2019-2020学年人教版高中生物选修一同步课时作业11　多聚酶链式反应扩增DNA片段

2019-2020学年人教版高中生物选修一同步课时作业11　多聚酶链式反应扩增DNA片段

课时作业 11 多聚酶链式反应扩增 DNA 片段 1．下列关于 PCR 的描述中，正确的是( ) ①PCR 是一种酶促反应 ②引物决定了扩增的特异性 ③扩增 DNA 利用了热变性的原理 ④扩增的对象是氨基酸序列 A．①②④ B．②③④ C．①③④ D．①②③ 答案：D 2．用 15N 标记的一个 DNA 分子放在含 14N 培养基中复制三次， 含 15N 的 DNA 分子占全部 DNA 分子比例和全部 DNA 单链的比例依 次是( ) A．1/4，1/6 B．1/4，1/8 C．1/2，1/8 D．1/2，1/4 解析：DNA 是半保留复制，复制一次形成两分子 DNA，每分子 DNA 都含有一条 15N 和 14N 单链；复制两次，形成四个分子，含 15N 的只有两分子 DNA；复制三次形成的八个 DNA 分子中含 15N 的仍是 两分子。这时 DNA 单链有十六条，含 15N 的只有亲代的两条。 答案：B 3．在 PCR 扩增实验中，引物是很重要的。下列属于引物特点的 是( ) ①引物长度一般是 80～100 个碱基对(bp)为宜 ②引物的(G＋C)/(A＋T)含量一般为 40%～60% ③引物 3′端不能有 3 个以上连续相同的碱基 ④引物自身不能含有互补序列 A．①② B．③④ C．①③ D．②④ 解析：引物长度一般以 20～30 碱基对(bp)为宜，包括引物Ⅰ和引 物Ⅱ两种。引物太短或太长，都可能降低产物的特异性。引物的 G＋ C 含量一般为 40%～60%。碱基的分布是随机的。应尽量避免数个嘌 呤或嘧啶连续排列，尤其是引物 3′端不能有 3 个以上连续相同的碱基。 引物自身不能含有互补序列，否则会形成发夹二级结构。两个引物在 3′端也不能出现同源性，避免形成引物二聚体。 答案：B 4．PCR 的循环一般要经历三十多次，每次循环可以分为三步， 其顺序是( ) A．变性、延伸、复性 B．变性、复性、延伸 C．复性、变性、延伸 D．延伸、变性、复性 解析：PCR 循环的具体过程是：一、变性：当温度上升到 90 ℃ 以上时，双链 DNA 解聚为单链；二、复性：温度缓慢下降到 50 ℃左 右时，两种引物通过碱基互补配对与两条单链 DNA 结合；三、延伸： 温度上升到 72 ℃左右，溶液中的四种脱氧核苷酸(A、T、G、C)在 DNA 聚合酶的作用下，根据碱基互补配对原则合成新的 DNA 链。因 此，选 B。 答案：B 5．标准的 PCR 过程一般分为变性、复性、延伸三大步，这三大 步需要的温度依次是( ) A．92 ℃、52 ℃、72 ℃ B．72 ℃、50 ℃、92 ℃ C．50 ℃、92 ℃、72 ℃ D．80 ℃、50 ℃、72 ℃ 解析：当温度上升到 90 ℃(90 ℃～96 ℃)以上时，双链 DNA 解聚 为单链，称之为变性；当温度缓慢下降到 50 ℃(40 ℃～60 ℃)左右时， 两种引物通过碱基互补配对与两条单链 DNA 结合，称为复性；当温 度上升到 72 ℃左右(70 ℃～75 ℃)时，溶液中的四种脱氧核苷酸(A、T、 G、C)在 TaqDNA 聚合酶的作用下，根据碱基互补配对原则合成新的 DNA 链，称为延伸。 答案：A 6．下图是哪次循环的产物( ) 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：在 PCR 反应中，以引物为起点，第一次循环时，以加入 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 DNA 中只有一种引物； 从第二次循环开始，上次产生的 DNA 分子又可作为模板参与反应， 所以会形成 DNA 分子两端均含引物的情况，如下图所示： 因此题干中所出现的情况是第一次循环的产物。 答案：A 7．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：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保存，并使用一次性枪头。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，不能迅速 融化。 答案：C 8．关于 PCR 技术的应用，错误的一项是( ) A．古生物学、刑侦破案、DNA 序列测定 B．诊断遗传疾病、基因克隆、古生物学 C．DNA 序列测定、基因克隆、刑侦破案 D．诊断遗传疾病、合成核苷酸、DNA 序列测定 解析：PCR 技术能以极少量的 DNA 为模板，在几小时内复制出 上百万份的 DNA 拷贝。这项技术有效地解决了因为样品中 DNA 含量 太低而难以对样品进行分析研究的问题，被广泛应用于遗传疾病的诊 断、刑侦破案、古生物学、基因克隆和 DNA 序列测定等各方面，而 不能用于合成核苷酸。 答案：D 9．家蚕细胞具有高效表达外源基因的能力。将人干扰素基因导入 家蚕细胞并大规模培养，可提取干扰素用于制药。采用 PCR 技术可 验证．．干扰素基因是否已经导入家蚕细胞。该 PCR 反应体系的主要成 分应包含：扩增缓冲液(含 Mg2＋)、水、4 种脱氧核糖核苷酸、模板 DNA、 __________和________。 解析：PCR 反应体系的主要成分包括：扩增缓冲液(含 Mg2＋)、水， 4 种脱氧核糖核苷酸、模板 DNA 、TaqDNA 聚合酶、两种引物。 答案：对干扰素基因特异的 DNA 引物对 TaqDNA 聚合酶 10．(2017 年高考·江苏卷)金属硫蛋白(MT)是一类广泛存在的金 属结合蛋白，某研究小组计划通过多聚酶链式反应(PCR)扩增获得目 的基因，构建转基因工程菌，用于重金属废水的净化处理。PCR 扩增 过程示意图如下，请回答下列问题： (1)从高表达 MT 蛋白的生物组织中提取 mRNA，通过________ 获得________用于 PCR 扩增。 (2)设计一对与 MT 基因两端序列互补配对的引物(引物 1 和引物 2)，为方便构建重组质粒，在引物中需要增加适当的________位点。 设计引物时需要避免引物之间形成________，而造成引物自连。 (3)图中步骤 1 代表________，步骤 2 代表退火，步骤 3 代表延伸， 这三个步骤组成一轮循环。 (4)PCR 扩增时，退火温度的设定是成败的关键。退火温度过高会 破坏________的碱基配对。退火温度的设定与引物长度、碱基组成有 关，长度相同但________的引物需要设定更高的退火温度。 (5)如果 PCR 反应得不到任何扩增产物，则可以采取的改进措施 有________(填序号：①升高退火温度 ②降低退火温度 ③重新设计 引物)。 解析：(1)PCR技术可在体外对DNA进行扩增，模板可以是 mRNA 经过逆转录获得的 cDNA。(2)设计一对与 MT 基因两端序列互补配对 的引物(引物 1 和引物 2)时，需在引物中增加适当的限制性核酸内切酶 的识别序列，便于目的基因与质粒的连接。为了避免引物自连，设计 引物时需要避免引物之间形成碱基互补配对。(3)根据 PCR 的过程可 知，图中步骤 1 为变性，步骤 2 为退火(复性)，步骤 3 为延伸，这三 个步骤构成一个循环。(4)退火温度的设定与引物长度、碱基组成有关， 过高的退火温度会破坏引物与模板的碱基配对。因 G、C 之间的氢键 数多于 A、T 之间的氢键数，故 GC 含量高的引物需要设定更高的退 火温度。(5)如果 PCR 反应得不到任何扩增产物，可能的原因是退火 温度过高使扩增效率降低，也可能是未按照目的基因两端的核苷酸序 列来设计引物，因此可以采取的措施是降低退火温度、重新设计引物 等。 答案：(1)逆转录 cDNA (2)限制性核酸内切酶 碱基互补配对 (3)变性 (4)引物与模板 GC 含量高 (5)②③ 11．(2019 年宝鸡质检)多聚酶链式反应(PCR)是一种体外迅速扩 增 DNA 片段的技术，它能以极少量的 DNA 为模板，在几小时内复制 出上百万份相同的 DNA 片段。请根据所学知识回答下列有关 PCR 技 术的基本原理和应用问题。 (1)PCR 的原理是：在 80～100 ℃的温度范围内，DNA 的双螺旋 结构将解体，双链分开，这个过程称为变性。当温度缓慢降低后，两 条彼此分离的 DNA 链又会重新结合成双链，称为________。PCR 利 用了 DNA 的________原理，通过控制________来控制双链的解聚与 结合。 (2)为了解决高温导致 DNA 聚合酶失活的问题，促成 PCR 技术的 自动化，20 世纪 80 年代，科学家从水生耐热细菌 Taq 中分离得到耐 高温的________。实验室中微生物的筛选，是人为提供有利于目的菌 株生长的条件，同时抑制或阻止其他微生物的生长，用于筛选目的菌 株的培养基称为________。 (3)PCR 反应的条件：稳定的缓冲液环境、________、分别与两条 模板链结合的两种________、四种________、耐热的 DNA 聚合酶、 能严格控制温度变化的温控设备。 (4)PCR 一般要经历三十多次循环，每次循环可以分为________、 ________和________三步。从第二轮循环开始，上一次循环的产物也 作为________参与反应。DNA 聚合酶只能特异性地复制处于两个引物 之间的 DNA 序列，使这段固定长度的序列呈指数扩增，如果在 PCR 反应中只有一个 DNA 片段，在 6 次循环后，反应体系中共有________ 个这样的 DNA 分子。 (5) 简 述 目 前 PCR 技 术 的 具 体 应 用 ( 至 少 答 两 点 ) ： ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ________________________。 答案：(1)复性 热变性 温度 (2)TaqDNA 聚合酶(或耐热性 DNA 聚合酶) 选择培养基 (3)DNA 模板 引物 脱氧核苷酸 (4)变性 复性 延伸 模板 64 (5)遗传疾病的诊断、刑侦破案、古生物学、基因克隆和 DNA 序 列测定等方面(答对两点即可) 12．PCR 技术有效地解决了因为样品中 DNA 含量太低而难以对 样品进行研究的问题，而被广泛应用，此过程需要一种 TaqDNA 聚合 酶。 请回答有关问题： (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)TaqDNA 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？ ________________________________________________________ ________________。 ②TaqDNA 聚合酶的功能是 ________________________________________________________ ________________。 ③TaqDNA 聚合酶的化学本质为蛋白质，可用________法和 ________法进行分离。 (3)从土壤中分离分解尿素的细菌时，应采取的措施是________， 原因是______________________。 (4)相对于细菌分离，而 DNA 分子的分离和提取操作要复杂的多。 ①在 DNA 提取中两次用到蒸馏水，其目的分别是：________、 ________。 ②实验中能否以哺乳动物成熟的红细胞为实验材料？为什么？ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________。 (5)与体内 DNA 复制相比较，PCR 反应要在________中才能进行， 并且要严格控制________条件。 (6)PCR 中 加 入 的 引 物 有 ________ 种 ， 加 入 引 物 的 作 用 是 ________。 答案：(1)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 ②催化脱氧核苷酸之间形成磷酸二酯键 ③凝胶色谱 电泳 (3)将细菌在培养基中培养，其中惟一的氮源是尿素 只有能分解尿素的微生物才能在该培养基上生长和繁殖 (4)①使血细胞破裂，释放出 DNA 分子 稀释 NaCl 溶液，使 DNA 分子析出 ②不能，哺乳动物成熟的红细胞中无 DNA 分子 (5)一定的缓冲溶液 温度 (6)2 作为 DNA 复制的起点 13．请回答下面的有关问题： (1)利用 PCR 技术扩增目的基因，其原理与细胞内 DNA 复制类似 (如上图所示)。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：________。 (3)PCR 反应体系中含有热稳定 DNA 聚合酶，下图的表达式不 能正确反映 DNA 聚合酶的功能，这是因为________________。 解析：本题意在考查考生识图、绘图和推理判断能力。(1)①根据 PCR 过程特点绘制 PCR 过程示意图如下，由图可知，由原来的每条 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新 DNA 分子时，两种引物都含有，故第 四轮循环共产生 16 个 DNA 分子，其中含有引物 A 的分子是 15 个， 占 15/16。②由图示可知，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，前两轮循环产生的四个 DNA 分子的两条 链均不等长，第三轮循环产生的 DNA 分子存在等长的两条核苷酸链， 如下图。 (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， 会因其中的部分碱基发生碱基互补配对而使引物失效；在第 2 组引物 中，引物Ⅰ′的部分碱基序列是 AACTG 和 CAGTT，该引物一旦发生 自身折叠，也将会出现部分碱基发生碱基互补配对而使引物失效。 (3)图中直接将两个脱氧核苷酸合成 DNA 单链，这不是 DNA 聚合 酶的功能。DNA 聚合酶只能在 DNA 模板存在的条件下，将单个脱氧 核苷酸连续结合到双键 DNA 片段的引物链上。 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 (3)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