备课素材：DNA复制经典实验3个问题 第二学期高中生物学必修二.docxVIP

DNA复制经典实验3个问题

先看一道试题：

阅读下列材料，完成下面小题。关于DNA分子的复制方式曾有三种假说：全保留复制、半保留复制和分散复制，科学家以大肠杆菌为实验材料，运用密度梯度离心、DNA紫外光吸收光谱等方法对此进行研究，实验基本操作及结果如图：

（注：大肠杆菌约20分钟繁殖一代；紫外光吸收光谱的峰值位置即为离心管中DNA的主要分布位置，峰值越大，表明该位置的DNA数量越多；在培养到6、13、20分钟时，分别取样，提取大肠杆菌DNA，经密度梯度离心后，测定紫外光吸收光谱，结果如图2中b、c、d所示）

1．下列关于实验过程的相关叙述错误的是（????）

A．培养液中的氮元素主要是用于合成四种脱氧核苷酸

B．实验过程中需要提取亲代DNA分子，用于对照

C．实验过程中密度梯度离心的速度不会影响实验结果

D．本实验不可以通过测定放射性强度来最终确定DNA的复制方式

解析：NH4Cl培养液中的氮元素主要是用于合成四种脱氧核苷酸，A正确；实验过程中需要提取亲代DNA分子，用于与子代DNA对照，B正确；实验过程中密度梯度离心的速度会影响实验结果，因此要控制适宜离心速度，C错误；本实验不能通过测定放射性强度来最终确定DNA的复制方式，因为15N不是放射性元素，D正确。故答案为C。

2．本实验延长至40分钟，预期实验结果正确的是（????）

A．若为全保留复制，则峰值个数为2，一个峰值出现在P点位置，另一个出现在Q点位置

B．若为半保留复制，则峰值个数为2，一个峰值出现在Q点位置，另一个出现在Q点上方位置

C．若为分散复制，则峰值多个，均出现在Q点位置上方

D．若将实验产物加热至100℃后再离心，无论是哪种复制方式，每个峰值均等大

解析：由于紫外光吸收光谱的峰值位置即为离心管中DNA的主要分布位置，峰值越大，表明该位置的DNA数量越多，因此0分钟时DNA主要在P点位置，6分钟时DNA主要在PQ点位置之间，13分钟时DNA主要在Q点位置，20分钟时DNA全在Q点位置。大肠杆菌约20分钟繁殖一代，本实验延长至40分钟，则复制了两代，若DNA的复制方式为全保留复制，则20分钟后（DNA复制两代）会出现15N/15N﹣DNA和14N/14N﹣DNA两种数量相等的DNA分子，显示出的紫外光吸收光谱即为2个峰值，一个峰值15N/15N﹣DNA出现在P点的位置，另一个14N/14N﹣DNA峰值出现在Q点（15N/14N﹣DNA）上方，A错误；若为半保留复制，则20分钟后（DNA复制两代）会出现15N/14N﹣DNA和14N/14N﹣DNA两种数量相等的DNA分子，出现峰值个数为2，一个峰值出现在Q点位置，另一个出现在Q点上方位置，B正确；若为分散复制，则峰值只有1个，出现在Q点位置之上，C错误；若将实验产物加热至100℃后再离心，则得到DNA单链，全保留和半保留每个峰值均等大，但与分散复制峰值不同，D错误。故答案为B。

科学家Meselson和Stahl的DNA复制方式探究实验设计与关键步骤：

初始标记：将大肠杆菌长期培养在含重氮同位素（15N）的培养基中，使其DNA两条链均为15N（15N/15N，密度最大）。

环境切换：将细菌转移至含普通氮（14N）的培养基中，允许DNA复制。

多代取样：分别在复制第1代、第2代等时间点收集细菌，提取DNA。

密度梯度离心：通过离心分离不同密度的DNA分子，观察条带位置。

问题1：实验中需要培养大肠杆菌，DNA需要从大肠杆菌中提取，如何从大肠杆菌中提取DNA分子？

从大肠杆菌中提取DNA是分子生物学中的基础实验，通常涉及细胞裂解、去除蛋白质和杂质、DNA纯化等步骤。实验原理如下：通过溶菌酶破坏细胞壁，SDS（十二烷基硫酸钠）溶解细胞膜并释放DNA。然后是去蛋白，高盐溶液沉淀蛋白质（可用NaCl），或通过蛋白酶K消化，蛋白酶K是一种从白色念珠菌分离出来的强力蛋白溶解酶，具有很高的比活性，是DNA提取的关键试剂。接着是DNA沉淀，利用乙醇或异丙醇沉淀DNA，去除RNA，可加核糖核酸酶A（RNaseA），是一种内切核酸酶，能够特异性地降解RNA分子?，能够在嘧啶残基的3’末端切割单链RNA，形成具有3’-末端嘧啶-3’-磷酸酯的寡核糖核苷酸。通过RNaseA的切割作用，相邻的嘧啶核苷酸会被释放，从而实现RNA分子的降解。?最后是纯化，洗涤去除盐分和杂质，洗涤用70%乙醇洗涤沉淀，离心后弃乙醇，室温干燥5分钟，最后溶解于缓冲液，-20℃保存。

问题2：Meselson和Stahl的DNA复制实验通过密度梯度离心技术观察DNA的密度变化，验证了DNA的半保留复制机制。那么，如何观察DNA分子？

通过离心分离不同密度的DNA分子，观察条带位置。实验结果第二代排除“全保留复制”，第三代排除“分散复制”，实验结果