精选高中生物第三章基因的本质第3节DNA的复制第4节基因是有遗传效应的DNA片段导学案新人教版必修2.docx

精选高中生物第三章基因的本质第3节DNA的复制第4节基因是有遗传效应的DNA片段导学案新人教版必修2.docx

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精选高中生物第三章基因的本质第3节DNA的复制第4节基因是有遗传效应的DNA片段导学案新人教版必修2

第三章基因的本质第3节DNA的复制第4节基因是有遗传效应的DNA片段

　1.理解DNA分子的复制。

（重点）　2.说出DNA与基因、遗传信息间的关系。

（重、难点）

3.理解基因多样性和特异性的原因。

（重、难点）

[学生用书P59]）

一、对DNA分子复制的推测（阅读教材P52）

1.假说：

半保留复制方式。

2.内容

（1）解旋：

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。

（2）复制：

以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，结合到作为模板的单链上。

（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。

二、DNA分子的复制（阅读教材P54）

1.概念：

以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。

2.时间：

细胞有丝分裂的间期和减数第一次分裂前的间期。

3.条件

项目

内容

模板

亲代DNA分子的两条单链

原料

游离的4种脱氧核苷酸

能量

ATP

酶

解旋酶、DNA聚合酶等

4.过程：

解旋→合成子链→重新螺旋，形成子代DNA。

5.结果：

形成两个与亲代DNA分子完全相同的子代DNA分子。

6.意义：

将遗传信息从亲代传给了子代，从而保持了遗传信息的连续性。

7.特点：

边解旋边复制，半保留复制。

8.准确复制的原因

（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，保证了复制准确无误地进行。

点拨在DNA分子复制过程中容易发生基因突变，可能产生性状的改变。

三、基因与DNA的关系（阅读教材P55～P57）

1.从数量上看

（1）每个DNA分子上有多个基因。

（2）所有基因的碱基总数小于（填“大于”“等于”或“小于”）DNA分子的碱基总数，即DNA分子上只有部分碱基参与基因的组成。

2.从功能上看：

基因是有遗传效应的DNA片段。

四、DNA片段中的遗传信息（阅读教材P56～P57）

1.含义：

DNA分子中4种碱基的排列顺序。

2.DNA分子的特点

（1）多样性：

碱基排列顺序的千变万化。

（2）特异性：

碱基的特定的排列顺序。

3.与生物体多样性和特异性的关系

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。

1.思考

（1）DNA分子的哪些结构特点保证了其精确复制？

提示：

DNA分子独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板，通过碱基互补配对保证了复制的准确进行。

（2）基因是碱基随机排列成的DNA片段吗？

为什么？

提示：

基因不是碱基随机排列成的DNA片段。

基因的碱基序列是特定的，是具有特异性的，如果把碱基随机排列，不一定具有遗传效应，也就构不成基因。

2.判断

（1）所有的细胞都能进行DNA复制。

（×）

分析：

有的细胞如神经细胞不能进行DNA复制。

（2）DNA解旋后的每一条脱氧核苷酸链都可以作为DNA复制的模板。

（√）

分析：

DNA一次复制可以形成两个DNA分子，因为解旋后的每条脱氧核苷酸链都可以作为复制的模板。

（3）DNA双螺旋全部解开后，再开始进行DNA复制。

（×）

分析：

DNA复制是边解旋边复制。

（4）（2016·河南郑州高一期末）DNA解旋酶破坏的是氢键，不能将DNA分解成脱氧核苷酸。

（√）

（5）基因就是DNA片段。

（×）

分析：

并不是所有的DNA片段都是基因，基因是具有遗传效应的DNA片段。

（6）基因能够准确地复制，并且能够储存遗传信息。

（√）

主题一　DNA分子的复制特点[学生用书P60]

　DNA复制的方式

分析下面实验过程，探究以下问题：

（1）上述实验采用了放射性同位素标记法。

（2）预期的实验结果

（3）该实验说明：

DNA分子的复制是以半保留的方式进行的。

　理解DNA复制的特点

结合下面DNA复制的模式图，探究以下问题：

（1）a链的碱基序列和c链相同，d链的碱基序列和b链相同。

（2）说明了DNA复制的特点为半保留复制。

1.对DNA复制的理解

（1）DNA复制的场所：

主要场所是细胞核，但在拟核、线粒体、叶绿体中也能进行DNA复制。

（2）能够进行DNA复制的生物：

一切以DNA为遗传物质的生物。

（3）真核生物细胞核中DNA复制发生的时间：

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。

（4）复制所需的酶是指一个酶系统，不仅仅是指解旋酶和DNA聚合酶，还包括DNA连接酶等。

①解旋酶的作用是破坏碱基间的氢键。

②DNA聚合酶的作用是连接游离的脱氧核苷酸。

③DNA连接酶的作用是连接DNA片段。

（5）两个子代DNA的位置及分开时间：

复制产生的两个子代DNA分子位于一对姐妹染色单体上，由着丝点连在一起，在有丝分裂后期或减数第二次分裂后期着丝点分裂时分开，分别进入两个子细胞中。

（6）DNA分子的复制往往是从多个起点同时进行的，如图：

　DNA半保留复制的实验

1.把培养在含轻氮（14N）环境中的1个细菌，转移到含重氮（15N）环境中，培养相当于复制一轮的时间，然后取1个细菌放回原环境中培养相当于复制两轮的时间后，细菌DNA组成为（　　）

A.3/4轻氮型、1/4中间型　　B.1/4轻氮型、3/4中间型

C.1/2轻氮型、1/2中间型D.3/4重氮型、1/4中间型

解析：

选A。

轻氮（14N）环境中1个细菌转移到重氮（15N）环境中培养相当于复制一轮的时间后，DNA分子全为15N/14N，再返回轻氮（14N）环境中培养复制两次，产生4个DNA分子，其中有1个DNA分子为15N/14N，3个DNA分子为14N/14N，所以结果为3/4轻氮型、1/4中间型。

　DNA复制的过程

2.如图为真核细胞DNA分子复制过程模式图。

据图分析，下列相关叙述中错误的是（　　）

A.由图示可知，DNA分子复制的方式是半保留复制

B.从图中可以看出合成两条子链时，DNA聚合酶移动的方向是相反的

C.子链合成的方向是一定的

D.解旋需解旋酶及DNA聚合酶的催化，且需要消耗ATP

“三看法”判断DNA复制

一看模板是否为DNA；

二看原料是否为脱氧核苷酸；

三看产物是否为DNA。

主题二　DNA分子复制过程中的相关计算[学生用书P61]

DNA分子的复制方式为半保留复制，一个被15N标记的DNA分子在含有14N脱氧核苷酸的培养基中复制n次。

结合下面图解，分析以下问题。

（1）完成下面表格

分子或链

所占比例

世代

只含15N的分子

含14N、15N的杂交分子

只含14N的分子

含15N的链

含14N的链

0

1

0

0

1

0

第1代

0

1

0

1/2

1/2

第2代

0

1/2

1/2

1/4

3/4

第n代

0

2/2n

1－2/2n

1/2n

1－1/2n

（2）消耗的脱氧核苷酸数

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个。

（1）一个DNA分子经过4次复制后形成的子代DNA中完全为新合成的有多少个？

提示：

14个。

4次复制形成的16个DNA分子中，有2个含有原来的母链DNA。

（2）某DNA分子含有100个碱基对，其中有腺嘌呤50个，该DNA分子第三次复制需要消耗多少个鸟嘌呤？

提示：

200个。

该DNA分子中G＝C＝（100×2－50×2）÷2＝50个，第三次复制新增加的DNA分子为8－4＝4个，共消耗鸟嘌呤为50×4＝200个。

1.子代DNA分子中，含14N的有2n个，只含14N的有（2n－2）个，做题时应看准是“含”还是“只含”。

2.无论复制多少次，含15N的DNA分子始终是2个，占总数比例为。

3.子代DNA分子的链中，总链数2n×2＝2n＋1条。

含15N的链始终是2条，占总数比例为＝。

做题时，应看准是“DNA分子数”还是“链数”。

1.（2016·泰安高一检测）用15N标记含有100个碱基对的双链DNA分子，其中有胞嘧啶60个，该DNA分子在含有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.复制过程中需要腺嘌呤脱氧核苷酸600个

C.含有14N的DNA分子占7/8

D.复制结果共产生16个DNA分子

2.（2016·江西临川一中期中）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20%，将其置于只含31P的环境中复制3次。

下列叙述不正确的是（　　）

A.该DNA分子中含有氢键的数目为1.3×104

B.复制过程需要2.1×104个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸

C.子代DNA分子中含31P与含32P的分子数之比为3∶1

D.子代DNA分子中含31P的单链与含32P的单链之比为7∶1

解析：

选C。

由题意知，该DNA分子含有5000个碱基对，A占20%，因此A＝T＝10000×20%＝2000，C＝G＝3000，则该DNA分子中含有氢键的数目＝2000×2＋3000×3＝13000个，A正确；DNA分子复制3次形成了8个DNA分子，其中有7个DNA分子需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸，所以复制过程需要的游离的胞嘧啶脱氧核苷酸数目＝7×3000＝21000个，B正确；子代DNA分子中含32P的DNA分子只有两个，含31P的分子数是8个，二者之比是1∶4，C错误；由题意知含有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31P的单链与含32P的单链之比为7∶1，D正确。

主题三　基因是有遗传效应的DNA片段[学生用书P61]

　基因的结构

材料1：

大肠杆菌细胞的拟核有1个DNA分子，长度约为4700000个碱基对，在DNA分子上分布着大约4400个基因，每个基因的平均长度约为1000个碱基对。

由此说明基因是DNA的片段。

　基因的功能

材料2：

生长在太平洋西北部的一种海蜇能发出绿色荧光，这是因为海蜇的DNA分子上有一段长度为5170个碱基对的片段——绿色荧光蛋白基因。

转基因实验表明，转入了海蜇的绿色荧光蛋白基因的转基因鼠，在紫外线的照射下，也能像海蜇一样发光。

由此说明基因具有特定的遗传效应。

　遗传信息的多样性和特异性

（1）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1000个碱基对组成的DNA分子，它的碱基对可能的排列方式就有41000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。

（2）特异性：

每个特定的DNA分子都有特定的碱基排列顺序，都贮存着特定的遗传信息，即遗传信息的特异性。

1.

2.脱氧核苷酸、基因、DNA和染色体的关系

（1）图解

（2）范围大小

1.下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

2.如图表示基因与染色体之间的关系，下列相关叙述中，错误的是（　　）

A.H是遗传物质的主要载体

B.C的种类有五种

C.E在H上呈线性排列

D.E中的遗传信息在复制过程中严格遵循碱基互补配对原则

解析：

选B。

A项：

细胞核中的遗传物质全部分布在染色体上，但细胞质中的遗传物质分布在线粒体和叶绿体中，所以说染色体是遗传物质的主要载体。

B项：

因为D是构成DNA的基本单位——脱氧核苷酸，所以C（碱基）只有四种。

C项：

基因是具有遗传效应的DNA片段，基因在染色体上呈线性排列。

D项：

基因在复制过程中要严格遵循碱基互补配对原则，以确保遗传信息准确地传递给子代。

基因概念理解的两个误区

（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。

（2）不是所有的基因都位于染色体上，叶绿体和线粒体中也有基因。

核心知识小结

[要点回眸]

[规范答题]

1.DNA复制发生在细胞分裂的间期。

2.DNA复制需要DNA模板、4种脱氧核苷酸做原料以及酶和能量。

3.DNA复制的特点是边解旋边复制和半保留复制。

4.DNA分子独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板；通过碱基互补配对，保证了复制能够准确地进行。

5.基因是有遗传效应的DNA片段。

6.DNA中碱基对的排列顺序表示遗传信息。

7.DNA分子具有多样性、特异性和稳定性。

[随堂检测][学生用书P63]

1.有关DNA复制的叙述，正确的是（　　）

A.有丝分裂分裂期和减数分裂过程中进行复制

B.全部解旋之后才开始碱基配对

C.复制后每个新DNA分子含一条母链和一条子链

D.复制的场所是细胞核和核糖体

解析：

选C。

DNA复制主要发生在有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期；DNA复制的特点之一是边解旋边复制；DNA复制方式是半保留复制，即复制后每个新DNA分子含一条母链和一条子链；复制的场所主要在细胞核，此外在线粒体和叶绿体中也能进行DNA的复制。

2.（2016·太原高一检测）DNA分子复制时解旋酶作用于下列哪一结构（　　）

解析：

选D。

解旋酶的作用是打断碱基对之间的氢键，使DNA双螺旋解开，只有D项属于DNA上的碱基对。

3.（2016·宿迁高一检测）某DNA分子片段为，可进行人工复制使其数量增加，复制时应给予的条件是（　　）

①ATGTG和TACAC作模板链　②4种核糖核苷酸　③4种脱氧核苷酸　④DNA聚合酶　⑤DNA水解酶

A.①③④　　　　　　　　B.①②④

C.①②⑤D.①③⑤

4.将用15N标记的一个DNA分子放在含有14N的培养基中，让其复制三次，则含有15N的DNA分子占全部DNA分子的比例、含有14N的DNA分子占全部DNA分子的比例以及含有15N的脱氧核苷酸链占全部DNA单链的比例依次是（　　）

A.1/2，7/8，1/4B.1/4，1，1/8

C.1/4，7/8，1/8D.1/8，1，1/8

解析：

选B。

用15N标记的一个DNA分子放在含有14N的培养基中，让其复制三次，则产生的DNA分子共有23＝8个，共有16条脱氧核苷酸链，其中含有15N的DNA分子有2个，含有15N的脱氧核苷酸链2条，含14N的DNA分子为8个，根据数值计算即可。

5.（2016·河北承德高一检测）已知某DNA分子含有1000个碱基对，其中一条链上A∶G∶T∶C＝1∶2∶3∶4。

该DNA分子连续复制两次，共需要鸟嘌呤脱氧核苷酸分子数是（　　）

A.600个B.900个

C.1200个D.1800个

解析：

选D。

DNA分子中含有2000个碱基，又知其中一条链中A∶G∶T∶C＝1∶2∶3∶4。

该DNA分子中A＝T，C＝G，则求出该DNA分子中鸟嘌呤脱氧核苷酸分子数为600个，该DNA分子连续复制两次，共需要鸟嘌呤脱氧核苷酸分子数为（22－1）×600＝1800个。

6.（2016·徐州高一检测）下列有关真核生物基因的叙述中，不正确的是（　　）

A.基因是遗传信息的携带者

B.所有基因都在染色体上呈线性排列

C.基因是有遗传效应的DNA片段

D.相同基因在一个四分体上可达到4个

7.（2016·合肥高一检测）下列图甲中DNA分子有a和d两条链，将图甲中某一片段放大后如图乙所示，结合所学知识回答下列问题：

（1）从图甲可看出DNA复制的方式是

________________________________________________________________________。

（2）图甲中，A和B均是DNA分子复制过程中所需要的酶，其中B能将单个的脱氧核苷酸连接成脱氧核苷酸链，从而形成子链，则A是________酶，其作用是________；B是________酶。

（3）图甲过程在植物根尖分生组织细胞中进行的场所有________，进行的时间为

__________。

（4）图乙中，10是________________，DNA分子的基本骨架由________交替连接而成；DNA分子两条链上的碱基通过________连接成碱基对，并且遵循____________原则。

解析：

（1）分析图甲可知，a、d是DNA复制的模板链，b、c是新合成的子链，DNA分子是半保留复制。

（2）分析图甲可知，A是解旋酶，作用是断裂氢键，使DNA解旋，形成单链DNA；B的作用是将单个的脱氧核苷酸连接成脱氧核苷酸链，为DNA聚合酶。

（3）植物根尖分生组织细胞中的DNA存在于细胞核和线粒体中，因此在细胞有丝分裂间期，细胞核和线粒体中都能进行DNA分子复制。

（4）分析图乙可知，10是一条脱氧核糖核苷酸链；DNA分子的基本骨架由脱氧核糖和磷酸交替连接而成，排列在外侧；DNA分子两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，排列在内侧，碱基对之间遵循A与T配对、G与C配对的碱基互补配对原则。

答案：

（1）半保留复制

（2）解旋　解旋、断裂氢键　DNA聚合

（3）细胞核、线粒体　有丝分裂间期

（4）一条脱氧核苷酸链片段　脱氧核糖和磷酸　氢键　碱基互补配对

[课时作业][学生用书P133（独立成册）]

一、选择题

1.（2016·西安高一检测）下列有关真核细胞DNA分子复制的叙述，正确的是（　　）

A.复制形成的两个子代DNA分子共2个游离的磷酸基团

B.DNA复制完成后原先的DNA分子不复存在

C.DNA聚合酶催化碱基对之间的连接

D.复制过程中先全部解链，再进行半保留复制

2.（2016·潍坊高一检测）下列关于DNA复制的叙述中，正确的是（　　）

A.DNA复制时，亲代DNA中只有一条链是模板

B.精原细胞略微增大进行DNA复制

C.DNA复制在核糖体上进行

D.DNA复制时，以其周围的游离的脱氧核糖核酸为原料

解析：

选B。

DNA复制时，亲代DNA中的两条链都是模板，A项错误；精原细胞略微增大，说明细胞处于分裂间期，正在进行DNA复制，B项正确；DNA复制主要在细胞核中进行，蛋白质合成在核糖体上进行，C项错误；DNA复制时，以其周围的游离的单体——脱氧核糖核苷酸为原料，D项错误。

3.在一个细胞周期中，DNA复制过程中的解旋发生在（　　）

A.两条DNA母链之间

B.DNA子链与其互补的母链之间

C.两条DNA子链之间

D.DNA子链与其非互补母链之间

解析：

选A。

DNA复制过程中的解旋发生在两条DNA母链之间。

4.女性子宫肌瘤细胞中最长的DNA分子可达36mm，DNA复制速度约为4μm/min，但复制过程仅需40min左右即可完成。

这是因为DNA分子（　　）

A.边解旋边复制

B.每个复制点双向复制，使子链迅速延伸

C.以半保留方式复制

D.复制起点多，分段同时复制

解析：

选D。

DNA分子长36mm，复制速度为4μm/min，则如果从始端开始复制，所需复制时间大约是36×103μm÷4μm/min＝9×103min，而实际上只需40min左右，究其原因应该是复制起点多，分段同时复制。

5.DNA的复制保持了亲子代间遗传信息传递的连续性，DNA的复制不可能发生在（　　）

A.细胞核B.叶绿体C.线粒体D.核糖体

解析：

选D。

细胞核、叶绿体、线粒体中都有DNA，均可发生DNA复制，而核糖体中无DNA。

6.最新研究表明，人类24条染色体上含有3万～4万个蛋白质编码基因。

这一事实说明（　　）

A.基因是DNA上有遗传效应的片段

B.基因是染色体

C.1条染色体上有许多个基因

D.基因只存在于染色体上

解析：

选C。

人类24条染色体上含有3万～4万个蛋白质编码基因，说明1条染色体上含有许多个基因；线粒体内基因就不在染色体上。

7.某双链DNA分子共含有含氮碱基1400个，其中一条单链上（A＋T）/（G＋C）＝2/5，问该DNA分子连续复制两次，共需游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的数目是（　　）

A.300个B.400个

C.600个D.1200个

8.将用15N标记的一个DNA分子置于含14N的脱氧核苷酸的培养基中，经过4次连续复制，含15N标记的脱氧核苷酸链占总脱氧核苷酸链的比例是（　　）

A.1/4B.1/6C.1/8D.1/16

解析：

选D。

一个含有15N的DNA分子经过4次复制得到24＝16个DNA分子，共2×16＝32条脱氧核苷酸链，其中含有15N标记的脱氧核苷酸链只有2条，故含有15N标记的脱氧核苷酸链所占的比例是2/32＝1/16。

9.用15N标记细菌的DNA分子，再将它们放入含14N的培养基中连续繁殖4代，a、b、c为3种DNA分子：

a只含15N，b同时含14N和15N，c只含14N，如图，这3种DNA分子的比例正确的是（　　）

解析：

选D。

假设亲代DNA分子为n个，则繁殖4代后，DNA分子总数为16n，其中，只含15N的DNA分子为0个，同时含14N和15N的DNA分子有2n个，只含14N的DNA分子有14n个，它们呈现的比例为D选项所示。

10.下列关于如图DNA分子片段的说法，正确的是（　　）

A.解旋酶可作用于①②处

B.“G”是鸟嘌呤脱氧核糖核苷酸

C.该DNA的特异性表现在碱基种类和（A＋G）/（C＋T）的比例上

D.把此DNA放在含15N的培养液中复制2代，子代中含15N的DNA占3/4

11.（2016·开封高一检测）用一个32P标记的噬菌体侵染31P标记的细菌。

若该细菌解体后释放出16个大小、形状一样的噬菌体，则其中含有32P的噬菌体有（　　）

A.1个B.2个

C.15个D.16个

解析：

选B。

用一个32P标记的噬菌体侵染含有31P标记的细菌。

若该细菌解体后释放出16个大小、形状一样的噬菌体，其中有2个含有杂合的DNA，其中一条单链含32P，另一条单链含31P；其余的14个噬菌体的DNA分子的两条单链仅仅含31P。

12.假定某高等生物体细胞内染色体是10条，其中染色体中的DNA用3H标记，将该体细胞放入不含有标记的培养液中连续培养2代，则在第二次有丝分裂后期，每个细胞中没有被标记的染色体为（　　）

A.5条B.40条C.20条D.10条

解析：

选D。

DNA是半保留复制，体细胞中10条染色体都被3H标记，经过第一次有丝分裂后，每个DNA分子一条链被3H标记，另一条链不被标记。

第二次有丝分裂间期DNA进行复制，而原料不被标记，所以含有3H标记与不含3H标记的染色体数量之比为1∶1，即有丝分裂后期，细胞中含有3H标记与不含3H标记的染色体各有10条，D选项正确。

二、非选择题

13.下图表示真核细胞内某物质的合成过程，请回答