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1、成才之路成才之路 生物生物路漫漫其修遠兮路漫漫其修遠兮 吾將上下而求索吾將上下而求索人教版人教版 必修必修2 基因的本質基因的本質第三章第三章第第3、4節(jié)節(jié)DNA的復制與基因是有的復制與基因是有遺傳效應的遺傳效應的DNA片段片段第三章第三章學習目標定位學習目標定位2課前自主探究課前自主探究3教材問題釋疑教材問題釋疑4課堂合作探究課堂合作探究5思維創(chuàng)新升華思維創(chuàng)新升華6方法技巧探究方法技巧探究7課堂知識構建課堂知識構建8課課 時時 作作 業(yè)業(yè)9本節(jié)主攻要點本節(jié)主攻要點1本節(jié)主攻要點本節(jié)主攻要點 1DNA復制需要DNA模板、4種脫氧核苷酸作原料以及酶和能量。 2DNA復制的特點是邊解旋邊復制和半保
2、留復制。 3基因是有遺傳效應的DNA片段。 4DNA中堿基對的排列順序表示遺傳信息。 5DNA分子具有多樣性和特異性。學習目標定位學習目標定位 目標導航： 1概述DNA分子的復制。(重、難點) 2舉例說明基因是有遺傳效應的DNA片段。 3應用數學方法說明DNA分子的多樣性和特異性。 4說明基因和遺傳信息的關系。(重點) 情境導入1： 一份重要的文化要留下完全相同的副本，最好的辦法是將它復印一次。作為遺傳物質的DNA，在傳遞信息的時候，也要進行復制。 問題探究：在了解了DNA分子的雙螺旋結構以后，你能推測出DNA的復制方式嗎？ 提示：DNA分子復制時，其雙螺旋將解開，互補的堿基之間的氫鍵斷裂，解
3、開的兩條單鏈作為復制的模板，游離的脫氧核苷酸依據堿基互補配對原則，通過形成氫鍵，結合到作為模板的單鏈上。 情境導入2： 人的高矮、胖瘦、外貌等都與基因有關，現(xiàn)在科學家已經找到了與身高、肥胖相關的基因，幾乎所有的生命現(xiàn)象都與基因有關，因此我們可以毫不過分地稱基因就是生命的真諦。但是人們對于基因的認識，經歷了一個漫長的過程。 1865年，在解釋豌豆雜交實驗中性狀的遺傳行為時，孟德爾首次提出了“遺傳因子”的概念。孟德爾認為，生物的某種性狀是由“遺傳因子”決定的，傳遞下來的不是性狀，而是“遺傳因子”?！斑z傳因子”是顆粒狀的，在體細胞中成對存在，在生殖細胞中單個存在。事實上，孟德爾所說的“遺傳因子”只是
4、代表決定某個遺傳性狀的抽象符號。 孟德爾在闡明“遺傳因子”的傳遞規(guī)律時，認識到“遺傳因子”具有兩個基本屬性?！斑z傳因子”世代相傳；“遺傳因子”決定遺傳表現(xiàn)。 1909年，丹麥遺傳學家約翰遜首先提出并使用了“基因”這個名詞，其含義與當年孟德爾提出的“遺傳因子”完全一致，基因只是邏輯推理的產物，并沒有實質性意義。但是“基因”這個名詞卻一直伴隨著遺傳學發(fā)展至今。 問題探究：摩爾根通過果蠅雜交實驗證明基因位于染色體上，染色體主要由DNA和蛋白質組成，肺炎雙球菌轉化實驗和噬菌體侵染細菌的實驗說明DNA是遺傳物質，那么基因和DNA有什么關系？ 提示：基因是有遺傳效應的DNA片段。課前自主探究課前自主探究預
5、 習 導 學沃森和克里克沃森和克里克雙螺旋雙螺旋氫鍵氫鍵兩條單鏈兩條單鏈脫氧核苷酸脫氧核苷酸堿基互補配對堿基互補配對 2DNA分子復制的過程： (1)概念：以_為模板合成_的過程。 (2)時間：細胞有絲分裂的_和減數第一次分裂前的_。 (3)場所：主要是_。親代親代DNA 子代子代DNA 間期間期 間期間期 細胞核細胞核 (4)過程：能量能量 解旋解旋 兩條螺旋的雙鏈兩條螺旋的雙鏈 母鏈母鏈 脫氧核苷酸脫氧核苷酸 DNA聚合酶聚合酶 堿基互補配對堿基互補配對 雙螺旋結構雙螺旋結構 (5)結果：一個DNA分子形成了_個與親代_的DNA分子。 (6)特點：_；_。 (7)意義：將_從親代傳給子代，
6、從而保持了_的連續(xù)性。兩兩 完全相同完全相同 邊解旋邊復制邊解旋邊復制 半保留復制半保留復制 遺傳信息遺傳信息 遺傳信息遺傳信息 二、基因是有遺傳效應的DNA片段 1基因與DNA的關系：許多許多 部分部分 DNA 生物的性狀生物的性狀 遺傳效應遺傳效應 具有遺傳效應的具有遺傳效應的DNA片段片段 2DNA片段中的遺傳信息： (1)遺傳信息：DNA分子中_的排列順序。 (2)DNA分子的特性。 多樣性：_的千變萬化。 特異性：每一個DNA分子有_。 (3)DNA分子的多樣性和特異性是生物體多樣性和特異性的_。4種堿基種堿基 堿基排列順序堿基排列順序 特定的堿基排列順序特定的堿基排列順序 物質基礎
7、物質基礎 1.在復制形成的兩個子代DNA分子中，兩條子鏈的堿基排列順序相同嗎？ 2DNA分子上的非基因片段的堿基排列順序有特異性嗎？ 提示：1.不相同。因為都和母鏈互補，兩條母鏈是互補的，因此兩條子鏈也互補。 2有?，F(xiàn)在常對這些片段進行DNA測序可以用于對犯罪嫌疑人的確定及追蹤。思 維 激 活教材問題釋疑教材問題釋疑 第3節(jié)DNA的復制 (一)問題探討 提示：兩個會徽所用的原料應該選自一塊石材；應先制造模型，并按模型制作會徽；應使用電子控制的刻床；刻床應由一名技術熟練的師傅操作，或完全數控等。(以上可由學生根據自己的經驗推測回答，事實是原料確實選自一塊石材，但由于時間緊迫，兩個會徽是由兩名技術
8、最好的師傅手工雕刻的)。驗證的最簡單的方法是：將兩個印章的圖形蓋在白紙上進行比較(學生也可能提出更科學、更現(xiàn)代化的方法)。 (二)旁欄思考題 提示：本實驗是根據半保留復制原理和DNA密度的變化來設計的。在本實驗中根據試管中DNA帶所在的位置就可以區(qū)分親代與子代的DNA了。 第4節(jié)基因是有遺傳效應的DNA片段 (一)問題探討 提示：本節(jié)“問題探討”的目的主要是讓學生體會堿基排列順序的多樣性。 (二)資料分析 1生物體的DNA分子數目小于基因數目。生物體內所有基因的堿基總數小于DNA分子的堿基總數。這說明基因是DNA的片段，基因不是連續(xù)分布在DNA上的，而是由堿基序列將其分隔開的。 2提示：此題旨
9、在引導學生理解遺傳效應的含義，并不要求唯一答案?？梢越Y合提供的資料來理解，如能使生物體發(fā)出綠色熒光、控制人和動物體的胖瘦，等等。 3基因是有遺傳效應的DNA片段。 (三)探究 1堿基排列順序的千變萬化，構成了DNA分子的多樣性，而堿基特定的排列順序，又構成了每一個DNA分子的特異性。DNA分子的多樣性和特異性是生物體多樣性和特異性的物質基礎。 2提示：在人類的DNA分子中，核苷酸序列多樣性表現(xiàn)為每個人的DNA幾乎不可能完全相同，因此，DNA可以像指紋一樣用來鑒別身份。 3提示：可以從進化的角度來分析基因為什么不能是堿基的隨機排列。課堂合作探究課堂合作探究 1.DNA分子的半保留復制 (1)復制
10、過程 DNA分子復制時，DNA分子的雙螺旋將解開，互補的堿基之間的氫鍵斷裂，解開的兩條單鏈作為復制的模板，游離的脫氧核苷酸依據堿基互補配對原則，通過形成氫鍵，結合到作為模板的DNA單鏈上。DNA分子復制的推測與證據分子復制的推測與證據要 點 歸 納 (2)復制方式半保留復制 新合成的每個DNA分子中，都保留了原來DNA分子中的一條鏈，因此這種復制方式被稱做半保留復制。 2半保留復制的證據 (1)實驗方法：同位素示蹤技術。 (2)實驗假設：DNA以半保留的方式復制。 (3)實驗預期：離心后應出現(xiàn)3條DNA帶。 重帶(密度最大，最靠近試管底部)：15N標記的親代雙鏈DNA(15N/15N)。 雜交
11、帶(密度居中，位置也居中，也稱中帶)：一條鏈為15N標記，另一條鏈為14N標記的子代雙鏈DNA(15N/14N)。 輕帶(密度最小，離試管底部最遠)：兩條鏈都為14N標記的子代雙鏈DNA(14N/14N)。 (4)實驗過程： 大腸桿菌在含有15N標記的NH4Cl培養(yǎng)液中繁殖幾代； 將含15N的大腸桿菌轉到14N標記的普通培養(yǎng)液中培養(yǎng)； 在不同時刻收集大腸桿菌并提取DNA； 將提取的DNA進行離心，記錄離心后試管中DNA的位置。 運用DNA半保留復制特點，分析被標記DNA分子的比例時，應注意求的是DNA分子數，還是脫氧核苷酸鏈數。典 例 導 析 A子一代DNA應為 B子二代DNA應為 C子三代D
12、NA應為 D親代的DNA應為 解析親代DNA全為15N，應為，復制一次后，DNA一條鏈為15N，一條鏈為14N；子一代應為，復制兩次后形成4個DNA，其中2個全為14N,2個是一條鏈為15N，一條鏈為14N，應為；復制三次后形成8個DNA，其中6個DNA全為14N,2個DNA的一條鏈為14N，一條鏈為15N，故C錯。 答案C 科學家用15N標記的NH4Cl培養(yǎng)液來培養(yǎng)大腸桿菌，讓大腸桿菌繁殖兩代，然后收集并提取DNA，再將提取的DNA進行密度梯度離心。離心后試管中DNA的位置是() A全部位于下層 B一半居中，一半位于上層 C全部居中 D一半居中，一半位于下層 答案D 解析DNA為半保留復制，
13、以含15N的NH4Cl培養(yǎng)大腸桿菌，大腸桿菌繁殖兩代后，含有母鏈的大腸桿菌的DNA一條鏈含普通的N，另一條鏈含15N，經過密度梯度離心，位于試管的中層，而其他大腸桿菌中的DNA都含有15N，位于試管的下層。 1.DNA復制的概念：以親代DNA為模板合成子代DNA的過程。 2時期：有絲分裂間期，減數第一次分裂前的間期，隨染色體的復制而完成。 3場所：細胞核。 說明：DNA復制的主要場所是細胞核，其他如真核細胞的線粒體、葉綠體及原核細胞的擬核區(qū)等也含DNA，也能進行DNA的復制。DNA分子的復制分子的復制要 點 歸 納 4過程：(如圖所示) (1)解旋：在解旋酶作用下，AT，GC之間的氫鍵斷開。
14、(2)合成子鏈：以DNA兩條鏈為模板，按堿基互補配對原則合成互補的子鏈。 (3)合成子代DNA：新合成的子鏈與對應的母鏈形成雙螺旋。 5條件 (1)模板：親代DNA的兩條鏈； (2)原料：四種脫氧核苷酸； (3)酶：DNA解旋酶、DNA聚合酶等； (4)能量：ATP。 6特點：邊解旋邊復制；半保留復制。 7結果：一個DNA分子變成兩個完成相同的DNA分子。(1242n) 提示：DNA準確復制的原因：(1)DNA分子具有獨特的雙螺旋結構，能為復制提供精確的模板；(2)進行嚴格的堿基互補配對，保證了復制能夠準確地進行。 8意義： 將遺傳信息從親代傳遞給子代，從而保持了遺傳信息的連續(xù)性。 (1)運用
15、DNA半保留復制特點，解決消耗某種脫氧核苷酸數量問題時，應注意親代DNA分子的兩條母鏈被保留下來，不需消耗原料。 (2)在計算消耗脫氧核苷酸數時要明確是經過n次復制還是第n次復制。典 例 導 析 解析用15N標記的DNA分子在含14N的環(huán)境中復制2次合成的4個DNA分子中，有2個DNA分子各有一條脫氧核苷酸單鏈含15N，另一條單鏈為14N，另2個DNA分子兩條鏈均為14N，故14N鏈：15N鏈為(222) :23:1。 答案A 答案B 解析一個噬菌體中只有一個DNA分子，當它侵染含31P的細菌后就以被32P標記的DNA為模板進行復制，不過利用的酶、原料、ATP等均是由細菌提供的。DNA分子的復
16、制方式為半保留復制，故在最終形成的200個噬菌體的DNA中，最多只有2個DNA分子含32P，即在200個噬菌體中含32P的噬菌體最多占1%。 結論：基因是有遺傳效應的DNA片段，是遺傳物質的結構與功能單位?；蚺c基因與DNA的關系的關系要 點 歸 納 遺傳信息并不只存在于DNA分子中，以RNA作遺傳物質的生物，遺傳信息存在于RNA分子中。典 例 導 析 解析 答案A 答案A 解析DNA分子的基本骨架是由磷酸與脫氧核糖相連接形成的，所以與脫氧核糖直接相連的一般是兩個磷酸基和一個堿基。 1.遺傳信息 (1)概念：基因中的脫氧核苷酸的排列順序代表遺傳信息。 (2)分析：生物的遺傳性狀以遺傳信息形式編
17、排在DNA分子上，表現(xiàn)為特定的堿基排列順序。由于基因是有遺傳效應的DNA片段，因此基因中脫氧核苷酸的排列順序可以代表遺傳信息。由于不同基因的脫氧核苷酸的排列順序(堿基順序)不同，因此不同的基因就含有不同的遺傳信息。DNA片段中的遺傳信息片段中的遺傳信息要 點 歸 納 2DNA分子的特性 (1)穩(wěn)定性：指DNA分子雙螺旋空間結構的相對穩(wěn)定性。穩(wěn)定性產生的原因： DNA分子的基本骨架由磷酸和脫氧核糖交替連接而成，從頭至尾沒有變化。 堿基配對方式始終不變，即A與T配對、G與C配對。 DNA分子堿基對間的氫鍵維持著兩條鏈的偶聯(lián)。 (2)多樣性：構成DNA分子的堿基只有4種，配對方式只有2種，但是堿基對
18、的數目卻可以成千上萬，形成的堿基對的排列順序也可以千變萬化(如一個由1 000個堿基對組成的DNA分子，它的堿基對可能的排列方式就有41 000種)，從而構成了DNA分子的多樣性，也決定了遺傳信息的多樣性。 (3)特異性：每個特定的DNA分子都有特定的堿基排列順序，而特定的堿基排列順序中有遺傳效應的片段就代表了遺傳信息，所以每個特定的DNA分子中都貯存著特定的遺傳信息，因此這種特定的堿基排列順序就構成了DNA分子的特異性。 DNA分子的多樣性和特異性是生物體多樣性和特異性的物質基礎。生物界多樣性的直接原因是蛋白質的多樣性；生物界多樣性的根本原因是核酸的多樣性。典 例 導 析 解析生物的性狀是指
19、生物體表現(xiàn)出來的形態(tài)結構特點和生理特性，而遺傳信息是指基因(代表遺傳物質)中脫氧核苷酸的排列順序，遺傳信息和性狀是兩個層面的內容。 答案D 由80個堿基組成的DNA分子片段，可由其堿基對組成不同的序列而攜帶不同的遺傳信息，其種數最多可達() A4120B1202 C440D260 答案C 解析DNA分子中特定的脫氧核苷酸排列順序代表著遺傳信息。在DNA分子內部堿基互補配對的方式雖然只有兩種，但堿基對的排列順序有多種。因為DNA分子的兩條鏈是遵循堿基互補配對原則結合而成的，所以一條鏈的堿基序列決定了另一條鏈的堿基序列。根據數學的排列知識，n個不同堿基對的排列有4n種，由于在一條單鏈上有40個堿基
20、，其排列的種類就有440種之多。思維創(chuàng)新升華思維創(chuàng)新升華 一個DNA分子無論復制多少代，DNA原有的兩條鏈不變，一直作為模板，分別進入兩個子代DNA分子中。已知某全部N原子被15N標記的DNA分子作為親代(0代)，轉移到含14N的培養(yǎng)基中培養(yǎng)若干代，其結果分析如下表：DNA是半保留復制實驗結果分析是半保留復制實驗結果分析世世代代DNA分子結構特點分子結構特點DNA中脫氧核中脫氧核苷酸鏈的特點苷酸鏈的特點分子分子總數總數細胞中的細胞中的DNA分子在分子在離心管中的離心管中的位置位置不同不同DNA分子占全部分子占全部DNA分子之比分子之比鏈的鏈的總數總數含含14N、15N的鏈所占的鏈所占的比例的比
21、例含含15N含含14N15N只含只含14N含含15N含含14N01全部在下部全部在下部10021012全部在中部全部在中部01041/21/2241/2中部，中部，1/2上部上部01/21/281/43/4381/4中部，中部，3/4上部上部01/43/4161/87/8n2n1/2n1中部中部，11/2n1上部上部01/2n111/2n12n11/2n11/2n 強調：開始被15N標記的DNA分子作為0代還是第1代決定了世代數與子代所占比例的計算。染色體、染色體、DNA、基因、脫氧核苷酸的關系、基因、脫氧核苷酸的關系 注意：染色體并不是DNA的唯一載體，細胞質中的線粒體和葉綠體中也有少量的D
22、NA。并非所有生物的遺傳信息都位于DNA上，有些病毒的遺傳物質是RNA，其遺傳信息存在于RNA分子中。方法技巧探究方法技巧探究組別組別1組組2組組3組組4組組培養(yǎng)液中培養(yǎng)液中唯一氮源唯一氮源14NH4Cl15NH4Cl14NH4Cl14NH4Cl繁殖代數繁殖代數多代多代多代多代一代一代兩代兩代培養(yǎng)產物培養(yǎng)產物ABB的子的子代代B的子的子代代操作操作提取提取DNA并離心并離心離心結果離心結果僅為輕帶僅為輕帶(14N/14N)僅為重帶僅為重帶(15N/15N)僅為中帶僅為中帶(15N/14N)1/2 /2輕帶輕帶( (1414N/N/14N)1/2 /2中帶中帶( (1515N/N/14N) 請分
23、析并回答： (1)要得到DNA中的N全部被放射性同位素標記的大腸桿菌B，必須經過_代培養(yǎng)，且培養(yǎng)液中的_是唯一氮源。 (2)綜合分析本實驗的DNA離心結果，第_組結果對得到的結論起到了關鍵作用，但需把它與第_組和第_組的結果進行比較，才能說明DNA分子的復制方式是_。 (3)分析討論： 若子代DNA的離心結果為“輕”和“重”兩條密度帶，則“重帶”DNA來自于_，據此可判斷DNA分子的復制方式不是_復制。 若將子代DNA雙鏈分開后再離心，其結果是_ (選填“能”或“不能”)判斷DNA的復制方式。 若在同等條件下將子代DNA繼續(xù)培養(yǎng)，子n代DNA離心的結果是：密度帶的數量和位置_，放射性強度發(fā)生變
24、化的是_帶。 若某次實驗的結果中，子I代DNA的“中帶”比以往實驗結果的“中帶”略寬，可能的原因是新合成的DNA單鏈中的N尚有少部分為_。 標準答案(1)多15NH4Cl (2)312半保留復制 (3)B半保留不能 沒有變化輕15N 方法警示 得分要點： (1)必須為“多”。 (2)第一個空必須為“3”，第二、三個空必須為“2和1”。 錯因案例 (1)答為“2”。(錯因：把得到15N的分子，而理解為出現(xiàn)含“15N”的分子) (2)答為“4”。(錯因：認為復制次數越多，對區(qū)分半保留復制和全保留復制越好)或答為“4組和2組”。(錯因：認為與它們的親代和子代比較更為合適，而忘記了“中帶”與“輕帶”“
25、重帶”的區(qū)別是關鍵) 技法提煉(1)如何確定實驗組和對照組： 在所設的4組實驗中，發(fā)現(xiàn)2組和3組、4組是存在親子代關系的，它們在實驗中屬于一類，而1組是單獨存在的，所以它是對照組，而2組是實驗組。所以本實驗的難度在于1、2、3、4組之間不是平行關系，而存在著一定的遞進關系。 (2)如何獲得兩條鏈全部被標記的DNA分子： 把含有DNA分子的大腸桿菌放在只含有15N的環(huán)境中進行培養(yǎng)。不管DNA分子進行的是半保留復制，還是全保留復制，子代中都會含有14N的DNA分子；若是半保留復制，后代中有2個含有14N，若是全保留復制，則后代中會有1個含有14N，所以復制次數越多含有14N的DNA分子所占比例就會越小，直至可以忽略。 (3)確定區(qū)分半保留復制和全保留復制的關鍵： 運用假說演繹的方法是確定兩者區(qū)別的重要方法。將只含15N的DNA分子放在含有14N的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，預測所得后代。若是半保留復制，則后代會出現(xiàn)一條鏈是15N另一條鏈為14N的DNA分子，在經過離心之后會出現(xiàn)中帶；若是全保留復制，則后代中出現(xiàn)的是一個DNA分子只含有15N，另一個DNA分子只含有14N，經離心后會出現(xiàn)輕帶和重帶，所以會不會出現(xiàn)“中帶”是區(qū)分半保留復制和全保留復制的關鍵。課堂知識構建課堂知識構建
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