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
DNA复制方式探究
Байду номын сангаас
第二步：将双链均被15N标记的亲代DNA放在含14N的培养基中 生长，让其再繁殖一代，取子代的DNA进行CsCl梯度离心， 实验结果显示离心管中出现一条中带(一条链含15N，另一条链 含14N)。
第三步：将第二步所得到的大肠杆菌放入含14N的培养基中培养， 得到子二代，然后提取DNA进行CsCl梯度离心，实验结果是 离心管中有2条带，即一条轻带(两条链都含14N)，另一条为中
第二步：将亲代1/大2重肠和杆1/菌2轻(含15N)转移到含14N的培养基上繁殖一 代(Ⅰ)，全请中分析：
如果DNA位于___________带位置，则是全保留复制；如果 DNA如位果于DN_A_的1_/复_4重制__和方_3式/_4为带轻全位保置留复，制则，是则半一保个亲留代复(制15N。—15N)的大肠
第三步杆：1菌为/2转中了移和进到1/一含21轻步4N验的证培养第基二上步繁的殖推一代测，结子果代，两将个D亲N代A分大子肠是杆：菌一(含 15N)个转15移N—到1含5N1，4N一的个1培4N养—基14N上，连其续在离繁心殖管两中代分(布Ⅱ的)位，置请是分一析半在：轻
如D果无ND论A带(DN是1位5N、AN半A于位一—分保1半_于5子留N_在_都复)_的重_是制_大_带1还_5_肠；N_是_杆—如_全_1菌_果4_保N_转D_留，_N移_复其_A_到带的制在_含复，离位带14制离心N置位方心管的，置式后中培则，为的分养是则半结布基保果的上半是不留是位繁保全正复一置殖留保确制致全一复留，的部代制复则，在一无中子。制个法带代；亲区。两如代分个果
(2)有人提出：第一代(Ⅰ)的DNA用解旋酶处理后再离心，就能 直接判断DNA的复制方式，如果轻带和重带各占1/2，则一定 为半保留复制。你认为此人说法是否正确？_______。原因 是 _______________________________________
(复习)《DNA的复制》
5.特点： 边解旋边复制；半保留复制 亲代DNA分子的两条母链。 模板：____________________________
6.条件：
细胞中游离的4种脱氧核苷酸。 原料：_____________________________ ATP 能量：________ DNA解旋酶，DNA聚合酶、DNA连接酶等。 酶：___________________________________
DNA的复制
一、对DNA复制的推测:
最早提出的DNA复制模型有三种：
1、全保留复制：新复制出的分子直接形成， 完全没有旧的部分； 亲代DNA
复制一次
子代DNA
2、半保留复制：形成的分子一半是新的，一 半是旧的；
复制一次
3、分散复制（弥散复制）：新复制的分子中 新旧都有，但分配是随机组合的；
复制一次
7.DNA复制的意义：
DNA分子通过复制，将遗传信息从亲代传给了子代，从而使生物前
后代保持了遗传信息的连续性。
8.DNA准确复制的原因：
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。
DNA分子复制时间还有其他时期?
无丝分裂之前他问题：
1.外界条件对DNA复制的影响 在DNA复制的过程中，需要酶的催化和ATP供能，凡是影响酶活性 的因素和影响细胞呼吸的因素，都会影响DNA的复制。 2.DNA复制的准确性
一般情况下，DNA能准确地进行复制。特殊情况下，在外界因素
和生物内部因素的作用下，可能造成碱基配对发生差错，引起 DNA复制过程中出现差错,即：出现基因突变。 3.DNA复制的起点数目和方向 DNA在进行复制的时候，起点可能不仅仅为一个，有时候为多起点 复制，复制的方向也不是单一的，既可以单向进行，也可以双向
高中生物学必修2P54【思考讨论】“证明DNA半保留复制实验”教学设计
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。
同位素标记
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。
DNA的复制
⑵、G2代在①、②、③三条带中DNA数 的比例是 0:2:2 。 ⑶、图中 ① 、②两条带中DNA分子所含的同
位素磷分别是： ， 。 ⑷、上述实验结果证明了DNA的复制方式 是 半保留复制 。
31P 31P 和32P
二、DNA复制的过程
思考及小组讨论解决以下问题：
1、尝试说出DNA复制的概念。 2、结合真核细胞中DNA的分布，说出 DNA复制的场所在哪里？ 3、回忆学过的细胞分裂知识，说出DNA复制的时期？ 4、DNA复制过程可划分为哪几个阶段?
DNA复制与染色体复制的关系:
15N 15N
14N
14N
15N
A C T T G A C G A
T G A A C T G C T
15N
复制
染色体数目不变 DNA数目加倍
①子代DNA分子中脱氧核苷酸链数： ②亲代脱氧核苷酸链数：
2n+1条
2条
③新合成的脱氧核苷酸链数：
2n+1-2条
练习：一个有N15标记的DNA分子放在没有 标记的环境中培养,复制5次后标记的 DNA分子链数占DNA分子总链数的（ D ） A.1/10 C.1/16 B.1/5 D.1/32
规律总结 （3）消耗的脱氧核苷酸数 若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸 m个，则经过n次复制后需要消耗环境中 该脱氧核苷酸个数为： m（ 2 n － 1 ）
精确的模板和碱 原料： 四种脱氧核苷酸 能量： ATP 酶： 解旋酶、DNA聚合酶等
基互补配对原则
是准确复制的保证
6.方法（特点）： 变解旋边复制、半保留复制 7.意义： 通过复制，使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。
19.DNA复制方式探究
【典例印证】
某校一个生物活动小组借助某大学的实验设备，对有关DNA复制 的方式进行探究，有人认为DNA是全保留复制，也有人认为 DNA是半保留复制。为了证明这两种假设，这个小组设计了下 列实验程序，请完成实验并对结果进行预测。
【理论指导】
1．实验方法
探究DNA复制的方式，采用的是同位素示踪技术和离心处理， 根据试管中DNA的分布位置确定复制方式。
2．有关DNA复制方式的推测
(1)全保留复制模型：作为模板的DNA的两条母链分开，分别复 制形成两条DNA子链，此后两条母链彼此结合，恢复原状，新 合成的两条子链彼此互补结合形成一条新的双链DNA分子。
3．实验过程
第一步：将大肠杆菌放在含有15N的培养基中培养，获得实验用 的亲代细菌，使亲代的DNA双链都标记上15N(两条链均为重 链)，提取DNA进行CsCl梯度离心，结果只有一条重带。
第二步：将双链均被15N标记的亲代DNA放在含14N的培养基中生 长，让其再繁殖一代，取子代的DNA进行CsCl梯度离心，实 验结果显示离心管中出现一条中带(一条链含15N，另一条链含 14N)。
第一步：在氮源为14N的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA分子 均为14N—14N；在氮源为15N的培养基上生长的大肠杆菌，其 DNA分子均为15N—15N。用某种离心方法分离得到的结果如上 图所示，其DNA分别分布在轻带和重带上。
第二步：将亲代大肠杆菌(含15N)转移到含14N的培养基上繁殖一代 (Ⅰ)，请分析：
(2)弥散复制模型：亲代DNA双链被切成双链片段，而这些片段 又可以作为新合成双链片段的模板，新、老双链又以某种方式 聚集成“杂种链”。
【人教版】高考生物一轮教案：第19讲-dna分子的结构和复制(含答案)
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。
半保留复制
• 最后DNA新合成的片段在旋转酶的帮助下 重新形成螺旋状。
• DNA片段的生成：在引物提供了3'-OH末端的基 础上，DNA聚合酶催化DNA的两条链同时进行复 制过程，由于复制过程只能由5'->3'方向合成，因 此一条链能够连续合成，另一条链分段合成，其 中每一段短链成为冈崎片段（Okazaki fragments）。
• RNA引物的水解：当DNA合成一定长度后， DNA聚合酶水解RNA引物，补填缺口。
• 氮是DNA的重要组成部分，氮14（14N）则是 氮中最常见的同位素，而较重的氮15（15N） 在自然界也可以独立存在，并不具有放射性， 只是相对比重较大。
大肠杆菌 在15N的 培养液中 培养若干 代 转移到 14N的培 养液中
第 一 代
第 二 代
提ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ DNA 离心
细胞分裂一次 提取 DNA 离心
DNA半保留复制
一、对DNA分子复制的推测
全保留复制
半保留复制
弥散型复制
半保留复制模型
沃森和克里克认为：
原有DNA分子的两 条单链会分开，每 一条单链各作为一 个模板用来复制新 的单链，所以新合 成的DNA分子中有 一条旧链和一条新 链。
二、DNA半保留复制的实验证据
• 1958年，马修•梅塞尔森（Matthew Meselson） 和富兰克林•斯塔尔（Franklin Stahl）用同位 素标记法和氯化铯密度梯度离心法证明了沃森 和克里克的半保留复制模型。这个实验被称作 梅塞尔森-斯达尔实验
该实验证明了： DNA的半保留复制
三、半保留复制机制
复制时DNA双螺旋的两条链解开，并分别作 为模板指导互补链的合成。每个子代DNA的一 条链来自亲代的DNA，另一条链则是新合成的 。
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A．31P
B．32P
C．32S
D．35S
必修二 第三单元 遗传的分子基础
(二)观察乙图DNA复制 (1)该过程主要发生在细胞的____________(部位)。正常进 行所需的条件是_______________________________________。 (2)图中A′链与________链相同，B′链与________链相同， 因此该过程形成的两个DNA分子完全相同，每个子代DNA分子 中 均 保 留 了 其 亲 代 DNA 分 子 的 一 条 单 链 ， 这 种 复 制 方 式 称 为 ________。 (3) 假 如 经 过 科 学 家 的 测 定 ， A 链 上 的 一 段 (M) 中 的 A∶T∶C∶G为2∶1∶1∶3，能不能说明该科学家的测定是错 误的？________，原因是______________________。
2．对DNA复制过程中“第n次”还是“n次”复制所需某 种碱基数量的计算原理不清
已知DNA分子中碱基数，求复制n次与第n次所需某种碱基 的数目：某DNA分子中含某种碱基a个，复制n次，则共需加入 含该种碱基的脱氧核苷酸为a×(2n－1)个，因为最初亲代DNA 分子做模板不需要原料；但第n次复制时所需含该种碱基的脱氧 核苷酸为a×(2n－1)－a×(2n－1－1)＝a×2n－1。
答案：(1)1/2重和1/2轻 全中 1/4重和3/4轻 1/2中和1/2 轻 (2)不正确 无论半保留复制还是全保留复制，如果研究 DNA链的情况，结果是一致的，无法区分
必修二 第三单元 遗传的分子基础
必修二 第三单元 遗传的分子基础
必修二 第三单元 遗传的分子基础
1．关于噬菌体的亲子代个体与细菌之间同位素标记关系不 清
必修二 第三单元 遗传的分子基础
必修二 第三单元 遗传的分子基础
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。
必修二 第三单元 遗传的分子基础
(实验设计)某校一个生物活动小组要进 行研究性学习。对生物学史上的经典实验 进行验证，也是研究性学习的内容之一。 这个小组借助某大学的实验设备，对有关 DNA复制的方式进行探索，有人认为DNA 是全保留复制，也有人认为DNA是半保留 复制。为了证明这两种假设，这个小组设 计了下列实验程序，请完成实验并对结果 进行预测。
必修二 第三单元 遗传的分子基础
(二)(1)审题不够仔细，对DNA复制的条件混淆。DNA分子 复制的主要场所是细胞核，在线粒体、叶绿体中也存在着DNA 分子的复制，正常进行DNA分子复制所需要的条件是模板、酶、 原料、能量等。
(2)DNA分子复制为半保留复制，在合成子链时遵循碱基互 补配对原则，新合成的子链与另一条母链相同。
必修二 第三单元 遗传的分子基础
第三步：为了进一步验证第二步的推测结果，将亲代大肠 杆菌(含15N)转移到含14N的培养基上再连续繁殖一代(Ⅱ)。
请分析： 如 果 DNA 位 于 ________ 带 位 置 ， 则 是 全 保 留 复 制 ； 如 果 DNA位于________带位置，则是半保留复制。 (2)有人提出：第一代(Ⅰ)的DNA用解旋酶处理后再离心， 就能直接判断DNA的复制方式，如果轻带和重带各占，则一定 为半保留复制。 你 认 为 这 同 学 说 法 是 否 正 确 ？ ________ 。 原 因 是 ____________________________________。
参考答案：(一)C (二)(1)细胞核 酶、能量、模板、原料 (2)B A 半保留复制 (3)不能 在单链中不一定是A＝T，G＝C (4)A∶T∶C∶G＝1∶2∶3∶1 (5)1/4 1/8
必修二 第三单元 遗传的分子基础
(一)图甲是用同位素32P、35S分别标记T2噬菌体DNA和大肠 杆菌的蛋白质(氨基酸)，然后进行“噬菌体侵染细菌的实验”， 侵染后产生的子代噬菌体(10～1 000个)与亲代噬菌体形态完全 相同，而子代噬菌体的DNA分子和蛋白质分子肯定不含有的标 记元素是________。
必修二 第三单元 遗传的分子基础
易错答案：(一)D (二)(1)细胞核、细胞质 酶、能量、模板、核糖核苷酸 (2)B A 半保留复制 (3)不能 在单链中不一定是A＝T，G＝C (4)A∶T∶C∶G＝2∶1∶3∶1 (5)1/2 1/8 错因分析：(一)对噬菌体侵染细菌的过程和化合物的成分 模糊不清。噬菌体侵染细菌时，进入细菌体内的只有DNA，蛋 白质外壳保留在外，因此在子代噬菌体中不可能含有32S。
必修二 第三单元 遗传的分子基础
(1)实验步骤： 第一步：在氮源为14N的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA 分子均为14N—DNA；在氮源为15N的培养基上生长的大肠杆菌， 其DNA分子均为15N—DNA。用某种离心方法分离得到的结果如 上图所示，其DNA分别分布在轻带和重带上。 第二步：将亲代大肠杆菌(含15N)转移到含14N的培养基上繁 殖一代(Ⅰ)。 请分析： 如 果 DNA 位 于 ________ 带 位 置 ， 则 是 全 保 留 复 制 ； 如 果 DNA位于________带位置，则是半保留复Байду номын сангаас。
噬菌体亲子代个体与细菌之间的同位素标记关系
DNA 蛋白质 DNA和蛋白质
噬菌体
32P
35S
14C、3H、18O、15N
细菌
31P
32S
12C、1H、16O、14N
子代噬菌体 32P、31P
32S
C、H、O、N两种都
有
必修二 第三单元 遗传的分子基础
解题时一定看清标记对象是噬菌体还是细菌，二者对应子 代噬菌体的放射性结果不同。
(3)在双链DNA分子中，A＝T，G＝C，但在单链DNA分子 中A与T，G与C不一定相等。
(4)对DNA的结构碱基比例关系及计算未能牢固掌握。在以 A链为模板合成的A′链中碱基比例为A∶T∶C∶G＝1∶2∶3∶1。
必修二 第三单元 遗传的分子基础
(5)对DNA复制的过程不理解，对复制的原理不清。不论复 制 几 次 ， 含 15N 的 DNA 分 子 和 DNA 单 链 都 是 2 ， 经 复 制 三 次 后 DNA分子数为8，DNA单链总数为16，因此标记的DNA分子占 DNA分子总数的1/4，标记的链占全部DNA单链的1/8。
必修二 第三单元 遗传的分子基础
3．对细胞分裂和DNA复制相结合的知识理解不透 (1)细胞分裂过程中先进行DNA复制。 (2)DNA复制的方式：半保留复制。 (3)图示辨析
必修二 第三单元 遗传的分子基础
必修二 第三单元 遗传的分子基础
【错题实录】 如图为噬菌体侵染细菌的实验和DNA分子复制图解，请据 图回答。
必修二 第三单元 遗传的分子基础
思路点拨：如果DNA的复制方式为全保留复制，则一个亲 代15N－15N的DNA分子的两个子代DNA分子是：一个15N－15N， 一个14N－14N，其在离心管中分布的位置是一半在轻带、一半 在重带；如果DNA的复制方式为半保留复制，则一个亲代15N－ 15N的DNA分子的两个子代DNA分子都是15N－14N，其在离心管 中分布的位置全部在中带。
必修二 第三单元 遗传的分子基础
(4)如果以A链的M为模板，复制出的A′链碱基比例应该是 _______________________________________________________ _________________。
(5)15N标记的DNA分子，放在没有标记的培养基上培养， 复制三次后标记的DNA分子占DNA分子总数的________，标记 的链占全部DNA单链的________。