第3、4节 DNA的复制、基因通常是有遗传效应的DNA片段

第3、4节DNA的复制、基因通常是有遗传效应的DNA片段学有目标——课标要求必明1记在平时——核心语句必背1.运用假说—演绎法探究DNA的复制方式，概述DNA通过半保留方式进行复制。2.通过对DNA半保留复制方式的学习，理解DNA的准确复制是遗传信息稳定传递的基础。3.举例说明基因通常是有遗传效应的DNA片段。4.说明基因与DNA的关系。1.DNA复制需要DNA模板、4种脱氧核苷酸为原料以及酶和能量等。2.DNA复制的特点是边解旋边复制和半保留复制。3.DNA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。4.遗传信息蕴藏在DNA(RNA)4种碱基的排列顺序中。5.基因通常是有遗传效应的DNA片段，对少数病毒而言，基因是有遗传效应的RNA片段。【主干知识梳理】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复制时，DNA双螺旋解开，互补的碱基之间的

断裂。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，因此，这种复制方式称作

。沃森和克里克氢键两条单链脱氧核苷酸碱基互补配对半保留复制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。(3)实验过程:大肠杆菌同位素标记(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。14N3．DNA复制的过程(1)相关知识归纳总结概念以亲代

为模板合成子代DNA的过程时间有丝分裂

和减数分裂Ⅰ前的间期场所主要是________条件模板、

、能量、酶等特点

、

意义通过复制将

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DNA间期细胞核原料半保留复制、边解旋边复制遗传信息(2)复制的过程(3)准确复制的原因①DNA分子独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板。②通过

，保证了复制能够准确地进行。碱基互补配对二、基因通常是有遗传效应的DNA片段1．基因与DNA关系的实例(结合教材P57“思考·讨论”资料分析)2．DNA片段中的遗传信息(1)遗传信息：蕴藏在

的排列顺序之中。(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。3．与生物体多样性和特异性的关系DNA的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的物质基础。4．基因的延伸：对于遗传物质是RNA的生物，基因就是

。4种碱基碱基排列顺序特定的碱基排列顺序有遗传效应的RNA片段【教材微点发掘】下图是DNA复制的示意图(教材第55页图310)，据图回答有关问题：(1)DNA复制时，解旋酶的作用是

。(2)DNA聚合酶的作用是

。(3)在DNA复制过程中，两条子链延伸的方向相反的原因是

_____________________________。(4)真核生物的核DNA复制通常发生在细胞分裂的

。(5)有丝分裂或减数分裂的细胞__进行DNA的复制；蛙的红细胞进行无丝分裂，__进行DNA的复制；哺乳动物成熟的红细胞，

进行DNA的复制。(均填“会”或“不会”)将DNA双螺旋的两条链解开连接相邻的两个脱氧核苷酸形成与母链互补的子链DNA中两条母链是反向平行的间期会会不会新知探究(一)

DNA复制的过程和特点【探究·深化】[问题驱动]

根据图1、图2思考下列问题：(1)图1中进行的是什么过程？发生的时期和场所是什么？提示：DNA复制；有丝分裂间期和减数分裂前的间期，无丝分裂也有DNA复制。真核生物DNA复制的场所有细胞核、线粒体、叶绿体；原核生物DNA复制的场所主要是拟核。(2)图1中的酶1和酶2分别是什么酶？分别作用于图2中的哪个部位？a、b、c、d四条脱氧核苷酸链中，哪些链的碱基排列顺序是相同的？提示：酶1是解旋酶，作用于f，酶2是DNA聚合酶，作用于e；a和c的碱基排列顺序相同，b和d的碱基排列顺序相同。(3)从图1中是否可以看出DNA复制是半保留复制？为什么？图1所示的特点还有什么？可用什么方法检测母链和子链？提示：可以，因为两条母链进入到两个子代DNA分子中，新形成的子代DNA分子中只有一条链是亲代的母链。图中还能看出DNA分子是边解旋边复制；可采用同位素标记法检测母链、子链。(4)DNA分子复制受到各种外界因素的干扰时，碱基序列会发生变化吗？提示：碱基序列可能会发生改变，使后代DNA分子与亲代DNA分子不同，遗传信息发生改变。[重难点拨]

(一)DNA复制的场所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。(二)真核生物细胞核中DNA复制发生的时间分裂前的间期在体细胞中发生在有丝分裂间期；在有性生殖过程中发生在减数第一次分裂前的间期。(三)DNA复制所需的酶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。(四)两个子代核DNA的位置及分开时间复制产生的两个子代核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，如下图所示：【典题·例析】[例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[解析]

DNA分子在解旋酶的作用下，将双螺旋的两条链解开，变成单链，A错误；DNA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；解旋后的每条脱氧核苷酸链都可以作为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。[答案]

B[例2]图1是果蝇DNA电镜照片，图中的泡状结构是DNA复制泡，是DNA上正在复制的部分；图2为真核生物染色体上DNA分子复制过程示意图。下列有关叙述错误的是

(

)A．图2DNA分子复制是从多个起点同时开始的B．图2DNA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[解析]

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。故选A。[答案]

A

【应用·体验】1．(2024·浙江1月选考)大肠杆菌在含有3H-脱氧核苷培养液中培养，3H-脱氧核苷掺入到新合成的DNA链中，经特殊方法显色，可观察到双链都掺入3H-脱氧核苷的DNA区段显深色，仅单链掺入的显浅色，未掺入的不显色。掺入培养中，大肠杆菌拟核DNA第2次复制时，局部示意图如图。DNA双链区段①②③对应的显色情况可能是(

)A．深色、浅色、浅色

B．浅色、深色、浅色C．浅色、浅色、深色

D．深色、浅色、深色解析：根据DNA半保留复制的特点，结合题干信息和题图可知，区段①②③对应的显色情况依次为浅色、深色、浅色，B项符合题意。答案：B

2．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分子的复制具有边解旋边复制的特点，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：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。答案：D

新知探究(二)

DNA复制的相关计算【拓展·深化】DNA复制过程中相关物质数量变化规律将含有15N的DNA分子放在含有14N的培养基上培养，复制n次，则：1．DNA分子数①子代DNA分子数＝2n个。②含有亲代DNA链的子代DNA分子数＝2个。③不含亲代链的子代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亲代脱氧核苷酸链数＝2条。③新合成的脱氧核苷酸链数＝(2n＋1－2)条。3．消耗的脱氧核苷酸数若一亲代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m×(2n－1)个；第n次复制，消耗该脱氧核苷酸数为m×2n－1。[思考·讨论](1)用15N标记的DNA分子，放入含14N的培养基中进行复制，当测得含有15N的DNA分子数为12.5%时，该DNA分子复制了几次？提示：4次。含15N的DNA分子在含14N培养基中复制n次，则形成2n个DNA分子，其中含15N的DNA分子占2/2n，已知2/2n＝12.5%，则n＝4。(2)DNA复制n次与第n次复制各形成多少个DNA分子？提示：DNA复制n次形成2n个DNA分子，第n次复制形成2n－1个DNA分子。【典题·例析】[例1]

假设一个双链均被32P标记的DNA由5000个碱基对组成，其中腺嘌呤占全部碱基的20%，将其置于只含有31P的环境中复制3次。下列叙述错误的是(

)A．该DNA分子中含有氢键的数目为1.3×104B．子代DNA分子平均相对分子质量与亲代相比减少3.75×103C．子代DNA分子中含32P的脱氧核苷酸单链与含31P的脱氧核苷酸单链之比为1∶7D．复制过程中需要2.1×104个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸[解析]

根据题干信息分析可知，DNA中A＝T＝2000，C＝G＝3000，A、T碱基对之间有2个氢键，G、C碱基对之间有3个氢键，因此该DNA分子中含有氢键的数目为2000×2＋3000×3＝1.3×104，A正确。亲代DNA中的磷元素全为32P，复制3次后，共形成8个DNA分子。其中有2个DNA分子的一条链只含32P、另一条链只含31P，其相对分子质量比原来减少了5000；另6个DNA分子的两条链都只含31P，其相对分子质量比原来减少了10000，则子代DNA的相对分子质量平均比亲代DNA减少(5000×2＋10000×6)÷8＝8750，B错误。由题意可知，被32P标记的DNA单链是2条，含有31P的单链是2×8－2＝14(条)，因此子代DNA分子中含32P的单链与含31P的单链之比为1∶7，C正确。复制过程需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸数为3000×(8－1)＝2.1×104(个)，D正确。[答案]

B[例2]已知某DNA分子含有500个碱基对，其中一条链上A∶G∶T∶C＝1∶2∶3∶4。该DNA分子连续复制数次后，消耗周围环境中含G的脱氧核苷酸2100个，则该DNA分子已经复制了

(

)A．3次 B．4次C．5次 D．6次[解析]

根据DNA分子含有500个碱基对，而一条单链上碱基A∶G∶T∶C＝1∶2∶3∶4，则该链中A、G、T、C分别是50、100、150、200(个)，另一条单链上依次是150、200、50、100(个)。因此，该DNA分子中含有鸟嘌呤的脱氧核苷酸为100＋200＝300(个)。复制数次后，所有DNA中的鸟嘌呤脱氧核苷酸的数量是2100＋300＝2400(个)，设该DNA分子复制了n次，则有关系式：2n

×300＝2400，解得n＝3。故选A。[答案]

A易错提醒———————————————————————————DNA复制相关计算的3个易错点(1)“DNA复制了n次”和“第n次复制”的区别，前者包括所有的复制，但后者只包括最后一次复制。(2)在DNA复制过程中，无论复制了几次，含有亲代脱氧核苷酸单链的DNA分子都只有两个。(3)看清碱基的数目单位是“对”还是“个”，“DNA分子数”还是“链数”，“含”还是“只含”等关键词。———————————————————————————————【应用·体验】1．用一个32P标记的噬菌体侵染在31P环境中培养的大肠杆菌，已知噬菌体DNA上有m个碱基对，其中胞嘧啶有n个。下列叙述错误的是

(

)A．大肠杆菌为噬菌体增殖提供原料和酶等B．噬菌体DNA含有(2m＋n)个氢键C．该噬菌体繁殖4次，子代中只有14个含有31PD．噬菌体DNA第4次复制共需要8(m－n)个腺嘌呤脱氧核苷酸解析：噬菌体侵染细菌时，只有DNA进入细菌并作为模板控制子代噬菌体的合成，其DNA的复制及表达需要大肠杆菌提供原料、酶和ATP等，A正确；噬菌体DNA上有m个碱基对，其中胞嘧啶有n个，则鸟嘌呤有n个，胸膘嘧啶=腺嘌呤=（m-n）个，因此氢键个数＝2(m－n)＋3n＝(2m＋n)个，B正确；噬菌体繁殖4次，子代噬菌体中有16个含31P，C错误；噬菌体DNA第4次复制共需要腺嘌呤脱氧核苷酸＝2n－1(m－n)＝8(m－n)个，D正确。答案：C

2．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2n－1(m－a)个D．在n次复制过程中，总共需要2n(m－a)个解析：DNA分子复制一次，可产生2个DNA分子，因为每个DNA分子中含有(m－a)个胞嘧啶脱氧核苷酸，所以复制一次时，需要胞嘧啶脱氧核苷酸为(m－a)个，A正确；在第二次复制时，2个DNA分子会形成4个DNA分子，相当于形成2个新DNA分子，所以需要胞嘧啶脱氧核苷酸为2(m－a)个，B正确；在第n次复制后，会形成2n个DNA分子，所以需要胞嘧啶脱氧核苷酸为(2n－2n－1)(m－a)＝2n－1(m－a)个，C正确；在第n次复制过程中，1个DNA分子变为2n个DNA分子，总共需要胞嘧啶脱氧核苷酸为(2n－1)(m－a)个，D错误。答案：D

新知探究(三)基因通常是有遗传效应的DNA片段【探究·深化】[问题驱动]

下图甲表示果蝇某一条染色体上的几个基因，图乙表示物质或结构的从属关系，请分析回答：(1)图甲体现了基因与染色体有什么关系？基因都在染色体上吗？提示：①基因在染色体上呈线性排列；②一条染色体上含有多个基因；③染色体是基因的载体。基因并不是都在染色体上，真核生物的核基因位于染色体上，质基因位于叶绿体或线粒体中，原核生物的基因位于拟核或质粒中，病毒的基因位于核酸分子中。(2)一条染色体上有几个DNA分子？一个DNA分子中有很多个基因，这些基因是不是连续排列的？提示：一条染色体上有1个或2个DNA分子。一个DNA分子中基因并非连续排列的，基因之间有一些碱基序列不属于基因。(3)图乙中表示染色体、基因、DNA、脱氧核苷酸之间的关系，则a、b、c、d分别是什么？提示：a为染色体，b为DNA，c为基因，d为脱氧核苷酸。[重难点拨]

(一)全面理解基因的内涵(1)本质上，基因通常是有遗传效应的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。(二)染色体、DNA、基因、脱氧核苷酸的关系(三)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；线粒体和叶绿体中也含有基因。(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。【典题·例析】[例1]

下列有关基因的叙述，错误的是

(

)A．每个基因通常都是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[解析]

每个基因通常都是DNA分子上的一个片段，A正确；基因通常是有遗传效应的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；染色体是基因的主要载体，基因在染色体上呈线性排列，D正确。[答案]

B[例2]

如图表示脱氧核苷酸、基因、DNA和染色体间的关系。下列有关叙述错误的是

(

)A．d是脱氧核苷酸，其种类取决于c的种类B．基因通常是具有遗传效应的f片段C．e含有的碱基总数等于fD．基因的主要载体是染色体[解析]

图中c为含氮碱基，d为脱氧核苷酸，根据含氮碱基不同，可将脱氧核苷酸分为四种，A正确；基因(e)是有遗传效应的DNA(f)片段，故基因含有的碱基总数小于f，B正确，C错误；基因的主要载体是染色体，并在其上呈线性排列，D正确。[答案]

C易错提醒————————————————————————————基因概念理解的三个误区(1)不是所有的DNA片段都是基因，必须是有遗传效应的DNA片段才是基因。(2)不是所有的基因都位于染色体上，叶绿体、线粒体和拟核区也有基因。(3)基因不全是有遗传效应的DNA片段，对于遗传物质是RNA的生物而言，基因就是有遗传效应的RNA片段，遗传信息蕴藏在4种碱基(A、U、G、C)的排列顺序之中。————————————————————————————————【应用·体验】1．如图是果蝇某条染色体上的一段DNA分子的示意图。下列说法正确的是(

)A．白眼基因含有多个核糖核苷酸B．白眼基因是有遗传效应的DNA片段C．白眼基因位于细胞质内D．白眼基因基本组成单位是4种碱基解析：基因通常是有遗传效应的DNA片段，其基本组成单位与DNA相同，即为脱氧核苷酸，脱氧核苷酸共有4种，B正确，D错误；每个DNA分子上含有很多个基因，每个基因中含有许多个脱氧核苷酸，A错误；染色体是DNA的主要载体，白眼基因位于染色体上，是细胞核基因，C错误。答案：B

2．从分子水平上对生物体具有多样性或特异性的分析，错误的是(

)A．碱基对的排列顺序的千变万化，决定了DNA分子的多样性B．碱基对的特定的排列顺序，决定了DNA分子的特异性C．一个含2000个碱基的DNA分子，其碱基对可能的排列方式就有41000种D．人体内控制β­珠蛋白的基因由1700个碱基对组成，其碱基对可能的排列方式有41700种解析：碱基对的排列顺序的千变万化，构成了DNA分子基因的多样性，A正确；碱基对的特定的排列顺序，又构成了每一个DNA分子基因的特异性，B正确；DNA中的碱基有A、T、C、G4种，由n对碱基形成的DNA分子，其碱基对可能的排列方式最多有4n种，C正确；β­珠蛋白基因碱基对的排列顺序是β­珠蛋白所特有的，D错误。答案：D

科学探究——探究DNA半保留复制方式的假说—演绎过程分析1．实验方法：同位素标记法和离心技术。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．假说—演绎过程(1)实验假设：DNA以半保留的方式复制。(2)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。(3)实验过程(4)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。4．实验结论：DNA的复制是以半保留方式进行的。【素养评价】1．(2025·北京高考)1958年，Meselson和Stahl通过15N标记DNA的实验，证明了DNA的半保留复制。关于这一经典实验的叙述正确的是(

)A．因为15N有放射性，所以能够区分DNA的母链和子链B．得到的DNA带的位置有三个，证明了DNA的半保留复制C．将DNA变成单链后再进行离心也能得到相同的实验结果D．选择大肠杆菌作为实验材料是因为它有环状质粒DNA解析：15N属于稳定同位素，不具有放射性，A错误。亲代大肠杆菌离心后出现一条DNA带(15N/15N­DNA)，位置靠近试管的底部；转移培养后第一代细菌的DNA离心后，试管中也只有一条DNA带(15N/14N­DNA)，位置居中；第二代细菌的DNA离心后，试管中出现两条带，一条带位置居中(15N/14N­DNA)，另一条带的位置更靠上(14N/14N­DNA)，因此得到的DNA带的位置有三个，证明了DNA的半保留复制，B正确。若将DNA变成单链后再进行离心，无论是全保留复制还是半保留复制，都是只有两条条带，不能证明DNA的半保留复制，C错误。大肠杆菌易培养、繁殖快，因此选择大肠杆菌作为实验材料，D错误。答案：

B

2．细菌在含15N的培养液中繁殖数代后，细菌DNA的含氮碱基皆含有15N，然后再将其移入含14N的培养液中培养，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