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3.3 DNA 的复制 —— 高一生物学人教版（2019）必修二课前导学案
核心素养
1.生命观念：通过对 DNA 复制的学习，理解遗传信息传递的机制，构建遗传物质在亲子代间稳定传递的生命观念，认识到 DNA 复制对生物遗传和变异的重要意义。
2.科学思维：运用归纳与概括、演绎与推理等方法，分析 DNA 复制的实验证据和过程，培养逻辑思维能力，能从分子层面解释遗传信息的延续性。
3.科学探究：通过对 DNA 半保留复制实验的分析，学习科学家的探究思路和方法，提升实验设计、数据分析和问题解决能力，培养科学探究精神。
4.社会责任：关注 DNA 复制相关知识在医学、农业等领域的应用，树立正确的科学价值观，认识到科学知识对人类社会发展的推动作用。
教学重难点
教学重点
DNA 半保留复制的实验证据。
DNA 复制的过程。
教学难点
理解 DNA 半保留复制的实验设计和分析。
DNA 复制过程中相关物质和结构的作用及碱基互补配对原则的应用。
知识点一：对 DNA 复制方式的探究
1.提出问题：DNA 分子是如何复制的？
2.作出假说：DNA 分子复制方式为__________复制，即新合成的每个 DNA 分子中，都保留了原来 DNA 分子中的一条链。
3.演绎推理：以含有 15N 标记的 DNA 分子的大肠杆菌为实验材料，转移到含 14N 的培养基中培养。若 DNA 分子以半保留方式复制，预期结果如下：
亲代 DNA 用 15N 标记，在含 14N 的培养基中培养一代后，提取 DNA 进行密度梯度离心，会出现一条__________带。
培养两代后，提取 DNA 进行密度梯度离心，会出现一条__________带和一条__________带。
4.实验验证：1958 年，梅塞尔森和斯塔尔利用__________技术，对大肠杆菌 DNA 进行密度梯度离心，结果与预期相符，证明了 DNA 的复制方式是__________复制。
知识点一答案：
2. 半保留
3. 中（15N - 14N）；轻（14N - 14N）；中（15N - 14N）
4. 同位素标记；半保留
知识点二：DNA 复制的过程
1.概念：以__________为模板合成__________的过程。
2.时间：细胞有丝分裂的__________和减数第一次分裂前的__________。
3.场所：主要是__________，在拟核、线粒体、叶绿体中也能进行。
4.条件
模板：解开后的每一段__________。
原料：游离的 4 种__________。
能量：由__________提供。
酶：解旋酶、__________等。
5.过程
解旋：DNA 分子首先利用细胞提供的能量，在__________的作用下，把两条螺旋的双链解开。
合成子链：以解开的每一段母链为__________，以游离的 4 种脱氧核苷酸为原料，按照__________原则，在__________的作用下，各自合成与母链互补的一段子链。
形成子代 DNA：每条新链与其对应的模板链盘绕成__________结构，这样就形成了两个完全相同的 DNA 分子。
6.特点
边解旋边复制。
__________复制。
7.意义：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__________。
知识点二答案：
1.亲代 DNA；子代 DNA
2.间期；间期
3.细胞核
4.母链；脱氧核苷酸；ATP；DNA 聚合酶
5.解旋酶；模板；碱基互补配对；DNA 聚合酶；双螺旋
6.半保留
7.连续性
易错提示
提示：1.DNA 复制的场所并非只有细胞核，原核生物的拟核、真核生物的线粒体和叶绿体中也能进行 DNA 复制。
2.DNA 解旋酶作用于氢键，使 DNA 双链解开；DNA 聚合酶作用于磷酸二酯键，将脱氧核苷酸连接成脱氧核苷酸链。
3.DNA 复制时，并非两条链完全解开后才开始合成子链，而是边解旋边复制。
4.DNA 复制过程中，遵循碱基互补配对原则，即 A（腺嘌呤）与 T（胸腺嘧啶）配对，G（鸟嘌呤）与 C（胞嘧啶）配对。
习题巩固
1.下列关于 DNA 复制的叙述，正确的是（ ）
A. DNA 复制时，严格遵循 A - U、C - G 的碱基互补配对原则
B. DNA 复制时，两条脱氧核苷酸链均可作为模板
C. DNA 分子全部解旋后才开始进行 DNA 复制
D. 脱氧核苷酸必须在 DNA 酶的作用下才能连接形成子链
2.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。下列结果不可能的是（ ）
A. 含有 15N 的 DNA 分子占 1/8
B. 含有 14N 的 DNA 分子占 7/8
C. 复制过程中需腺嘌呤脱氧核苷酸 600 个
D. 复制后共产生 16 个 DNA 分子
3.某双链 DNA 分子中，鸟嘌呤与胞嘧啶之和占全部碱基的比例为 a，其中一条链上鸟嘌呤占该链全部碱基的比例为 b，则互补链中鸟嘌呤占整个 DNA 分子碱基的比例为（ ）
A. (a - b)/2 B. a - b C. (a - b)/(1 - a) D. b - (a - b)/2
4.下列关于 DNA 复制的叙述，错误的是（ ）
A. DNA 复制过程需要解旋酶和 DNA 聚合酶
B. DNA 复制过程中，两条链均可作为模板
C. DNA 复制的特点是边解旋边复制和半保留复制
D. DNA 复制时，严格遵循 A - T、C - G 的碱基互补配对原则
5.一个被 15N 标记的 DNA 分子，以含 14N 的 4 种脱氧核苷酸为原料，连续复制 3 次，则含 15N 的 DNA 分子所占比例是（ ）
A. 1/2 B. 1/4 C. 1/6 D. 1/8
6.某 DNA 分子含 m 对碱基，其中腺嘌呤有 A 个。下列有关此 DNA 在连续复制时所需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 2 (m - A) 个
D. 在 n 次复制过程中，总共需要 2 (m - A) 个
7.下列关于 DNA 复制的相关叙述，正确的是（ ）
A. 新合成的两条子链的碱基序列完全相同
B. DNA 复制只发生在细胞核中
C. DNA 复制过程中，碱基对之间的氢键全部断裂后，开始合成子链
D. DNA 复制过程需要模板、原料、能量和酶等基本条件
8.某双链 DNA 分子中，A + T 占全部碱基的 40%，在其中的一条链中 C 占该链全部碱基的 20%，则另一条链中 C 的含量占该链全部碱基的（ ）
A. 20% B. 40% C. 50% D. 80%
参考答案及解析
1.答案：B
解析：DNA 复制时，严格遵循 A - T、C - G 的碱基互补配对原则，A 错误；DNA 复制时，两条脱氧核苷酸链均可作为模板，B 正确；DNA 分子边解旋边复制，C 错误；脱氧核苷酸必须在 DNA 聚合酶的作用下才能连接形成子链，DNA 酶是水解 DNA 的酶，D 错误。
2.答案：B
解析：DNA 分子在含 14N 的培养基中连续复制 4 次，共产生 2 = 16 个 DNA 分子，D 正确；由于 DNA 半保留复制，含有 15N 的 DNA 分子始终是 2 个，占 1/8，A 正确；所有 DNA 分子都含有 14N，B 错误；该 DNA 分子中胞嘧啶（C）有 60 个，根据碱基互补配对原则，C = G = 60 个，A = T = 100×2 - 60×2 / 2 = 40 个，复制 4 次需腺嘌呤脱氧核苷酸 (2 - 1)×40 = 600 个，C 正确。
3.答案：A
解析：双链 DNA 分子中，鸟嘌呤（G）与胞嘧啶（C）之和占全部碱基的比例为 a，则 G 占全部碱基比例为 a/2。一条链上鸟嘌呤占该链全部碱基的比例为 b，设互补链中鸟嘌呤占该链全部碱基比例为 x，根据双链 DNA 分子中，互补碱基之和在两条单链中所占比例与在整个 DNA 分子中所占比例相同，可得 (a/2) = (b + x)/2，解得 x = a - b，那么互补链中鸟嘌呤占整个 DNA 分子碱基的比例为 (a - b)/2，A 正确。
4.答案：A
解析：DNA 复制过程需要解旋酶和 DNA 聚合酶，A 正确；DNA 复制过程中，两条链均可作为模板，B 正确；DNA 复制的特点是边解旋边复制和半保留复制，C 正确；DNA 复制时，严格遵循 A - T、C - G 的碱基互补配对原则，D 正确。本题无错误选项。
5.答案：B
解析：DNA 分子连续复制 3 次，共产生 2 = 8 个 DNA 分子。由于 DNA 半保留复制，含 15N 的 DNA 分子始终是 2 个，所以含 15N 的 DNA 分子所占比例是 2/8 = 1/4，B 正确。
6.答案：D
解析：该 DNA 分子含 m 对碱基，即 2m 个碱基，腺嘌呤（A）有 A 个，则胞嘧啶（C）有 (2m - 2A)/2 = m - A 个。第一次复制时，需要胞嘧啶脱氧核苷酸 (m - A) 个，A 正确；第二次复制时，需要 2 (m - A) 个，B 正确；第 n 次复制时，需要 2 (m - A) 个，C 正确；n 次复制过程中，总共需要 (2 - 1)(m - A) 个，D 错误。
7.答案：D
解析：新合成的两条子链的碱基序列互补，A 错误；DNA 复制主要发生在细胞核中，在拟核、线粒体、叶绿体中也能进行，B 错误；DNA 分子边解旋边复制，并非碱基对之间的氢键全部断裂后才开始合成子链，C 错误；DNA 复制过程需要模板（亲代 DNA 的两条链）、原料（4 种脱氧核苷酸）、能量（ATP）和酶（解旋酶、DNA 聚合酶等）等基本条件，D 正确。
8.答案：B
解析：双链 DNA 分子中，A + T 占全部碱基的 40%，则 C + G 占全部碱基的 60%，C = G = 30%。设一条链为 1 链，另一条链为 2 链，1 链中 C 占该链全部碱基的 20%，设 1 链中 G 占该链全部碱基比例为 x，根据双链中 C + G 占比，可得 (20% + x)/2 = 30%，解得 x = 40%，所以另一条链中 C 的含量占该链全部碱基的 40%，B 正确。

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