4。
(2)DNA复制n次与第n次复制各形成多少个DNA分子？
提示：DNA复制n次形成2n个DNA分子，第n次复制形成2n－1个DNA分子。
【典题·例析】
[典例1]　假设一个双链均被32P标记的DNA由5 000个碱基对组成，其中腺嘌呤占全部碱基的20%，将其置于只含有31P的环境中复制3次。下列叙述错误的是(　　)
A．该DNA分子中含有氢键的数目为1.3×104
B．子代DNA分子平均相对分子质量与亲代相比减少3.75×103
C．子代DNA分子中含32P的脱氧核苷酸单链与含31P的脱氧核苷酸单链之比为1∶7
D．复制过程中需要2.1×104个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸
[解析]　根据题干信息分析可知，DNA中A＝T＝2 000，C＝G＝3 000，A、T碱基对之间有2个氢键，G、C碱基对之间有3个氢键，因此该DNA分子中含有氢键的数目为2 000×2＋3 000×3＝1.3×104，A正确。亲代DNA中的磷元素全为32P，复制3次后，共形成8个DNA分子。其中有2个DNA分子的一条链只含32P、另一条链只含31P，其相对分子质量比原来减少了5 000；另6个DNA分子的两条链都只含31P，其相对分子质量比原来减少了10 000，则子代DNA的相对分子质量平均比亲代DNA减少(5 000×2＋10 000×6)÷8＝8 750，B错误。由题意可知，被32P标记的DNA单链是2条，含有31P的单链是2×8－2＝14(条)，因此子代DNA分子中含32P的单链与含31P的单链之比为1∶7，C正确。复制过程需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸数为3 000×(8－1)＝2.1×104(个)，D正确。
[答案]　B
[典例2]　已知某DNA分子含有500个碱基对，其中一条链上A∶G∶T∶C＝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2 100个，则该DNA分子已经复制了(　　)
A．3次　　　　　　　 B．4次
C．5次 D．6次
[解析]　根据DNA分子含有500个碱基对，而一条单链上碱基A∶G∶T∶C＝1∶2∶3∶4，则该链中A、G、T、C分别是50、100、150、200(个)，另一条单链上依次是150、200、50、100(个)。因此，该DNA分子中含有鸟嘌呤的脱氧核苷酸为100＋200＝300(个)。复制数次后，所有DNA中的鸟嘌呤脱氧核苷酸的数量是2 100＋300＝2 400(个)，设该DNA分子复制了n次，则有关系式：2n ×300＝2 400，解得n＝3。故选A。
[答案]　A
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。
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【应用·体验】
1．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。下列叙述错误的是(　　)
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
解析：答案：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正确；噬菌体DNA上有m个碱基对，其中胞嘧啶有n个，则鸟嘌呤有n个，胸膘嘧啶=腺嘌呤=（m-n）个，因此氢键个数＝2(m－n)＋3n＝(2m＋n)个，B正确；噬菌体繁殖4次，子代噬菌体中有16个含31P，C错误；噬菌体DNA第4次复制共需要腺嘌呤脱氧核苷酸＝2n－1(m－n)＝8(m－n)个，D正确。
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n次复制过程中，总共需要2n(m－a)个
解析：答案：D　DNA分子复制一次，可产生2个DNA分子，因为每个DNA分子中含有(m－a)个胞嘧啶脱氧核苷酸，所以复制一次时，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次复制后，会形成2n个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；在第n次复制过程中，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。
新知探究(三)　基因通常是有遗传效应的DNA片段
【探究·深化】
[问题驱动]　
下图甲表示果蝇某一条染色体上的几个基因，图乙表示物质或结构的从属关系，请分析回答：
(1)图甲体现了基因与染色体有什么关系？基因都在染色体上吗？
提示：①基因在染色体上呈线性排列；②一条染色体上含有多个基因；③染色体是基因的载体。基因并不是都在染色体上，真核生物的核基因位于染色体上，质基因位于叶绿体或线粒体中，原核生物的基因位于拟核或质粒中，病毒的基因位于核酸分子中。
(2)一条染色体上有几个DNA分子？一个DNA分子中有很多个基因，这些基因是不是连续排列的？
提示：一条染色体上有1个或2个DNA分子。一个DNA分子中基因并非连续排列的，基因之间有一些碱基序列不属于基因。
(3)图乙中表示染色体、基因、DNA、脱氧核苷酸之间的关系，则a、b、c、d分别是什么？
提示：a为染色体，b为DNA，c为基因，d为脱氧核苷酸。
[重难点拨]　
(一)全面理解基因的内涵
(1)本质上，基因通常是有遗传效应的DNA片段。
(2)结构上，基因是含有特定遗传信息的脱氧核苷酸序列。
(3)功能上，基因是遗传物质的结构和功能的基本单位。
(4)位置上，基因在染色体上呈线性排列。
(二)染色体、DNA、基因、脱氧核苷酸的关系
(三)基因、染色体、蛋白质、性状的关系
(1)对于真核细胞来说，染色体是基因的主要载体；线粒体和叶绿体中也含有基因。
(2)对于原核细胞来说，基因存在于拟核中的DNA分子或质粒上，DNA是裸露的，并没有与蛋白质一起构成染色体，因此，没有染色体这一载体。
【典题·例析】
[典例1]　下列有关基因的叙述，错误的是(　　)
A．每个基因通常都是DNA分子上的一个片段
B．DNA分子上的每一个片段都是基因
C．DNA分子的结构发生改变，基因的结构不一定发生改变
D．真核细胞的核基因位于染色体上，在染色体上呈线性排列
[解析]　每个基因通常都是DNA分子上的一个片段，A正确；基因通常是有遗传效应的DNA片段，B错误；DNA分子的非基因结构发生改变，不会引起基因结构变化，C正确；染色体是基因的主要载体，基因在染色体上呈线性排列，D正确。
[答案]　B
[典例2]　如图表示脱氧核苷酸、基因、DNA和染色体间的关系。下列有关叙述错误的是(　　)
A．d是脱氧核苷酸，其种类取决于c的种类
B．基因通常是具有遗传效应的f片段
C．e含有的碱基总数等于f
D．基因的主要载体是染色体
[解析]　图中c为含氮碱基，d为脱氧核苷酸，根据含氮碱基不同，可将脱氧核苷酸分为四种，A正确；基因(e)是有遗传效应的DNA(f)片段，故基因含有的碱基总数小于f，B正确，C错误；基因的主要载体是染色体，并在其上呈线性排列，D正确。
[答案]　C
易错提醒—————————————————————————————————
基因概念理解的三个误区
(1)不是所有的DNA片段都是基因，必须是有遗传效应的DNA片段才是基因。
(2)不是所有的基因都位于染色体上，叶绿体、线粒体和拟核区也有基因。
(3)基因不全是有遗传效应的DNA片段，对于遗传物质是RNA的生物而言，基因就是有遗传效应的RNA片段，遗传信息蕴藏在4种碱基(A、U、G、C)的排列顺序之中。
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【应用·体验】
1．如图是果蝇某条染色体上的一段DNA分子的示意图。下列说法正确的是(　　)
A．白眼基因含有多个核糖核苷酸
B．白眼基因是有遗传效应的DNA片段
C．白眼基因位于细胞质内
D．白眼基因基本组成单位是4种碱基
解析：答案：B　基因通常是有遗传效应的DNA片段，其基本组成单位与DNA相同，即为脱氧核苷酸，脱氧核苷酸共有4种，B正确，D错误；每个DNA分子上含有很多个基因，每个基因中含有许多个脱氧核苷酸，A错误；染色体是DNA的主要载体，白眼基因位于染色体上，是细胞核基因，C错误。
2．从分子水平上对生物体具有多样性或特异性的分析，错误的是(　　)
A．碱基对的排列顺序的千变万化，决定了DNA分子的多样性
B．碱基对的特定的排列顺序，决定了DNA分子的特异性
C．一个含2 000个碱基的DNA分子，其碱基对可能的排列方式就有41 000种
D．人体内控制β 珠蛋白的基因由1 700个碱基对组成，其碱基对可能的排列方式有41 700种
解析：答案：D　碱基对的排列顺序的千变万化，构成了DNA分子基因的多样性，A正确；碱基对的特定的排列顺序，又构成了每一个DNA分子基因的特异性，B正确；DNA中的碱基有A、T、C、G 4种，由n对碱基形成的DNA分子，其碱基对可能的排列方式最多有4n种，C正确；β 珠蛋白基因碱基对的排列顺序是β 珠蛋白所特有的，D错误。
科学探究——探究DNA半保留复制方式的假说—演绎过程分析
1．实验方法：同位素标记法和离心技术。
2．实验原理：含15N的双链DNA密度大，含14N的双链DNA密度小，一条链含14N、一条链含15N的双链DNA密度居中。
3．假说—演绎过程
(1)实验假设：DNA以半保留的方式复制。
(2)实验预期：离心后应出现3条DNA带。
①重带(密度最大)：两条链都为15N标记的亲代双链DNA。
②中带(密度居中)：一条链为14N标记，另一条链为15N标记的子代双链DNA。
③轻带(密度最小)：两条链都为14N标记的子代双链DNA。
(3)实验过程
(4)过程分析
①立即取出，提取DNA→离心→全部重带。
②繁殖一代后取出，提取DNA→离心→全部中带。
③繁殖两代后取出，提取DNA→离心→1/2轻带、1/2中带。
4．实验结论：DNA的复制是以半保留方式进行的。
【素养评价】
1．细菌在含15N的培养液中繁殖数代后，细菌DNA的含氮碱基皆含有15N，然后再将其移入含14N的培养液中培养，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DNA应为⑤
解析：答案：C　亲代DNA只含15N标记，应为⑤；复制一次后，DNA一条链含15N，一条链含14N，应为②；复制两次后形成4个DNA，其中2个DNA只含14N标记，2个DNA的一条链含15N，一条链含 14N，应为①；复制三次后形成8个DNA，其中6个DNA只含 14N标记，2个DNA的一条链含 14N，一条链含15N，应为③。故选C。
2．下列有关“探究DNA的复制过程”活动的叙述，正确的是(　　)
A．培养过程中，大肠杆菌将利用NH4Cl中的N合成DNA的基本骨架
B．通过对第二代大肠杆菌DNA的离心，得出DNA复制的特点为半保留复制
C．将含14N/14NDNA的大肠杆菌放在以15NH4Cl为唯一氮源的培养液中培养若干代，所获得的大肠杆菌的DNA中都含有15N
D．将含15N/15NDNA的大肠杆菌转移到以14NH4Cl为唯一氮源的培养液中繁殖一代后，若将提取的子代大肠杆菌DNA解旋处理后进行离心，离心管中将只出现1个条带
解析：答案：C　培养过程中，大肠杆菌将利用NH4Cl中的N合成含氮碱基，进而形成DNA两条链之间的碱基对，A错误；通过对亲代、第一代、第二代大肠杆菌DNA的离心，对比分析才可得出DNA复制的特点为半保留复制，B错误；根据DNA的半保留复制特点，将含14N/14NDNA的大肠杆菌放在以15NH4Cl为唯一氮源的培养液中培养若干代，所获得的大肠杆菌的DNA中都含有15N，C正确；将含15N/15NDNA的大肠杆菌转移到以14NH4Cl为唯一氮源的培养液中繁殖一代后，若将提取的子代大肠杆菌DNA解旋处理后进行离心，离心管中将出现轻、重2个条带，D错误。
3．DNA的复制方式，可以通过设想来进行预测，可能的情况是全保留复制、半保留复制、分散(弥散)复制三种。究竟是哪种复制方式呢？用下面设计实验来证明DNA的复制方式。
实验步骤：
a．在氮源为14N的培养基中生长的大肠杆菌，其DNA分子均为14NDNA(对照)。
b．在氮源为15N的培养基中生长的大肠杆菌，其DNA分子均为15NDNA(亲代)。
c．将亲代15N大肠杆菌转移到氮源为含14N的培养基中，再连续繁殖两代(Ⅰ和Ⅱ)，用离心法分离，不同分子量的DNA分子将分布在试管中的不同位置上。
实验预测：
(1)如果与对照(14N/14N)相比，子代Ⅰ能分辨出两条DNA带：一条________带和一条________带，则可以排除____________和分散复制。
(2)如果子代Ⅰ只有一条中密度带，则可以排除__________，但不能肯定是______________________。
(3)如果子代Ⅰ只有一条中密度带，再继续做子代ⅡDNA密度鉴定：若子代Ⅱ可以分出____________和________，则可以排除分散复制，同时肯定是半保留复制； 如果子代Ⅱ不能分出________两条密度带，则排除__________，同时确定为________。
解析：从题目中的图示可知，深色代表亲代DNA的脱氧核苷酸链(母链)，浅色代表新形成的子代DNA的脱氧核苷酸链(子链)。全保留复制后得到的两个DNA分子，一个是原来的两条母链重新形成的亲代DNA分子，一个是两条子链形成的子代DNA分子；半保留复制后得到的每个子代DNA分子的一条链为母链，另一条链为子链；分散复制后得到的每个子代DNA分子的单链都是由母链片段和子链片段间隔连接而成的。
答案：(1)轻(14N/14N)　重(15N/15N)　半保留复制
(2)全保留复制　半保留复制或分散复制　(3)一条中密度带　一条轻密度带　中、轻　半保留复制　分散复制
[课时跟踪检测]
[理解·巩固·落实]
1．判断下列叙述的正误，对的打“√”，错的打“×”。
(1)DNA复制是以DNA的一条链为模板进行的。(×)
(2)DNA分子复制时总是先解旋后复制，而且每个子代DNA分子中都保留了一条母链。(×)
(3)DNA复制时，严格遵循A—U、C—G的碱基互补配对原则。(×)
(4)DNA的遗传信息蕴藏在4种碱基的排列顺序中。(√)
(5)碱基排列顺序的千变万化，构成了DNA的多样性。(√)
(6)任何生物的基因都是有遗传效应的DNA片段。(×)
2．下列关于DNA分子复制的叙述，错误的是(　　)
A．以脱氧核苷酸为原料
B．需要解旋酶和能量
C．边解旋边复制，复制出的子代DNA一般与亲代完全一样
D．在DNA聚合酶的作用下，模板链和子链之间形成氢键
解析：答案：D　DNA分子复制以4种游离的脱氧核苷酸为原料，A正确。DNA复制过程需要解旋酶、DNA聚合酶的催化并且消耗ATP，B正确。从结果看，DNA的复制方式为半保留复制；从过程看，DNA的复制方式为边解旋边复制，由于以DNA双链为模板，遵循碱基互补配对原则，所以一般情况下复制出的子代DNA与亲代完全一样，C正确。在DNA聚合酶的作用下，形成磷酸二酯键而不是氢键，D错误。
3．下列关于基因、DNA和染色体关系的说法，错误的是(　　)
A．染色体是基因的主要载体
B．一条染色体上只有一个DNA分子
C．一个DNA分子上有许多个基因
D．基因上脱氧核苷酸的排列顺序蕴藏着遗传信息
解析：答案：B　染色体是基因的主要载体，A正确；DNA复制前一条染色体含一个DNA分子，DNA复制后一条染色体含两个DNA分子，B错误；基因通常是有遗传效应的DNA片段，一个DNA分子上有许多个基因，C正确；基因上脱氧核苷酸的排列顺序蕴藏着遗传信息，D正确。
4．某亲本DNA分子双链均以白色表示，以灰色表示第一次复制出的DNA子链，以黑色表示第二次复制出的DNA子链，该亲本双链DNA分子连续复制两次后的产物是(　　)
解析：答案：D　亲代DNA双链用白色表示，DNA复制方式是半保留复制，因此复制一次后得到的两个DNA分子只含有白色和灰色，而第二次复制得到的四个DNA分子以这两个DNA分子的四条链为模板合成的四个DNA分子中，都含有黑色的DNA子链，D正确。
5．DNA的多样性和特异性分别决定于(　　)
A．碱基对不同的排列顺序和碱基特定的排列顺序
B．细胞分裂的多样性和DNA复制的稳定性
C．碱基对不同的排列顺序和碱基互补配对原则
D．DNA分子的双螺旋结构和解旋酶的特异性
解析：答案：A　碱基对的不同排列顺序决定了DNA的多样性，而碱基特定的排列顺序又构成了每个DNA的特异性。故选A。
6．科学研究发现，小鼠体内HMIGIC基因与肥胖直接相关。具有HMIGIC基因缺陷的实验小鼠与作为对照的正常小鼠吃同样多的高脂肪食物，一段时间后，对照组小鼠变得十分肥胖，而具有HMIGIC基因缺陷的实验小鼠体重仍然保持正常，这说明(　　)
A．基因在DNA上　　　 B．基因在染色体上
C．基因具有遗传效应 D．DNA具有遗传效应
解析：答案：C　该题干中没有涉及基因和DNA、染色体的关系；由题干信息分析可知，肥胖这一性状是由HMIGIC基因决定的，说明基因控制生物体的性状，具有遗传效应；该实验中没有涉及性状表现与DNA的关系，因此不能说明DNA具有遗传效应。故选C。
7．用32P标记玉米体细胞(含有20条染色体)的DNA分子双链，再将这些细胞转入不含32P的培养基中培养，在第二次细胞分裂的中期、后期及所产生的子细胞中，被32P标记的染色体数分别为(　　)
A．20、40、20 B．20、20、20
C．20、20、0～20 D．20、40、0～20
解析：答案：C　根据题意可知，用32P标记玉米体细胞的DNA分子双链，再将这些细胞转入不含32P的培养基中培养，由于DNA复制方式为半保留复制，经过第一次分裂产生的子细胞中的20条染色体中的DNA分子均有放射性标记，但只有其中的一条单链被标记；经过再一次的DNA复制后，第二次有丝分裂中期时，染色单体没有分开，而这2条没有分开的染色单体上，其中有1条被32P标记，导致整条染色体也被32P标记，即第二次有丝分裂中期20条染色体都被标记，第二次有丝分裂后期有40条染色体，其中被标记的有20条，随后发生彼此分离的子染色体随机组合进入不同的子细胞中，因此在第二次分裂产生的子细胞中含有被32P标记的染色体数可能为0～20个不等。故选C。
8.用15N标记亲代大肠杆菌，然后转至以14NH4Cl为唯一氮源的培养液中培养，已知细菌繁殖一代需20 min，实验过程中，每隔20 min收集并提取DNA进行离心，如图是两次收集的子代DNA离心结果模拟示意图。 下列有关叙述正确的是(　　)
A．乙结果的出现需要40 min
B．丁中两层DNA所含的氢键数相等
C．丙中每个DNA中碱基排列顺序不同
D．随着繁殖次数的增加，丙图所示位置的条带将会消失
解析：答案：B　由于DNA复制方式是半保留复制，所以乙结果中不会出现只有15N标记的DNA，A错误；由于DNA复制产生的子代DNA相同，所以丁中两层DNA所含的氢键数相等，B正确；丙中每个DNA中碱基排列顺序都相同，C错误；随着繁殖次数的增加，丙图所示位置的条带所占比例越来越小，但不会消失，D错误。
9．图1中DNA分子有a和d两条链，Ⅰ和Ⅱ均是DNA分子复制过程中所需要的酶，将图1中某一片段放大后如图2所示。请分析回答下列问题：
(1)从图1可看出DNA复制的方式是____________，Ⅰ是________酶，Ⅱ是________酶。
(2)图2中，DNA分子的基本骨架由________(填序号)交替连接而成，该DNA片段中含有________个游离的磷酸基团。
(3)图2中④名称是__________________________。一条脱氧核苷酸链上相邻的碱基A和T之间通过“____________________________”连接。
(4)该过程发生的时间为______________________________________________________。
(5)DNA分子复制时，在有关酶的作用下，以母链为模板，以游离的____________为原料，按照碱基互补配对原则，合成与母链互补的子链。
(6)若亲代DNA分子中A＋T占60%，则子代DNA分子某一条单链中A＋T占________%。
(7)若将含14N的细胞放在只含15N的环境中培养，使细胞连续分裂4次，则最终获得的子代DNA分子中，含14N 的占________。
解析：(1)从图1可看出DNA复制的方式是半保留复制，Ⅰ是解旋酶，Ⅱ是DNA聚合酶。(2)图2中，DNA分子的基本骨架由②脱氧核糖与③磷酸交替连接而成，该DNA片段中含有2个游离的磷酸基团。(3)图2中④名称是胸腺嘧啶脱氧核苷酸，一条脱氧核苷酸链上相邻的碱基A和T之间通过“脱氧核糖磷酸脱氧核糖”连接。(4)DNA复制发生的时间为有丝分裂间期或减数分裂Ⅰ前的间期。(5)DNA分子复制时，在有关酶的作用下，以母链为模板，以游离的脱氧核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则，合成与母链互补的子链。(6)若亲代DNA分子中A＋T占60%，子代DNA分子某一条单链中A＋T也占60%。(7)若将含14N的细胞放在只含15N的环境中培养，使细胞连续分裂4次，则最终获得的子代DNA分子中，含14N的占1/8。
答案：(1)半保留复制　解旋　DNA聚合　(2)②③　2
(3)胸腺嘧啶脱氧核苷酸　脱氧核糖磷酸脱氧核糖
(4)有丝分裂间期或减数分裂Ⅰ前的间期　(5)脱氧核苷酸　(6)60　(7)1/8
[迁移·应用·发展]
10．1958年科学家用15N和14N标记大肠杆菌，并提取其DNA。利用DNA分子对紫外光有光吸收的特点确定DNA在密度梯度离心后在离心管中所处的位置，实验结果如下图。图中深色的区域是紫外光被一定程度吸收而形成的。下列分析错误的是(不考虑实验误差)(　　)
A．实验中定时取一些大肠杆菌提取其DNA，但是不需检测其放射性
B．1.9～3.0代的条带深度变化说明位置b处的DNA的含量比例下降了
C．该实验是先用14N标记大肠杆菌多代后，再转移到15N环境中培养的
D．若分别用14C、12C取代15N、14N，每代色带的相对位置仍基本相同
解析：答案：C　由于利用DNA分子对紫外光有光吸收的特点而不是检测放射性，所以实验中定时取一些大肠杆菌提取其DNA，但是不需检测其放射性，A正确；根据图示，1.9～3.0代的条带深度变化说明位置b处的DNA的含量比例下降了，c处的DNA的含量比例上升了，B正确；由于0代时，DNA的条带在a处，所以该实验是先用15N标记大肠杆菌多代后，再转移到14N环境中培养的，C错误；若分别用14C、12C取代15N、14N，每代色带的相对位置仍基本相同，D正确。
11．科学家运用同位素标记、密度梯度离心等方法研究DNA复制的机制。请回答问题：
(1)研究者用蚕豆根尖进行实验，主要步骤如下：
步骤A 将蚕豆根尖置于含放射性3H标记胸腺嘧啶的培养液中，培养大约一个细胞周期的时间 步骤C
在第一个、第二个和第三个细胞周期取样，检测中期细胞染色体上的放射性分布
步骤B 取出根尖，洗净后转移至不含放射性物质的培养液中，继续培养大约两个细胞周期的时间
①步骤A的目的是标记细胞中的________分子。若依据“DNA半保留复制”假说推测，DNA分子复制的产物应符合甲图中的__________(填字母)。
②若第二个细胞周期的放射性检测结果符合乙图中的__________，且第三个细胞周期的放射性检测结果符合乙图中的__________，则假说成立。(均填字母)
(2)研究者为进一步确定“DNA半保留复制”的假说，将两组大肠杆菌分别在15NH4Cl培养液和14NH4Cl培养液中繁殖多代，培养液中的氮可被大肠杆菌用于合成四种__________分子，作为DNA复制的原料，最终得到含15N的大肠杆菌和含14N的大肠杆菌。
(3)实验一：从含15N的大肠杆菌和含14N的大肠杆菌中分别提取亲代DNA，混合后放在100℃条件下进行热变性处理，然后进行密度梯度离心，再测定离心管中混合的DNA单链含量，结果如图a所示。
热变性处理导致DNA分子中碱基对之间的__________发生断裂，形成两条DNA单链，因此图a中出现两个峰。
(4)实验二：研究人员将含15N的大肠杆菌转移到14NH4Cl培养液中，繁殖一代后提取子代大肠杆菌的DNA(F1DNA)，将F1DNA热变性处理后进行密度梯度离心，离心管中出现的两个条带对应图b中的两个峰。若将未进行热变性处理的F1DNA进行密度梯度离心，则离心管中只出现一个条带。据此分析，F1DNA是由__________(填序号)组成，作出此判断的依据是__________(填序号，多选)。
①两条15N DNA单链
②两条14N DNA单链
③两条既含15N、又含有14N的DNA单链
④一条15N DNA单链、一条14N DNA单链
⑤双链的F1DNA密度梯度离心结果只有一个条带，排除“全保留复制”
⑥单链的F1DNA密度梯度离心结果有两个条带，排除“弥散复制”
⑦图b与图a中两个峰的位置相同，支持“半保留复制”
解析：(1)胸腺嘧啶是合成DNA的原料，因此步骤A的目的是标记细胞中DNA分子。依据“DNA半保留复制”假说推测，DNA分子复制形成的子代DNA分子中有一条链为亲代链，另一条链为新合成的子链，即图甲中的a。若假说成立，即DNA分子的复制方式为半保留复制，则第二个细胞周期的放射性检测结果是每条染色体含有两条染色单体，其中一条单体含有放射性，另一条单体不含放射性，即符合图乙中的e；第三个细胞周期的放射性检测结果是有一半染色体不含放射性，另一半染色体的姐妹染色单体中，有一条单体含有放射性，另一条单体不含放射性，即符合图中的e和f。(2)脱氧核糖核苷酸分子是DNA复制的原料，脱氧核糖核苷酸的组成元素是C、H、O、N、P，培养液中的氮可被大肠杆菌用于合成四种脱氧核糖核苷酸。(3) DNA分子中碱基对之间以氢键相连，热变性处理导致DNA分子中碱基对之间的氢键发生断裂，形成两条DNA单链。(4)将DNA被15N标记的大肠杆菌移到14N培养基中培养，因合成DNA的原料中含14N，所以新合成的DNA链均含14N。根据半保留复制的特点，第一代的2个DNA分子都应一条链含15N，一条链含14N，故选④。若将未进行热变性处理的F1 DNA进行密度梯度离心，则离心管中只出现一个条带，将F1 DNA热变性处理后进行密度梯度离心，则离心管中出现的两种条带，即14N条带和15N条带，对应图b中的两个峰。若为全保留复制，则双链的F1 DNA，1个DNA分子两条链都是14N,1个DNA分子两条链都是15N，密度梯度离心结果有2个条带，1个14N条带，1个15N条带，而本实验双链的F1 DNA密度梯度离心结果只有一个条带，排除“全保留复制”。若为弥散复制则单链的F1 DNA密度梯度离心结果只有1个条带，而本实验单链的F1 DNA密度梯度离心结果有两个条带，排除“弥散复制”。从含15N的大肠杆菌和含14N的大肠杆菌中分别提取亲代DNA，即一个2条链l5N的DNA分子和一个2条链都是14N的DNA分子，混合后放在100 ℃条件下进行热变性处理，成单链，然后进行密度梯度离心，应该含有2个条带，1个14N条带，1个15N条带，如图a，将DNA被15N标记的大肠杆菌移到14N培养基中培养，因合成DNA的原料中含14N，所以新合成的DNA链均含14N。根据半保留复制的特点，第一代的2个DNA分子都应一条链含15N，一条链含14N，如图b，图b与图a中两个峰的位置相同，支持“半保留复制”。
答案：(1)①DNA　a　②e　e和f　(2)脱氧核苷酸　(3)氢键　(4)④　⑤⑥⑦