DNA的復(fù)制教學(xué)設(shè)計 高一下學(xué)期生物人教版必修二

湖南省文波高中生物名師網(wǎng)絡(luò)工作室必修二3.3DNA的復(fù)制共1課時一、核心素養(yǎng)目標(biāo)生命觀念：能概述DNA分子復(fù)制的過程及特點，理解DNA復(fù)制的條件和半保留復(fù)制的生物學(xué)意義?？茖W(xué)思維：通過介紹Meselson、stehl的試驗，引導(dǎo)學(xué)生分析、比較、推理、歸納，培養(yǎng)科學(xué)的思維。科學(xué)探究：通過引導(dǎo)學(xué)生觀察拉鏈和DNA復(fù)制的比較，鼓勵學(xué)生大膽想象、猜測，培養(yǎng)學(xué)生自主探索、合作學(xué)習(xí)、分析問題、解決問題的能力社會責(zé)任：加強學(xué)生的邏輯思維能力和計算能力，領(lǐng)悟科學(xué)探究的能力。二、教學(xué)重難點1.教學(xué)重點:(1)運用假說演繹法探究DNA的復(fù)制方式。(2)DNA分子復(fù)制的條件、特點及過程。2.教學(xué)難點(1)運用假說演繹法探究DNA的復(fù)制方式。(2)DNA分子復(fù)制的過程。三、教學(xué)過程導(dǎo)入新課（建議下載使用視頻：【情境素材】DNA的復(fù)制。）教師展示一對母女（如明星戚薇和女兒，父女等均可）的照片。教師引導(dǎo)學(xué)生思考：為什么母女這樣像？教師引導(dǎo)學(xué)生得出答案：親代的遺傳物質(zhì)通過復(fù)制傳遞給了子代。那么，何謂DNA的復(fù)制？所謂DNA的復(fù)制就是指以親代DNA為模板合成子代DNA的過程，1DNA→2DNA。那么，新產(chǎn)生的DNA分子是一個全新的DNA分子嗎？講授新課一、對DNA復(fù)制的推測1．全保留復(fù)制：新復(fù)制出的分子直接形成，完全沒有舊的部分。2．半保留復(fù)制：形成的分子一半是新的，一半是舊的。3．分散復(fù)制（彌散復(fù)制）：新復(fù)制的分子中新舊都有，但分配是隨機組合的。如何來判斷DNA的復(fù)制究竟是哪種方式呢？這就需要用假說-演繹法來預(yù)測。二、對DNA復(fù)制方式的探究【作出假設(shè)】DNA復(fù)制是一種半保留式的復(fù)制每個子代DNA均由1條母鏈和1條子鏈組成。問題1：如果DNA是半保留復(fù)制，復(fù)制后得到的子一代DNA和子二代DNA的組成是什么樣的呢？問題2：如果要在實驗中直觀地區(qū)別、“標(biāo)識”母鏈或子鏈，可以采取什么辦法？（放射性同位素標(biāo)記法）問題3：如果用同位素（放射性）進行標(biāo)記，用什么元素？（N、P）問題4：如果親代DNA是15N的，放在14N的環(huán)境中進行培養(yǎng)，則親代、子一代、子二代DNA分別含有哪種N元素？（親代：15N/15N-DNA（全部）子一代：15N/14N-DNA（全部）子二代：15N/14N-DNA（1/2）14N/14N-DNA（1/2））問題5：要驗證上述預(yù)測，就要分別觀察親代和子代的情況，但實驗中，復(fù)制后的DNA分子混合在一起的，不易分離。怎么解決這個問題？（通過密度梯度離心使其發(fā)生分層）【驗證假設(shè)】學(xué)生閱讀教材并觀察討論圖示：證明DNA進行半保留復(fù)制的實驗。DNA是肉眼看不見的，如何才能分辨DNA呢？此時，教師可以讓學(xué)生分析經(jīng)典實驗中用同位素15N標(biāo)記的方法，分析用CsCl密度梯度離心后重帶、中帶、輕帶表示的DNA分子的雙鏈構(gòu)成是怎樣的，在整個實驗中親代、子一代、子二代細胞中提取出的DNA離心的結(jié)果說明了什么。通過層層分析，學(xué)生不僅能夠自己得出結(jié)論：DNA的確具有半保留復(fù)制的特點，同時還能感受科學(xué)探究的魅力。實驗結(jié)果與預(yù)期結(jié)果一致，故證明了DNA的復(fù)制是以半保留的方式進行的。小結(jié)：總結(jié)本實驗假說演繹的流程。（作出假設(shè)、演繹推理、驗證假設(shè)、得出結(jié)論）三、DNA復(fù)制過程播放多媒體課件，演示DNA復(fù)制的過程，首先讓學(xué)生明確DNA并不是由原來DNA分子產(chǎn)生一個全新的DNA分子，而是DNA分子的兩條鏈分開，每一條鏈（母鏈）作為一個模板再配上一條子鏈，這樣形成的2個DNA分子每個都有一條母鏈和一條子鏈。DNA復(fù)制過程大體分為三個階段：（1）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)在DNA解旋酶作用下解旋成2個單鏈片段；（2）以解開的每一條單鏈片段（母鏈）為模板，遵循堿基互補配對原則，與提供原料中的4種脫氧核苷酸各自互補配對，并在DNA聚合酶作用下連接成一段子鏈；（3）子鏈不斷延伸并與對應(yīng)母鏈盤繞成雙螺旋結(jié)構(gòu)，形成各含一條母鏈和一條子鏈的2個DNA分子。然后，設(shè)置問題讓學(xué)生分析DNA復(fù)制過程的特點、條件等，領(lǐng)會DNA的結(jié)構(gòu)和堿基互補配對與復(fù)制的關(guān)系。思考：（1）DNA復(fù)制過程的特點有哪些？（其特點是邊解旋邊復(fù)制，半保留復(fù)制。）（2）DNA復(fù)制需要哪些條件？（復(fù)制需要模板、原料、酶和能量等基本條件。特別需要向?qū)W生說明的是，DNA復(fù)制所需要的酶有多種，教材中介紹的“DNA解旋酶”、“DNA聚合酶”只是其中主要的兩種。）（3）DNA復(fù)制的場所在哪里？在什么時間進行的？（DNA復(fù)制的場所是細胞核，復(fù)制時間是在細胞有絲分裂的間期和減數(shù)第一次分裂的間期。）教師還可結(jié)合教材經(jīng)典實驗中大腸桿菌的半保留復(fù)制圖例，計算在第一代、第二代和第三代中含15NDNA分子的個數(shù)及所占比例，進一步強調(diào)DNA半保留復(fù)制的特點。（建議使用知識卡片：【知識解析】“圖解法”分析DNA復(fù)制過程中的相關(guān)計算）最后，教師可以讓學(xué)生分析子代DNA與親代DNA的堿基序列的特征，探討DNA自我復(fù)制的生物學(xué)意義。正是由于DNA分子的這一復(fù)制過程，才使得親代的遺傳信息傳遞給子代，從而使前后代保持了一定的連續(xù)性。師生共同完成下表：定義DNA分子的復(fù)制是指以親代DNA分子為模板合成子代DNA的過程。時間有絲分裂和減數(shù)第一次分裂的間期場所細胞核條件模板、酶、能量、原料特點半保留復(fù)制，邊解旋邊復(fù)制意義通過復(fù)制，使親代的遺傳信息傳給子代，從而使前后代保持了一定的連續(xù)性。結(jié)果DNA分子復(fù)制產(chǎn)生出與親代相同的子代DNA分子。復(fù)制n次，得到2n個DNA分子，其中原親代DNA分子的鏈有兩條，新合成的鏈為2n+1-2個，在復(fù)制過程中，所需要某種堿基數(shù)為（2n1）a，a為DNA分子中某種堿基的數(shù)目。四、解答DNA分子復(fù)制中相關(guān)計算題的規(guī)律方法DNA分子的復(fù)制方式為半保留復(fù)制，若將一個被15N標(biāo)記的DNA轉(zhuǎn)移到含14N的培養(yǎng)基中培養(yǎng)(復(fù)制)n代，其結(jié)果分析如圖所示。1．DNA分子數(shù)(1)子代DNA分子總數(shù)：2n個。(2)含15N的DNA分子數(shù)：2個。(3)含14N的DNA分子數(shù)：2n個。(4)只含15N的DNA分子數(shù)：0個。(5)只含14N的DNA分子數(shù)：(2n－2)個。2．脫氧核苷酸鏈數(shù)(1)子代DNA分子中脫氧核苷酸鏈數(shù)：2n＋1條。(2)含15N的脫氧核苷酸鏈數(shù)：2條。(3)含14N的脫氧核苷酸鏈數(shù)：(2n＋1－2)條。3．DNA復(fù)制消耗游離的脫氧核苷酸數(shù)的計算設(shè)親代DNA分子中含有某種脫氧核苷酸m個，則：(1)經(jīng)過n次復(fù)制，共需消耗游離的該種脫氧核苷酸為m·(2n－1)個。(2)在第n次復(fù)制時，共需消耗游離的該脫氧核苷酸為m·2n－1個。例某個DNA片段有500個堿基對，其中A和T占堿基總數(shù)的40%，若該DNA片段復(fù)制兩次，則共需游離的胞嘧啶脫氧核苷酸分子個數(shù)為(C)A．300B．600C．900 D．1200五、DNA復(fù)制原理的應(yīng)用1．減數(shù)分裂中染色體標(biāo)記情況：如果用3H標(biāo)記細胞中的DNA分子，然后將細胞放在正常環(huán)境中培養(yǎng)，讓其進行減數(shù)分裂，結(jié)果染色體中的DNA標(biāo)記情況如圖所示：由圖可以看出，減數(shù)分裂過程中細胞雖然連續(xù)分裂2次，但DNA只復(fù)制1次，所以四個子細胞中所有DNA分子均呈雜合狀態(tài)，即“3H/1H”。2．有絲分裂中染色體標(biāo)記情況：如果用3H標(biāo)記細胞中的DNA分子，然后將細胞放在正常環(huán)境中培養(yǎng)，連續(xù)進行2次有絲分裂，與減數(shù)分裂過程不同，因為有絲分裂是復(fù)制1次分裂1次，因此這里實際上包含了2次復(fù)制。由圖可以看出，第一次有絲分裂形成的兩個子細胞中所有DNA分子均呈雜合狀態(tài)，即“3H/1H”。第二次有絲分裂復(fù)制后的染色體上兩條染色單體中只有一條染色單體含有3H，即DNA分子為“3H/1H”，而另一條染色單體只有1H，即DNA分子為“1H/1H”，在后期時兩條染色單體的分離是隨機的，所以最終形成的子細胞中可能都含有3H，也可能不含3H，含有3H的染色體條數(shù)是0～2n條(體細胞染色體條數(shù)是2n)。例蠶豆根尖細胞在含3H標(biāo)記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸培養(yǎng)基中完成一個細胞周期，然后在不含放射性標(biāo)記的培養(yǎng)基中繼續(xù)分裂至中期，其染色體的放射性標(biāo)記分布情況是(B)A．每條染色體的兩條染色單體都被標(biāo)記B．每條染色體中都只有一條染色單體被標(biāo)記C．只有半數(shù)的染色體中一條染色單體被標(biāo)記D．每條染色體的兩條染色單體都不被標(biāo)記[解析]DNA的復(fù)制方式是半保留復(fù)制，蠶豆根尖細胞在含3H標(biāo)記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸培養(yǎng)基中完成一個細胞周期，每一個DNA分子都有一條脫氧核苷酸鏈含3H，然后在不含放射性標(biāo)記的培養(yǎng)基中培養(yǎng)至中期，每個DNA分子復(fù)制的兩個DNA分子存在于同一染色體的姐妹染色單體上，其中一個DNA分子的一條鏈含3H，如下圖所示。四、課堂鞏固1．DNA的復(fù)制是在細胞的______分裂和______第一次分裂前的_____期進行的。復(fù)制是指以_____________為模板來合成____________的過程。復(fù)制特點是______________。復(fù)制過程必需以____________________為模板、_______________為原料、_______提供能量、_____的催化等條件，___________________為DNA的復(fù)制提供精確的模板、并有_____________能力保證復(fù)制能夠準(zhǔn)確無誤地完成。一個親代DNA分子通過復(fù)制形成了兩個