第三章基因的本质
第16课时 DNA的复制
[目标导读] 1.阅读教材P52“对DNA分子复制的推测”，结合DNA分子的结构特点，了解沃森和克里克对DNA分子复制方式的早期推测。2.结合教材图3－12，了解DNA半保留复制的实验证据及三条DNA带的分析。3.结合教材图3－13，归纳DNA分子的复制过程及总结DNA准确复制的原因。
[重难点击] 1.DNA分子的复制过程和特点。2.DNA复制的有关计算。
1．DNA分子的结构
(1)基本单位：构成DNA分子的基本单位是[④]脱氧核苷酸，由一分子[①]磷酸、一分子[②]脱氧核糖和一分子[③]含氮碱基连接而成。
(2)整体：由两条脱氧核苷酸链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。
(3)由[②]脱氧核糖和[①]磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架，碱基排列在内侧。
(4)碱基互补配对原则：[⑤]A(腺嘌呤)一定与T(胸腺嘧啶)配对；G(鸟嘌呤)一定与[⑦]C(胞嘧啶)配对。
2．结合有丝分裂中DNA含量的变化曲线分析
(1)在真核细胞中，DNA存在于细胞核、线粒体和叶绿体中，有丝分裂间期的DNA含量加倍是由于DNA的复制。
(2)CD段DNA含量减半的原因是细胞质分裂，细胞一分为二。不考虑突变，产生的两个子细胞中核DNA携带的遗传信息完全相同。
课堂导入
生物亲子代之间是通过遗传物质传递遗传信息的，那么亲代的遗传物质如何“多出一份”来传递给子代？DNA的复制就是以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程，即1DNA→2DNA。新产生的DNA分子是一个全新的DNA分子吗？是否像洗相片似的，有一张底片就可以洗出许多相片来？这一节我们就一起来学习DNA复制的过程。
探究点一 对DNA分子复制的推测和实验证据
沃森和克里克构建了DNA分子结构模型(如图1)，DNA分子作为遗传物质必须能够自我复制传递给下一代，沃森和克里克又根据其特点，提出了遗传物质自我复制的假说。
1．对DNA分子复制的推测
假说：DNA分子复制时，DNA分子的双螺旋将解开，互补的碱基之间的氢键断裂，解开的两条单链作为复制的模板，游离的脱氧核苷酸依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。
由于新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链，因此，这种复制方式被称做半保留复制(如图2)。
科学家的假说是否正确呢？
1958年，科学家以大肠杆菌为实验材料，运用同位素示踪技术，设计了一个巧妙的实验，证实了DNA的确是以半保留的方式进行复制的。
2．DNA分子复制的实验证据
(1)实验方法：放射性同位素标记法和离心技术。
(2)实验原理：如果DNA的两条链都用15N标记，那么这样的DNA分子质量大，离心时应该在试管的底部；两条链中都含有14N，那么这样的DNA分子质量小，离心时应该在试管的上部；两条链中一条含有15N，一条含有14N，那么这样的DNA分子质量居中，离心时应该在试管的中部。
(3)实验过程
(4)在下图中画出预期的实验结果
答案
(5)实验结果和预期的一致，说明DNA的复制是以半保留的方式进行的。
归纳提炼
DNA分子在复制时，以解旋形成的两条链(旧链)为模板，按照碱基互补配对原则吸收脱氧核苷酸与之配对，形成两条子链(新链)，新链与旧链螺旋成一个新的DNA分子，所以称之为半保留复制。
活学活用
1．以DNA的一条链“—A—T—C—”为模板，推测经复制后的子链是( )
A．“—T—A—G—”
B．“—U—A—G—”
C．“—T—A—C—”
D．“—T—U—C—”
问题导析 (1)DNA复制中碱基配对原则为A与T配对，G与C配对。
(2)DNA分子中不含有碱基U，这种碱基只在RNA中含有。
答案 A
解析 DNA复制按照碱基互补配对原则进行。
探究点二 DNA分子复制的过程
通过以上实验我们了解了DNA分子复制具有半保留复制的特点，如图为DNA分子复制的过程，结合该图，思考下列内容。
1．概念：是指以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。
2．时间：细胞有丝分裂的间期和减数第一次分裂前的间期。
3．场所：细胞核、线粒体和叶绿体。主要场所是细胞核。
4．条件：(1)模板：亲代DNA的两条链；(2)原料：四种脱氧核苷酸；(3)酶：解旋酶和DNA聚合酶；(4)能量。
5．过程
(1)解旋：DNA分子首先利用细胞提供的能量，在解旋酶的作用下，把两条螺旋的双链解开。
(2)合成子链：以解开的每一段母链为模板，在DNA聚合酶等酶的作用下，利用细胞中游离的四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子链。
(3)形成子代DNA：每条子链与其对应的母链盘旋成双螺旋结构，从而形成两个与亲代DNA完全相同的DNA分子。
6．功能：传递遗传信息。
7．DNA分子复制的意义：DNA分子通过复制，将遗传信息从亲代传给了子代，从而保持了遗传信息的连续性。
8．DNA分子能够准确复制的原因有：(1)DNA分子独特的双螺旋结构提供精确模板；(2)通过碱基互补配对原则保证了复制准确地进行。
9．两条子链延伸的方向不同，其原因可能是DNA分子中的两条链是反向平行的，因此子链的延伸方向也是相反的。
10．从DNA分子复制的过程和结果两个方面总结其特点分别为边解旋边复制和半保留复制。
归纳提炼
活学活用
2．判断下列说法的正误。
(1)DNA复制只发生在有丝分裂间期( )
(2)DNA双螺旋全部解链后，开始DNA复制( )
(3)单个脱氧核苷酸在DNA酶的作用下连接成子链，并且2条子链形成子代DNA分子( )
(4)DNA的复制需要消耗能量( )
问题导析 (1)DNA复制发生在细胞分裂间期，不只是有丝分裂间期。
(2)DNA复制为边解旋边复制，并且是多起点复制。
(3)DNA复制为一条母链与一条新合成的子链结合形成一个新的DNA分子。
(4)DNA复制过程中解旋和形成磷酸二酯键都需要消耗能量。
答案 (1)× (2)× (3)× (4)√
解析 (1)减数第一次分裂前的间期也发生DNA复制。(2)DNA边解旋边复制。(3)DNA半保留复制。
探究点三 有关DNA分子复制的计算
如果用15N标记DNA分子的两条链，让其在含有14N的环境中复制。结合DNA分子半保留复制的特点，完成下面表格：
世代
DNA分子结构特点
DNA中脱氧核苷酸链的特点
分子总数
细胞中的DNA分子在离心管中的位置
不同DNA分子占全部DNA分子之比
链的总数
含14N、15N的链所占的比例
含15N
含14N和15N
只含14N
含15N
含14N
0
1
全部在下部
1
0
0
2
1
0
1
2
全部在中部
0
1
0
4
1/2
1/2
2
4
1/2中部，1/2上部
0
1/2
1/2
8
1/4
3/4
3
8
1/4中部，3/4上部
0
1/4
3/4
16
1/8
7/8
根据上表归纳：若培养n代，结果是：
1．DNA分子数
(1)子代DNA分子总数＝2n个。
(2)含15N的DNA分子数＝2个。
(3)含14N的DNA分子数＝2n个。
(4)只含15N的DNA分子数＝0个。
(5)只含14N的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)含15N的脱氧核苷酸链数＝2条。
(3)含14N的脱氧核苷酸链数＝(2n＋1－2)条。
3．消耗的脱氧核苷酸数
设亲代DNA分子中含有某种脱氧核苷酸m个，则：
(1)经过n次复制，共需消耗游离的该脱氧核苷酸m·(2n－1)个。
(2)在第n次复制时，共需消耗游离的该脱氧核苷酸m·2n－1个。
归纳提炼
1．子代DNA分子中，含14N的有2n个，只含14N的有(2n－2)个，做题时应看准是“含”还是“只含”。
2．无论复制多少次，含15N的DNA分子始终是2个，占总数比例为。
3．子代DNA分子的链中，总链数2n×2＝2n＋1条。含15N的链始终是2条，占总数比例为＝。做题时，应看准是“DNA分子数”还是“链数”。
活学活用
3．某一个DNA分子中，A为200个，复制数次后，消耗周围环境中含A的脱氧核苷酸3
000个，该DNA分子已经复制了几次( )
A．4次
B．3次
C．5次
D．6次
问题导析 经过n次复制，共需消耗游离的该脱氧核苷酸m·(2n－1)个。
答案 A
解析 利用DNA复制规律得知，经过n次复制利用腺嘌呤脱氧核苷酸数目3
000＝(2n－1)·200，得n＝4。
1．体外进行DNA复制的实验，向试管中加入有关的酶、4种脱氧核苷酸和ATP,37
℃下保温。下列叙述中正确的是( )
A．能生成DNA，DNA的碱基比例与4种脱氧核苷酸的比例一致
B．不能生成DNA，因为缺少DNA模板
C．能生成DNA，DNA的碱基比例不确定，且与酶的来源有一定的关联
D．不能生成DNA，因为实验中缺少酶催化的适宜的体内条件
答案 B
解析 DNA复制需要的条件是模板、原料、酶、能量等，题目的条件缺少模板，不能生成DNA。
2．大肠杆菌在含有15N标记的NH4Cl培养液中培养后，再转移到含有14N的普通培养液中培养，8小时后提取DNA进行分析，得出含15N的DNA占总DNA的比例为1/16，则大肠杆菌的分裂周期是( )
A．2小时
B．4小时
C．1.6小时
D．1小时
答案
C
解析 假设该细胞分裂了n次，则DNA分子复制了n次，由题意可得关系式：2∶2n＝1∶16,2n＝32，n＝5,8小时细胞分裂了5次，因此该细胞分裂的周期是8÷5＝1.6小时。
3．用15N标记细菌的DNA分子，再将其放入含14N的培养基上连续繁殖4代，a、b、c为三种DNA分子：a只含15N，b同时含14N和15N，c只含14N。图中表示这三种DNA分子的比例正确的是( )
答案 D
解析 15N标记细菌DNA分子，放在含14N的培养基上复制4次形成16个DNA分子。则：①只含15N的DNA分子：0个；②同时含15N、14N的DNA分子：2个；③只含14N的DNA分子：14个。
4．含有32P或31P的磷酸，两者化学性质几乎相同，都可参与DNA分子的组成，但32P比31P质量大。现将某哺乳动物的细胞放在含有31P磷酸的培养基中，连续培养数代后得到G0代细胞。然后将G0细胞移至含有32P磷酸的培养基中培养，经过第1、2次细胞分裂后，分别得到G1、G2代细胞。再从G0、G1、G2代细胞中提取DNA，经密度梯度离心后得到结果(如图)。由于DNA分子质量不同，因此在离心管内的分布不同。若①、②、③分别表示轻、中、重3种DNA分子的位置，请回答下列问题：
(1)G0、G1、G23代DNA离心后的试管分别是图中的：
G0________、G1________、G2________。
(2)G2代在①、②、③3条带中的DNA数的比例是_____________________________。
(3)图中①、②两条带中DNA分子所含的同位素磷分别是：条带①________，条带②________。
(4)上述实验结果证明DNA的复制方式是____________________。DNA的自我复制能使生物的__________保持相对稳定。
答案 (1)A B D (2)0∶1∶1 (3)31P 31P、32P
(4)半保留复制 遗传特性
解析 首先应该看懂图解，知道轻、中、重3种DNA划分的标准：由两条链含31P的脱氧核苷酸组成的是轻DNA；由一条含31P的脱氧核苷酸链和另一条含32P的脱氧核苷酸组成的链形成的是中DNA；由含32P的脱氧核苷酸组成的是重DNA。DNA分子的复制是半保留复制，即复制后形成的子代DNA中，每个DNA分子都只含有一条子链，另一条则为母链。根据题意：G0代细胞中的DNA全部是由含31P的脱氧核苷酸组成，是轻DNA；G1代是以G0代细胞中的DNA为模板，以含32P的脱氧核苷酸为原料形成的两个DNA分子，每一个DNA分子中，母链含31P，子链含32P，是中DNA；G2代是以G1代为模板，以含32P的脱氧核苷酸为原料形成的4个DNA分子，有2个DNA分子母链含31P，子链含32P，是中DNA，另2个DNA分子母链、子链都含有32P，是重DNA。
基础过关
知识点一 对DNA分子复制的推测和实验证据
1．沃森和克里克在发表了DNA分子双螺旋结构的论文后，又提出了DNA自我复制的假说。下列有关假说内容的叙述，不正确的是( )
A．DNA复制时，双螺旋将解开，互补的碱基之间的氢键断裂
B．以解开的两条单链为模板，以游离的脱氧核苷酸为原料，依据碱基互补配对原则，通过氢键结合到作为模板的单链上
C．形成的DNA分子包括一条模板单链和一条新链
D．形成的两个DNA分子是由两条母链、两条子链分别结合而成
答案 D
解析 沃森和克里克提出的DNA自我复制的假说为半保留复制，即形成的DNA分子包括一条母链和一条子链。
2．在氮源为14N和15N的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA分子分别为14N－DNA(相对分子质量为a)和15N－DNA(相对分子质量为b)。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。下列对此实验的叙述不正确的是( )
A．Ⅰ代细菌DNA分子中一条链是14N，另一条链是15N
B．Ⅱ代细菌含15N的DNA分子占全部DNA分子的1/4
C．预计Ⅲ代细菌DNA分子的平均相对分子质量为(7a＋b)/8
D．上述实验结果证明DNA复制方式为半保留复制
答案 B
解析 15N－DNA转移到14N的培养基上后，该DNA再进行复制时就会以14N为原料。由于大肠杆菌的DNA是双链DNA，这种DNA在复制时采取半保留复制，也就是说，15N－DNA在14N的培养基上进行第一次复制后，产生的两个子代DNA分子均含有一条15N的DNA链和一条14N的DNA链(混合型DNA分子)。这样的DNA用离心法分离后，应该全部处在试管的中部。子Ⅰ代的两个DNA分子再分别进行复制，它们所产生的两个子代DNA分别为全14N－DNA分子和14N、15N－DNA分子(混合型DNA分子)。此时，将该DNA作离心处理，产生的DNA沉淀应该分别位于试管的上部和中部。含15N的DNA分子占全部DNA分子的1/2。Ⅲ代细菌DNA分子共有8个，其相对分子质量之和为(7a＋b)，平均相对分子质量为(7a＋b)/8。
3．细胞每次分裂时DNA都复制一次，每次复制都是( )
A．母链和母链，子链和子链，各组成一个子代DNA
B．每条子链和与它碱基互补配对的母链组成子代DNA
C．每条子链随机地和两条母链之一组成子代DNA
D．母链降解，重新形成两个子代DNA
答案 B
解析 每次复制形成的两个子代DNA都是由每条子链和与它碱基互补配对的母链组成。
知识点二 DNA分子的复制过程
4．如图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分子复制过程需要解旋酶
D．真核生物的这种复制方式提高了复制速率
答案 A
解析 从图中可以看出有多个复制起点，但由于复制环的大小不同，所以复制起始的时间有先有后。DNA分子复制是边解旋边双向复制的，真核生物DNA分子复制过程需要解旋酶、DNA聚合酶等酶的参与。这种半保留复制的模式不仅保持了前后代的稳定性，而且每次复制都可产生两个DNA分子，提高了复制效率。
5．假设一个DNA分子中含有1
000个碱基对，将这个DNA分子放在含32P标记的脱氧核苷酸的培养基中让其复制一次，则新形成的一个DNA分子的相对分子质量比原来增加了( )
A．1
000
B．2
000
C．500
D．无法确定
答案 A
解析 DNA分子含有1
000个碱基对，每条链含1
000个碱基，复制1次后新形成的DNA保留母链的一条。利用32P的原料合成新链，每条新链质量增加1
000。
6．女性子宫瘤最长的DNA分子可达36
mm，DNA复制速度约为4
μm/min，但复制过程仅需40
min左右即可完成，这可能是因为( )
A．边解旋边复制
B．只有一个复制起点，但解旋之后可以向着两个方向复制
C．以半保留方式复制
D．复制起点多，分段同时复制
答案 D
解析 真核细胞中的DNA分子复制起点多，并且同时复制，所以比较迅速。
知识点三 有关DNA分子复制的计算
7．下列关于遗传的物质基础的叙述，正确的是( )
A．同一生物个体的不同细胞中DNA分子数均相同
B．具有A个碱基对、m个腺嘌呤的DNA分子片段，完成n次复制共需(A－m)(2n－1)个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸
C．在一个细胞的分化过程中，核DNA的数量会发生变化
D．含2对同源染色体的精原细胞(DNA均被15N标记)，在供给14N的环境中进行一次减数分裂，产生的4个精子中含14N的精子所占的比例为50%
答案 B
解析 同一生物个体的不同细胞中DNA分子数不一定相同，如体细胞中的DNA分子数是2N，生殖细胞是N；每个DNA分子片段的胞嘧啶脱氧核苷酸数是(A－m)个，完成n次复制共需胞嘧啶脱氧核苷酸数是(2n－1)·(A－m)个；细胞分化过程中核DNA数量不发生变化；DNA分子的复制方式是半保留复制，因此减数分裂形成的精子都含14N。
8．下面是在电子显微镜下拍摄的某生物细胞DNA复制过程中的图像。有关叙述正确的是( )
A．此图反映出的DNA复制模式，可作为DNA双向复制的证据
B．此过程必须遵循碱基互补配对原则，任一条链中A＝T，G＝C
C．若将该DNA进行彻底水解，产物是脱氧核苷酸和四种碱基
D．若该DNA分子的一条链中(A＋T)/(G＋C)＝a，则互补链中该比值为1/a
答案 A
解析 在一条链中A与T不一定相等；DNA彻底水解是指脱氧核苷酸也被水解；DNA分子中互补碱基之和相等。
能力提升
9．假如某大肠杆菌的DNA分子用15N标记后其相对分子质量为a，用14N标记后其相对分子质量为b。现将用15N标记后的大肠杆菌，培养在含有14N的培养基中，则子一代、子二代的DNA分子平均相对分子质量分别为( )
A．(a＋b)/2；(a＋3b)/4
B．a＋b；a＋3b
C．(a＋b)/2；(a＋b)/2
D．a＋b；(a＋b)/3
答案 A
解析 在子一代的两个DNA分子中，都是一条单链含有14N，一条单链含有15N，所以每个DNA分子的平均相对分子质量为(a＋b)/2；在子二代的四个DNA分子中，有两个只含有14N，另两个是一条单链含有15N、一条单链含有14N，所以平均相对分子质量为[(a＋b)＋2b]/4＝(a＋3b)/4。
10．具有A个碱基对的一个DNA分子片段，含有m个腺嘌呤，该片段第n次复制需要多少个游离的鸟嘌呤脱氧核苷酸( )
A．(2n－1)·(A－m)
B．2n－1·(A－m)
C．(2n－1)·(A/2－m)
D．2n·(A/2－m)
答案 B
解析 DNA复制n次形成2n个DNA，与亲代DNA一致，亲代DNA分子中的G＝(－m)个，则第n次复制需要游离的鸟嘌呤脱氧核苷酸为2n－1×(－m)。
11．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
答案 C
解析 由题意可知，子一代的DNA应为全中(14N/15N)，即图②；子二代DNA应为1/2中(14N/15N)、1/2轻(14N/14N)，即图①；子三代DNA应为1/4中(14N/15N)、3/4轻(14N/14N)，即图③，而不是全轻(14N/14N)；亲代的DNA应为全重(15N/15N)，即图⑤。
12．DNA分子片段复制的情况如图所示，图中a、b、c、d表示脱氧核苷酸链的片段。如果没有发生变异，下列说法不正确的是( )
A．b和c的碱基序列可以互补
B．a和c的碱基序列可以互补
C．a中(A＋T)/(G＋C)的比值与b中(A＋T)/(G＋C)的比值相同
D．a中(A＋G)/(T＋C)的比值与d中(A＋G)/(T＋C)的比值一般不相同
答案 B
解析 a和d互补，b和c互补，如果不发生变异，a和c及b和d的碱基组成相同。某条脱氧核苷酸链上(A＋T)/(G＋C)的比值与其互补链上的比值相同，而(A＋G)/(T＋C)的比值与其互补链上的比值一般不相同，所以C项和D项中的说法均正确。
13．一个用15N标记的DNA分子，放在没有标记的环境中培养，复制5次后标记的DNA分子占DNA分子总数的( )
A．1/4
B．1/8
C．1/16
D．1/32
答案 C
解析 DNA复制是半保留复制，复制5次，形成32个DNA分子，其中被标记的有2个。
14．如图是DNA分子复制的图解，请据图回答下列问题：
(1)图中的[1]表示________过程，需要________酶等酶的作用。
(2)图中的[2]过程表示以母链为模板进行的碱基的____________，参与配对的物质是游离在周围的____________________________________________________________________。
(3)图中的[3]过程表示形成两个新的________分子，这一过程包括子链中脱氧核苷酸的________与______交互连接以及子链与母链在空间结构上的________化。参与此过程的酶有____________等。
(4)分析DNA复制过程所需条件应是：场所一般在____________内；模板是_______________，原料是______________；酶需要__________、__________等；能量由________提供。
(5)DNA复制，一般是严格的________复制，DNA复制的遗传学意义是为________在上下代之间的________准备了物质基础。遗传信息的传递使亲代生物的性状可在子代得到表现，例如(试举一例)
_____________________________________________________________。
答案 (1)解旋 解旋 (2)互补配对 4种脱氧核苷酸
(3)DNA
脱氧核糖 磷酸 螺旋 DNA聚合酶 (4)细胞核 原DNA母链 脱氧核苷酸 解旋酶 DNA聚合酶 ATP (5)半保留 遗传信息 传递 子女长得像父母
解析 (1)图中[1]表示解旋过程，需要解旋酶的作用。解旋酶的作用是打开两条链之间的氢键。(2)图中[2]表示以母链为模板进行碱基互补配对的过程，参与配对的物质是周围环境中游离的四种脱氧核苷酸。(3)图中[3]过程表示形成两个新的DNA分子，这一过程包括子链中脱氧核苷酸的脱氧核糖与磷酸交互连接以及子链与母链在空间结构上的螺旋化，参与此过程的酶有DNA聚合酶等。(4)DNA主要分布在细胞核中，复制的场所主要是细胞核。基本条件有模板(原DNA母链)、原料(游离的脱氧核苷酸)、酶(解旋酶、DNA聚合酶等)、能量(ATP)。(5)DNA复制为半保留复制，确保亲子代之间遗传信息的连续性。
15．如图为细胞内DNA分子复制简图，请据图回答下列问题：
(1)图示过程表示________，需要________________酶等酶的作用。
(2)该过程发生的时间为细胞周期的________。
(3)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________________原则，合成与母链互补的子链。
(4)若亲代DNA分子中A＋T占60%，则子代DNA分子中A＋T占________%。
(5)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n次，则最终获得的子代DNA分子中，含14N的占________，含15N的占________，这说明DNA的复制特点是________________，其意义是_____________________________________________________
_______________________________________。
答案 (1)DNA复制 解旋酶、DNA聚合
(2)分裂间期 (3)脱氧核苷酸 碱基互补配对 (4)60
(5)2/2n 100% 半保留复制 保持了遗传信息的连续性
解析 (1)图示为以亲代DNA的两条链为模板，形成子代DNA分子的过程，所以是DNA复制，该过程需解旋酶和DNA聚合酶的作用。
(2)DNA分子复制发生在细胞周期的分裂间期。
(3)DNA分子复制以游离的4种脱氧核苷酸为原料，以亲代DNA分子的两条链为模板，在DNA聚合酶等酶的作用下，按照碱基互补配对原则合成子链。
(4)若亲代DNA分子中A＋T＝60%，经过复制后形成的子代DNA分子中A＋T＝60%。
(5)DNA分子复制是半保留复制，14N标记的DNA分子在15N的环境中，不论复制多少次，形成的子代的DNA分子中只有2个DNA分子含14N，所有子代DNA分子都含有15N。个性拓展
16．科学家以大肠杆菌为实验对象，运用同位素示踪技术及密度梯度离心方法进行了DNA复制方式的探索实验，实验内容及结果见下表。
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Ⅰ代
B的子Ⅱ代
操作
提取DNA并离心
离心结果
仅为轻带(14N/14N)
仅为重带(15N/15N)
仅为中带(15N/14N)
1/2轻带(14N/14N)
1/2中带(15N/14N)
请分析并回答下列问题：
(1)要得到DNA中的N全部被放射性标记的大肠杆菌B，必须经过________代培养，且培养液中的________是唯一氮源。
(2)综合分析本实验的DNA离心结果，第________组结果对得到结论起到了关键作用，但需把它与第________组和第________组的结果进行比较，才能说明DNA分子的复制方式是__________________。
(3)分析讨论：
①若子Ⅰ代DNA的离心结果为“轻”和“重”两条密度带，则“重带”DNA来自________，据此可判断DNA分子的复制方式不是________复制。
②若将子Ⅰ代DNA双链分开后再离心，其结果______(选填“能”或“不能”)判断DNA的复制方式。
③若在同等条件下将子Ⅱ代继续培养，子n代DNA离心的结果是：密度带的数量和位置________，放射性强度发生变化的是________带。
④若某次实验的结果中，子Ⅰ代DNA的“中带”比以往实验结果的“中带”略宽，可能的原因是新合成DNA单链中的N尚有少部分为________。
答案 (1)多 15N/15NH4Cl
(2)3 1 2 半保留复制
(3)①B 半保留 ②不能 ③没有变化 轻 ④15N
解析 经过原代培养后，只能是标记DNA分子的一条单链，所以要想对所有的DNA分子全部标记，要进行多代培养；在探究DNA分子的复制方式为半保留复制的实验中，“重带”应为两个单链均被15N标记，“轻带”为两个单链均被14N标记，“中带”为一个单链被14N标记，另一个单链被15N标记。教学目标
一、知识与技能
1．记住DNA复制的概念。
2．简述DNA复制的过程，并分析、归纳出DNA复制过程的特点。
3．知道DNA复制在遗传上的意义。
二、过程与方法
1．通过介绍Meselson、stahl的试验，引导学生分析、比较、推理、归纳，培养科学的思维。
2．通过引导学生对拉链和DNA复制的比较，鼓励学生大胆想象、猜测，培养学生自主探索、合作学习、分析问题、解决问题的能力。
三、情感、态度与价值观
通过分组探究活动，培养学生的协作意识和科学态度。
教学重点、难点
教学重点：DNA分子复制的条件，过程和特点。
教学难点：对DNA复制过程的探讨。
教学突破
用PowerPoint制作的演示文稿（内有DNA复制过程的动画）；实物展台展示学生推导的DNA半保留和全保留复制的结果及相应的实验结果示意图。
教法与学法导航
教法：合作探究、讨论法、演示法、讲授法。
学法：阅读分析、讨论归纳、比较推理等方法。
教学准备
教师准备：多媒体课件制作，课前预习学案，课内探究学案，课后延伸拓展学案。
学生准备：预习，推导DNA复制的过程特点。
教学过程
教学内容
教师组织和引导
学生活动
教学意图
问题探讨
〖提示〗两个会徽所用的原料应该选自一块石材；应先制造模型，并按模型制作会徽；应使用电子控制的刻床；刻床应由一名技术熟练的师傅操作，或完全数控等。（以上可由学生根据自己的经验推测回答，事实是原料确实选自一块石材，但由于时间紧迫，两个会徽是由两名技术最好的师傅手工雕刻的）。验证的最简单的方法是：将两个印章的图形盖在白纸上进行比较（学生也可能提出更科学、更现代化的方法）。
阅读思考，讨论回答。
引入新课。
续上表
问题探讨
〖讲述〗DNA既然能作为遗传物质，就必须具有精确的自我复制能力，那它是怎样进行复制的呢？
思考讨论。
引起思考引入新课
一、对DNA分子复制的推测
阅读
思考。
学新知识
二、DNA半保留复制的实验证据
〖讲述〗我们知道，当假说通过实践检验并被证明是正确的后，才能上升为科学理论。随着科学技术的发展，放射性同位素示踪技术被应用到DNA分子复制的研究中。下面我们来探讨一下DNA分子半保留复制的实验证据。〖讲述〗大家阅读课文P53，结合图3-12，利用物理、化学知识体会科学家实验设计的方法、原理、步骤、结果、结论及它的巧妙之处。强调：该实验证明了DNA的复制是以半保留的方式进行的。
看图
思考。
培养严谨重事实的态度
旁栏思考题1
〖提示〗本实验是根据半保留复制原理和DNA密度的变化来设计的。在本实验中根据试管中DNA带所在的位置就可以区分亲代与子代的DNA了。
思考
回答。
拓展思维知识迁移
三、DNA复制的过程
1．概念：指以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。DNA的复制实质上是遗传信息的复制。2．时间：细胞有丝分裂和减数第一次分裂的间期。3．场所：细胞核（主要）、线粒体、叶绿体。4．条件：（1）模板：两条母链。（2）原料：四种脱氧核苷酸。（3）能量（ATP）。（4）酶：DNA解旋酶、DNA聚合酶等。5．过程：①解旋提供准确模板：在ATP供能、解旋酶的作用下，DNA分子两条多脱氧核苷酸链配对的碱基从氢键处断裂，两条螺旋的双链解开，这个过程叫做解旋。解开的两条单链叫母链（模板链）。②合成互补子链：以上述解开的每一段母链为模板，以周围环
学生思考下列问题：①什么叫解旋？解旋的目的是什么？②什么叫“子链”？复制一次能形成几条子链？
通过设问，学生回答，进一步让学生理解和巩固DNA
续上表
境中游离的4种脱氧核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则，在有关酶的作用下，各自合成与母链互补的一段子链。 ③子、母链结合盘绕形成新DNA分子：在DNA聚合酶的作用下，随着解旋过程的进行，新合成的子链不断地延伸，同时每条子链与其对应的母链盘绕成双螺旋结构，从而各自形成一个新的DNA分子，这样，1个DNA分子→2个完全相同的DNA分子。6．特点：①DNA分子是边解旋边复制的；②是一种半保留式复制。（即在子代双链中，有一条是亲代原有的链，另一条（子链）则是新合成的。） 7．“准确”复制的原因：①DNA具有独特的双螺旋结构，能为复制提供模板。②碱基具有互补配对的能力，能够使复制准确无误。8．结果：一个DNA分子形成两个完全相同的DNA分子。9．意义：DNA通过复制，使遗传信息从亲代传给子代，从而保证了物种的相对稳定性，保持了遗传信息的连续性，使种族得以延续。
③简述“子链”形成的过程。④DNA复制后两个子代和亲代DNA分子是否完全相同？为什么？
复制的全过程。
DNA分子连续复制演绎的计算规律
已知某一DNA分子用15N标记（0代），将含有该标记DNA分子的细胞（或细菌）转移到只含14N的培养基中培养（进行DNA复制）若干代后，其DNA分子数、脱氧核苷酸链数及相关比例如下表：世代DNA分子的数量变化规律脱氧核苷酸链的数量变化规律分子总数不同DNA分子占全部DNA分子之比单链总数不同脱氧核苷酸链占全部链之比只含15N分子含14N15N杂种分子只含14N分子含15N的链含14N的链0112112141/21/2241/21/281/43/4381/43/4161/87/8n2n2/2n1－2/2n2n＋11/2n1－1/2n
学生填表。
培养学生的总结能力。
小结
1．通过学习必须掌握DNA的复制过程、复制的必需条件及DNA复制在生物学上的重要意义。为学习生物的遗传和生物的变异奠定基础。2．目前DNA分子广泛用于刑事案件侦破等方面。（l）DNA分子是亲子鉴定的主要证据之一。（2）把案犯在现场留下的毛发、血等进行分析作为破案的证据，与DNA有关。
板书展示
第3节
DNA的复制
一、对DNA分子复制的推测
二、DNA半保留复制的实验证据
1．实验方法
2．实验过程
3．实验结论
3、
DNA分子复制的过程
1．场所
2．时间
3．条件
4．特点
5．意义
课堂作业
⑥染色体的基本组成单位是脱氧核苷酸；
⑦染色体和DNA都是在间期复制并加倍；
⑧有丝分裂中，染色体和DNA都是在间期复制、后期加倍；
⑨基因都位于DNA上，也都位于染色体上。
A．③
B．②③⑤
C．①⑦⑨
D．④⑧⑨
4．下列关于DNA复制的叙述，正确的是（
）
A．在细胞有丝分裂间期，发生DNA复制
B．DNA通过一次复制后产生四个DNA分子
C．DNA双螺旋结构全部解链后，开始DNA的复制
D．单个脱氧核苷酸在DNA酶的作用下连接合成新的子链
5．某个DNA片段由500对碱基组成，A＋T占碱基总数的34%，若该DNA片段复制2次，共需游离的胞嘧啶脱氧核苷酸分子个数为（
）
A．330
B．660
C．990
D．1320
参考答案：1．C
2．C
3．A
4．A
5．C(共19张PPT)
第3章
基因的本质
第3节
DNA的复制
人教版必修2
细胞减数分裂和受精作用使生物的亲代与子代之间保持遗传性状的稳定性，为什么
DNA分子是怎样进行复制的呢
最早提出的DNA复制模型有三种；
一、对DNA复制的推测
1、全保留复制：新复制出
的分子直接形成，完全
没有旧的部分；
2、半保留复制：形成的分子
一半是新的，一半是旧的；
3、分散复制：新复制的分子
中新旧都有，但分配是随
机组合的；
复制一次
复制一次
复制一次
2、如果要你来设计实验，你认为最基本
的思路是什么？
把复制的单链和原来的链做上标记，
然后观察它在新DNA中出现的情况。
1、这些观点各有不同，如何来证明那个
观点是正确的？
只能用实验来证明。
实验结论：DNA的复制是以半保留的方式进行的
二、DNA半保留复制的实验证据
重带(下部)
15N/
15N
中带(中间)
15N/
14N
轻带(上部)
14N/
14N
中带(中间)
15N/
14N
一个DNA分子复制
几代后的情况如何？
因DNA复制采用半保留的方式，
所以一个DNA分子经几代复制后的
所有DNA中，只有两个DNA分子含
有原DNA链。但所有DNA与原DNA
所带的信息（脱氧核苷酸的排列序）
完全相同。（变异除外）
拓展延伸
三、DNA分子复制的过程
1.DNA分子复制的概念是什么
2.
DNA分子复制过程怎么进行
3.DNA分子复制过程需要哪些条件
4.DNA分子复制过程有何特点
5.DNA分子复制有何生物学意义
思考如下问题：
1、DNA分子复制发生在什么时间
有丝分裂间期
减数第一次分裂的间期
无丝分裂之前
2、什么是DNA分子的复制？
指以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。
则1DNA→2DNA。
由1DNA→2DNA呢？
3、什么叫解旋？解旋的目的是什么？
在ATP供能、解旋酶的作用下，DNA两条多脱氧
核苷酸链配对的碱基从氢键处断裂，双螺旋的两条
链解开的过程。
目的：就是为复制提供准确的模板，解开的两
条单链叫母链。
4、什么叫“子链” 复制
一次能形成几条链？
以母链模板，以周围环境中游的4种脱氧核苷酸为原料，
按照碱基互补配对原则，在有关酶的作用下，各自合成与
母链互补的一段子链，复制一次形成子链两条。
5、有人认为DNA复制就像洗相片一样，
有一张底片就可以洗出许多相片来。
这种说法对不对，为什么？
1DNA→2DNA单链（母）→2母＋2子
→（母十子）＋（母十子）→2DNA
与洗相片不同，因为DNA分子的复制结果并没
有形成一个完整的新的DNA分子，而是形成了一半
新、一半旧的两个DNA分子。
6、DNA分子复制时需何条件？
（1）模板：亲代DNA的两条母链；
（2）原料：4种脱氧核苷酸：
（3）能量：ATP;
（4）酶：DNA解旋酶，DNA聚合酶等。
7.DNA准确复制的原因
(1)DNA具有独特的双螺旋结构，
能为复制提精确的模板。
(2)碱基具有互补配对的能力，
能够使复制准确无误。
8.DNA分子的复制实质(意义)
DNA通过复制，使遗传信息从亲代传给了子代，从而保证了物种的相对稳定性，保持了遗传信息的连续性，使得种族得以延续。
1．下列关于DNA复制过程的正确顺序是
（
）
①互补碱基对之间氢键断裂
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
旋成双螺旋状结构
A.①③④②⑤
B.①④②⑤③
C.①③⑤④②
D.③①④②⑤
D
练习
2．将
标记的DNA分子放在
的培养基上培养，
经过3次复制，在所形成的子代
DNA中，含
的DNA占总数是（
）
A．1/16
B．l／8
C．1／4 D．1／2
C
3．DNA分子的双链在复制时解旋，这时下述哪一对碱基从氢键连接处分开（
）
A．G与C
B．A与C
C．G与A
D．G与T
A
4．DNA复制的基本条件是（
）
A．模板，原料，能量和酶
B．模板，温度，能量和酶
C．模板，原料，温度和酶
D．模板，原料，温度和能量
A
5．DNA分子复制能准确无误地进行原因是（
）
A．碱基之间由氢键相连
B．DNA分子独特的双螺旋结构
C．DNA的半保留复制
D．DNA的边解旋边复制特点
B
⑴G0、G1、G2三代DNA离心后的试管分别是图中的：G0
、G1
、G2
。
A
B
D
⑵G2代在①、②、③三条带中DNA数的比例是
。
⑶图中
①
、
②两条带中DNA分子所含的同位素磷分别是：
，
。
⑷上述实验结果证明了DNA的复制方式是
。
0:1:1
31P
31P
和32P
半保留复制
6.以含有31P标志的大肠杆菌放入32P的培养液中，培养2代。离心结果如右：第3节
DNA的复制
●从容说课
《DNA的复制》内容是本章的一个重点，本课在教材中所占的篇幅不大，但对这节课内容进行合理的拓展和延伸，利用这节内容让学生学习科学家的思维，培养学生的能力是一个很好的内容。为此可利用有关Flash或Authorware课件，将复制过程以及科学家如何研究DNA的复制具体化、直观化。
《DNA的复制》主要内容包括复制所需要的条件、复制过程及特点、领会DNA分子独特的双螺旋结构和碱基互补配对能力与复制的密切关系。本课不仅与DNA的结构有密切关系，也与有丝分裂、减数分裂、生物的生殖等知识有联系，并且与酶、ATP知识有关，同时也是对遗传规律进行科学解释的基础。所以在本课的学习过程中可以对选学内容DNA半保留复制的实验进行分析，并且联系生物科学的新进展等热点材料，进行分析、讨论和评价，可以培养学生的综合素质。
●三维目标
1.知识与技能
（1）概述DNA分子的复制过程；
（2）了解梯度离心的原理。
2.过程与方法
通过复制过程的实验的分析，学习分析实验的方法。
3.情感态度与价值观
分析经典实验，让学生领悟科学探究的魅力。
●教学重点
DNA复制的条件、过程和特点。
●教学难点
DNA分子的复制过程。
●教具准备
DNA复制过程的分步Flash动画。
●课时安排
1课时
●教学过程
［课前准备］
学生自找资料了解有关梯度离心的原理。教师准备有关DNA分子复制的早期推测的资料。
［情境创设］
生物亲代和子代之间是通过遗传物质——DNA来连接的，那么亲代的遗传物质如何“多出一份”来传递给下一代呢？
［师生互动］
1.教师提供如下资料：
最早期提出的DNA复制模型有三种：保留型复制（conservative
replication）、半保留型复制（semiconservative
replication）和分散型复制（dispersive
replication）。在保留型复制的模型中，新复制出的分子直接形成，完全没有旧的部分。半保留模型是一链旧模板，合成另一链，因此形成的分子是一半新的、一半旧的。分散模型复制的两个分子也是同时含有旧的和新的部分，但是其分配是随机组合的。沃森和克里克所推测的是半保留型的复制。他们认为原有的两链DNA会分开，每一链各作为一个模板用来复制新的部分，所以新合成的分子中有一旧链和一新链。
分析问题：（1）这些复制观点的提出你有何启示？
（2）这些观点各不相同，如何来证明哪个观点是正确的？
（3）要你来设计实验，你认为最基本的思路是什么？
问题说明：（1）人类对科学的探究过程就是一个不断自我修正错误的过程。
（2）只能用实验来证明。
（3）最基本的思路就是能把复制的单链和原来的链作上标记，然后观察它在新DNA中出现的情况。
科学家就做了这样的实验，证明DNA是进行半保留复制的。（由于是选学内容，可作为课前准备，让学生自学实验证据，在课堂上可以直接应用这个结论）
2.DNA分子复制过程
展示动态的DNA分子复制过程的Flash，待学生看懂后，回答如下问题：
问：什么叫解旋？
答：在ATP供能、解旋酶的作用下，DNA分子两条多脱氧核苷酸链配对的碱基从氢键处断裂，两条螺旋的双链解开，这个过程叫做解旋。
问：解旋的目的是什么？
答：解旋的目的就是为复制提供准确模板，解开的两条单链叫母链（模板链）。
问：什么叫“子链”？复制一次能形成几条子链？
答：以上述解开的每一段母链为模板，以周围环境中游离的4种脱氧核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则，在有关酶的作用下，各自合成与母链互补的一段子链。复制一次形成子链一条。
问：简述“新”DNA的形成过程。
答：在DNA聚合酶的作用下，随着解旋过程的进行，新合成的子链不断地延伸，同时每条子链与其对应的母链盘绕成双螺旋结构，从而各自形成一个新的DNA分子，这样，1个DNA分子→2个完全相同的DNA分子。一个DNA成为两个DNA，这两个DNA各含有原来的一条链。
问：是否是像洗相片似的，有一张底片就可以洗出许多相片来？
答：与洗相片不同。
问：为什么你认为是不同的呢？
答：因为DNA分子的复制结果并没有形成一个完整的、新的DNA分子。而是形成了一半新、一半旧的两个DNA分子。
问：DNA复制的必需条件有哪些？
答：DNA复制时必需条件是亲代DNA的两条母链提供准确模板、四种脱氧核苷酸为原料、能量（ATP）和一系列的酶，缺少其中任何一种，DNA复制都无法进行。
问：这样的复制有何意义？
答：DNA通过复制，使遗传信息从亲代传给了子代，从而保证了物种的相对稳定性，保持了遗传信息的连续性，使种族得以延续。
［教师精讲］
在细胞有丝分裂和减数第一次分裂的间期，以母细胞DNA分子为模板，合成子代DNA的过程。DNA的复制实质上是遗传信息的复制。复制的DNA何以保证准确呢？“准确”复制是因为：①DNA具有独特的双螺旋结构，能为复制提供模板；②碱基具有互补配对的能力，能够使复制准确无误。
［评价反馈］
1.DNA分子的复制发生在细胞有丝分裂的
A.分裂前期
B.分裂中期
C.分裂后期
D.分裂间期
解析：DNA复制只在细胞分裂的间期进行。
答案：D
2.DNA分子的复制是以周围游离的为原料
A.脱氧核苷酸
B.磷酸
C.脱氧核糖
D.含N碱基
解析：DNA复制是以它的基本组成单位为原料的，即脱氧核苷酸。
答案：A
3.下列关于DNA复制的说法，其中不正确的是
A.
DNA复制过程中需要酶的催化
B
.DNA复制过程中需要的能量直接由糖类提供
C
.DNA分子是边解旋边复制的
D
.
DNA复制过程中两条母链均可作模板
解析：DNA复制过程需要的能量是由ATP直接提供的。糖类物质是最主要的能源物质，它的氧化过程能放出大量的能量，形成ATP。
答案：B
4.实验室里，让一个DNA分子（称第一代）连续复制三次，问：在第四代DNA分子中，有第一代DNA分子链的DNA分子占
A.100%
B.75%
C.50%
D.25%
解析：复制三次，共有DNA8个，含有第一代的只有两个，所以是1/4，即25%。
答案：D
5.以DNA的一条链“—A—T—C—”为模板，经复制后的子链是
A.“—T—A—G—”
B.“—U—A—G—”
C.“—T—A—C—”
D.“—T—U—G”
解析：复制是按照碱基互补配对原则进行的，所以A对应T，T对应A，C对应G，所以排列只能是TAG。
答案：A
6.现有从生物体内提取的一个DNA分子（称第一代）和标记放射性同位素3H的四种脱氧核苷酸，要在实验室里合成新的DNA分子：
①除上述几种物质外，还必须有_________和_________，方能合成第二代的DNA分子。
②在第二代的DNA分子中，有_________条含3H的链。
③在第二代的DNA分子中，含有3H链的碱基序列相同吗？__________________。
④在第五代的全部DNA分子中，有_________条不含3H的链。
答案：①酶
ATP
②一
③不同
④两
［课堂小结］
DNA分子复制是DN
A的主要功能之一，它是细胞分裂知识的延续，是理解遗传意义的分子基础。在细胞增殖周期的一定阶段，DNA发生精确复制，随之以染色体为单位将复制的DNA平均分配到两个子细胞中去，保证遗传的稳定；DNA复制过程中的差错导致遗传信息改变，使生物发生变异。
DNA分子的半保留复制保证了DNA的精确拷贝，保证了遗传物质的稳定性。由于DNA的半保留复制，亲代DNA虽经多代复制，它的两条母链仍存在于后代而不会消失，这是解答DNA复制有关计算的关键。
［布置作业］
P54一、基础题1、2、3、4。
［课后拓展］
通过自查资料或教师提供的资料，介绍DNA复制过程中需要哪些酶。
资料：螺旋酶（helicases）又称为解旋酶，是促进DNA的两条互补链分离的一类酶。细胞中含有多种螺旋酶，它们的功能相互重叠或平行。这大概是由于许多反应都需要DNA螺旋的分离，特别是DNA的复制这个精确度要求特高的反应更是如此。绝大多数螺旋酶在解链过程中都需要水解ATP供应能量，它们具有依赖于DNA的ATPase活性。
DNA旋转酶：DNA在细胞内往往以超螺旋的状态存在，该酶的作用就是催化DNA分子不同超螺旋状态之间的转变。
DNA聚合酶：1957年，Arthur
kornberg首次发现DNA聚合酶I
，后来又相继发现了DNA聚合酶Ⅱ、DNA聚合酶Ⅲ。三种DNA聚合酶分别简写为Pol
I、Pol
Ⅱ、Pol
Ⅲ。DNA聚合酶只能使链按5′→3′方向生长。它形成的是短链，称为冈崎片段。
DNA连接酶：封闭DNA链上的缺口的酶。
●板书设计
第3节
DNA的复制
1.
DNA分子复制过程：边解旋、边复制。
2.DNA分子复制的条件：酶、原料、能量、模板。
3.DNA分子复制的特点：非连续性的半保留复制。
4.DNA分子复制的结果：一个DNA分子→两个DNA分子。
5.DNA复制的概念：是指以亲代DNA分子为模板来合成子代DNA分子的过程。
6.DNA复制的生物学意义：保证了亲子两代之间性状相像。
●习题详解
一、练习（课本P54）
（一）基础题
1.腺嘌呤脱氧核苷酸
鸟嘌呤脱氧核苷酸
胞嘧啶脱氧核苷酸
胸腺嘧啶脱氧核苷酸
2.模板
原料
能量
酶
双螺旋
碱基互补配对
3.解析：DNA连接酶的作用是将脱氧核苷酸短的片段连在一起；DNA酶常常指水解DNA的酶；DNA解旋酶是将DNA双螺旋解开；DNA聚合酶作用是将脱氧核苷酸连成短的片段。
答案：D
4.解析：四分体时期的每一条染色体含有一对姐妹染色单体，所以这时的一条染色体含两个双链DNA。
答案：B
（二）拓展题
人类基因组共有碱基为31.6亿对×2=6
320
000
000个，错误率为10－9，所以可能产生的错误的碱基个数约为
6
320
000
000×10－9
=6个。
可能影响会很大，如果此错误碱基刚好是转录链中决定一个密码子的第一个或者第二个碱基，那么就可能造成对应的密码子上决定的氨基酸种类发生了改变，进而可能造成蛋白质结构和功能的改变。
也可能没有影响。如果此错误碱基刚好是转录链中决定一个密码子的第三个碱基，根据密码子具有的兼并性，对应的密码子上决定的氨基酸种类发生任何改变，进而蛋白质结构和功能也和原来完全相同。
二、问题探讨（课本P52）
要将两个印章做的一模一样，首先要材料一样，最好用模型，然后对照同一模型来复制。如果可能的话就是用电脑复印的方式。由于人工误差会大一点，最好完全用数控方法来进行。
三、本节聚焦（课本P52）
1.沃森和克里克作出的推测主要有：DNA在复制时双螺旋将解开；互补的碱基之间氢键断裂；以解开的两条链分别为模板，游离的脱氧核苷酸依据碱基配对原则，结合到作为模板的单链上，通过氢键将新合成的一条链和与之对应的模板结合成一个新的DNA分子。
2.用同位素示踪法，证实DNA分子是半保留复制。
3.DNA分子的复制是一个边解旋边复制的过程，复制过程要模板、原料、能量和酶等基本条件。DNA分子独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板，通过碱基互补配对原则保证了复制能够准确地进行。
四、旁栏思考题（课本P53）
本实验是根据半保留复制原理来进行设计的。含15N的DNA放在只提供14N的环境中去培养，第一代是DNA一条链含有15N，另一条链含有14N，它的密度会小于只含15N的DNA，所以离心后它在试管中的位置是处于中间，相应的第二代中就有DNA，只含14N，它是最轻的，所以离心后它处于试管上层。(共36张PPT)
理解·教材新知
把握·命题热点
应用·落实体验
课下综合检测
课堂回扣练习
命题点一
命题点二
知识点一
知识点二
第
3、4
节
DNA的复制
基因是有遗传效应的DNA片段
第3章
概念
以
为模板合成子代DNA的过程
时间
有丝分裂
和减数第一次分裂前的_____
场所
主要是________
一所
复制的主要场所：细胞核
两期
复制的主要时期：有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期
三步
复制步骤：解旋→复制→延伸及重新螺旋
四条件
复制需要的条件：模板、原料、能量、酶
DNA复制次数
含15N的DNA
含14N的DNA
含15N的DNA链
含14N的DNA链
复制1次
①____
②____
③____
④____
复制2次
⑤____
⑥____
⑦____
⑧____
返回
》晨
背
识记为先
关键语句
CHENBEI
第3章
基因的本质
DI
ZHANG
理解·教材新知
探究式学习
层级化设计
新知个个击破
知识点一
读
教材
以“读”为基础,突出“自主学习”
<>一解了需要细账使
的作用
③结果:解开两条的双链
①模板:解开的每一段
务链合成!②原料:游离的四种
母链
子链③酶
等
④原则:
原则
子链ybNA聚
合酶
合
的方
重新螺旋∫每.条新链与其对应的
盘绕成
解旋酶
DNA聚合酶
双螺旋结构
议
问题
以“议”为铺垫,突出“合作交流”
占重难
hu以“点”为关键,突出“教师主导”
起
酶
起
人DNA
据教材资料1和3
据教材资料2和4
基因中的碱基数目只是DMN绿色荧光肥胖等性
状与基因有关,且基
分子碱基总数的一部分
因具有一定的
每个DNA分子上只有碱基参
有基因
基因能控制生
与基因组成
物的
基因是
片段
基因具有
基因是
片段
知识点二
染色体
①染色体是DNA的主要载体
线②一条染色体含有一个或两个DNA分子
性
排DNA
列
于
①每个DNA分子上含有多个基因
②基因是有遗传效应的DNA片段
基因
①每个基因中都含有许多个脱氧核苷酸
②基因上的脱氧核苷酸的排列顺序代表遗传信息
脱氧核苷酸
2
把握·命题热点
研考题知考情
知规律学技巧
知能步步升级
命题点
第一步
第二步
计数DNA分子中
确定复制次数
脱氧核苷酸数
运用公式计算(共28张PPT)
第3章
基因的本质
第3节
DNA的复制
人教版必修2
教学目标
知识与能力
1.概述DNA分子的复制
2.探讨DNA复制的生物学意义
教学重点
DNA分子复制的条件、过程和特点
教学难点
DNA分子复制过程
教学方法手段
类比法
思考：生物亲子代之间是通过遗传物质传递遗传信息的，那么亲代的遗传物质如何“多出一份”来传递给子代？
DNA的复制就是指以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程，即1DNA→2DNA。
新产生的DNA分子是一个全新的DNA分子吗？是否像洗相片似的，有一张底片就可以洗出许多相片来？
一、对DNA分子复制的推测
半保留复制
全保留复制
①DNA是肉眼看不到的如何才能分辨DNA？
②实验的基本思路是什么？
③实验是如何区分亲子代的DNA分子的？
④用密度梯度离心后重带、中带、轻带表示的DNA分子的双链构成是怎样的？
⑤在整个实验的亲代、子一代、子二代细胞中提取的DNA离心的结果说明了什么？
【阅读与思考】P53
二、DNA半保留复制的实验证据
1958年,科学家以大肠杆菌为实验材料。
运用技术：
怎样把不一样的DNA分开呢？
N、Ｐ
想一想
：可以用什么同位素去标记DNA？
密度梯度离心技术
14N/14N—DNA
15N/14N—DNA
15N/15N—DNA
轻链
中链
重链
同位素示踪技术
15N
14N
转移到含14NH4Cl的培养液中
15N/15N
DNA
15N/14N
DNA
14N/14N
DNA
15N/14N
DNA
大肠杆菌在含15NH4Cl的培养液中生长若干代
15N
14N
变通：亲代母链与子代DNA链数之比为：
含亲代母链的DNA分子数与子代DNA分子数之比为：
规律1：亲代DNA复制n代后，DNA分子数为＿＿＿，含亲代母链的DNA分子数为＿＿＿，不含亲代母链的DNA分子数为＿＿＿＿
1/2n
2/
2n
2n
2个
2n－2
解释
【智慧眼——寻找规律】
半保留复制
DNA分子复制时，DNA分子的双螺旋将解开，互补的碱基之间的氢键断裂，解开的两条单链作为复制的模板，游离的脱氧核苷酸依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。
由于新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链，因此，这种复制方式被称做半保留复制。
1、场所：
2、时期：
3、条件
4、复制过程：
5、复制特点
6、准确复制原因
7、复制的生物学意义：
有丝分裂间期、减数分裂第一次分裂的间期
模板：
原料：
能量：
酶：
DNA的两条母链
游离的脱氧核苷酸（A、G、C、T）
ATP
DNA解旋酶、DNA聚合酶等
①DNA双链提供精确的模板
（1）边解旋边复制
（2）半保留复制
细胞核（主要）、线粒体、叶绿体
解旋→合成互补子链→形成子代DNA
②碱基互补配对原则
P54
三、DNA分子复制的过程（P54）
规律2：亲代DNA分子经
n
次复制后， 所需某种游离的脱氧核苷酸数为：
R
＝a
(2
n－1)
其中
a
表示亲代DNA含有的某种碱基数，n
表示复制的次数。
例如：一个DNA分子片段，经水分解消耗88个水分子，得到多少个脱氧核苷酸？
规律3：碱基总数＝失去H2O数＋2
90
【智慧眼——寻找规律】
过去
现在
将来
过去
现在
将来
亲
代
第一代
第二代
第三代
15N
15N
类推第五代时在离心管中，上中下层的比例如何？
复制过程:
解旋酶催化（氢键断裂）
解旋：
模板
（在DNA聚合酶的催化下，利用游离的脱氧核苷酸进行）
复制:
以母链为模板进行碱基配对
母链（旧链）
子链（新链）
子代DNA:
同时进行(边解旋边复制）
组成
边解旋复制
半保留复制
多起点复制
1、DNA的复制不可能发生在（
）
A、细胞核中
B、叶绿体中
C、线粒体中
D、核糖体中
D
2、一条染色体含有一个双链DNA分子，经复制后，一条染色单体含有
（
）
A、两条双链DNA分子
B、一条双链DNA分子
C、一条单链DNA分子
D、四条双链DNA分子
B
——课堂练习——
3．DNA分子的半保留复制方式使
(
)
A．分子结构具有相对稳定性
B．能精确进行自我复制，保证亲代与子代之
间的
连续性
C．能够精确地指导蛋白质合成
D．产生可遗传变异的机会
4．一个双链DNA分子为第一代，经过3次自我复制，在第四代DNA分子中，共有(
)条长链有(
)条第一代脱氧核苷酸的长链
A．2
B．4
C．8
D．16
A
D
B
5．下列关于DNA复制过程中，正确顺序是（
）
①互补碱基对间氢键断裂
②互补碱基对之间形成氢键
③DNA分子在解旋酶作用下解旋
④以母链为模板进行碱基互补配对
⑤子链与母链盘旋成双螺旋结构
A．③①②④⑤
B．③④②⑤①
C．③①④②⑤
D．①③④②⑤
C
6、含有32P或31P的磷酸，两者化学性质几乎相同，都可参与DNA的组成，但32P比31P质量大。现将某哺乳动物的体细胞放在含有31P磷酸的培养基中，连续培养数代后得到G0代细胞。然后将G0代细胞移到含有32P的培养基中培养，经过第1、2次细胞分裂后，分别得到G1、G2代细胞。再从G0、G1、G2代细胞中提取出DNA，经密度剃度离心后得到的结果如图所示，由于DNA分子的质量不同，因此在离心管内的分布不同。若①、②、③分别代表轻型、中型、重型DNA分子的位置，请回答：
⑴、G0、G1、G2三代DNA离心后的试管分别是图中的：G0
、G1
、G2
。
A
B
D
⑵、G2代在①、②、③三条带中DNA数的比例是
。
⑶、图中①、②两条带中DNA分子所含的同位素磷分别是：
，
。
⑷、上述实验结果证明了DNA的复制方式是
。
0:1:1
31P
31P
和32P
半保留复制第三章 第3、4节
一、选择题
1．(2018·石景山测试)下列关于DNA复制的叙述，正确的是
( )
A．单个脱氧核苷酸在DNA酶的作用下连接合成新的子链
B．在细胞有丝分裂间期，发生DNA复制
C．DNA通过一次复制后产生四个DNA分子
D．DNA双螺旋结构全部解旋后，开始DNA的复制
[答案] B
[解析] DNA复制时四种脱氧核苷酸在DNA聚合酶的作用下连接合成新的子链；在细胞有丝分裂间期，发生DNA复制；DNA通过一次复制后产生两个DNA分子；DNA的复制是边解旋边复制的。
2．已知DNA分子的一条母链上的部分碱基排列顺序为—A—C—G—T—，那么，以另一条母链为模板，经复制后得到的对应子链的碱基排列顺序是
( )
A．—T—G—C—A—
B．—A—C—G—T—
C．—U—G—C—A—
D．—A—C—G—U—
[答案] B
[解析] DNA复制过程中遵循碱基互补配对原则，以另一条母链为模板形成的子代DNA的相对应的子链的碱基顺序与已知的母链是相同的。
3．把培养在含轻氮(14N)环境中的一细菌，转移到含重氮(15N)环境中，培养相当于复制一轮的时间，然后取一细菌放回原环境中培养相当于复制两轮的时间后，细菌DNA组成分析表明
( )
A．3/4轻氮型、1/4中间型
B．1/4轻氮型、3/4中间型
C．1/2轻氮型、1/2中间型
D．3/4重氮型、1/4中间型
[答案] A
[解析] 轻氮(14N)环境中一细菌转移到重氮(15N)环境中培养相当于复制一轮的时间后，DNA分子全为15N/14N，再返回轻氮(14N)环境中培养复制两次，产生4个DNA分子，3/4轻氮型、1/4中间型。
4．DNA之所以能够准确无误自我复制，根本原因之一是
( )
A．不同DNA分子具有不同的碱基排列顺序
B．不同DNA分子具有不同的碱基数目
C．两条链上的碱基严格按碱基互补配对原则配对
D．不同DNA分子具有不同的空间结构
[答案] C
[解析] DNA之所以能够准确无误地自我复制，是由两条链上的碱基严格按碱基互补配对原则配对。
5．遗传信息是指
( )
A．有遗传效应的脱氧核苷酸序列
B．脱氧核苷酸
C．氨基酸序列
D．核苷酸
[答案] A
[解析] 所谓的遗传信息是指能够表达(形成特定氨基酸顺序的蛋白质)出来的DNA(基因)中脱氧核苷酸序列(有遗传效应的DNA片段)，不同的脱氧核苷酸序列能够控制形成不同氨基酸顺序的蛋白质。
6．关于基因的概念，错误的是
( )
A．基因是有遗传效应的DNA片段
B．基因是DNA上有一定功能的特异碱基排列顺序
C．基因是DNA上任意一段
D．基因是控制生物性状的遗传物质的结构单位和功能单位
[答案] C
[解析] 基因是有遗传效应的DNA片段，是一特定的碱基排列顺序。由于DNA分子上有很多不能控制生物性状的区段，所以基因不能是DNA上的任意一段。
二、非选择题
7．如下图所示为DNA的复制图解，请据图回答下列问题：
(1)DNA的复制发生在________________期。
(2)②过程称为________。
(3)③过程中的子链是________。
(4)③过程必须遵循______________原则。
(5)子代DNA分子中只有一条链来自亲代DNA分子，由此说明DNA的复制具有________的特点。
(6)将一个细胞的DNA用15N标记，放入含14N的4种脱氧核苷酸培养液中，连续分裂4次，则含14N的DNA细胞占细胞总数的________，含15N的DNA细胞占总细胞数的________。
[答案] (1)有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间 (2)解旋 (3)Ⅱ、Ⅲ (4)碱基互补配对 (5)半保留复制 (6)100% 12.5%
[解析] DNA的复制发生在有丝分裂的间期和减数第一次分裂前的间期。DNA复制时，先将两条链之间的氢键打开，形成两条单链，即解旋；然后以两条单链为模板，按照碱基互补配对原则，再各形成一条新链，最后母链和新合成的子链进行螺旋化，形成新的DNA分子。DNA分子复制的方式为半保留复制，子代DNA分子中有一条母链和一条与母链互补的子链，DNA分子中的两条母链一直往后代传递。复制n次后产生的子代DNA分子为2n个，本题中含有15N标记的子代DNA分子为2个，所占比例为2/2n。
一、选择题
1．染色体和DNA的关系是
( )
(1)DNA位于染色体上 (2)染色体就是DNA
(3)DNA是染色体的主要成分 (4)染色体和DNA都是遗传物质 (5)每条染色体上含有一个或二个DNA分子
A．(1)(3)(5)
B．(1)(2)(3)
C．(2)(3)(4)
D．(3)(4)(5)
[答案] A
[解析] 因为核酸(DNA和RNA)是一切生物的遗传物质，DNA是主要的遗传物质，染色体是遗传物质DNA的主要载体，每条染色体上都有一个DNA分子(每条染色单体上也含有一个DNA分子)，染色体的主要化学成分是DNA，所以，供选答案中可排除(2)和(4)。
2．由50个脱氧核苷酸构成的DNA分子，按其碱基的排列顺序不同，可分为多少种，说明了DNA分子的什么特性
( )
①504种 ②450种 ③425种 ④遗传性 ⑤多样性 ⑥特异性
A．①④
B．②⑤
C．②⑥
D．③⑤
[答案] D
[解析] 50个脱氧核苷酸共构成了25个碱基对，共有排列顺序425种，由此说明由于碱基对(或脱氧核苷酸对)的排列顺序的多样性，决定了DNA的多样性。
3．用15N同位素标记细菌的DNA分子，再将其放入含14N的培养基上连续繁殖4代，a、b、c为三种DNA分子：a只含15N，b同时含14N和15N，c只含14N。下列表示这三种DNA分子的比例正确的是
( )
[答案] D
[解析] 分析题干，DNA分子在含14N的培养基上连续繁殖4代，可形成16个DNA分子，由于DNA分子的复制是半保留复制，因此16个DNA分子中有2个DNA分子同时含15N和14N,14个DNA分子只含14N，只含有15N的DNA分子数为0。
4．下列关于DNA、染色体、基因的关系的叙述，其中不正确的是
( )
A．每条染色体有一个DNA分子，经复制每条染色单体上有一个DNA分子
B．每个DNA分子上有许多基因，基因是有遗传效应的DNA片断
C．基因在染色体上呈线性排列
D．基因在DNA分子双链上成对存在
[答案] D
5．(2018·郑州检测)用15N标记含有100个碱基对的DNA分子，其中有胞嘧啶60个，该DNA分子在含14N的培养基中连续复制4次。下列结果不可能的是
( )
A．含有14N的DNA分子占7/8
B．含有15N的脱氧核苷酸链占1/16
C．复制过程中需腺嘌呤脱氧核苷酸600个
D．复制后共产生16个DNA分子
[答案] A
[解析] DNA分子的复制是半保留复制，无论复制几次都只有2个DNA含有15N，而子代每一个DNA分子都含有14N，故含有14N的DNA分子占100%；连续复制4次后共有DNA
16个，B、D都正确；胞嘧啶(C)有60个，所以G有60个，而A＋T＋C＋G＝100×2＝200，则A＋T＝80，又A＝T，故A＝T＝40，所以需要腺嘌呤脱氧核苷酸40×(24－1)＝600(个)，C正确。
6．(2018·襄阳调研)右图为真核细胞DNA复制过程的模式图，据图分析，下列相关叙述错误的是
( )
A．由图示得知，DNA分子复制的方式是半保留复制
B．DNA解旋酶能使双链DNA解开，且需要消耗ATP
C．从图中可以看出合成两条子链的方向是相反的
D．DNA在复制过程中先全部解旋，再复制
[答案] D
[解析] 由图可知，DNA复制为半保留复制，因为新合成的DNA单链和对应的母链组成了新的DNA分子；从解旋酶的加入过程可以看出，解旋酶使DNA双链分开，并且这个过程消耗了ATP；分析图中合成的子链，可以看到两条子链的合成方向是相反的；DNA的复制并没有在DNA全部解旋之后，而是边解旋边复制。
7．(2018·潍坊检测)某DNA分子中含有1000个碱基对(P元素只是32P)。若将该DNA分子放在只含31P的脱氧核苷酸的培养液中，让其在适宜的条件下复制两次，则子代DNA的平均相对分子质量比原来
( )
A．增加1
000
B．减少1
000
C．增加1
500
D．减少1
500
[答案] D
[解析] 具有1
000个碱基对的DNA分子连续分裂两次，形成4个DNA分子，这4个DNA分子中有2个DNA分子的每条链都是含31P，还有2个DNA分子都是一条链含31P、另一条链含32P。前2个DNA分子的相对分子质量比原DNA分子共减少了4
000，后2个DNA分子的相对分子质量比原来共减少了2
000，这样4个DNA分子平均比原来减少了6000÷4＝1
500。
8．体外进行DNA复制的实验，向试管中加入有关的酶、四种脱氧核苷酸和ATP,37℃下保温。下列叙述中正确的是
( )
A．能生成DNA，DNA的碱基比例与四种脱氧核苷酸的比例一致
B．不能生成DNA，因为缺少DNA模板
C．能生成DNA，DNA的碱基比例不确定，且与酶的来源有一定的关联
D．不能生成DNA，因为实验中缺少酶催化的适宜的体内条件
[答案] B
[解析] DNA复制的四个基本条件是：模板、酶、ATP、原料。没有加入模板DNA，所以无DNA生成。
二、非选择题
9．下图是DNA分子复制的图解，请根据图回答：
(1)图中的[1]表示________过程，需要________酶的作用。
(2)图中的[2]过程表示以母链为模板进行的碱基的________，参与配对的物质是游离在周围的________________。
(3)图中的[3]过程表示形成两个新的________分子，这一过程包括子链中脱氧核苷酸的________与________交替连接以及子链与母链在空间结构上的________化。参与此过程的酶有________等。
(4)分析DNA复制过程所需条件应是：场所一般在________内；模板是________；原料是________；酶需要________、________等；能量由________提供。
(5)DNA复制，
一般是严格的________复制，DNA复制的遗传学意义是为________在上下代之间的________准备了物质基础。遗传信息的传递使亲代生物的性状可在子代得到表现，例如(试举一例)________。
[答案] (1)解旋 解旋 (2)互补配对 脱氧核苷酸 (3)DNA 脱氧核糖 磷酸 螺旋 DNA聚合酶 (4)细胞核 原DNA母链 脱氧核苷酸 解旋酶 DNA聚合酶 ATP (5)半保留
遗传信息 传递 子女长得像父母
10．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？下面设计实验来证明DNA的复制方式。
实验步骤；
(1)在氮源为14N的培养基中生长的大肠杆菌，其DNA分子均为14N—DNA(对照)。
(2)在氮源为15N的培养基中生长的大肠杆菌，其DNA分子均为15N—DNA(亲代)。
(3)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)，用密度梯度离心法分离，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，则可以排除半保留复制和分散复制；
(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，同时肯定半保留复制；如果子代Ⅱ不能分出中、轻密度两条带，则排除________，同时确定为____________。
[答案] (1)轻(14N/14N) 重(15N/15N)
(2)全保留复制 半保留复制和分散复制
(3)一条中密度带 一条轻密度带 半保留复制 分散复制
[解析] 从题目中的图示可知，深色为亲代DNA的脱氧核苷酸链(母链)，浅色为新形成的子代DNA的脱氧核苷酸链(子链)。因此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，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代片段间隔连接而成的。章末归纳整合
