2019-2020學(xué)年高中生物 課時(shí)作業(yè)11 多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)擴(kuò)增DNA片段 新人教版選修1

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1、課時(shí)作業(yè)11　多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)擴(kuò)增DNA片段 8 1．下列關(guān)于PCR的描述中，正確的是(　　) ①PCR是一種酶促反應(yīng)?、谝餂Q定了擴(kuò)增的特異性 ③擴(kuò)增DNA利用了熱變性的原理?、軘U(kuò)增的對(duì)象是氨基酸序列 A．①②④ B．②③④ C．①③④ D．①②③ 答案：D 2．用15N標(biāo)記的一個(gè)DNA分子放在含14N培養(yǎng)基中復(fù)制三次，含15N的DNA分子占全部DNA分子比例和全部DNA單鏈的比例依次是(　　) A．1/4，1/6 B．1/4，1/8 C．1/2，1/8 D．1/2，1/4 解析：DNA是半保留復(fù)制，復(fù)制一次

2、形成兩分子DNA，每分子DNA都含有一條15N和14N單鏈；復(fù)制兩次，形成四個(gè)分子，含15N的只有兩分子DNA；復(fù)制三次形成的八個(gè)DNA分子中含15N的仍是兩分子。這時(shí)DNA單鏈有十六條，含15N的只有親代的兩條。 答案：B 3．在PCR擴(kuò)增實(shí)驗(yàn)中，引物是很重要的。下列屬于引物特點(diǎn)的是(　　) ①引物長(zhǎng)度一般是80～100個(gè)堿基對(duì)(bp)為宜 ②引物的(G＋C)/(A＋T)含量一般為40%～60% ③引物3′端不能有3個(gè)以上連續(xù)相同的堿基 ④引物自身不能含有互補(bǔ)序列 A．①② B．③④ C．①③ D．②④ 解析：引物長(zhǎng)度一般以20～30堿基對(duì)(

3、bp)為宜，包括引物Ⅰ和引物Ⅱ兩種。引物太短或太長(zhǎng)，都可能降低產(chǎn)物的特異性。引物的G＋C含量一般為40%～60%。堿基的分布是隨機(jī)的。應(yīng)盡量避免數(shù)個(gè)嘌呤或嘧啶連續(xù)排列，尤其是引物3′端不能有3個(gè)以上連續(xù)相同的堿基。引物自身不能含有互補(bǔ)序列，否則會(huì)形成發(fā)夾二級(jí)結(jié)構(gòu)。兩個(gè)引物在3′端也不能出現(xiàn)同源性，避免形成引物二聚體。 答案：B 4．PCR的循環(huán)一般要經(jīng)歷三十多次，每次循環(huán)可以分為三步，其順序是(　　) A．變性、延伸、復(fù)性 B．變性、復(fù)性、延伸 C．復(fù)性、變性、延伸 D．延伸、變性、復(fù)性 解析：PCR循環(huán)的具體過程是：一、變性：當(dāng)溫度上升到90 ℃以上時(shí)，雙鏈DN

4、A解聚為單鏈；二、復(fù)性：溫度緩慢下降到50 ℃左右時(shí)，兩種引物通過堿基互補(bǔ)配對(duì)與兩條單鏈DNA結(jié)合；三、延伸：溫度上升到72 ℃左右，溶液中的四種脫氧核苷酸(A、T、G、C)在DNA聚合酶的作用下，根據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則合成新的DNA鏈。因此，選B。 答案：B 5．標(biāo)準(zhǔn)的PCR過程一般分為變性、復(fù)性、延伸三大步，這三大步需要的溫度依次是(　　) A．92 ℃、52 ℃、72 ℃ B．72 ℃、50 ℃、92 ℃ C．50 ℃、92 ℃、72 ℃ D．80 ℃、50 ℃、72 ℃ 解析：當(dāng)溫度上升到90 ℃(90 ℃～96 ℃)以上時(shí)，雙鏈DNA解聚為單鏈，稱之為變性；當(dāng)溫度

5、緩慢下降到50 ℃(40 ℃～60 ℃)左右時(shí)，兩種引物通過堿基互補(bǔ)配對(duì)與兩條單鏈DNA結(jié)合，稱為復(fù)性；當(dāng)溫度上升到72 ℃左右(70 ℃～75 ℃)時(shí)，溶液中的四種脫氧核苷酸(A、T、G、C)在TaqDNA聚合酶的作用下，根據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則合成新的DNA鏈，稱為延伸。 答案：A 6．下圖是哪次循環(huán)的產(chǎn)物(　　) A．第一次循環(huán) B．第二次循環(huán) C．第三次循環(huán) D．第四次循環(huán) 解析：在PCR反應(yīng)中，以引物為起點(diǎn)，第一次循環(huán)時(shí)，以加入的DNA為模板，兩條DNA鏈可分別由引物Ⅰ和引物Ⅱ與其結(jié)合并在DNA聚合酶的作用下延伸，所以形成的每個(gè)子DNA中只有一種引物

6、；從第二次循環(huán)開始，上次產(chǎn)生的DNA分子又可作為模板參與反應(yīng)，所以會(huì)形成DNA分子兩端均含引物的情況，如下圖所示： 因此題干中所出現(xiàn)的情況是第一次循環(huán)的產(chǎn)物。 答案：A 7．下列操作過程的敘述中錯(cuò)誤的是(　　) A．PCR實(shí)驗(yàn)中使用的微量離心管、槍頭、緩沖液以及蒸餾水等在使用前必須進(jìn)行高壓滅菌 B．PCR所用的緩沖液和酶應(yīng)分裝成小份，并在－20 ℃儲(chǔ)存 C．PCR所用的緩沖液和酶從冰箱拿出之后，迅速融化 D．在微量離心管中添加反應(yīng)成分時(shí)，每吸取一種試劑后，移液器上的槍頭都必須更換 解析：為了防止外源DNA等因素的污染，PCR實(shí)驗(yàn)中使用的微量離心管、槍頭、緩沖液以及蒸餾水等在

7、使用前必須進(jìn)行高壓滅菌；所用的緩沖液及酶應(yīng)分裝成小份保存，并使用一次性槍頭。在冰箱中放置的緩沖液和酶從冰箱中取出后應(yīng)放在冰塊上緩慢融化，不能迅速融化。 答案：C 8．關(guān)于PCR技術(shù)的應(yīng)用，錯(cuò)誤的一項(xiàng)是(　　) A．古生物學(xué)、刑偵破案、DNA序列測(cè)定 B．診斷遺傳疾病、基因克隆、古生物學(xué) C．DNA序列測(cè)定、基因克隆、刑偵破案 D．診斷遺傳疾病、合成核苷酸、DNA序列測(cè)定 解析：PCR技術(shù)能以極少量的DNA為模板，在幾小時(shí)內(nèi)復(fù)制出上百萬份的DNA拷貝。這項(xiàng)技術(shù)有效地解決了因?yàn)闃悠分蠨NA含量太低而難以對(duì)樣品進(jìn)行分析研究的問題，被廣泛應(yīng)用于遺傳疾病的診斷、刑偵破案、古生物學(xué)、基因克隆

8、和DNA序列測(cè)定等各方面，而不能用于合成核苷酸。 答案：D 9．家蠶細(xì)胞具有高效表達(dá)外源基因的能力。將人干擾素基因?qū)爰倚Q細(xì)胞并大規(guī)模培養(yǎng)，可提取干擾素用于制藥。采用PCR技術(shù)可驗(yàn)證干擾素基因是否已經(jīng)導(dǎo)入家蠶細(xì)胞。該P(yáng)CR反應(yīng)體系的主要成分應(yīng)包含：擴(kuò)增緩沖液(含Mg2＋)、水、4種脫氧核糖核苷酸、模板DNA、__________和________。 解析：PCR反應(yīng)體系的主要成分包括：擴(kuò)增緩沖液(含Mg2＋)、水，4種脫氧核糖核苷酸、模板DNA 、TaqDNA聚合酶、兩種引物。 答案：對(duì)干擾素基因特異的DNA引物對(duì)　TaqDNA聚合酶 10．(2017年高考·江蘇卷)金屬硫蛋白(MT

9、)是一類廣泛存在的金屬結(jié)合蛋白，某研究小組計(jì)劃通過多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR)擴(kuò)增獲得目的基因，構(gòu)建轉(zhuǎn)基因工程菌，用于重金屬?gòu)U水的凈化處理。PCR擴(kuò)增過程示意圖如下，請(qǐng)回答下列問題： (1)從高表達(dá)MT蛋白的生物組織中提取mRNA，通過________獲得________用于PCR擴(kuò)增。 (2)設(shè)計(jì)一對(duì)與MT基因兩端序列互補(bǔ)配對(duì)的引物(引物1和引物2)，為方便構(gòu)建重組質(zhì)粒，在引物中需要增加適當(dāng)?shù)腳_______位點(diǎn)。設(shè)計(jì)引物時(shí)需要避免引物之間形成________，而造成引物自連。 (3)圖中步驟1代表________，步驟2代表退火，步驟3代表延伸，這三個(gè)步驟組成一輪循環(huán)。 (4)PC

10、R擴(kuò)增時(shí)，退火溫度的設(shè)定是成敗的關(guān)鍵。退火溫度過高會(huì)破壞________的堿基配對(duì)。退火溫度的設(shè)定與引物長(zhǎng)度、堿基組成有關(guān)，長(zhǎng)度相同但________的引物需要設(shè)定更高的退火溫度。 (5)如果PCR反應(yīng)得不到任何擴(kuò)增產(chǎn)物，則可以采取的改進(jìn)措施有________(填序號(hào)：①升高退火溫度　②降低退火溫度?、壑匦略O(shè)計(jì)引物)。 解析：(1)PCR技術(shù)可在體外對(duì)DNA進(jìn)行擴(kuò)增，模板可以是mRNA經(jīng)過逆轉(zhuǎn)錄獲得的cDNA。(2)設(shè)計(jì)一對(duì)與MT基因兩端序列互補(bǔ)配對(duì)的引物(引物1和引物2)時(shí)，需在引物中增加適當(dāng)?shù)南拗菩院怂醿?nèi)切酶的識(shí)別序列，便于目的基因與質(zhì)粒的連接。為了避免引物自連，設(shè)計(jì)引物時(shí)需要避免引物

11、之間形成堿基互補(bǔ)配對(duì)。(3)根據(jù)PCR的過程可知，圖中步驟1為變性，步驟2為退火(復(fù)性)，步驟3為延伸，這三個(gè)步驟構(gòu)成一個(gè)循環(huán)。(4)退火溫度的設(shè)定與引物長(zhǎng)度、堿基組成有關(guān)，過高的退火溫度會(huì)破壞引物與模板的堿基配對(duì)。因G、C之間的氫鍵數(shù)多于A、T之間的氫鍵數(shù)，故GC含量高的引物需要設(shè)定更高的退火溫度。(5)如果PCR反應(yīng)得不到任何擴(kuò)增產(chǎn)物，可能的原因是退火溫度過高使擴(kuò)增效率降低，也可能是未按照目的基因兩端的核苷酸序列來設(shè)計(jì)引物，因此可以采取的措施是降低退火溫度、重新設(shè)計(jì)引物等。 答案：(1)逆轉(zhuǎn)錄　cDNA　(2)限制性核酸內(nèi)切酶 堿基互補(bǔ)配對(duì)　(3)變性　(4)引物與模板 GC含量高　

12、(5)②③ 11．(2019年寶雞質(zhì)檢)多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR)是一種體外迅速擴(kuò)增DNA片段的技術(shù)，它能以極少量的DNA為模板，在幾小時(shí)內(nèi)復(fù)制出上百萬份相同的DNA片段。請(qǐng)根據(jù)所學(xué)知識(shí)回答下列有關(guān)PCR技術(shù)的基本原理和應(yīng)用問題。 (1)PCR的原理是：在80～100 ℃的溫度范圍內(nèi)，DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)將解體，雙鏈分開，這個(gè)過程稱為變性。當(dāng)溫度緩慢降低后，兩條彼此分離的DNA鏈又會(huì)重新結(jié)合成雙鏈，稱為________。PCR利用了DNA的________原理，通過控制________來控制雙鏈的解聚與結(jié)合。 (2)為了解決高溫導(dǎo)致DNA聚合酶失活的問題，促成PCR技術(shù)的自動(dòng)化，20世紀(jì)80

13、年代，科學(xué)家從水生耐熱細(xì)菌Taq中分離得到耐高溫的________。實(shí)驗(yàn)室中微生物的篩選，是人為提供有利于目的菌株生長(zhǎng)的條件，同時(shí)抑制或阻止其他微生物的生長(zhǎng)，用于篩選目的菌株的培養(yǎng)基稱為________。 (3)PCR反應(yīng)的條件：穩(wěn)定的緩沖液環(huán)境、________、分別與兩條模板鏈結(jié)合的兩種________、四種________、耐熱的DNA聚合酶、能嚴(yán)格控制溫度變化的溫控設(shè)備。 (4)PCR一般要經(jīng)歷三十多次循環(huán)，每次循環(huán)可以分為________、________和________三步。從第二輪循環(huán)開始，上一次循環(huán)的產(chǎn)物也作為________參與反應(yīng)。DNA聚合酶只能特異性地復(fù)制處于兩個(gè)

14、引物之間的DNA序列，使這段固定長(zhǎng)度的序列呈指數(shù)擴(kuò)增，如果在PCR反應(yīng)中只有一個(gè)DNA片段，在6次循環(huán)后，反應(yīng)體系中共有________個(gè)這樣的DNA分子。 (5)簡(jiǎn)述目前PCR技術(shù)的具體應(yīng)用(至少答兩點(diǎn))：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 答案：(1)復(fù)性　熱變性　溫度 (2)TaqDNA聚合酶(或耐熱性DNA聚合酶)　選擇培養(yǎng)基

15、 (3)DNA模板　引物　脫氧核苷酸 (4)變性　復(fù)性　延伸　模板　64 (5)遺傳疾病的診斷、刑偵破案、古生物學(xué)、基因克隆和DNA序列測(cè)定等方面(答對(duì)兩點(diǎn)即可) 12．PCR技術(shù)有效地解決了因?yàn)闃悠分蠨NA含量太低而難以對(duì)樣品進(jìn)行研究的問題，而被廣泛應(yīng)用，此過程需要一種TaqDNA聚合酶。 請(qǐng)回答有關(guān)問題： (1)體內(nèi)DNA復(fù)制過程中用解旋酶打開雙鏈DNA，而PCR技術(shù)中應(yīng)用________。 (2)TaqDNA聚合酶是從水生耐熱細(xì)菌Taq中分離的。 ①為什么Taq細(xì)菌能從熱泉中被篩選出來呢？ _________________________________________

16、_______________________________。 ②TaqDNA聚合酶的功能是 ________________________________________________________________________。 ③TaqDNA聚合酶的化學(xué)本質(zhì)為蛋白質(zhì)，可用________法和________法進(jìn)行分離。 (3)從土壤中分離分解尿素的細(xì)菌時(shí)，應(yīng)采取的措施是________，原因是______________________。 (4)相對(duì)于細(xì)菌分離，而DNA分子的分離和提取操作要復(fù)雜的多。 ①在DNA提取中兩次用到蒸餾水，其目的分別是：________、

17、________。 ②實(shí)驗(yàn)中能否以哺乳動(dòng)物成熟的紅細(xì)胞為實(shí)驗(yàn)材料？為什么？____________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (5)與體內(nèi)DNA復(fù)制相比較，PCR反應(yīng)要在________中才能進(jìn)行，并且要嚴(yán)格控制________條件。 (6)PCR中加入的引物有________種，加入引物的作用是________。 答案：(1)高溫使DNA分子熱變性 (2)①熱泉70

18、 ℃～80 ℃的高溫條件淘汰了絕大多數(shù)微生物 ②催化脫氧核苷酸之間形成磷酸二酯鍵 ③凝膠色譜　電泳 (3)將細(xì)菌在培養(yǎng)基中培養(yǎng)，其中惟一的氮源是尿素 只有能分解尿素的微生物才能在該培養(yǎng)基上生長(zhǎng)和繁殖 (4)①使血細(xì)胞破裂，釋放出DNA分子　稀釋NaCl溶液，使DNA分子析出 ②不能，哺乳動(dòng)物成熟的紅細(xì)胞中無DNA分子 (5)一定的緩沖溶液　溫度 (6)2　作為DNA復(fù)制的起點(diǎn) 13．請(qǐng)回答下面的有關(guān)問題： (1)利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因，其原理與細(xì)胞內(nèi)DNA復(fù)制類似(如上圖所示)。圖中引物為單鏈DNA片段，它是子鏈合成延伸的基礎(chǔ)。 ①?gòu)睦碚撋贤茰y(cè)，第四輪循環(huán)產(chǎn)物中

19、含有引物A的DNA片段所占的比例為________。 ②在第________輪循環(huán)產(chǎn)物中開始出現(xiàn)兩條脫氧核苷酸鏈等長(zhǎng)的DNA片段。 (2)設(shè)計(jì)引物是PCR技術(shù)關(guān)鍵步驟之一。某同學(xué)設(shè)計(jì)的兩組引物(只標(biāo)注了部分堿基序列)都不合理(如下圖)，請(qǐng)分別說明理由。 ①第1組：________；②第2組：________。 (3)PCR反應(yīng)體系中含有熱穩(wěn)定DNA聚合酶，下圖的表達(dá)式不能正確反映DNA聚合酶的功能，這是因?yàn)開_______________。 解析：本題意在考查考生識(shí)圖、繪圖和推理判斷能力。(1)①根據(jù)PCR過程特點(diǎn)繪制PCR過程示意圖如下，由圖可知，由原來的每條母鏈為

20、模板合成的兩個(gè)新DNA分子中，只含有引物A或引物B，而以新合成的子鏈為模板合成新DNA分子時(shí)，兩種引物都含有，故第四輪循環(huán)共產(chǎn)生16個(gè)DNA分子，其中含有引物A的分子是15個(gè)，占15/16。②由圖示可知，第一、二輪循環(huán)合成的子鏈長(zhǎng)度均不同，根據(jù)半保留復(fù)制特點(diǎn)可知，前兩輪循環(huán)產(chǎn)生的四個(gè)DNA分子的兩條鏈均不等長(zhǎng)，第三輪循環(huán)產(chǎn)生的DNA分子存在等長(zhǎng)的兩條核苷酸鏈，如下圖。 (2)在第1組引物中，引物Ⅰ的部分堿基序列是CAGGCT，引物Ⅱ的部分堿基序列是AGCCTG，若利用這兩個(gè)引物進(jìn)行DNA擴(kuò)增，會(huì)因其中的部分堿基發(fā)生堿基互補(bǔ)配對(duì)而使引物失效；在第2組引物中，引物Ⅰ′的部分堿基序列是AACTG和CAGTT，該引物一旦發(fā)生自身折疊，也將會(huì)出現(xiàn)部分堿基發(fā)生堿基互補(bǔ)配對(duì)而使引物失效。 (3)圖中直接將兩個(gè)脫氧核苷酸合成DNA單鏈，這不是DNA聚合酶的功能。DNA聚合酶只能在DNA模板存在的條件下，將單個(gè)脫氧核苷酸連續(xù)結(jié)合到雙鍵DNA片段的引物鏈上。 答案：(1)①15/16　②三 (2)①引物Ⅰ和引物Ⅱ局部發(fā)生堿基互補(bǔ)配對(duì)而失效 ②引物Ⅰ′自身折疊后會(huì)出現(xiàn)局部堿基互補(bǔ)配對(duì)而失效 (3)DNA聚合酶只能將單個(gè)脫氧核苷酸連續(xù)結(jié)合到雙鏈DNA片段的引物鏈上 9