DNA的复制-2025-2026学年高一下学期必修2生物人教版

第3节DNA的复制第3章基因的本质高中生物人教版必修2《遗传与进化》 学习目标【生命观念】通过分析DNA分子半保留复制的过程，阐明DNA分子通过半保留方式进行复制的基本机制，从结构与功能相统一的视角理解DNA复制如何实现遗传信息的准确传递，树立“遗传信息控制生物性状”的生命观念。【科学思维】基于对DNA分子结构的已有认知，运用“假说—演绎法”对DNA复制方式进行逻辑推理与推测，经历“提出假说—演绎推导—实验验证”的科学探究过程，发展归纳与概括、演绎与推理等科学思维能力。【科学探究】通过分析梅塞尔森和斯塔尔利用同位素标记法与密度梯度离心技术验证DNA半保留复制的经典实验，学习实验设计的基本思路与方法（如何区分亲代链与子代链、如何控制实验变量），提高实验分析与科学探究能力。【社会责任】通过了解DNA半保留复制方式的探究历程，感悟沃森、克里克、梅塞尔森等科学家在科学探索中严谨求实、敢于质疑、合作交流的科学精神，关注DNA复制原理在核酸检测、亲子鉴定、PCR技术等现实生活中的应用，增强运用生物学知识服务社会的责任意识。一、对DNA复制的推测二、半保留复制的实验证据三、DNA复制的过程四、DNA复制的相关计算五、DNA复制与细胞中的染色体标记问题目录

contents问题探讨

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。”1.碱基互补配对原则暗示DNA的复制机制可能是怎样的？碱基互补配对原则是指DNA两条链的碱基之间有准确的一一对应关系，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？

一、对DNA复制的推测（一）观点一：半保留复制1.提出者：2.内容：3.结果：DNA复制时，DNA双螺旋解开，互补的碱基之间的氢键断裂，解开的两条单链分别作为复制的模板，游离的脱氧核苷酸根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。由于新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链。沃森和克里克

一、对DNA复制的推测（二）观点二：全保留复制内容：全保留复制是指DNA复制以DNA双链为模板，子代DNA的双链都是新合成的。（三）观点三：分散复制内容：新复制的分子中新旧都有，但分配是随机组合的。

沃森和克里克发表DNA的双螺旋结构模型后，科学家曾提出三个DNA复制方式的模型，分别是半保留复制，全保留复制和分散复制。假说二：全保留复制假说一：半保留复制（沃森和克里克）假说三：分散复制

一、对DNA复制的推测

一、对DNA复制的推测区分DNA复制方式的三种假说，实验的关键思路是什么？通过实验区分亲代和子代的DNA设法观察亲代DNA链在子代DNA中如何分布思考：如何在实验中直观区分母链和子链？标记亲代DNA链，然后观察它们在子代DNA中如何分布。假说二：全保留复制假说一：半保留复制假说三：分散复制梅塞尔森斯塔尔1958年，美国生物学家梅塞尔森和斯塔尔1.实验材料：大肠杆菌2.方法技术：同位素标记技术15N和14N是氮元素的两种稳定同位素，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，利用离心技术可以在试管中分离开含有相对原子质量不同的氮元素的DNA。密度梯度离心法（繁殖快，20min一代）

二、DNA半保留复制的实验证据密度梯度离心技术利用离心技术可以在试管中区分含有不同质量N元素的DNA。

二、半保留复制的实验证据假说-演绎法2.作出假说4.实验验证，得出结论实验、得出结论、验证假说。1.提出问题DNA是如何复制的？3.演绎推理根据复制模式，预测实验结果。①半保留复制②全保留复制③分散复制3.研究方法：

二、DNA半保留复制的实验证据演绎推理：①半保留复制15N14NP:F1:F2:细胞再

分裂一次15N15N转移到含14N的培养液中细胞分裂一次提取DNA，离心提取DNA，离心提取DNA，离心重带中带轻带中带15N14N15N14N14N14N15N14N14N14N

二、DNA半保留复制的实验证据演绎推理：②全保留复制P:F1:F2:细胞再

分裂一次15N15N转移到含14N的培养液中细胞分裂一次提出DNA离心提出DNA离心提出DNA离心重带重带轻带重带15N15N14N14N轻带15N15N14N14N14N14N14N14N

二、DNA半保留复制的实验证据演绎推理：③分散复制P:F1:F2:细胞再

分裂一次15N15N转移到含14N的培养液中细胞分裂一次提出DNA离心提出DNA离心重带中带中带15N/14N15N/14N15N/14N15N/14N15N/14N15N/14N

二、DNA半保留复制的实验证据分析结果，得出结论

15N/15N-DNA15N/14N-DNA14N/14N-DNA15N/14N-DNA重带中带轻带中带大肠杆菌在含15N的培养液中生长若干代提取DNA，离心密度低高转移到含14N的培养液中第一代提取DNA，离心第二代细胞再分裂一次细胞分裂一次提取DNA，离心第一代结果：排除全保留复制方式假说第二代结果：排除分散复制方式假说结论：DNA复制方式为半保留复制

二、DNA半保留复制的实验证据习题巩固1．关于遗传学研究中的科学方法，下列叙述不正确的是（）A．孟德尔运用假说—演绎法发现了分离定律和自由组合定律B．摩尔根利用假说—演绎法证明了基因在染色体上呈线性排列C．赫尔希和蔡斯采用同位素标记法探明了T2噬菌体的遗传物质是DNAD．梅塞尔森和斯塔尔利用密度梯度离心法证明了DNA半保留复制方式【答案】B习题巩固【答案】CD多选1.概念：2.发生时间：3.发生场所：DNA的复制是指以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。细胞分裂前的间期③DNA病毒：活的宿主细胞内。①真核生物：细胞核（主要）线粒体和叶绿体。②原核生物：拟核（主要），质粒（细胞质）。4.条件：模板（亲代DNA分子中的两条母链）、能量(一般是ATP)、酶（解旋酶、DNA聚合酶）、原料（4种脱氧核苷酸）、

三、DNA复制的过程

三、DNA复制的过程5.过程：①解旋在ATP的驱动下，解旋酶将DNA部分双螺旋的两条链解开。CGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATATACGTATACGGCTAGCCGTA3'5'CCGTAGTATACGGCTAGCCGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATATA3'5'ATP解旋酶

三、DNA复制的过程5.过程：②合成子链DNA聚合酶等以解开的每一条母链为模板，以游离的4种脱氧核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则，各自合成与母链互补的一条子链。CCGTAGTATACGGCTAGCCGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATATA3'5'ACGCAAGCTAGTCATTATATGCATGATCGAGCTT形成氢键

三、DNA复制的过程5.过程：②合成子链CCGTAGTATACGGCTAGCCGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATATA3'5'ACGCAAGCTAGTCATTATATGCATGATCGAGCTTACGCAAGCTAGTCATTADNA聚合酶5'3'TATGCATGATCGAGCTT5'3'ATPATP5’3’子链延伸方向形成磷酸二酯健

三、DNA复制的过程5.过程：③重新螺旋，形成子代DNA每条新链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构。CCGTAGTATACGGCTAGCCGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATAA3'5'ACGCAAGCTAGTCATTATATGCATGATCGAGCTT5'3'TAGCCGTATAGCCGATAT3'5'TTACGCGTATATATA5'3'

三、DNA复制的过程（1）解旋：

在能量的驱动下，解旋酶将DNA双螺旋的两条链解开。（氢键）（2）合成子链：

DNA聚合酶等以解开的每一条母链为模板，以游离的4种脱氧

核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则，各自合成与母链互补的一条子链。（3）重新螺旋：

每条新链与其对应的模板链

盘绕成双螺旋结构。

三、DNA复制的过程5.过程：6.原则碱基互补配对原则7.特点①边解旋边复制

(从过程上看)②半保留复制(从结果上看)加快复制速度，减少DNA突变可能保证了复制的准确进行从子链的5'端向3'端延伸8.方向9.DNA精确复制的原因（1）DNA独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板。（2）通过碱基互补配对，保证了复制能够准确地进行。

三、DNA复制的过程10.结果一个DNA分子就形成了两个完全相同的DNA分子。（两个子代DNA分子，通过细胞分裂分配到子细胞中）11.DNA制的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连续性。

三、DNA复制的过程拓展延伸---真核生物与原核生物DNA复制的区别原核生物DNA的复制只有一个复制起点真核生物DNA的复制是多起点双向复制，使得复制能在较短时间内完成DNA复制泡课本P56

三、DNA复制的过程冈崎片段b（1）当母链方向是a时，子链DNA的合成是连续的吗？（2）当母链方向是b时，子链

DNA还能连续合成吗？子链DNA按照5‘到3’从右向左，连续合成。子链DNA按照5‘到3’从左向右，不连续合成，形成片段。“片段”该怎么连接成完整的DNA链呢？DNA连接酶连接DNA片段如图为DNA分子复制的模型，请据图回答下列问题。拓展延伸

三、DNA复制的过程解旋酶酶5'3'3'5'DNA聚合酶5'3'前导链5'3'冈崎片段DNA连接酶DNA聚合酶的底物：脱氧核苷酸DNA连接酶的底物：DNA片段后随链前导链与后随（滞后）链：互补配对5'拓展延伸

三、DNA复制的过程引物是一小段能与DNA母链的一段碱基序列互补配对的短单链核酸。用于PCR的引物通常为20~30个核苷酸。在细胞中为一段单链RNA。子链延伸子链延伸-5′3′-引物5′--3′5′--3′引物3′--5′拓展延伸：引物

三、DNA复制的过程DNA聚合酶只能将单个核苷酸加到已有链的3′端，不具有从头合成子链的功能子链合成需要引物:习题巩固1．下图是DNA分子复制的示意图，该DNA的双链均被15N标记。若提供含14N的原料让其复制2次，则下列分析错误的是（）A．图中A、B分别表示解旋酶和DNA聚合酶B．两条子链延伸的方向都是从模板链的3'到5'C．合成a链和b链的原料都是脱氧核糖核苷酸D．DNA复制2次后，含有15N的DNA占1/4【答案】D

(1)该图表示的生理过程是DNA________（填“复制”或“转录”），发生的场所主要是____________。(2)图中①表示________酶，在细胞提供的能量的驱动下，它能将DNA双螺旋的两条链解开。(3)已知母链某片段碱基序列为5′－ATGCAT－3′，则子链上对应片段的碱基序列为_______，该过程结束后，1个DNA分子就形成了____个相同的DNA分子。习题巩固2．如图为真核生物遗传信息传递中的某生理过程示意图。回答下列问题：【答案】(1)

复制

细胞核(2)解旋(3)

3′－TACGTA－5′

2/两/二1.画出一个被15N标记的DNA分子在14N的培养基中培养3代的DNA复制过程。母链子链15N14N连续复制n代：①子代DNA分子数=②含有亲代DNA链的子代DNA分子数=③不含亲代链的子代DNA分子数=④只含15N的DNA分子数＝⑤只含14N的DNA分子数＝2n个2个2n-2个0个2n－2个

四、DNA复制的相关计算连续复制n代：①子代DNA分子中脱氧核苷酸链数=②亲代脱氧核苷酸链数=③新合成的脱氧核苷酸链数=2n+1条2条2n+1-2条

四、DNA复制的相关计算2.一个被15N标记的DNA分子在14N的培养基中培养，若亲代DNA分子中含有某脱氧核苷酸m个。连续复制n代：①经过n次复制,需要消耗该脱氧核苷酸=②第n次复制，消耗该脱氧核苷酸数为=m(2n-1)个m∙（2n-2n-1）=

m·2n-1

四、DNA复制的相关计算(1)在进行DNA复制的计算时，注意DNA的代数与复制次数的关系：当第一个DNA分子为0代时，则复制次数和代数一致，当第一个DNA分子为1代时，复制次数比代数少1。(2)子代DNA分子中，含14N的有2n个，n表示复制代数，只含14N的有(2n-2)个，做题时应看准是“含”还是“只含”。(3)子代DNA分子的总链数为2n×2=2n+1条。含15N的链始终是2条，占总数比例为2/2n+1=1/2n。

四、DNA复制的相关计算习题巩固1.某含有200个碱基的一个环状双链DNA分子，内含40个腺嘌呤，该DNA连续复制了4次。已知环状双链DNA与链状双链DNA的复制过程基本相同，下列叙述正确的是（）A．该DNA分子含有2个游离的羟基和240个氢键B．第4次复制需要960个游离的腺嘌呤脱氧核苷酸C．游离的脱氧核苷酸在解旋酶的作用下合成子链D．复制时，一条子链连续合成，另一条子链不连续合成【答案】D习题巩固2.“DNA存储遗传信息的原理并不复杂，组成DNA的4种碱基能够通过排列组合编码几乎无限量的信息，这也赋予DNA作为存储介质的应用潜力。若某DNA分子含有m个碱基，其中鸟嘌呤所占比例为a，下列有关DNA的结构和复制的叙述，正确的是（

）A．DNA复制时，子链是从母链的3'端向5'端延伸B．DNA分子每条链上的嘌呤碱基数目等于嘧啶碱基数目C．该DNA的两条链中（A+T）所占的比例都为1-aD．DNA连续复制4次，需消耗脱氧核苷酸的数目为14m【答案】A3.与细胞分裂相关计算：一个被15N标记的DNA分子在