师：同学们，今天我们一起学习第三章第三节DNA的复制。一根头发就能破案，大家推测一下，警方最有可能分析头发毛囊细胞当中的什么成分？为什么检测头发当中的DNA就能确定罪犯呢？

　　生：同一个体不同体细胞DNA所携带的遗传信息是相同的。

　　师：非常好。同一个体不同组织细胞都来源于受精卵。受精卵在分裂过程中，是如何保证传递给子代细胞的DNA一模一样呢？

　　生：因为在分裂过程中，DNA先复制，再平均分配给子代细胞。

　　师：没错，其中DNA的精确复制尤为重要。那么DNA是如何复制的呢？首先，请大家写出另一条互补链的碱基排列顺序，依据是碱基互补配对原则。一个DNA分子是如何复制形成两个相同的DNA分子呢？请大家以小组为单位，用老师提供的贴纸，以一个DNA分子为例，演示复制的模型。一张蓝色贴纸代表亲代DNA的一条链，一张粉色贴纸代表新合成的一条链，两张贴纸放一起就代表一个DNA分子，默认两张贴纸是遵循碱基互补配对的。好，下面请大家演示一下。

　　生：（小组演示）

　　师：根据大家提出的假说，主要有两种。第一种，新合成的两个DNA分子，都保留了一条亲代DNA的链，我们称之为半保留复制；另一种，新合成的DNA分子当中亲代DNA完全没有改变，子代DNA的两条链都是新合成的，我们称之为全保留复制。半保留复制和全保留复制究竟是哪一种呢？这也是当时科学界的争议。还有人提出弥散性复制，认为新合成的两个DNA，它们的两条链都是新DNA和旧DNA的混合体。究竟是哪一种模型，我们需要通过实验来验证。同学们，你认为实验的关键是什么？

　　生：如何将亲代DNA和子代DNA区分开。

　　师：非常好。联系我们已学的知识，用什么样的方法能够将亲代DNA和子代DNA区分开呢？

　　生：同位素标记法。

　　师：1958年，梅塞尔森和斯塔尔用大肠杆菌作为实验材料，采用同位素标记技术、密度梯度离心技术，设计了巧妙的实验。实验利用氮15、氮14浓度不同，放在氯化铯溶液当中进行密度梯度离心。我们来看一下这个实验是如何操作的。首先将大肠杆菌放置在氮15标记的培养基当中，培养若干代，使得大肠杆菌DNA几乎全部都被氮15标记。接下来将大肠杆菌转移至只含有氮14的培养基当中培养，分别在0分钟、20分钟、40分钟三个时刻收集大肠杆菌提取液并破碎细胞提取DNA。因为大肠杆菌大约20分钟分裂一次，实际上也就是收集亲代DNA复制第一代和第二代DNA。接下来将DNA放入盛有氯化铯溶液的试管当中进行离心，最后记录大肠杆菌DNA在试管当中的位置。请大家思考，第一组的作用是什么？

　　生：对照。

　　师：一二两组的实验结果如图所示，对照组它的两条链都没有被标记，离心之后，在试管当中只有一条带，位置靠上，我们称为轻链带；而重带DNA两条链都被氮15标记，离心之后，试管当中也只有一条带，位置在试管的底部，我们称之为重链带。那么20分钟、40分钟，结果又如何？请大家根据自己小组的假说，同样利用老师提供的贴纸来演绎推理第一代、第二代DNA的标记情况，并预测离心之后DNA在试管中的位置。注意，此时一张蓝色贴纸代表氮15标记的一条链，粉色贴纸代表氮14标记的一条链，所以亲代DNA就可以用两张蓝色贴纸来表示。好，请大家演绎推理一下这个过程。

　　生：（小组演绎推理）

　　师：我们来看一下两组同学不同复制模型下的推理过程。首先是半保留复制模型，20分钟分裂一次，产生的第一代DNA都有一条链被标记，也就是DNA分子都是氮15、氮14的杂合链。预测离心之后在试管当中出现一条带，称之为杂合链带。40分钟分裂第二次，产生的第二代DNA分子的标记情况有两种。预测离心之后，在试管当中出现两条带，分别是轻链带和杂合链带。而全保留复制模型当中，不管是第一代还是第二代，DNA的标记情况都是两种，预测离心之后在试管当中出现两条带，分别是轻链带和重链带。我们能够看出两种复制模型的结果是不一样的，那么究竟哪一种是对的呢？我们一起来看一下实验结果。

　　生：实验结果与半保留复制模型的演绎推理结果一致。

　　师：由此我们可以得出DNA复制的方式是半保留复制。可能是弥散型复制吗？

　　生：不可能，因为它与子二代的结果不符合。如果是弥散型复制的话，不管复制几代，最后离心之后在试管当中都应该出现一条带，也就是杂合链带。

　　师：好，我们掌握了DNA复制的方式，那DNA复制还需要什么样的条件呢？我们来看一下科学家做的两组实验。第一个问题，DNA复制的原料是脱氧核苷酸，那在实验当中添加的是脱氧核苷三磷酸，我们来看一下它的结构式。脱氧核苷三磷酸脱去远离它的两个磷酸基团，就是脱氧核苷酸，同时会释放能量，由此我们也可以得出DNA复制的过程是需要能量的。第二个问题，通过实验我们思考，如果不加入模板，DNA能合成新的DNA吗？