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1、生物生物必修必修 人教版人教版新课标导学新课标导学新课标导学新课标导学第 三 章基因的本质基因的本质第第3、4节节DNA的复制与基因是有遗传效应的的复制与基因是有遗传效应的DNA片段片段学学 习习 目目 标标课课 程程 标标 准准1.概述概述DNA复制方式的假说及实复制方式的假说及实验证据。验证据。2掌握掌握DNA复制的过程。复制的过程。(重、重、难点难点)3理解基因与理解基因与DNA、染色体的、染色体的关系。关系。(重点重点)4概述概述DNA分子的多样性和特分子的多样性和特异性的原因。异性的原因。1.概述概述DNA分子复制的时期、过程和条件；分子复制的时期、过程和条件；2说明说明DNA分子复
2、制的特点；分子复制的特点；3概述概述DNA分子复制的生物学意义；分子复制的生物学意义；4认同认同DNA双螺旋结构模型对研究双螺旋结构模型对研究DNA分子复制的指导意义；分子复制的指导意义；5举例说明基因是有遗传效应的举例说明基因是有遗传效应的DNA片段；片段；6运用数学方法说明运用数学方法说明DNA分子的特异性和多样性；分子的特异性和多样性；7说明基因和遗传信息的关系说明基因和遗传信息的关系1 1自自主主学学习习2 2新新知知解解读读3 3指指点点迷迷津津4 4核核心心素素养养7 7训训练练巩巩固固8 8课课 时时 作作 业业5 5问问题题释释疑疑6 6知知识识构构建建自自 主主 学学 习习沃
3、森和克里克沃森和克里克 双螺旋双螺旋 两条单链两条单链 脱氧核甘酸脱氧核甘酸 碱基互补配对碱基互补配对 氢键氢键 2DNA分子复制的过程：(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_。亲代亲代DNA 子代子代DNA 间期间期 间期间期 细胞核细胞核 (4)过程：(5)结果：一个DNA分子形成了_个与亲代_的DNA分子。(6)特点：_；_。(7)意义：将_从亲代传给子代，从而保持了_的连续性。两两 完全相同完全相同 边解旋边复制边解旋边复制 半保留复制半保留复制 遗传信息遗传信息 遗传信息遗传信息 二、基因是有遗传效应的DNA片段1
4、基因与DNA的关系：2DNA片段中的遗传信息：(1)遗传信息：DNA分子中_的排列顺序。(2)DNA分子的特性。多样性：_的千变万化。特异性：每一个DNA分子有_。(3)DNA分子的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的_。4种碱基种碱基 碱基排列顺序碱基排列顺序 特定的碱基排列顺序特定的碱基排列顺序 物质基础物质基础 1在复制形成的两个子代DNA分子中，两条子链的碱基排列顺序相同吗？提示：不相同。因为都和母链互补，两条母链是互补的，因此两条子链也互补。2DNA分子上的非基因片段的碱基排列顺序有特异性吗？提示：有。现在常对这些片段进行DNA测序可以用于对犯罪嫌疑人的确定及追踪。？思考思考 1D
5、NA复制只发生在有丝分裂间期。()提示：还有减前的间期，但减间期不进行。2DNA双螺旋全部解链后，开始DNA复制。()提示：边解旋边复制。3单个脱氧核苷酸在DNA酶的作用下连接成子链，并且2条子链形成子代DNA分子。()提示：在DNA聚合酶的作用下，而不是DNA酶；子代DNA是亲代1条模板链和子链形成的。判断题判断题 4构成基因的碱基总数与DNA分子的碱基总数相等。()提示：前者远远小于后者。5某DNA片段中有100个脱氧核苷酸，则可能的排列顺序为2100种。()提示：100个50对，即应为450种6不同DNA分子携带的遗传信息不同的根本原因在于碱基排列顺序不同。()新新 知知 解解 读读1D
6、NA分子的半保留复制(1)复制过程DNA分子复制时，DNA分子的双螺旋将解开，互补的碱基之间的氢键断裂，解开的两条单链作为复制的模板，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DNA单链上。(2)复制方式半保留复制新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链，因此这种复制方式被称做半保留复制。知识点知识点1DNA分子复制的推测与证据分子复制的推测与证据2半保留复制的证据(1)实验方法：同位素示踪技术。(2)实验假设：DNA以半保留的方式复制。(3)实验预期：离心后应出现3条DNA带。重带(密度最大，最靠近试管底部)：15N标记的亲代双链DNA(15N/1
7、5N)。杂交带(密度居中，位置也居中，也称中带)：一条链为15N标记，另一条链为14N标记的子代双链DNA(15N/14N)。轻带(密度最小，离试管底部最远)：两条链都为14N标记的子代双链DNA(14N/14N)。(4)实验过程：大肠杆菌在含有15N标记的NH4Cl培养液中繁殖几代；将含15N的大肠杆菌转到14N标记的普通培养液中培养；在不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA；运用DNA半保留复制特点，分析被标记DNA分子的比例时，应注意求的是DNA分子数，还是脱氧核苷酸链数。知识贴士知识贴士(2016衡阳检测)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
8、14N的培养基中培养，抽取亲代及子代的DNA离心分离，如图为可能的结果，下列叙述错误是()A子一代DNA应为B子二代DNA应为C子三代DNA应为D亲代的DNA应为典题典题 1C变式训练1 科学家用15N标记的NH4Cl培养液来培养大肠杆菌，让大肠杆菌繁殖两代，然后收集并提取DNA，再将提取的DNA进行密度梯度离心。离心后试管中DNA的位置是()A全部位于下层B一半居中，一半位于上层C全部居中D一半居中，一半位于下层解析DNA为半保留复制，以含15N的NH4Cl培养大肠杆菌，大肠杆菌繁殖两代后，含有母链的大肠杆菌的DNA一条链含普通的N，另一条链含15N，经过密度梯度离心，位于试管的中层，而其他
9、大肠杆菌中的DNA都含有15N，位于试管的下层。D1DNA复制的概念：以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。2时期：有丝分裂间期，减数第一次分裂前的间期，随染色体的复制而完成。3场所：细胞核。说明：DNA复制的主要场所是细胞核，其他如真核细胞的线粒体、叶绿体及原核细胞的拟核区等也含DNA，也能进行DNA的复制。知识点知识点2DNA分子的复制分子的复制5条件(1)模板：亲代DNA的两条链；(2)原料：四种脱氧核苷酸；(3)酶：DNA解旋酶、DNA聚合酶等；(4)能量：ATP。6特点：边解旋边复制；半保留复制。7结果：一个DNA分子变成两个完成相同的DNA分子。(1242n)提示：DNA准确复制
10、的原因：(1)DNA分子具有独特的双螺旋结构，能为复制提供精确的模板；(2)进行严格的碱基互补配对，保证了复制能够准确地进行。8意义：将遗传信息从亲代传递给子代，从而保持了遗传信息的连续性。(1)运用DNA半保留复制特点，解决消耗某种脱氧核苷酸数量问题时，应注意亲代DNA分子的两条母链被保留下来，不需消耗原料。(2)在计算消耗脱氧核苷酸数时要明确是经过n次复制还是第n次复制。知识贴士知识贴士用15N标记细菌中的DNA，然后又用普通的14N来供给这种细菌，于是该细菌便用14N来合成DNA，假设细菌在含14N的营养基上连续分裂2次，产生了4个新个体，它们DNA中的14N链与15N链的比例是()A3
11、1B21C11D71解析用15N标记的DNA分子在含14N的环境中复制2次合成的4个DNA分子中，有2个DNA分子各有一条脱氧核苷酸单链含15N，另一条单链为14N，另2个DNA分子两条链均为14N，故14N链：15N链为(222)231。典题典题 2A变式训练2 用32P标记一个T2噬菌体的双链DNA分子，它侵染一个含31P的细菌后释放出了200个后代，则后代中含32P的噬菌体最多占总数的()A2%B1%C0.5%D50%解析一个噬菌体中只有一个DNA分子，当它侵染含31P的细菌后就以被32P标记的DNA为模板进行复制，不过利用的酶、原料、ATP等均是由细菌提供的。DNA分子的复制方式为半保
12、留复制，故在最终形成的200个噬菌体的DNA中，最多只有2个DNA分子含32P，即在200个噬菌体中含32P的噬菌体最多占1%。B知识点知识点3基因与基因与DNA的关系的关系遗传信息并不只存在于DNA分子中，以RNA作遗传物质的生物，遗传信息存在于RNA分子中。知识贴士知识贴士典题典题 3A 变式训练3 下列有关染色体、DNA、基因、脱氧核苷酸的说法，不正确的是()A在DNA分子结构中，与脱氧核糖直接相连的一般是一个磷酸基和一个碱基B基因是具有遗传效应的DNA片段，一个DNA分子上可含有成百上千个基因C一个基因含有许多个脱氧核苷酸，基因的特异性是由脱氧核苷酸的排列顺序决定的D染色体是DNA的主
13、要载体，一条染色体上含有1个或2个DNA分子解析DNA分子的基本骨架是由磷酸与脱氧核糖相连接形成的，所以与脱氧核糖直接相连的一般是两个磷酸基和一个碱基。 A1遗传信息(1)概念：基因中的脱氧核苷酸的排列顺序代表遗传信息。(2)分析：生物的遗传性状以遗传信息形式编排在DNA分子上，表现为特定的碱基排列顺序。由于基因是有遗传效应的DNA片段，因此基因中脱氧核苷酸的排列顺序可以代表遗传信息。由于不同基因的脱氧核苷酸的排列顺序(碱基顺序)不同，因此不同的基因就含有不同的遗传信息。知识点知识点4DNA片段中的遗传信息片段中的遗传信息2DNA分子的特性(1)稳定性：指DNA分子双螺旋空间结构的相对稳定性。
14、稳定性产生的原因：DNA分子的基本骨架由磷酸和脱氧核糖交替连接而成，从头至尾没有变化。碱基配对方式始终不变，即A与T配对、G与C配对。DNA分子碱基对间的氢键维持着两条链的偶联。(2)多样性：构成DNA分子的碱基只有4种，配对方式只有2种，但是碱基对的数目却可以成千上万，形成的碱基对的排列顺序也可以千变万化(如一个由1 000个碱基对组成的DNA分子，它的碱基对可能的排列方式就有41 000种)，从而构成了DNA分子的多样性，也决定了遗传信息的多样性。(3)特异性：每个特定的DNA分子都有特定的碱基排列顺序，而特定的碱基排列顺序中有遗传效应的片段就代表了遗传信息，所以每个特定的DNA分子中都贮
15、存着特定的遗传信息，因此这种特定的碱基排列顺序就构成了DNA分子的特异性。DNA分子的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的物质基础。生物界多样性的直接原因是蛋白质的多样性；生物界多样性的根本原因是核酸的多样性。知识贴士知识贴士下列关于遗传信息的说法，不确切的是()A基因的脱氧核苷酸的排列顺序代表遗传信息B遗传信息的传递是通过染色体上的基因传递的C生物体内的遗传信息主要储存在DNA分子上D遗传信息即生物表现出来的性状解析生物的性状是指生物体表现出来的形态结构特点和生理特性，而遗传信息是指基因(代表遗传物质)中脱氧核苷酸的排列顺序，遗传信息和性状是两个层面的内容。典题典题 4D变式训练4 由80
16、个碱基组成的DNA分子片段，可由其碱基对组成不同的序列而携带不同的遗传信息，其种数最多可达()A4120B1202C440D260解析DNA分子中特定的脱氧核苷酸排列顺序代表着遗传信息。在DNA分子内部碱基互补配对的方式虽然只有两种，但碱基对的排列顺序有多种。因为DNA分子的两条链是遵循碱基互补配对原则结合而成的，所以一条链的碱基序列决定了另一条链的碱基序列。根据数学的排列知识，n个不同碱基对的排列有4n种，由于在一条单链上有40个碱基，其排列的种类就有440种之多。C指指 点点 迷迷 津津一、解答DNA分子复制中相关计算题的规律方法DNA分子的复制方式为半保留复制，若将一个被15N标记的DN
17、A转移到含14N的培养基中培养(复制)n代，其结果分析如图所示。1DNA分子数(1)子代DNA分子总数：2n个。(2)含15N的DNA分子数：2个。(3)含14N的DNA分子数：2n个。(4)只含15N的DNA分子数：0个。(5)只含14N的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：2n1条。(2)含15N的脱氧核苷酸链数：2条。(3)含14N的脱氧核苷酸链数：(2n1-2)条。3DNA复制消耗游离的脱氧核苷酸数的计算设亲代DNA分子中含有某种脱氧核苷酸m个，则：(1)经过n次复制，共需消耗游离的该种脱氧核苷酸为m(2n-1)个。(2)在第n次复制时，
18、共需消耗游离的该脱氧核苷酸为m2n-1个。特别提示：(1)运用DNA半保留复制特点分析被标记DNA分子的比例时，应注意求的是DNA分子数，还是脱氧核苷酸链数；还应注意培养液中化学元素的转换。(2)运用DNA半保留复制特点解决消耗某种脱氧核苷酸数量问题时，应注意亲代DNA分子的两条母链被保留下来，不需消耗原料。(3)在计算消耗某种游离核苷酸数时要明确是“经过n次复制”还是“第n次复制”。根据所学知识回答问题。(1)用15N标记含有100个碱基对的DNA分子，其中有胞嘧啶60个，若该DNA分子在含14N的培养基中连续复制4次，则结果不可能是()A含有15N的DNA分子占1/8B含有14N的DNA分
19、子占7/8C复制过程中需游离的腺嘌呤脱氧核苷酸600个D共产生16个DNA分子典题典题 5B(2)具有N个碱基对的一个DNA分子片段中，含有m个腺嘌呤脱氧核苷酸。该片段完成n次复制需要_个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸。该片段完成第n次复制需要_个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸。A(2n-1)(N-m) B2n-1(N-m)C2n-1(N/2-m)D2n(N/2-m)A B 解析(1)由于DNA的复制方式是半保留复制，经过4次复制形成的16个DNA分子中，有2个DNA分子的一条链上含有15N，另一条链上含有14N，其余14个DNA分子的两条链上全部含有14N。该DNA分子中含有胞嘧啶60个，则有鸟嘌呤60个，
20、腺嘌呤和胸腺嘧啶各40个，复制4次需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸的数量为40(16-1)600个，A、C、D三项正确，B项错误。(2)根据题意，该DNA分子片段含有胞嘧啶脱氧核苷酸数为(2N-2m)/2N-m。该片段完成n次复制，共产生2n个DNA分子，新增DNA分子(2n-1)个，故其完成n次复制需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸(2n-1)(N-m)个，选A项。该片段完成(n-1)次复制时共产生DNA分子2n-1个，若再完成一次复制(也就是第n次复制)，新增DNA分子数为2n-1个，故其完成第n次复制需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸2n-1(N-m)个，选B项。二、不能将细胞分裂和DNA复制有机结合对细胞分
21、裂和DNA复制相结合的知识的理解，可通过构建模式图解答。如取1个含有1对同源染色体的细胞，用15N标记细胞核中的DNA，然后放在含14N的培养基中培养，让其连续进行两次有丝分裂，形成4个细胞，这4个细胞中含15N的细胞个数可能是多少个？提醒：涉及染色体复制中DNA复制问题时，要根据半保留复制的原则，绘制DNA双链示意图(如上图所示)，联系不同细胞分裂方式中的染色体行为进行分析。蚕豆根尖细胞在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸培养基中完成一个细胞周期，然后在不含放射性标记的培养基中继续分裂至中期，其染色体的放射性标记分布情况是()A每条染色体的两条染色单体都被标记B每条染色体中都只有一条染色单体被标
22、记C只有半数的染色体中一条染色单体被标记D每条染色体的两条染色单体都不被标记典题典题 6B分析下图，回答有关问题。典题典题 7(1)图中B是_，C是_，D是_，F是_，G是_。(2)F的基本组成单位是图中的_，共有_种。F与H的关系是_。(3)图中E和F的关系是_。决定F结构特异性的是图中_的排列顺序。(4)通常情况下，1条H中含有_个F,1个F中含有_个E,1个E中含有_个D。脱氧核糖脱氧核糖 含氮碱基含氮碱基 脱氧核苷酸脱氧核苷酸 DNA 蛋白质蛋白质 D 4 H是是F的主要载体的主要载体 E是有遗传效应的是有遗传效应的F片段片段 D 1 许多许多 成百上千成百上千 解析DNA的基本组成单
23、位是脱氧核苷酸，它由1分子磷酸、1分子脱氧核糖和1分子含氮碱基组成；基因是有遗传效应的DNA片段；染色体是遗传物质DNA的主要载体；1条染色体上通常含有1个DNA分子，1个DNA分子上含有许多个基因，1个基因由成百上千个脱氧核苷酸构成。核核 心心 素素 养养科学家以大肠杆菌为实验对象，运用同位素示踪技术及密度梯度离心方法进行了DNA复制方式的探究实验，实验内容及结果见表。确定区分半保留复制和全保留复制的关键确定区分半保留复制和全保留复制的关键探究探究DNA复制方式复制方式案案 例例组别组别1组组2组组3组组4组组培养液中唯一氮源培养液中唯一氮源14NH4Cl15NH4Cl14NH4Cl14NH
24、4Cl繁殖代数繁殖代数多代多代多代多代一代一代两代两代培养产物培养产物ABB的子的子代代B的子的子代代操作操作提取提取DNA并离心并离心离心结果离心结果仅为轻带仅为轻带(14N/14N)仅为重带仅为重带(15N/15N)仅为中带仅为中带(15N/14N)1/2/2轻带轻带( (1414N/N/14N)1/2/2中带中带( (1515N/N/14N)请分析并回答：(1)要得到DNA中的N全部被放射性同位素标记的大肠杆菌B，必须经过_代培养，且培养液中的_是唯一氮源。(2)综合分析本实验的DNA离心结果，第_组结果对得到的结论起到了关键作用，但需把它与第_组和第_组的结果进行比较，才能说明DNA分
25、子的复制方式是_。多多 15NH4Cl 3 1 2 半保留复制半保留复制 (3)分析讨论：若子代DNA的离心结果为“轻”和“重”两条密度带，则“重带”DNA来自于_，据此可判断DNA分子的复制方式不是_复制。若将子代DNA双链分开后再离心，其结果是_(选填“能”或“不能”)判断DNA的复制方式。 若在同等条件下将子代DNA继续培养，子n代DNA离心的结果是：密度带的数量和位置_，放射性强度发生变化的是_带。若某次实验的结果中，子I代DNA的“中带”比以往实验结果的“中带”略宽，可能的原因是新合成的DNA单链中的N尚有少部分为_。B 半保留半保留 不能不能 没有变化没有变化 轻轻 15N 方法警
26、示得分要点：(1)必须为“多”。(2)第一个空必须为“3”，第二、三个空必须为“2和1”。错因案例(1)答为“2”。(错因：把得到15N的分子，而理解为出现含“15N”的分子)(2)答为“4”。(错因：认为复制次数越多，对区分半保留复制和全保留复制越好)或答为“4组和2组”。(错因：认为与它们的亲代和子代比较更为合适，而忘记了“中带”与“轻带”“重带”的区别是关键)技法提炼(1)如何确定实验组和对照组：在所设的4组实验中，发现2组和3组、4组是存在亲子代关系的，它们在实验中属于一类，而1组是单独存在的，所以它是对照组，而2组是实验组。所以本实验的难度在于1、2、3、4组之间不是平行关系，而存在
27、着一定的递进关系。(2)如何获得两条链全部被标记的DNA分子：把含有DNA分子的大肠杆菌放在只含有15N的环境中进行培养。不管DNA分子进行的是半保留复制，还是全保留复制，子代中都会含有14N的DNA分子；若是半保留复制，后代中有2个含有14N，若是全保留复制，则后代中会有1个含有14N，所以复制次数越多含有14N的DNA分子所占比例就会越小，直至可以忽略。(3)确定区分半保留复制和全保留复制的关键：运用假说演绎的方法是确定两者区别的重要方法。将只含15N的DNA分子放在含有14N的培养基中培养，预测所得后代。若是半保留复制，则后代会出现一条链是15N另一条链为14N的DNA分子，在经过离心之
28、后会出现中带；若是全保留复制，则后代中出现的是一个DNA分子只含有15N，另一个DNA分子只含有14N，经离心后会出现轻带和重带，所以会不会出现“中带”是区分半保留复制和全保留复制的关键。问问 题题 释释 疑疑第3节DNA的复制(一)问题探讨提示：两个会徽所用的原料应该选自一块石材；应先制造模型，并按模型制作会徽；应使用电子控制的刻床；刻床应由一名技术熟练的师傅操作，或完全数控等。(以上可由学生根据自己的经验推测回答，事实是原料确实选自一块石材，但由于时间紧迫，两个会徽是由两名技术最好的师傅手工雕刻的)。验证的最简单的方法是：将两个印章的图形盖在白纸上进行比较(学生也可能提出更科学、更现代化的
29、方法)。(二)旁栏思考题提示：本实验是根据半保留复制原理和DNA密度的变化来设计的。在本实验中根据试管中DNA带所在的位置就可以区分亲代与子代的DNA了。第4节基因是有遗传效应的DNA片段(一)问题探讨提示：本节“问题探讨”的目的主要是让学生体会碱基排列顺序的多样性。(二)资料分析1提示：生物体的DNA分子数目小于基因数目。生物体内所有基因的碱基总数小于DNA分子的碱基总数。这说明基因是DNA的片段，基因不是连续分布在DNA上的，而是由碱基序列将其分隔开的。2提示：此题旨在引导学生理解遗传效应的含义，并不要求唯一答案。可以结合提供的资料来理解，如能使生物体发出绿色荧光、控制人和动物体的胖瘦，等等。3提示：基因是有遗传效应的DNA片段。(三)探究1提示：碱基排列顺序的千变万化，构成了DNA分子的多样性，而碱基特定的排列顺序，又构成了每一个DNA分子的特异性。DNA分子的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的物质基础。2提示：在人类的DNA分子中，核苷酸序列多样性表现为每个人的DNA几乎不可能完全相同，因此，DNA可以像指纹一样用来鉴别身份。3提示：可以从进化的角度来分析基因为什么不能是碱基的随机排列。知知 识识 构构 建建
