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高中生物人教版 (2019)必修2《遗传与进化》第3节 DNA的复制学案设计
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这是一份高中生物人教版 (2019)必修2《遗传与进化》第3节 DNA的复制学案设计，共13页。
一、对DNA复制的推测及DNA半保留复制的实验证据
1．对DNA复制的推测
(1)半保留复制
①提出者：沃森和克里克。
②观点：DNA复制方式为半保留复制。
③内容：DNA复制时，DNA双螺旋解开，互补的碱基之间的氢键断裂，解开的两条单链分别作为复制的模板，游离的脱氧核苷酸根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。
④结果：新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链。
(2)全保留复制：指DNA复制以DNA双链为模板，子代DNA的双链都是新合成的。
2．DNA半保留复制的实验证据
(1)实验方法：同位素标记技术和密度梯度离心技术。
(2)实验原理：只含15N的DNA密度大，只含14N的DNA密度小，一条链含14N、一条链含15N的双链DNA密度居中。因此，利用离心技术可以在试管中区分含有不同N元素的DNA。
(3)探究DNA的复制方式
①提出问题：DNA以什么方式复制？
②作出假设：DNA以半保留方式复制。
③演绎推理(预期实验结果)
离心后应出现三条DNA带；
a．重带(密度最大)：两条链都为15N标记的亲代双链DNA。
b．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。
c．轻带(密度最小)：两条链都为14N标记的子代双链DNA。
④实验验证
⑤实验结论：DNA的复制是以半保留的方式进行的。
判断正误
(1)沃森和克里克以大肠杆菌为实验材料，运用同位素标记技术证明DNA复制方式是半保留复制( )
(2)证明DNA为半保留复制的研究过程中运用了假说—演绎法( )
答案 (1)× (2)√
解析 (1)梅塞尔森和斯塔尔以大肠杆菌为实验材料，运用同位素标记技术证明DNA复制方式是半保留复制。
任务一：探究DNA的复制方式
科学家曾提出DNA复制方式的三种假说：全保留复制、半保留复制和分散复制(复制完成后，亲代DNA双链被切成片段后，分散进入子代复制品的每条链中)，如图所示。
请据图回答下列问题：
(1)用什么技术区分来自模板DNA的母链与新合成的DNA子链？
提示 同位素标记技术。
(2)如何测定子代DNA带有同位素的情况？
提示 对DNA进行离心，观察其在离心管中的分布。
(3)若DNA复制的方式是全保留复制，请你预期实验结果并完善表格：
(4)若DNA复制的方式是分散复制，则第一代和第二代出现条带的数量及位置如何？
提示 第一代只出现1条中带，第二代只出现1条位于中带和轻带之间的条带。
(5)科学家的实验结果显示第一代只出现一条中带，这个结果排除了哪种复制方式？
提示 排除了全保留的复制方式。
(6)科学家的实验结果显示第二代出现了一条中带和一条轻带，这个结果可以进一步将哪种复制方式排除掉？
提示 排除了分散复制的方式。
1．某亲本DNA分子双链均以白色表示，以灰色表示第一次复制出的DNA子链，以黑色表示第二次复制出的DNA子链，该亲本双链DNA分子连续复制两次后的产物是( )
答案 D
解析 因为DNA的复制为半保留复制，因此亲本DNA的两条链将分别进入不同的子代DNA分子中，A、B错误；第二次复制时得到的4个DNA分子中，都有一条DNA子链是在第二次复制时形成的，而C中只有两个DNA分子中含第二次复制出的子链(黑色表示)，C错误，D正确。
2．将在含15NH4Cl的培养液中培养了若干代的某真核细胞转移到含14NH4Cl的培养液中培养，让细胞连续进行有丝分裂，并进行密度梯度离心。下列相关说法中，不正确的是( )
A．细胞经过一次分裂和离心后，DNA位于试管的中层
B．细胞经过两次分裂和离心后，一半DNA位于试管的中层，另一半DNA位于上层
C．细胞经过三次分裂和离心后，3/4的DNA位于试管的中层，1/4的DNA位于试管的上层
D．该实验可以证明DNA的复制方式是半保留复制
答案 C
解析 细胞经过三次分裂和离心后，有3/4的DNA位于试管的上层，1/4的DNA位于试管的中层，C错误。
二、DNA复制的过程
1．DNA复制的概念：以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。
2．发生时期：在真核生物中，这一过程是在细胞分裂前的间期，随着染色体的复制而完成的。
3．过程
4．结果：一个DNA分子形成了两个完全相同的DNA分子。
5．特点：(1)边解旋边复制；(2)半保留复制。
6．准确复制的原因
(1)DNA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，保证了复制能够准确地进行。
7．意义：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。
判断正误
(1)DNA复制时新合成的两条链碱基排列顺序相同( )
(2)DNA双螺旋结构全部解旋后，开始DNA的复制( )
(3)单个脱氧核苷酸在DNA酶的作用下连接合成新的子链( )
(4)真核细胞的DNA复制只发生在细胞核中( )
(5)解旋酶和DNA聚合酶的作用部位均为氢键( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)× (5)×
解析 (1)DNA复制时新合成的两条链碱基排列顺序互补。
(2)DNA边解旋边复制。
(3)单个脱氧核苷酸在DNA聚合酶的作用下连接合成新的子链。
(4)真核细胞的DNA复制可发生在细胞核、线粒体和叶绿体中。
(5)解旋酶作用部位是氢键，DNA聚合酶的作用部位是两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键。
任务二：DNA复制的相关计算规律
假设将一个全部被15N标记的双链DNA分子(亲代)转移到含14N的培养液中培养n代，结果如下：
从图中可以得到如下规律：
(1)DNA分子数
①子n代DNA分子总数为2n个。
②含15N的DNA分子数为2个。
③含14N的DNA分子数为2n个。
④只含15N的DNA分子数为0个。
⑤只含14N的DNA分子数为(2n－2)个。
(2)脱氧核苷酸链数
①子代DNA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
①若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，经过n次复制需消耗游离的该脱氧核苷酸数为m·(2n－1)个。
②若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，在第n次复制时，需消耗游离的该脱氧核苷酸数为m·2n－1个。
DNA复制的起点和方向
(1)原核生物：单起点双向复制
(2)真核生物：多起点双向复制
在复制速率相同的前提下，图中DNA是从其最右边开始复制的，这种复制方式提高了DNA复制的效率。
3．如图为某真核细胞中DNA复制过程的模式图，下列叙述正确的是( )
A．DNA分子在酶①的作用下水解成脱氧核苷酸，酶②催化碱基对之间的连接
B．在复制过程中解旋和复制是同时进行的
C．解旋酶能使双链DNA解开，该过程不需要消耗ATP
D．两条新的子链通过氢键形成一个新的DNA分子
答案 B
解析 酶①是解旋酶，作用于氢键，酶②是DNA聚合酶，催化脱氧核苷酸的连接，A错误；新的子链与母链通过氢键形成一个新的DNA分子，D错误。
4．未被32P标记的某DNA分子中含有1 000个碱基对，其中鸟嘌呤300个，以含32P的化合物为原料，DNA分子连续复制三次。下列有关叙述错误的是( )
A．所有子代DNA分子都含有32P
B．子代DNA分子中，可能出现只有一条链含32P
C．第三次复制过程中需要消耗腺嘌呤脱氧核苷酸4 900个
D．子代DNA分子中不含32P的脱氧核苷酸链占总链数的1/8
答案 C
解析 在DNA分子中，G＝C＝300(个)，则A＝T＝700(个)，则第三次复制过程中需要消耗腺嘌呤脱氧核苷酸数＝700×(23－22)＝2 800(个)，C错误。
题组一 DNA半保留复制的实验证据
1．(2023·湖北荆门高一质检)研究人员分别在含15NH4Cl和14NH4Cl的培养液中培养大肠杆菌，用以研究DNA的复制特点。图甲代表的化合物由①②③三部分构成；图乙是利用离心技术将提取到的大肠杆菌DNA进行检测得到的结果。下列有关说法错误的是( )
A．让大肠杆菌在含15NH4Cl培养液中繁殖多代后，取其DNA离心检测，可得Ⅱ所示结果
B．让大肠杆菌在含14NH4Cl培养液中繁殖多代后，取其DNA离心检测，可得Ⅰ所示结果
C．将15N标记的大肠杆菌置于含14NH4Cl培养液中培养2代后，取其DNA离心检测，可得Ⅲ所示结果
D．将14N标记的大肠杆菌置于含15NH4Cl培养液中培养2代后，取其DNA离心检测，15N标记的是图甲的①处
答案 D
解析 15N标记的是图甲的③处，D错误。
2．(2023·宁夏银川高一期末)用假说—演绎法进行DNA复制的研究时，将14N标记的大肠杆菌放在含有15N的培养基中培养，使其分裂2次。下列叙述错误的是( )
A．如果是全保留复制，子一代DNA分子1/2分布在轻带，1/2分布在重带
B．如果是全保留复制，子二代DNA分子1/4分布在轻带，3/4分布在重带
C．如果是半保留复制，子一代DNA分子1/2分布在中带，1/2分布在重带
D．如果是半保留复制，子二代DNA分子1/2分布在中带，1/2分布在重带
答案 C
解析 如果是半保留复制，子一代2个DNA分子都是一条链含14N，另一条链含15N，都分布在中带，C错误。
题组二 DNA复制的过程
3．DNA分子复制时解旋酶作用于下列哪一结构( )
答案 D
解析 解旋酶作用于DNA双链上碱基对之间的氢键。
4．下列关于真核细胞DNA分子复制的叙述，正确的是( )
A．该过程不需要消耗能量
B．需要解旋酶和DNA聚合酶的催化
C．以DNA分子的一条链作为模板
D．复制只在细胞核内进行
答案 B
解析 真核细胞DNA分子复制需要消耗能量，A错误；真核细胞DNA分子复制以DNA分子的两条链作为模板，C错误；复制可以在细胞核、线粒体、叶绿体中进行，D错误。
5．(2023·河北省保定市清苑中学高一检测)下列有关 DNA 复制的叙述，错误的是( )
A．DNA分子的准确复制依赖于碱基互补配对原则和精确的模板
B．DNA 复制具有边解旋边复制、半保留复制等特点
C．复制后的一对同源染色体中含有 4 条脱氧核苷酸链
D．DNA 通过复制，保持了亲代和子代遗传信息的连续性
答案 C
解析 复制后的一对同源染色体中含有4条染色单体、4个DNA分子、8条脱氧核苷酸链，C错误。
6.DNA分子片段复制情况如图所示，图中a、b、c、d均表示脱氧核苷酸链的片段。下列说法错误的是( )
A．b和c的碱基序列可以互补
B．a和c的碱基序列可以互补
C．a中(A＋G)/(T＋C)的值与d中(A＋G)/(T＋C)的值一般不相同
D．a中(A＋T)/(G＋C)的值与b中(A＋T)/(G＋C)的值相同
答案 B
解析 由题意可知，a和d的碱基序列互补，a和b的碱基序列互补，b和d的碱基序列相同，a和c的碱基序列相同；由于a和d的碱基序列互补，因此二者中(A＋G)/(T＋C)的值一般不相同；由于a和b的碱基序列互补，因此二者中(A＋T)/(G＋C)的值相同。
7．(2023·陕西宝鸡高一期中)如图为果蝇精原细胞的核DNA电镜照片，图中的泡状结构叫作DNA复制泡，是DNA上正在复制的部分。下列说法错误的是( )
A．果蝇DNA复制与染色体复制是分别独立进行的
B．图中所示的精原细胞应处于细胞分裂前的间期
C．复制泡的形成需要解旋酶和DNA聚合酶的参与
D．果蝇的DNA有多个复制起点有利于加快DNA复制的速率
答案 A
解析 在真核细胞中，细胞核内的DNA位于染色体上，DNA的复制与染色体复制是同时进行的，不是分别独立进行的，A错误。
8．如图表示真核细胞DNA的复制过程，其中有3个复制泡。下列叙述错误的是( )
A．DNA分子的复制具有边解旋边复制的特点
B．解开DNA双螺旋结构需要细胞内ATP与解旋酶的参与
C．子链延伸过程中需要DNA聚合酶催化碱基间氢键的形成
D．图示复制方式可加快DNA的复制，但各起点可能不是同时开始的
答案 C
解析 氢键的形成不需要酶的催化，C错误；图示为真核生物的多起点复制，可加快DNA的复制过程，从各起点的螺旋解开的程度来看，复制可能不是同时开始的，D正确。
9．(2023·河北承德高一期中)DNA复制过程中，非复制区保持着亲代双链结构，复制区的双螺旋分开，形成两个子代双链，子代双链与亲代双链的相接区域称为复制叉。如图表示DNA复制的部分过程，下列相关叙述错误的是( )
A．复制叉向前移动需要解旋酶参与
B．前导链与滞后链的复制方向均为5′－端→3′－端
C．复制完成后，前导链与滞后链中的碱基序列相同
D．前导链的合成是连续的，滞后链的合成是不连续的
答案 C
解析 复制叉向前移动需要打破碱基对之间的氢键，因此需要解旋酶参与，A正确；观察题图的箭头方向，前导链与滞后链的复制方向均为5′－端→3′－端，B正确；复制完成后，前导链和滞后链的碱基序列互补，C错误。
10．某DNA分子含有3 000个碱基，其中腺嘌呤占35%。若该DNA分子用15N标记的四种游离脱氧核苷酸为原料复制3次，将全部复制产物进行密度梯度离心，得到结果如图甲；如果将全部复制产物加入解旋酶处理后再离心，则得到结果如图乙。下列有关分析正确的是( )
A．X层全部是仅含14N的DNA分子
B．W层中含15N标记的胞嘧啶脱氧核苷酸有3 150个
C．X层中含有的氢键数是Y层的1/2
D．W层与Z层的脱氧核苷酸数之比为4∶1
答案 B
解析 DNA分子的复制方式为半保留复制，该DNA分子用含15N标记的脱氧核苷酸为原料复制3次，产生的8个DNA分子中均含15N标记，A错误；在含有3 000个碱基的DNA分子中，腺嘌呤占35%，因此胞嘧啶占15%，共450个，所以W层中含15N标记的胞嘧啶脱氧核苷酸为450×(23－1)＝3 150(个)，B正确；在DNA分子中，碱基之间通过氢键相连，DNA分子复制3次，产生的8个DNA分子中，2个DNA分子同时含14N和15N,6个DNA分子只含15N，所以X层中含有的氢键数是Y层的1/3，C错误；由于DNA分子复制3次，产生了8个DNA分子，含16条脱氧核苷酸链，其中含15N标记的有14条链，所以W层与Z层的脱氧核苷酸数之比为14∶2＝7∶1，D错误。
11．一个双链被32P标记的DNA片段有100个碱基对，其中腺嘌呤占碱基总数的20%，将其置于含31P的环境中复制3次。下列叙述错误的是( )
A．该DNA片段中含有胞嘧啶的数目是60个
B．第三次复制过程需要240个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸
C．复制3次后，子代DNA中含32P的单链与含31P的单链之比为1∶8
D．复制3次后，子代DNA中含32P与含31P的分子数之比为1∶4
答案 C
解析 该DNA片段有100个碱基对，其中腺嘌呤占碱基总数的20%，则腺嘌呤数目为100×2×20%＝40(个)，根据碱基互补配对原则，A＝T、G＝C，故该DNA片段中含有胞嘧啶的数目是eq \f(100×2－40×2,2)＝60(个)，A正确；第三次复制DNA分子数由4个变为8个，增加4个DNA分子，需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸60×4＝240(个)，B正确；复制3次后，共得到8个DNA分子，16条DNA单链，其中只有2条单链含32P，含32P的单链与含31P的单链之比为1∶7，C错误；由于DNA的复制为半保留复制，子代DNA均含31P，其中有2个DNA分子含32P，所以子代DNA中含32P与含31P的分子数之比为1∶4，D正确。
12．将一个未被标记的大肠杆菌(拟核DNA呈环状，共含有m个碱基，其中有a个胸腺嘧啶)放在含有32P－胸腺嘧啶脱氧核苷酸的培养基中培养，一段时间后检测到如图所示Ⅰ、Ⅱ两种类型的DNA(虚线表示含有放射性的脱氧核苷酸链)。下列有关该实验结果的预测与分析，错误的是( )
A．DNA第二次复制产生的子代DNA有Ⅰ、Ⅱ两种类型
B．DNA复制后按照基因的分离定律分配到两个子细胞中
C．子代DNA分子中包含一条母链和一条子链且没有游离的磷酸基团
D．复制n次形成的具有放射性的脱氧核苷酸单链数量为2n＋1－2
答案 B
解析 DNA复制的方式是半保留复制，DNA第一次复制产生的子代DNA都是Ⅰ型，第二次复制产生的DNA分子有两个Ⅰ型、两个Ⅱ型，A正确；大肠杆菌是原核生物，其DNA的遗传不遵循分离定律，B错误；因为此DNA分子为环状，所以不含有游离的磷酸基团，C正确；复制n次形成的2n＋1条脱氧核苷酸链中，只有2条是亲代链，因此形成的具有放射性的脱氧核苷酸单链数量为2n＋1－2，D正确。
13．仔细阅读图一和图二，据图回答问题：
(1)图中④表示的中文名称是____________________________________________________；
⑨表示______________。
(2)图二所示的过程叫____________________________________________________________。
(3)若用32P标记的1个T2噬菌体侵染未标记的大肠杆菌，在释放出来的300个子代T2噬菌体中，含有32P的T2噬菌体占总数的__________。
(4)图二中的亲代DNA分子在复制时，一条链上的G变成了C，则该DNA经过n次复制后，发生差错的DNA分子数占______(填字母)。
A.eq \f(1,2n－1) B.eq \f(1,2) C.eq \f(1,2n) D.eq \f(1,2n＋1)
答案 (1)鸟嘌呤脱氧核苷酸 氢键 (2)DNA的复制 (3)eq \f(1,150) (4)B
解析 (3)用32P标记1个T2噬菌体，实质标记的是T2噬菌体的DNA分子，由于DNA分子的复制是半保留复制，因此复制形成的DNA分子中有2个含有32P，因此在释放出来的300个子代T2噬菌体中，含有32P的T2噬菌体占总数的eq \f(1,150)。(4)如果亲代DNA分子在复制时，一条链上的G变成了C，则以该错误链为模板合成的DNA都是错误的，以另一条链为模板合成的DNA都是正确的，因此无论复制多少次，发生差错的DNA分子数总是占50%，故选B。
14．DNA分子双螺旋结构模型提出之后，人们推测DNA可能通过图1中三种方式进行复制。某生物兴趣小组准备通过实验来探究DNA复制方式，基本思路是用14N标记大肠杆菌的DNA双链，然后在含15N的培养基中让其繁殖两代，提取每代大肠杆菌的DNA并作相应处理，可能出现的实验结果如图2。请回答下列问题：
(1)该实验选择大肠杆菌的原因是_________________________________________________
________________________________________________________________________。
该实验用到的实验技术有____________技术和密度梯度离心技术。若亲代大肠杆菌繁殖一代，出现实验结果1，可以说明DNA复制方式不是全保留复制，理由是_________________
________________________________________________________________________。
(2)若亲代大肠杆菌繁殖两代，出现实验结果2，说明DNA复制方式是____________复制。按照此复制方式：
①亲代大肠杆菌繁殖n代(n≥2)，实验结果中轻带、中带、重带中DNA分子数量之比应为________________________________________________________________________。
②图3中DNA片段2至少需要经过______次复制才能获得DNA片段3。
答案 (1)大肠杆菌易培养、繁殖快 同位素标记 若为全保留复制，实验结果1应只出现轻带和重带
(2)半保留 ①0∶2∶(2n－2) ②2
解析 (1)由于大肠杆菌易培养、繁殖快，故该实验选择大肠杆菌；本实验使用了15N对DNA分子进行标记，应用了同位素标记技术，同时用密度梯度离心技术对DNA分子进行分离；若亲代大肠杆菌繁殖一代，出现实验结果1(离心后只有1条中带) ，可以说明DNA分子的复制可能是半保留复制，也可能是分散复制，但可以排除全保留复制，因为若为全保留复制，则DNA复制一次后形成的2个DNA分子是1个只含14N，另一个只含15N，实验结果应出现一条轻带和一条重带。(2)若DNA复制方式是半保留复制，则亲代大肠杆菌繁殖两代，形成的4个DNA分子，两个只含15N，两个一条链含14N、一条链含15N，经离心出现实验结果2；按照半保留复制方式：①亲代大肠杆菌繁殖n代(n≥2)，无论复制多少代，形成的2n个DNA分子，0个只含14N，两个一条链含14N、一条链含15N,2n－2个只含15N，即实验结果中轻带、中带、重带中DNA分子数量之比应为0∶2∶(2n－2)。②图3中与DNA片段3相比，DNA片段2中G/U替换为了A/T，进行第一次复制时会出现A/U(模板链上的碱基U与A配对)；进行第二次复制时会出现T与A配对，即至少需要经过2次复制，DNA片段2中G/U可替换为A/T，才能获得DNA片段3。实验结果
条带数量
在试管中位置
DNA含N情况
亲代
1
靠近试管底部
15N/15N－DNA
第一代
1
位置居中
15N/14N－DNA
第二代
2
一条带位置居中，一条带位置靠上
15N/14N－DNA、14N/14N－DNA
大肠杆菌
DNA在离心管中的位置及比例
DNA分子所含N的类型
亲代
下部，100%
15N/15N－DNA
第一代
下部50%，上部50%
15N/15N－DNA、14N/14N－DNA
第二代
下部25%，上部75%
15N/15N－DNA、14N/14N－DNA
一、对DNA复制的推测及DNA半保留复制的实验证据
1．对DNA复制的推测
(1)半保留复制
①提出者：沃森和克里克。
②观点：DNA复制方式为半保留复制。
③内容：DNA复制时，DNA双螺旋解开，互补的碱基之间的氢键断裂，解开的两条单链分别作为复制的模板，游离的脱氧核苷酸根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。
④结果：新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链。
(2)全保留复制：指DNA复制以DNA双链为模板，子代DNA的双链都是新合成的。
2．DNA半保留复制的实验证据
(1)实验方法：同位素标记技术和密度梯度离心技术。
(2)实验原理：只含15N的DNA密度大，只含14N的DNA密度小，一条链含14N、一条链含15N的双链DNA密度居中。因此，利用离心技术可以在试管中区分含有不同N元素的DNA。
(3)探究DNA的复制方式
①提出问题：DNA以什么方式复制？
②作出假设：DNA以半保留方式复制。
③演绎推理(预期实验结果)
离心后应出现三条DNA带；
a．重带(密度最大)：两条链都为15N标记的亲代双链DNA。
b．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。
c．轻带(密度最小)：两条链都为14N标记的子代双链DNA。
④实验验证
⑤实验结论：DNA的复制是以半保留的方式进行的。
判断正误
(1)沃森和克里克以大肠杆菌为实验材料，运用同位素标记技术证明DNA复制方式是半保留复制( )
(2)证明DNA为半保留复制的研究过程中运用了假说—演绎法( )
答案 (1)× (2)√
解析 (1)梅塞尔森和斯塔尔以大肠杆菌为实验材料，运用同位素标记技术证明DNA复制方式是半保留复制。
任务一：探究DNA的复制方式
科学家曾提出DNA复制方式的三种假说：全保留复制、半保留复制和分散复制(复制完成后，亲代DNA双链被切成片段后，分散进入子代复制品的每条链中)，如图所示。
请据图回答下列问题：
(1)用什么技术区分来自模板DNA的母链与新合成的DNA子链？
提示 同位素标记技术。
(2)如何测定子代DNA带有同位素的情况？
提示 对DNA进行离心，观察其在离心管中的分布。
(3)若DNA复制的方式是全保留复制，请你预期实验结果并完善表格：
(4)若DNA复制的方式是分散复制，则第一代和第二代出现条带的数量及位置如何？
提示 第一代只出现1条中带，第二代只出现1条位于中带和轻带之间的条带。
(5)科学家的实验结果显示第一代只出现一条中带，这个结果排除了哪种复制方式？
提示 排除了全保留的复制方式。
(6)科学家的实验结果显示第二代出现了一条中带和一条轻带，这个结果可以进一步将哪种复制方式排除掉？
提示 排除了分散复制的方式。
1．某亲本DNA分子双链均以白色表示，以灰色表示第一次复制出的DNA子链，以黑色表示第二次复制出的DNA子链，该亲本双链DNA分子连续复制两次后的产物是( )
答案 D
解析 因为DNA的复制为半保留复制，因此亲本DNA的两条链将分别进入不同的子代DNA分子中，A、B错误；第二次复制时得到的4个DNA分子中，都有一条DNA子链是在第二次复制时形成的，而C中只有两个DNA分子中含第二次复制出的子链(黑色表示)，C错误，D正确。
2．将在含15NH4Cl的培养液中培养了若干代的某真核细胞转移到含14NH4Cl的培养液中培养，让细胞连续进行有丝分裂，并进行密度梯度离心。下列相关说法中，不正确的是( )
A．细胞经过一次分裂和离心后，DNA位于试管的中层
B．细胞经过两次分裂和离心后，一半DNA位于试管的中层，另一半DNA位于上层
C．细胞经过三次分裂和离心后，3/4的DNA位于试管的中层，1/4的DNA位于试管的上层
D．该实验可以证明DNA的复制方式是半保留复制
答案 C
解析 细胞经过三次分裂和离心后，有3/4的DNA位于试管的上层，1/4的DNA位于试管的中层，C错误。
二、DNA复制的过程
1．DNA复制的概念：以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。
2．发生时期：在真核生物中，这一过程是在细胞分裂前的间期，随着染色体的复制而完成的。
3．过程
4．结果：一个DNA分子形成了两个完全相同的DNA分子。
5．特点：(1)边解旋边复制；(2)半保留复制。
6．准确复制的原因
(1)DNA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，保证了复制能够准确地进行。
7．意义：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。
判断正误
(1)DNA复制时新合成的两条链碱基排列顺序相同( )
(2)DNA双螺旋结构全部解旋后，开始DNA的复制( )
(3)单个脱氧核苷酸在DNA酶的作用下连接合成新的子链( )
(4)真核细胞的DNA复制只发生在细胞核中( )
(5)解旋酶和DNA聚合酶的作用部位均为氢键( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)× (5)×
解析 (1)DNA复制时新合成的两条链碱基排列顺序互补。
(2)DNA边解旋边复制。
(3)单个脱氧核苷酸在DNA聚合酶的作用下连接合成新的子链。
(4)真核细胞的DNA复制可发生在细胞核、线粒体和叶绿体中。
(5)解旋酶作用部位是氢键，DNA聚合酶的作用部位是两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键。
任务二：DNA复制的相关计算规律
假设将一个全部被15N标记的双链DNA分子(亲代)转移到含14N的培养液中培养n代，结果如下：
从图中可以得到如下规律：
(1)DNA分子数
①子n代DNA分子总数为2n个。
②含15N的DNA分子数为2个。
③含14N的DNA分子数为2n个。
④只含15N的DNA分子数为0个。
⑤只含14N的DNA分子数为(2n－2)个。
(2)脱氧核苷酸链数
①子代DNA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
①若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，经过n次复制需消耗游离的该脱氧核苷酸数为m·(2n－1)个。
②若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，在第n次复制时，需消耗游离的该脱氧核苷酸数为m·2n－1个。
DNA复制的起点和方向
(1)原核生物：单起点双向复制
(2)真核生物：多起点双向复制
在复制速率相同的前提下，图中DNA是从其最右边开始复制的，这种复制方式提高了DNA复制的效率。
3．如图为某真核细胞中DNA复制过程的模式图，下列叙述正确的是( )
A．DNA分子在酶①的作用下水解成脱氧核苷酸，酶②催化碱基对之间的连接
B．在复制过程中解旋和复制是同时进行的
C．解旋酶能使双链DNA解开，该过程不需要消耗ATP
D．两条新的子链通过氢键形成一个新的DNA分子
答案 B
解析 酶①是解旋酶，作用于氢键，酶②是DNA聚合酶，催化脱氧核苷酸的连接，A错误；新的子链与母链通过氢键形成一个新的DNA分子，D错误。
4．未被32P标记的某DNA分子中含有1 000个碱基对，其中鸟嘌呤300个，以含32P的化合物为原料，DNA分子连续复制三次。下列有关叙述错误的是( )
A．所有子代DNA分子都含有32P
B．子代DNA分子中，可能出现只有一条链含32P
C．第三次复制过程中需要消耗腺嘌呤脱氧核苷酸4 900个
D．子代DNA分子中不含32P的脱氧核苷酸链占总链数的1/8
答案 C
解析 在DNA分子中，G＝C＝300(个)，则A＝T＝700(个)，则第三次复制过程中需要消耗腺嘌呤脱氧核苷酸数＝700×(23－22)＝2 800(个)，C错误。
题组一 DNA半保留复制的实验证据
1．(2023·湖北荆门高一质检)研究人员分别在含15NH4Cl和14NH4Cl的培养液中培养大肠杆菌，用以研究DNA的复制特点。图甲代表的化合物由①②③三部分构成；图乙是利用离心技术将提取到的大肠杆菌DNA进行检测得到的结果。下列有关说法错误的是( )
A．让大肠杆菌在含15NH4Cl培养液中繁殖多代后，取其DNA离心检测，可得Ⅱ所示结果
B．让大肠杆菌在含14NH4Cl培养液中繁殖多代后，取其DNA离心检测，可得Ⅰ所示结果
C．将15N标记的大肠杆菌置于含14NH4Cl培养液中培养2代后，取其DNA离心检测，可得Ⅲ所示结果
D．将14N标记的大肠杆菌置于含15NH4Cl培养液中培养2代后，取其DNA离心检测，15N标记的是图甲的①处
答案 D
解析 15N标记的是图甲的③处，D错误。
2．(2023·宁夏银川高一期末)用假说—演绎法进行DNA复制的研究时，将14N标记的大肠杆菌放在含有15N的培养基中培养，使其分裂2次。下列叙述错误的是( )
A．如果是全保留复制，子一代DNA分子1/2分布在轻带，1/2分布在重带
B．如果是全保留复制，子二代DNA分子1/4分布在轻带，3/4分布在重带
C．如果是半保留复制，子一代DNA分子1/2分布在中带，1/2分布在重带
D．如果是半保留复制，子二代DNA分子1/2分布在中带，1/2分布在重带
答案 C
解析 如果是半保留复制，子一代2个DNA分子都是一条链含14N，另一条链含15N，都分布在中带，C错误。
题组二 DNA复制的过程
3．DNA分子复制时解旋酶作用于下列哪一结构( )
答案 D
解析 解旋酶作用于DNA双链上碱基对之间的氢键。
4．下列关于真核细胞DNA分子复制的叙述，正确的是( )
A．该过程不需要消耗能量
B．需要解旋酶和DNA聚合酶的催化
C．以DNA分子的一条链作为模板
D．复制只在细胞核内进行
答案 B
解析 真核细胞DNA分子复制需要消耗能量，A错误；真核细胞DNA分子复制以DNA分子的两条链作为模板，C错误；复制可以在细胞核、线粒体、叶绿体中进行，D错误。
5．(2023·河北省保定市清苑中学高一检测)下列有关 DNA 复制的叙述，错误的是( )
A．DNA分子的准确复制依赖于碱基互补配对原则和精确的模板
B．DNA 复制具有边解旋边复制、半保留复制等特点
C．复制后的一对同源染色体中含有 4 条脱氧核苷酸链
D．DNA 通过复制，保持了亲代和子代遗传信息的连续性
答案 C
解析 复制后的一对同源染色体中含有4条染色单体、4个DNA分子、8条脱氧核苷酸链，C错误。
6.DNA分子片段复制情况如图所示，图中a、b、c、d均表示脱氧核苷酸链的片段。下列说法错误的是( )
A．b和c的碱基序列可以互补
B．a和c的碱基序列可以互补
C．a中(A＋G)/(T＋C)的值与d中(A＋G)/(T＋C)的值一般不相同
D．a中(A＋T)/(G＋C)的值与b中(A＋T)/(G＋C)的值相同
答案 B
解析 由题意可知，a和d的碱基序列互补，a和b的碱基序列互补，b和d的碱基序列相同，a和c的碱基序列相同；由于a和d的碱基序列互补，因此二者中(A＋G)/(T＋C)的值一般不相同；由于a和b的碱基序列互补，因此二者中(A＋T)/(G＋C)的值相同。
7．(2023·陕西宝鸡高一期中)如图为果蝇精原细胞的核DNA电镜照片，图中的泡状结构叫作DNA复制泡，是DNA上正在复制的部分。下列说法错误的是( )
A．果蝇DNA复制与染色体复制是分别独立进行的
B．图中所示的精原细胞应处于细胞分裂前的间期
C．复制泡的形成需要解旋酶和DNA聚合酶的参与
D．果蝇的DNA有多个复制起点有利于加快DNA复制的速率
答案 A
解析 在真核细胞中，细胞核内的DNA位于染色体上，DNA的复制与染色体复制是同时进行的，不是分别独立进行的，A错误。
8．如图表示真核细胞DNA的复制过程，其中有3个复制泡。下列叙述错误的是( )
A．DNA分子的复制具有边解旋边复制的特点
B．解开DNA双螺旋结构需要细胞内ATP与解旋酶的参与
C．子链延伸过程中需要DNA聚合酶催化碱基间氢键的形成
D．图示复制方式可加快DNA的复制，但各起点可能不是同时开始的
答案 C
解析 氢键的形成不需要酶的催化，C错误；图示为真核生物的多起点复制，可加快DNA的复制过程，从各起点的螺旋解开的程度来看，复制可能不是同时开始的，D正确。
9．(2023·河北承德高一期中)DNA复制过程中，非复制区保持着亲代双链结构，复制区的双螺旋分开，形成两个子代双链，子代双链与亲代双链的相接区域称为复制叉。如图表示DNA复制的部分过程，下列相关叙述错误的是( )
A．复制叉向前移动需要解旋酶参与
B．前导链与滞后链的复制方向均为5′－端→3′－端
C．复制完成后，前导链与滞后链中的碱基序列相同
D．前导链的合成是连续的，滞后链的合成是不连续的
答案 C
解析 复制叉向前移动需要打破碱基对之间的氢键，因此需要解旋酶参与，A正确；观察题图的箭头方向，前导链与滞后链的复制方向均为5′－端→3′－端，B正确；复制完成后，前导链和滞后链的碱基序列互补，C错误。
10．某DNA分子含有3 000个碱基，其中腺嘌呤占35%。若该DNA分子用15N标记的四种游离脱氧核苷酸为原料复制3次，将全部复制产物进行密度梯度离心，得到结果如图甲；如果将全部复制产物加入解旋酶处理后再离心，则得到结果如图乙。下列有关分析正确的是( )
A．X层全部是仅含14N的DNA分子
B．W层中含15N标记的胞嘧啶脱氧核苷酸有3 150个
C．X层中含有的氢键数是Y层的1/2
D．W层与Z层的脱氧核苷酸数之比为4∶1
答案 B
解析 DNA分子的复制方式为半保留复制，该DNA分子用含15N标记的脱氧核苷酸为原料复制3次，产生的8个DNA分子中均含15N标记，A错误；在含有3 000个碱基的DNA分子中，腺嘌呤占35%，因此胞嘧啶占15%，共450个，所以W层中含15N标记的胞嘧啶脱氧核苷酸为450×(23－1)＝3 150(个)，B正确；在DNA分子中，碱基之间通过氢键相连，DNA分子复制3次，产生的8个DNA分子中，2个DNA分子同时含14N和15N,6个DNA分子只含15N，所以X层中含有的氢键数是Y层的1/3，C错误；由于DNA分子复制3次，产生了8个DNA分子，含16条脱氧核苷酸链，其中含15N标记的有14条链，所以W层与Z层的脱氧核苷酸数之比为14∶2＝7∶1，D错误。
11．一个双链被32P标记的DNA片段有100个碱基对，其中腺嘌呤占碱基总数的20%，将其置于含31P的环境中复制3次。下列叙述错误的是( )
A．该DNA片段中含有胞嘧啶的数目是60个
B．第三次复制过程需要240个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸
C．复制3次后，子代DNA中含32P的单链与含31P的单链之比为1∶8
D．复制3次后，子代DNA中含32P与含31P的分子数之比为1∶4
答案 C
解析 该DNA片段有100个碱基对，其中腺嘌呤占碱基总数的20%，则腺嘌呤数目为100×2×20%＝40(个)，根据碱基互补配对原则，A＝T、G＝C，故该DNA片段中含有胞嘧啶的数目是eq \f(100×2－40×2,2)＝60(个)，A正确；第三次复制DNA分子数由4个变为8个，增加4个DNA分子，需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸60×4＝240(个)，B正确；复制3次后，共得到8个DNA分子，16条DNA单链，其中只有2条单链含32P，含32P的单链与含31P的单链之比为1∶7，C错误；由于DNA的复制为半保留复制，子代DNA均含31P，其中有2个DNA分子含32P，所以子代DNA中含32P与含31P的分子数之比为1∶4，D正确。
12．将一个未被标记的大肠杆菌(拟核DNA呈环状，共含有m个碱基，其中有a个胸腺嘧啶)放在含有32P－胸腺嘧啶脱氧核苷酸的培养基中培养，一段时间后检测到如图所示Ⅰ、Ⅱ两种类型的DNA(虚线表示含有放射性的脱氧核苷酸链)。下列有关该实验结果的预测与分析，错误的是( )
A．DNA第二次复制产生的子代DNA有Ⅰ、Ⅱ两种类型
B．DNA复制后按照基因的分离定律分配到两个子细胞中
C．子代DNA分子中包含一条母链和一条子链且没有游离的磷酸基团
D．复制n次形成的具有放射性的脱氧核苷酸单链数量为2n＋1－2
答案 B
解析 DNA复制的方式是半保留复制，DNA第一次复制产生的子代DNA都是Ⅰ型，第二次复制产生的DNA分子有两个Ⅰ型、两个Ⅱ型，A正确；大肠杆菌是原核生物，其DNA的遗传不遵循分离定律，B错误；因为此DNA分子为环状，所以不含有游离的磷酸基团，C正确；复制n次形成的2n＋1条脱氧核苷酸链中，只有2条是亲代链，因此形成的具有放射性的脱氧核苷酸单链数量为2n＋1－2，D正确。
13．仔细阅读图一和图二，据图回答问题：
(1)图中④表示的中文名称是____________________________________________________；
⑨表示______________。
(2)图二所示的过程叫____________________________________________________________。
(3)若用32P标记的1个T2噬菌体侵染未标记的大肠杆菌，在释放出来的300个子代T2噬菌体中，含有32P的T2噬菌体占总数的__________。
(4)图二中的亲代DNA分子在复制时，一条链上的G变成了C，则该DNA经过n次复制后，发生差错的DNA分子数占______(填字母)。
A.eq \f(1,2n－1) B.eq \f(1,2) C.eq \f(1,2n) D.eq \f(1,2n＋1)
答案 (1)鸟嘌呤脱氧核苷酸 氢键 (2)DNA的复制 (3)eq \f(1,150) (4)B
解析 (3)用32P标记1个T2噬菌体，实质标记的是T2噬菌体的DNA分子，由于DNA分子的复制是半保留复制，因此复制形成的DNA分子中有2个含有32P，因此在释放出来的300个子代T2噬菌体中，含有32P的T2噬菌体占总数的eq \f(1,150)。(4)如果亲代DNA分子在复制时，一条链上的G变成了C，则以该错误链为模板合成的DNA都是错误的，以另一条链为模板合成的DNA都是正确的，因此无论复制多少次，发生差错的DNA分子数总是占50%，故选B。
14．DNA分子双螺旋结构模型提出之后，人们推测DNA可能通过图1中三种方式进行复制。某生物兴趣小组准备通过实验来探究DNA复制方式，基本思路是用14N标记大肠杆菌的DNA双链，然后在含15N的培养基中让其繁殖两代，提取每代大肠杆菌的DNA并作相应处理，可能出现的实验结果如图2。请回答下列问题：
(1)该实验选择大肠杆菌的原因是_________________________________________________
________________________________________________________________________。
该实验用到的实验技术有____________技术和密度梯度离心技术。若亲代大肠杆菌繁殖一代，出现实验结果1，可以说明DNA复制方式不是全保留复制，理由是_________________
________________________________________________________________________。
(2)若亲代大肠杆菌繁殖两代，出现实验结果2，说明DNA复制方式是____________复制。按照此复制方式：
①亲代大肠杆菌繁殖n代(n≥2)，实验结果中轻带、中带、重带中DNA分子数量之比应为________________________________________________________________________。
②图3中DNA片段2至少需要经过______次复制才能获得DNA片段3。
答案 (1)大肠杆菌易培养、繁殖快 同位素标记 若为全保留复制，实验结果1应只出现轻带和重带
(2)半保留 ①0∶2∶(2n－2) ②2
解析 (1)由于大肠杆菌易培养、繁殖快，故该实验选择大肠杆菌；本实验使用了15N对DNA分子进行标记，应用了同位素标记技术，同时用密度梯度离心技术对DNA分子进行分离；若亲代大肠杆菌繁殖一代，出现实验结果1(离心后只有1条中带) ，可以说明DNA分子的复制可能是半保留复制，也可能是分散复制，但可以排除全保留复制，因为若为全保留复制，则DNA复制一次后形成的2个DNA分子是1个只含14N，另一个只含15N，实验结果应出现一条轻带和一条重带。(2)若DNA复制方式是半保留复制，则亲代大肠杆菌繁殖两代，形成的4个DNA分子，两个只含15N，两个一条链含14N、一条链含15N，经离心出现实验结果2；按照半保留复制方式：①亲代大肠杆菌繁殖n代(n≥2)，无论复制多少代，形成的2n个DNA分子，0个只含14N，两个一条链含14N、一条链含15N,2n－2个只含15N，即实验结果中轻带、中带、重带中DNA分子数量之比应为0∶2∶(2n－2)。②图3中与DNA片段3相比，DNA片段2中G/U替换为了A/T，进行第一次复制时会出现A/U(模板链上的碱基U与A配对)；进行第二次复制时会出现T与A配对，即至少需要经过2次复制，DNA片段2中G/U可替换为A/T，才能获得DNA片段3。实验结果
条带数量
在试管中位置
DNA含N情况
亲代
1
靠近试管底部
15N/15N－DNA
第一代
1
位置居中
15N/14N－DNA
第二代
2
一条带位置居中，一条带位置靠上
15N/14N－DNA、14N/14N－DNA
大肠杆菌
DNA在离心管中的位置及比例
DNA分子所含N的类型
亲代
下部，100%
15N/15N－DNA
第一代
下部50%，上部50%
15N/15N－DNA、14N/14N－DNA
第二代
下部25%，上部75%
15N/15N－DNA、14N/14N－DNA
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