2017-2018学年高中生物 第3章 基因的本质 第3节 DNA的复制 第4节 基因是有遗传效应的

第3、4节 DNA的复制__基因是有遗传效应的DNA片段

1.DNA复制发生在细胞分裂的间期。

2．DNA复制需要DNA模板、4种脱氧核苷酸作原料以及酶和能量。

3．DNA复制的特点是边解旋边复制和半保留复制。

4．基因是有遗传效应的DNA片段。

5．DNA中碱基对的排列顺序表示遗传信息。

6．DNA分子具有多样性和特异性。

DNA分子的复制

[自读教材·夯基础]

1．概念、时间和场所

2．过程

3．特点

(1)过程：边解旋边复制。

(2)方式：半保留复制。

4．准确复制的原因和意义[判断]

(1)DNA分子独特的双螺旋结构为复制提供了精确的模板。(√)

(2)通过碱基互补配对原则，保证了复制的准确进行。(√)

- 2 - (3)通过DNA复制，将遗传信息从亲代传给了子代，保持了遗传信息的连续性。(√)

1．DNA复制是否只在有丝分裂和减数分裂过程中进行？是否只发生于细胞核中？

提示：不是，无丝分裂过程中也发生DNA复制。不是，线粒体和叶绿体中也有DNA，也进行DNA复制。

2．如果将DNA分子的两条链用15N标记，转移到含14N的培养基中培养，试分析子代DNA被标记的情况。

DNA复

制次数 含15N的

DNA 含14N的

DNA 含15N的

DNA链 含14N的

DNA链

复制1次 ①______ ②______ ③______ ④______

复制2次 ⑤______ ⑥______ ⑦______ ⑧______

提示：①2; ②2; ③2; ④2; ⑤2; ⑥4; ⑦2; ⑧6。

3．若用15N标记一个DNA分子的两条链，用含14N标记的脱氧核苷酸为原料复制一次。那么，半保留复制和全保留复制两种情况下产生的子代DNA有什么不同？

提示：半保留复制：两个子代DNA分子都为一条链含15N，一条链含14N。

全保留复制：子代DNA分子中有一个两条链都为14N，一个两条链都为15N。

[跟随名师·解疑难]

1．DNA半保留复制的实验分析

- 3 -

2．DNA复制的有关计算

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)子代DNA共2n个 含15N的DNA分子：2个只含15N的DNA分子：0含14N的DNA分子：2n个只含14N的DNA分子：n－个

(2)脱氧核苷酸链共2n＋1条 含15N的脱氧核苷酸链：2条含14N的脱氧核苷酸链：n＋1－条

[特别提醒] 解答此类问题时，应看准“含”还是“只含”，是“DNA分子数”还是“链数”。

基因是有遗传效应的DNA片段

[自读教材·夯基础]

1．基因与DNA分子的关系

2．DNA片段中的遗传信息

(1)遗传信息：DNA分子中4种碱基的排列顺序。

- 4 - (2)DNA分子的特点：

1．请分析基因、DNA和染色体三者之间的关系。

提示：基因是有遗传效应的DNA片段，染色体是DNA的主要载体，一条染色体上含有许多基因。

2．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。

3．结合蛋白质多样性的原因，分析DNA分子多样性的原因有哪些。

提示：脱氧核苷酸的种类、数量和排列顺序不同是造成DNA分子多种多样的原因。

[跟随名师·解疑难]

脱氧核苷酸、基因、DNA和染色体的关系图解

[特别提醒] 基因概念理解的两个误区

①并不是所有的DNA片段都是基因，必须是有遗传效应的DNA片段。

②并不是所有的基因都位于染色体上，叶绿体和线粒体也是基因的载体。

DNA分子复制的过程及有关计算

[例1] 用15N标记含有100个碱基对的DNA分子，其中有胞嘧啶60个，该DNA分子在含- 5 - 14N的培养基中连续复制4次。其结果不可能是( )

A．含有15N的DNA分子占1/8

B．含有14N的DNA分子占7/8

C．消耗游离的腺嘌呤脱氧核苷酸600个

D．产生了16个DNA分子

[思路点拨]

[解析] 该DNA分子在含14N的培养基中连续复制4次，可得到24个DNA分子，其中含有14N的DNA分子占100%；含有15N的DNA分子占2/16，因为DNA复制为半保留复制，亲代DNA分子的两条链只可能进入两个子代DNA分子中；在含有100个碱基对的DNA分子中，若有胞嘧啶60个，则含有腺嘌呤个数＝100×2－60×22＝40(个)，则连续复制4次所需腺嘌呤脱氧核苷酸的数目为40×(24－1)＝600(个)。

[答案] B

规律方法 DNA复制消耗脱氧核苷酸数的计算

(1)方法：

①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数为m·(2n－1)个。

②第n次复制所需该脱氧核苷酸数为m·2n－1。

(2)步骤：

计数DNA分子中脱氧核苷酸数―→确定复制次数，运用公式计算

1．某双链DNA分子含m对碱基，其中腺嘌呤有a个。该DNA在连续复制时，对所需要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．不论复制多少次，需要胞嘧啶脱氧核苷酸的数目等于DNA分子中的脱氧核糖数目

解析：选D DNA每次复制时，需要胞嘧啶脱氧核苷酸的数目等于原有DNA分子中的胞嘧啶脱氧核苷酸的数目。

- 6 - 基因的本质

[例2] 下列有关基因的叙述，正确的是( )

A．基因是控制生物性状的结构单位和功能单位

B．经测定，一个由n个脱氧核苷酸构成的DNA分子中，包含了m个基因，则每个基因的平均长度为n/2m个脱氧核苷酸对

C．人体细胞内的基因全部位于染色体上

D．基因中脱氧核苷酸的排列顺序就是遗传信息，只能通过减数分裂传递给后代

[思路点拨]

[解析] 基因是有遗传效应的DNA片段，是控制生物性状的结构单位和功能单位。一个DNA分子上有许多个基因，但并非基因与基因紧密相连，那些没有遗传效应的DNA片段并不是基因，因此B项中基因的平均长度小于n/2m个脱氧核苷酸对。人体细胞内的基因主要在染色体上，线粒体DNA分子上也有少量基因。有性生殖的生物通过减数分裂将遗传信息传递给下一代，无性生殖的生物通过有丝分裂将遗传信息传递给下一代。

[答案] A

2．下列关于基因的叙述，正确的是( )

A．DNA分子上任意一个片段都是基因

B．人体细胞中染色体是基因的唯一载体

C．等位基因的根本区别是脱氧核苷酸的排列顺序不同

D．基因的多样性决定了DNA分子的多样性

解析：选C 基因是有遗传效应的DNA片段，而不是DNA分子中任意一片段；人体细胞中染色体是基因的主要载体，线粒体中也分布着一定数量的基因；构成基因基本组成单位的是脱氧核苷酸，基因的多样性和DNA分子的多样性均与脱氧核苷酸的数量和排列顺序有关。

1．探究DNA分子复制的方式。

2．探究DNA分子复制所需的条件及影响因素。

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复制方式的探索实验，实验内容及结果如表。 - 7 -

组别 1组 2组 3组 4组

培养液中

唯一氮源 14NH4Cl 15NH4Cl 14NH4Cl 14NH4Cl

繁殖代数 多代 多代 一代 两代

培养产物 A B B的子一代 B的子二代

操作 提取DNA并离心

离心结果 仅为轻带

(14N/14N) 仅为重带

(15N/15N) 仅为中带

(15N/14N) 1/2轻带(14N/14N)

1/2中带(15N/14N)

请分析并回答：

(1)要得到DNA中的N全部被放射性标记的大肠杆菌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分子的复制方式是________。

(3)分析讨论：

①若子一代DNA的离心结果为“轻”和“重”两条密度带，则“重带”DNA来自________，据此可判断DNA分子的复制方式不是________复制。

②若将子一代DNA双链分开后再离心，其结果________(填“能”或“不能”)判断DNA的复制方式。

③若在同等条件下将子二代继续培养，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。

④若某次实验的结果中，子一代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DNA单链中的N尚有少部分为________。

[解析] 本题主要考查DNA分子复制的相关知识，意在考查学生对同位素示踪技术与密度梯度离心方法的掌握情况。经过一代培养后，只能是标记DNA分子的一条单链，所以要想对所有的DNA分子全部标记，要进行多代培养；在探究DNA分子的复制方式为半保留复制的实验中，“重带”应为两条单链均被15N标记，“轻带”为两条单链均被14N标记，“中带”为一条单链被14N标记，另一条单链被15N标记。

[答案] (1)多 15N/15NH4Cl (2)3 1 2 半保留复制 (3)①B 半保留 ②不能 ③没有变化 轻 ④15N

同位素示踪法及其应用