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3.3 DNA的复制
共1课时
一、核心素养目标
生命观念：能概述DNA分子复制的过程及特点，理解DNA复制的条件和半保留复制的生物学意义。
科学思维：通过介绍Meselson、stehl的试验，引导学生分析、比较、推理、归纳，培养科学的思维。
科学探究：通过引导学生观察拉链和DNA复制的比较，鼓励学生大胆想象、猜测，培养学生自主探索、合作学习、分析问题、解决问题的能力
社会责任：加强学生的逻辑思维能力和计算能力，领悟科学探究的能力。
二、教学重难点
1.教学重点:
(1)运用假说演绎法探究DNA的复制方式。
(2)DNA分子复制的条件、特点及过程。
2.教学难点
(1)运用假说演绎法探究DNA的复制方式。
(2)DNA分子复制的过程。
三、教学过程
导入新课
（建议下载使用视频：【情境素材】DNA的复制。）
教师展示一对母女（如明星戚薇和女儿，父女等均可）的照片。教师引导学生思考：为什么母女这样像？教师引导学生得出答案：亲代的遗传物质通过复制传递给了子代。
那么，何谓DNA的复制？
所谓DNA的复制就是指以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程，1DNA→2DNA。
那么，新产生的DNA分子是一个全新的DNA分子吗？
讲授新课
一、对DNA复制的推测
1．全保留复制：新复制出的分子直接形成，完全没有旧的部分。
2．半保留复制：形成的分子一半是新的，一半是旧的。
3．分散复制（弥散复制）：新复制的分子中新旧都有，但分配是随机组合的。
如何来判断DNA的复制究竟是哪种方式呢？这就需要用假说-演绎法来预测。
二、对DNA复制方式的探究
【作出假设】DNA复制是一种半保留式的复制
每个子代DNA均由1条母链和1条子链组成。
问题1：如果DNA是半保留复制，复制后得到的子一代DNA和子二代DNA的组成是什么样的呢？
问题2：如果要在实验中直观地区别、“标识”母链或子链，可以采取什么办法？（放射性同位素标记法）
问题3：如果用同位素（放射性）进行标记，用什么元素？（N、P）
问题4：如果亲代DNA是15N的，放在14N的环境中进行培养，则亲代、子一代、子二代DNA分别含有哪种N元素？
（亲代：15N/15N-DNA （全部）
子一代：15N/14N-DNA （全部）
子二代：15N/14N-DNA（1/2） 14N/14N-DNA（1/2） ）
问题5：要验证上述预测，就要分别观察亲代和子代的情况，但实验中，复制后的DNA分子混合在一起的，不易分离。怎么解决这个问题？
（通过密度梯度离心使其发生分层）
【验证假设】
学生阅读教材并观察讨论图示：证明DNA进行半保留复制的实验。
DNA是肉眼看不见的，如何才能分辨DNA呢？此时，教师可以让学生分析经典实验中用同位素15N 标记的方法，分析用CsCl密度梯度离心后重带、中带、轻带表示的DNA分子的双链构成是怎样的，在整个实验中亲代、子一代、子二代细胞中提取出的DNA离心的结果说明了什么。通过层层分析，学生不仅能够自己得出结论：DNA的确具有半保留复制的特点，同时还能感受科学探究的魅力。
实验结果与预期结果一致，故证明了DNA的复制是以半保留的方式进行的。
小结：总结本实验假说演绎的流程。（作出假设、演绎推理、验证假设、得出结论）
三、DNA复制过程
播放多媒体课件，演示DNA复制的过程，首先让学生明确DNA并不是由原来DNA分子产生一个全新的DNA分子，而是DNA分子的两条链分开，每一条链（母链）作为一个模板再配上一条子链，这样形成的2个DNA分子每个都有一条母链和一条子链。DNA复制过程大体分为三个阶段：（1）DNA双螺旋结构在DNA解旋酶作用下解旋成2个单链片段；（2）以解开的每一条单链片段（母链）为模板，遵循碱基互补配对原则，与提供原料中的4种脱氧核苷酸各自互补配对，并在DNA聚合酶作用下连接成一段子链；（3）子链不断延伸并与对应母链盘绕成双螺旋结构，形成各含一条母链和一条子链的2个DNA分子。
然后，设置问题让学生分析DNA复制过程的特点、条件等，领会DNA的结构和碱基互补配对与复制的关系。
思考：（1）DNA复制过程的特点有哪些？（其特点是边解旋边复制，半保留复制。）（2）DNA复制需要哪些条件？（复制需要模板、原料、酶和能量等基本条件。特别需要向学生说明的是，DNA复制所需要的酶有多种，教材中介绍的“DNA解旋酶”、“DNA聚合酶”只是其中主要的两种。）（3）DNA复制的场所在哪里？在什么时间进行的？（DNA复制的场所是细胞核，复制时间是在细胞有丝分裂的间期和减数第一次分裂的间期。）
教师还可结合教材经典实验中大肠杆菌的半保留复制图例，计算在第一代、第二代和第三代中含15N DNA分子的个数及所占比例，进一步强调DNA半保留复制的特点。（建议使用知识卡片：【知识解析】“图解法”分析DNA复制过程中的相关计算）
最后，教师可以让学生分析子代DNA与亲代DNA的碱基序列的特征，探讨DNA自我复制的生物学意义。正是由于DNA分子的这一复制过程，才使得亲代的遗传信息传递给子代，从而使前后代保持了一定的连续性。
师生共同完成下表：
定义 DNA分子的复制是指以亲代DNA分子为模板合成子代DNA的过程。
时间 有丝分裂和减数第一次分裂的间期
场所 细胞核
条件 模板、酶、能量、原料
特点 半保留复制，边解旋边复制
意义 通过复制，使亲代的遗传信息传给子代，从而使前后代保持了一定的连续性。
结果 DNA分子复制产生出与亲代相同的子代DNA分子。复制n次，得到2n个DNA分子，其中原亲代DNA分子的链有两条，新合成的链为2n+1-2个，在复制过程中，所需要某种碱基数为（2n 1）a，a为DNA分子中某种碱基的数目。
四、解答DNA分子复制中相关计算题的规律方法
DNA分子的复制方式为半保留复制，若将一个被15N标记的DNA转移到含14N的培养基中培养(复制)n代，其结果分析如图所示。
1．DNA分子数
(1)子代DNA分子总数：2n个。(2)含15N的DNA分子数：2个。
(3)含14N的DNA分子数：2n个。(4)只含15N的DNA分子数：0个。
(5)只含14N的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)含15N的脱氧核苷酸链数：2条。
(3)含14N的脱氧核苷酸链数：(2n＋1－2)条。
3．DNA复制消耗游离的脱氧核苷酸数的计算
设亲代DNA分子中含有某种脱氧核苷酸m个，则：
(1)经过n次复制，共需消耗游离的该种脱氧核苷酸为m·(2n－1)个。
(2)在第n次复制时，共需消耗游离的该脱氧核苷酸为m·2n－1个。
例　某个DNA片段有500个碱基对，其中A和T占碱基总数的40%，若该DNA片段复制两次，则共需游离的胞嘧啶脱氧核苷酸分子个数为(　C　)
A．300　　B．600　　C．900　 D．1 200
五、DNA复制原理的应用
1．减数分裂中染色体标记情况：
如果用3H标记细胞中的DNA分子，然后将细胞放在正常环境中培养，让其进行减数分裂，结果染色体中的DNA标记情况如图所示：
由图可以看出，减数分裂过程中细胞虽然连续分裂2次，但DNA只复制1次，所以四个子细胞中所有DNA分子均呈杂合状态，即“3H/1H”。
2．有丝分裂中染色体标记情况：
如果用3H标记细胞中的DNA分子，然后将细胞放在正常环境中培养，连续进行2次有丝分裂，与减数分裂过程不同，因为有丝分裂是复制1次分裂1次，因此这里实际上包含了2次复制。
由图可以看出，第一次有丝分裂形成的两个子细胞中所有DNA分子均呈杂合状态，即“3H/1H”。第二次有丝分裂复制后的染色体上两条染色单体中只有一条染色单体含有3H，即DNA分子为“3H/1H”，而另一条染色单体只有1H，即DNA分子为“1H/1H”，在后期时两条染色单体的分离是随机的，所以最终形成的子细胞中可能都含有3H，也可能不含3H，含有3H的染色体条数是0～2n条(体细胞染色体条数是2n)。
例　蚕豆根尖细胞在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸培养基中完成一个细胞周期，然后在不含放射性标记的培养基中继续分裂至中期，其染色体的放射性标记分布情况是(　B　)
A．每条染色体的两条染色单体都被标记
B．每条染色体中都只有一条染色单体被标记
C．只有半数的染色体中一条染色单体被标记
D．每条染色体的两条染色单体都不被标记
[解析]　DNA的复制方式是半保留复制，蚕豆根尖细胞在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸培养基中完成一个细胞周期，每一个DNA分子都有一条脱氧核苷酸链含3H，然后在不含放射性标记的培养基中培养至中期，每个DNA分子复制的两个DNA分子存在于同一染色体的姐妹染色单体上，其中一个DNA分子的一条链含3H，如下图所示。
四、课堂巩固
1．DNA的复制是在细胞的______分裂和______第一次分裂前的_____期进行的。复制是指以_____________为模板来合成____________的过程。复制特点是______________。复制过程必需以____________________为模板、_______________为原料、_______ 提供能量、_____的催化等条件，___________________为DNA的复制提供精确的模板、并有_____________能力保证复制能够准确无误地完成。一个亲代DNA分子通过复制形成了两个____________，新形成的DNA分子都是既含一条_____链、又含一条_______链，因此，称DNA的复制为“_________________”。
答案：有丝 减数 间 亲代DNA分子 子代DNA分子 边解旋边复制
亲代DNA分子一条链 脱氧核苷酸 ATP 酶 DNA分子双螺旋结构
碱基互补配对 结构完全相同的子代DNA分子 母 子 半保留复制
五、课后反思

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