专题113 DNA的复制高三生物一轮总复习名师伴.docx
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专题113DNA的复制高三生物一轮总复习名师伴
【学案导航】---明方向！
【课程学习目标】
1.识记DNA复制的概念。
2.简述DNA复制的过程,并分析、归纳出DNA复制过程及特点。
3.探讨DNA复制的生物学意义。
第一层级：
预学区.不看不讲
【知识体系梳理】
一、对DNA分子复制的推测
沃森和克里克提出的遗传物质自我复制的假说——①:
DNA分子复制时,DNA分子的②将解开,互补碱基之间的③断裂,解开的两条单链作为复制的④,游离的脱氧核苷酸依据⑤原则,通过形成⑥,结合到作为模板的单链上,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。
二、DNA半保留复制的实验证据（选学）
1.科学家以含有⑦标记的NH4Cl培养液培养大肠杆菌,让它繁殖几代后再转移到⑧的普通培养液中,在不同时期收集大肠杆菌并提取DNA,再将提取的DNA进行⑨,记录离心后DNA的位置。
2.离心后试管中出现三条DNA带:
一条用⑩表示,其密度最大,最靠近试管底部;一条用
表示,其密度居中,位置也居中;还有一条用
表示,其密度最小,离试管底部最远。
由此证明DNA的复制是以
方式进行的。
三、DNA分子复制的过程
1.DNA分子的复制是一个边
边
的过程,复制需要模板、原料、能量和
等基本条件。
DNA分子独特的
结构,为复制提供了精确的模板,通过
保证了复制能够准确地进行。
2.DNA分子通过复制,将遗传信息从亲代传给子代,从而保持了
。
【基础学习交流】
1.DNA的复制发生在什么时期?
2.DNA分子的复制是否发生在细胞核中?
（试从DNA存在的部位、角度加以分析）
3.DNA复制过程中需要满足什么条件?
并举例说明。
第二层级：
导学区.不议不讲
【重点难点探究】
知识点一:
DNA半保留复制的实验证据
1.请根据教材中证明DNA进行半保留复制的实验回答下列相关问题。
（1）该实验采用了什么研究方法?
（2）你能归纳出实验流程吗?
（3）根据离心后三个试管中密度带的分布情况,能否判断出DNA的复制方式是半保留复制还是全保留复制?
为什么?
（4）第二代的试管中两条密度带中的DNA分子数之比为多少?
2.分别用两种不同颜色的笔画出子一代、子二代的DNA示意图。
假设是全保留复制又该如何用两种不同颜色的笔画出子一代、子二代的DNA示意图?
3.一个DNA复制多次,产生的子代DNA分子中含母链的DNA分子数,含母链条数各是多少?
知识点二:
DNA分子的复制过程
1.请完成下列有关DNA复制的表格:
DNA复制的概念
以亲代DNA为模板,在一定条件下合成子代DNA的过程
DNA精确复
制的原因
真核生物DNA复
制发生的时间
续表
DNA复制的
基本条件
模板
原料
能量
酶
DNA复制的特点
DNA复制的结果
DNA复制的意义
2.若1个DNA分子含m个腺嘌呤,则复制n次需要多少个游离的腺嘌呤脱氧核苷酸?
3.让某32P标记的噬菌体侵染只含有31P的大肠杆菌,假设噬菌体的DNA在大肠杆菌中复制了m次,求所得的子代中含有32P标记的噬菌体有多少个?
含有31P标记的噬菌体有多少个?
4.用32P标记精原细胞的核DNA,若让其进行两次有丝分裂,那么所得的4个子代细胞中,具有32P标记的细胞有多少个?
若让其进行减数分裂,那么所得的4个子代细胞中具有32P标记的细胞又有多少个?
【思维拓展应用】
例1 把培养在含轻氮（14N）环境中的一细菌,转移到含重氮（15N）环境中,培养相当于复制一轮的时间,然后放回原环境中培养相当于连续复制两轮的时间后,细菌DNA组成分析表明（ ）。
A.3/4轻氮型、1/4中间型 B.1/4轻氮型、3/4中间型
C.1/2轻氮型、1/2中间型D.3/4重氮型、1/4中间型
例2 体外进行DNA复制的实验时,向试管中加入有关的酶、四种脱氧核苷酸和ATP,37℃下保温。
下列叙述中正确的是（ ）。
A.能生成DNA,DNA的碱基比例与四种脱氧核苷酸的比例一致
B.不生成DNA,因为缺少DNA模板
C.能生成DNA,DNA的碱基比例不确定,且与酶的来源有一定的关联
D.不生成DNA,因为实验中缺少酶催化的适宜的体内条件
第三层级：
固学区.不练不讲
【基础智能检测】
1.下列有关DNA复制的叙述,不正确的是（ ）。
A.DNA在复制过程中具有半保留复制的特点
B.DNA的复制过程是先解旋后复制
C.DNA的复制通常发生在细胞分裂间期
D.DNA复制过程需要DNA聚合酶
2.如果把只含15N的DNA分子叫作重DNA,把只含14N的DNA分子叫作轻DNA,把一条链含15N、另一条链含14N的DNA分子叫作中DNA。
那么,将一个完全被15N标记的DNA分子放入到含14N的培养基上培养,让其连续复制三代,则培养基内重DNA、中DNA和轻DNA的分子数分别是（ ）。
A.0、2、6 B.2、0、6 C.2、4、2 D.6、0、2
3.下列关于DNA复制的顺序正确是（ ）。
①互补碱基对之间氢键断裂 ②互补碱基对之间形成氢键 ③DNA分子解旋 ④以解旋后的母链为模板进行碱基互补配对 ⑤子链与母链盘旋成双螺旋结构
A.①③④②⑤B.①④②⑤③C.①③⑤④②D.③①④②⑤
【全新视角拓展】
4.下图是DNA复制图解,请据图回答问题:
（1）由图示可见实验室内模拟DNA复制所需的一组条件是 。
①DNA模板 ②解旋酶、聚合酶 ③ATP和四种脱氧核苷酸 ④RNA引物 ⑤适宜的温度和酸碱度
A.①②③B.①②③④C.①②③④⑤D.①③④⑤
（2）图中长方形A表示 ,图中的箭头B表示 。
（3）15N标记的DNA分子,放在没有标记的培养基上培养,复制三次后标记的DNA分子占DNA分子总数的 ,标记的链占全部DNA单链的 。
第四层级：
思学区.不思不复
【思维导图构建】
【答案】
【知识体系梳理】
①半保留复制 ②双螺旋 ③氢键 ④模板 ⑤碱基互补配对 ⑥氢键 ⑦15N ⑧14N ⑨离心 ⑩15N/15N N/14N N/14N
半保留
解旋
复制
酶
双螺旋
碱基互补配对
遗传信息的连续性
【基础学习交流】
1.DNA的复制发生在有丝分裂间期和减数第一次分裂间期。
2.
（1）真核生物:
主要在细胞核内,线粒体和叶绿体内也可进行。
（2）原核生物:
主要在拟核,也可以在细胞质（如质粒的复制）。
（3）DNA病毒:
在活的宿主细胞内。
3.模板:
亲代DNA解旋后两条母链。
原料:
游离的四种脱氧核苷酸。
酶:
解旋酶和DNA聚合酶。
能量:
ATP。
【重点难点探究】
知识点一:
DNA半保留复制的实验证据
1.
（1）该实验采用了同位素示踪法。
（2）①标记大肠杆菌:
以15N为唯一的氮源制备适当的培养基,将无任何放射性标记的大肠杆菌接入其中并繁殖数代。
②提取部分DNA进行密度梯度离心。
③将部分大肠杆菌转移到14N的普通培养液中培养。
④在不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA,再将提取的DNA进行密度梯度离心,记录离心后试管中DNA的位置。
（3）能判断出DNA的复制方式是半保留复制。
因为若DNA为全保留复制,则第一代与第二代试管中的密度带都只有两种:
重型与轻型,不会出现中间型。
（4）试管中两条密度带中的DNA分子数之比为1∶1。
2.
3.一个DNA不论复制多少次,产生的子代DNA分子中含母链的DNA分子数总是2个,含母链也总是2条。
图解如下:
知识点二:
DNA分子的复制过程
1.
DNA复制的概念
以亲代DNA为模板,在一定条件下合成
子代DNA的过程
DNA精确复
制的原因
规则的双螺旋结构为复制提供精确的模板;
碱基互补配对原则保证了复制准确进行
真核生物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间期
DNA复制的
基本条件
模板
亲代DNA分子的两条链
原料
四种游离的脱氧核糖核苷酸
能量
ATP
酶
解旋酶、DNA聚合酶、DNA连接酶等
DNA复制的特点
边解旋边复制、半保留复制
DNA复制的结果
一个DNA分子形成两个完全相同的子代DNA分子
DNA复制的意义
保持遗传信息的连续性,向子代传递遗传信息
2.（2n-1）·m。
因为1个DNA分子复制n次,共形成2n个DNA分子,这2n个DNA分子共有2条链（相当于1个DNA分子）的合成不需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸,故共需要游离的脱氧核苷酸的个数为（2n-1）·m个。
3.2个;2m个。
4.2个或3个或4个;4个。
【思维拓展应用】
例1 A
【解析】轻氮（14N）环境中的一细菌转移到重氮（15N）环境中培养相当于复制一轮的时间后,DNA分子全为15N/14N,再返回轻氮（14N）环境中培养复制两次,产生4个DNA分子,其中3/4为轻氮型、1/4为中间型。
例2 B
【解析】DNA复制的四个基本条件:
模板、酶、ATP、原料。
题中信息显示没加入模板DNA,所以无DNA生成。
【基础智能检测】
1.B 2.A 3.D
【全新视角拓展】
4.
（1）C
（2）DNA聚合酶 DNA子链延伸方向 （3）1/4 1/8
【思维导图构建】
①有丝分裂间期和减数第一次分裂间期 ②主要在细胞核中
③DNA单链 ④半保留复制 ⑤保持了遗传信息的连续性
【典例指津】---授技法！
热点题型一DNA的复制
例1、如图为真核细胞DNA复制过程模式图，下列分析错误的是（ ）
A．酶①能使DNA双链的配对碱基之间的氢键断开
B．图中可体现出边解旋边复制及半保留复制的特点
C．在复制完成后，甲、乙可在有丝分裂后期和减数第二次分裂后期分开
D．若该DNA分子中复制前有1000个碱基对，其中A200个，则图示过程完成共需原料C300个
【答案】D
【提分秘籍】
（1）实验方法
探究DNA复制的方式，采用的是同位素示踪技术和离心处理，根据试管中DNA的分布位置确定复制方式。
（2）有关DNA复制方式的推测
①全保留复制模型：
作为模板的DNA的两条母链分开，分别复制形成两条DNA子链，此后两条母链彼此结合，恢复原状，新合成的两条子链彼此互补结合形成一条新的双链DNA分子。
②弥散复制模型：
亲代DNA双链被切成双链片段，而这些片段又可以作为新合成双链片段的模板，新、老双链又以某种方式聚集成“杂种链”。
③半保留复制：
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，每个分子中都有一条旧链和一条新链。
【特别提醒】
（1）子代DNA分子中模板链与另一DNA分子中新合成的子链碱基序列完全相同。
（2）影响细胞呼吸（ATP供给）的所有因素都可能影响DNA复制。
（3）体外也可进行，即PCR扩增技术，除满足上述条件外（不需解旋酶），还应注意温度、pH的控制及引物的加入。
（4）在特殊情况下，在外界因素和生物内部因素的作用下，可能造成碱基配对发生差错，引发基因突变。
【举一反三】
某研究性学习小组以细菌为实验对象，运用同位素示踪技术及密度梯度离心法对有关DNA复制的方式进行了探究（已知培养用的细菌大约每20min分裂一次，产生子代，实验结果见相关图示）。
请回答下列问题：
（1）综合分析本实验的DNA离心结果，前三组实验中，第________组结果对得到的结论起到了关键作用，但需把它与第________组和第________组的结果进行比较，才能说明DNA分子的复制方式。
（2）分析讨论：
①若实验三的离心结果为DNA位于1/2重和l/2轻带位置，则是________复制。
如果DNA位于全中带位置，则是________复制。
为了进一步得出结论，该小组设计了实验四，请分析：
如果DNA位于________（位置及比例，下同）带位置，则是全保留复制；如果DNA位于________带位置，则是半保留复制。
②若将实验三得到的DNA双链分开后再离心，其结果（填“能”或“不能”）判断DNA的复制方式。
为什么？
______。
（3）实验得出结论：
DNA复制方式为半保留复制。
若将实验四的实验时间改为60min，离心后密度带的数量和位置是否发生变化？
________。
若实验三的结果中，子一代DNA的“中带”比以往实验结果的“中带”略宽，可能的原因是新合成的DNA单链中的N尚有少部分为________。
（4）假设某大肠杆菌含14N的DNA的相对分子质量为a，含15N的DNA的相对分子质量为b，现将含15N的DNA的大肠杆菌培养在含14N的培养基中，子二代DNA的相对分子质量平均为________。
【答案】
（1）三 一 二
（2）①全保留 半保留 1/4轻和3/4重 1/2中和1/2重 ②不能 无论是全保留复制还是半保留复制，实验结果都是一样的
（3）没有变化 15N
（4）（3a＋b）/4
【解析】
（1）前三组实验中，第三组结果对得到的结论起到了关键作用，但需把它与第一组轻带和第二组重带的结果进行比较，才能说明DNA分子的复制是半保留复制。
（2）①若实验三的离心结果为DNA位于1/2重带和1/2轻带位置，则是全保留复制，因为全保留复制产生的子代DNA分子的两条链均含14N，分布在轻带的位置，而亲代DNA的两条链均含15N，位于重带位置；如果DNA位于全中带位置，则是半保留复制，子代DNA都是一条链含14N，一条链含15N，所以处于中带位置。
同理，实验四中如果DNA位于1/4轻和3/4重带位置，则是全保留复制；如果DNA位于1/2中和1/2重带位置，则是半保留复制。
②若将实验三得到的DNA双链分开后再离心，其结果不能判断DNA的复制方式。
因为无论是全保留复制还是半保留复制，实验结果都是一样的，都会出现位于1/2重和1/2轻带位置。
（4）假设某大肠杆菌含14N的DNA的相对分子质量为a，含15N的DNA的相对分子质量为b，将含15N的DNA的大肠杆菌培养在含14N的培养基中，在子二代中有两个中带DNA和两个轻带DNA，相当于一个含15N的DNA和三个含14N的DNA，总质量为3a＋b，则四个DNA的平均相对分子质量为（3a＋b）/4。
学*
热点题型二DNA分子的结构与复制的相关计算
例2．某DNA分子有2000个脱氧核苷酸，它的一条链上的碱基A︰G︰T︰C=1︰2︰3︰4，若该分子复制一次，则需要腺嘌呤脱氧核苷酸的数量是（）
A．800个B．400个C．300个D．200个
【答案】B
【解析】已知某DNA分子的一条单链上A1︰G1︰T1︰C1=1︰2︰3︰4，根据碱基互补配对原则可知，另一条链上A2︰G2︰T2︰C2=3︰4︰1︰2，因此该DNA分子中A︰G︰T︰C=（1+3）︰（2+4）︰（3+1）︰（4+2）=2︰3︰2︰3，则该DNA分子含有腺嘌呤脱氧核苷酸的数量是2000×2/10=400（个），因此该DNA分子复制一次，需要腺嘌呤脱氧核苷酸的数量是（21－1）×400=400（个），故选B。
【提分秘籍】DNA中碱基互补配对原则的有关计算
解题时先画出简图，根据碱基互补配对原则推知规律。
规律1：
在双链DNA分子中，互补碱基两两相等，A＝T，C＝G，A＋G＝C＋T，即嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数。
规律2：
在双链DNA分子中，互补的两碱基之和A＋T或C＋G占全部碱基的比例等于其任何一条单链中这两种碱基之和占该单链中碱基数的比例。
（单双链转化公式）
规律3：
DNA分子一条链中（A＋G）/（C＋T）的比值的倒数等于互补链中该比例的比值，在整个DNA分子中该比值等于1。
（不配对的碱基之和比例在两条单链中互为倒数）
规律4：
DNA分子一条链中（A＋T）/（C＋G）的比值等于其互补链和整个DNA分子中该种比例的比值。
（配对的碱基之和的比值在两条单链和双链中都相等）
规律5：
不同生物的DNA分子中互补配对的碱基之和的比值不同，即（A＋T）/（C＋G）的值不同。
该比值体现了不同生物DNA分子的特异性。
规律6：
若
＝b，则
＝
。
规律7：
若已知A占双链的比例＝C，则A单链的比例无法确定，但最大值可求出，为2C，最小值为0。
【特别提醒】
（1）将15N标记的DNA分子转移到含有14N的培养基中培养，无论复制多少次，含15N的DNA分子始终是2个。
若复制n次，则含15N的DNA分子占总DNA分子数的比例为2/2n。
（2）子代DNA分子的链中：
总链数为2n×2＝2n＋1。
含15N的链始终是2条，占总链数的比例为2/2n＋1＝1/2n。
【举一反三】
将用15N标记的一个DNA分子放在含有14N的培养基中让其复制三次，则含有15N的DNA分子占全部DNA分子的比例和占全部DNA单链的比例依次为（ ）
A．1/2,1/4 B．1/4,1/8 C．1/4,1/6 D．1/8,1/8
【答案】B
【真题回眸】---知难易！
1.（2014·山东卷）某研究小组测定了多个不同双链DNA分子的碱基组成，根据测定结果绘制了DNA分子的一条单链与其互补链、一条单链与其所在DNA分子中碱基数目比值的关系图，下列正确的是（ ）
【答案】 C
【解析】 双链DNA分子中，（A＋C）/（T＋G）一定等于1，A错误；当一条链中存在（A1＋C1）/（T1＋G1）＝1时，其互补链中存在（A2＋C2）/（T2＋G2）＝（T1＋G1）/（A1＋C1）＝1，B错误；在DNA分子中，存在（A1＋T1）/（G1＋C1）＝（A2＋T2）/（G2＋C2）＝（A＋T）/（G＋C），C正确、D错误。
2.（2012·山东理综，5）假设一个双链均被32P标记的噬菌体DNA由5000个碱基对组成，其中腺嘌呤占全部碱基的20%。
用这个噬菌体侵染只含31P的大肠杆菌，共释放出100个子代噬菌体。
下列叙述正确的是（ ）
A.该过程至少需要3×105个鸟嘌呤脱氧核苷酸
B.噬菌体增殖需要细菌提供模板、原料和酶等
C.含32P与只含31P的子代噬菌体的比例为1∶49
D.该DNA发生突变，其控制的性状即发生改变
【答案】 C
【能力提升】---长士气！
一、选择题（8小题）
1.若组成DNA分子的N元素全部为14N，则在试管中离心后的结果如图乙；若组成DNA分子的N元素全部为15N，则在试管中离心后的结果如图甲。
现在将14N的DNA分子在15N标记核苷酸的培养基中连续复制2次，复制产物经离心后的结果图应该是（）
【答案】C
【解析】根据题意和图示分析可知：
若组成DNA分子的N元素全部为14N，则密度较小，在试管中离心后的结果如图乙；若组成DNA分子的N元素全部为15N，则密度较大，在试管中离心后的结果如图甲。
现在将14N的DNA分子在15N标记核苷酸的培养基中连续复制2次，产生4个DNA分子，其中2个DNA分子的一条链含14N，另一条链含15N，密度居中，所以在试管中离心后位置也居中；另外2个DNA分子的两条链都只含15N，密度较大，所以在试管中离心后其位置与图甲相同。
2.双脱氧核苷酸常用于DNA测序，其结构与脱氧核苷酸相似，能参与DNA的合成，且遵循碱基互补配对原则。
DNA合成时，在DNA聚合酶作用下，若连接上的是双脱氧核苷酸，子链延伸终止；若连接上的是脱氧核苷酸，子链延伸继续。
在人工合成体系中，有适量的序列为GTACATACATG的单链模板、胸腺嘧啶双脱氧核苷酸和4种脱氧核苷酸。
则以该单链为模板合成出的不同长度的子链最多有（）
A.2种B.3种C.4种D.5种
【答案】D
3.用32P标记玉米体细胞（含20条染色体）的DNA分子双链，再将这些细胞转入不含32P的培养基中培养，让其分裂n次，若一个细胞中的染色体总条数和被32P标记的染色体条数分别是40条和2条，则该细胞至少是处于第几次分裂的分裂期
A．第一次B．第二次C．第三次D．第四次
【答案】C
【解析】有丝分裂后期染色体数目加倍，所以该细胞处于分裂后期。
根据DNA的半保留复制，在第一次有丝分裂后期，被32P标记的染色体条数为40条。
第二次有丝分裂后期，被32P标记的染色体条数为20条，未被标记的染色体也有20条。
第二次有丝分裂后，20条带标记的染色体随机进入到2个子细胞中，所以第三次有丝分裂后期，被32P标记的染色体条数在0到20条之间，故选C。
4.假如某一含31P的DNA分子中含有1000个碱基对，将该DNA分子放在用32P标记的脱氧核苷酸的培养液中培养让其复制n次，则子代DNA分子的平均相对分子质量比原来增加（）
A.1000B.2000C.1000×（2n－1）/2n-1D.1000×（2n－1）/2n
【答案】C
5.用15N同位素标记细菌的DNA分子，再将它们放入含14N的培养基中连续繁殖四代，a、b、c为三种DNA分子：
a只含15N，b同时含14N和15N，c只含14N，如下图。
下列选项中，这三种DNA分子的比例正确的是（纵坐标为DNA分子个数）（）
【答案】D
【解析】用15N同位素标记细菌的DNA分子，再将它们放入含14N的培养基中连续繁殖四代，共产生24＝16（个）DNA分子；依据DNA分子的半保留复制，在这16个DNA分子中，有2个DNA分子的一条链含有15N、另一条链含有14N，其余的14个DNA分子的两条链都含14N，因此只含15N的DNA分子数a为0个，同时含14N和15N的DNA分子数b为2个，只含14N的DNA分子数c为14个。
6.用32P标记果蝇一个精原细胞中所有的DNA分子，然后置于不含32P的培养液中培养，开始培养后，一个细胞中核DNA数的变化如下图所示。
下列叙述正确的是（）
A．CD段与GH段的细胞中Y染色体数目一定不同
B．IJ段细胞中染色体与核DNA数目之比都是1∶2
C．GH段细胞中含32P的核DNA分子占总数的1/2
D．KL段每个细胞核中含32P的染色体条数都相等
【答案】C
【解析】在CD段，有丝分裂前期和中期细胞中含有一条Y染色体，后期细胞中含有2条Y染色体，在GH段，减数第一次分裂过程中，细胞中含有一条Y染色体，所以CD段与GH段的细胞中Y染色体数目有可能相同，A错误；在IJ段，减数第二次分裂后期细胞中染色体与核DNA数目之比是1∶1，B错误；到GH段时，细胞中的DNA已经进行了2次复制（BC段和FG段），根据DNA半保留复制特点，此时细胞中含32P的核DNA分子占总数的比例为1/2，C正确；有丝分裂结束后，每条DNA的两条链中只有一条链被标记。
在减数第一次分裂前的间期，DNA复制后，姐妹染色单体中有一条被标记，另一条没被标记，减数第二次分裂后期着丝点分裂，由于姐妹染色单体分开后移向哪一极是随机的，因此KL段每个细胞核中含32P的染色体条数不一定相等，D错误。
7．将大肠杆菌置于含15N的培养基中培养一段时间，然后把DNA被15N完全标记的大肠杆菌作为亲代，转移到只含14N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14N的链与15N的链的比是（ ）
A．3∶1B．2∶1C．1∶1D．7∶1
【答案】A
8．在氮源为14N和15N的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA分子分别为14N—DNA（相对分子质量为a）和15N—DN
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