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《DNA分子的复制》教学设计
课题
第三节
DNA分子的复制
单元
第一章
学科
生物
年级
高一
学习目标与核心素养
概述
DNA
分子通过半保留方式进行复制。通过分析
DNA
复制的相关实验，培养尊重事实和证据，崇尚严谨和务实的求知态度。1.文化基础：概述
DNA
分子通过半保留方式进行复制及相关实验。2.自主发展：通过分析
DNA
复制的相关实验，崇尚严谨和务实的求知态度。3.社会参与：阐述DNA
分子通过半保留方式进行复制及相关实验，培养尊重事实和证据。
重点
概述
DNA
分子通过半保留方式进行复制及相关实验。
难点
概述
DNA
分子通过半保留方式进行复制及相关实验。
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
导入新课
播放视频《DNA分子的复制》2002年初，随着首批成年体细胞克隆牛降生，我国成为掌握体细胞克隆牛关键技术的少数国家之一。图中5头牛的外貌极为相似，是缘于胚胎分割技术。应用胚胎分割技术可以获得双胎或多胎动物，从而快速繁育优良牲畜。这些小牛是由同一个受精卵经细胞分裂而来。由于分裂过程中的
DNA复制，它们具有相同的遗传信息，表型几乎完全相同。
课前查阅资料，播放视频《DNA分子的复制》初步了解DNA分子复制的过程，联系实际案例，提出问题，分析问题。
通过视频，使学生初步了解DNA分子复制过程，分析热点案例，导出新课，激发学生的学习兴趣。
讲授新课
提出问题DNA
复制发生在什么时期?它是如何保证遗传信息准确复制的?这与
DNA分子的结构特点存在怎样的关系?DNA分子的复制是半保留式的DNA
的半保留方式复制（semi-conservative
replication）：以原有
DNA
双链分子中的___________分别作为模板，根据_________________复制出另一条单链，产生的子代
__________分子中，一条单链是完整保留下来的_______，另一条单链是新合成的_________________。2.经典再现：DNA分子半保留式复制的证明【资料
1】1957年，美国科学家泰勒（J.Taylor）用含五胸苷培养蚕豆根尖细胞一个有丝分裂周期，采用放射自显影技术，可以观察到每个姐妹染色单体都能显影。随后将标记的根尖移入普通培养液中，使其再经过一个细胞周期，观察到染色体中一条单体可显影，另一条单体不显影。分析讨论①资料1的实验为什么能证明半保留式复制?提示：经过一个周期，染色体一条单体可显影，另一条不能显影，两条单体连接在同一个着丝点上，说明组成它的DNA进行半保留复制。【资料2】1958年，科学家用以14NH，Cl
为唯一氮源的培养基培养大肠杆菌，使其DNA中的N元素为14N，变成"重"分子，然后提取其
DNA样本，用密度梯度离心法进行沉降实验，此
DNA沉降于较低部，称为重带。而如果以14NHCl为唯一氮源的培养基培养大肠杆菌，其DNA中的
N元素为14N，由于密度较小，离心后
DNA沉降带偏上，叫作轻带。将大肠杆菌用14NH，Cl为唯一氮源的培养基长时间培养，然后转入以14NH，Cl为唯一氮源的培养基培养，沉降实验结果如图所示。分析讨论②资料2中子一代DNA为什么均沉降于中带?子二代
DNA为何分别沉降于轻带和中带?提示：子一代按照半保留复制的原则DNA组成为14N/15N，所以离心时在中带。子二代再进行一次复制分别存在14N/15N和14N/14N，14N/14N密度较小，离心分离在轻带。资料3电子显微镜在生物学上的广泛应用，为许多亚显微水平的研究提供了充分的证据。电镜下可清晰地观察到DNA复制过程中出现复制环。分析讨论③沉降实验的结果说明
DNA
以何种方式进行复制?提示：沉降实验证明DNA的复制为半保留复制。④技术进步对科学发展有何意义?提示：科技的进步为生物学的研究提供了更为先进的技术手段，为研究分子生物学，生物分子结构功能提供了更为便利的手段。3.遗传信息控制______________，并代代相传，为此，必须有一套完备的____________。4.大量实验证明，DNA
分子通过___________进行复制，这种复制方式保证了遗传信息能够准确地由______________________。5.半保留复制：形成的分子一半是新的，一半是旧的；二、DNA分子复制的过程1.DNA分子的复制（replication）是指以____________为模板合成_________的过程。2.DNA分子的复制主要发生在细胞_______________和__________________。3.DNA复制过程在______________的作用下，DNA分子的2条____________________解螺旋。然后，分别以解开的______________________。催化剂：解旋酶过程：氢键破坏，两条脱氧核苷酸链逐步分离（3）DNA复制具有方向性①由于
DNA聚合酶具有___________，而DNA的2条链是____________的，所以在复制时一条子链的合成是____________进行的，而另一条子链的合成是___________________进行的。②多数生物细胞内
DNA
的复制都是从固定的起点开始________进行的。③DNA
聚合酶只能延长_________，不能从头合成DNA链，所以DNA复制时，往往先由___________________在
DNA模板上合成一段
RNA
作为___________________，DNA
聚合酶就以此为起点。播放视频《DNA分子的复制》1.分析并归纳DNA复制需要哪些条件?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：解旋酶、DNA聚合酶等2.分析DNA复制过程及结果，总结DNA复制
的特点。边解旋边复制
半保留复制3.结合DNA的结构特点，尝试说出DNA复制
准确进行的原因?①DNA具有独特的双螺旋结构,能为复制提精确的模板。②碱基互补配对原则,能够使复制准确无误。三、与复制有关的计算解析（1）若一个亲代DNA分子经
n
次复制后（2）若亲代DNA分子中某脱氧核苷酸数为a，经
n
次复制后，所需游离的某脱氧核苷酸数为：
R
=a
(2n-1)变通：复制第n次所需的某脱氧核苷酸数？R
=a·2n-1三、学业检测与巩固练习1.为研究
DNA分子的复制方式，科学家将大肠杆菌放在含有同位素"N的培养基中培养，若千代后，细菌DNA所含的N均为N，它比N分子密度大。然后将大肠杆菌转移到N
的培养基中培养，每增殖一代取样一次，提取
DNA密度梯度离心，实验结果如图所示。请回答下列问题∶（1）位于中带的DNA
含有的N元素
是（2）对第
4代
DNA进行密度梯度离心，位于中带的比例为_____（3）如果将第2代（全中）DNA链的氢键断裂后进行密度梯度离心，这些
DNA
单链在试管中的分布位置是____，请将结果标于上图右边的试管内。（4）上述实验表明，DNA
复制的方式是__________。提示：(1)
14N、15N分析：根据试题分析，位于中带的DNA一条链是14N，另一条链是15N，含有的N元素是14N、15N。
(2)1/8
解析第四代中由一个亲代DNA分子产生的子代DNA数为24=16个，其中一条链为14N，另一条链为15N的DNA分子有2个，占总数的1/8，位于梯度离心分离的中带，其余DNA分子均只含14N，有14个，占总数7/8，位于轻带。
(3)1/2轻带，1/2重带
解析：将第一代DNA链(一条链含14N，另一条链含15N)的氢键断裂后，两条链将会分开，测定密度时，应一半链在轻带，一半链在重带，图示如下：（4）半保留复
【学习活动一】学生阅读课本，带着问题，阅读课文，回答问题。小组讨论，案例分析。小组讨论，分析问题回答问题。【学习活动二】学生阅读，分组讨论，DNA分子复制的过程。。【学习活动三】学生阅读，分析与复制相关计算问题。根据所学，完成相关练习
带着问题，通过阅读，了解DNA半保留复制，培养学生获取信息的能力，加深学生对概念的认识，激发学生的科学研究的兴趣。通过案例分析，证明DNA分子半保留复制过程，培养学生尊重事实和证据，崇尚严谨和务实的求知态度。通过案例分析，小组探究学习，提升学生团队意识及分析问题解决问题的能力。分组辩论，引导学生认识到要基于科学可靠的证据，以及合乎逻辑的推理判断，推断DNA分子复制的过程，掌握相关知识。培养学生获取信息的能力，锻炼学生的语言表达能力，提高学生分析问题，解决问题的能力。利用案例计算，培养学生对DNA复制过程更加直观、深入了解，锻炼学生计算推理能力，提高分析能力。回顾旧知，巩固和应用所学知识。
课堂小结
1.遗传信息控制生物的性状，DNA分子通过半保留方式进行复制，这种复制方式保证了遗传信息能够准确地由亲代传递给子代。2.DNA分子的复制（replication）是指以亲代
DNA分子为模板合成子代
DNA的过程。这一过程主要发生在细胞有丝分裂的间期和减数第一次分裂前的间期。3.DNA
分子复制的原理是碱基互补配对，复制时边解旋边复制，即解旋酶仍在解旋，已经解旋了的
DNA
片段就开始在
DNA
聚合酶等的作用下进行复制，直至整个
DNA复制完成。
板书
DNA分子的复制DNA分子的复制是半保留复制二、DNA分子复制的过程模板、原料、酶三、计算
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精品试卷·第
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第三节
DNA分子的复制
沪科版
高中生物
学习目标
概述
DNA
分子通过半保留方式进行复制。
通过分析
DNA
复制的相关实验，培养尊重事实和证据，崇尚严谨和务实的求知态度。
1.文化基础：概述
DNA
分子通过半保留方式进行复制及相关实验。
2.自主发展：通过分析
DNA
复制的相关实验，崇尚严谨和务实的求知态度。
3.社会参与：阐述DNA
分子通过半保留方式进行复制及相关实验，培养尊重事实和证据。
DNA分子的复制
提出问题
2002年初，随着首批成年体细胞克隆牛降生，我国成为掌握体细胞克隆牛关键技术的少数国家之一。图中5头牛的外貌极为相似，是缘于胚胎分割技术。应用胚胎分割技术可以获得双胎或多胎动物，从而快速繁育优良牲畜。这些小牛是由同一个受精卵经细胞分裂而来。由于分裂过程中的
DNA复制，它们具有相同的遗传信息，表型几乎完全相同。
DNA
复制发生在什么时期?
它是如何保证遗传信息准确复制的?
这与
DNA分子的结构特点存在怎样的关系?
一、DNA分子的复制是半保留式的
以原有
DNA
双链分子中的_________________分别作为模板，根据_________________复制出另一条单链，产生的子代
______________分子中，一条单链是完整保留下来的______________，另一条单链是新合成的_________________。
1.
DNA
的半保留方式复制（semi-conservative
replication）：
2条单链
碱基互补配对
DNA
双链
母链
互补链
2.经典再现：DNA分子半保留式复制的证明
1957年，美国科学家泰勒（J.Taylor）用含五胸苷培养蚕豆根尖细胞一个有丝分裂周期，采用放射自显影技术，可以观察到每个姐妹染色单体都能显影。随后将标记的根尖移入普通培养液中，使其再经过一个细胞周期，观察到染色体中一条单体可显影，另一条单体不显影。
【资料
1】
①资料1的实验为什么能证明半保留式复制?
分析讨论
提示：经过一个周期，染色体一条单体可显影，另一条不能显影，两条单体连接在同一个着丝点上，说明组成它的DNA进行半保留复制。
1958年，科学家用以14NH，Cl
为唯一氮源的培养基培养大肠杆菌，使其DNA中的N元素为14N，变成"重"分子，然后提取其
DNA样本，用密度梯度离心法进行沉降实验，此
DNA沉降于较低部，称为重带。而如果以14NHCl为唯一氮源的培养基培养大肠杆菌，其DNA中的
N元素为14N，由于密度较小，离心后
DNA沉降带偏上，叫作轻带。将大肠杆菌用14NH，Cl为唯一氮源的培养基长时间培养，然后转入以14NH，Cl为唯一氮源的培养基培养，沉降实验结果如图所示。
【资料2】
全重
全中
14N/14N
15N/14N
15N/15N
亲代
子一代
子二代
轻
中
重
15N/15N-重型DNA(全部)
子一代
子二代
亲
代
15N/14N-中型DNA(全部)
15N/14N-中型DNA(1/2)
14N/14N-轻型DNA(1/2)
半保留复制
得出结论：DNA复制方式是半保留复制
②资料2中子一代DNA为什么均沉降于中带?子二代
DNA为何分别沉降于轻带和中带?
分析讨论
提示：子一代按照半保留复制的原则DNA组成为14N/15N，所以离心时在中带。子二代再进行一次复制分别存在14N/15N和14N/14N，14N/14N密度较小，离心分离在轻带。
【资料3】
电子显微镜在生物学上的广泛应用，为许多亚显微水平的研究提供了充分的证据。电镜下可清晰地观察到DNA复制过程中出现复制环。
分析讨论
④技术进步对科学发展有何意义?
③沉降实验的结果说明
DNA
以何种方式进行复制?
提示：沉降实验证明DNA的复制为半保留复制。
提示：科技的进步为生物学的研究提供了更为先进的技术手段，为研究分子生物学，生物分子结构功能提供了更为便利的手段。
3.遗传信息控制_____________________，并代代相传，为此，必须有一套完备的__________________________。
4.大量实验证明，DNA
分子通过______________________进行复制，这种复制方式保证了遗传信息能够准确地由______________________。
生物的性状
遗传物质复制系统
半保留方式
亲代传递给子代
5.半保留复制：形成的分子一半是新的，一半是旧的；
复制一次
二、DNA分子复制的过程
是指以_____________________为模板合成________________的过程。
1.DNA分子的复制（replication）
亲代
DNA分子
子代
DNA
2.DNA分子的复制主要发生在细胞____________________________和_________________________________。
有丝分裂的间期
减数第一次分裂前的间期
3.DNA复制过程
在______________的作用下，DNA分子的2条____________________解螺旋。然后，分别以解开的______________________。
解旋酶
脱氧核苷酸长链
每一条链为模板
解旋酶
（1)解旋
双螺旋的双链解开成为两条单链，成为母链
结果：
氢键破坏，两条脱氧核苷酸链逐步分离
解旋酶
过程：
催化剂：
（2)合成子链
DNA聚合酶
母链
催化剂：
模板：
原料：
4种脱氧核苷酸（A、T、C、G）
原则：
碱基互补配对原则
（3）DNA复制具有方向性
①由于
DNA聚合酶具有___________，而DNA的2条链是____________的，所以在复制时一条子链的合成是____________进行的，而另一条子链的合成是___________________进行的。
专一性
反向平行
连续
反向不连续
③DNA
聚合酶只能延长_______________________，不能从头合成DNA链，所以DNA复制时，往往先由___________________在
DNA模板上合成一段
RNA
作为___________________，DNA
聚合酶就以此为起点。
②多数生物细胞内
DNA
的复制都是从固定的起点开始________进行的。
双向
已存在的
DNA链
RNA
聚合酶
复制的引物
DNA分子的复制
小结：
1.分析并归纳DNA复制需要哪些条件?
2.分析DNA复制过程及结果，总结DNA复制
的特点。
3.结合DNA的结构特点，尝试说出DNA复制
准确进行的原因?
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：解旋酶、DNA聚合酶等
边解旋边复制
半保留复制
①DNA具有独特的双螺旋结构,能为复制提精确的模板。
②碱基互补配对原则,能够使复制准确无误。
亲代
子一代
子二代
子三代
2
4
8
1
（1）若一个亲代DNA分子经
n
次复制后
①子代DNA分子数：
②含亲代母链的DNA分子数：
③子代DNA脱氧核苷酸总链数：
④亲代脱氧核苷酸链数：
2n个
2个
2n+1条
2条
④新合成的脱氧核苷酸链数：
2n+1-2条
三、与复制有关的计算解析
（2）：若亲代DNA分子中某脱氧核苷酸数为a，经
n
次复制后，所需游离的某脱氧核苷酸数为：
R
=a
(2n-1)
变通：复制第n次所需的某脱氧核苷酸数？
例题：一个DNA分子中含有1000个碱基对，其中有400个腺嘌呤。如果它连续复制两次，消耗周围环境中胞嘧啶脱氧核苷酸
。
1800
R
=a·2n-1
三、学业检测与巩固练习
1.为研究
DNA分子的复制方式，科学家将大肠杆菌放在含有同位素"N的培养基中培养，若千代后，细菌DNA所含的N均为N，它比N分子密度大。然后将大肠杆菌转移到N
的培养基中培养，每增殖一代取样一次，提取
DNA密度梯度离心，实验结果如图所示。请回答下列问题∶
（1）位于中带的DNA
含有的N元素是
__________________
14N、15N
提示：根据试题分析，位于中带的DNA一条链是14N，另一条链是15N，含有的N元素是14N、15N。
（3）如果将第2代（全中）DNA链的氢键断裂后进行密度梯度离心，这些
DNA
单链在试管中的分布位置是_________________________，请将结果标于上图右边的试管内。
（2）对第
4代
DNA进行密度梯度离心，位于中带的比例为____________。
1/8
提示：链为14N，另一条链为15N的DNA分子有2个，占总数的1/8，位于梯度离心分离的中带，其余DNA分子均只含14N，有14个，占总数7/8，位于轻带。
1/2轻带，1/2重带
（4）上述实验表明，DNA
复制的方式是______________________。
半保留复制
提示：将第一代DNA链(一条链含14N，另一条链含15N)的氢键断裂后，两条链将会分开，测定密度时，应一半链在轻带，一半链在重带，
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