探究DNA复制是半保留复制还是全保留复制可用同位素标记

必修2P54【思考·讨论】“证明DNA半保留复制实验”教学设计一、教学目标1.基于科学史资料提供的实验证据，运用假说-演绎法，概述DNA通过半保留方式进行复制；2.引导学生认识“同位素标记法”，提升科学思维与探究能力。

二、教学内容1.DNA复制的条件；2.DNA的复制方式（重点）。

三、教学策略及过程（一）基本策略1.创设情景，问题驱动；2.动画辅助，任务驱动。

（二）施教过程。

1.展示模型，推测比较，归纳分析；活动1：展示DNA的结构模式图，呈现科恩伯格的两个实验，推测DNA复制的条件。

DNA的结构：规则的双螺旋结构；DNA复制需要的条件：模板，原料，酶，能量。

活动2：利用教材中的“问题探讨”引出半保留复制的假说，依据结构模型还可以提出什么假说？并介绍德尔布吕克提出的分散复制假说。

展示DNA三种复制模式示意图，指出DNA的复制方式存在争论。

活动3：讲述三种假说的区别，提出问题：实验中区分的关键是什么？如何区分母链和子链？如何测定子代DNA带有同位素标记的情况？2.展示动画，明确实验原理及过程介绍梅塞尔森和斯塔尔的经典实验，用动画展示CsCl密度梯度离心技术，并说明此技术可有效区分质量不同的DNA分子。

3.演绎推理按照DNA复制方式的三种假说进行演绎推理，预测实验结果，并进行交流。

4.实验验证展示紫外线吸收法检测离心管的实验结果，与预测结果进行比较，得出结论。

5.得出结论DNA的复制方式是半保留复制。

四、“讨论问题”的参考答案1.（题略）细胞分裂一次后，方框中填15N/14N-DNA；细胞再分裂一次后，试管上部的方框中填14N/14N-DNA，试管中部的方框中填15N/14N-DNA。

2.（题略）假如全保留复制是正确的，第一代的结果：一半的细胞中DNA是15N/15N-DNA，另一半的细胞中是14N/14N-DNA；第二代的结果：1/4的细胞是15N/15N-DNA，3/4的细胞中DNA是14N/14N-DNA。

例谈“细胞分裂、DNA分子复制和同位素标记技术”综合题的解题思路细胞分裂是生物体生长、发育、繁殖、遗传的基础。

在细胞分裂过程中要完成DNA分子的复制，保证遗传信息由亲代细胞遗传给子代细胞。

DNA分子的复制是半保留复制，在半保留复制方式的阐明过程中，同位素标记技术起到了重要作用。

上述三个方面的知识点是相互联系的，但又分散在必修1和必修2两个模块中，教学中也是单独进行学习的，学生难以形成一个有机联系的知识网络。

因此，一旦遇到整合了上述知识点的综合题，多数学生便会感到茫然，不知如何找到解题的突破口。

本文通过代表性的例题，对该类综合题的解题思路进行分析。

1例题分析例题1（2006年高考北京市理综卷生物试题）用32P标记了玉米体细胞(含20条染色体)的DNA分子双链，再将这些细胞转入不含32P的培养基中培养，在第二次细胞分裂的中期、后期，一个细胞中的染色体总条数和被32P标记的染色体条数分别是A．中期20和20、后期40和20 B．中期20和10、后期40和20C．中期20和20、后期40和10 D．中期20和10、后期40和10解析：本题对有丝分裂中染色体和DNA的变化规律、DNA分子半保留复制和同位素标记技术进行了综合考查。

因为有丝分裂中染色体平均分配，为了简化问题，以细胞中的一条染色体进行图示解析（在图中32P用32代表，●代表着丝粒）。

用放射性的32P标记了DNA分子的双链。

在第一次有丝分裂中，DNA进行半保留复制。

每一条染色体含有两条姐妹染色单体，两个DNA分子。

每个DNA分子都有一条脱氧核苷酸链含有放射性32P，结果形成的子细胞中每条染色体都被32P标记，但是每条染色体的DNA只有一条脱氧核苷酸链含有32P。

在第二次有丝分裂中，DNA复制后每条染色体含有两条姐妹染色单体，一条姐妹染色单体的DNA只有一条链含有32P，另一条染色单体的DNA两条链都不含32P。

但就整个染色体来说，仍然具有放射性。

第19讲DNA分子的结构和复制基因是有遗传效应的DNA片段阅读必修2课本P47～58完成以下填空(不能独立完成的空用红笔标出)一、DNA的结构巧学助记巧记DNA的分子结构五(种元素)、四(种碱基或脱氧核苷酸)、三(种物质或小分子)、二(条长链)、一(种双螺旋结构)。

思考你还学过几个基本骨架？举例。

提示：细胞膜的基本骨架——磷脂双分子层。

细胞骨架——蛋白质。

二、DNA的复制1.假说与证据⎩⎪⎨⎪⎧ 沃森和克里克的假说：半保留复制实验材料及方法⎩⎪⎨⎪⎧ 材料：大肠杆菌方法：放射性同位素标记法、离心技术结论：DNA 的复制是以半保留方式进行的2．过程概念以亲代DNA 为模板合成子代DNA 的过程 时期有丝分裂的间期和减数第一次分裂前的间期 流程 解旋→以母链为模板按碱基互补配对原则合成子链→子链延伸→亲子链复旋条件 ①模板：亲代DNA 的每一条链②原料：4种游离的脱氧核苷酸③能量：ATP④酶：解旋酶和DNA 聚合酶等结果1个DNA 复制形成2个完全相同的DNA 特点边解旋边复制，半保留复制 精确复制①独特的双螺旋结构提供模板②碱基互补配对原则 意义 将遗传信息从亲代传给子代，从而保持了遗传信息的连续性提示：可以。

PCR 技术。

三、基因是有遗传效应的DNA 片段1．基因的实质：基因是有遗传效应的DNA 片段。

2．基因与DNA 的关系：一个DNA 分子上有许多基因。

构成基因的碱基数小于DNA 分子的碱基总数。

3．基因与遗传信息：基因中脱氧核苷酸的排列顺序称为遗传信息；DNA 分子能够储存足够量的遗传信息。

4．基因与染色体的关系：基因在染色体上呈线性排列。

5．生物体多样性和特异性的物质基础：DNA 分子的多样性和特异性。

高考警示 (1)对于真核细胞来说，染色体是基因的主要载体；线粒体和叶绿体也是基因的载体。

(2)对于原核细胞来说，拟核中的DNA 分子或者质粒DNA 均是裸露的，并不与蛋白质一起构成染色体。

第3节DNA的复制[学习目标] 1.运用假说—演绎法探究DNA的复制方式，概述DNA通过半保留的方式进行复制。

2.理解DNA的准确复制是遗传信息稳定传递的基础。

一、对DNA复制的推测及DNA半保留复制的实验证据1．对DNA复制的推测(1)半保留复制①提出者：______________。

②观点：DNA复制方式为____________。

③内容：DNA复制时，DNA双螺旋解开，互补的碱基之间的________断裂，解开的两条单链分别作为复制的模板，游离的____________根据____________原则，通过形成________，结合到作为模板的单链上。

④结果：新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的________。

(2)全保留复制：指DNA复制以DNA双链为模板，子代DNA的双链都是________的。

2．DNA半保留复制的实验证据(1)实验方法：____________技术和____________技术。

(2)实验原理：只含15N的DNA密度____，只含14N的DNA密度____，一条链含14N、一条链含15N的双链DNA密度_______________________________________________。

因此，利用______技术可以在试管中区分含有不同N元素的DNA。

(3)探究DNA的复制方式①提出问题：DNA以什么方式复制？②作出假设：DNA以__________________________________________________________方式复制。

③演绎推理(预期实验结果)离心后应出现____条DNA带；a．重带(密度最大)：两条链都为______标记的亲代双链DNA。

b．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。

c．轻带(密度最小)：两条链都为______标记的子代双链DNA。

④实验验证实验结果条带数量在试管中位置DNA含N情况亲代靠近试管底部15N/15N－DNA 第一代位置居中第二代一条带位置居中，一条带位置靠上⑤实验结论：DNA的复制是以__________的方式进行的。

[dna的半保留复制]DNA半保留复制的实验证据篇一: DNA半保留复制的实验证据1、假设演绎证明的核心问题：区分母链和子链——同位素标记我们再回头分析DNA分子半保留复制的假说。

根据半保留复制的假说，我们可以推知子代DNA分子的两条链是不同的，也就是说图示中黑色链和黄色链应该是有区别的。

显然证明半保留复制的核心就是要区别这两条链，那么怎么样来区别呢？科学家们想到了一种方法——同位素示踪，怎么来标记呢？我们可以用15N来标记原先DNA分子中的碱基，也就是说亲代DNA分子的两条链现在都含有15N。

接下来放在14N的环境中，让亲代的DNA分子复制一次，根据半保留复制，子一代的DNA分子中：一条链含有15N，一条链含有14N——这样两条链就被区别开了。

虽然理论上我们这样做似乎就达到区分两条链的目的，但是还要求一定的技术手段来检测出这种区别。

这样的工作并不容易进行。

为了使检验工作更易可行，我们可以对假说继续演绎。

同位素标记后的继续演绎说明：1、将DNA分子置于15N的环境中培养一段时间后，得到两条链均为的15N标记的DNA分子。

噬菌体侵染细菌的实验，大家可以知道三种DNA分子的差异可以通过离心的方法检出。

根据演绎的结果，我们可以做出如下的预期：说明：假定亲代只有1个DNA分子1、第0代DNA为一个15N / 15N。

2、第1代DNA中两个均为15N / 14N。

3、第2代DNA中：两个为15N / 14N；另外两个为14N / 14N。

4、第n代DNA中：两个为15N / 14N，其余均为15N / 14N。

2、对演绎结果的实验证明1958年Meselson-Stahl利用大肠杆菌作为实验材料，进行了如下的实验：说明：实验所用的材料是大肠杆菌1.1、将大肠杆菌培养在15NH4Cl的培养液中生长若干代，经过此处理得到的大肠杆菌，其DNA中的两条链均被15N标记。

1.2、将两条链均被N15标记的大肠杆菌取出少量，提取其DNA，进行密度梯度离心，得到的条带表明：被标记的DNA密度较高。

高一生物DNA的结构与复制试题答案及解析1.下列关于DNA分子复制的说法中，正确的是( ).A．复制时解旋和配对、聚合过程是分开进行的B．新合成的两条DNA子链中的脱氧核苷酸的排列顺序相同C．两条链同时作模板进行复制D．复制过程中需要解旋酶、RNA聚合酶、DNA连接酶等【答案】C【解析】DNA复制的特点是边解旋边复制，故A错误；新合成的两条DNA子链与原来的两条母链发生碱基互补配对，因此这两条新链中脱氧核苷酸是互补，而不是相同，故B错误；复制时两条链同时作为模板进行复制，故C正确；复制过程中需要解旋酶，DNA聚合酶，不需要RNA聚合酶、DNA连接酶等，故D错误。

【考点】本题考查DNA复制的有关知识，意在考查考生识记能力和理解所学知识的要点，把握知识间的内在联系的能力。

2.某双链DNA分子中，腺嘌呤占全部碱基的30％，则此DNA分子中，胞嘧啶占全部碱基的A．40％B．30％C．20％D．60％【答案】C【解析】腺嘌呤和胸腺嘧啶是碱基互补配对的，共占60%，而胞嘧啶和鸟嘌呤是碱基互补配对是相等的，应占40%/2=20%，故C正确。

其余错误。

【考点】本题考查DNA结构相关知识，意在考察考生对知识点的理解掌握程度。

3.如图为DNA的复制，请回答有关问题。

（9分）（1）DNA的复制发生在期。

（2）②的过程称（3）指出③中的子链（4）③过程必需遵循原则（5）子代DNA分子中只有一条链来自亲代DNA分子，由此说明DNA的复制具有特点。

（6）将一个细胞的DNA用15N标记，放入14N的四种脱氧核苷酸培养液中，连续分裂4次,问：含14N的DNA细胞占总细胞数的，含15N的DNA细胞占总细胞数的。

【答案】（1）有丝分裂和减数第一次分裂间期（2）解旋（3）Ⅱ，Ⅲ（4）碱基互补配对（5）半保留复制（6）100% 1/8【解析】（1）DNA复制发生于有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期。

（2）②的过程为在解旋酶的作用下解旋，变为单链。

高一生物必修二遗传与进化导学案（编号： GZSWRJBXE012 ）班级，小组名：，姓名DNA分子复制的过程小组评价同位素标记法和离心法，常标记3H 、15N ，通过离心在试管中形成不同位置的DNA 条带。

2．DNA 复制的过程(认真分析下面两幅图)及意义标准图：简化图：【要点阐释】(1)子代DNA 分子中模板链与另一DNA 分子中新合成的子链碱基序列完全相同。

(2)影响细胞呼吸(A TP 供给)的所有因素都可能影响DNA 复制。

(3)体外也可进行，即PCR 扩增技术，除满足上述条件外，还应注意温度、pH 的控制及引物的加入。

3．DNA 复制过程中的数量关系由于DNA 分子的复制是一种半保留复制方式，一个DNA 分子连续进行n 次复制，可形成2n 个子代DNA ，其中只有2个DNA 分子含有最初亲代的母链。

图解如下：(1)一个DNA 不论复制多少次，产生的子代DNA 分子中含母链的DNA 分子数总是2个，含母链也总是2条。

(2)计算比值：n 次复制后，形成的子代DNA 分子中，含亲代DNA 母链的有两个DNA 分子，占子代DNA 总数的22n ＝12n －1；亲代DNA 分子母链两条，占子代DNA 中脱氧核苷酸链总数的22n ＋1＝12n 。

(3)计算原料用量：复制所需的某脱氧核苷酸数＝a ×(2n －1)，其中的a 为所求的脱氧核苷酸在原来DNA(即作模板的亲代DNA)分子中的数量，n 为复制次数。

本考点是高考重点考查的内容之一。

从高考试题来看，考查DNA 的复制主要涉及DNA 复制过程中的变化、特点，与细胞增殖、遗传和变异等的关系，DNA 的复制与其他生理过程(如转录、翻译等)的区别等。

【典例1】(2012·山东理综，5)假设一个双链均被32P 标记的噬菌体DNA 由5 000个碱基对组成，其中腺嘌呤占全部碱基的20%。

用这个噬菌体侵染只含31P 的大肠杆菌，共释放出100个子代噬菌体。

实验 同位素示踪法在探究DNA 复制方式中的应用(5年2考)(2013上海卷，2012北京卷)[要点突破]探究DNA 复制是半保留复制还是全保留复制，可用同位素标记技术和离心处理技术，根据复制后DNA 分子在试管中的位置即可确定复制方式。

具体过程及结果分析如下： 1．用放射性同位素标记大肠杆菌(1)若用14N 标记大肠杆菌(普通大肠杆菌无放射性)，得到14N/14N 的DNA 分子，将该DNA 分子离心处理，离心后位于试管的上部，即轻带(如下图1)。

(2)若用放射性同位素15N 标记大肠杆菌，得到15N/15N 的DNA 分子，将该DNA 分子离心处理，离心后位于试管的下部，即重带(如下图2)。

(3)若大肠杆菌的DNA 分子中一条链被14N 标记，另一条链被15N 标记，离心处理后将会位于试管的中部，即中带(如下图3)。

2．追踪DNA 的复制方式(1)将亲代含14N 的大肠杆菌转移到含15N 的培养基上增殖一代。

(2)将亲代含15N 的大肠杆菌转移到含14N 的培养基上增殖一代。

(3)分别对上述培养得到的大肠杆菌离心处理。

3．结果分析(1)若DNA 的复制方式为全保留复制，则离心后出现如下图4所示，即12重带和12轻带。

(该复制方式实际上是不存在的)(2)若DNA 的复制方式为半保留复制，则离心后出现如下图5所示，即全部为中带。

[典例透析]【典例1】科学家在研究DNA 分子复制方式时进行了如图所示的实验研究(已知培养用的细菌大约每20 min 分裂一次)：实验一：细菌――→14N 培养基培养破碎细菌细胞提取DNA 离心,结果A 实验二：细菌――→15N 培养基培养破碎细菌细胞提取DNA 离心,结果B实验三：(1)实验一和实验二的作用是________。

(2)从实验三的结果C、D可以看出DNA分子复制______(是/不是)半保留复制。

(3)如果实验三的结果都为E，则可判断DNA分子的复制方式________(是/不是)半保留复制。

第3课时 DNA 的复制课标要求 概述DNA 分子通过半保留方式进行复制。

1．DNA 复制方式的实验证据(1)实验者：美国生物学家梅塞尔森和斯塔尔。

(2)研究方法：假说—演绎法。

(3)实验材料：大肠杆菌。

(4)实验技术：同位素标记技术和离心技术。

(5)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。

(6)实验假设：DNA 以半保留的方式复制。

(7)实验预期：离心后应出现3条DNA 带。

重带(密度最大)：两条链都为15N 标记的亲代双链DNA ；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 ；轻带(密度最小)：两条链都为14N 标记的子代双链DNA 。

(8)实验过程及分析①实验过程②实验分析a ．立即取出：提取DNA →离心→全部重带。

b.细胞分裂一次(即细菌繁殖一代)取出：提取DNA →离心→全部中带。

c.细胞再分裂一次(即细菌繁殖两代)取出：提取DNA →离心→12轻带、12中带。

(9)实验结论：DNA 的复制是以半保留的方式进行的。

2．DNA 的复制(1)概念、时间、场所(2)过程(3)结果：一个DNA 分子形成了两个完全相同的DNA 分子。

(4)特点⎩⎪⎨⎪⎧边解旋边复制半保留复制 (5)DNA 准确复制的原因DNA 具有独特的双螺旋结构，为复制提供精确的模板，碱基互补配对原则，保证了复制能准确地进行。

(6)DNA 复制的意义：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。

热图分析 下列为DNA 复制的有关图示，A →B →C 表示大肠杆菌的DNA 复制，D →E →F 表示哺乳动物的DNA 分子复制。

图中黑点表示复制起点，“→”表示复制方向，“⇨”表示时间顺序。

①若A 中含有48 502个碱基对，而子链延伸速率是105个碱基对/min ，假设DNA 分子从头到尾复制，理论上此DNA 分子复制约需30 s ，而实际上只需约16 s ，根据A →C 过程分析，这是因为复制是双向进行的。