摘要：
本文就DNA半保留复制中涉及的密度梯度离心的概念、亲代DNA类型的选择、实验过程中大肠杆菌培养的代数、DNA条带位置的测定手段和假说演绎法的利用等进行解析。
正文：
人教版高中生物学教材必修2中有关DNA半保留复制证据的实验是难度较大的经典实验，本文对其中的一些疑难点进行分析，希望对教师讲授此实验有所帮助。
1 什么是密度梯度离心
最先提出密度梯度离心概念的是Meselson。密度梯度离心就是用一定的介质在离心管内形成连续或不连续的密度梯度，再通过重力或离心力场的作用使样品分层、分离。又可分为速度区带离心和等密度梯度离心。Meselson和Stahl证明DNA半保留复制的实验利用的是等密度梯度离心。
等密度梯度离心又称为平衡密度梯度离心，被分离的物质依靠其各自的密度不同而分离。氯化铯(CsCl)是最常用的离心介质，因为6mol/L的氯化铯溶液密度约1.7g/mL，与DNA密度最接近。在高速离心(30000～50000r/min)48～72h后，重金属盐的沉降作用与扩散作用达到动态平衡，氯化铯离心形成1.65～1.75g/mL的密度梯度。氯化铯密度梯度离心分离DNA原理是： 不同密度的DNA(14N、15N)在离心液中进入与自身密度最接近的区域，从而将微小差异的DNA很明显地区分开。
2 为什么实验要从获得15N-DNA做起
为什么实验要从获得15N-DNA做起，而不是直接将含14N-DNA的大肠杆菌放在15N培养基中逐代进行实验？这是因为在一定的培养基中培养大肠杆菌后，要确定提取出的DNA经密度梯度离心得到的究竟是哪种类型的DNA，必须进行比对。因此，首先要得到15N-DNA，方法是在15N培养基中将大肠杆菌培养多代后提取其DNA。然后将15N-DNA和14N-DNA进行密度梯度离心，得到它们在离心管中的位置，以作为后续实验的参照。结果表明，15N-DNA显示为一条重密度带位于离心管靠近管底的位置，而14N-DNA显示为一条轻密度带位于离心管靠近管口的位置。将含15N-DNA的大肠杆菌转入14N标记培养基中，在不同的时间取出样品，以一定手段裂解得到DNA，然后进行密度梯度离心，与前两组结果比对，即可判定得到的DNA种类。
3 将15N标记的大肠杆菌放在14N普通培养液后为什么要显示培养两代的结果
Watson和Crick提出了DNA半保留复制的假说后，不乏质疑。有人提出另外的假说： 即全保留复制和分散复制(也称弥散复制)。全保留复制模型认为： 在DNA复制时，DNA并不需要解链，复制后新的DNA分子单链结合在一起，亲代分子保持完整；分散复制认为： 在复制过程中亲代DNA双链被切割成小片段，分散在新合成的两个DNA分子中(图1)。
图1 DNA分子复制模型[1]
分析一代实验的结果： 子一代如果出现轻带和重带两个条带，则可断定是全保留复制；但如果只有中密度带，很可能是半保留复制，但也排除不了分散复制的可能，这样就无法作出判断。当只有中密度带时，再培养一代，如出现一条轻密度带，一条中密度带，则可确定为半保留复制；如无轻密度带出现，则可确定为分散复制。可见，在14N培养液中至少培养两代，才能以充足的证据证明DNA 复制的方式为半保留复制。当然，将第一代全位于中带的DNA 进行热变性和梯度离心，也能区分是半保留还是分散复制，如果仅得到中带，则是分散复制; 若一半中带、一半重带，则是半保留复制。事实上，Meselson 和Stahl 不仅做了双链DNA 的多代实验，而且也做了热变性后梯度离心的实验。
4 Meselson和Stahl测定DNA条带位置的手段是什么
同位素分为放射性同位素和稳定性同位素两类。15N是稳定性同位素，不具有放射性。两位科学家利用的是15N和14N质量的不同，含15N和14N的DNA可处在不同的CsCl密度位置。因此，本实验的检测手段不是放射性同位素示踪。DNA分子吸收紫外线，所以用一光源系统照射离心管，在照相底板上记录DNA带的位置[2]，其黑度可表示DNA的相对含量。
5 证明DNA半保留复制的实验是否运用了假说演绎法
该实验确实运用了假说演说法。但是，提出假说的是Watson和Crick(1950年)。提出DNA的双螺旋结构模型后，特定的碱基配对性质让他们立刻注意到遗传物质可能的复制机制，于是大胆地预测DNA复制可能采取的是一种半保留的方式。而Meselson和Stahl则设计了以大肠杆菌为材料的密度梯度离心实验，并预测假如为半保留复制，子一代出现的密度带应全部为中带，子二代则应出现中带和轻带两种条带，实验结果果真如此。可见，半保留复制是由Watson和Crick提出问题和假说，1957年由Meselson和Stahl演绎推理并验证了该假说。
主要参考文献
[1]人民教育出版社课程教材研究所生物课程教材研究开发中心.2015.生物2遗传与进化(必修)普通高中课程标准实验教科书教师教学用书(第2版).北京： 人民教育出版社，82
[2]刘祖洞，江绍慧.1985.遗传学(下).北京： 高等教育出版社，86
