2024届苏教版高考生物一轮复习DNA的复制学案

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：美国科学家米西尔森和斯塔尔。

(2)实验材料：细菌。

(3)实验技术：同位素标记技术和离心技术。

(4)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。

(5)实验过程及分析

①实验的基本步骤

a．用含14N的普通培养基培养细菌，一段时间后取样并提取DNA(作为对照)。

b．用含15N的培养基连续培养细菌。

c．将细菌转移到含14N的普通培养基中培养。

d．在不同时刻取样并提取DNA分子，放入盛有氯化铯溶液的试管中离心处理，记录试管中DNA的位置。

②实验分析

a．提取对照组DNA→离心→全部轻链带。

b．提取亲代DNA→离心→全部重链带。

c．子一代细菌提取DNA→离心→全部杂合链带。

d．子二代细菌提取DNA→离心→轻链带、杂合链带。

(6)结论

DNA分子半保留复制：在新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链。

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

(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，确保了遗传信息代代传递的连续性。

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。

②哺乳动物体细胞中的DNA分子展开可达2 m之长，若按A～C图的方式复制，至少需要8 h，而实际上只需约6 h，根据D～F图分析，原因是DNA分子从多个起点(双向)复制。

③A～F图均有以下特点：延伸的子链紧跟着解旋酶，这说明DNA分子复制的特点是边解旋边复制。

④哺乳动物成熟的红细胞能否进行上述过程？不能。

3．“图解法”分析DNA复制相关计算

(1)将含有15N的DNA分子放在含有14N的培养液中连续复制n次，则：

①子代DNA共2n个

②脱氧核苷酸链共2n＋1条

(2)DNA分子复制过程中消耗的脱氧核苷酸数

①若亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，经过n次复制需要消耗该种脱氧核苷酸数为m·(2n－1)。

②第n次复制需要消耗该种脱氧核苷酸数为m·2n－1。

考向一　DNA复制过程及实验证据辨析

1．图示DNA复制过程，下列叙述正确的是(　　)

A．DNA复制过程中不需要引物，也不需要能量

B．新形成的两条单链复制的方向不同且均为连续复制

C．该过程在蛙的红细胞和哺乳动物的红细胞均能发生

D．复制后的两个DNA分子位于一条或两条染色体上

答案　D

解析　DNA复制过程需要引物引导复制的开始，也需要消耗ATP，A错误；DNA分子是反向平行的，而复制的时候只能是从5′－端向3′－端延伸，所以两条子链合成方向相反，且据图可知，并非两条链均为连续复制，B错误；哺乳动物成熟红细胞不能进行DNA分子复制，C错误；复制后的两个DNA分子位于一条(着丝粒断裂之前)或两条染色体上(着丝粒断裂之后)，D正确。

2. 14N和15N是N元素的两种稳定同位素，含15N的DNA比含14N的DNA密度大。为探究DNA复制的方式，科学家先用含有15NH4Cl的培养液培养大肠杆菌，繁殖若干代得到的大肠杆菌，其DNA几乎都被15N标记；再将大肠杆菌转移到含有14NH4Cl的普通培养液中培养。收集不同时期的大肠杆菌，提取DNA并进行离心处理，离心后试管中DNA的位置如图所示。下列推测不合理的是(　　)

A．子代DNA的两条链可能都含有15N

B．1号带中的DNA的氮元素都是14N

C．实验结果证明DNA复制方式为半保留复制

D．3号带的DNA为亲代大肠杆菌的DNA

答案　A

解析　由于DNA分子的复制方式为半保留复制，培养液中含有14NH4Cl，所以子代DNA的两条链不可能都含有15N，A错误；1号带中的DNA的氮元素都是14N，相对质量最轻，离心后分布在试管上端，B正确；3号带分布在试管的下端，说明DNA分子的两条链都是15N，为亲代大肠杆菌的DNA，D正确。

考向二　DNA复制过程的有关计算

3．(多选)某DNA分子片段中共含有3 000个碱基，其中腺嘌呤占35%。现将该DNA分子片段用15N标记过的四种游离脱氧核苷酸为原料复制3次，将全部复制产物进行密度梯度离心，得到图甲结果；如果将全部复制产物加入解旋酶处理后再离心，则得到图乙结果。下列有关分析不正确的是(　　)

A．X层与Y层中DNA分子质量比大于1∶3

B．Y层中含15N标记的鸟嘌呤有3 600个

C．X层中含有的氢键数是Y层的1/3倍

D．W层与Z层的核苷酸数之比是4∶1

答案　ABD

解析　X层(2个DNA分子含有14N和15N)与Y层(6个DNA分子只含15N)中DNA分子质量比小于1∶3，A错误；1个DNA中鸟嘌呤G＝450个，Y层(6个DNA分子只含15N)中含15N标记的鸟嘌呤G＝450×6＝2 700个，B错误；X层中有2个DNA分子，Y层中有6个DNA分子，故X层中含有的氢键数是Y层的1/3倍，C正确；W层(14个含有15N的DNA单链)与Z层(2个含有14N的DNA单链)的核苷酸数之比是14∶2＝7∶1，D错误。

4．一个被15N标记的、含1 000个碱基对的DNA分子片段，其中一条链中T＋A占30%，若将该DNA分子放在含14N的培养基中连续复制3次，相关叙述正确的是(　　)

A．该DNA分子的另一条链中T＋A占70%

B．该DNA分子中含有A的数目为400个

C．该DNA分子第3次复制时需要消耗2 800个G

D．经3次复制后，子代DNA分子中含14N的比例为7/8

答案　C

解析　DNA分子片段的一条链中T＋A占30%，根据碱基互补配对原则，另一条链中T＋A也为30%，A错误；根据题意分析可知，该DNA分子中含有A的数目为300个，B错误；根据题意分析可知，G＝C＝700，该DNA分子第3次复制时需要消耗G的数量＝22×700＝2 800个，C正确；经3次复制后，8个子代DNA分子中都含14N，故比例为1，D错误。

考向三　DNA复制与细胞分裂的关系

5．将马蛔虫(2n＝4)的甲、乙两个精原细胞核DNA双链用32P标记，接着置于不含32P的培养液中培养，在特定的条件下甲细胞进行两次连续的有丝分裂、乙细胞进行减数分裂。下列相关叙述正确的是(　　)

A．甲在第一个细胞周期后，含32P的细胞数为2，且每个细胞中含有32P的染色体数为0～4

B．甲在第二个细胞周期后，含32P的细胞数为2～4，且每个细胞含有32P的染色体数为0～4

C．乙在减数第一次分裂后，含32P的细胞数为2，且每个细胞中含有32P的染色体数为0～2

D．乙在减数第二次分裂后，含32P的细胞数为2～4，且每个细胞中含有32P的染色体数为0～2

答案　B

解析　一个细胞周期中DNA分子只进行一次半保留复制，因此甲在第1个细胞周期后，全部细胞均含32P，且每个细胞中的每条染色体都含有32P，即每个细胞中含有32P的染色体数为4，A错误；第一个细胞周期结束形成的2个子细胞的每个DNA分子都有一条链含有32P，另一条链含有31P。在第二个细胞周期中，DNA分子又进行了一次半保留复制，则形成的8个DNA分子中，有4个DNA分子是一条链含有32P，另一条链含有31P，另外4个DNA分子都只含31P，而在有丝分裂后期，姐妹染色单体分开后随机移向两极，因此甲在第2个细胞周期后，有2个或3个或4个细胞含32P，且每个细胞含有32P的染色体数为0～4，B正确；减数分裂前间期，DNA分子只进行一次半保留复制，因此乙经过减数第一次分裂后，形成的2个细胞均含32P，且每个细胞中的每条染色体都含有32P，在减数第二次分裂前期和中期，有2条染色体含有32P，在减数第二次分裂后期和末期，有4条染色体含有32P，即每个细胞中含有32P的染色体数为2或4，C错误；乙在减数第二次分裂后，将形成4个精细胞，每条染色体含有32P，故4个细胞均含32P，D错误。

6．洋葱根尖细胞在含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完成一个细胞周期。下列叙述正确的是(　　)

A．第一个细胞周期中，细胞内放射性迅速升高的时期是分裂前期

B．第一个细胞周期结束后，每个子细胞中都有一半的染色体被标记

C．第二个细胞周期的分裂中期，每条染色体中仅有一条单体被标记

D．一个细胞完成两个细胞周期后，产生的含3H的子细胞数为1或2或3或4

答案　C

解析　第一个细胞周期中，细胞内放射性迅速升高是由于DNA分子复制，发生在细胞分裂前间期，A错误；第一个细胞周期结束后，每个DNA分子都含有放射性，因此每个子细胞中的染色体都含有放射性，B错误；第二个细胞周期中，间期染色体复制，一条染色体的两个染色单体上的DNA分子只有一个DNA分子含有放射性，因此第二个细胞周期的分裂中期，每条染色体中仅有一条单体被标记，C正确；完成2个细胞周期后，姐妹染色单体分开，随机进入两个子细胞，所以子细胞中含有放射性的个数至少有2个，最多有4个，D错误。

1．(2021·北京，4)酵母菌的DNA中碱基A约占32%，关于酵母菌核酸的叙述错误的是(　　)

A．DNA复制后A约占32%

B．DNA中C约占18%

C．DNA中(A＋G)/(T＋C)＝1

D．RNA中U约占32%

答案　D

解析　DNA分子为半保留复制，复制时遵循A－T、G－C的配对原则，则DNA复制后的A约占32%，A正确；酵母菌的DNA中碱基A约占32%，则A＝T＝32%，G＝C＝(1－2×32%)/2＝18%，B正确；DNA遵循碱基互补配对原则，A＝T、G＝C，则(A＋G)/(T＋C)＝1，C正确；由于RNA为单链结构，且RNA是以DNA的一条单链为模板进行转录而来，故RNA中U不一定占32%，D错误。

2．(2021·山东，5)利用农杆菌转化法，将含有基因修饰系统的T－DNA插入到水稻细胞M的某条染色体上，在该修饰系统的作用下，一个DNA分子单链上的一个C脱去氨基变为U，脱氨基过程在细胞M中只发生一次。将细胞M培育成植株N。下列说法错误的是(　　)

A．N的每一个细胞中都含有T－DNA

B．N自交，子一代中含T－DNA的植株占3/4

C．M经n(n≥1)次有丝分裂后，脱氨基位点为A－U的细胞占1/2n

D．M经3次有丝分裂后，含T－DNA且脱氨基位点为A－T的细胞占1/2

答案　D

解析　N是由M细胞形成的，在形成过程中没有DNA的丢失，由于T－DNA插入到水稻细胞M的某条染色体上，所以M细胞含有T－DNA，因此N的每一个细胞中都含有T－DNA，A正确；N植株的一条染色体中含有T－DNA，可以记为＋，因此N植株关于是否含有T－DNA的基因型记为＋－，如果自交，则子代中相关的基因型为＋＋∶＋－∶－－＝1∶2∶1，有3/4的植株含T－DNA，B正确；M中只有1个DNA分子上的单链上的一个C脱去氨基变为U，所以复制n次后，产生的子细胞有2n个，但脱氨基位点为A－U的细胞只有1个，所以这种细胞的比例为1/2n，C正确；如果M经3次有丝分裂后，形成子细胞有8个，由于M细胞DNA分子单链上的一个C脱去氨基变为U，是G和U配对，所以复制三次后，有4个细胞脱氨基位点为C－G,3个细胞脱氨基位点为A－T，1个细胞脱氨基位点为U－A，因此含T－DNA且脱氨基位点为A－T的细胞占3/8，D错误。

3．(2021·浙江，14)含有100个碱基对的一个DNA分子片段，其中一条链的A＋T占40%，它的互补链中G与T分别占22%和18%，如果连续复制2次，则需游离的胞嘧啶脱氧核糖核苷酸数量为(　　)

A．240个   B．180个

C．114个   D．90个

答案　B

解析　分析题意可知：该DNA片段含有100个碱基对，即每条链含有100个碱基，其中一条链(设为1链)的A＋T占40%，即A1＋T1＝40个，则C1＋G1＝60个；互补链(设为2链)中G与T分别占22%和18%，即G2＝22，T2＝18，可知C1＝22，则G1＝60－22＝38＝C2，故该DNA片段中C＝22＋38＝60。已知DNA复制了2次，则DNA分子的个数为22＝4,4个DNA分子中共有胞嘧啶脱氧核糖核苷酸的数量为4×60＝240，原DNA片段中有60个胞嘧啶脱氧核糖核苷酸，则需要游离的胞嘧啶脱氧核糖核苷酸数量为240－60＝180，B正确，A、C、D错误。

4．(2021·浙江，22)在DNA复制时，5-溴尿嘧啶脱氧核苷(BrdU)可作为原料，与腺嘌呤配对，掺入新合成的子链。用Giemsa染料对复制后的染色体进行染色，DNA分子的双链都含有BrdU的染色单体呈浅蓝色，只有一条链含有BrdU的染色单体呈深蓝色。现将植物根尖放在含有BrdU的培养液中培养，取根尖用Giemsa染料染色后，观察分生区细胞分裂中期染色体的着色情况。下列推测错误的是(　　)

A．第一个细胞周期的每条染色体的两条染色单体都呈深蓝色

B．第二个细胞周期的每条染色体的两条染色单体着色都不同

C．第三个细胞周期的细胞中染色单体着色不同的染色体均为1/4

D．根尖分生区细胞经过若干个细胞周期后，还能观察到深蓝色的染色单体

答案　C

解析　据题意分析第一个细胞周期的每条染色体的染色单体都只有一条链含有BrdU，故呈深蓝色，A正确；第二个细胞周期的每条染色体复制之后，每条染色体上的两条染色单体均为一条单体双链都含有BrdU呈浅蓝色，一条单体只有一条链含有BrdU呈深蓝色，故着色都不同，B正确；第二个细胞周期结束后，不同细胞中含有的带有双链都含有BrdU的染色体和只有一条链含有BrdU的染色体的数目是不确定的，故第三个细胞周期的细胞中染色单体着色不同的染色体比例不能确定，C错误；根尖分生区细胞可以持续进行有丝分裂，且DNA复制为半保留复制，所以不管经过多少个细胞周期，依旧可以观察到一条链含有BrdU的染色单体，呈深蓝色，D正确。

5．(2021·辽宁，7)下列有关细胞内的DNA及其复制过程的叙述，正确的是(　　)

A．子链延伸时游离的脱氧核苷酸添加到3′－端

B．子链的合成过程不需要引物参与

C．DNA每条链的5′－端是羟基末端

D．DNA聚合酶的作用是打开DNA双链

答案　A

解析　子链延伸时由5′→3′合成，故游离的脱氧核苷酸添加到3′－端，A正确；子链的合成过程需要引物参与，B错误；DNA每条链的5′－端是磷酸基团末端，3′－端是羟基末端，C错误；解旋酶的作用是打开DNA双链，D错误。

一、易错辨析

1．DNA复制时，严格遵循A—T、C—G的碱基互补配对原则，并且新合成的DNA分子中两条链均是新合成的(　×　)

2．DNA分子复制时，解旋酶与DNA聚合酶不能同时发挥作用(　×　)

3．在一个细胞周期中，DNA复制过程中的解旋发生在两条DNA母链之间(　√　)

4．DNA分子复制过程中的解旋在细胞核中进行，复制在细胞质中进行(　×　)

5．原核细胞内DNA的合成都需要DNA片段作为引物(　×　)

6．在DNA的复制过程中，只需要解旋酶和DNA聚合酶(　×　)

二、填空默写

1．DNA复制的特点：边解旋边复制、半保留复制。

2．DNA精确复制的原因：DNA双螺旋结构提供了复制的模板，碱基互补配对原则保证了复制的精确进行。

3．与DNA复制有关的碱基计算

(1)一个DNA连续复制n次后，DNA分子总数为2n。

(2)第n代的DNA分子中，含原DNA母链的有2个，占1/2n－1。

(3)若某DNA分子中含碱基T为a，则连续复制n次，所需游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸数为：a×(2n－1)；第n次复制时所需游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸数为：a×2n－1。