高中生物 專題5 DNA和蛋白質(zhì)技術(shù) 5.2 多聚酶鏈式反應(yīng)擴增DNA片段練習 新人教版選修1

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1、 課題2　多聚酶鏈式反應(yīng)擴增DNA片段 基礎(chǔ)鞏固 1有關(guān)PCR技術(shù),下列敘述不正確的是(　　) A.用于PCR的引物長度通常為20~30個核苷酸 B.在用PCR技術(shù)擴增DNA時,DNA的復(fù)制過程與細胞內(nèi)DNA的復(fù)制類似 C. PCR反應(yīng)只需一定的緩沖溶液和DNA模板以及四種脫氧核苷酸 D.PCR一般經(jīng)歷三十多次循環(huán),每次循環(huán)分為變性、復(fù)性、延伸 解析:PCR反應(yīng)中需要的條件有模板(DNA分子)、原料(四種脫氧核苷酸)、酶(耐高溫的Taq DNA聚合酶)、引物(小片段單鏈DNA或RNA)和一定的緩沖液等。 答案:C 2標準的PCR過程一般分為變性、復(fù)性、延伸三大步,這三大

2、步需要的溫度依次是(　　) A.95 ℃、55 ℃、72 ℃ B.72 ℃、55 ℃、95 ℃ C.55 ℃、95 ℃、72 ℃ D.80 ℃、55 ℃、72 ℃ 解析:當溫度上升到90 ℃(90~96 ℃)以上時,雙鏈DNA解聚為單鏈,稱之為變性;當溫度下降到50 ℃左右(40~60 ℃)時,兩種引物通過堿基互補配對與兩條單鏈DNA結(jié)合;當溫度上升到72 ℃ 左右(70~75 ℃)時,溶液中的四種脫氧核苷酸(A、T、C、G)在耐高溫DNA聚合酶的作用下,根據(jù)堿基互補配對原則合成新的DNA鏈,稱為延伸。 答案:A 3使用PCR儀進行DNA擴增的具體實驗操作順序應(yīng)為 (　　) ①

3、設(shè)計好PCR儀的循環(huán)程序?、诎磁浞綔蕚浜酶鹘M分 ③用微量移液器在微量離心管中依次加入各組分　④進行PCR反應(yīng)?、蓦x心使反應(yīng)液集中在離心管底部 A.②③⑤④①　　　　　　B.①⑤③④② C.②③⑤①④ D.④②⑤③① 解析:使用PCR儀進行DNA擴增時,首先按照PCR體系配方,依次將各組分加入微量離心管,離心使反應(yīng)液集中于試管底部,然后再設(shè)計好PCR儀的循環(huán)程序進行PCR反應(yīng)。 答案:C 4利用PCR技術(shù)擴增目的基因的過程中,需加入(　　) A.耐高溫的解旋酶以保證DNA雙鏈完全解開 B.2種已知核苷酸序列的引物以保證核苷酸鏈的延伸 C.4種足量的核糖核苷酸以保證目的基因的擴增

4、 D.一定量的鹽酸和氫氧化鈉溶液以維持pH的穩(wěn)定 解析:在PCR過程中解旋是通過加熱反應(yīng)液到90 ℃實現(xiàn)的,不需要加入解旋酶;PCR過程中以解開的DNA的兩條鏈為模板,因此需要2種已知序列的引物分別與兩條模板鏈結(jié)合(注意由于DNA分子的兩條鏈是反向的,2種引物會分別在DNA的兩端與互補的模板鏈結(jié)合);PCR的原料是4種脫氧核苷酸;反應(yīng)溶液體系的pH依靠緩沖液維持穩(wěn)定。 答案:B 5在PCR實驗操作中,下列說法不正確的是(　　) A.在微量離心管中添加各種試劑時,只需一個槍頭 B.離心管的蓋子一定要蓋嚴,防止液體外溢 C.用手輕彈離心管壁的目的是使反應(yīng)液充分混合 D.離心的目的是

5、使反應(yīng)液集中在離心管底部,提高反應(yīng)效果 解析:在微量離心管中添加各種試劑時,每吸取一種試劑后,移液器上的槍頭必須更換,以確保實驗的準確性;離心管的蓋子一定要蓋嚴,防止實驗中脫落或液體外溢;離心的目的是使反應(yīng)液集中在離心管底部,提高反應(yīng)效果。 答案:A 6DNA的復(fù)制需要引物,其主要原因是(　　) A.可加快DNA的復(fù)制速度 B.引物可與DNA母鏈通過堿基互補配對結(jié)合 C.引物的5端有助于DNA聚合酶延伸DNA鏈 D.DNA聚合酶不能從頭開始合成DNA,只能從3端延伸DNA鏈 解析:DNA的兩條鏈是反向平行的,為了明確地表示DNA的方向,通常將DNA的羥基(—OH)末端稱為3端,

6、而磷酸基團的末端稱為5端。DNA聚合酶不能從頭開始合成DNA,而只能從3端延伸DNA鏈,因此,DNA復(fù)制需要引物。當引物與DNA母鏈通過堿基互補配對結(jié)合后,DNA聚合酶就能從引物的3端開始延伸DNA鏈,因此DNA的合成方向總是從子鏈的5端向3端延伸。 答案:D 7變性作用是指核酸雙螺旋結(jié)構(gòu)被破壞,雙鏈解開,但共價鍵并未斷裂。引起變性的因素很多,升高溫度、過酸、過堿以及加入變性劑等都能造成核酸變性。PCR的反應(yīng)過程中,引起DNA變性的因素是(　　) A.pH過高 B.pH過低 C.升高溫度 D.加入酒精 解析:各選項的條件均能導致DNA分子變性,但在PCR反應(yīng)中,變性后還要進行復(fù)制和延

7、伸等過程,過酸、過堿、酒精等能夠?qū)е路磻?yīng)過程中的酶變性失活,使DNA擴增不能進行,而PCR反應(yīng)中的DNA聚合酶是耐熱的,所以可選用升高溫度使DNA變性。 答案:C 8PCR技術(shù)擴增DNA的過程中,DNA片段經(jīng)若干次擴增后,與其數(shù)目的理論值變化相符的圖是(　　) 解析:PCR反應(yīng)中DNA的擴增與體內(nèi)DNA復(fù)制是類似的,即1個DNA分子復(fù)制1次,產(chǎn)生2個DNA分子,復(fù)制2次產(chǎn)生4個DNA分子,呈指數(shù)擴增。1個DNA分子,經(jīng)過n次復(fù)制后得到的DNA分子數(shù)量為2n,與C項曲線相符。 答案:C 9隨著研究的不斷深入,PCR方法被不斷改進。目前它從一種定性的分析方法發(fā)展到定量測定;從原先只能

8、擴增幾個kb(千堿基對)的基因發(fā)展到已能擴增長達幾十個kb的DNA片段。現(xiàn)在PCR已有十幾種之多,它不僅可用于基因分離、克隆和核酸序列分析等基礎(chǔ)研究,還可用于疾病的診斷等。PCR需要模板DNA、引物、脫氧核糖核苷酸和DNA聚合酶等條件,其簡要過程如下圖所示。請分析回答下列有關(guān)問題。 (1)PCR技術(shù)能把某一DNA 片段進行擴增,依據(jù)的原理是　　　　　　　。 (2)通過分析得出,新合成的DNA分子中,A=T,C=G,這個事實說明DNA分子的合成遵循　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (3)若將1個DNA分子拷貝10次,則需要在緩沖液中至少加入　　　　　　個引物。 (4)DNA子鏈

9、復(fù)制的方向是　　　　　　　,這是由于 　。 解析:PCR又稱多聚酶鏈式反應(yīng),擴增過程中遵循的原理就是DNA復(fù)制。引物是一種單鏈DNA或RNA分子,它能與解開的DNA母鏈的3端結(jié)合,為DNA聚合酶提供吸附位點,使DNA聚合酶從引物的3端開始連接脫氧核苷酸,從而決定了DNA子鏈復(fù)制的方向是從5端到3端。在DNA分子擴增時,需要兩種引物,由于新合成的子鏈都需要引物作為復(fù)制的起點,故所需的引物數(shù)目等于新合成的DNA子鏈數(shù)目,即2210-2=211-2(個)。 答案:(1)DNA復(fù)制 (2)堿基互補配對原則 (3)211-2 (4)從5端到3端　DNA聚合酶只能從引物的3端連接單個脫氧核苷酸

10、分子 能力提升 1下列有關(guān)PCR技術(shù)的說法,不正確的是(　　) A.PCR技術(shù)是在細胞內(nèi)完成的 B.PCR技術(shù)是一項在生物體外復(fù)制特定DNA的核酸合成技術(shù) C.PCR技術(shù)的原理與DNA復(fù)制的原理相同 D.PCR技術(shù)的前提是有一段已知的目的基因的核苷酸序列 解析:PCR技術(shù)是在生物體外進行DNA復(fù)制的技術(shù),其原理與DNA復(fù)制的原理相同,但前提是必須要有一段已知的目的基因的核苷酸序列和根據(jù)核苷酸序列合成的引物。 答案:A 2PCR操作中,從第二輪循環(huán)開始擴增的DNA片段 (　　) A.長度固定 B.一端固定 C.都不固定 D.不能確定 解析:從第二輪循環(huán)開始,由引物Ⅰ延伸而

11、成的DNA單鏈會與引物Ⅱ結(jié)合,進行DNA單鏈的延伸,這樣DNA聚合酶只能特異地擴增處于兩個引物之間的DNA序列。 答案:A 3下面關(guān)于DNA對高溫的耐受性的說法,不正確的是 (　　) A.DNA對高溫的耐受性一般要比蛋白質(zhì)強 B.溫度超過80 ℃后DNA將變性,即使恢復(fù)到常溫,生物活性也不能恢復(fù) C.不同生物的DNA的“變性”溫度不一定相同 D.深海熱泉附近生活的生物的DNA對高溫的耐受性更強,其DNA中鳥嘌呤所占的比例更高 解析:超過80 ℃后DNA將變性,恢復(fù)到常溫,其生物活性還能恢復(fù);深海熱泉附近溫度很高,生活在那里的生物的DNA的穩(wěn)定性也應(yīng)更高。G與C之間含有三個氫鍵,T

12、與A之間含有兩個氫鍵,G、C含量越高,DNA分子越穩(wěn)定。 答案:B 4下圖a、b、c均為PCR擴增的DNA片段,下列有關(guān)說法正確的是(　　) A.片段a、b、c的長度均相同 B.片段a、b只是第一次循環(huán)的產(chǎn)物 C.片段c最早出現(xiàn)在第二次循環(huán)的產(chǎn)物中 D.經(jīng)過30次循環(huán)后,片段c的數(shù)量為230 解析:圖中片段a、b只有一種引物,是以原始DNA鏈為模板復(fù)制而來,其長度比片段c長,A項錯誤;由于原始模板在每次循環(huán)中均可作為模板,故每次循環(huán)都能產(chǎn)生圖中片段a、b,B項錯誤;由于第一次循環(huán)的產(chǎn)物只有一種引物,而圖中片段c有兩種引物,故最早出現(xiàn)在第二次循環(huán),C項正確;經(jīng)過30次循環(huán)后,得

13、到的DNA片段總數(shù)為230,這包括圖中的片段a、b、c,D項錯誤。 答案:C 5具有x個堿基對的一個DNA分子片段含有m個腺嘌呤,該片段利用PCR技術(shù)完成n次循環(huán)需要多少個游離的胞嘧啶脫氧核苷酸?(　　) A.(2n-1)(x-m) B.2n(x-m) C.(2n-1)(x/2-m) D.2n(x/2-m) 解析:該DNA片段具有x個堿基對,則有2x個堿基;m個腺嘌呤對應(yīng)著m個胸腺嘧啶,則每個DNA分子含胞嘧啶脫氧核苷酸(x-m)個。如果完成n次循環(huán),則產(chǎn)生DNA分子2n個,除去模板DNA分子上的胞嘧啶,還需要(2n-1)(x-m)個。 答案:A 6在PCR實驗中,加入一種提

14、取物(一種模板DNA片段),但實驗得到的產(chǎn)物卻有2種DNA,其原因可能是 (　　) A.基因突變 B. Taq DNA聚合酶發(fā)生變異 C.基因污染 D.溫度過高 答案:C 7聚合酶鏈式反應(yīng)(PCR)是一種體外迅速擴增DNA片段的技術(shù)。PCR過程一般經(jīng)歷下述循環(huán)30多次:95 ℃下使模板DNA變性、解鏈→55 ℃下復(fù)性(引物與DNA模板鏈結(jié)合)→72 ℃下引物鏈延伸(形成新的脫氧核苷酸鏈)。下列有關(guān)PCR過程的敘述,不正確的是(　　) A.95 ℃高溫破壞的是DNA分子內(nèi)堿基對之間的氫鍵 B.復(fù)性過程中引物與DNA模板鏈的結(jié)合是依靠堿基互補配對完成的 C.延伸過程中需要熱穩(wěn)定D

15、NA聚合酶和四種脫氧核苷酸 D.引物為一小段RNA 解析:DNA分子在高溫下解鏈就是兩條脫氧核苷酸鏈之間的氫鍵發(fā)生斷裂,A項正確;引物是一小段DNA或RNA,因此引物與DNA模板鏈的結(jié)合是依靠堿基互補配對完成的,B項正確,D項錯誤;PCR技術(shù)的原理是DNA分子的復(fù)制,區(qū)別是PCR技術(shù)是在高溫條件下進行的,需要熱穩(wěn)定DNA聚合酶和四種脫氧核苷酸,C項正確。 答案:D ★8下圖表示DNA變性和復(fù)性示意圖,下列相關(guān)說法正確的是(　　) A.向右的過程為加熱(80~100 ℃)變性的過程 B.向左的過程是在迅速降溫的條件下DNA雙鏈復(fù)性 C.變性與在生物體內(nèi)解旋過程的條件、實質(zhì)都相同

16、 D.圖中該DNA片段共有4個游離的磷酸基、4個3端 解析:變性后的DNA在緩慢降溫后才會復(fù)性;變性與在生物體內(nèi)解旋過程的條件不同、實質(zhì)相同;一個DNA片段有2個游離的磷酸基和2個3端。 答案:A 9在進行DNA親子鑒定時,需大量的DNA。PCR(多聚酶鏈式反應(yīng))可以使樣品DNA擴增,獲得大量DNA分子。該技術(shù)的原理是利用DNA的半保留復(fù)制,在試管中進行DNA的人工復(fù)制(如下圖,圖中黑色長方形是引物)。利用PCR技術(shù)可在很短的時間內(nèi)將DNA擴增幾百萬倍甚至幾十億倍,使實驗室所需的遺傳物質(zhì)不再受限于活的生物體。 (1)圖中的變性、延伸分別是指　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

17、　、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)假設(shè)PCR反應(yīng)中的DNA模板為P,第一輪循環(huán)的產(chǎn)物2個子代DNA為N1,第二輪的產(chǎn)物4個子代DNA為N2,N1、N2中含有原始模板DNA單鏈的DNA分別有　　　個、　　　個。若繼續(xù)循環(huán),該DNA模板經(jīng)過30次循環(huán)后能形成　　　　　個DNA片段。 (3)某樣品DNA分子中共含3 000個堿基對,堿基數(shù)量滿足A+TG+C=12,若經(jīng)5次循環(huán),至少需要向試管中加入　　　　　個腺嘌呤脫氧核苷酸。(不考慮引物所對應(yīng)的片段) (4)若右上圖為第一輪循環(huán)產(chǎn)生的產(chǎn)物。請繪出以a鏈和b鏈為模板經(jīng)PCR擴增的產(chǎn)物

18、。 解析:(1)變性的實質(zhì)是DNA雙鏈解旋;延伸的實質(zhì)是以DNA單鏈為模板,按照堿基互補配對原則合成子鏈。 (2)由于PCR原理為DNA復(fù)制,其特點是半保留復(fù)制,所以無論復(fù)制幾次,原始模板鏈一直存在于2個DNA分子中。DNA復(fù)制的數(shù)量變化是指數(shù)式增長。 (3)由(A+T)/(G+C)=1/2可知,A∶T∶G∶C=1∶1∶2∶2,所以A的比例為1/6,在一個DNA分子中A的數(shù)量為3 0002(1/6)=1 000(個),5次循環(huán)獲得的DNA分子數(shù)為32個,所以以原料合成的DNA分子數(shù)相當于32-1=31(個),至少需加入腺嘌呤脫氧核苷酸311 000=31 000(個)。 (4)畫圖

19、的關(guān)鍵是注意引物A、B的位置和所對應(yīng)的模板鏈。 答案:(1)模板DNA雙鏈解旋形成單鏈　在DNA聚合酶的作用下,脫氧核苷酸連接在引物上,形成新的DNA鏈 (2)2　2　230 (3)31 000 (4)如下圖 6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375