2019-2020学年新教材高中生物 第3章 基因的本质 第3节 DNA的复制 第4节 基因通常是有

第3章基因的本质第3、4节DNA的复制基因通常是有遗传效应的DNA片段学习目标核心素养1.概述DNA复制方式的假说及实验证据。2．掌握DNA复制的过程及精确复制的原因。(重点)3．理解基因与DNA、染色体的关系。(重、难点)1.通过对探究DNA复制方式的实验的分析，再一次体会“假说—演绎法”。2．利用数学方法归纳DNA分子的多样性和特异性。自主预习探新知一、DNA的复制1．对DNA复制的推测(1)提出者：。(2)假说内容：①解旋：DNA分子复制时，DNA分子的双螺旋解开，互补碱基之间的断裂。沃森和克里克氢键②复制模板：DNA分子解开的原料：游离的4种原则：原则③特点：新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链，这种复制方式称作。2．DNA半保留复制的实验证据(1)实验材料：。(2)实验方法：运用技术。两条单链脱氧核苷酸碱基互补配对半保留复制大肠杆菌同位素标记(3)实验过程用含15NH4Cl的培养液培养大肠杆菌，获得含15N的DNA细菌的DNA↓转入含14NH4Cl的培养基中↓一段时间取细菌，提取，进行密度梯度离心DNA(4)实验预期①亲代DNA分子中两条链均含15N，DNA分子密度高。②复制一次产生的DNA分子中，一条链含14N，另一条链含15N，DNA分子密度居中。③复制两次产生的DNA分子中，有两个DNA分子双链均含____，DNA分子密度较低；另两个DNA分子中一条链含15N，另一条链含14N。(5)实验结果：与预期一致。(6)实验结论：DNA的复制方式为。14N半保留复制3．DNA复制的过程(1)DNA复制的概念、时间、场所①概念：以为模板合成子代DNA的过程。②时间：细胞分裂前的。③场所：主要是。亲代DNA间期细胞核(2)DNA分子的复制过程能量解旋酶解开母链脱氧核苷酸DNA聚合酶碱基互补配对双螺旋结构(3)特点①过程：。②方式：。(4)准确复制的原因①DNA分子独特的结构为复制提供了精确的模板。②通过保证了复制的准确进行。(5)意义：将从亲代细胞传给子代细胞，保持了遗传信息的。边解旋边复制半保留复制双螺旋碱基互补配对遗传信息连续性二、基因是有遗传效应的DNA片段1．基因与DNA关系的实例许多部分DNA独立性性状遗传效应有遗传效应的DNA片段2．DNA片段中的遗传信息(1)遗传信息：DNA分子中的排列顺序。(2)特点①多样性：的千变万化。②特异性：每一个DNA分子有。③稳定性：DNA分子的结构较稳定。4种碱基碱基排列顺序特定的碱基排列顺序3．与生物体多样性和特异性的关系DNA分子的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的。4．基因的延伸对于遗传物质是RNA的生物，基因就是。物质基础有遗传效应的RNA片段判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)1．证明DNA复制方式的实验只能用同位素标记N。()2．在证明DNA复制方式的实验中，从Ⅰ代开始细菌DNA分子中至少有一条链含14N。()3．DNA复制遵循碱基互补配对原则，新合成的DNA分子中两条链均是新合成的。()4．任何生物的基因都是有遗传效应的DNA片段。()5．碱基排列顺序的千变万化，构成了DNA分子的多样性。()6．每个DNA分子所具有的特定的碱基排列顺序，构成了每一个DNA分子的特异性。()提示：1.×DNA的组成元素有C、H、O、N、P，这几种元素都有同位素，所以标记任何一种元素都可以。2．√3．×DNA分子的复制方式为半保留复制，所以子代DNA的两条链中包含了一条母链和一条子链。4．×RNA病毒(如烟草花叶病毒、禽流感病毒、埃博拉病毒等)的遗传物质是RNA，其基因是有遗传效应的RNA片段。5．√6.√合作探究攻重难[问题探究]若DNA分子的复制为全保留复制，则实验预期是怎样的？复制n次后，进行密度梯度离心的结果如何？提示：亲代DNA分子中，两条链均含15N，DNA分子密度高；子代DNA分子中，两条链均含14N，DNA分子密度低。复制n次后进行密度梯度离心只有两条带。对DNA分子复制的推测[归纳总结]1．对DNA分子复制的推测假说遗传物质自我复制的假说提出者沃森和克里克内容(1)解旋：DNA分子复制时，DNA分子的双螺旋解开，配对碱基之间的氢键断裂(2)复制：以解开的两条母链作为复制的模板，游离的脱氧核苷酸依据碱基互补配对原则，通过形成氢键结合到作为模板的单链上特点新合成的每个DNA分子中，都保留了原来的DNA分子中的一条链，是半保留复制2.DNA半保留复制的实验证据分析(1)实验方法：放射性同位素标记法和密度梯度离心法。(2)实验原理：含15N的双链DNA密度大，含14N的双链DNA密度小，一条链含14N、一条链含15N的双链DNA密度居中。(3)实验假设：DNA以半保留的方式复制。(4)实验预期：离心后应出现3条DNA带。①重带(密度最大)：两条链都为15N标记的亲代双链DNA。②中带(密度居中)：一条链为14N标记，另一条链为15N标记的子代双链DNA。③轻带(密度最小)：两条链都为14N标记的子代双链DNA。(5)实验过程(6)过程分析①立即取出，提取DNA→离心→全部重带。②繁殖一代后取出，提取DNA→离心→全部中带。③繁殖两代后取出，提取DNA→离心→1/2轻带、1/2中带。(7)实验结论：DNA的复制是以半保留方式进行的。易错提醒：(1)该实验在探究过程中使用的方法是假说—演绎法。(2)该实验也可以用P、C等元素进行标记。(3)在实验过程中一定要注意提取DNA的时间，以大肠杆菌繁殖一次所用的时间为间隔。1．细菌在含15N的培养基中繁殖数代后，细菌DNA的含氮碱基皆含有15N，然后再将其移入含14N的培养基中培养，抽取亲代及子代的DNA离心分离，如图①～⑤为可能的结果，下列叙述错误的是()A．子一代DNA应为②B．子二代DNA应为①C．子三代DNA应为④D．亲代DNA应为⑤C[亲代DNA全为15N，应为⑤，复制一次后，DNA一条链为15N，一条链为14N，应为②；复制两次后形成4个DNA，其中2个全为14N，2个是一条链为15N，一条链为14N，应为①；复制三次后形成8个DNA，其中6个DNA全为14N，2个DNA的一条链为14N，一条链为15N，故C错。]2．下列有关“探究DNA的复制过程”活动的叙述，正确的是()A．培养过程中，大肠杆菌将利用NH4Cl中的N合成DNA的基本骨架B．通过对第二代大肠杆菌DNA的密度梯度离心，得出DNA复制的特点为半保留复制C．将含14N/14N－DNA的大肠杆菌放在以15NH4Cl为唯一氮源的培养液中培养若干代，所获得的大肠杆菌的DNA中都含有15ND．将含15N/15N－DNA的大肠杆菌转移到以14NH4Cl为唯一氮源的培养液中繁殖一代后，若将提取的子代大肠杆菌DNA解旋处理后进行密度梯度离心，离心管中将只出现1个条带C[培养过程中，大肠杆菌将利用NH4Cl中的N合成含氮碱基进而形成DNA两条链之间的碱基对，A错误；通过对亲代、第一代、第二代大肠杆菌DNA的密度梯度离心，对比分析才可得出DNA复制的特点为半保留复制，B错误；根据DNA的半保留复制，将含14N/14N－DNA的大肠杆菌放在以15NH4Cl为唯一氮源的培养液中培养若干代，所获得的大肠杆菌的DNA中都含有15N，C正确；将含15N/15N－DNA的大肠杆菌转移到以14NH4Cl为唯一氮源的培养液中繁殖一代后，若将提取的子代大肠杆菌DNA解旋处理后进行密度梯度离心，离心管中将出现轻、重2个条带，D错误。][问题探究]1．DNA复制可以发生在任何时期吗？提示：不能，DNA复制发生在细胞分裂前的间期。2．DNA复制的结果是什么？提示：DNA加倍。DNA分子的复制[归纳总结]1．DNA复制的场所主要是在细胞核(凡是细胞内有DNA的地方均可复制)。(1)真核生物：细胞核、线粒体、叶绿体，其中主要场所是细胞核。(2)原核生物：核区、细胞质(如质粒的复制)。(3)病毒：宿主细胞内。2．真核生物细胞核中DNA复制发生的时间：分裂前的间期。3．复制所需的酶是指一个酶系统，不仅仅是指解旋酶和DNA聚合酶，还包括DNA连接酶等。(1)解旋酶的作用是破坏碱基间的氢键。(2)DNA聚合酶的作用是连接游离的脱氧核苷酸。(3)DNA连接酶的作用是连接DNA片段。4．两个子代DNA的位置及分开时间：复制产生的两个子代DNA分子位于一对姐妹染色单体上，由着丝粒连在一起，在有丝分裂后期或减数分裂Ⅱ后期着丝粒分裂时分开，分别进入两个子细胞中。知识拓展：(1)复制起始点指复制是从DNA分子的特定部位开始的。原核生物每个DNA分子只有一个复制起始点。(2)由于真核生物DNA相对较长，常利用多起点的方式进行复制，有多个复制起点。这样可以加快复制的速度。(3)生物界存在如下两种复制方向：①从起始点向一个方向进行，通常称为单向复制。②从起始点向两个方向进行，通常称为双向复制。大多数生物染色体的DNA及病毒环形DNA等的复制是双向的，并且是对称的。1．下列有关DNA复制的叙述正确的是()A．DNA分子在解旋酶的作用下水解成脱氧核苷酸B．在复制过程中解旋和复制是同时进行的C．解旋后以一条母链为模板合成两条新的子链D．两条新的子链通过氢键形成一个新的DNA分子B[DNA分子在解旋酶的作用下，双链解开，变成单链，A错误；复制过程是边解旋边复制，所以解旋和复制是同时进行的，B正确；水解成的两条单链都可以作为DNA复制的模板，C错误；形成的DNA分子中各含有一条母链和一条子链，两条链之间的碱基通过氢键形成碱基对，组成一个新的DNA分子，D错误。故选B项。]2．下图为真核生物染色体上DNA分子复制过程示意图，有关叙述错误的是()A．图中DNA分子复制是从多个起点同时开始的B．图中DNA分子复制是边解旋边双向复制的C．真核生物DNA分子复制过程需要解旋酶D．真核生物的这种复制方式提高了复制速率A[由该DNA分子复制过程示意图可看出：DNA分子复制有多个复制起始点，且边解旋边双向复制(箭头代表DNA复制方向)，DNA分子复制需要解旋酶参与。这种多起点复制可有效地提高复制速率。由图示不同复制起点复制出的DNA片段长度不同可知：DNA分子的多个复制起点并不是同时开始复制的。]方法归纳(1)DNA复制过程中若DNA双链上出现复制环则说明是双向复制。(2)若复制环大小相同，则是同时复制，否则为不同时复制。[问题探究]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。基因是有遗传效应的DNA片段[归纳总结]1．全方位理解“基因”(1)本质上，基因是有遗传效应的DNA片段。(2)结构上，基因是含有特定遗传信息的脱氧核苷酸序列。(3)功能上，基因是遗传物质的结构和功能的基本单位。(4)位置上，基因在染色体上呈线性排列。2．染色体、DNA、基因、脱氧核苷酸的关系3．基因、染色体、蛋白质、性状的关系(1)对于真核细胞来说，染色体是基因的主要载体；线粒体和叶绿体是基因的次要载体。(2)对于原核细胞来说，基因存在于拟核中的DNA分子或质粒上，DNA是裸露的，并没有与蛋白质一起构成染色体，因此，没有染色体这一载体。1．下列有关基因的叙述中，错误的是()A．每个基因都是DNA分子上的一个片段B．DNA分子上的每一个片段都是基因C．DNA分子的结构发生改变，基因的结构不一定发生改变D．真核细胞的核基因位于染色体上，在染色体上呈线性排列B[每个基因都是DNA分子上的一个片段，A正确；基因是有遗传效应的DNA片段，B错误；DNA分子的非基因结构发生改变，不会引起基因结构变化，C正确；染色体是基因的载体，基因在染色体上呈线性排列，D正确。]2．下列有关DNA多样性的叙述，正确的是()A．DNA分子多样性的原因是DNA分子空间结构千变万化B．含有200个碱基的DNA分子，碱基对可能的排列方式有4200种C．DNA分子的多样性和特异性是生物多样性和特异性的