2024-2025学年高一生物人教版必修二第三章第3节 DNA的复制 教案

第三节DNA的复制一、总体设计指导思想

本节课突出对学生科学素质的培养，精心设计课堂教学，将科学研究的过程（发现问题——提出假设——演绎推理——实验验证——得出结论）作为本节课的教学主线，以求向学生介绍科学研究的一般过程和方法，并让学生亲身参与探究过程，从而培养学生科学工作的能力和方法。

二、教材分析

1、教材中的地位

本节课内容是人教版高级中学课本生物必修2第三章第三节。DNA分子的结构和复制是遗传学的基本理论。这一课时，在联系DNA结构的基础上，进一步阐明DNA通过复制传递遗传信息的功能。学好这一课时，有利于学生对有丝分裂、减数分裂、遗传规律等知识得理解和巩固，对于学生深刻认识遗传的本质是非常重要的。“DNA的复制”又是后面变异部分的基础，学好这一课时，有利于学生对基因突变、基因重组、生物进化等内容的理解和掌握。2、教学重点和难点（1）教学重点：eq\o\ac(○,1)DNA半保留复制的实验证据eq\o\ac(○,2)DNA分子复制的条件、过程和特点（2）教学难点：eq\o\ac(○,1)DNA半保留复制的实验证据eq\o\ac(○,2)DNA分子复制的过程

三、学情分析

学生已经具有了DNA双螺旋结构、有丝分裂、减数分裂的基本知识，在此基础上，本课时将要从分子水平来探讨生命的本质，属于肉眼看不到的抽象知识。学生们会感到困难，因此在教学中，我除了引导学生自主、探索、合作学习以外，还通过启发式教学，设置大量的问题情境，来激发学生的学习兴趣和进一步培养他们分析、归纳、概括能力。

四、教学目标设计

1．知识目标（1）掌握DNA复制方式实验证据（2）概述DNA分子的复制过程（3）探讨DNA复制的生物学意义2、能力目标（1）通过介绍Meselson、stehl的试验，引导学生分析、比较、推理、归纳，培养科学的思维。（2）通过引导学生观察拉链和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。3．情感态度与价值观目标通过分组探究活动，培养学生的协作意识和科学态度。五、【课时安排】2课时第一课时：DNA复制方式的推测以及DNA半保留复制的实验证据第二课时：DNA复制过程以及相关习题的计算六、教学过程第一课时：DNA复制方式的推测以及DNA半保留复制的实验证据引言：通过上节课有关DNA结构的学习，理解DNA分子不仅能够储存大量的遗传信息，还能传递遗传信息，遗传信息的传递就是通过DNA分子的复制来完成的，怎样复制呢？一、对DNA分子复制的推测沃森和克里克提出的著名的DNA双螺旋结构模型后，又发表了遗传物质自我复制的假说。进而总结出“半保留复制”的概念。他们认为在复制过程中，原来双螺旋的两条链并没有被破坏，它们分成单独的链，每一条旧链作为模板再合成一条新链，这样在新合成的两个双螺旋分子中，一条链是旧的而另外一条链是新的，因此这种复制方式被称为半保留复制。那么这个假说是否正确呢？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。下面我们来探讨一下DNA分子半保留复制的实验证据。二、DNA半保留复制的实验证据（选学）1、提出假说：假设DNA是半保留复制2、分析假说：复制后得到的子一代DNA和子二代DNA的组成是怎样的?（如右图）如何设计实验？（1）DNA是肉眼看不见的，如何才能分辨DNA呢？方法：同位素示踪法（标记法）（2）如果用同位素(放射性)进行标记,可以用什么元素进行标记?C、H、O、N、P；该实验用N元素标记（3）若以大肠杆菌为材料，如何获得被15N标记的亲代DNA分子？以含15N标记的NH4Cl的培养液来培养大肠杆菌，让大肠杆菌繁殖几代，就得到了15N标记的亲代DNA分子。（4）如何获得被14N标记的子代DNA分子？将上述培养的大肠杆菌转移到含14N标记的普通培养液中。（5）要分别观察亲代和子代的情况,但实验中,复制后的DNA分子通常是随机混合在一起的，不易分离。怎么解决这个问题？在不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA，进行密度梯度离心的方法，记录不同质量的DNA在离心管中的位置及比例。上面问题分析清楚了，我们就看一下整个实验过程：首先在含有含15N标记的NH4Cl的培养液来培养大肠杆菌，让大肠杆菌繁殖几代,再将大肠杆菌转移到14N标记的普通培养液中。然后，在不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA，进行密度梯度离心的方法，记录不同质量的DNA在离心管中的位置及比例。教师引导说明整个实验过程。（结合课本图3-12）3、演绎推理DNA分子组成密度在离心管中的位置比例亲代15N15N(全部)最大（重带）下层第1代15N14N(全部)居中（中带）中层第2代15N14N(占1/2)14N14N(占1/2)居中（1/2）最小（1/2）1中层：1上层第3代15N14N(占1/4)14N14N(占3/4)居中（1/4）最小（占3/4）1中层：3上层4、实验验证5、结论：DNA分子复制为半保留复制。巩固练习：1、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），用离心的方法分离得到的结果如下表所示，请分析：

对照亲代

对照亲代III轻链14N-DNA全轻链

1/2轻链中链

全中链1/2中链重链15N-DNA

全重链

（1）由实验结果可以推出第一代（I）细菌DNA分子中一条链是，另一条链是。（2）中链含有氮元素是。（3）将第一代（I）转移到含15N的培养基上繁殖一代，将所得到的细菌的DNA用同样方法分离。那么得到的轻中重链情况是。（4）上述实验表明DNA分子复制的特点是。图8—4DCBA③②①2、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移至含有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图8—4DCBA③②①（1）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。（2）G0、G1、G2三代DNA分子离心后的试管分别是图中的：G0，G1，G2。（3）G2代在①、②、③三条带中DNA数的比例是。（4）上述实验结果证明DNA的复制方式为。DNA的自我复制能使生物的保持相对稳定。第二课时DNA复制过程以及相关习题的计算三、DNA分子复制的过程先一边播放DNA复制的动画，一边讲解整个过程，然后请同学们完成以下内容：1.概念：指以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。2.时间：细胞有丝分裂和减数第一次分裂的间期3.场所：真核细胞：细胞核（主要）、线粒体、叶绿体原核细胞：拟核、细胞质4.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复制→合成互补子链：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。③复旋→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，1DNA分子→2个完全相同的DNA分子。5.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。四、DNA分子复制的应用通过观察DNA分子半保留复制（连续进行复制N代）的图解思考问题：（1）亲代DNA分子复制n代生成的子代DNA分子总数是2n个（2）含亲代母链的DNA分子数始终只有2个，不含亲代母链的DNA分子数为2n-2个。（3）含亲代母链的DNA分子数与子代DNA分子数之比是2/2n。亲代母链与子代DNA链数之比是1/2n。巩固练习：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2、假设某大肠杆菌含14N的DNA的相对分子质量为，a若将其长期培养在含15N的培养基中便得到含15N的DNA，相对分子质量为b。现将含15N的DNA大肠杆菌再培养在14N的培养基中，子二代DNA的相对分子质量平均为（）A．(a+b)/2B．(3a+b)/2C．(a+3b)/2D．(a+b)/23、某双链DNA分子带有15N同位素标记，在试管中以该DNA为模板进行复制实验，连续复制4代之后，试管中带有14N同位素标记的DNA占总量的（）A.12.5%B.25%C.50%D.100%4、将大肠杆菌置于含的培养基中培养一段时间，然后把DNA被完全标记的大肠杆菌作为亲代，转移到只含的普通培养基培养，使其繁殖两代形成4个新个体，则它们的DNA中含的链与的链的比是（

）A．3：1

B．2：1

C