資源簡介

人教生物(2019版)必修2教學案
3-3 DNA的復制
3-4基因通常是有遺傳效應的DNA片段
學有目標——課標要求必明 記在平時——核心語句必背
1.運用假說—演繹法探究DNA的復制方式，概述DNA通過半保留方式進行復制。 2.通過對DNA半保留復制方式的學習，理解DNA的準確復制是遺傳信息穩定傳遞的基礎。 3.舉例說明基因通常是有遺傳效應的DNA片段。 4.說明基因與DNA的關系。 1.DNA復制需要DNA模板、4種脫氧核苷酸為原料以及酶和能量等。 2.DNA復制的特點是邊解旋邊復制和半保留復制。 3.DNA通過復制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性。 4.遺傳信息蘊藏在DNA(RNA)4種堿基的排列順序中。 5.基因通常是有遺傳效應的DNA片段，對少數病毒而言，基因是有遺傳效應的RNA片段。
【主干知識梳理】
一、DNA的復制
1．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復制時，DNA雙螺旋解開，互補的堿基之間的氫鍵斷裂。
②復制
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，因此，這種復制方式稱作半保留復制。
2．DNA半保留復制的實驗證據
(1)實驗材料：大腸桿菌。
(2)實驗方法：運用同位素標記技術。
(3)實驗過程
(4)實驗預期
①親代DNA分子中兩條鏈均含15N，DNA分子密度高。
②復制一次產生的DNA分子中，一條鏈含 14N，另一條鏈含 15N，DNA分子密度居中。
③復制兩次產生的DNA分子中，有兩個DNA分子雙鏈均含14N，DNA分子密度較低；另兩個DNA分子中一條鏈含 15N，另一條鏈含 14N。
3．DNA復制的過程
(1)相關知識歸納總結
概念 以親代DNA為模板合成子代DNA的過程
時間 有絲分裂間期和減數分裂Ⅰ前的間期
場所 主要是細胞核
條件 模板、原料、能量、酶等
特點 半保留復制、邊解旋邊復制
意義 通過復制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性
(2)復制的過程
(3)準確復制的原因
①DNA分子獨特的雙螺旋結構，為復制提供了精確的模板。
②通過堿基互補配對，保證了復制能夠準確地進行。
二、基因通常是有遺傳效應的DNA片段
1．基因與DNA關系的實例(結合教材P57“思考·討論”資料分析)
2．DNA片段中的遺傳信息
(1)遺傳信息：蘊藏在4種堿基的排列順序之中。
(2)特點
①多樣性：堿基排列順序的千變萬化。
②特異性：每一個DNA分子有特定的堿基排列順序。
③穩定性：DNA分子的結構較穩定。
3．與生物體多樣性和特異性的關系
DNA的多樣性和特異性是生物體多樣性和特異性的物質基礎。
4．基因的延伸：對于遺傳物質是RNA的生物，基因就是有遺傳效應的RNA片段。
【教材微點發掘】
　下圖是DNA復制的示意圖(教材第55頁圖310)，據圖回答有關問題：
(1)DNA復制時，解旋酶的作用是將DNA雙螺旋的兩條鏈解開。
(2)DNA聚合酶的作用是連接相鄰的兩個脫氧核苷酸形成與母鏈互補的子鏈。
(3)在DNA復制過程中，兩條子鏈延伸的方向相反的原因是DNA中兩條母鏈是反向平行的。
(4)真核生物的核DNA復制通常發生在細胞分裂的間期。
(5)有絲分裂或減數分裂的細胞進行DNA的復制；蛙的紅細胞進行無絲分裂，進行DNA的復制；哺乳動物成熟的紅細胞，不會進行DNA的復制。(均填“會”或“不會”)
教材問題提示
第3節　(一)思考·討論(教材第54頁)
1．細胞分裂一次后，方框中填15N/14NDNA；細胞再分裂一次后，試管上部的方框中填14N/14NDNA，試管中部的方框中填15N/14NDNA。
2．假如全保留復制是正確的，第一代的結果：一半的細胞中DNA是15N/15NDNA，另一半的細胞中DNA是14N/14NDNA；第二代的結果：1/4的細胞中DNA是15N/15NDNA，3/4的細胞中DNA是14N/14NDNA。
(二)旁欄思考(教材第55頁)
第一代只出現一條居中的DNA條帶，這個結果排除了全保留復制的方式。
第4節　思考·討論1(教材第57～58頁)
1．生物體內的DNA分子數目小于基因數目，生物體內所有基因的堿基總數小于DNA分子的堿基總數。這說明基因是DNA片段，基因不是連續分布在DNA上的，而是由堿基序列將其分隔開的。
2．此題旨在引導學生理解遺傳效應的含義，并不要求唯一答案。可以結合提供的資料來理解，如能夠指導相應蛋白質的合成、控制生物體的性狀等。“問題探討”中提到的生長激素基因的遺傳效應是使轉基因鯉魚的生長速率加快。
3．基因是有遺傳效應的DNA片段。
思考·討論2(教材第58～59頁)
1．4100種。
2．堿基排列順序的千變萬化，構成了DNA的多樣性，而堿基特定的排列順序，又構成了每個DNA分子的特異性。DNA的多樣性和特異性是生物體多樣性和特異性的物質基礎。
3．在人類的DNA中，脫氧核苷酸序列多樣性表現為每個人的DNA幾乎不可能完全相同，因此，DNA可以像指紋一樣用來鑒別身份。
4．略。
新知探究(一)　DNA復制的過程和特點
【探究·深化】
[問題驅動]　
根據圖1、圖2思考下列問題：
(1)圖1中進行的是什么過程？發生的時期和場所是什么？
提示：DNA復制；有絲分裂間期和減數分裂前的間期，無絲分裂也有DNA復制。真核生物DNA復制的場所有細胞核、線粒體、葉綠體；原核生物DNA復制的場所主要是擬核。
(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？a、b、c、d四條脫氧核苷酸鏈中，哪些鏈的堿基排列順序是相同的？
提示：酶1是解旋酶，作用于f，酶2是DNA聚合酶，作用于e；a和c的堿基排列順序相同，b和d的堿基排列順序相同。
(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？
提示：可以，因為兩條母鏈進入到兩個子代DNA分子中，新形成的子代DNA分子中只有一條鏈是親代的母鏈。圖中還能看出DNA分子是邊解旋邊復制；可采用同位素標記法檢測母鏈、子鏈。
(4)DNA分子復制受到各種外界因素的干擾時，堿基序列會發生變化嗎？
提示：堿基序列可能會發生改變，使后代DNA分子與親代DNA分子不同，遺傳信息發生改變。
[重難點撥]　
(一)DNA復制的場所
1．真核生物：細胞核、線粒體、葉綠體，其中主要場所是細胞核。
2．原核生物：核區、細胞質(如質粒的復制)。
3．病毒：宿主細胞內。
(二)真核生物細胞核中DNA復制發生的時間
分裂前的間期在體細胞中發生在有絲分裂間期；在有性生殖過程中發生在減數第一次分裂前的間期。
(三)DNA復制所需的酶
1．解旋酶的作用是破壞堿基間的氫鍵。
2．DNA聚合酶的作用是連接游離的脫氧核苷酸。
3．DNA連接酶的作用是連接DNA片段。
(四)兩個子代核DNA的位置及分開時間
復制產生的兩個子代核DNA分子位于一對姐妹染色單體上，由著絲粒連在一起，在有絲分裂后期或減數分裂Ⅱ后期著絲粒分裂時分開，分別進入兩個子細胞中，如下圖所示：
【典題·例析】
[典例1]　下列有關DNA復制的敘述，正確的是(　　)
A．DNA分子在解旋酶的作用下水解成脫氧核苷酸
B．在復制過程中解旋和復制是同時進行的
C．解旋后以一條母鏈為模板合成兩條新的子鏈
D．兩條新的子鏈通過氫鍵形成一個新的DNA分子
[解析]　DNA分子在解旋酶的作用下，將雙螺旋的兩條鏈解開，變成單鏈，A錯誤；DNA復制過程是邊解旋邊復制，所以解旋和復制是同時進行的，B正確；解旋后的每條脫氧核苷酸鏈都可以作為DNA復制的模板，C錯誤；形成的DNA分子中各含有一條母鏈和一條子鏈，兩條鏈之間的堿基通過氫鍵形成堿基對，組成一個新的DNA分子，D錯誤。
[答案]　B
[典例2]　圖1是果蠅DNA電鏡照片，圖中的泡狀結構是DNA復制泡，是DNA上正在復制的部分；圖2為真核生物染色體上DNA分子復制過程示意圖。下列有關敘述錯誤的是(　　)
A．圖2 DNA分子復制是從多個起點同時開始的
B．圖2 DNA分子復制是邊解旋邊雙向復制的
C．真核生物DNA分子復制過程需要解旋酶
D．真核生物的這種復制方式提高了復制速率
[解析]　由該DNA分子復制過程示意圖可看出，DNA分子復制有多個復制起始點，且邊解旋邊雙向復制(箭頭代表DNA復制方向)，DNA分子復制需要解旋酶參與。這種多起點復制可有效地提高復制速率。由圖示不同復制起點復制出的DNA片段長度不同可知，DNA分子的多個復制起點并不是同時開始復制的。故選A。
[答案]　A
【應用·體驗】
1．真核細胞中DNA復制如下圖所示，下列敘述錯誤的是(　　)
A．多起點雙向復制能保證DNA復制在短時間內完成
B．每個子代DNA都有一條核苷酸鏈來自親代
C．復制過程中氫鍵的破壞和形成都需要DNA聚合酶的催化
D．DNA分子的準確復制依賴于堿基互補配對原則
解析：答案：C　多起點雙向復制能保證DNA復制在短時間內完成，提高復制效率，A正確。DNA為半保留復制，每個子代DNA都有一條核苷酸鏈來自親代，B正確。DNA解旋酶破壞堿基對的氫鍵，使DNA雙鏈解旋，而氫鍵的形成不需要酶的催化；DNA聚合酶可催化形成磷酸二酯鍵，C錯誤。堿基對之間嚴格的堿基互補配對原則，保證了遺傳信息準確地從親代DNA傳向子代DNA，D正確。
2．下圖表示DNA復制的過程，結合圖示判斷，下列有關敘述錯誤的是(　　)
A．DNA復制過程中首先需要解旋酶破壞DNA雙鏈間的氫鍵，使兩條鏈解開
B．DNA分子的復制具有邊解旋邊復制的特點，生成的兩條子鏈方向相反
C．DNA分子的復制需要DNA聚合酶將單個脫氧核苷酸連接成DNA片段
D．DNA的兩條子鏈都是連續合成的
解析：答案：D　由圖可知，兩條子鏈中，一條是連續合成的，另一條是不連續合成的。
新知探究(二)　DNA復制的相關計算
【拓展·深化】
DNA復制過程中相關物質數量變化規律
將含有15N的DNA分子放在含有14N的培養基上培養，復制n次，則：
1．DNA分子數
①子代DNA分子數＝2n個。
②含有親代DNA鏈的子代DNA分子數＝2個。
③不含親代鏈的子代DNA分子數＝(2n－2)個。
2．脫氧核苷酸鏈數
①子代DNA分子中脫氧核苷酸鏈數＝2n＋1條。
②親代脫氧核苷酸鏈數＝2條。
③新合成的脫氧核苷酸鏈數＝(2n＋1－2)條。
3．消耗的脫氧核苷酸數
若一親代DNA分子含有某種脫氧核苷酸m個，經過n次復制需要消耗該脫氧核苷酸m×(2n－1)個；第n次復制，消耗該脫氧核苷酸數為m×2n－1。
[思考·討論]
(1)用15N標記的DNA分子，放入含14N的培養基中進行復制，當測得含有15N的DNA分子數為12.5%時，該DNA分子復制了幾次？
提示：4次。含15N的DNA分子在含14N培養基中復制n次，則形成2n個DNA分子，其中含15N的DNA分子占2/2n，已知2/2n＝12.5%，則n＝4。
(2)DNA復制n次與第n次復制各形成多少個DNA分子？
提示：DNA復制n次形成2n個DNA分子，第n次復制形成2n－1個DNA分子。
【典題·例析】
[典例1]　假設一個雙鏈均被32P標記的DNA由5 000個堿基對組成，其中腺嘌呤占全部堿基的20%，將其置于只含有31P的環境中復制3次。下列敘述錯誤的是(　　)
A．該DNA分子中含有氫鍵的數目為1.3×104
B．子代DNA分子平均相對分子質量與親代相比減少3.75×103
C．子代DNA分子中含32P的脫氧核苷酸單鏈與含31P的脫氧核苷酸單鏈之比為1∶7
D．復制過程中需要2.1×104個游離的胞嘧啶脫氧核苷酸
[解析]　根據題干信息分析可知，DNA中A＝T＝2 000，C＝G＝3 000，A、T堿基對之間有2個氫鍵，G、C堿基對之間有3個氫鍵，因此該DNA分子中含有氫鍵的數目為2 000×2＋3 000×3＝1.3×104，A正確。親代DNA中的磷元素全為32P，復制3次后，共形成8個DNA分子。其中有2個DNA分子的一條鏈只含32P、另一條鏈只含31P，其相對分子質量比原來減少了5 000；另6個DNA分子的兩條鏈都只含31P，其相對分子質量比原來減少了10 000，則子代DNA的相對分子質量平均比親代DNA減少(5 000×2＋10 000×6)÷8＝8 750，B錯誤。由題意可知，被32P標記的DNA單鏈是2條，含有31P的單鏈是2×8－2＝14(條)，因此子代DNA分子中含32P的單鏈與含31P的單鏈之比為1∶7，C正確。復制過程需要游離的胞嘧啶脫氧核苷酸數為3 000×(8－1)＝2.1×104(個)，D正確。
[答案]　B
[典例2]　已知某DNA分子含有500個堿基對，其中一條鏈上A∶G∶T∶C＝1∶2∶3∶4。該DNA分子連續復制數次后，消耗周圍環境中含G的脫氧核苷酸2 100個，則該DNA分子已經復制了(　　)
A．3次　　　　　　　 B．4次
C．5次 D．6次
[解析]　根據DNA分子含有500個堿基對，而一條單鏈上堿基A∶G∶T∶C＝1∶2∶3∶4，則該鏈中A、G、T、C分別是50、100、150、200(個)，另一條單鏈上依次是150、200、50、100(個)。因此，該DNA分子中含有鳥嘌呤的脫氧核苷酸為100＋200＝300(個)。復制數次后，所有DNA中的鳥嘌呤脫氧核苷酸的數量是2 100＋300＝2 400(個)，設該DNA分子復制了n次，則有關系式：2n ×300＝2 400，解得n＝3。故選A。
[答案]　A
易錯提醒—————————————————————————————————
DNA復制相關計算的3個易錯點
(1)“DNA復制了n次”和“第n次復制”的區別，前者包括所有的復制，但后者只包括最后一次復制。
(2)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分子都只有兩個。
(3)看清堿基的數目單位是“對”還是“個”，“DNA分子數”還是“鏈數”，“含”還是“只含”等關鍵詞。
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【應用·體驗】
1．用一個32P標記的噬菌體侵染在31P環境中培養的大腸桿菌，已知噬菌體DNA上有m個堿基對，其中胞嘧啶有n個。下列敘述錯誤的是(　　)
A．大腸桿菌為噬菌體增殖提供原料和酶等
B．噬菌體DNA含有(2m＋n)個氫鍵
C．該噬菌體繁殖4次，子代中只有14個含有31P
D．噬菌體DNA第4次復制共需要8(m－n)個腺嘌呤脫氧核苷酸
解析：答案：C　噬菌體侵染細菌時，只有DNA進入細菌并作為模板控制子代噬菌體的合成，其DNA的復制及表達需要大腸桿菌提供原料、酶和ATP等，A正確；噬菌體DNA上有m個堿基對，其中胞嘧啶有n個，則鳥嘌呤有n個，胸膘嘧啶=腺嘌呤=（m-n）個，因此氫鍵個數＝2(m－n)＋3n＝(2m＋n)個，B正確；噬菌體繁殖4次，子代噬菌體中有16個含31P，C錯誤；噬菌體DNA第4次復制共需要腺嘌呤脫氧核苷酸＝2n－1(m－n)＝8(m－n)個，D正確。
2．某DNA分子含m對堿基，其中腺嘌呤有a個。下列有關此DNA在連續復制時所需的胞嘧啶脫氧核苷酸數目的敘述，錯誤的是(　　)
A．在第一次復制時，需要(m－a)個
B．在第二次復制時，需要2(m－a)個
C．在第n次復制時，需要2n－1(m－a)個
D．在n次復制過程中，總共需要2n(m－a)個
解析：答案：D　DNA分子復制一次，可產生2個DNA分子，因為每個DNA分子中含有(m－a)個胞嘧啶脫氧核苷酸，所以復制一次時，需要胞嘧啶脫氧核苷酸為(m－a)個，A正確；在第二次復制時，2個DNA分子會形成4個DNA分子，相當于形成2個新DNA分子，所以需要胞嘧啶脫氧核苷酸為2(m－a)個，B正確；在第n次復制后，會形成2n個DNA分子，所以需要胞嘧啶脫氧核苷酸為(2n－2n－1)(m－a)＝2n－1(m－a)個，C正確；在第n次復制過程中，1個DNA分子變為2n個DNA分子，總共需要胞嘧啶脫氧核苷酸為(2n－1)(m－a)個，D錯誤。
新知探究(三)　基因通常是有遺傳效應的DNA片段
【探究·深化】
[問題驅動]　
下圖甲表示果蠅某一條染色體上的幾個基因，圖乙表示物質或結構的從屬關系，請分析回答：
(1)圖甲體現了基因與染色體有什么關系？基因都在染色體上嗎？
提示：①基因在染色體上呈線性排列；②一條染色體上含有多個基因；③染色體是基因的載體。基因并不是都在染色體上，真核生物的核基因位于染色體上，質基因位于葉綠體或線粒體中，原核生物的基因位于擬核或質粒中，病毒的基因位于核酸分子中。
(2)一條染色體上有幾個DNA分子？一個DNA分子中有很多個基因，這些基因是不是連續排列的？
提示：一條染色體上有1個或2個DNA分子。一個DNA分子中基因并非連續排列的，基因之間有一些堿基序列不屬于基因。
(3)圖乙中表示染色體、基因、DNA、脫氧核苷酸之間的關系，則a、b、c、d分別是什么？
提示：a為染色體，b為DNA，c為基因，d為脫氧核苷酸。
[重難點撥]　
(一)全面理解基因的內涵
(1)本質上，基因通常是有遺傳效應的DNA片段。
(2)結構上，基因是含有特定遺傳信息的脫氧核苷酸序列。
(3)功能上，基因是遺傳物質的結構和功能的基本單位。
(4)位置上，基因在染色體上呈線性排列。
(二)染色體、DNA、基因、脫氧核苷酸的關系
(三)基因、染色體、蛋白質、性狀的關系
(1)對于真核細胞來說，染色體是基因的主要載體；線粒體和葉綠體中也含有基因。
(2)對于原核細胞來說，基因存在于擬核中的DNA分子或質粒上，DNA是裸露的，并沒有與蛋白質一起構成染色體，因此，沒有染色體這一載體。
【典題·例析】
[典例1]　下列有關基因的敘述，錯誤的是(　　)
A．每個基因通常都是DNA分子上的一個片段
B．DNA分子上的每一個片段都是基因
C．DNA分子的結構發生改變，基因的結構不一定發生改變
D．真核細胞的核基因位于染色體上，在染色體上呈線性排列
[解析]　每個基因通常都是DNA分子上的一個片段，A正確；基因通常是有遺傳效應的DNA片段，B錯誤；DNA分子的非基因結構發生改變，不會引起基因結構變化，C正確；染色體是基因的主要載體，基因在染色體上呈線性排列，D正確。
[答案]　B
[典例2]　如圖表示脫氧核苷酸、基因、DNA和染色體間的關系。下列有關敘述錯誤的是(　　)
A．d是脫氧核苷酸，其種類取決于c的種類
B．基因通常是具有遺傳效應的f片段
C．e含有的堿基總數等于f
D．基因的主要載體是染色體
[解析]　圖中c為含氮堿基，d為脫氧核苷酸，根據含氮堿基不同，可將脫氧核苷酸分為四種，A正確；基因(e)是有遺傳效應的DNA(f)片段，故基因含有的堿基總數小于f，B正確，C錯誤；基因的主要載體是染色體，并在其上呈線性排列，D正確。
[答案]　C
易錯提醒—————————————————————————————————
基因概念理解的三個誤區
(1)不是所有的DNA片段都是基因，必須是有遺傳效應的DNA片段才是基因。
(2)不是所有的基因都位于染色體上，葉綠體、線粒體和擬核區也有基因。
(3)基因不全是有遺傳效應的DNA片段，對于遺傳物質是RNA的生物而言，基因就是有遺傳效應的RNA片段，遺傳信息蘊藏在4種堿基(A、U、G、C)的排列順序之中。
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【應用·體驗】
1．如圖是果蠅某條染色體上的一段DNA分子的示意圖。下列說法正確的是(　　)
A．白眼基因含有多個核糖核苷酸
B．白眼基因是有遺傳效應的DNA片段
C．白眼基因位于細胞質內
D．白眼基因基本組成單位是4種堿基
解析：答案：B　基因通常是有遺傳效應的DNA片段，其基本組成單位與DNA相同，即為脫氧核苷酸，脫氧核苷酸共有4種，B正確，D錯誤；每個DNA分子上含有很多個基因，每個基因中含有許多個脫氧核苷酸，A錯誤；染色體是DNA的主要載體，白眼基因位于染色體上，是細胞核基因，C錯誤。
2．從分子水平上對生物體具有多樣性或特異性的分析，錯誤的是(　　)
A．堿基對的排列順序的千變萬化，決定了DNA分子的多樣性
B．堿基對的特定的排列順序，決定了DNA分子的特異性
C．一個含2 000個堿基的DNA分子，其堿基對可能的排列方式就有41 000種
D．人體內控制β 珠蛋白的基因由1 700個堿基對組成，其堿基對可能的排列方式有41 700種
解析：答案：D　堿基對的排列順序的千變萬化，構成了DNA分子基因的多樣性，A正確；堿基對的特定的排列順序，又構成了每一個DNA分子基因的特異性，B正確；DNA中的堿基有A、T、C、G 4種，由n對堿基形成的DNA分子，其堿基對可能的排列方式最多有4n種，C正確；β 珠蛋白基因堿基對的排列順序是β 珠蛋白所特有的，D錯誤。
科學探究——探究DNA半保留復制方式的假說—演繹過程分析
1．實驗方法：同位素標記法和離心技術。
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密度居中。
3．假說—演繹過程
(1)實驗假設：DNA以半保留的方式復制。
(2)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。
(3)實驗過程
(4)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。
4．實驗結論：DNA的復制是以半保留方式進行的。
【素養評價】
1．細菌在含15N的培養液中繁殖數代后，細菌DNA的含氮堿基皆含有15N，然后再將其移入含14N的培養液中培養，抽取親代及子代的DNA離心分離，如圖①～⑤為可能的結果。下列敘述錯誤的是(　　)
A．子一代DNA應為② B．子二代DNA應為①
C．子三代DNA應為④ D．親代DNA應為⑤
解析：答案：C　親代DNA只含15N標記，應為⑤；復制一次后，DNA一條鏈含15N，一條鏈含14N，應為②；復制兩次后形成4個DNA，其中2個DNA只含14N標記，2個DNA的一條鏈含15N，一條鏈含 14N，應為①；復制三次后形成8個DNA，其中6個DNA只含 14N標記，2個DNA的一條鏈含 14N，一條鏈含15N，應為③。故選C。
2．下列有關“探究DNA的復制過程”活動的敘述，正確的是(　　)
A．培養過程中，大腸桿菌將利用NH4Cl中的N合成DNA的基本骨架
B．通過對第二代大腸桿菌DNA的離心，得出DNA復制的特點為半保留復制
C．將含14N/14NDNA的大腸桿菌放在以15NH4Cl為唯一氮源的培養液中培養若干代，所獲得的大腸桿菌的DNA中都含有15N
D．將含15N/15NDNA的大腸桿菌轉移到以14NH4Cl為唯一氮源的培養液中繁殖一代后，若將提取的子代大腸桿菌DNA解旋處理后進行離心，離心管中將只出現1個條帶
解析：答案：C　培養過程中，大腸桿菌將利用NH4Cl中的N合成含氮堿基，進而形成DNA兩條鏈之間的堿基對，A錯誤；通過對親代、第一代、第二代大腸桿菌DNA的離心，對比分析才可得出DNA復制的特點為半保留復制，B錯誤；根據DNA的半保留復制特點，將含14N/14NDNA的大腸桿菌放在以15NH4Cl為唯一氮源的培養液中培養若干代，所獲得的大腸桿菌的DNA中都含有15N，C正確；將含15N/15NDNA的大腸桿菌轉移到以14NH4Cl為唯一氮源的培養液中繁殖一代后，若將提取的子代大腸桿菌DNA解旋處理后進行離心，離心管中將出現輕、重2個條帶，D錯誤。
3．DNA的復制方式，可以通過設想來進行預測，可能的情況是全保留復制、半保留復制、分散(彌散)復制三種。究竟是哪種復制方式呢？用下面設計實驗來證明DNA的復制方式。
實驗步驟：
a．在氮源為14N的培養基中生長的大腸桿菌，其DNA分子均為14NDNA(對照)。
b．在氮源為15N的培養基中生長的大腸桿菌，其DNA分子均為15NDNA(親代)。
c．將親代15N大腸桿菌轉移到氮源為含14N的培養基中，再連續繁殖兩代(Ⅰ和Ⅱ)，用離心法分離，不同分子量的DNA分子將分布在試管中的不同位置上。
實驗預測：
(1)如果與對照(14N/14N)相比，子代Ⅰ能分辨出兩條DNA帶：一條________帶和一條________帶，則可以排除____________和分散復制。
(2)如果子代Ⅰ只有一條中密度帶，則可以排除__________，但不能肯定是______________________。
(3)如果子代Ⅰ只有一條中密度帶，再繼續做子代ⅡDNA密度鑒定：若子代Ⅱ可以分出____________和________，則可以排除分散復制，同時肯定是半保留復制； 如果子代Ⅱ不能分出________兩條密度帶，則排除__________，同時確定為________。
解析：從題目中的圖示可知，深色代表親代DNA的脫氧核苷酸鏈(母鏈)，淺色代表新形成的子代DNA的脫氧核苷酸鏈(子鏈)。全保留復制后得到的兩個DNA分子，一個是原來的兩條母鏈重新形成的親代DNA分子，一個是兩條子鏈形成的子代DNA分子；半保留復制后得到的每個子代DNA分子的一條鏈為母鏈，另一條鏈為子鏈；分散復制后得到的每個子代DNA分子的單鏈都是由母鏈片段和子鏈片段間隔連接而成的。
答案：(1)輕(14N/14N)　重(15N/15N)　半保留復制
(2)全保留復制　半保留復制或分散復制　(3)一條中密度帶　一條輕密度帶　中、輕　半保留復制　分散復制
[課時跟蹤檢測]
[理解·鞏固·落實]
1．判斷下列敘述的正誤，對的打“√”，錯的打“×”。
(1)DNA復制是以DNA的一條鏈為模板進行的。(×)
(2)DNA分子復制時總是先解旋后復制，而且每個子代DNA分子中都保留了一條母鏈。(×)
(3)DNA復制時，嚴格遵循A—U、C—G的堿基互補配對原則。(×)
(4)DNA的遺傳信息蘊藏在4種堿基的排列順序中。(√)
(5)堿基排列順序的千變萬化，構成了DNA的多樣性。(√)
(6)任何生物的基因都是有遺傳效應的DNA片段。(×)
2．下列關于DNA分子復制的敘述，錯誤的是(　　)
A．以脫氧核苷酸為原料
B．需要解旋酶和能量
C．邊解旋邊復制，復制出的子代DNA一般與親代完全一樣
D．在DNA聚合酶的作用下，模板鏈和子鏈之間形成氫鍵
解析：答案：D　DNA分子復制以4種游離的脫氧核苷酸為原料，A正確。DNA復制過程需要解旋酶、DNA聚合酶的催化并且消耗ATP，B正確。從結果看，DNA的復制方式為半保留復制；從過程看，DNA的復制方式為邊解旋邊復制，由于以DNA雙鏈為模板，遵循堿基互補配對原則，所以一般情況下復制出的子代DNA與親代完全一樣，C正確。在DNA聚合酶的作用下，形成磷酸二酯鍵而不是氫鍵，D錯誤。
3．下列關于基因、DNA和染色體關系的說法，錯誤的是(　　)
A．染色體是基因的主要載體
B．一條染色體上只有一個DNA分子
C．一個DNA分子上有許多個基因
D．基因上脫氧核苷酸的排列順序蘊藏著遺傳信息
解析：答案：B　染色體是基因的主要載體，A正確；DNA復制前一條染色體含一個DNA分子，DNA復制后一條染色體含兩個DNA分子，B錯誤；基因通常是有遺傳效應的DNA片段，一個DNA分子上有許多個基因，C正確；基因上脫氧核苷酸的排列順序蘊藏著遺傳信息，D正確。
4．某親本DNA分子雙鏈均以白色表示，以灰色表示第一次復制出的DNA子鏈，以黑色表示第二次復制出的DNA子鏈，該親本雙鏈DNA分子連續復制兩次后的產物是(　　)
解析：答案：D　親代DNA雙鏈用白色表示，DNA復制方式是半保留復制，因此復制一次后得到的兩個DNA分子只含有白色和灰色，而第二次復制得到的四個DNA分子以這兩個DNA分子的四條鏈為模板合成的四個DNA分子中，都含有黑色的DNA子鏈，D正確。
5．DNA的多樣性和特異性分別決定于(　　)
A．堿基對不同的排列順序和堿基特定的排列順序
B．細胞分裂的多樣性和DNA復制的穩定性
C．堿基對不同的排列順序和堿基互補配對原則
D．DNA分子的雙螺旋結構和解旋酶的特異性
解析：答案：A　堿基對的不同排列順序決定了DNA的多樣性，而堿基特定的排列順序又構成了每個DNA的特異性。故選A。
6．科學研究發現，小鼠體內HMIGIC基因與肥胖直接相關。具有HMIGIC基因缺陷的實驗小鼠與作為對照的正常小鼠吃同樣多的高脂肪食物，一段時間后，對照組小鼠變得十分肥胖，而具有HMIGIC基因缺陷的實驗小鼠體重仍然保持正常，這說明(　　)
A．基因在DNA上　　　 B．基因在染色體上
C．基因具有遺傳效應 D．DNA具有遺傳效應
解析：答案：C　該題干中沒有涉及基因和DNA、染色體的關系；由題干信息分析可知，肥胖這一性狀是由HMIGIC基因決定的，說明基因控制生物體的性狀，具有遺傳效應；該實驗中沒有涉及性狀表現與DNA的關系，因此不能說明DNA具有遺傳效應。故選C。
7．用32P標記玉米體細胞(含有20條染色體)的DNA分子雙鏈，再將這些細胞轉入不含32P的培養基中培養，在第二次細胞分裂的中期、后期及所產生的子細胞中，被32P標記的染色體數分別為(　　)
A．20、40、20 B．20、20、20
C．20、20、0～20 D．20、40、0～20
解析：答案：C　根據題意可知，用32P標記玉米體細胞的DNA分子雙鏈，再將這些細胞轉入不含32P的培養基中培養，由于DNA復制方式為半保留復制，經過第一次分裂產生的子細胞中的20條染色體中的DNA分子均有放射性標記，但只有其中的一條單鏈被標記；經過再一次的DNA復制后，第二次有絲分裂中期時，染色單體沒有分開，而這2條沒有分開的染色單體上，其中有1條被32P標記，導致整條染色體也被32P標記，即第二次有絲分裂中期20條染色體都被標記，第二次有絲分裂后期有40條染色體，其中被標記的有20條，隨后發生彼此分離的子染色體隨機組合進入不同的子細胞中，因此在第二次分裂產生的子細胞中含有被32P標記的染色體數可能為0～20個不等。故選C。
8.用15N標記親代大腸桿菌，然后轉至以14NH4Cl為唯一氮源的培養液中培養，已知細菌繁殖一代需20 min，實驗過程中，每隔20 min收集并提取DNA進行離心，如圖是兩次收集的子代DNA離心結果模擬示意圖。 下列有關敘述正確的是(　　)
A．乙結果的出現需要40 min
B．丁中兩層DNA所含的氫鍵數相等
C．丙中每個DNA中堿基排列順序不同
D．隨著繁殖次數的增加，丙圖所示位置的條帶將會消失
解析：答案：B　由于DNA復制方式是半保留復制，所以乙結果中不會出現只有15N標記的DNA，A錯誤；由于DNA復制產生的子代DNA相同，所以丁中兩層DNA所含的氫鍵數相等，B正確；丙中每個DNA中堿基排列順序都相同，C錯誤；隨著繁殖次數的增加，丙圖所示位置的條帶所占比例越來越小，但不會消失，D錯誤。
9．圖1中DNA分子有a和d兩條鏈，Ⅰ和Ⅱ均是DNA分子復制過程中所需要的酶，將圖1中某一片段放大后如圖2所示。請分析回答下列問題：
(1)從圖1可看出DNA復制的方式是____________，Ⅰ是________酶，Ⅱ是________酶。
(2)圖2中，DNA分子的基本骨架由________(填序號)交替連接而成，該DNA片段中含有________個游離的磷酸基團。
(3)圖2中④名稱是__________________________。一條脫氧核苷酸鏈上相鄰的堿基A和T之間通過“____________________________”連接。
(4)該過程發生的時間為______________________________________________________。
(5)DNA分子復制時，在有關酶的作用下，以母鏈為模板，以游離的____________為原料，按照堿基互補配對原則，合成與母鏈互補的子鏈。
(6)若親代DNA分子中A＋T占60%，則子代DNA分子某一條單鏈中A＋T占________%。
(7)若將含14N的細胞放在只含15N的環境中培養，使細胞連續分裂4次，則最終獲得的子代DNA分子中，含14N 的占________。
解析：(1)從圖1可看出DNA復制的方式是半保留復制，Ⅰ是解旋酶，Ⅱ是DNA聚合酶。(2)圖2中，DNA分子的基本骨架由②脫氧核糖與③磷酸交替連接而成，該DNA片段中含有2個游離的磷酸基團。(3)圖2中④名稱是胸腺嘧啶脫氧核苷酸，一條脫氧核苷酸鏈上相鄰的堿基A和T之間通過“脫氧核糖磷酸脫氧核糖”連接。(4)DNA復制發生的時間為有絲分裂間期或減數分裂Ⅰ前的間期。(5)DNA分子復制時，在有關酶的作用下，以母鏈為模板，以游離的脫氧核苷酸為原料，按照堿基互補配對原則，合成與母鏈互補的子鏈。(6)若親代DNA分子中A＋T占60%，子代DNA分子某一條單鏈中A＋T也占60%。(7)若將含14N的細胞放在只含15N的環境中培養，使細胞連續分裂4次，則最終獲得的子代DNA分子中，含14N的占1/8。
答案：(1)半保留復制　解旋　DNA聚合　(2)②③　2
(3)胸腺嘧啶脫氧核苷酸　脫氧核糖磷酸脫氧核糖
(4)有絲分裂間期或減數分裂Ⅰ前的間期　(5)脫氧核苷酸　(6)60　(7)1/8
[遷移·應用·發展]
10．1958年科學家用15N和14N標記大腸桿菌，并提取其DNA。利用DNA分子對紫外光有光吸收的特點確定DNA在密度梯度離心后在離心管中所處的位置，實驗結果如下圖。圖中深色的區域是紫外光被一定程度吸收而形成的。下列分析錯誤的是(不考慮實驗誤差)(　　)
A．實驗中定時取一些大腸桿菌提取其DNA，但是不需檢測其放射性
B．1.9～3.0代的條帶深度變化說明位置b處的DNA的含量比例下降了
C．該實驗是先用14N標記大腸桿菌多代后，再轉移到15N環境中培養的
D．若分別用14C、12C取代15N、14N，每代色帶的相對位置仍基本相同
解析：答案：C　由于利用DNA分子對紫外光有光吸收的特點而不是檢測放射性，所以實驗中定時取一些大腸桿菌提取其DNA，但是不需檢測其放射性，A正確；根據圖示，1.9～3.0代的條帶深度變化說明位置b處的DNA的含量比例下降了，c處的DNA的含量比例上升了，B正確；由于0代時，DNA的條帶在a處，所以該實驗是先用15N標記大腸桿菌多代后，再轉移到14N環境中培養的，C錯誤；若分別用14C、12C取代15N、14N，每代色帶的相對位置仍基本相同，D正確。
11．科學家運用同位素標記、密度梯度離心等方法研究DNA復制的機制。請回答問題：
(1)研究者用蠶豆根尖進行實驗，主要步驟如下：
步驟A 將蠶豆根尖置于含放射性3H標記胸腺嘧啶的培養液中，培養大約一個細胞周期的時間 步驟C
在第一個、第二個和第三個細胞周期取樣，檢測中期細胞染色體上的放射性分布
步驟B 取出根尖，洗凈后轉移至不含放射性物質的培養液中，繼續培養大約兩個細胞周期的時間
①步驟A的目的是標記細胞中的________分子。若依據“DNA半保留復制”假說推測，DNA分子復制的產物應符合甲圖中的__________(填字母)。
②若第二個細胞周期的放射性檢測結果符合乙圖中的__________，且第三個細胞周期的放射性檢測結果符合乙圖中的__________，則假說成立。(均填字母)
(2)研究者為進一步確定“DNA半保留復制”的假說，將兩組大腸桿菌分別在15NH4Cl培養液和14NH4Cl培養液中繁殖多代，培養液中的氮可被大腸桿菌用于合成四種__________分子，作為DNA復制的原料，最終得到含15N的大腸桿菌和含14N的大腸桿菌。
(3)實驗一：從含15N的大腸桿菌和含14N的大腸桿菌中分別提取親代DNA，混合后放在100℃條件下進行熱變性處理，然后進行密度梯度離心，再測定離心管中混合的DNA單鏈含量，結果如圖a所示。
熱變性處理導致DNA分子中堿基對之間的__________發生斷裂，形成兩條DNA單鏈，因此圖a中出現兩個峰。
(4)實驗二：研究人員將含15N的大腸桿菌轉移到14NH4Cl培養液中，繁殖一代后提取子代大腸桿菌的DNA(F1DNA)，將F1DNA熱變性處理后進行密度梯度離心，離心管中出現的兩個條帶對應圖b中的兩個峰。若將未進行熱變性處理的F1DNA進行密度梯度離心，則離心管中只出現一個條帶。據此分析，F1DNA是由__________(填序號)組成，作出此判斷的依據是__________(填序號，多選)。
①兩條15N DNA單鏈
②兩條14N DNA單鏈
③兩條既含15N、又含有14N的DNA單鏈
④一條15N DNA單鏈、一條14N DNA單鏈
⑤雙鏈的F1DNA密度梯度離心結果只有一個條帶，排除“全保留復制”
⑥單鏈的F1DNA密度梯度離心結果有兩個條帶，排除“彌散復制”
⑦圖b與圖a中兩個峰的位置相同，支持“半保留復制”
解析：(1)胸腺嘧啶是合成DNA的原料，因此步驟A的目的是標記細胞中DNA分子。依據“DNA半保留復制”假說推測，DNA分子復制形成的子代DNA分子中有一條鏈為親代鏈，另一條鏈為新合成的子鏈，即圖甲中的a。若假說成立，即DNA分子的復制方式為半保留復制，則第二個細胞周期的放射性檢測結果是每條染色體含有兩條染色單體，其中一條單體含有放射性，另一條單體不含放射性，即符合圖乙中的e；第三個細胞周期的放射性檢測結果是有一半染色體不含放射性，另一半染色體的姐妹染色單體中，有一條單體含有放射性，另一條單體不含放射性，即符合圖中的e和f。(2)脫氧核糖核苷酸分子是DNA復制的原料，脫氧核糖核苷酸的組成元素是C、H、O、N、P，培養液中的氮可被大腸桿菌用于合成四種脫氧核糖核苷酸。(3) DNA分子中堿基對之間以氫鍵相連，熱變性處理導致DNA分子中堿基對之間的氫鍵發生斷裂，形成兩條DNA單鏈。(4)將DNA被15N標記的大腸桿菌移到14N培養基中培養，因合成DNA的原料中含14N，所以新合成的DNA鏈均含14N。根據半保留復制的特點，第一代的2個DNA分子都應一條鏈含15N，一條鏈含14N，故選④。若將未進行熱變性處理的F1 DNA進行密度梯度離心，則離心管中只出現一個條帶，將F1 DNA熱變性處理后進行密度梯度離心，則離心管中出現的兩種條帶，即14N條帶和15N條帶，對應圖b中的兩個峰。若為全保留復制，則雙鏈的F1 DNA，1個DNA分子兩條鏈都是14N,1個DNA分子兩條鏈都是15N，密度梯度離心結果有2個條帶，1個14N條帶，1個15N條帶，而本實驗雙鏈的F1 DNA密度梯度離心結果只有一個條帶，排除“全保留復制”。若為彌散復制則單鏈的F1 DNA密度梯度離心結果只有1個條帶，而本實驗單鏈的F1 DNA密度梯度離心結果有兩個條帶，排除“彌散復制”。從含15N的大腸桿菌和含14N的大腸桿菌中分別提取親代DNA，即一個2條鏈l5N的DNA分子和一個2條鏈都是14N的DNA分子，混合后放在100 ℃條件下進行熱變性處理，成單鏈，然后進行密度梯度離心，應該含有2個條帶，1個14N條帶，1個15N條帶，如圖a，將DNA被15N標記的大腸桿菌移到14N培養基中培養，因合成DNA的原料中含14N，所以新合成的DNA鏈均含14N。根據半保留復制的特點，第一代的2個DNA分子都應一條鏈含15N，一條鏈含14N，如圖b，圖b與圖a中兩個峰的位置相同，支持“半保留復制”。
答案：(1)①DNA　a　②e　e和f　(2)脫氧核苷酸　(3)氫鍵　(4)④　⑤⑥⑦

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