2020-2021学年人教版生物必修2：第3章第3、4节DNA的复制基因是有遗传效应的DNA片段

第3、4节DNA的复制基因是有遗
传效应的DNA片段
学习目标核心素养
1.概述DNA复制方式的假说及实验证
据。

2.掌握DNA复制的过程及精确复制的
原因。

(重点)
3.理解基因与DNA、染色体的关系。

(重、难点)
1.通过对探究DNA复制方式的实验的
分析，再一次体会“假说—演绎法”。

2.利用数学方法归纳DNA分子的多样
性和特异性。

一、DNA的复制
1．对DNA分子复制的推测
(1)提出者：沃森和克里克。

(2)假说内容：
①解旋：DNA分子复制时，DNA分子的双螺旋解开，互补碱基之间的氢键断裂。

②复制
⎩
⎨
⎧模板：DNA分子解开的两条单链
原料：游离的4种脱氧核苷酸
原则：碱基互补配对原则
③特点：新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链，这种复制方式称作半保留复制。

2．DNA半保留复制的实验证据
(1)实验材料：大肠杆菌。

(2)实验方法：运用同位素示踪技术。

(3)实验结论：DNA的复制方式为半保留复制。

3．DNA分子复制的过程
(1)DNA复制的概念、时间、场所
①概念：以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。

②时间：有丝分裂的间期和减数第一次分裂前的间期。

③场所：主要是细胞核。

(2)DNA分子的复制过程
(3)特点
①过程：边解旋边复制。

②方式：半保留复制。

(4)准确复制的原因
①DNA分子独特的双螺旋结构为复制提供了精确的模板。

②通过碱基互补配对保证了复制的准确进行。

(5)意义：将遗传信息从亲代传给子代，保持了遗传信息的连续性。

二、基因是有遗传效应的DNA片段
1．基因与DNA关系的实例
2．DNA片段中的遗传信息
(1)遗传信息：DNA分子中4种碱基的排列顺序。

(2)特点
①多样性：碱基排列顺序的千变万化。

②特异性：每一个DNA分子有特定的碱基排列顺序。

③稳定性：DNA分子的结构较稳定。

3．与生物体多样性和特异性的关系
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。

判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)
1．证明DNA复制方式的实验只能用同位素标记N。

( )
2．在证明DNA复制方式的实验中，从Ⅰ代开始细菌DNA分子中至少有一条链含14N。

( ) 3．DNA复制遵循碱基互补配对原则，新合成的DNA分子中两条链均是新合成的。

( ) 4．任何生物的基因都是有遗传效应的DNA片段。

( )
提示：1.×DNA的组成元素有C、H、O、N、P，这几种元素都有同位素，
所以标记任何一种元素都可以。

2．√
3．×DNA分子的复制方式为半保留复制，所以子代DNA的两条链中包含了一条母链和一条子链。

4．×RNA病毒(如烟草花叶病毒、禽流感病毒、埃博拉病毒等)的遗传物质是RNA，其基因是有遗传效应的RNA片段。

对DNA分子复制的推测和DNA半保留复制的实验证
据
亲代大肠杆菌的DNA中含有15N，在含有14N的培养基中进行复制。

(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？
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？
提示：0∶2∶6。

[归纳总结]
1．对DNA分子复制的推测
假说遗传物质自我复制的假说
提出者沃森和克里克
内容
(1)解旋：DNA分子复制时，DNA分子的双螺旋解开，配对碱基
之间的氢键断裂
(2)复制：以解开的两条母链作为复制的模板，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
特点
新合成的每个DNA分子中，都保留了原来的DNA分子中的一
条链，是半保留复制
(1)实验方法：放射性同位素标记法和密度梯度离心法。

(2)实验原理：含15N的双链DNA密度大，含14N的双链DNA密度小，一条链含14N、一条链含15N的双链DNA分子密度居中。

(3)实验假设：DNA以半保留的方式复制。

(4)实验预期：离心后应出现3条DNA带。

①重带(密度最大)：两条链都为15N标记的亲代双链DNA。

②中带(密度居中)：一条链为14N标记，另一条链为15N标记的子代双链DNA。

③轻带(密度最小)：两条链都为14N标记的子代双链DNA。

(5)实验过程
(6)过程分析
①立即取出，提取DNA→离心→全部重带。

②繁殖一代后取出，提取DNA→离心→全部中带。

③繁殖两代后取出，提取DNA→离心→1/2轻带、1/2中带。

(7)实验结论：DNA的复制是以半保留方式进行的。

易错提醒：(1)该实验在探究过程中使用的方法是假说—演绎法。

(2)该实验也可以用P、C等元素进行标记。

(3)在实验过程中一定要注意提取DNA的时间，以大肠杆菌繁殖一次所用的时间为间隔。

1．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②B．子二代DNA应为①
C．子三代DNA应为④D．亲代的DNA应为⑤
C[亲代DNA全为15 N，应为⑤，复制一次后，DNA一条链为15N，一条链为14N，应为②；复制两次后形成4个DNA，其中2个全为14N,2个是一条链为15N，一条链为14N，应为①；复制三次后形成8个DNA，其中6个DNA全为14N,2个DNA的一条链为14N，一条链为15N，故C错。

]
2．下列有关“探究DNA的复制过程”活动的叙述，正确的是()
A．培养过程中，大肠杆菌将利用NH4Cl中的N合成DNA的基本骨架
B．通过对第二代大肠杆菌DNA的密度梯度离心，得出DNA复制的特点为半保留复制
C．将含14N/14N－DNA的大肠杆菌放在以15NH4Cl为唯一氮源的培养液中培养若干代，所获得的大肠杆菌的DNA中都含有15N
D．将含15N/15N－DNA的大肠杆菌转移到以14NH4Cl为唯一氮源的培养液中繁殖一代后，若将提取的子代大肠杆菌DNA解旋处理后进行密度梯度离心，离心管中将只出现1个条带
C[培养过程中，大肠杆菌将利用NH4Cl中的N合成含氮碱基进而形成DNA 两条链之间的碱基对，A错误；通过对亲代、第一代、第二代大肠杆菌DNA的密度梯度离心，对比分析才可得出DNA复制的特点为半保留复制，B错误；根据DNA的半保留复制，将含14N/14N－DNA的大肠杆菌放在以15NH4Cl为唯一氮源的培养液中培养若干代，所获得的大肠杆菌的DNA中都含有15N，C正确；将含15N/15N－DNA的大肠杆菌转移到以14NH4Cl为唯一氮源的培养液中繁殖一代后，若将提取的子代大肠杆菌DNA解旋处理后进行密度梯度离心，离心管中将出现轻、重2个条带，D错误。

]
DNA分子的复制
[问题探究
1．如图为真核细胞DNA复制过程的模式图，据图回答相关问题：
(1)据图可知，DNA聚合酶使两条子链从5′端到3′端，还是从3′端到5′端进行合成？
提示：从5′端到3′端进行合成。

(2)合成的两条子链间碱基排列顺序相同还是互补？
提示：互补。

2．如果将DNA分子的两条链用15N标记，转移到含14N的培养基中培养，复制2次后，含15N的DNA、含14N的DNA、含15N的DNA链、含14N的DNA 链各是多少？
提示：2个、4个、2条、6条。

[归纳总结]
1．全面理解DNA的复制
(1)DNA复制的场所：
主要是在细胞核(凡是细胞内有DNA的地方均可复制)。

真核生物：细胞核、线粒体、叶绿体，其中主要场所是细胞核。

原核生物：核区、细胞质(如质粒的复制)。

病毒：宿主细胞内。

(2)真核生物细胞核中DNA复制发生的时间：在体细胞中发生在有丝分裂间期；在有性生殖过程中发生在减数第一次分裂前的间期。

(3)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解旋酶的作用是破坏碱基间的氢键。

②DNA聚合酶的作用是连接游离的脱氧核苷酸。

③DNA连接酶的作用是连接DNA片段。

(4)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，由着丝点连在一起，在有丝分裂后期或减数第二次分裂后期着丝点分裂时分开，分别进入两个子细胞中。

2．DNA复制的有关计算
将含有15N的DNA分子放在含有14N的培养基上培养，复制n次，则：
(1)DNA分子数
①子代DNA分子数＝2n个。

②含有亲代DNA链的子代DNA分子数＝2个。

③不含亲代DNA链的子代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亲代脱氧核苷酸链数＝2条。

③新合成的脱氧核苷酸链数＝(2n＋1－2)条。

(3)消耗的脱氧核苷酸数：若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，经过n次复制需要消耗该脱氧核苷酸m(2n－1)个；第n次复制，消耗该脱氧核苷酸数为m·2n－1。

1．真核细胞中DNA复制如下图所示，下列叙述错误的是()
A．多起点双向复制能保证DNA复制在短时间内完成
B．每个子代DNA都有一条核苷酸链来自亲代
C．复制过程中氢键的破坏和形成都需要DNA聚合酶的催化
D．DNA分子的准确复制依赖于碱基互补配对原则
C[多起点双向复制能保证DNA复制在短时间内完成，提高复制效率，A正确。

DNA为半保留复制，每个子代DNA都有一条核苷酸链来自亲代，B正确。

DNA解旋酶破坏碱基对的氢键，使DNA双链解旋，DNA聚合酶形成磷酸二酯键，
C错误。

碱基对之间严格的碱基互补配对原则，保证了遗传信息准确地从亲代DNA 传向子代DNA，D正确。

]
2．用一个32P标记的噬菌体侵染在31P环境中培养的大肠杆菌，已知噬菌体DNA上有m个碱基对，其中胞嘧啶有n个。

下列叙述不正确的是() A．大肠杆菌为噬菌体增殖提供原料和酶等
B．噬菌体DNA含有(2m＋n)个氢键
C．该噬菌体繁殖4次，子代中只有14个含有31P
D．噬菌体DNA第4次复制共需要8(m－n)个腺嘌呤脱氧核苷酸
C[噬菌体侵染细菌时，只有DNA进入细菌并作为模板控制子代噬菌体的合成，其DNA的复制及表达需要大肠杆菌提供原料、酶和ATP等，A项正确；DNA 上有m个碱基对，其中胞嘧啶有n个，T有(m－n)个，因此氢键个数＝2(m－n)＋3n＝(2m＋n)个，B项正确；子代噬菌体中有16个含31P，C项错误；噬菌体DNA第4次复制共需要腺嘌呤脱氧核苷酸＝(16－8)(m－n)＝8(m－n)个，D项正确。

]
基因是有遗传效应的DNA片段[
图甲表示果蝇某一条染色体上的几个基因，图乙表示物质或结构的从属关系，据图回答下列问题：
1．由图甲可知：①每个DNA分子上有基因；②生物体内所有基因的碱基总数少于DNA分子的碱基总数。

2．真核生物的核基因位于上，质基因位于叶绿体或中。

原核生物的基因位于或质粒上。

病毒生物的基因位于核酸分子中。

3．染色体、基因、DNA、脱氧核苷酸可用图乙表示，则a为，b 为，c为，d为。

4．在刑侦领域，DNA分子能够像指纹一样用来鉴定个人的身份，原理为DNA 分子具有多样性和。

5．基因通常是有的DNA片段，对于RNA病毒，基因是有遗传效应的片段。

提示：1.许多 2.染色体线粒体拟核 3.染色体DNA基因脱氧核苷酸 4.特异性 5.遗传效应RNA
[归纳总结]
1．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。

2．染色体、DNA、基因、脱氧核苷酸的关系
3．基因、染色体、蛋白质、性状的关系
(1)对于真核细胞来说，染色体是基因的主要载体；线粒体和叶绿体是基因的次要载体。

(2)对于原核细胞来说，基因存在于拟核中的DNA分子或质粒上，DNA是裸露的，并没有与蛋白质一起构成染色体，因此，没有染色体这一载体。

1．历经近百年的发展，分子遗传学对于遗传物质有了充分的认识。

下列关于遗传物质概念图的相关叙述，错误的是()
A．D有四种，E在H上呈线性排列
B．同源染色体同一位置上存在的基因可能不同
C．所有E的总和构成F且E在F上的排列顺序代表遗传信息
D．E通常是具有遗传效应的F片段
C[根据含氮碱基不同，D脱氧核苷酸分为四种，E基因在H染色体上呈线性排列，A正确；同源染色体同一位置上存在相同基因或等位基因，B正确；除E 外，F中还有无遗传效应的片段，遗传信息是基因中脱氧核苷酸的排列顺序，DNA 上的非基因片段不包含遗传信息，C错误；E基因通常是具有遗传效应的DNA片段，D正确。

]
2．下列有关DNA多样性的叙述，正确的是()
A．DNA分子多样性的原因是DNA分子空间结构千变万化
B．含有200个碱基的DNA分子，碱基对可能的排列方式有4200种
C．DNA分子的多样性和特异性是生物多样性和特异性的基础
D．DNA分子的多样性是指一个DNA分子上有许多个基因
C[DNA分子的多样性是指DNA分子中碱基对的排列顺序多种多样；DNA 分子的多样性和特异性是生物多样性和特异性的物质基础；含有200个碱基的DNA分子中，碱基对可能的排列方式有4100种。

]
[课堂小结]
知识网络构建核心语句归纳
1.DNA复制需要DNA模板、
4种脱氧核苷酸做原料以及酶
和能量。

2.DNA复制的特点是边解旋
边复制和半保留复制。

3.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，保证
了复制能够准确地进行。

4.DNA通过复制，保持了遗传
信息的连续性。

5.基因是具有遗传效应的
DNA片段。

6.DNA分子中碱基对的排列
顺序代表遗传信息。

1．下列有关探究DNA复制过程的说法不正确的是()
A．实验利用了同位素示踪法
B．细胞有丝分裂一次意味着DNA复制一次
C．密度梯度超速离心后，DNA在试管中的位置与相对分子质量无关
D．实验结果说明了DNA具有半保留复制的特点
C[探究DNA复制的实验利用15N标记亲代细胞的DNA，在含14N的培养液中连续分裂两次(在每次分裂的间期DNA都复制一次)，分别取分裂一次和分裂两次的细胞DNA，进行密度梯度超速离心，DNA在试管中的位置取决于DNA分子所含同位素的情况，即相对分子质量的大小。

实验结果说明了DNA具有半保留复制的特点。

]
2．下列有关DNA复制的叙述正确的是()
A．DNA分子在解旋酶的作用下水解成脱氧核苷酸
B．在复制过程中解旋和复制是同时进行的
C．解旋后以一条母链为模板合成两条新的子链
D．两条新的子链通过氢键形成一个新的DNA分子
B[DNA分子在解旋酶的作用下，双链解开，变成单链，A错误；复制过程是边解旋边复制，所以解旋和复制是同时进行的，B正确；水解成的两条单链都可以作为DNA复制的模板，C错误；形成的DNA分子中各含有一条母链和一条
子链，两条链之间的碱基通过氢键形成碱基对，组成一个新的DNA分子，D错误。

故选B项。

]
3．某一个DNA分子中，A为200个，复制n次后，消耗周围环境中含A的脱氧核苷酸3000个，则该DNA分子已经复制了几次？()
A．4次B．3次C．5次D．6次
A[利用DNA复制规律可知，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。

]
4．染色体、DNA和基因三者关系密切，下列叙述中不正确的是()
A．正常细胞中每个染色体含有一个DNA分子，每个DNA分子有很多个基因
B．复制、分离和传递，三者都能相伴而行
C．三者都是遗传物质，三者都能行使生物的遗传作用
D．在进行有性生殖的生物的传宗接代过程中，染色体行为决定后两者
C[DNA是主要的遗传物质；基因是有遗传效应的DNA片段；染色体是DNA 与基因的载体，而不是遗传物质。

]
5．如图为真核细胞DNA复制过程模式图，请根据图示过程回答问题。

(1)由图示得知，1个DNA分子复制出乙、丙2个DNA分子，其方式是。

(2)DNA解旋酶能使双链DNA解开，但需要细胞提供。

(3)从图中可以看出合成的两条子链的方向是(填“相同”或“相反”)的。

(4)真核细胞中DNA复制的场所是等；细胞分裂过程中，在复制完成后，乙、丙分开的时期为。

(5)DNA分子通过复制，将从亲代传给了子代，从而保持了的连续性。

[解析]DNA复制的方式是半保留复制，其特点是边解旋边复制；解旋过程
需要细胞提供能量；DNA的2条脱氧核苷酸链是反向平行的关系，那么以这两条链为模板合成的子链的方向也应该是相反的；真核细胞内DNA分子复制的场所有细胞核、线粒体和叶绿体等；复制后的DNA分子分别存在于两条染色单体中，染色单体分开发生的时期是有丝分裂后期和减Ⅱ后期；DNA分子复制的意义是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。

[答案](1)半保留复制(2)能量(ATP)(3)相反(4)细胞核、线粒体和叶绿体有丝分裂后期、减数第二次分裂后期(5)遗传信息遗传信息
教材课后习题(教师用书独具)
第3节DNA的复制
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．D。

DNA聚合酶可将单个的脱氧核苷酸通过磷酸二酯键连接在已有DNA 链上。

4．B。

处于四分体时期的细胞中每条染色体上含有2条染色单体。

已知1条染色单体含有1个双链的DNA分子，故2条染色单体含有2个双链的DNA分子。

二、拓展题
提示：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(这一问可由学生开放式回答)。

第4节基因是有遗传效应的DNA片段
一、基础题
1．(1)√(2)×
2．C
3．提示：从遗传物质必须具备的条件来分析：(1)在细胞增殖过程中能够精确地进行复制；(2)能够控制生物体的性状；(3)能够储存足够量的遗传信息；(4)结构比较稳定。

二、拓展题
1．提示：并非任何一个DNA片段都是基因，只有具有遗传效应的DNA片段才是基因。

2．提示：DNA包括基因与非基因的碱基序列。

3．提示：这一观点是有道理的。

但在日常生活中，如报刊、杂志、广播等传播媒体常将基因与DNA这两个概念等同使用，因此在具体情况中，要注意区分。

莘莘学子，最重要的就是不要去看远方模糊的，而要做手边清楚的事。

每一日所付出的代价都比前一日高，因为你的生命又消短了一天，所以每一日都要更用心。

这天太宝贵，不就应为酸苦的忧虑和辛涩的悔恨所销蚀，抬起下巴，抓住这天，它不再回来。

加油！！。