DNA的復(fù)制教學(xué)設(shè)計(jì) 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(shí)一、核心素養(yǎng)目標(biāo)生命觀念：能概述DNA分子復(fù)制的過(guò)程及特點(diǎn)，理解DNA復(fù)制的條件和半保留復(fù)制的生物學(xué)意義。科學(xué)思維：通過(guò)介紹Meselson、stehl的試驗(yàn)，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(guò)引導(dǎo)學(xué)生觀察拉鏈和DNA復(fù)制的比較，鼓勵(lì)學(xué)生大膽想象、猜測(cè)，培養(yǎng)學(xué)生自主探索、合作學(xué)習(xí)、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力社會(huì)責(zé)任：加強(qiáng)學(xué)生的邏輯思維能力和計(jì)算能力，領(lǐng)悟科學(xué)探究的能力。二、教學(xué)重難點(diǎn)1.教學(xué)重點(diǎn):(1)運(yùn)用假說(shuō)演繹法探究DNA的復(fù)制方式。(2)DNA分子復(fù)制的條件、特點(diǎn)及過(guò)程。2.教學(xué)難點(diǎn)(1)運(yùn)用假說(shuō)演繹法探究DNA的復(fù)制方式。(2)DNA分子復(fù)制的過(guò)程。三、教學(xué)過(guò)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(duì)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(guò)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(guò)程，1DNA→2DNA。那么，新產(chǎn)生的DNA分子是一個(gè)全新的DNA分子嗎？講授新課一、對(duì)DNA復(fù)制的推測(cè)1．全保留復(fù)制：新復(fù)制出的分子直接形成，完全沒(méi)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(jī)組合的。如何來(lái)判斷DNA的復(fù)制究竟是哪種方式呢？這就需要用假說(shuō)-演繹法來(lái)預(yù)測(cè)。二、對(duì)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(gè)子代DNA均由1條母鏈和1條子鏈組成。問(wèn)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(wèn)題2：如果要在實(shí)驗(yàn)中直觀地區(qū)別、“標(biāo)識(shí)”母鏈或子鏈，可以采取什么辦法？（放射性同位素標(biāo)記法）問(wèn)題3：如果用同位素（放射性）進(jìn)行標(biāo)記，用什么元素？（N、P）問(wèn)題4：如果親代DNA是15N的，放在14N的環(huán)境中進(jìn)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(wèn)題5：要驗(yàn)證上述預(yù)測(cè)，就要分別觀察親代和子代的情況，但實(shí)驗(yàn)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(gè)問(wèn)題？（通過(guò)密度梯度離心使其發(fā)生分層）【驗(yàn)證假設(shè)】學(xué)生閱讀教材并觀察討論圖示：證明DNA進(jìn)行半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)。DNA是肉眼看不見(jiàn)的，如何才能分辨DNA呢？此時(shí)，教師可以讓學(xué)生分析經(jīng)典實(shí)驗(yàn)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(gè)實(shí)驗(yàn)中親代、子一代、子二代細(xì)胞中提取出的DNA離心的結(jié)果說(shuō)明了什么。通過(guò)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(diǎn)，同時(shí)還能感受科學(xué)探究的魅力。實(shí)驗(yàn)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(jìn)行的。小結(jié)：總結(jié)本實(shí)驗(yàn)假說(shuō)演繹的流程。（作出假設(shè)、演繹推理、驗(yàn)證假設(shè)、得出結(jié)論）三、DNA復(fù)制過(guò)程播放多媒體課件，演示DNA復(fù)制的過(guò)程，首先讓學(xué)生明確DNA并不是由原來(lái)DNA分子產(chǎn)生一個(gè)全新的DNA分子，而是DNA分子的兩條鏈分開(kāi)，每一條鏈（母鏈）作為一個(gè)模板再配上一條子鏈，這樣形成的2個(gè)DNA分子每個(gè)都有一條母鏈和一條子鏈。DNA復(fù)制過(guò)程大體分為三個(gè)階段：（1）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)在DNA解旋酶作用下解旋成2個(gè)單鏈片段；（2）以解開(kāi)的每一條單鏈片段（母鏈）為模板，遵循堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，與提供原料中的4種脫氧核苷酸各自互補(bǔ)配對(duì)，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(duì)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(gè)DNA分子。然后，設(shè)置問(wèn)題讓學(xué)生分析DNA復(fù)制過(guò)程的特點(diǎn)、條件等，領(lǐng)會(huì)DNA的結(jié)構(gòu)和堿基互補(bǔ)配對(duì)與復(fù)制的關(guān)系。思考：（1）DNA復(fù)制過(guò)程的特點(diǎn)有哪些？（其特點(diǎn)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(shuō)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(chǎng)所在哪里？在什么時(shí)間進(jìn)行的？（DNA復(fù)制的場(chǎng)所是細(xì)胞核，復(fù)制時(shí)間是在細(xì)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(shí)驗(yàn)中大腸桿菌的半保留復(fù)制圖例，計(jì)算在第一代、第二代和第三代中含15NDNA分子的個(gè)數(shù)及所占比例，進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)DNA半保留復(fù)制的特點(diǎn)。（建議使用知識(shí)卡片：【知識(shí)解析】“圖解法”分析DNA復(fù)制過(guò)程中的相關(guān)計(jì)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(guò)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(guò)程。時(shí)間有絲分裂和減數(shù)第一次分裂的間期場(chǎng)所細(xì)胞核條件模板、酶、能量、原料特點(diǎn)半保留復(fù)制，邊解旋邊復(fù)制意義通過(guò)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(gè)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(gè)，在復(fù)制過(guò)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(jì)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(gè)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(gè)。(2)含15N的DNA分子數(shù)：2個(gè)。(3)含14N的DNA分子數(shù)：2n個(gè)。(4)只含15N的DNA分子數(shù)：0個(gè)。(5)只含14N的DNA分子數(shù)：(2n－2)個(gè)。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(jì)算設(shè)親代DNA分子中含有某種脫氧核苷酸m個(gè)，則：(1)經(jīng)過(guò)n次復(fù)制，共需消耗游離的該種脫氧核苷酸為m·(2n－1)個(gè)。(2)在第n次復(fù)制時(shí)，共需消耗游離的該脫氧核苷酸為m·2n－1個(gè)。例某個(gè)DNA片段有500個(gè)堿基對(duì)，其中A和T占?jí)A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(gè)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(xì)胞中的DNA分子，然后將細(xì)胞放在正常環(huán)境中培養(yǎng)，讓其進(jìn)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(guò)程中細(xì)胞雖然連續(xù)分裂2次，但DNA只復(fù)制1次，所以四個(gè)子細(xì)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(xì)胞中的DNA分子，然后將細(xì)胞放在正常環(huán)境中培養(yǎng)，連續(xù)進(jìn)行2次有絲分裂，與減數(shù)分裂過(guò)程不同，因?yàn)橛薪z分裂是復(fù)制1次分裂1次，因此這里實(shí)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(gè)子細(xì)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(shí)兩條染色單體的分離是隨機(jī)的，所以最終形成的子細(xì)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(xì)胞染色體條數(shù)是2n)。例蠶豆根尖細(xì)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(gè)細(xì)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(xì)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(gè)細(xì)胞周期，每一個(gè)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(gè)DNA分子復(fù)制的兩個(gè)DNA分子存在于同一染色體的姐妹染色單體上，其中一個(gè)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(xì)胞的______分裂和______第一次分裂前的_____期進(jìn)行的。復(fù)制是指以_____________為模板來(lái)合成____________的過(guò)程。復(fù)制特點(diǎn)是______________。復(fù)制過(guò)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(wú)誤地完成。一個(gè)親代DNA分子通過(guò)復(fù)制形成了兩個(gè)