师：同学们，今天我们学习高一人教版生物学必修 2 第三章第三节 DNA 的复制。首先，DNA 作为遗传物质可能有哪些功能呢？我们之前学习过噬菌体侵染大肠杆菌的实验，知道 DNA 可以通过复制将遗传信息传递给子代并且表达，所以 DNA 的功能有复制和表达。这里我们理解的 DNA 复制就是 DNA 合成的过程，如果在体外用化学方法复制或者合成 DNA，大家推测一下，需要在反应体系中加入什么物质呢？可以从 DNA 的结构考虑，加入四种游离的脱氧核糖核苷酸作为原料、能量物质和相关的酶。其实早在 1956 年，科学家科伯格就进行了类似思考，并设计实验研究，但结果并没有得到新的 DNA 分子，直到他再加入微量的某种物质后，才成功获得新的 DNA 分子，这种物质就是微量的 DNA。实验结果显示，检测到这些新 DNA 的碱基组成同模板 DNA 组成极为相似，可见新合成 DNA 的特异性是由加入的微量模板 DNA 所决定的，并非从头重新合成。那么 DNA 如何按照模板进行复制呢？有关资料表明，沃森和克里克在发表 DNA 双螺旋结构的论文中提出了一些想法，这些碱基特异性配对的方式暗示着遗传物质进行复制的一种可能机制，请大家思考这可能的机制是怎样的呢？想想碱基互补配对原则是 A 对 T，G 对 C，这说明 DNA 两条链的碱基是准确的一一对应关系。
当我们用一张白纸挡住亲代 DNA 双链中的一条链时，可以根据碱基互补配对原则，由没有被挡住的那条链上的碱基组成情况，推断出白纸盖住单链中对应的碱基种类。这意味着 DNA 复制可能是需要先解开 DNA 双螺旋的两条链，分别作为复制的模板，然后再通过碱基互补配对原则合成互补链。如果这样，在子代 DNA 中就会有一条链是保留了母链，另一条链是新合成的子链，这被称为半保留复制的模型。除此之外，大家再想一想，还可能有其他方式的模型吗？也许还有这样一种可能，以亲代 DNA 双链为模板，子代 DNA 的双链都是新合成的，完全没有母链的部分，亲代分子保持完整，这可以理解为是一种全保留复制的模型。那么这两种模型的假设哪一个才是合理的呢？我们要进行实验探究，找到实验证据。
在实验设计中，如果要通过实验区分 DNA 复制方式的两种模型假设，那么实验区分的关键是什么？我认为最关键的应该是子代 DNA 分子中来自于模板 DNA 的母链和新合成的 DNA 子链的结合情况不同，那用什么方法可以直接直观地观察母链和子链呢？记得以前学过一种可以标记化合物但不改变其化学性质的办法——同位素标记法，比如采用氮 - 15 和氮 - 14 两种稳定的同位素标记 DNA，由于它们相对原子质量不同，可以根据密度不同来区分母链和新合成的子链。
那如何测定子代 DNA 有同位素标记的情况呢？因为氮 - 15 质量大于氮 - 14，可以通过密度离心使其发生分层，记录离心管中的 DNA 的位置，就可以有效地区分质量不同的 DNA 分子。比如 DNA 两条链都含有氮 - 15，碱基密度比较大，子代 DNA 就会集中在离心管靠下的位置，称为重带。如果 DNA 一半是含有氮 - 15，另一半是含有氮 - 14，DNA 密度带就会居中，称为中带。如果 DNA 两条链都含有氮 - 14，则 DNA 密度带就会靠上，称为轻带。下面我们一起模拟实验进行分析。
如果用含有氮 - 15 的氯化铵培养液来培养大肠杆菌若干代，将亲代 DNA 全部标记为氮 - 15。提取的 DNA 经过密度离心后呈现的密度带都是重带，再将其放入含有氮 - 14 的环境中继续培养。子代的 DNA 密度带情况会如何呢？下面我们推理演绎这两种假说对应的情况。假设是半保留复制，子一代的 DNA 分子会是一样的，各自都保留了一条母链含氮 - 15，另一条是子链含氮 - 14，即都是中密度带。再分裂一次，如果出现了一条轻密度带，另一条是中带，且各自占比一半，那就证明了这是半保留复制。假设是全保留复制，那么子一代因为模板部分全部被保留，DNA 分子都含有氮 - 15，而另外新合成的子链部分的 DNA 都含有氮 - 14，所以应该会有轻带和重带两个密度带。如果出现这样的结果，基本可以断定是全保留复制。若在子二代仍然有重带的存在，轻带占比会有所提高，达到 3/4，则证明这是全保留复制。真实的实验结果如何呢？美国生物学家梅塞尔森和斯塔尔在 1958 年完成了这个实验。实验结果如图所示。