新教材2024年高中生物第3章基因的本质第3节DNA的复制第4节DNA的复制学案新人教版必修2

第3节DNA的复制第4节基因通常是有遗传效应的DNA片段课标要求核心素养概述DNA分子通过半保留方式进行复制；概述多种生物的基因是DNA分子的功能片段，有些病毒的基因在RNA分子上。1．结合DNA双螺旋结构模型，运用结构与功能观和物质与能量观，阐明DNA分子通过复制，传递遗传信息。(生命观念)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实力。(科学思维)3．运用假说演绎法，探究DNA分子的复制方式为半保留复制。(科学探究)4．分析相关资料，得出基因通常是有遗传效应的DNA片段。(科学思维)基础学问·双基夯实一、DNA半保留复制的试验证据1．试验材料：__大肠杆菌__。2．试验方法：运用__同位素标记__技术。3．试验过程eq\x(标记)—eq\b\lc\|\rc\(\a\vs4\al\co1(用放射性__15N__标记细菌的DNA))↓eq\x(培育)—eq\b\lc\|\rc\(\a\vs4\al\co1(把细菌转入含14N物质为唯一氮源,的培育基中))↓一段时间eq\x(分别)—取细菌，分别__DNA__进行密度梯度离心4．试验结果(1)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。(2)复制两次产生的DNA分子中，有两个DNA分子的双链均含__14N__，另两个DNA分子中一条链含__15N__，另一条链含14N。5．试验结论：DNA的复制方式为__半保留复制__。二、DNA复制的概念、过程及特点(1)概念：以__亲代DNA__为模板合成__子代DNA__的过程。(2)时间：细胞分裂前的__间期__。(3)场所：主要是__细胞核__。(4)过程：(5)结果：一个DNA分子形成了__两__个与亲代__完全相同__的DNA分子。(6)特点：①__边解旋边复制__；②__半保留复制__。(7)意义：将__遗传信息__从亲代传给子代，从而保持了__遗传信息__的连续性。三、基因通常是有遗传效应的DNA片段1．基因与DNA分子的关系2．DNA片段中的遗传信息(1)遗传信息：隐藏在4种碱基的__排列依次__之中。(2)特点①多样性：碱基__排列依次__的千变万化。②特异性：每一个DNA分子的碱基有特定__排列依次__。(3)与生物体多样性和特异性的关系①DNA的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的__物质基础__。②生物体的多样性和特异性是DNA分子多样性和特异性的客观体现。3．对RNA病毒而言，基因就是有遗传效应的RNA片段有的病毒体内只有RNA和蛋白质，其遗传物质就是RNA，如艾滋病病毒、流感病毒等。对这类病毒而言，基因就是有遗传效应的RNA片段。〔学霸记忆〕1．DNA复制须要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．遗传信息隐藏在DNA的4种碱基的排列依次中。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。〔活学巧练〕推断下列叙述的正误(1)由于半保留复制，子代DNA分子继承亲代一半的遗传信息。(×)(2)子代DNA分子中都含有一条母链和一条子链，称为半保留复制。(√)(3)在DNA双链完全解开后，DNA聚合酶与DNA结合，催化DNA的复制。(×)(4)DNA复制只以亲代DNA分子的一条链为模板。(×)(5)DNA复制时通过碱基互补配对保证复制的精确性。(√)(6)DNA分子复制时，两条子链的合成方向是相反的。(√)(7)一条染色体上有很多基因，基因在染色体上呈线性排列。(√)(8)不管是原核生物还是真核生物，体内全部基因的碱基总数均小于DNA分子的碱基总数。(√)〔思索〕1．DNA复制时，解旋酶作用于DNA的什么部位？(生命观念)提示：解旋酶作用于连接碱基对的氢键。2．亲代大肠杆菌的DNA中含有15N，在含有14N的培育基中进行复制。(1)大肠杆菌通过哪一种分裂方式进行增殖？其分裂次数和DNA复制次数有何关系？(生命观念)提示：二分裂。大肠杆菌分裂一次，DNA复制一次。(2)若将第三代大肠杆菌的DNA提取后进行离心，则靠近试管底部、位置居中和靠近试管的上部的DNA数之比为多少？(科学思维)提示：0∶2∶6。3．如何描述基因(或DNA)和染色体的关系？细胞中的基因都位于染色体上吗？(生命观念)提示：染色体是基因(或DNA)的主要载体，基因在染色体上呈线性排列。真核生物细胞的线粒体、叶绿体中的少量DNA以及原核细胞中的DNA分子，都没有参加形成染色体，因此这些结构中的基因不在染色体上。课内探究·名师点睛学问点DNA半保留复制的试验证据和DNA复制的过程及特点要点归纳1．关于DNA复制的早期推想在DNA分子复制的早期探讨中，科学家们提出了三个模型：全保留复制模型、弥散复制模型和半保留复制模型。比较如下：全保留复制：亲代DNA分子两条链不变，子代DNA分子的两条链都是新合成的。半保留复制：新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链。弥散复制：亲代DNA分子的两条链分散成短片段，与新合成的子代DNA分子的两条链分散成的短片段混杂在一起，不能分出亲代DNA单链。如下图所示：2．巧记DNA复制的“一所、两期、三步、四条件”3.DNA“精确”复制的缘由(1)DNA具有独特的双螺旋结构，能为复制供应精确的模板(2)DNA通过碱基互补配对，保证了复制精确地进行。4．DNA复制的相关学问归纳(1)场所：主要场所是细胞核，但在拟核、线粒体、叶绿体中也能进行DNA复制。(2)能进行DNA复制的生物：一切以DNA为遗传物质的生物。(3)真核生物细胞核中DNA复制发生的时间：在有丝分裂间期或减数分裂Ⅰ前的间期。(4)DNA复制所需的酶是指一个酶系统，不仅仅是指解旋酶和DNA聚合酶，还包括DNA连接酶等。①解旋酶：破坏碱基间的氢键。②DNA聚合酶：连接游离的脱氧核苷酸。③DNA连接酶：连接DNA片段。(5)两个子代DNA的位置及分开时间：复制产生的两个子代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。典例剖析典例1(2024·山东省菏泽市高一期中)下列关于DNA分子复制过程的有关叙述，错误的是(A)A．DNA分子复制时在全部解旋之后才起先碱基配对B．解旋后以两条链各为模板合成两条新的子链C．在复制过程中须要的条件有模板、酶、原料和能量等D．一个DNA连续复制3次，理论上能得到8个完全相同的DNA[解析]DNA分子复制是边解旋边复制，而不是在全部解旋之后才起先碱基配对，A错误；由于DNA复制是半保留复制，因此解旋后分别以两条链为模板合成两条新的子链，B正确；在复制过程中须要的条件有模板(DNA的双链)、酶(解旋酶和DNA聚合酶等)、原料(游离的脱氧核苷酸)和能量(ATP水解供应)等，C正确；一个DNA连续复制3次，理论上能得到23＝8个完全相同的DNA，D正确。故选A。变式训练1(2024·河北省石家庄市高一下学期期末)用15N标记一个DNA分子的两条链，并在14N的培育液中培育，复制3次得到子代DNA分子，下列有关叙述正确的是(D)A．子代DNA分子中带有15N标记的链占1/4B．子代DNA分子的每条链同时含有14N和15NC．子代DNA分子中含有15N标记的DNA分子占1/8D．子代DNA分子中只含有14N标记的DNA分子占3/4[解析]最起先含15N的DNA有两条链，复制3次后共有8个DNA分子16条链，子代DNA分子中带有15N标记的链有2条，占2/16＝1/8，A错误；DNA是半保留复制的，不会每条链都含14N和15N，B错误；最起先含15N的DNA两条链只能进入两个子代DNA，因此子代DNA分子中含有15N标记的DNA分子只有2个，占2/8＝1/4，C错误；复制三次后子代8个DNA，有2个DNA同时含有14N和15N，其余6个DNA只含有14N标记，6/8＝3/4，D正确。故选D。学问点基因通常是有遗传效应的DNA片段要点归纳1．基因与DNA、染色体之间的关系2．全方位理解“基因”(1)本质上，基因是有遗传效应的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。典例剖析典例2(2024·河北省沧州市河间市四中高一下学期期中)如图是科学家对果蝇一条染色体上的基因测定结果，下列有关该图说法正确的是(D)A．限制朱红眼与深红眼的基因是等位基因B．限制白眼和朱红眼的基因在遗传时遵循基因的分别定律C．在后代中能表现出该染色体上全部基因限制的性状D．基因在染色体上呈线性排列[解析]据图分析，限制朱红眼与深红眼的基因在同一条染色体上，不属于等位基因，等位基因应当位于一对同源染色体上，A错误；限制白眼与朱红眼的基因在同一条染色体上，遗传时不分别，所以不遵循基因的分别定律，B错误；由于基因的选择性表达，该染色体上的基因在后代中不肯定都表达，C错误；基因在染色体上呈线性排列，D正确。故选D。变式训练2(2024·安徽省池州市高一期末)基因是描述遗传物质的概念。下列相关说法错误的是(C)A．对绝大多数生物来说，基因是有遗传效应的DNA片段B．基因组成不同的细胞，往往具有不同的性状表现C．染色体上的基因呈线性排列，它和性状也是线性对应关系D．生物体基因的碱基序列保持不变，其表型也可能发生变更[解析]基因通常是有遗传效应的DNA片段，但对RNA病毒而言，基因是有遗传效应的RNA片段，A正确；基因是有遗传效应的DNA片段，基因不同，其指导合成的蛋白质往往不同，限制的性状表型也有差异，B正确；基因在染色体上线性排列，但基因和性状不是简洁的线性对应关系，C错误；即使生物体基因的碱基序列保持不变，但由于某些环境因素的影响，其表型也可能发生变更，D正确。故选C。指引迷津·拨云见日一、解答DNA分子复制中相关计算题的规律方法DNA分子的复制方式为半保留复制，若将一个被15N标记的DNA转移到含14N的培育基中培育(复制)n代，其结果分析如图所示。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．DNA复制消耗游离的脱氧核苷酸数的计算设亲代DNA分子中含有某种脱氧核苷酸m个，则：(1)经过n次复制，共需消耗游离的该种脱氧核苷酸为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为m·2n－1个。典例3(2024·河南南阳市期末)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14N培育基中连续复制4次，其结果可能是(A)A．含有14N的DNA占100%B．复制过程中需游离腺嘌呤脱氧核苷酸640个C．含15N的单链占1/8D．子代DNA中嘌呤与嘧啶之比是2∶3[解析]DNA复制的特点是半保留复制，每个子代DNA都是由一条母链和一条新合成的子链构成。由于DNA分子的复制是半保留复制，复制4次形成16个DNA，其中2个子代DNA各含1条15N链，1条14N链，其余DNA都含14N，故全部子代DNA都含14N，含15N的单链占1/16，A正确；C错误；含有100个碱基对200个碱基的DNA分子，其中有胞嘧啶60个，则A＝40个，因此复制过程中需腺嘌呤脱氧核苷酸：(24－1)×40＝600，B错误；双链DNA中嘌呤等于嘧啶，D错误。故选A。二、DNA复制原理的应用1．减数分裂中染色体标记状况：假如用3H标记细胞中的DNA分子，然后将细胞放在正常环境中培育，让其进行减数分裂，结果染色体中的DNA标记状况如图所示：由图可以看出，减数分裂过程中细胞虽然连续分裂2次，但DNA只复制1次，所以四个子细胞中全部DNA分子均呈杂合状态，即“3H/1H”。2．有丝分裂中染色体标记状况：假如用3H标记细胞中的DNA分子，然后将细胞放在正常环境中培育，连续进行2次有丝分裂，与减数分裂过程不同，因为有丝分裂是复制1次分裂1次，因此这里事实上包含了2次复制。由图可以看出，第一次有丝分裂形成的两个子细胞中全部DNA分子均呈杂合状态，即“3H/1H”。其次次有丝分裂复制后的染色体上两条染色单体中只有一条染色单体含有3H，即DNA分子为“3H/1H”，而另一条染色单体只有1H，即DNA分子为“1H/1H”，在后期时两条染色单体的分别是随机的，所以最终形成的子细胞中可能都含有3H，也可能不含3H，含有3H的染色体条数是0～2n条(体细胞染色体条数是2n)。典例4(2024·山东省泰安市十九中高一下学期期中)假设将含有一对同源染色体的精原细胞的DNA分子用15N标记，并供应14N的原料。该细胞进行减数分裂产生的4个精细胞中，含15N标记的DNA的精子所占的比例是(D)A．0 B．25%C．50% D．100%[解析]含有一对同源染色体的精原细胞，每个DNA分子的双链均用15N标记，以14N的脱氧核苷酸为原料，依据DNA分子的半保留复制，在减数第一次分裂前的间期DNA完成复制后，每个亲代DNA分子经过复制形成的2个子代DNA分子都有1条链含有15N、另一条链含有14N，这两个DNA分子分别存在于同1条染色体所含有的2条姐妹染色单体上；减数第一次分裂结束所形成的2个次级精母细胞中的每条染色单体都含有15N；在减数其次次分裂后期，着丝粒分裂，染色单体分别成为染色体，分别移向细胞两极，所以减数其次次分裂结束所形成的4个精细胞都含有15N；精细胞变形发育形成精子。可见，含15N标记的DNA的精子所占的比例是100%。故选D。教材问题·解疑答惑问题探讨☞P531．半保留复制。2．用“可能”二字，说明DNA复制方式可能不止一种。这说明科学探讨的严谨性的特点。思索·探讨☞P541．第一代全部中带，其次代1/2轻带，1/2中带。2．繁殖一代后取出，提取DNA→离心→1/2重带、1/2轻带。繁殖两代后取出，提取DNA→离心→1/4重带、3/4轻带。旁栏思索☞P55解除了全保留复制。练习与应用☞P56一、概念检测1．(1)×DNA位于染色体上，DNA复制和染色体复制是同时进行的。(2)×DNA复制在细胞分裂前的间期进行。2．BDNA的复制主要在细胞核中进行，此外在细胞质的线粒体和叶绿体及原核细胞的拟核中也能进行，A错误；碱基互补配对原则保证了复制的精确性，B正确；1个DNA复制1次产生2个DNA，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依据DNA半保留复制特点，含15N的大肠杆菌只有2个，A错误；复制3次，含有15N的大肠杆菌占全部大肠杆菌的比例为2/23＝1/4，B错误、C正确；含有15N的DNA分子占全部DNA分子的比例为2/23＝1/4，D错误。二、拓展应用1．31.6×108×10－9×2＝6.32个，可能有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(这一问为开放式问题，回答合理即可)。2．DNA形成多个复制泡是因为DNA复制是从多个起点起先的，这样可缩短DNA复制的时间。问题探讨☞P571．外源生长激素基因在鲤鱼体内得到了表达。2．DNA分子的一段脱氧核苷酸序列。思索·探讨☞P581．提示：生物体内的DNA分子数目小于基因数目。生物体内全部基因的碱基总数小于DNA分子的碱基总数。这说明基因是DNA上的片段，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．提示：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。可以结合供应的资料来理解，如能使生物体发出绿色荧光等。使转基因鲤鱼生长速率快。3．提示：基因是有遗传效应的DNA片段。思索·探讨☞P591．提示：4100种2．提示：碱基排列依次的千变万化，构成了DNA分子的多样性，而碱基特定的排列依次，又构成了每一个DNA分子的特异性。DNA分子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．提示：在人类的DNA分子中，脱氧核苷酸序列多样性表现为每个人的DNA几乎不行能完全相同，因此，DNA可以像指纹一样用来鉴别身份。4．提示：基因不是碱基对随机排列的DNA片段。理论上，全部碱基对的随机排列都能构成基因，但是，在生物的进化过程中，由于自然选择的作用，环境只选择能与其相适应的物质，因此，一些随机排列的脱氧核苷酸序列由于不被选择而消逝或无作用。练习与应用☞P59一、概念检测1．B每种基因具有特定的碱基对排列依次，不是4种碱基对的随机排列。2．二、拓展应用1．通过基因检测进行鉴定。不同生物的基因是不同的，基因具有特异性。2．不同人蕴含的遗传信息不同。由于DNA具有特异性，生物的性状由DNA限制；以生物体本身的生物特征来区分生物体个体。巩固训练·课堂达标1．(2024·河北省承德市隆化县存瑞中学高一期中)下列关于DNA复制的叙述，正确的是(D)A．发生在细胞分裂的前期B．以四种游离的核糖核苷酸为原料C．只以解开的一条链为模板D．子代DNA分子中(A＋G)与(T＋C)比值为1[解析]DNA复制发生在细胞分裂的间期，A错误；复制时以4种游离的脱氧核糖核苷酸作为原料，B错误；复制时DNA须要解开双螺旋结构，解旋后分别以两条链为模板依据碱基互补配对原则合成子链，C错误；双链DNA分子中，A＝T，G＝C，因此(A＋G)与(T＋C)比值为1，D正确。故选D。2．(2024·福建省福州市八县协作校高一下学期期中)下图是果蝇的核DNA复制模式图，箭头所指的泡状结构称为DNA复制泡，是DNA分子中正在复制的部分。下列有关分析，错误的是(B)A．复制泡处以被解开的两条母链为模板B．形成复制泡不须要消耗能量C．复制泡的形成与解旋酶的作用有关D．一个核DNA分子复制时存在多个复制原点[解析]复制泡处是DNA分子中正在复制的部分，DNA分子以被解开的两条母链为模板双向复制，A正确；形成复制泡须要断裂氢键，须要消耗能量，B错误；复制泡的形成须要在解旋酶的作用下使DNA解旋(断裂氢键)，C正确；依据图示可以看出，一个核DNA分子复制时存在多个复制原点，产生多个复制泡，可提高DNA复制的效率，D正确。故选B。3．(2024·山东省泰安市十九中高一下学期期中)DNA分子能够自我复制的结构基础是(A)A．DNA具有独特的双螺旋结构B．配对的脱氧核苷酸之间连接成与母链互补的子链C．磷酸和脱氧核糖交替排列的依次稳定不变D．DNA分子具有多样性和特异性[解析]DNA具有独特的双螺旋结构，为复制供应了精确的模板，这是DNA分子能够自我复制的结构基础之一，A正确；配对的脱氧核苷酸之间连接成与母链互补的子链，不是DNA分子能够自我复制的结构基础，B错误；磷酸和脱氧核糖交替排列的依次稳定不变，这是DNA分子双螺旋结构的主要特点，不是DNA分子能够自我复制的结构基础，C错误；DNA分子具有多样性和特异性，不是DNA分子能够自我复制的结构基础，D错误。故选A。4．(2024·河北省保定市易县中学高一月考)下图为真核细胞DNA复制过程模式图，相关分析错误的是(D)A．图示生命活动中可同时发生氢键的断裂和形成B．图示体现了边解旋边复制及半保留复制的特点C．复制完成后，甲、乙可在有丝分裂后期、减数分裂Ⅱ后期分开D．将该模板DNA置于15N培育液中复制3次后，含15N的脱氧核苷酸链占3/4[解析]酶①作用于DNA的两条母链之间，使DNA双链的