2019-2020学年名师同步人教版生物选修一课下提能：专题5　课题2　多聚酶链式反应扩增DNA片段

2019-2020学年名师同步人教版生物选修一课下提能：专题5　课题2　多聚酶链式反应扩增DNA片段

专题 5 课题 2 多聚酶链式反应扩增 DNA 片段 课下提能 一、选择题 1．PCR 技术控制 DNA 的解聚与结合所利用的 DNA 的原理是( ) A．特异性 B．稳定性 C．热变性 D．多样性 解析：选 C DNA 分子在 80～100 ℃的温度范围内变性，双链解开成单链； 当温度缓慢降低后，两条彼此分离的 DNA 链又会重新结合形成双链。PCR 利用 了 DNA 的热变性原理，通过控制温度来控制双链的解聚与结合。 2．PCR 反应体系中含有热稳定性高的 DNA 聚合酶， 如下图所示的表达式 不能正确反映 DNA 聚合酶的功能，这是因为( ) A．DNA 聚合酶只能将单个脱氧核苷酸连续结合到双链 DNA 片段的引物链 上 B．DNA 聚合酶只能将两个 DNA 片段连接起来 C．DNA 聚合酶只能将两条脱氧核苷酸链连接起来 D．以上叙述均错误 解析：选 A DNA 聚合酶的作用是将单个脱氧核苷酸连接到脱氧核苷酸链 上，但起点为引物的 3′端，图中所示的过程无该条件，所以不能正确反映 DNA 聚合酶的功能。 3．PCR 技术扩增 DNA 的过程中，DNA 片段经若干次扩增，与其数目的理 论值变化相符的是( ) 解析：选 C PCR 反应中 DNA 的扩增数目与体内 DNA 复制是类似的，即 1 个 DNA 分子复制一次，产生 2 个 DNA 分子，复制 2 次产生 4 个 DNA 分子， 呈指数扩增。开始由 1 个 DNA 分子，经过 n 次复制后得到的 DNA 分子数量为 2n，与曲线 C 相符。 4．(2019·哈尔滨检测)下列关于 PCR 引物的说法，不正确的是( ) A．引物是 PCR 过程中与模板 DNA 部分序列互补，并能引导模板 DNA 的 互补链合成的核苷酸序列 B．引物常根据需要扩增的目标 DNA 的碱基序列用化学合成的方法获得 C．PCR 过程中需要一种引物或两种引物 D．引物的 3′端具有游离的—OH 解析：选 C 由于 DNA 聚合酶不能从头合成 DNA 链，因此引物是 PCR 过 程中与模板 DNA 部分序列互补，并能引导模板 DNA 的互补链合成的核苷酸序 列，A 项正确；PCR 扩增的 DNA 片段取决于两种引物的结合位点，因此所用的 引物通常是根据需要扩增的目标 DNA 的碱基序列用化学合成的方法获得，B 项 正确，C 项不正确；引物的 3′端具有游离的—OH，D 项正确。 5．PCR 仪实质上是一台自动调控温度的仪器，它调控不同温度的目的是 ( ) ①95 ℃，使 DNA 分子变性，失去生物活性 ②95 ℃，使 DNA 分子变性， 解开螺旋 ③55 ℃，使 DNA 分子开始复制、延伸 ④55 ℃，使引物与 DNA 单链结合 ⑤72 ℃，使 DNA 分子开始复制、延伸 ⑥72 ℃，使 DNA 分子恢 复双螺旋结构，恢复活性 A．①③⑤ B．②③⑤ C．②④⑤ D．②④⑥ 解析：选 C 在 PCR 的反应过程中，当温度上升至 90 ℃以上时，DNA 分 子变性，解开双螺旋结构；温度下降到 50 ℃左右，引物与 DNA 单链结合；温 度上升至 72 ℃左右，DNA 分子开始复制、延伸，根据碱基互补配对原则合成 新的 DNA 链。 6．下图是 PCR 反应过程中哪次循环的产物( ) A．第一次循环 B．第二次循环 C．第三次循环 D．第四次循环 解析：选 A 在 PCR 反应中，以引物为标记，以第一次循环时加入的 DNA 为模板，两条 DNA 链可分别由引物Ⅰ和引物Ⅱ与其结合并在 DNA 聚合酶的作 用下延伸，所以形成的每个子代 DNA 分子中只有一种引物；从第二次循环开始， 上次产生的 DNA 分子又可作为模板，形成的 DNA 分子两端均含引物。 7．在 PCR 扩增的实验中，加入一种提取物(一种模板 DNA 片段)，但实验 得到的产物却有 2 种 DNA，其原因可能是( ) A．基因突变 B．Taq DNA 聚合酶发生变异 C．基因污染 D．温度过高 解析：选 C 此现象属于 PCR 技术中的假阳性现象。其原因是靶基因污染 造成的。因此，在 PCR 实验中，一定要做到隔离操作区、分装试剂、简化操作 程序、使用一次性吸头等。尽量避免靶基因污染，C 项正确；若是基因突变，则 可能得不到扩增产物或扩增产物仍为一种，A 项错误；若 Taq DNA 聚合酶发生 变异则不会有扩增产物，B 项错误；若温度过高，亦不会有扩增产物，D 项错误。 8．下列操作过程的叙述中错误的是( ) A．PCR 实验中使用的微量离心管、枪头、缓冲液以及蒸馏水等在使用前必 须进行高压灭菌 B．PCR 所用的缓冲液和酶应分装成小份，并在－20 ℃储存 C．PCR 所用的缓冲液和酶从冰箱拿出之后，迅速融化 D．在微量离心管中添加反应成分时，每吸取一种试剂后，移液器上的枪头 都必须更换 解析：选 C 为了防止外源 DNA 等因素的污染，PCR 实验中使用的微量离 心管、枪头、缓冲液以及蒸馏水等在使用前必须进行高压灭菌；所用的缓冲液及 酶应分装成小份，并在－20 ℃保存，使用一次性枪头。A、B、D 三项均正确； 在冰箱中放置的缓冲液和酶从冰箱中取出后应放在冰块上缓慢融化，而不能迅速 融化，C 项错误。 9．下列有关 DNA 含量测定的叙述，错误的是( ) A．可利用 DNA 在 260 nm 的紫外线波段有一强烈的吸收峰这一特点来进行 DNA 含量的测定 B．测定时通常需要对样品进行稀释 C．直接将样品放在波长 260 nm 处，测定其光吸收值 D．可利用“DNA 含量＝50×光吸收值×稀释倍数”来计算样品中的 DNA 含量 解析：选 C 对样品进行测定前要以蒸馏水作为空白对照，在波长 260 nm 处，将紫外分光光度计的读数调节至零，而不能直接测定样品的光吸收值。 二、非选择题 10．(2019·青岛二中期末)RT—PCR 是将 mRNA 逆转录(RT)和 cDNA 的聚合 酶链式反应相结合的技术，具体过程如图所示，请回答： (1)过程①需要加入缓冲液、原料、________、________和引物 A 等。 (2) 过 程 ② 首 先 要 将 反 应 体 系 的 温 度 升 高 到 95 ℃ ， 其 目 的 是 _________________________________________________________， 该反应体系中所用的 Taq DNA 聚合酶至少应能耐受________ ℃高温。 (3)决定 RT—PCR 扩增片段的是引物，要对图中单链 cDNA 进行 n 次循环的 扩增，理论上至少需要________个引物 B。 (4)利用 RT—PCR 技术可对某些微量 RNA 病毒进行检测，并可提高检测的 灵敏度，原因是________________________________________________ _________________________________________________________。 (5)RT—PCR 过程中主要通过对________的控制，影响酶的活性，从而使得 化学反应高效有序地进行。 解析：(1)过程①是逆转录过程，操作时需要加入缓冲液、原料、模板(RNA 提取物)、酶(逆转录酶)和引物 A 等。(2)过程②将反应体系的温度升高到 95 ℃的 目的是让逆转录酶变性失活，同时使 mRNA—cDNA 杂合双链解开。接下来所用 的 Taq DNA 聚合酶至少应能耐受 95 ℃高温。(3)决定 RT—PCR 扩增片段的是引 物 A 和引物 B 上的脱氧核苷酸序列，要对图中单链 cDNA 进行 n 次循环的扩增， 理论上至少需要 2n－1 个引物 B。(4)利用 RT—PCR 技术可对某些微量 RNA 病毒 进行检测，并可提高检测的灵敏度，原因是增加了待测 RNA 逆转录产生的 DNA 的数量(或浓度)，便于检测。(5)RT—PCR 过程中主要通过对温度的控制，影响 酶的活性，从而使得化学反应高效有序地进行。 答 案 ： (1)RNA 提 取 物 逆 转 录 酶 (2) 让 逆 转 录 酶 变 性 失 活 、 使 mRNA—cDNA 杂合双链解开 95 (3)2n－1 (4)增加了待测 RNA 逆转录产生的 DNA 的数量(或浓度)，便于检测 (5)温度 11．请回答基因工程方面的有关问题： (1)体内 DNA 复制过程中用解旋酶打开双链 DNA，而 PCR 技术中应用 _________________________________________________________。 (2)Taq DNA 聚合酶是从水生耐热细菌 Taq 中分离的。 ①为什么 Taq 细菌能从热泉中被筛选出来呢？ ②Taq DNA 聚合酶的功能是_________________________________。 ③为了使 Taq DNA 聚合酶能够多次反复利用，可采用________技术，常用 的方法为_________________________________________________________。 (3)与体内 DNA 复制相比，PCR 反应要在________中才能进行，并且要严格 控制________条件。 (4)PCR 中 加 入 的 引 物 有 ________ 种 ， 加 入 引 物 的 作 用 是 _________________________________________________________。 解析：(1)体内 DNA 复制过程中用解旋酶打开双链 DNA，而 PCR 技术中应 用高温使 DNA 分子热变性。 (2)①热泉 70～80 ℃的高温条件淘汰了绝大多数 微生物，因此 Taq 细菌能从热泉中被筛选出来；②Taq DNA 聚合酶的功能是催化 脱氧核苷酸之间形成磷酸二酯键；③为了使 Taq DNA 聚合酶能够多次反复利用， 可采用固定化酶技术，常用的方法为化学结合法、物理吸附法。(3)与体内 DNA 复制相比，PCR 反应要在一定的缓冲溶液中才能进行，并且要严格控制温度条 件。(4)PCR 中加入的引物有 2 种，其作用是作为 DNA 复制的起点。 答案：(1)高温使双链 DNA 分子解聚为单链 (2)①热泉 70～80 ℃的高温条 件淘汰了绝大多数微生物。 ②催化脱氧核苷酸之间形成磷酸二酯键 ③固定化 酶 化学结合法、物理吸附法 (3)一定的缓冲溶液 温度 (4)2 作为 DNA 复 制的起点 12．如图为细胞内 DNA 复制过程示意图，该过程在体外也可进行，以获得 大量相同的 DNA 片段，该项技术被称为 PCR 技术，又称多聚酶链式反应，请分 析回答： (1)PCR 过程与细胞内 DNA 复制相比，主要不同点 _________________________________________________________。 (2)PCR 技术过程的三个步骤是________、________、________。 (3)假设 PCR 过程中，只用一个 DNA 片段作为模板，30 次循环后，理论上 反应物中有______个这样的 DNA 片段。 (4)PCR 技术能在几小时内将微量的 DNA 片段特异性地扩增上百万倍，从而 解决了样品中 DNA 含量低，难以分离的难题，试举两例，说明 PCR 技术的应用： _________________________________________________________ _________________________________________________________。 解析：(1)PCR 过程与细胞内 DNA 复制相比，主要不同点是：PCR 过程是 高温变性解旋，不需要解旋酶。(2)PCR 的每次循环可以分为变性、复性和延伸 三步。(3)由于一个 DNA 片段作为模板，一次循环能产生 2 个 DNA 片段，所以 30 次循环后，反应物中大约有 230 个这样的 DNA 片段。(4)PCR 技术有广泛的应 用，可以用于遗传疾病的诊断、刑侦破案、亲子鉴定等方面。 答案：(1)PCR 过程是高温变性解旋，不需要解旋酶 (2)变性 复性 延伸 (3)230 (4)刑侦破案、亲子鉴定、疑难疾病的诊断、 基因序列分析等 13．(2019·大连检测)PCR 技术是基因工程中获取目的基因的常用方法，请 分析回答下列有关问题： (1)利用 PCR 技术扩增目的基因，其原理与细胞内 DNA 复制类似(如下图所 示)。图中引物为单链 DNA 片段，它是子链合成延伸的基础。 ①从理论上推测，第四轮循环产物中含有引物 A 的 DNA 片段所占的比例为 ______。 ②在第________轮循环产物中开始出现两条脱氧核苷酸链等长的 DNA 片 段。 (2)设计引物是 PCR 技术的关键步骤之一。某同学设计的两组引物(只标注了 部分碱基序列)都不合理(如下图)，请分别说明理由。 ①第 1 组：_________________________________________； ②第 2 组：__________________________________________。 解析：(1)①以原来的每条母链为模板合成的两个新 DNA 分子中，只含有引 物 A 或引物 B，而以新合成的子链为模板合成的新 DNA 分子中，两种引物都含 有，故第四轮循环共产生 16 个 DNA 分子，其中只含有引物 A、引物 B 的 DNA 分子各 1 个。同时含有引物 A 和引物 B 的 DNA 分子有 14 个，因此含有引物 A 的分子是 15 个，占 15/16。 ②第一、二轮循环合成的子链长度均不同，根据半保留复制特点可知，前两 次循环产生的四个 DNA 分子的两条脱氧核苷酸链均不等长，第三个循环产生的 DNA 分子存在等长的两条脱氧核苷酸链。 (2)在第 1 组引物中，引物Ⅰ的部分碱基序列是 CAGGCT，引物Ⅱ的部分碱 基序列是 AGCCTG，若利用这两个引物进行 DNA 扩增，会因其中部分碱基发生 碱基互补配对而使该组引物失效。在第 2 组引物中，引物Ⅰ′的部分碱基序列是 AACTG 和 CAGTT，该引物一旦自身折叠后，也将会出现部分碱基发生碱基互 补配对而使该引物失效。 答案：(1)①15/16 ②三 (2)①引物Ⅰ和引物Ⅱ局部发生碱基互补配对而失效 ②引物Ⅰ′自身折叠后会出现局部碱基互补配对而失效