1、成才之路 生物路漫漫其修远兮 吾将上下而求索人教版 必修2基因的本质第三章1.1.1 集合的概念第3、4节 DNA的复制与基因是有遗传效应的DNA片段第三章1.1.1 集合的概念学习目标定位2教材问题释疑3课前预习导学4课堂合作探究5思维拓展升华6方法技巧提升7课堂知识构建8课后强化作业9本节主攻要点1本节主攻要点1DNA复制需要DNA模板、4种脱氧核苷酸作原料以及酶和能量。2DNA复制的特点是边解旋边复制和半保留复制。3基因是有遗传效应的DNA片段。4DNA中碱基对的排列顺序表示遗传信息。5DNA分子具有多样性和特异性。学习目标定位目标预览：1概述DNA分子的复制。(重、难点)2举例说明基因
2、是有遗传效应的DNA片段。3应用数学方法说明DNA分子的多样性和特异性。4说明基因和遗传信息的关系。(重点)情境导入1：一份重要的文化要留下完全相同的副本，最好的办法是将它复印一次。作为遗传物质的DNA，在传递信息的时候，也要进行复制。问题探究：在了解了DNA分子的双螺旋结构以后，你能推测出DNA的复制方式吗？提示：DNA分子复制时，其双螺旋将解开，互补的碱基之间的氢键断裂，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。情境导入2：人的高矮、胖瘦、外貌等都与基因有关，现在科学家已经找到了与身高、肥胖相关的基因，几乎所有的生命现象都与基
3、因有关，因此我们可以毫不过分地称基因就是生命的真谛。但是人们对于基因的认识，经历了一个漫长的过程。1865年，在解释豌豆杂交实验中性状的遗传行为时，孟德尔首次提出了“遗传因子”的概念。孟德尔认为，生物的某种性状是由“遗传因子”决定的，传递下来的不是性状，而是“遗传因子”。“遗传因子”是颗粒状的，在体细胞中成对存在，在生殖细胞中单个存在。事实上，孟德尔所说的“遗传因子”只是代表决定某个遗传性状的抽象符号。孟德尔在阐明“遗传因子”的传递规律时，认识到“遗传因子”具有两个基本属性。“遗传因子”世代相传；“遗传因子”决定遗传表现。1909年，丹麦遗传学家约翰逊首先提出并使用了“基因”这个名词，其含义与
4、当年孟德尔提出的“遗传因子”完全一致，基因只是逻辑推理的产物，并没有实质性意义。但是“基因”这个名词却一直伴随着遗传学发展至今。问题探究：摩尔根通过果蝇杂交实验证明基因位于染色体上，染色体主要由DNA和蛋白质组成，肺炎双球菌转化实验和噬菌体侵染细菌的实验说明DNA是遗传物质，那么基因和DNA有什么关系？提示：基因是有遗传效应的DNA片段。教材问题释疑第3节 DNA的复制(一)问题探讨提示：两个会徽所用的原料应该选自一块石材；应先制造模型，并按模型制作会徽；应使用电子控制的刻床；刻床应由一名技术熟练的师傅操作，或完全数控等。(以上可由学生根据自己的经验推测回答，事实是原料确实选自一块石材，但由于
5、时间紧迫，两个会徽是由两名技术最好的师傅手工雕刻的)。验证的最简单的方法是：将两个印章的图形盖在白纸上进行比较(学生也可能提出更科学、更现代化的方法)。(二)旁栏思考题提示：本实验是根据半保留复制原理和DNA密度的变化来设计的。在本实验中根据试管中DNA带所在的位置就可以区分亲代与子代的DNA了。第4节 基因是有遗传效应的DNA片段(一)问题探讨提示：本节“问题探讨”的目的主要是让学生体会碱基排列顺序的多样性。(二)资料分析1生物体的DNA分子数目小于基因数目。生物体内所有基因的碱基总数小于DNA分子的碱基总数。这说明基因是DNA的片段，基因不是连续分布在DNA上的，而是由碱基序列将其分隔开的
6、。2提示：此题旨在引导学生理解遗传效应的含义，并不要求唯一答案。可以结合提供的资料来理解，如能使生物体发出绿色荧光、控制人和动物体的胖瘦，等等。3基因是有遗传效应的DNA片段。(三)探究1碱基排列顺序的千变万化，构成了DNA分子的多样性，而碱基特定的排列顺序，又构成了每一个DNA分子的特异性。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。2提示：在人类的DNA分子中，核苷酸序列多样性表现为每个人的DNA几乎不可能完全相同，因此，DNA可以像指纹一样用来鉴别身份。3提示：可以从进化的角度来分析基因为什么不能是碱基的随机排列。课前预习导学一、DNA的复制1对DNA分子复制的推测：(1
7、)提出者：_。沃森和克里克双螺旋氢键两条单链脱氧核苷酸碱基互补配对2DNA分子复制的过程：(1)概念：以_为模板合成_的过程。(2)时间：细胞有丝分裂的_和减数第一次分裂前的_。(3)场所：主要是_。亲代DNA子代DNA间期间期细胞核(4)过程：能量解旋两条螺旋的双链母链脱氧核苷酸DNA聚合酶碱基补互配对双螺旋结构(5)结果：一个DNA分子形成了_个与亲代_的DNA分子。(6)特点：_；_。(7)意 义：将 _从 亲 代 传 给 子 代，从 而 保 持 了_的连续性。两完全相同边解旋边复制半保留复制遗传信息遗传信息二、基因是有遗传效应的DNA片段1基因与DNA的关系：许多部分DNA生物的性状遗
8、传效应具有遗传效应的DNA片段2DNA片段中的遗传信息：(1)遗传信息：DNA分子中_的排列顺序。(2)DNA分子的特性。多样性：_的千变万化。特异性：每一个DNA分子有_。(3)DNA分子的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的_。4种碱基碱基排列顺序特定的碱基排列顺序物质基础1.在复制形成的两个子代DNA分子中，两条子链的碱基排列顺序相同吗？2DNA分子上的非基因片段的碱基排列顺序有特异性吗？提示：1.不相同。因为都和母链互补，两条母链是互补的，因此两条子链也互补。2有。现在常对这些片段进行DNA测序可以用于对犯罪嫌疑人的确定及追踪。课堂合作探究1.DNA分子的半保留复制(1)复制过程DN
9、A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，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DNA单链上。(2)复制方式半保留复制新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链，因此这种复制方式被称做半保留复制。DNA分子复制的推测与证据2半保留复制的证据(1)实验方法：同位素示踪技术。(2)实验假设：DNA以半保留的方式复制。(3)实验预期：离心后应出现3条DNA带。重带(密度最大，最靠近试管底部)：15N标记的亲代双链DNA(15N/15N)。杂交带(密度居中，位置也居中，也称中带)：一条链为15N标记，另
10、一条链为14N标记的子代双链DNA(15N/14N)。轻带(密度最小，离试管底部最远)：两条链都为14N标记的子代双链DNA(14N/14N)。(4)实验过程：大肠杆菌在含有15N标记的NH4Cl培养液中繁殖几代；将含15N的大肠杆菌转到14N标记的普通培养液中培养；在不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA；将提取的DNA进行离心，记录离心后试管中DNA的位置。运用DNA半保留复制特点，分析被标记DNA分子的比例时，应注意求的是DNA分子数，还是脱氧核苷酸链数。把培养在含轻氮(14N)环境中的一细菌，转移到含重氮(15N)环境中，培养相当于复制一轮的时间，然后取一细菌放回原环境中培养相当于复制两轮的
11、时间后，细菌DNA组成分析表明()A3/4轻氮型、1/4中间型B1/4轻氮型、3/4中间型C1/2轻氮型、1/2中间型D3/4重氮型、1/4中间型解析轻氮(14N)环境中一细菌转移到重氮(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，3/4轻氮型、1/4中间型。答案A用15N标记细菌中的DNA，然后又用普通的14N来供给这种细菌，于是该细菌便用14N来合成DNA，假设细菌在含14N的营养基上连续分裂2次，产生了4个新个体，它们DNA中的14N链与15N链的比例是()A3:1B2:1C1:1D7:1 答案A解析
12、用15N标记的DNA分子在含14N的环境中复制2次合成的4个DNA分子中，有2个DNA分子各有一条脱氧核苷酸单链含15N，另一条单链为14N，另2个DNA分子两条链均为14N，故14N链：15N链为(222):23:1。1.DNA复制的概念：以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。2时期：有丝分裂间期，减数第一次分裂前的间期，随染色体的复制而完成。3场所：细胞核。说明：DNA复制的主要场所是细胞核，其他如真核细胞的线粒体、叶绿体及原核细胞的拟核区等也含DNA，也能进行DNA的复制。DNA分子的复制(1)解旋：在解旋酶作用下，AT，GC之间的氢键断开。(2)合成子链：以DNA两条链为模板，按碱基
13、互补配对原则合成互补的子链。(3)合成子代DNA：新合成的子链与对应的母链形成双螺旋。5条件(1)模板：亲代DNA的两条链；(2)原料：四种脱氧核苷酸；(3)酶：DNA解旋酶、DNA聚合酶等；(4)能量：ATP。6特点：边解旋边复制；半保留复制。7结果：一个DNA分子变成两个完成相同的DNA分子。(1242n)提示：DNA准确复制的原因：(1)DNA分子具有独特的双螺旋结构，能为复制提供精确的模板；(2)进行严格的碱基互补配对，保证了复制能够准确地进行。8意义：将遗传信息从亲代传递给子代，从而保持了遗传信息的连续性。1运用DNA半保留复制特点，解决消耗某种脱氧核苷酸数量问题时，应注意亲代DNA
14、分子的两条母链被保留下来，不需消耗原料。2在计算消耗脱氧核苷酸数时要明确是经过n次复制还是第n次复制。实验室内模拟DNA复制所需的一组条件是()有关酶 能量 DNA模板 RNA引物脱氧核苷酸 适宜的温度和酸碱度 适宜的光照ABCD解析DNA复制时，要有DNA作模板，以含有A、T、G、C四种碱基的脱氧核苷酸作原料，以ATP为能源，加上DNA聚合酶和Mg2。1973年，冈崎发现还需要加一些引物RNA。具备了这些条件，并在适宜的温度和酸碱度的环境条件下，才能完成DNA的复制。答案A(2014广州)若用32P标记“人类胚胎干细胞”的DNA分子双链，再将这些细胞转入不含32P的培养液中培养，在第二次细胞
15、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中期是46和46、后期是92和46B中期是46和46、后期是92和92C中期是46和23、后期是92和23D中期是46和23、后期是46和23答案A解析有丝分裂中期、后期染色体条数的分析：“人类胚胎干细胞”来自人体，人体的一个正常细胞中含有染色体条数为46，有丝分裂过程中后期染色体条数加倍(92)，中期染色体条数与体细胞相同(46)，故无论经过几次分裂，在有丝分裂中期染色体条数都是46，后期染色体条数都是92。被32P标记的染色体条数的分析：若是第一次有丝分裂的中期、后期，被32P标记的染色体条数是46、92；在第
16、二次有丝分裂的中期、后期，被32P标记的染色体条数是46、46，综合分析，答案选A。基因与DNA的关系遗传信息并不只存在于DNA分子中，以RNA作遗传物质的生物，遗传信息存在于RNA分子中。下列有关基因长短的论述正确的是()A基因是DNA分子中的一个片段B基因是DNA分子中的任意片段C不同的基因长度不同D基因的长度都相同答案A解析考查基因概念。根据基因概念可知，基因是DNA分子中的一个片段，但不是任意片段。每个DNA分子可分为许多片段，其中有的能控制生物的性状，有的却不能控制，只有能控制生物性状的DNA特定片段，即有遗传效应的DNA片段，才是一个基因。不同的基因可能含有不同数量的碱基对，其长度
17、不同；也可能含有相同数目的碱基对，但这些碱基对的排列顺序可能不同，因而不同基因长度可能相同，但可能含有不同的遗传信息。1.遗传信息(1)概念：基因中的脱氧核苷酸的排列顺序代表遗传信息。(2)分析：生物的遗传性状以遗传信息形式编排在DNA分子上，表现为特定的碱基排列顺序。由于基因是有遗传效应的DNA片段，因此基因中脱氧核苷酸的排列顺序可以代表遗传信息。由于不同基因的脱氧核苷酸的排列顺序(碱基顺序)不同，因此不同的基因就含有不同的遗传信息。DNA片段中的遗传信息2DNA分子的特性(1)稳定性：指DNA分子双螺旋空间结构的相对稳定性。稳定性产生的原因：DNA分子的基本骨架由磷酸和脱氧核糖交替连接而成
18、，从头至尾没有变化。碱基配对方式始终不变，即A与T配对，G与C配对。DNA分子碱基对间的氢键维持着两条链的偶联。(2)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1 000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。(3)特异性：每个特定的DNA分子都有特定的碱基排列顺序，而特定的碱基排列顺序中有遗传效应的片段就代表了遗传信息，所以每个特定的DNA分子中都贮存着特定的遗传信息，因此这种特定的碱基排列顺序就构成了DNA分子的特
19、异性。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。生物界多样性的直接原因是蛋白质的多样性；生物界多样性的根本原因是核酸的多样性。下列关于遗传信息的说法，不确切的是()A基因的脱氧核苷酸的排列顺序代表遗传信息B遗传信息的传递是通过染色体上的基因传递的C生物体内的遗传信息主要储存在DNA分子上D遗传信息即生物表现出来的性状解析生物的性状是指生物体表现出来的形态结构特点和生理特性，而遗传信息是指基因(代表遗传物质)中脱氧核苷酸的排列顺序，遗传信息和性状是两个层面的内容。答案D由80个碱基组成的DNA分子片段，可由其碱基对组成不同的序列而携带不同的遗传信息，其种数最多可达()A4120
20、B1202C440D260答案C解析DNA分子中特定的脱氧核苷酸排列顺序代表着遗传信息。在DNA分子内部碱基互补配对的方式虽然只有两种，但碱基对的排列顺序有多种。因为DNA分子的两条链是遵循碱基互补配对原则结合而成的，所以一条链的碱基序列决定了另一条链的碱基序列。根据数学的排列知识，n个不同碱基对的排列有4n种，由于在一条单链上有40个碱基，其排列的种类就有440种之多。思维拓展升华一个DNA分子无论复制多少代，DNA原有的两条链不变，一直作为模板，分别进入两个子代DNA分子中。已知某全部N原子被15N标记的DNA分子作为亲代(0代)，转移到含14N的培养基中培养若干代，其结果分析如下表：DN
21、A是半保留复制实验结果分析强调：开始被15N标记的DNA分子作为0代还是第1代决定了世代数与子代所占比例的计算。染色体、DNA、基因、脱氧核苷酸的关系注意：染色体并不是DNA的唯一载体，细胞质中的线粒体和叶绿体中也有少量的DNA。并非所有生物的遗传信息都位于DNA上，有些病毒的遗传物质是RNA，其遗传信息存在于RNA分子中。方法技巧提升探究点 确定区分半保留复制和全保留复制的关键探究DNA复制方式案例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复制方式的探究实验，实验内容及结果见表。组别1组2组3组4组培养液中唯一氮源14NH4Cl15NH4Cl14NH4Cl1
22、4NH4Cl繁殖代数多代多代一代两代培养产物ABB的子代B的子代操作提取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全部被放射性同位素标记的大肠杆菌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_组结果对得到的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：若子代DNA的离心结果为“轻”和“重”两条密度带，则“重带”DNA来自于_，据此可判断DN
23、A分子的复制方式不是_复制。若将子代DNA双链分开后再离心，其结果是_(选填“能”或“不能”)判断DNA的复制方式。若在同等条件下将子代DNA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。若某次实验的结果中，子I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的DNA单链中的N尚有少部分为_。标准答案(1)多 15NH4Cl(2)312 半保留复制(3)B 半保留 不能没有变化 轻 15N方法警示得分要点：(1)必须为“多”。(2)第一个空必须为“3”，第二、三个空必须为“2和1”。错因案例(1)答为“2”。(错因：把得到15N的分子，
24、而理解为出现含“15N”的分子)(2)答为“4”。(错因：认为复制次数越多，对区分半保留复制和全保留复制越好)或答为“4组和2组”。(错因：认为与它们的亲代和子代比较更为合适，而忘记了“中带”与“轻带”“重带”的区别是关键)技法提炼(1)如何确定实验组和对照组：在所设的4组实验中，发现2组和3组、4组是存在亲子代关系的，它们在实验中属于一类，而1组是单独存在的，所以它是对照组，而2组是实验组。所以本实验的难度在于1、2、3、4组之间不是平行关系，而存在着一定的递进关系。(2)如何获得两条链全部被标记的DNA分子：把含有DNA分子的大肠杆菌放在只含有15N的环境中进行培养。不管DNA分子进行的是
25、半保留复制，还是全保留复制，子代中都会含有14N的DNA分子；若是半保留复制，后代中有2个含有14N，若是全保留复制，则后代中会有1个含有14N，所以复制次数越多含有14N的DNA分子所占比例就会越小，直至可以忽略。(3)确定区分半保留复制和全保留复制的关键：运用假说演绎的方法是确定两者区别的重要方法。有只含15N的DNA分子放在含有14N的培养基中培养，预测所得后代。若是半保留复制，则后代会出现一条链是15N另一条链为14N的DNA分子，在经过离心之后会出现中带；若是全保留复制，则后代中出现的是一个DNA分子只含有15N，另一个DNA分子只含有14N，经离心后会出现轻带和重带，所以会不会出现“中带”是区分半保留复制和全保留复制的关键。课堂知识构建课后强化作业（点此链接）
