【學習目標】
1.總結“DNA是主要的遺傳物質”的探索過程
2.分析證明DNA是主要的遺傳物質的實驗設計思路。
3.探討實驗技術在證明DNA是主要的遺傳物質中的作用。
【學習重難點】
1.教學重點
（1）運用假說--演繹法探究DNA的復制方式。
（2）DNA復制的條件、過程和特點。
2.教學難點
（1）運用假說--演繹法探究DNA的復制方式。
（2）DNA復制的過程。
【預習新知】
對DNA復制的推測
(1)提出者：沃森和克里克。
(2)假說內容：
①解旋：DNA分子復制時，DNA分子的雙螺旋解開，互補堿基之間的氫鍵斷裂。
③特點：新合成的每個DNA分子中，都保留了原來DNA分子中的一條鏈，這種復制方式稱作半保留復制。
DNA半保留復制的實驗證據
1.實驗材料： 大腸桿菌
2.實驗用的技術： 同位素標記技術
3.實驗過程：
① 大腸桿菌在含有15NH4Cl的培養(yǎng)液中繁殖多代，使DNA雙鏈充分被15N標記
② 將含15N標記的大腸桿菌轉移到含14NH4Cl的培養(yǎng)液中培養(yǎng)
③ 在不同時刻收集大腸桿菌并提取DNA
④ 將提取的DNA進行密度梯度離心，記錄離心后試管中DNA的位置
4.預期實驗結果：
①重帶（密度最大）：兩條鏈都被15N標記的親代雙鏈DNA（15N/15N）
②中帶（密度居中）：一條鏈被15N標記。另一條鏈含14N的子代雙鏈DNA（15N/14N）
③輕帶（密度最?。簝蓷l鏈都含14N的子代雙鏈DNA（14N/15N）
5.實驗結果：與預期實驗結果相符
6.實驗結論：DNA的復制方式是 半保留復制
DNA復制的過程
1.DNA復制的概念
以親代DNA為模板合成子代DNA的過程。
2.發(fā)生時期
在真核生物中，這一過程是在細胞分裂前的間期，隨著染色體的復制而完成的。
3.過程
4.結果
形成兩個完全相同的DNA分子。
5.特點
（1）邊解旋邊復制。
（2）半保留復制。
6.意義：將遺傳信息從親代細胞傳遞給子代細胞，從而保持了遺傳信息的連續(xù)性。
【易錯提示】
（1）邊解旋邊復制和半保留復制都是DNA復制的特點，但半保留復制同時還是DNA復制的方式；
（2）不僅DNA的兩條母鏈是反向平行的，新合成的子鏈與其模板母鏈也是反向平行的。
（1）DNA解旋后的每一條脫氧核苷酸鏈都可以作為DNA復制的模板（ ）
（2）DNA雙螺旋全部解開后，再開始進行DNA復制（ ）
（3）在DNA復制過程中，解旋酶破壞的是氫鍵，不能將DNA分解成脫氧核苷酸（ ）
答案：（1）√（2）×（3）√
【深化探究】
探究點一 對DNA復制的推測
1．在DNA復制過程中需要解旋酶和DNA聚合酶，這兩種酶的作用分別是什么？
2．DNA的復制為什么需要適宜的溫度和pH?
3．如果將DNA分子的兩條鏈用15N標記，轉移到含14N的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，復制2次后，含15N的DNA、含14N的DNA、含15N的DNA鏈、含14N的DNA鏈各是多少？
易錯提醒：(1)該實驗在探究過程中使用的方法是假說—演繹法。
(2)該實驗也可以用P、C等元素進行標記。
(3)在實驗過程中一定要注意提取DNA的時間，應以大腸桿菌繁殖一次所用的時間為間隔。
1．對DNA復制的推測
2.DNA半保留復制的實驗證據分析
(1)實驗方法：同位素標記法和密度梯度離心法。
(2)實驗原理：含15N的雙鏈DNA密度大，含14N的雙鏈DNA密度小，一條鏈含14N、一條鏈含15N的雙鏈DNA分子密度居中。
(3)實驗假設：DNA以半保留的方式復制。
(4)實驗預期：離心后應出現3條DNA帶。
①重帶(密度最大)：兩條鏈都為15N標記的親代雙鏈DNA。②中帶(密度居中)：一條鏈為14N標記，另一條鏈為15N標記的子代雙鏈DNA。③輕帶(密度最小)：兩條鏈都為14N標記的子代雙鏈DNA。
(5)實驗過程
(6)過程分析
①立即取出，提取DNA→離心→全部重帶。②繁殖一代后取出，提取DNA→離心→全部中帶。③繁殖兩代后取出，提取DNA→離心→1/2輕帶、1/2中帶。
(7)實驗結論：DNA的復制是以半保留方式進行的
探究點二 DNA的復制
1．閱讀教材P55～56，結合圖3－10，探究下列問題：
(1)DNA復制時有幾條模板鏈？新合成的DNA中的兩條鏈全是子鏈嗎？
(2)DNA復制時，用什么方法識別DNA中哪一條鏈是母鏈，哪一條鏈是子鏈？DNA復制所形成的子代DNA是否是親代DNA鏈和子代DNA鏈隨機結合的？
(3)若將某一試管中加入緩沖液、ATP、解旋酶、DNA模板和四種脫氧核苷酸，并置于適宜的溫度下，能否完成DNA的復制？并分析其原因。
(4)若1個DNA含有m個腺嘌呤，則復制n次需要多少游離的腺嘌呤脫氧核苷酸？
(5)DNA復制具有準確性，那么在任何情況下，DNA復制產生的子代DNA與親代DNA都完全相同嗎？
2．根據圖1、圖2思考下列問題：
(1)圖1中進行的是什么過程？發(fā)生的時期和場所是什么？
(2)圖1中的酶1和酶2分別是什么酶？分別作用于圖2中的哪個部位？abcd四條脫氧核苷酸鏈中，哪些鏈的堿基排列順序是相同的？
(3)從圖1中是否可以看出DNA復制是半保留復制？為什么？圖1所示的特點還有什么？可用什么方法檢測母鏈和子鏈？
(4)DNA復制受到各種外界因素的干擾時，堿基序列會發(fā)生變化嗎？
3．如圖為真核生物染色體上DNA復制過程的示意圖，請據圖分析DNA復制效率較高的原因。
方法技巧 巧記DNA的復制——“一所，兩期，三步，四條件”
“一所”是指復制的場所主要是細胞核；“兩期”是指復制的時期主要是有絲分裂的間期和減數第一次分裂前的間期；“三步”是指“三個步驟”即解旋、形成子鏈、母鏈與子鏈形成新的DNA；“四條件”是指原料、模板、能量和酶。
誤區(qū)提醒DNA復制相關計算時四個易錯點
(1)復制次數：“DNA復制了n次”和“第n次復制”的區(qū)別：前者包括所有的復制，后者只包括最后一次復制。
(2)堿基數目：注意堿基的數目單位是“對”還是“個”。
(3)復制模板：在DNA復制過程中，無論復制了幾次，含有親代脫氧核苷酸單鏈的DNA都只有兩個。
(4)關鍵詞語：看清是“DNA分子數”還是“鏈數”，“含”還是“只含”等關鍵詞。
【鞏固訓練】
1.一個DNA分子復制完畢后，新形成的DNA子鏈( )
A.是DNA母鏈的片段B.與DNA母鏈之一相同
C.與DNA母鏈相同，但U取代TD.與DNA母鏈完全不同
2.生物學家為探究DNA的復制方式，將15N標記的大腸桿菌放到只含14N的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，根據密度不同通過離心技術，將細胞中含有不同N元素的DNA分離開來，在試管中得到不同密度的DNA帶。下列有關DNA復制的說法，錯誤的是( )
A.復制所得子代DNA分子中（A+C）/（T+G）的值為1/
B.若DNA復制方式是半保留復制，第二代細胞中的DNA分子離心后可以得到兩條DNA帶
C.DNA分子復制時，邊解旋邊復制，同時需要模板、原料、能量和酶等
D.連續(xù)培養(yǎng)三代（復制了三次），在第三代大腸桿菌中含15N的鏈占該代DNA分子總鏈數的1/16
3.某個T2噬菌體的DNA雙鏈都被15N標記，侵染未標記的大腸桿菌后，共釋放出n個子代噬菌體，整個過程中共消耗a個腺嘌呤。下列敘述正確的是( )
A.子代噬菌體中含15N的個體所占比例為1/2n-1
B.可用含15N的培養(yǎng)基直接培養(yǎng)出第一代噬菌體
C.噬菌體DNA復制過程需要的模板、酶、ATP和原料都來自大腸桿菌
D.第一代噬菌體的DNA中含有a/n-1個胸腺嘧啶
4.細菌在含15N的培養(yǎng)基中繁殖數代后，使細菌的DNA皆含有15N，然后再移入含14N的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，提取其子代的DNA進行梯度離心，下圖①-⑤為可能的結果，下列敘述錯誤的是( )
A.第一次分裂子代DNA應為⑤
B.第二次分裂的子代DNA應為①
C.第三次分裂的子代DNA應為③
D.親代的DNA應為⑤
5.下圖為真核生物DNA的結構（圖甲）及發(fā)生的生理過程（圖乙），請據圖回答問題：
（1）圖甲中DNA分子結構的基本骨架是______和_______（填序號）交替排列而成。
（2）如果圖甲的片段復制四次，總共需要游離的腺嘌呤脫氧核糖核苷酸__________個。
（3）圖乙發(fā)生的生理過程是______，其方式為______。發(fā)生該生理過程時，___________為其提供精確的模板，通過_________________，保證了其準確地進行。
（4）圖乙過程涉及的酶為______酶、_______酶，分別作用于圖甲中的______、______(填序號)。
（5）若圖乙中親代DNA分子在復制時，一條鏈上的G變成了A，則該DNA分子經過n次復制后，發(fā)生差錯的DNA分子占DNA分子總數的__________。
參考答案
1.答案：B
解析：A、新合成的子鏈與DNA母鏈之一相同，并不是母鏈的片段，A錯誤；
BD、新合成的子鏈與DNA母鏈之一相同，與另一條母鏈互補配對，B正確，D錯誤；
C、新合成的子鏈與DNA母鏈之一相同，且子鏈中沒有堿基U，C錯誤。
故選B。
2.答案：D
解析：A、在雙鏈DNA分子中，A=T，C=G，故復制所得子代DNA分子中（A+C）/（T+G）的值為1，A正確；B、如果DNA復制方式是半保留復制，那么第二代細胞中的DNA分子離心后可以得到兩條DNA帶，一條（14N/14N-DNA）位于上部，另一條（15N/14N-DNA）位于中部，B正確；C、DNA分子復制是一個邊解旋邊復制的過程，需要模板、原料、能量和酶等，C正確；D、連續(xù)培養(yǎng)三代（復制了三次），第三代大腸桿菌中含15N的鏈有2條，該代DNA分子總鏈數為16條，在第三代大腸桿菌中含15N的鏈占該代DNA分子總鏈數的1/8，D錯誤。故選D。
3.答案：D
解析：用15N標記某個T2噬菌體的DNA雙鏈，讓該T2噬菌體侵染未標記的大腸桿菌后，釋放出的n個子代噬菌體中，其中有2個被15N標記，因此子代噬菌體中含15N的個體所占比例為2/n，A錯誤。T2噬菌體為病毒，沒有細胞結構，不能獨立生存和繁殖，不能用培養(yǎng)基直接培養(yǎng)，B錯誤。T2噬菌體侵染大腸桿菌時，只將DNA注入大腸桿菌內，T2噬菌體DNA復制過程需要的模板為其自身的DNA，需要的酶、ATP和原料都來自大腸桿菌，C錯誤。1個T2噬菌體侵染未標記的大腸桿菌后，共釋放出n個子代噬菌體，整個過程中共消耗a個腺嘌呤，則每個DNA分子中腺嘌呤的個數為a/n-1胸腺嘧啶的個數與腺嘌呤個數相等，故第一代噬菌體的DNA中含有a/n-1個胸腺嘧啶，D正確。
4.答案：A
解析：細菌的DNA被15N標記后,放在14N培養(yǎng)基中培養(yǎng),復制1次形成2個DNA分子,每個DNA分子都是一條鏈含有15N,另一條鏈含有14N,離心形成中帶,即圖中的②,A錯誤;復制兩次后形成了4個DNA分子,2個DNA分子都是一條鏈含有15N,另一條鏈含有14N,離心形成中帶,另外2個DNA分子都只含有14N,離心形成輕帶,即圖中①,B正確;隨著復制次數增加(三次及三次以上),離心后都含有中帶和輕帶兩個條帶,輕帶相對含量增加,即圖中③,C正確;細菌在15N培養(yǎng)基中繁殖數代后,細菌DNA的含氮堿基皆含有15N,DNA分子的兩條鏈都含有15N,離心形成重帶,即圖中的⑤,D正確。
5.答案：（1）②；③
（2）60
（3）DNA的復制；半保留復制；DNA獨特的雙螺旋結構；堿基互補配對
（4）解旋；DNA聚合；⑦；①
（5）1/2
假說
遺傳物質自我復制的假說
提出者
沃森和克里克
內容
(1)解旋：DNA復制時，DNA的雙螺旋解開，配對堿基之間的氫鍵斷裂
(2)復制：以解開的兩條母鏈作為復制的模板，游離的脫氧核苷酸依據堿基互補配對原則，通過形成氫鍵結合到作為模板的單鏈上
特點
新合成的每個DNA分子中，都保留了原來的DNA分子中的一條鏈，是半保留復制

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第3節(jié) DNA的復制

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