资源简介

DNA的复制教学设计
一、教学目标
1. 知识目标
理解半保留复制的实验证据（同位素标记法）。
概述DNA复制的过程（场所、条件、特点）。
2. 能力目标
通过分析科学实验和模型构建，提升逻辑推理和探究能力。
3. 素养目标
体会科学研究的严谨性，认同技术对生物学发展的推动作用。
二、教学重点与难点
重点：DNA半保留复制的机制、实验证据；DNA复制的过程
难点：半保留复制的实验设计思路（假说—演绎法）
三、教学过程
1. 情境导入
视频导入：以一对通过分裂产生的“姐妹花”的控诉导入：是不是一方偷取了对方的DNA拷贝？引导学生化身细胞警局的侦探，尝试侦破这场盗窃案。
问题导入：上节课我们学习了DNA的结构，并且我们已经认识到DNA是主要的遗传的物质，那么DNA作为遗传物质，应该具备哪些条件呢，同学们回答‘可以复制’，对，这节课我们就来学习DNA的复制。
2.探究活动一：
关于DNA复制方式的推测，沃森和克里克在发表DNA双螺旋结构的论文结尾处就写到‘我们提出的这种碱基特异性配对方式，暗示着遗传物质进行复制的一种可能方式。’那么这种原则暗示DNA复制的机制可能是什么呢？ ；这句话中为什么用到“可能”二字，这反映科学研究具有什么特点，提问，一学生答“只是推测，缺少实验证据，科学研究需要有实验证据。” 除了半保留复制的假说，也有人提出了全保留复制、分散复制等不同的假说，我们来看黑板，半保留复制和全保留复制的特点很容易理解，这里我们一起来分析下分散复制，分散是指亲代DNA双链被切成片段后合成子链，然后子、母双链聚集成“杂合链”。
同学们，要通过实验“探究DNA复制究竟是哪种方式？”关键思路是什么呢？学生答“区分亲代链和子代链”，对也就是区分亲代和子代DNA分子，肉眼看不见DNA，如何区分亲代和子代的DNA呢？大家都知道同位素标记技术，1958年，两位科学家梅塞尔森和斯塔尔就利用了15N同位素标记的方法做了实验，在这，大家需要先了解一个背景知识，15N和14N是N元素的两种稳定的同位素，这两种同位素的相对原子质量不同，含15N的DNA比含14N的DNA密度大，因此，利用密度梯度离心技术可以在试管中区分含有不同N元素的DNA。
这是对不同DNA类型进行离心的结果：两条链都是15N的DNA分子密度最大，离心后在试管中靠近底部，呈现重带，接着是中带、轻带。
探究活动二：
那么DNA分子的复制是三种假说的哪一种，接下来需要我们演绎推理，如果一个被15N标记的DNA分子在含14N环境的中复制2代，按照三种不同的假设，分别会出现什么结果呢？大家桌子上放有不同颜色的磁条，我们用红色的、磁条代表15N的DNA链，蓝色磁条代表14N的DNA链，现在我们分小组模拟不同复制假说的可能结果。
我们先找小组来展示半保留复制的结果，等一下，然后全保留、分散复制。接下来同学们，我们一起把小黑板90度转个方向，亲代DNA朝上，大家现在想象这是DNA在试管中离心后的结果，你能不能把不同的DNA移向特定的条带位置呢。我们再来找小组代表分析下离心后的结果。下面我们来思考两个问题，一：复制n次三种假说中得到的DNA离心后得到的条带分别是什么？学生回答；二：如果假设DNA的复制是半保留复制，至少需要几次可以排除全保留复制？至少需要几次复制可以排除分散复制？学生回答。
家梅塞尔森和斯塔尔就是按照这样的思路，提出了DNA是半保留复制的假说，然后演绎推理，最后实验验证，大家一起来回答，这是一种什么样的科学方法？学生答‘假说演绎法’。我们知道，单独的DNA在体外是不会复制的，而是随着细胞的增殖而复制，所以实验中还用到了大肠杆菌这种单细胞生物，大肠杆菌繁殖速度快，大约二十分钟繁殖一代，接下来让我们一起完成实验设计吧。
接下来我们一起来找规律，最后我们再来回顾T2噬菌体侵染大肠杆菌实验中，32P标记这一组实验中为什么子代噬菌体有的DNA两条链中一条为红色标记一条为蓝色标记，为什么有的DNA分子的两条链均为蓝色标记？学生答“DNA 是半保留复制的”
探究活动三：
到现在我们认识到DNA的复制方式是半保留复制，那么DNA复制的过程如何，接下来我们来学习DNA 的复制过程。首先大家在书上找到DNA复制的概念、时期。接下来我们具体来学习DNA复制的过程，首先是亲代DNA解旋，这一步需要耗能，并且需要一种叫做解旋酶的催化，我们可以推测解旋酶的作用是“破坏氢键”；接下来是关键的一步合成子链，这一步其实就是把脱氧核苷酸原料聚合起来形成子链，那这一步需要什么条件“酶、模板、原料”，最后是每条新合成的子链与模板链盘绕成子代DNA分子。在这呢，我们再来认真观察课本55页插图，看看两条子链在延伸的方式如何，“都是5→3”对，这其实呢是和DNA聚合酶的特性有关的，只能催化DNA单链沿着5'→ 3'延伸合成，我们知道，两条子链的延伸是随着解旋的方向一同延伸的，但是由于两条母链反向平行，两条子链延伸的方向相反，一条向左，一条向右，细胞是如何解决这一矛盾的呢？下面我们一起来观看一个短视频。接下来你能不能尝试根据DNA聚合酶的特点画出DNA复制过程中子链的延伸方向，DNA解螺旋后，为了提高复制效率，是双向进行复制的，你能画出双向进行复制的子链延伸方向吗？学生展示。
最后我们再来总结DNA复制的意义，那么遗传信息的准确传递，需要DNA的精准复制，保住DNA精准复制的条件有什么呢，学生回答“”。最后让我们来完成课后拓展应用第二题，图中体现出DNA复制过程中，形成了多个复制泡，这说明DNA复制的特点是什么呢，意义是什么？学生总结。
课堂小结，作业布置：教材课后习题（DNA复制条件、特点）。
拓展题： 1、DNA的复制方式实验，如果直接用天然的大肠杆菌（含14N ）放在含15N 的培养基中培养三代，这种思路合理么？
2、DNA的复制方式实验，如果用放射性同位素32P标记的思路，能得出DNA是半保留的方式复制吗？(共21张PPT)
第3章　基因的本质
第3节
DNA的复制
沃森和克里克在发表DNA双螺旋结构的那篇著作短文的结尾处写道：“值得注意的是，我们提出的这种碱基特异性配对方式，暗示着遗传物质进行复制的一种可能的机制”。
in the following communications. We were not a ware of the details of the results presonted there when we devised our structure, which rests mainly though not entirely on published experimental data and stereo-chenical arguments.
It has not escoped our notice that the spscific pairing we have postulated immedintely suggests apossible copying mechanism for the genetis material.
Full details of the structure,including the con-ditions assumed in building it,together with a set of co-ordinates for the atoms, will be published elsewhere.
《核酸的分子结构》论文节选
1.碱基互补配对原则暗示DNA的复制机制可能是怎样的？
暗示DNA的复制可能要先解开DNA双螺旋的两条链，然后通过碱基互补配对合成互补链。
2.这句话中为什么要用“可能”二字？这反应科学研究具有什么特点？
科学研究需要大胆的想象，但是得出结论必须建立在确凿的实验证据之上。
问题探讨
目标
01
02
03
分析DNA复制过程，归纳DNA复制过程中相关数量计算，提高逻辑分析和计算能力。（科学思维)
通过对DNA复制方式的推测及对探究DNA复制方式实验的分析,再一次体会假说—演绎法。
（社会责任）
通过DNA的复制，认同生命的延续与发展观；理解遗传信息，认同DNA的遗传物质观。（生命观念）
学习目标
（1）半保留复制
（2）全保留复制
（3）分散复制
1、提出问题：
2、提出假说：
DNA以什么方式复制？
+
+
+
亲代DNA双链被切成片段后合成子链，
然后子、母双链聚集成“杂合链”。
子代DNA的双链都是新合成的
子代DNA中保留了亲代DNA分子中的一条链
一、对DNA复制的推测
1.要通过实验“探究DNA复制是哪种方式？”
关键思路是什么？
2.肉眼看不见DNA，如何区分亲代和子代的DNA呢？
同位素标记法
15N和14N是N元素的两种稳定的同位素，这两种同位素的相对原子质量不同，含15N的DNA比含14N的DNA密度大，因此，利用密度梯度离心技术可以在试管中区分含有不同N元素的DNA。
关键思路：区分亲代和子代的DNA
一、对DNA复制的推测
密度梯度离心：是一种利用离心力和密度梯度介质分离不同密度颗粒的技术。
密度
低
高
一、对DNA复制的推测
一、对DNA复制的推测
活动一
亲代
半保留复制
复制1次
复制2次
一个被15N标记的DNA分子在含14N环境的中复制2代
一、对DNA复制的推测
活动展示
亲代
全保留复制
复制1次
复制2次
一个被15N标记的DNA分子在含14N环境的中复制2代
一、对DNA复制的推测
活动展示
亲代
分散复制
复制1次
复制2次
一个被15N标记的DNA分子在含14N环境的中复制2代
一、对DNA复制的推测
活动展示
亲代
半保留复制
复制1次
复制2次
全保留复制
分散复制
重带
中带
轻带中带
重带
轻带
重带
轻带
重带
重带
中带
介于轻带和中带之间
2、如果假设DNA的复制是半保留复制，至少需要几次可以排除全保留复制？至少需要几次
可以排除分散复制？
想一想1、复制n次三种假说中得到的DNA离心后得到的条带分别是什么？
假说—演绎法
提出假说
演绎推理
实验验证
提出问题
得出结论
DNA以什么方式进行复制？
推理、演练该复制模式下得到子代DNA的可能情况，预测可能实验结果
假设可能的复制方式
DNA以半保留方式进行复制。
证明DNA半保留复制的实验
一、对DNA复制的推测
一、对DNA复制的推测
实验设计
实验目的
实验材料
方法
过程
结果
结论
证明DNA以半保留方式复制
大肠杆菌、含15NH4CL的培养液、含14NH4CL的培养液等
同位素标记法
先用含15NH4CL的培养液培养大肠杆菌若干代，然后将大肠杆菌转移到含14NH4CL的普通培养液中，在不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA进行离心，观察并记录离心后试管中DNA的位置。
亲代为重带；子一代为中带，子二代为中带和轻带
DNA的复制方式为半保留复制
二、DNA复制相关的计算
一个被15N标记的DNA分子在含14N的环境中培养n代的DNA复制过程
子n代DNA
①子代DNA分子数 个
②只含15N的DNA数 个
③含15N的DNA数 个
④只含14N的DNA数 个
⑤含14N的DNA数 个
2n
0
2
2n-2
2n
亲代
子1代
子2代
……
子n代
…
该图为噬菌体侵染大肠杆菌的实验示意图，请大家思考红色圈大肠杆菌内子代噬菌体的DNA分子，为什么有的DNA两条链中一条为红色标记一条为蓝色标记，为什么有的DNA分子的两条链均为蓝色标记？
：
T2噬菌体侵染大肠杆菌实验
DNA复制方式为半保留复制
温故而知新
场所
时间
条 件 模板
原料
能量
酶
原则
特点
方向
意义
亲代DNA的两条链
4种游离的脱氧核苷酸
解旋酶、DNA聚合酶等
ATP
细胞分裂前的间期
碱基互补配对原则（A-T、G-C）
课本P55
主要是细胞核
三、DNA的复制过程
三、DNA的复制过程
活动二构建DNA复制过程模型
场所
时间
条 件 模板
原料
能量
酶
原则
特点
方向
意义
亲代DNA的两条链
4种游离的脱氧核苷酸
解旋酶、DNA聚合酶等
ATP
细胞分裂前的间期
碱基互补配对原则（A-T、G-C）
边解旋边复制、半保留复制
从子链的5' → 3' 端延伸
总结
主要是细胞核
通过复制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连续性
三、DNA的复制过程
左图为果蝇DNA的电镜照片，图中的泡状结构叫作DNA复制泡，是DNA上正在复制的部分。
果蝇DNA复制的电镜照片
真核生物：多起点双向复制、边解旋边复制
优点：提高复制效率
P56拓展应用2
1、DNA的复制方式实验，如果直接用天然的大肠杆菌（含14N ）放在含15N 的培养基中培养三代，这种思路合理么？
2、DNA的复制方式实验，如果用放射性同位素32P标记的思路，能得出DNA是半保留的方式复制吗？
拓展作业
最后老师想说……
DNA的复制，从亲代到子代，承载着物种延续的使命，每一个精准的复制环节，是生命对稳定性的追求。在生命科学的长河中，重复实验是科学家们对准确性的坚守。这份对真理的不懈追求，不仅推动生命科学进步，也激励我们以执着与耐心，在生命的奥秘中持续探索。

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