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第3节 DNA的复制
知识梳理·填准记牢
一、伴性遗传与人类红绿色盲
1．伴性遗传
(1)概念：决定某些性状的基因位于__________上，在遗传上总是和________相关联的现象。
(2)常见实例：人类红绿色盲、抗维生素D佝偻病和果蝇的红眼和白眼等。
性染色体
性别
2．人类红绿色盲
(1)人类的X、Y性染色体
X染色体携带着许多基因，Y染色体上携带的基因比较少，因此许多位于X染色体上的基因，在Y染色体上没有相应的____________。
(2)红绿色盲基因位于____________上，____________上没有等位基因。
等位基因
X染色体
Y染色体
(3)人类正常色觉和红绿色盲的基因型和表型
女性 男性
基因型 _______ _______ _______ _______ _______
表型 正常 正常(携带者) 色盲 正常 色盲
XBXB
XBXb
XbXb
XBY
XbY
(4)人类红绿色盲遗传的主要婚配方式
①女性正常和男性色盲
女性携带者
②女性携带者和男性正常
女性携带者
男性色盲
③女性色盲与男性正常
男性色盲
④女性携带者与男性色盲
女性色盲
男性色盲
(5)遗传特点
①患者中____性远多于女性；
②男性患者的患病基因只能从________那里传来，以后只能传给________；
③女性患病，其父其子必患病；男性正常，其母其女均正常。
男
母亲
女儿
二、抗维生素D佝偻病等其他伴性遗传病
1．抗维生素D佝偻病
显
患者
正常
XdY
女
男
女
男
2．伴Y染色体遗传病
如图为人类外耳道多毛症患者的遗传系谱图，请据图归纳：
致病基因只位于____染色体上，无显隐性之分，患者后代中________全为患者，________全为正常。简记为“男全______，女全______”。
Y
男性
女性
病
正
三、伴性遗传理论在实践中的应用
1．有性染色体的生物的性别决定方式
决定方式 雌性 雄性
XY型 ______ ______
ZW型 ______ ______
XX
XY
ZW
ZZ
2.伴性遗传理论在实践中的应用
(1)推算致病基因来源及后代发病率，指导人类的优生优育。
婚配 生育建议
正常男性×患血友病的女性 生________，因为_________________________________________
患抗维生素D佝偻病的男性×正常女性 生________，因为_______________________
女孩
他们所生的男孩全部是患者，所生女孩虽为致病基因的携带者，但表现是正常的
男孩
他们所生女孩全部是抗维生素D佝偻病患者，而男孩表现正常
(2)根据性状推断后代的性别，指导生产实践。
例如：鸡的性别决定是ZW型，鸡的羽毛芦花(B)和非芦花(b)是一对相对性状，基因B、b位于Z染色体上。
ZBZb
雄
ZbW
雌
知识应用·强化落实
1.判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)性染色体上的基因都与性别决定有关。( )
(2)无论是男性还是女性，只要含有红绿色盲基因就是红绿色盲患者。( )
×
解析：性染色体上有决定性别的基因，但不是所有基因都与性别决定有关，如人类红绿色盲基因与性别决定无关。
×
解析：男性只要含有红绿色盲基因就是红绿色盲患者，但女性只有两条X染色体上都含有红绿色盲基因时才是红绿色盲患者。
(3)男性的X染色体来自母亲，遗传给女儿；Y染色体来自父亲，遗传给儿子。( )
(4)某女孩为色盲基因携带者，其母亲色觉正常，则该色盲基因一定来自其父亲。( )
√
×
解析：女孩的母亲也可能是色盲基因携带者，即该色盲基因也可能来自其母亲。
2．连线
学习主题一 对DNA复制的推测及DNA半保留复制的实验证据
任务驱动
任务一 科学家曾提出DNA复制方式的三种假说：全保留复制、半保留复制和分散复制(复制完成后，亲代DNA双链被切成片段后，分散进入子代复制品的每条链中)，如图所示。
请据图回答下列问题：
1．用什么技术区分来自模板DNA的母链与新合成的DNA子链？
2．如何测定子代DNA带有同位素的情况？
提示：同位素标记技术。
提示：对DNA进行离心，观察其在离心管中的分布。
3．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 下部，100% 15N/15N－DNA
第一代 下部 ，上部 . 。
第二代 下部 ，上部 . .
50%
50%
15N/15N－DNA、14N/14N－DNA
25%
75%
15N/15N－DNA、14N/14N－DNA
4.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如何？
5．科学家的实验结果显示第一代只出现一条中带，这个结果排除了哪种复制方式？
提示：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。
提示：排除了全保留的复制方式。
6．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哪种复制方式排除掉？
提示：排除了分散复制的方式。
任务二 回答与DNA复制相关的问题：
1．在DNA复制过程中需要解旋酶和DNA聚合酶，这两种酶的作用分别是什么？
2．DNA的复制为什么需要适宜的温度和pH
提示：解旋酶的作用是将两条脱氧核苷酸链打开，DNA聚合酶的作用是将单个的脱氧核苷酸连接到新合成子链的3′端。
提示：因为DNA复制过程需要酶的参与，而酶的活性受温度和pH的影响。
师说解惑,
1.实验过程分析
离心后，DNA分子在试管中的分布
(1)两条链都被15N标记的DNA分子密度最大，离心后应位于试管的底部；
(2)两条链都被14N标记的DNA分子密度最小，密度梯度离心后应位于试管的顶部；
(3)两条链中一条链被14N标记，另一条链被15N标记的DNA分子，密度梯度离心后应位于试管的中部。
2．实验预期结果
3．实验结果
1．将在含15NH4Cl的培养液中培养若干代的某真核细胞转移到含14NH4Cl的培养液中培养，让细胞连续进行有丝分裂，并提取DNA进行离心。下列相关说法中，不正确的是( )
A．细胞经过一次分裂和离心后，DNA位于试管的中层
B．细胞经过两次分裂和离心后，一半DNA位于试管的中层，另一半DNA位于上层
C．细胞经过三次分裂和离心后，3/4的DNA位于试管的中层，1/4的DNA位于试管的上层
D．该实验可以证明DNA的复制方式是半保留复制
答案：C
解析：细胞经过三次分裂和离心后，有3/4的DNA位于试管的上层，1/4的DNA位于试管的中层，C错误。
2．[2024·湖南邵东高二月考]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．该实验运用了离心技术和同位素标记技术
B．子一代结果若为②，可以排除全保留复制的学说
C．根据半保留复制学说，推测子二代结果应为①
D．若加入解旋酶后离心，推测子一代结果应为①
答案：D
解析：本实验运用了同位素标记技术和密度梯度离心法来探究DNA的复制方式，A正确；由于亲代DNA的含氮碱基皆含有15N，将其移入含14N的培养基中培养，得到子一代DNA分子中一条含有15N，另一条含有14N，位于试管中的“中带”区，应为②，该结果不支持全保留复制，B正确；若为半保留复制，则子二代DNA中1/2为14N/15N、1/2为14N/14N，即如图中①，C正确；由于亲代DNA的含氮碱基皆含有15N，将其移入含14N的培养基中培养，得到子一代DNA加入解旋酶后离心，会得到一条重带，一条轻带，与①不符，D错误。
3．“探究DNA的复制过程”实验中，科学家设计了以NH4Cl为氮源培养大肠杆菌的同位素示踪实验，下列叙述不正确的是( )
A．可先将大肠杆菌放入以15NH4Cl为唯一氮源的培养液中培养
B．15N/15N DNA、15N/14N DNA、14N/14N DNA的密度各不相同
C．可对每一代大肠杆菌直接做密度梯度离心，无需破碎细胞处理
D．分析子一代与子二代的离心结果可得出DNA分子的复制方式
答案：C
解析：DNA分子的元素组成包括C、H、O、N、P，可将大肠杆菌放入以15NH4Cl为唯一氮源的培养液中获得双链被15N标记的DNA分子，A正确；离心后15N/15N DNA为重密度带、15N/14N DNA为中密度带、14N/14N DNA为轻密度带，故三者的密度各不相同，B正确；需要将每一代大肠杆菌破碎，释放出DNA分子进行密度梯度离心，会出现密度带，C错误；子一代均为中密度带，子二代1/2中密度带、1/2轻密度带，说明DNA分子的复制方式是半保留复制，D正确。
学习主题二 DNA复制的过程
任务驱动
任务一 如图为真核细胞DNA复制过程的模式图，据图回答相关问题：
1．说出图中酶①和酶②的名称。
2．图示过程主要发生在什么时期？
提示：酶①为解旋酶；酶②为DNA聚合酶。
提示：细胞分裂前的间期。
3．据图可知，酶②使两条子链从5′端到3′端，还是从3′端到5′端进行合成？
4．合成的两条子链间碱基排列顺序相同还是互补？
提示：从5′端到3′端进行合成。
提示：互补。
5．DNA分子的复制具有哪些特点？
提示：半保留复制、边解旋边复制。
任务二 如果用15N标记某一DNA分子的两条链，让其在含有14N的环境中复制n次，结合DNA分子半保留复制的特点，回答下列问题：
1．复制n次后，DNA分子总数和含有15N的DNA分子数分别是多少？
2．复制n次后，DNA分子中含14N的DNA分子数和只含14N的DNA分子数分别是多少？
提示：2n个；2个。
提示：2n个；(2n－2)个。
3．复制n次后，DNA分子中脱氧核苷酸链数、含15N的脱氧核苷酸链数、含14N的脱氧核苷酸链数分别是多少？
提示：2n+1条；2条；(2n+1－2)条。
师说解惑
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．“图解法”分析DNA复制相关计算
(1)将含有15N的DNA分子放在含有14N的培养基中连续复制n次(如上图)，则：
(2)DNA分子复制过程中消耗的脱氧核苷酸数
①若亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，经过n次复制需要消耗该种脱氧核苷酸数为m·(2n－1)个。
②第n次复制需要该种脱氧核苷酸数为m·2n－1个。
3．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”，是“DNA分子数”还是“链数”，是“含”还是“只含”等关键词。
过程评价单
1．[2024·四川成都期末]如图为DNA复制过程示意图。
下列叙述错误的是( )
A．新合成的子链延伸方向是从5′端向3′端
B．解旋酶使DNA双螺旋的两条链完全打开后再开始复制
C．若DNA中C—G碱基对所占比例较高，解旋时会消耗更多能量
D．DNA复制保持了亲代与子代之间遗传信息的连续性
答案：B
解析：DNA复制时，DNA聚合酶催化DNA子链从5′端向3′端延伸，A正确；DNA复制的特点是边解旋边复制，解旋酶能使DNA双螺旋的两条链打开，B错误；C—G碱基对含有的氢键数量比A—T碱基对的多，破坏氢键需消耗能量，若DNA中C—G碱基对所占比例较高，解旋时会消耗更多能量，C正确；DNA半保留复制方式能够精确地指导子代DNA的合成，保持亲代与子代之间遗传信息的连续性，D正确。
2．[2024·山西运城高一期末]一个用15N标记的细菌DNA分子，含100个碱基对，腺嘌呤有40个，其中一条链上含胞嘧啶30个，将它们放入含14N的培养基中连续繁殖3代。下列叙述错误的是( )
A．子代只含14N的DNA分子数为6个
B．第3次复制需游离的胞嘧啶160个
C．子代DNA分子两条链中的鸟嘌呤含量相等
D．子代DNA中嘌呤与嘧啶之比是1∶1
答案：B
解析：DNA复制方式为半保留复制，一个用15N标记的细菌DNA分子，3次复制产生8个DNA分子，其中含有15N/14N的DNA分子为2个，其余只含有14N的DNA分子数为8－2＝6个，A正确；DNA分子中A有40个，故T＝40个，DNA分子中有200个碱基，故C＝G＝60个，故第3次复制需游离的胞嘧啶为23-1×60＝240个，B错误；因子代DNA分子与亲代DNA相同，即G＝60个，其中一条链G＝30个，则另一条链G＝60－30＝30个，C正确；因碱基互补配对原则，双链DNA分子中的嘌呤数与嘧啶数相等，故子代DNA中嘌呤与嘧啶之比是1∶1，D正确。
3．如图为真核生物染色体上DNA分子复制过程示意图
有关叙述不正确的是( )
A．图中DNA分子复制是从多个起点同时开始的
B．图中DNA分子复制是边解旋边双向复制的
C．真核生物DNA分子复制过程中解旋酶作用于氢键
D．真核生物的这种复制方式提高了复制速率
答案：A
解析：分析题图可知，图中的三个复制起点复制的DNA片段的长度不同，圈比较大的表示复制开始的时间较早，因此DNA分子复制的起始时间不同，A错误；DNA分子的复制过程是边解旋边复制的，B正确；DNA分子的复制首先要在解旋酶的作用下使双链间的氢键断裂，C正确；真核生物的DNA分子复制具有多个起点，这种复制方式加速了复制进程，提高了复制速率，D正确。
网络建构
主干落实
1.DNA复制是以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。
2．DNA复制的特点是边解旋边复制和半保留复制。
3．DNA准确复制的原因是DNA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复制的意义是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。
1．研究人员将1个含14N－DNA的大肠杆菌转移到以15NH4Cl为唯一氮源的培养液中，培养1 h后提取子代大肠杆菌的DNA。将DNA双螺旋解开变成单链，然后进行密度梯度离心，试管中出现两种条带(如图)。
下列叙述错误的是( )
A．由结果可推知，该大肠杆菌的细胞周期大约为30 min
B．根据条带的数目和位置无法确定DNA的复制方式
C．解开DNA双螺旋的实质是使碱基对之间的氢键断裂
D．若直接将子代DNA进行密度梯度离心，也能得到两种条带
答案：A
解析：分析题图可知，14N单链∶15N单链＝1∶7，说明DNA 1 h复制了3次(得到8个DNA分子，16条单链)，据此可推知，该大肠杆菌的细胞周期大约为20 min，A错误；由于将DNA双螺旋解开变成了单链，所以根据条带的数目和位置只能判断DNA单链的标记情况，无法判断DNA的复制方式，B正确；解开DNA双螺旋的实质是破坏两条脱氧核苷酸链之间的氢键，C正确；DNA复制3次形成8个DNA分子，其中有2个DNA分子同时含有15N和14N，有6个DNA分子只含有15N，密度梯度离心后能得到两种条带，D正确。
2．如图为科学家利用大肠杆菌探究DNA的复制过程。
下列叙述正确的是( )
A.实验中采用了放射性同位素标记和密度梯度离心的研究方法
B．通过比较试管②和①的结果，无法证明DNA复制为半保留复制
C．可用T2噬菌体代替大肠杆菌进行上述实验，且提取DNA更方便
D．大肠杆菌在含有15NH4Cl的培养液中生长若干代，细胞只有DNA含15N
答案：B
解析：本实验应用了14N和15N，14N和15N都没有放射性，所以本实验采用了同位素标记和密度梯度离心的研究方法，A错误；通过比较试管②和①的结果，说明其复制方式不是全保留复制，可能是半保留复制或分散复制，B正确；T2噬菌体是病毒，没有细胞结构，不能在培养液中独立生活和繁殖，因而不能代替大肠杆菌进行实验，C错误；蛋白质和核酸等物质都含有N元素，所以大肠杆菌在含有15NH4Cl的培养液中生长若干代，细胞中含15N的物质有DNA、RNA、蛋白质等，D错误。
3．下列关于DNA复制过程的顺序，正确的是( )
①互补碱基对之间氢键断裂 ②互补碱基对之间氢键连接 ③DNA分子在解旋酶的作用下解旋
④以解旋后的母链为模板进行碱基互补配对
⑤子链与母链盘绕成双螺旋结构
A．①③④②⑤ B．③①⑤④②
C．①④②⑤③ D．③①④②⑤
答案：D
解析：DNA复制的基本过程是解旋→合成子链→双链螺旋化，在解旋时互补碱基对之间的氢键断裂，在合成子链时形成新的氢键。
4．[2024·湖北宜昌高一期末]一个被15N标记、含1 000个碱基对的DNA分子片段，其中T＋A占30%，若将该DNA分子放在含14N的培养基中连续复制3次，相关叙述错误的是( )
A．用放射性同位素标记法证明DNA分子是半保留复制
B．DNA分子边解旋边复制
C．3次复制后，子代DNA分子中含14N的比例为100%
D．第3次复制需消耗1 200个A
答案：A
解析：15N没有放射性，探究DNA复制时利用的是同位素的质量差异，用不同的DNA条带判定DNA复制的方式，A错误；DNA分子边解旋边复制，以半保留复制方式进行，B正确；由于DNA进行半保留复制，3次复制后，子代DNA分子中含14N的比例为100%，C正确；第3次复制得到23－22＝4个DNA，每个DNA中含有T＋A＝600个，T＝A＝300个，因此第3次复制需消耗300×4＝1 200个A，D正确。
5．在氮源为14N的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA分子均为14N－DNA(对照)；在氮源为15N的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA分子均为15N－DNA(亲代)。将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)，用某种离心方法分离得到的结果如图所示：
请分析回答：
(1)由实验结果可推测第一代(Ⅰ)细菌DNA分子中一条链含________，另一条链含________。
(2)将第一代(Ⅰ)细菌转移到含15N的培养基上繁殖一代，将所得到细菌的DNA用同样方法分离，请参照甲图，将DNA分子可能出现在试管中的位置在乙图中标出。
14N
15N
0∶2∶6
2∶16(或1∶8)
2/3
1
50%
问题探讨
1．提示：半保留复制。
2．提示：不确定性；严谨性。
思考·讨论
1．15N/14N－DNA 1/214N/14N－DNA
1/215N/14N－DNA
2．提示：第一代出现的结果是1/214N/14N－DNA、1/215N/15N－DNA；第二代出现的结果是3/414N/14N－DNA、1/415N/15N－DNA。
旁栏思考题
提示：排除了全保留复制。
练习与应用
一、概念检测
1．(1)× 提示：DNA的复制随着染色体的复制而完成。
(2)× 提示：DNA的复制发生在细胞分裂前的间期。
2．B 提示：DNA复制主要发生在真核生物的细胞核内，另外线粒体、叶绿体及原核生物的拟核等也可发生复制，A错误；碱基互补配对原则保证了复制的准确性，B正确；1个DNA分子复制1次产生2个DNA分子，C错误；游离的脱氧核苷酸在DNA聚合酶的作用下合成子链，D错误。
3．C
二、拓展应用
1．提示：可能有31.6×108×2×10－9≈6个碱基会发生错误。产生的影响可能很大，也可能没有影响。
2．提示：真核生物中DNA的复制是从多个起点开始的，这种复制方式提高了复制速率。
1．[2024·辽宁葫芦岛期末]下列关于DNA复制过程的叙述，正确的是( )
A．DNA复制时先全部解旋，再进行复制
B．解旋后以同一条链为模板合成两条新的子链
C．在复制过程中需要的原料是4种脱氧核苷酸
D．双链解开时需要解旋酶催化而不需要消耗能量
答案：C
解析：DNA复制是边解旋边复制，而不是先全部解旋，再进行复制，A错误；解旋后分别以解开的每一条链为模板合成两条新的子链，B错误；DNA复制过程中需要的原料是4种脱氧核苷酸，C正确；双链解开时需要解旋酶催化，同时需要消耗能量，D错误。
2．[2024·河北唐山高一月考]将DNA全部用15N进行标记的大肠杆菌置于含有14NH4Cl的普通培养液中，使大肠杆菌连续繁殖三代，利用密度梯度离心技术检测DNA的离心位置，图中阴影是密度梯度离心结果，则亲代、子一代、子二代、子三代DNA带依次是( )
A．①②③④ B．③①④②
C．①③②④ D．①②④③
答案：B
解析：亲代DNA为15N/15N－DNA，离心结果为③；子一代DNA为15N/14N－DNA，离心结果为①；子二代DNA为1/214N/14N－DNA、1/215N/14N－DNA，离心结果为④；子三代DNA为3/414N/14N－DNA、1/415N/14N－DNA，离心结果为②，B正确。
3．下列关于DNA复制的叙述中，正确的是( )
A．DNA的复制只发生于有丝分裂前的间期
B．DNA的复制只能发生于细胞核中
C．DNA的复制需要解旋酶和DNA聚合酶，原料是八种游离的核苷酸
D．DNA复制有精确的模板，并严格遵守碱基互补配对原则，所以能准确地将遗传信息传递给子代
答案：D
解析：DNA的复制发生于有丝分裂前的间期和减数分裂前的间期，A错误；DNA的复制也可以发生于线粒体和叶绿体以及原核细胞中，B错误；DNA的复制原料是四种游离的脱氧核苷酸，C错误。
4．[2024·河南周口高一月考]在遗传工程中，若有一个控制有利性状的DNA分子片段，要使其数量增加，可进行人工复制，复制时应给予的条件是( )
①模板链 ②A、U、G、C碱基 ③A、T、C、G碱基
④核糖 ⑤脱氧核糖 ⑥DNA聚合酶
⑦ATP ⑧磷酸 ⑨DNA水解酶
A．①③④⑦⑧⑨ B．①②④⑥⑦⑧
C．①②⑤⑥⑦⑨ D．①③⑤⑥⑦⑧
答案：D
解析：DNA分子复制时以两条链分别为模板，所以需要模板链，①正确；碱基U是RNA分子特有的，DNA分子复制时不需要U，②错误；DNA分子的基本单位——脱氧核苷酸中含有A、T、C、G碱基，③正确；核糖是构成核糖核苷酸的五碳糖，④错误；脱氧核糖是构成脱氧核苷酸的五碳糖，⑤正确；DNA聚合酶能催化合成脱氧核苷酸链，⑥正确；ATP能为DNA分子复制提供能量，⑦正确；磷酸是构成脱氧核苷酸的物质，⑧正确；DNA水解酶催化DNA分子水解，所以在DNA分子复制过程不需要，⑨错误。综上所述，复制时应给予的条件是①③⑤⑥⑦⑧，D正确。
5．[2024·河北沧州高一月考]DNA的复制开始于复制起点——“富含AT”的碱基对序列，一旦复制起点被启动蛋白识别，启动蛋白就会募集其他蛋白质，从而解开双链DNA，形成复制叉。下列有关DNA复制的叙述，错误的是( )
A．“其他蛋白质”应当包括解旋酶
B．DNA复制时会同时出现多个复制叉
C．“富含AT”序列更易于DNA双链的分离
D．复制形成的两条DNA子链碱基互补、方向相反
答案：B
解析：解旋酶的作用是把双链DNA氢键打断，形成两条单链。依题意，“其他蛋白质”参与解开双链DNA，故应包括解旋酶，A正确。DNA分子可以多起点双向复制，可以形成多个复制叉，但复制叉的形成并不是同步的，B错误。A—T碱基对具有2个氢键，C—G碱基对有3个氢键，“富含A—T”序列更易于DNA双链的分离，C正确。由于两条DNA模板链碱基互补、方向相反，所以复制形成的两条链也是碱基互补，方向相反，D正确。
6．[2024·辽宁大连高一月考]DNA通过复制，将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞，从而保持遗传信息的连续性。如图为DNA复制过程模式图，下列相关说法，正确的是( )
A．复制时两条子链的延伸方向相反
B．该过程中需要解旋酶和RNA聚合酶
C．亲代DNA的双螺旋结构全部打开再复制
D．合成的两条子链的碱基序列可互补配对
答案：D
解析：DNA双链是反向平行的，且子链的合成方向都是从5′端→3′端，因此复制时两条子链的延伸方向相同，A错误；该复制过程中需要解旋酶和DNA聚合酶，B错误；DNA分子复制过程是边解旋边复制，不需要把DNA双螺旋结构全部解旋才开始复制，C错误；复制时合成的两条子链是分别以两条母链为模板合成的，故合成的两条子链可互补配对，D正确。
7．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．在复制n次过程中，总共需要2n(m－a)个
答案：D
解析：DNA分子第一次复制时，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，所以第一次复制时，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次复制时，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；在复制n次过程中，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。
8．如图为某含有5 000个碱基对的DNA复制的示意图。该DNA中含有腺嘌呤1 200个，复制泡是DNA正在复制的部分，复制叉是尚未解开螺旋的亲代双链DNA同新合成的两个子代DNA交界处。
下列相关叙述错误的是( )
A．图中DNA复制叉和复制泡产生于细胞分裂的间期
B．多个复制泡的存在说明DNA多起点复制，可提高复制效率
C．该DNA分子中嘌呤之间的氢键数比嘧啶之间的氢键数少
D．该DNA分子第3次复制时，消耗鸟嘌呤的数量是15 200个
答案：C
解析：DNA复制叉和复制泡存在表明DNA正在复制，DNA复制发生在细胞分裂的间期，A正确；复制泡存在表明DNA正在复制，多个复制泡的存在说明DNA多个位点同时复制，可提高复制效率，B正确；嘌呤之间、嘧啶之间不存在氢键，C错误；该DNA有5 000个碱基对，含有腺嘌呤1 200个，根据碱基互补配对原则可知，G有3 800个，第3次复制时，DNA分子由4个复制为8个，相当于新合成4个DNA分子，所以消耗鸟嘌呤的数量是4×3 800＝15 200个，D正确。
9．(14分)[2024·山东青岛高一期中]DNA可以通过自我复制完成遗传信息的传递。如图表示真核生物DNA复制的示意图(引物是一段引导DNA子链合成的RNA片段)。
(1)图中A物质是________，据图分析可得出DNA分子复制的特点有____________________________________________________________。
解旋酶
半保留复制、边解旋边复制
解析：该图表示真核生物DNA复制的示意图，酶A是打开DNA分子双螺旋结构的解旋酶。由图分析可知，新合成的子链与母链结合，体现出半保留复制的特点，解旋酶A边向左移动，DNA分子形成的子链边延长，这体现出边解旋边复制的特点。
(2)DNA双链之间的碱基配对方式是______________________。若1个双链DNA片段中有1 000个碱基对，其中胸腺嘧啶450个，该DNA连续复制四次，在第五次复制时需要消耗________个胞嘧啶脱氧核苷酸。
A和T、G和C
8 800
解析：DNA碱基之间的配对遵循碱基互补配对原则，即A—T、C—G、T—A、G—C。1个双链DNA片段中有1 000个碱基对，其中胸腺嘧啶450个，则胞嘧啶有1 000－450＝550(个)，若该DNA连续复制四次，在第五次复制时需要消耗的胞嘧啶脱氧核苷酸数为2(5－1)×550＝8 800(个)。
(3)以3H标记的脱氧核苷酸添加到大肠杆菌的培养基中，最终在噬菌体DNA中检测到放射性，其原因是__________________________________________。用3H充分标记的大肠杆菌培养噬菌体，得到的子代噬菌体含有3H标记的比例是________。
噬菌体复制DNA需要宿主细胞大肠杆菌提供原料
100%
解析：以3H标记的脱氧核苷酸添加到大肠杆菌的培养基中，标记的脱氧核苷酸被大肠杆菌吸收，为噬菌体DNA复制提供原料，所以在噬菌体DNA中检测到放射性。用3H充分标记的大肠杆菌培养噬菌体，由于DNA的半保留复制，得到的子代噬菌体含有3H标记的比例是100%。
(4)复制过程中，引物最终会被酶切除，从核酸的碱基组成分析，该酶能准确识别出引物的原因是____________________________________。
RNA中含有U(尿嘧啶)，DNA中没有
解析：引物的本质是RNA，其被酶切除时DNA分子并没有受到影响，因而可能是该酶能够准确识别出引物RNA中特有的碱基U(尿嘧啶)，DNA中没有。
10．[2024·福建福州高一期中]真核细胞的DNA分子复制时可观察到多个复制泡(如图所示)。请结合所学知识分析，下列叙述正确的是( )
A．DNA分子复制时需要RNA聚合酶
B．真核细胞DNA以一端为起点复制至另一端
C．这种复制方式不利于提高复制效率
D．复制起始时间越早，复制泡越大
答案：D
解析：DNA分子复制过程需要解旋酶和DNA聚合酶，A错误；真核细胞的DNA分子复制时可观察到多个复制泡，说明真核细胞DNA是多起点复制，B错误；真核细胞的DNA分子具有多个复制起点，这种复制方式加速了复制过程，提高了复制速率，C错误；复制起始时间越早，复制时间越长，复制泡越大，D正确。
11．研究人员将1个含14N/14N－DNA的大肠杆菌转移到15NH4Cl培养液中，培养24 h后提取子代大肠杆菌的DNA。将DNA热变性处理，即解开双螺旋，变成单链，然后进行离心，甲图试管中出现的两种条带分别对应乙图中的两个峰，则大肠杆菌的细胞周期为( )
A．4 h B．6 h
C．8 h D．12 h
答案：C
解析：将1个含14N/14N－DNA的大肠杆菌转移到15NH4Cl培养液中，培养24 h后提取子代大肠杆菌的DNA，DNA热变性离心后，得到的单链14N－DNA占1/8，单链15N－DNA占7/8，14N－DNA单链有2条，则子代双链DNA共8个，繁殖了3代，细胞周期为24÷3＝8 h，C正确。
12．大肠杆菌的质粒是一种环状DNA，如图表示质粒DNA复制过程，其中复制叉是DNA复制时在DNA链上形成的Y形结构。
下列叙述错误的是( )
A．质粒DNA中磷酸基团、碱基、脱氧核糖的数量比为1∶1∶1
B．复制叉的形成离不开解旋酶的参与，需要消耗能量
C．子链的延伸需要核糖核苷酸为原料、DNA聚合酶催化
D．质粒DNA复制具有单起点、双向复制的特点
答案：C
解析：质粒是环状DNA，其基本组成单位是脱氧核糖核苷酸，由一分子磷酸基团、一分子碱基和一分子脱氧核糖组成，A正确；复制叉是DNA复制延伸处的Y形结构，表示DNA正在复制，DNA复制离不开解旋酶，需要消耗能量，B正确；DNA复制过程中子链的延伸需要四种脱氧核糖核苷酸为原料，C错误；从图示质粒DNA的复制过程中可以看出，起始点只有一个，说明质粒DNA的复制具有单起点、双向复制的特点，D正确。
13．用普通培养液培养分裂活跃的真核细胞，在培养液中添加3H－胸腺嘧啶脱氧核苷酸培养几分钟，将细胞转移到普通培养液中继续培养，直至完成一次DNA的复制过程。从上述细胞中分离染色体并进行放射自显影，其中一条DNA分子的结果如图所示。
下列叙述错误的是( )
A．细胞进行DNA的复制时需要酶的参与和能量供应
B．放射性标记的片段散布在未标记的DNA片段之间
C．细胞中的所有脱氧核苷酸链均带有放射性标记
D．该实验结果说明真核细胞的DNA复制是多起点进行的
答案：C
解析：细胞进行DNA的复制时需要酶(如解旋酶和DNA聚合酶等)的参与和能量供应(主要是ATP供能)，A正确；由图可知，一条DNA分子上具有放射性标记的片段不连续，因此放射性标记的片段散布在未标记的DNA片段之间，B正确；由于DNA复制具有半保留复制特点，有些DNA分子含有原来的母链，没有放射性标记，C错误；图中显示一条DNA分子上具有放射性标记的片段不连续，说明真核细胞的DNA复制是多起点进行的，D正确。
14．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
答案：B
解析：若进行有丝分裂，第一次有丝分裂后，子细胞中都含有32P标记的染色体；当细胞处于第二次分裂后期时，有一半的染色体被32P标记染色单体随机分开，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、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。
15．(14分)大肠杆菌DNA呈环状，如图①表示其复制过程。为证明DNA复制的方式，科学家利用大肠杆菌进行了如下实验：将大肠杆菌在15NH4Cl培养液中培养若干代，再将其转移到14NH4Cl培养液中培养，在不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA进行密度梯度离心，记录离心后试管中DNA带的位置，如图②表示几种可能的离心结果。请回答下列问题：
(1)环状DNA分子中每个磷酸基连接________个脱氧核糖，其上基因的特异性是由__________________________决定的。在该DNA分子的一条链上，鸟嘌呤和腺嘌呤的数量之比为3∶5，且两者之和占该条链的48%，则在其互补链上，胸腺嘧啶占该链的百分比为________。
2
脱氧核苷酸(或碱基对)的排列顺序
30%
解析：环状DNA分子中每个磷酸基连接2个脱氧核糖，特定的基因具有特定的脱氧核苷酸(或碱基对)的排列顺序，构成了基因的特异性。在该DNA分子的一条链上，鸟嘌呤和腺嘌呤的数量之比为3∶5，且两者之和占该条链的48%，则在该链上腺嘌呤占5/(3＋5)×48%＝30%。根据碱基互补配对原则，该链上腺嘌呤的百分比等于其互补链上胸腺嘧啶所占百分比，故在其互补链上，胸腺嘧啶占该链的百分比为30%。
(2)复制原点是DNA分子中复制起始的一段序列，该序列中A—T含量很高，有利于DNA复制起始时的解旋，原因是____________________________________。酶1是____________，酶2催化子链延伸的方向是________(填“5′→3′”或“3′→5′”)。
A与T之间的氢键数量少，容易打开
解旋酶
5′→3′
解析：复制原点是DNA分子中复制起始的一段序列，由于A—T碱基对只含有2个氢键，而C—G则含有3个氢键，该序列中A—T含量很高，氢键数量少，容易打开，有利于DNA复制起始时的解旋。据图可知，酶1是解旋酶，催化氢键断裂，酶2是DNA聚合酶，将脱氧核苷酸连接形成脱氧核苷酸链。而DNA聚合酶只能从3′端开始延伸DNA链，所以DNA的合成方向总是从子链的5′端向3′端延伸。
(3)大肠杆菌转移到14NH4Cl培养液中增殖一代，如果DNA为全保留复制，则DNA带的分布应如图②中试管________所示；如果为半保留复制，则DNA带的分布应如图中试管________所示。
E
C
解析：由于亲代DNA的两条单链都含有15N，因此转移到14NH4Cl培养液中增殖一代(DNA复制一次)，如果DNA为全保留复制，则形成的DNA中，1/2的DNA两条链都含15N，密度较大，离心后条带如图②丙(重带)；1/2的DNA两条链都含14N，密度较小，离心后条带如图②甲(轻带)。故如果DNA为全保留复制，则DNA带的分布应如图②中试管E所示。如果为半保留复制，则形成的DNA一条链含15N，另一条链含14N，密度介于两条链都含15N的DNA和两条链都含14N的DNA之间，离心后条带如图②乙(中带)。故如果为半保留复制，则DNA带的分布应如图中试管C所示。
(4)若为半保留复制，如果大肠杆菌增殖三代后，含15N的DNA分子占________。
25%
解析：若DNA是半保留复制，则大肠杆菌转移到14NH4Cl培养液中增殖三代，产生8个DNA分子，其中含15N的DNA分子有2个，故含15N的DNA分子占25%。
16．(16分)大肠杆菌通过二分裂的方式繁殖后代，条件适宜时，约20分钟繁殖一代。研究人员通过实验研究了大肠杆菌DNA的复制方式。先培养大肠杆菌，然后提取DNA，经高速离心后，再测定溶液的紫外光吸收光谱，吸收光谱的峰值位置即为离心管中DNA的主要分布位置，峰值越大，表明该位置的DNA数量越多。
实验步骤如下：
a．将大肠杆菌在含有15NH4Cl(提供氮源)的培养液中培养一段时间。
b．提取大肠杆菌的DNA，测定紫外光吸收光谱(图a，峰值出现在离心管的P处)。
c．将大肠杆菌转移到含有14NH4Cl(提供氮源)的培养液中培养。
d.在培养到6、13、20分钟时，分别取样，提取DNA，并测定紫外光吸收光谱，结果如图b～d所示。
根据以上信息，回答问题：
(1)培养液中N可被大肠杆菌用于合成________________，进一步作为DNA复制的原料。
(2)关于大肠杆菌DNA复制的方式，有三种假设：全保留复制、半保留复制和分散型复制。其原理如图所示：
4种脱氧核苷酸
请分析在不同假设成立时，在20分钟时紫外光吸收光谱的峰值个数，以及峰值的位置与点P的关系。
(3)根据第(2)题中的分析可以判断，现有的实验结果否定了哪种假设？
复制方式 峰值个数 峰值的位置与点P的关系
全保留复制 ①________ ②__________________
半保留复制 ③________ ④__________________
分散型复制 ⑤________ ⑥__________________
2
一个峰值出现在P点的位置，另一个峰值出现在Q点上方
1
峰值出现在Q点的位置
1
峰值出现在Q点的位置
答案：全保留复制
解析：分析题图吸收光谱曲线可知，若DNA复制方式为半保留复制，则P位置表示的是两条链都被标记的DNA，20分钟后出现在Q位置，20分钟后DNA只复制了一代，则Q位置表示的是DNA中一条链被标记另一条链未被标记的DNA。
(1)脱氧核苷酸是DNA复制的原料，脱氧核苷酸组成元素是C、H、O、N、P，培养液中的氮元素可被大肠杆菌用于合成4种脱氧核苷酸。(2)大肠杆菌通过二分裂的方式繁殖后代，条件适宜时，约20分钟繁殖一代，若全保留复制方式成立，则20分钟后，将得到一半双链未被标记的DNA，一半双链被标记的DNA，即通过紫外光照射后将得到2个峰值，且一个在P点的位置，另一个峰值出现在Q点上方；
若半保留复制方式成立，则20分钟后，将得到全是一条链被标记另一条链未被标记的DNA，即通过紫外光照射后将得到1个峰值，且峰值出现在Q点的位置；若分散型复制方式成立，则20分钟后，将得到双链被部分标记的DNA，但通过紫外光照射后得到的光谱与半保留相似，也只得到1个峰值，且峰值出现在Q点的位置。(3)根据第(2)题中的分析可以判断，现有的实验结果可以否定全保留复制方式。
(4)若分散型复制这一假设成立，请在下图中绘制出大肠杆菌在含有14NH4Cl的培养液中培养到40分钟时的紫外光吸收光谱图e(要反映出峰值的大小，以及与P和Q的位置关系)。
解析：若分散型复制这一假设成立，则据(2)的分析可知，大肠杆菌在含有14NH4Cl的培养液中培养到40分钟时，DNA复制了两代，得到含14N更多的DNA分子，则DNA会更轻，通过离心后，会全部集中于Q的上方，所以通过紫外光照射后得到的吸收光谱中只会有1个峰值出现，且T在Q点上方，TQ＜PQ。
(5)根据图a～d，可以看出紫外光吸收光谱只有一个峰值，且峰值的位置由P点逐渐向离心管的上端移动到Q点，原因可能是：____________________________________________________________。
在新培养液中，14N比15N轻，而DNA复制是一个连续的过程，所以会逐渐上移
解析：根据图a～d，可以看出紫外光吸收光谱只有一个峰值，且峰值的位置由P点逐渐向离心管的上端移动到Q点，原因可能是在新培养液中，14N比15N轻，而DNA复制是一个连续的过程，所以会逐渐上移。第3节 DNA的复制
【学习目标】 1.通过DNA的复制，认同生命的延续与发展观；理解遗传信息，认同DNA的遗传物质观。
2．分析DNA复制过程，归纳DNA复制过程中相关数量计算，提高逻辑分析和计算能力。
3．运用假说—演绎法，探究DNA半保留复制。
夯基提能·分层突破
学习主题一 对DNA复制的推测及DNA半保留复制的实验证据
任务驱动
任务一 科学家曾提出DNA复制方式的三种假说：全保留复制、半保留复制和分散复制(复制完成后，亲代DNA双链被切成片段后，分散进入子代复制品的每条链中)，如图所示。
请据图回答下列问题：
1．用什么技术区分来自模板DNA的母链与新合成的DNA子链？
2．如何测定子代DNA带有同位素的情况？
3．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 下部，100% 15N/15N－DNA
第一代 下部 ，上部
第二代 下部 ，上部
4.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如何？
5．科学家的实验结果显示第一代只出现一条中带，这个结果排除了哪种复制方式？
6．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哪种复制方式排除掉？
任务二 回答与DNA复制相关的问题：
1．在DNA复制过程中需要解旋酶和DNA聚合酶，这两种酶的作用分别是什么？
2．DNA的复制为什么需要适宜的温度和pH
师说解惑,
1.实验过程分析
离心后，DNA分子在试管中的分布
(1)两条链都被15N标记的DNA分子密度最大，离心后应位于试管的底部；
(2)两条链都被14N标记的DNA分子密度最小，密度梯度离心后应位于试管的顶部；
(3)两条链中一条链被14N标记，另一条链被15N标记的DNA分子，密度梯度离心后应位于试管的中部。
2．实验预期结果
3．实验结果
过程评价单
1．将在含15NH4Cl的培养液中培养若干代的某真核细胞转移到含14NH4Cl的培养液中培养，让细胞连续进行有丝分裂，并提取DNA进行离心。下列相关说法中，不正确的是( )
A．细胞经过一次分裂和离心后，DNA位于试管的中层
B．细胞经过两次分裂和离心后，一半DNA位于试管的中层，另一半DNA位于上层
C．细胞经过三次分裂和离心后，3/4的DNA位于试管的中层，1/4的DNA位于试管的上层
D．该实验可以证明DNA的复制方式是半保留复制
2．[2024·湖南邵东高二月考]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．该实验运用了离心技术和同位素标记技术
B．子一代结果若为②，可以排除全保留复制的学说
C．根据半保留复制学说，推测子二代结果应为①
D．若加入解旋酶后离心，推测子一代结果应为①
3．“探究DNA的复制过程”实验中，科学家设计了以NH4Cl为氮源培养大肠杆菌的同位素示踪实验，下列叙述不正确的是( )
A．可先将大肠杆菌放入以15NH4Cl为唯一氮源的培养液中培养
B．15N/15N DNA、15N/14N DNA、14N/14N DNA的密度各不相同
C．可对每一代大肠杆菌直接做密度梯度离心，无需破碎细胞处理
D．分析子一代与子二代的离心结果可得出DNA分子的复制方式
学习主题二 DNA复制的过程
任务驱动
任务一 如图为真核细胞DNA复制过程的模式图，据图回答相关问题：
1．说出图中酶①和酶②的名称。
2．图示过程主要发生在什么时期？
3．据图可知，酶②使两条子链从5′端到3′端，还是从3′端到5′端进行合成？
4．合成的两条子链间碱基排列顺序相同还是互补？
5．DNA分子的复制具有哪些特点？
任务二 如果用15N标记某一DNA分子的两条链，让其在含有14N的环境中复制n次，结合DNA分子半保留复制的特点，回答下列问题：
1．复制n次后，DNA分子总数和含有15N的DNA分子数分别是多少？
2．复制n次后，DNA分子中含14N的DNA分子数和只含14N的DNA分子数分别是多少？
3．复制n次后，DNA分子中脱氧核苷酸链数、含15N的脱氧核苷酸链数、含14N的脱氧核苷酸链数分别是多少？
师说解惑
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．“图解法”分析DNA复制相关计算
(1)将含有15N的DNA分子放在含有14N的培养基中连续复制n次(如上图)，则：
(2)DNA分子复制过程中消耗的脱氧核苷酸数
①若亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，经过n次复制需要消耗该种脱氧核苷酸数为m·(2n－1)个。
②第n次复制需要该种脱氧核苷酸数为m·2n－1个。
3．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”，是“DNA分子数”还是“链数”，是“含”还是“只含”等关键词。
过程评价单
1．[2024·四川成都期末]如图为DNA复制过程示意图，下列叙述错误的是( )
A．新合成的子链延伸方向是从5′端向3′端
B．解旋酶使DNA双螺旋的两条链完全打开后再开始复制
C．若DNA中C—G碱基对所占比例较高，解旋时会消耗更多能量
D．DNA复制保持了亲代与子代之间遗传信息的连续性
2．[2024·山西运城高一期末]一个用15N标记的细菌DNA分子，含100个碱基对，腺嘌呤有40个，其中一条链上含胞嘧啶30个，将它们放入含14N的培养基中连续繁殖3代。下列叙述错误的是( )
A．子代只含14N的DNA分子数为6个
B．第3次复制需游离的胞嘧啶160个
C．子代DNA分子两条链中的鸟嘌呤含量相等
D．子代DNA中嘌呤与嘧啶之比是1∶1
3．如图为真核生物染色体上DNA分子复制过程示意图，有关叙述不正确的是( )
A．图中DNA分子复制是从多个起点同时开始的
B．图中DNA分子复制是边解旋边双向复制的
C．真核生物DNA分子复制过程中解旋酶作用于氢键
D．真核生物的这种复制方式提高了复制速率
强化落实·学业达标
网络建构
主干落实
1.DNA复制是以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。
2．DNA复制的特点是边解旋边复制和半保留复制。
3．DNA准确复制的原因是DNA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复制的意义是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。
高效课堂·实践运用
1．研究人员将1个含14N－DNA的大肠杆菌转移到以15NH4Cl为唯一氮源的培养液中，培养1 h后提取子代大肠杆菌的DNA。将DNA双螺旋解开变成单链，然后进行密度梯度离心，试管中出现两种条带(如图)。下列叙述错误的是( )
A．由结果可推知，该大肠杆菌的细胞周期大约为30 min
B．根据条带的数目和位置无法确定DNA的复制方式
C．解开DNA双螺旋的实质是使碱基对之间的氢键断裂
D．若直接将子代DNA进行密度梯度离心，也能得到两种条带
2．如图为科学家利用大肠杆菌探究DNA的复制过程，下列叙述正确的是( )
A.实验中采用了放射性同位素标记和密度梯度离心的研究方法
B．通过比较试管②和①的结果，无法证明DNA复制为半保留复制
C．可用T2噬菌体代替大肠杆菌进行上述实验，且提取DNA更方便
D．大肠杆菌在含有15NH4Cl的培养液中生长若干代，细胞只有DNA含15N
3．下列关于DNA复制过程的顺序，正确的是( )
①互补碱基对之间氢键断裂 ②互补碱基对之间氢键连接 ③DNA分子在解旋酶的作用下解旋
④以解旋后的母链为模板进行碱基互补配对
⑤子链与母链盘绕成双螺旋结构
A．①③④②⑤ B．③①⑤④②
C．①④②⑤③ D．③①④②⑤
4．[2024·湖北宜昌高一期末]一个被15N标记、含1 000个碱基对的DNA分子片段，其中T＋A占30%，若将该DNA分子放在含14N的培养基中连续复制3次，相关叙述错误的是( )
A．用放射性同位素标记法证明DNA分子是半保留复制
B．DNA分子边解旋边复制
C．3次复制后，子代DNA分子中含14N的比例为100%
D．第3次复制需消耗1 200个A
5．在氮源为14N的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA分子均为14N－DNA(对照)；在氮源为15N的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA分子均为15N－DNA(亲代)。将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)，用某种离心方法分离得到的结果如图所示：
请分析回答：
(1)由实验结果可推测第一代(Ⅰ)细菌DNA分子中一条链含________，另一条链含________。
(2)将第一代(Ⅰ)细菌转移到含15N的培养基上繁殖一代，将所得到细菌的DNA用同样方法分离，请参照甲图，将DNA分子可能出现在试管中的位置在乙图中标出。
(3)若将15N－DNA(亲代)的大肠杆菌在14N培养基上连续复制3次，则所产生的子代DNA中全含15N(重DNA)，一条链含15N(中DNA)及两条链均不含15N(轻DNA)的比例为________，在这些子代DNA中，含15N的链与全部子代DNA链的比例为________。
(4)若一个DNA分子的一条单链中＝1.5，此比例在其互补链中的比值是________；在整个DNA分子中的比值是________。以该单链为模板合成的子代DNA分子中，A＋G的总含量占________。
疑难解答·全程培优
问题探讨
1．提示：半保留复制。
2．提示：不确定性；严谨性。
思考·讨论
1．15N/14N－DNA 1/214N/14N－DNA
1/215N/14N－DNA
2．提示：第一代出现的结果是1/214N/14N－DNA、1/215N/15N－DNA；第二代出现的结果是3/414N/14N－DNA、1/415N/15N－DNA。
旁栏思考题
提示：排除了全保留复制。
练习与应用
一、概念检测
1．(1)× 提示：DNA的复制随着染色体的复制而完成。
(2)× 提示：DNA的复制发生在细胞分裂前的间期。
2．B 提示：DNA复制主要发生在真核生物的细胞核内，另外线粒体、叶绿体及原核生物的拟核等也可发生复制，A错误；碱基互补配对原则保证了复制的准确性，B正确；1个DNA分子复制1次产生2个DNA分子，C错误；游离的脱氧核苷酸在DNA聚合酶的作用下合成子链，D错误。
3．C
二、拓展应用
1．提示：可能有31.6×108×2×10－9≈6个碱基会发生错误。产生的影响可能很大，也可能没有影响。
2．提示：真核生物中DNA的复制是从多个起点开始的，这种复制方式提高了复制速率。
第3节 DNA的复制
夯基提能·分层突破
学习主题一
【任务驱动】
任务一
1．提示：同位素标记技术。
2．提示：对DNA进行离心，观察其在离心管中的分布。
3．50% 50% 15N/15N－DNA、14N/14N－DNA 25% 75% 15N/15N－DNA、14N/14N－DNA
4．提示：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。
5．提示：排除了全保留的复制方式。
6．提示：排除了分散复制的方式。
任务二
1．提示：解旋酶的作用是将两条脱氧核苷酸链打开，DNA聚合酶的作用是将单个的脱氧核苷酸连接到新合成子链的3′端。
2．提示：因为DNA复制过程需要酶的参与，而酶的活性受温度和pH的影响。
【过程评价单】
1．解析：细胞经过三次分裂和离心后，有3/4的DNA位于试管的上层，1/4的DNA位于试管的中层，C错误。
答案：C
2．解析：本实验运用了同位素标记技术和密度梯度离心法来探究DNA的复制方式，A正确；由于亲代DNA的含氮碱基皆含有15N，将其移入含14N的培养基中培养，得到子一代DNA分子中一条含有15N，另一条含有14N，位于试管中的“中带”区，应为②，该结果不支持全保留复制，B正确；若为半保留复制，则子二代DNA中1/2为14N/15N、1/2为14N/14N，即如图中①，C正确；由于亲代DNA的含氮碱基皆含有15N，将其移入含14N的培养基中培养，得到子一代DNA加入解旋酶后离心，会得到一条重带，一条轻带，与①不符，D错误。
答案：D
3．解析：DNA分子的元素组成包括C、H、O、N、P，可将大肠杆菌放入以15NH4Cl为唯一氮源的培养液中获得双链被15N标记的DNA分子，A正确；离心后15N/15N DNA为重密度带、15N/14N DNA为中密度带、14N/14N DNA为轻密度带，故三者的密度各不相同，B正确；需要将每一代大肠杆菌破碎，释放出DNA分子进行密度梯度离心，会出现密度带，C错误；子一代均为中密度带，子二代1/2中密度带、1/2轻密度带，说明DNA分子的复制方式是半保留复制，D正确。
答案：C
学习主题二
【任务驱动】
任务一
1．提示：酶①为解旋酶；酶②为DNA聚合酶。
2．提示：细胞分裂前的间期。
3．提示：从5′端到3′端进行合成。
4．提示：互补。
5．提示：半保留复制、边解旋边复制。
任务二
1．提示：2n个；2个。
2．提示：2n个；(2n－2)个。
3．提示：2n+1条；2条；(2n+1－2)条。
【过程评价单】
1．解析：DNA复制时，DNA聚合酶催化DNA子链从5′端向3′端延伸，A正确；DNA复制的特点是边解旋边复制，解旋酶能使DNA双螺旋的两条链打开，B错误；C—G碱基对含有的氢键数量比A—T碱基对的多，破坏氢键需消耗能量，若DNA中C—G碱基对所占比例较高，解旋时会消耗更多能量，C正确；DNA半保留复制方式能够精确地指导子代DNA的合成，保持亲代与子代之间遗传信息的连续性，D正确。
答案：B
2．解析：DNA复制方式为半保留复制，一个用15N标记的细菌DNA分子，3次复制产生8个DNA分子，其中含有15N/14N的DNA分子为2个，其余只含有14N的DNA分子数为8－2＝6个，A正确；DNA分子中A有40个，故T＝40个，DNA分子中有200个碱基，故C＝G＝60个，故第3次复制需游离的胞嘧啶为23-1×60＝240个，B错误；因子代DNA分子与亲代DNA相同，即G＝60个，其中一条链G＝30个，则另一条链G＝60－30＝30个，C正确；因碱基互补配对原则，双链DNA分子中的嘌呤数与嘧啶数相等，故子代DNA中嘌呤与嘧啶之比是1∶1，D正确。
答案：B
3．解析：分析题图可知，图中的三个复制起点复制的DNA片段的长度不同，圈比较大的表示复制开始的时间较早，因此DNA分子复制的起始时间不同，A错误；DNA分子的复制过程是边解旋边复制的，B正确；DNA分子的复制首先要在解旋酶的作用下使双链间的氢键断裂，C正确；真核生物的DNA分子复制具有多个起点，这种复制方式加速了复制进程，提高了复制速率，D正确。
答案：A
高效课堂·实践运用
1．解析：分析题图可知，14N单链∶15N单链＝1∶7，说明DNA 1 h复制了3次(得到8个DNA分子，16条单链)，据此可推知，该大肠杆菌的细胞周期大约为20 min，A错误；由于将DNA双螺旋解开变成了单链，所以根据条带的数目和位置只能判断DNA单链的标记情况，无法判断DNA的复制方式，B正确；解开DNA双螺旋的实质是破坏两条脱氧核苷酸链之间的氢键，C正确；DNA复制3次形成8个DNA分子，其中有2个DNA分子同时含有15N和14N，有6个DNA分子只含有15N，密度梯度离心后能得到两种条带，D正确。
答案：A
2．解析：本实验应用了14N和15N，14N和15N都没有放射性，所以本实验采用了同位素标记和密度梯度离心的研究方法，A错误；通过比较试管②和①的结果，说明其复制方式不是全保留复制，可能是半保留复制或分散复制，B正确；T2噬菌体是病毒，没有细胞结构，不能在培养液中独立生活和繁殖，因而不能代替大肠杆菌进行实验，C错误；蛋白质和核酸等物质都含有N元素，所以大肠杆菌在含有15NH4Cl的培养液中生长若干代，细胞中含15N的物质有DNA、RNA、蛋白质等，D错误。
答案：B
3．解析：DNA复制的基本过程是解旋→合成子链→双链螺旋化，在解旋时互补碱基对之间的氢键断裂，在合成子链时形成新的氢键。
答案：D
4．解析：15N没有放射性，探究DNA复制时利用的是同位素的质量差异，用不同的DNA条带判定DNA复制的方式，A错误；DNA分子边解旋边复制，以半保留复制方式进行，B正确；由于DNA进行半保留复制，3次复制后，子代DNA分子中含14N的比例为100%，C正确；第3次复制得到23－22＝4个DNA，每个DNA中含有T＋A＝600个，T＝A＝300个，因此第3次复制需消耗300×4＝1 200个A，D正确。
答案：A
5．答案：(1)14N 15N (2)如图
(3)0∶2∶6 2∶16(或1∶8)
(4)2/3 1 50%
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