学年高中生物第3章基因的本质第3节DNA的复制第4节基因是有遗传效应的DNA片段学案.docx

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学年高中生物第3章基因的本质第3节DNA的复制第4节基因是有遗传效应的DNA片段学案

第3、4节DNA的复制__基因是有遗传效应的DNA片段

　1.DNA复制发生在细胞分裂的间期。

2．DNA复制需要DNA模板、4种脱氧核苷酸作原料以及酶和能量。

3．DNA复制的特点是边解旋边复制和半保留复制。

4．基因是有遗传效应的DNA片段。

5．DNA中碱基对的排列顺序表示遗传信息。

6．DNA分子具有多样性和特异性。

DNA分子的复制

[自读教材·夯基础]

1．概念、时间和场所

2．过程

3．特点

（1）过程：

边解旋边复制。

（2）方式：

半保留复制。

4．准确复制的原因和意义[判断]

（1）DNA分子独特的双螺旋结构为复制提供了精确的模板。

（√）

（2）通过碱基互补配对原则，保证了复制的准确进行。

（√）

（3）通过DNA复制，将遗传信息从亲代传给了子代，保持了遗传信息的连续性。

（√）

1．DNA复制是否只在有丝分裂和减数分裂过程中进行？

是否只发生于细胞核中？

提示：

不是，无丝分裂过程中也发生DNA复制。

不是，线粒体和叶绿体中也有DNA，也进行DNA复制。

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，试分析子代DNA被标记的情况。

DNA复

制次数

含15N的

DNA

含14N的

DNA

含15N的

DNA链

含14N的

DNA链

复制1次

①______

②______

③______

④______

复制2次

⑤______

⑥______

⑦______

⑧______

　　提示：

①2;②2;③2;④2;⑤2;⑥4;⑦2;⑧6。

3．若用15N标记一个DNA分子的两条链，用含14N标记的脱氧核苷酸为原料复制一次。

那么，半保留复制和全保留复制两种情况下产生的子代DNA有什么不同？

提示：

半保留复制：

两个子代DNA分子都为一条链含15N，一条链含14N。

全保留复制：

子代DNA分子中有一个两条链都为14N，一个两条链都为15N。

[跟随名师·解疑难]

1．DNA半保留复制的实验分析

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）

（2）

[特别提醒]　解答此类问题时，应看准“含”还是“只含”，是“DNA分子数”还是“链数”。

基因是有遗传效应的DNA片段

[自读教材·夯基础]

1．基因与DNA分子的关系

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）DNA分子的特点：

1．请分析基因、DNA和染色体三者之间的关系。

提示：

基因是有遗传效应的DNA片段，染色体是DNA的主要载体，一条染色体上含有许多基因。

2．在刑侦领域，DNA分子能够像指纹一样用来鉴定个人的身份，你能解释其中的生物学原理吗？

提示：

DNA分子具有多样性和特异性，每个人的DNA分子中脱氧核苷酸序列是不同的，且每个人的DNA分子中脱氧核苷酸序列是特定的。

3．结合蛋白质多样性的原因，分析DNA分子多样性的原因有哪些。

提示：

脱氧核苷酸的种类、数量和排列顺序不同是造成DNA分子多种多样的原因。

[跟随名师·解疑难]

脱氧核苷酸、基因、DNA和染色体的关系图解

[特别提醒]　基因概念理解的两个误区

①并不是所有的DNA片段都是基因，必须是有遗传效应的DNA片段。

②并不是所有的基因都位于染色体上，叶绿体和线粒体也是基因的载体。

DNA分子复制的过程及有关计算

[例1]　用15N标记含有100个碱基对的DNA分子，其中有胞嘧啶60个，该DNA分子在含14N的培养基中连续复制4次。

其结果不可能是（　　）

A．含有15N的DNA分子占1/8

B．含有14N的DNA分子占7/8

C．消耗游离的腺嘌呤脱氧核苷酸600个

D．产生了16个DNA分子

[思路点拨]

[解析]　该DNA分子在含14N的培养基中连续复制4次，可得到24个DNA分子，其中含有14N的DNA分子占100%；含有15N的DNA分子占2/16，因为DNA复制为半保留复制，亲代DNA分子的两条链只可能进入两个子代DNA分子中；在含有100个碱基对的DNA分子中，若有胞嘧啶60个，则含有腺嘌呤个数＝

＝40（个），则连续复制4次所需腺嘌呤脱氧核苷酸的数目为40×（24－1）＝600（个）。

[答案]　B

规律方法

DNA复制消耗脱氧核苷酸数的计算

（1）方法：

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

②第n次复制所需该脱氧核苷酸数为m·2n－1。

（2）步骤：

―→

1．某双链DNA分子含m对碱基，其中腺嘌呤有a个。

该DNA在连续复制时，对所需要的胞嘧啶脱氧核苷酸数目的叙述，错误的是（　　）

A．在第一次复制时，需要（m－a）个

B．在第二次复制时，需要2（m－a）个

C．在第n次复制时，需要2n－1（m－a）个

D．不论复制多少次，需要胞嘧啶脱氧核苷酸的数目等于DNA分子中的脱氧核糖数目

解析：

选D　DNA每次复制时，需要胞嘧啶脱氧核苷酸的数目等于原有DNA分子中的胞嘧啶脱氧核苷酸的数目。

基因的本质

[例2]　下列有关基因的叙述，正确的是（　　）

A．基因是控制生物性状的结构单位和功能单位

B．经测定，一个由n个脱氧核苷酸构成的DNA分子中，包含了m个基因，则每个基因的平均长度为n/2m个脱氧核苷酸对

C．人体细胞内的基因全部位于染色体上

D．基因中脱氧核苷酸的排列顺序就是遗传信息，只能通过减数分裂传递给后代

[思路点拨]

[解析]　基因是有遗传效应的DNA片段，是控制生物性状的结构单位和功能单位。

一个DNA分子上有许多个基因，但并非基因与基因紧密相连，那些没有遗传效应的DNA片段并不是基因，因此B项中基因的平均长度小于n/2m个脱氧核苷酸对。

人体细胞内的基因主要在染色体上，线粒体DNA分子上也有少量基因。

有性生殖的生物通过减数分裂将遗传信息传递给下一代，无性生殖的生物通过有丝分裂将遗传信息传递给下一代。

[答案]　A

2．下列关于基因的叙述，正确的是（　　）

A．DNA分子上任意一个片段都是基因

B．人体细胞中染色体是基因的唯一载体

C．等位基因的根本区别是脱氧核苷酸的排列顺序不同

D．基因的多样性决定了DNA分子的多样性

解析：

选C　基因是有遗传效应的DNA片段，而不是DNA分子中任意一片段；人体细胞中染色体是基因的主要载体，线粒体中也分布着一定数量的基因；构成基因基本组成单位的是脱氧核苷酸，基因的多样性和DNA分子的多样性均与脱氧核苷酸的数量和排列顺序有关。

1．探究DNA分子复制的方式。

2．探究DNA分子复制所需的条件及影响因素。

典例剖析

科学家以大肠杆菌为实验对象，运用同位素示踪技术及密度梯度离心方法进行了DNA复制方式的探索实验，实验内容及结果如表。

组别

1组

2组

3组

4组

培养液中

唯一氮源

14NH4Cl

15NH4Cl

14NH4Cl

14NH4Cl

繁殖代数

多代

多代

一代

两代

培养产物

A

B

B的子一代

B的子二代

操作

提取DNA并离心

离心结果

仅为轻带

（14N/14N）

仅为重带

（15N/15N）

仅为中带

（15N/14N）

1/2轻带（14N/14N）

1/2中带（15N/14N）

请分析并回答：

（1）要得到DNA中的N全部被放射性标记的大肠杆菌B，必须经过________代培养，且培养液中的________是唯一氮源。

（2）综合分析本实验的DNA离心结果，第____组结果对得到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分子的复制方式是________。

（3）分析讨论：

①若子一代DNA的离心结果为“轻”和“重”两条密度带，则“重带”DNA来自________，据此可判断DNA分子的复制方式不是________复制。

②若将子一代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。

③若在同等条件下将子二代继续培养，子n代DNA离心的结果是：

密度带的数量和位置________，放射性强度发生变化的是________带。

④若某次实验的结果中，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DNA单链中的N尚有少部分为________。

[解析]　本题主要考查DNA分子复制的相关知识，意在考查学生对同位素示踪技术与密度梯度离心方法的掌握情况。

经过一代培养后，只能是标记DNA分子的一条单链，所以要想对所有的DNA分子全部标记，要进行多代培养；在探究DNA分子的复制方式为半保留复制的实验中，“重带”应为两条单链均被15N标记，“轻带”为两条单链均被14N标记，“中带”为一条单链被14N标记，另一条单链被15N标记。

[答案]　

（1）多　15N/15NH4Cl　

（2）3　1　2　半保留复制　（3）①B　半保留　②不能　③没有变化　轻　④15N

归纳拓展

同位素示踪法及其应用

（1）同位素示踪法的含义：

同位素示踪法是利用放射性示踪剂，对研究对象进行标记的微量分析方法。

（2）方法应用：

①标记某元素，追踪其转移途径。

如研究光合作用过程中原子的转移轨迹。

②标记化合物：

a．标记特征元素，探究化合物的作用。

如用32P和35S分别标记T2噬菌体中的DNA和蛋白质，探究生物的遗传物质。

b．标记特征化合物，探究详细的生理过程。

如研究分泌蛋白的合成和分泌过程。

[随堂基础巩固]

1．下列叙述不属于沃森和克里克提出的DNA分子复制假说内容的是（　　）

A．DNA分子复制时，DNA分子解开两条单链作模板

B．DNA分子复制是半保留复制方式

C．DNA分子复制时边解旋边复制

D．DNA分子复制时遵循碱基互补配对原则

解析：

选C　DNA分子复制时边解旋边复制不是假说内容，是DNA复制的特点。

2．DNA分子的半保留复制是指（　　）

A．DNA分子中的一条链进行复制，另一条链不复制

B．DNA分子中的一半进行复制，另一半不复制

C．每一个子代DNA均保留了其亲代DNA分子中的一条单链

D．一个DNA分子复制后产生的两个DNA分子中，一个为亲代DNA分子，另一个为子代DNA分子

解析：

选C　半保留复制是指新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链。

3．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（　　）

解析：

选D　DNA的复制方式为半保留复制，复制第一次时，由1个DNA复制成的2个DNA都是一条链白色，一条链灰色；第二次复制时，2个DNA复制成4个DNA，有8条链，新产生4条链为黑色，分别与原来的链结合。

4．某双链DNA分子含有200个碱基对，其中一条链上A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4。

下列关于该DNA分子的叙述，错误的是（　　）

A．共有140个鸟嘌呤脱氧核苷酸

B．4种碱基的比例为A∶T∶G∶C＝3∶3∶7∶7

C．若该DNA分子中的这些碱基随机排列，可能的排列方式共有4200种

D．若连续复制两次，则需180个游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸

解析：

选C　双链DNA分子含有200个碱基对，说明每条链含有200个碱基。

其中一条链上A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，则该链中A、T、G、C分别为20、40、60、80个。

依碱基互补配对原则，在该DNA分子中，C＝G＝140，A＝T＝60。

故该DNA分子共有140个鸟嘌呤脱氧核苷酸；该DNA分子中4种碱基的比例为A∶T∶G∶C＝60∶60∶140∶140＝3∶3∶7∶7；该DNA分子碱基可能的排列方式小于4200种；若连续复制两次，则需游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸数为（22－1）×60＝180个。

5．下面为DNA的复制图解，请据图回答下列问题：

（1）DNA复制发生在______________________期。

（2）②过程称为________。

（3）指出③中的子链：

________。

（4）③过程必须遵循__________________原则。

（5）子代DNA分子中只有一条链来自亲代DNA分子，由此说明DNA的复制具有________________________特点。

（6）将一个细胞的DNA用15N标记，放入含14N的4种脱氧核苷酸培养液中，连续分裂4次，则含14N的DNA细胞占总细胞数的________，含15N的DNA细胞占总细胞数的________。

（7）已知原来DNA中有100个碱基对，其中A有40个，则复制4次，在复制过程中将需要________个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸参加。

解析：

DNA分子的复制方式为半保留复制，子代DNA分子中有一条母链和与母链互补的子链；复制n次产生的子代DNA分子数为2n个；若亲代DNA分子中含某种碱基数为a个，则复制n次需该种碱基数为a×（2n－1）个。

答案：

（1）有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间

（2）解旋　（3）Ⅱ、Ⅲ　（4）碱基互补配对

（5）半保留复制　（6）100%　12.5%　（7）900

[课时跟踪检测]

（满分50分　时间25分钟）

一、选择题（每小题3分，共24分）

1．DNA分子复制时，解旋酶作用的部位应该是（　　）

A．腺嘌呤与鸟嘌呤之间的氢键

B．腺嘌呤与胸腺嘧啶之间的氢键

C．脱氧核糖与含氮碱基之间的化学键

D．脱氧核糖与磷酸之间的化学键

解析：

选B　DNA复制过程中用到解旋酶和DNA聚合酶，其中解旋酶的作用是把两条螺旋的双链解开，破坏的是A与T、G与C之间的氢键。

2．下面是人体某一条染色体上的色盲基因S示意图，相关叙述正确的是（　　）

A．基因S片段中，含有成百上千个核糖核苷酸

B．色盲基因S是有遗传效应的脱氧核苷酸序列

C．基因S控制的性状在遗传时，与性别无关联

D．基因S片段中的4种碱基对随机排列

解析：

选B　组成基因的基本单位是脱氧核苷酸，一个基因含有多个脱氧核苷酸；基因是指有遗传效应的DNA片段；根据题中信息无法判断基因S控制的性状与性别是否有关联；确定的基因中碱基对的排列顺序是确定的，而不是随机排列的。

3．细胞通过DNA修复可使DNA在复制过程中受到损伤的结构大部分得以恢复，以保持其相对稳定。

下列叙述错误的是（　　）

A．人体细胞内凡是含DNA的结构，就有可能发生DNA分子复制

B．DNA修复需要相应酶的参与

C．DNA修复过程中，一定会涉及碱基互补配对

D．DNA损伤后的修复所需原料为核糖核苷酸

解析：

选D　人体细胞内细胞核、线粒体中都含有DNA，在这两个结构中可能发生DNA复制；DNA修复是细胞内进行的一种生物化学反应，需要相应酶的参与；DNA复制过程中受到的损伤包括碱基对的增添、缺失或替换等，而要使这些损伤得到修复，一定会涉及碱基互补配对；DNA损伤后的修复所需原料为脱氧核苷酸。

4．将大肠杆菌培养在含15N的培养基中若干代，其DNA中的N均为15N。

把被15N标记的大肠杆菌培养在含14N的培养基中，当15N标记的大肠杆菌占大肠杆菌总量的12.5%时，15N标记的大肠杆菌DNA在含14N的培养基中已复制了（　　）

A．2次　　B．3次　　C．4次D．5次

解析：

选C　根据DNA分子半保留复制的特点，1个亲代DNA分子不论复制了几代，子代含15N的DNA分子只有2个，因为15N标记的大肠杆菌占大肠杆菌总量的12.5%，所以可以认为：

若开始只有一个大肠杆菌，经过一段时间繁殖后变为2÷12.5%＝16个，即DNA复制了4次，与若干个DNA同时复制结果一样。

5．某个DNA片段由500对碱基组成，G＋C占碱基总数的34%。

若该DNA片段连续复制3次，第3次复制时，需游离的腺嘌呤脱氧核苷酸分子个数为（　　）

A．1155　B．1320C．2310D．2640

解析：

选B　由于G＋C＝34%，所以A＋T＝66%，A＝T＝33%，整个DNA片段中含有500对碱基，该DNA片段中腺嘌呤脱氧核苷酸分子个数为33%×1000＝330个。

在第三次复制时需新合成8条DNA单链，相当于4个DNA分子，因此需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸分子个数为330×4＝1320（个）。

6．一个未标记DNA分子在15N的环境中复制，若子一代DNA的一条单链出现差错，则子二代DNA中，差错DNA单链和含15N的DNA分子分别占（　　）

A．1/3,1　B．1/4,1C．1/3,1/2D．1/4,1/2

解析：

选B　由于子一代DNA的一条单链出现差错，所以子二代的4个DNA分子中，差错DNA单链占2/8＝1/4；因在15N的环境中复制，所以每个DNA分子都含15N，故选B。

7．下图表示DNA复制的过程，结合图示判断，下列有关叙述错误的是（　　）

A．DNA复制过程中首先需要解旋酶破坏DNA双链间的氢键，使两条链解开

B．DNA分子的复制具有双向复制的特点，生成的两条子链方向相反

C．DNA分子的复制需要DNA聚合酶将单个脱氧核苷酸连接成DNA片段

D．DNA的两条子链都是连续合成的

解析：

选D　由图可知，两条子链中，一条是连续合成的，另一条是不连续合成的。

8.下图表示DNA分子片段的复制，图中a、b、c、d表示脱氧核苷酸链。

下列说法正确的是（　　）

A．a和c的碱基序列互补

B．b和c的碱基序列相同

C．a链中（A＋T）/（G＋C）的值与b链中同项比值不同

D．a链中（A＋T）/（G＋C）的值与c链中同项比值相同

解析：

选D　在a、b、c、d四条脱氧核苷酸链中，a和b、d的碱基互补，d和a、c的碱基互补，b和d、a和c的碱基序列相同。

在双链DNA分子中A＝T、G＝C，因此一条链中的（A＋T）或（G＋C）的数量与互补链中的（A＋T）或（G＋C）的数量相同。

综上可知，a链中（A＋T）/（G＋C）的值与b链中同项比值相同，与c链中同项比值也相同。

二、非选择题（共26分）

9．（12分）图甲是DNA分子局部组成示意图，图乙表示DNA分子复制的过程。

请回答以下问题：

（1）甲图中有________种碱基，有________个游离的磷酸基团。

从主链上看，两条单链的方向________，从碱基关系看，两条单链________。

（2）DNA分子的________是生物体多样性和特异性的物质基础。

DNA与基因的关系是________________________________________________________________________。

（3）乙图的DNA分子复制过程中除了需要模板和酶外，还需要______________等条件，保证DNA分子复制精确无误的关键是__________________________________________。

（4）若图乙的该DNA分子含有48502个碱基对，而子链延伸的速度为105个碱基对/min，则此DNA复制约需要30s，而实际只需约16s，根据图分析是因为____________；由图可知延伸的子链紧跟着解旋酶，这说明DNA分子复制是________________________________________________________________________。

（5）DNA分子在复制过程中，某位点上的一个正常碱基（设为P）由于诱变变成了尿嘧啶。

该DNA连续复制两次，得到的4个子代DNA分子相应位点上的碱基对分别为U—A、A—T、G—C、C—G。

推测“P”可能是（　　）

A．胸腺嘧啶　　　　　　B．腺嘌呤

C．胸腺嘧啶或腺嘌呤D．胞嘧啶或鸟嘌呤

解析：

（1）由图看出DNA分子中有A、T、C、G4种碱基，每一端都有一个游离的磷酸基，两条链的方向相反且平行，碱基遵循互补配对原则。

（2）DNA分子具有多样性和特异性的特点，这也是生物体多样性和特异性的物质基础。

（3）DNA分子复制需要模板、原料、酶和能量等条件；碱基互补配对原则保证了其复制的精确性。

（4）由题意可知，DNA分子复制具有双向复制和边解旋边复制的特点。

（5）根据半保留复制的特点，DNA分子经过两次复制后，突变链形成的两个DNA分子中含有U—A、A—T碱基对，而另一条正常链形成的两个DNA分子中含有G—C、C—G碱基对，因此替换的可能是G，也可能是C。

答案：

（1）4　2　反向平行　互补　

（2）多样性和特异性　基因是有遗传效应的DNA片段　（3）原料、能量　碱基互补配对原则　（4）复制是双向进行的　边解旋边复制　（5）D

10．（14分）DNA分子双螺旋结构模型提出之后，人们又去探究DNA是如何传递遗传信息的。

当时推测可能有如图A所示的三种方式。

1958年，梅赛尔（Meselson）和斯特尔（Stahl）用密度梯度离心的方法，追踪由15N标记的DNA亲本链的去向，实验过程是：

在氮源为14N的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA分子均为14NDNA（对照），在氮源为15N的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA均为15NDNA（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（子Ⅰ代和子Ⅱ代）后离心得到如图B所示的结果。

请依据上述材料回答问题：

（1）如果与对照相比，子Ⅰ代离心后能分辨出轻和重两条密度带，则说明DNA传递遗传信息的方式是________。

如果子Ⅰ代离心后只有1条中等密度带，则可以排除DNA传递遗传信息的方式是________。

如果子Ⅰ代离心后只有1条中等密度带，再继续做子Ⅱ代的DNA密度鉴定：

①若子Ⅱ代离心后可以分出中、轻两条密度带，则可以确定DNA传递遗传信息的方式是________________________________________________________________________。

②若子Ⅱ代离心后不能分出中、轻两条密度带，则可以确定DNA传递遗传信息的方式是________________________________________________________________________。

（2）他们观测的实验数据如下：

梯度离心DNA浮力密度（g/mL）表

世代

实验

对照

亲代

1.724

1．710

子Ⅰ代

1.717

1．710

子Ⅱ代

（1/2）1.717，（1/2）1.710

1．710

子Ⅲ代

（1/4）1.717，（3/4）1.710

1.710

分析实验数据可知：

实验结果与当初推测的DNA三种可能复制方式中的________方式相吻合。

解析：

（1）DNA是双螺旋结构，两条链都含15N的DNA是重带DNA，一条链含15N一条链含14N的DNA是中带DNA，两条链都是14N的是轻带DNA。

（2）分析表格可知：

1.724是重带DNA，1.717是中带DNA,1.710是轻带DNA。

答案：

（1）全保留复制　全保留复制　①半保留复制　②分散复制　

（2）半保留复制