高中生物 专题5 DNA和蛋白质技术 课题2 多聚酶链式反应扩增DNA片段学业分层测评 新人教版选修1

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专题5 DNA和蛋白质技术 课题2 多聚酶链式反应扩增DNA片段学业分层测评 (建议用时：45分钟) [学业达标] 1．PCR反应的最大特点是具有较大扩增能力与极高的灵敏性，但令人头痛的问题是易污染，极其微量的污染即可造成假阳性的产生。下列防止污染的方法中不正确的是(　　) A．将样品的处理、配制PCR反应液、PCR循环扩增及PCR产物的鉴定等步骤分区或分室进行 B．吸样枪吸样要慢，吸样时尽量一次性完成，枪头小套、小离心管应一次性使用，以免交叉污染 C．所有PCR试剂都应放置于大瓶分装，以减少重复加样次数，避免污染机会 D．PCR试剂、PCR反应液应与样品及PCR产物分开保存，不应放于同一冰盒或同一冰箱 【解析】　所有的PCR试剂都应放置于小瓶分装，一次性用完，避免因多次使用造成污染。 【答案】　C 2．DNA的复制需要引物，主要原因是(　　) A．可加快DNA的复制速度 B．引物可与DNA母链通过碱基互补配对结合 C．引物的5′端有助于DNA聚合酶的延伸DNA链 D．DNA聚合酶只能从3′端延伸DNA链 【解析】　DNA聚合酶不能从5′端开始合成DNA，而只能从3′端延伸DNA链，因此，DNA复制需要引物。当引物与DNA母链通过碱基互补配对结合后，DNA聚合酶就能从引物的3′端开始延伸DNA链，DNA的合成方向总是从子链的5′端向3′端延伸。 【答案】　D 3．下列属于PCR技术的条件的是(　　) ①单链的脱氧核苷酸序列引物　②目的基因所在的DNA片段　③脱氧核苷酸　④核糖核苷酸　⑤DNA连接酶　⑥耐热的DNA聚合酶　⑦DNA限制性核酸内切酶 A．①②③⑤　　　　　 B．①②③⑥ C．①②③⑤⑦ D．①②④⑤⑦ 【解析】　PCR技术的条件：模板，本题为第②项；引物，本题为第①项；原料，本题为第③项；酶，本题为第⑥项。 【答案】　B 4．下列有关PCR技术的叙述，不正确的是(　　) A．PCR技术利用的是碱基互补配对原则 B．PCR技术可用于基因诊断、判断亲缘关系等 C．PCR技术需在体内进行 D．PCR技术可能为变性、复性、延伸三个阶段 【解析】　PCR技术是聚合酶链式反应的简称，是在体外快速大量复制DNA片段的一种新技术。 【答案】　C 5．下图是PCR反应过程中哪次循环的产物(　　) 【导学号：05520039】 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，以引物为标记，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DNA中只有一种引物；从第二次循环开始，上次产生的含引物的DNA分子单链又可作为模板，形成的DNA分子两端均含引物。 【答案】　A 6．下列有关PCR技术的说法中，不正确的是(　　) A．PCR技术是在细胞内完成的 B．PCR技术是一项在生物体外复制特定DNA的核酸合成技术 C．PCR技术的原理与DNA复制的原理相同 D．PCR技术的前提是有一段已知的目的基因的核苷酸序列 【解析】　PCR技术是在生物体外进行DNA复制的技术，其原理与DNA复制的原理相同，但前提是必须要有一段已知的目的基因的核苷酸序列和根据核苷酸序列合成的引物。 【答案】　A 7．PCR实验中使用的微量离心管、缓冲溶液以及蒸馏水使用前必须进行的关键步骤是(　　) A．反复洗涤 B．用酒精擦洗 C．高压灭菌 D．在－20 ℃储存 【解析】　为了避免外源DNA等因素的污染，PCR实验中使用的微量离心管、缓冲溶液以及蒸馏水等在使用前必须进行高压灭菌。PCR所用的缓冲溶液和酶应分装成小份，并在－20 ℃储存。使用前，将所需的试剂从冰箱内拿出，放在冰块上缓慢融化。故选C。 【答案】　C 8．PCR操作过程中，对于温度的控制，应当控制在(　　) A．37 ℃ B．室温 C．80 ℃ D．先为95 ℃，然后降至55 ℃，最后调至72 ℃ 【解析】　利用PCR技术体外扩增DNA时，不需要解旋酶，而是通过加热破坏双螺旋结构。然后再降温至55 ℃左右，两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合。 【答案】　D 9．右图表示DNA变性和复性示意图，相关说法正确的是(　　) A．向右的过程为加热(50～60 ℃)变性的过程 B．向左的过程是DNA双链迅速致冷复性 C．变性与在生物体内解旋过程的实质相同 D．图中DNA片段共有8个游离的磷酸基、8个3′端 【解析】　DNA体外的变性同体内的解旋实质是相同的，都是使氢键断裂，DNA双螺旋打开，只是体内需解旋酶，体外是高温条件。 【答案】　C 10．在进行DNA亲子鉴定时，需大量的DNA。PCR技术(多聚酶链式反应)可以使样品DNA扩增，获得大量DNA克隆分子。该技术的原理是利用DNA的半保留复制，在试管中进行DNA的人工复制(如下图，图中黑色长方形是引物)。 (1)图中的变性、延伸分别是指__________________、___________________。 (2)假设PCR反应中的DNA模板为P，第一轮循环的产物2个子代DNA为N1，第二轮的产物4个子代DNA为N2，N1、N2中分别含有模板DNA单链的DNA分别有________个、________个。若继续循环，该DNA片段共经过30次循环后能形成________个DNA片段。 (3)某样品DNA分子中共含3 000个碱基对，碱基数量满足：＝，若经5次循环，至少需要向试管中加入________个腺嘌呤脱氧核苷酸。(不考虑引物所对应的片段) (4)若下图为第一轮循环产生的产物，请绘出以a链和b链为模板经PCR扩增的产物。 【解析】　(1)变性的实质是DNA双链解旋；延伸的实质是以DNA单链为模板，按照碱基互补配对原则合成子链的过程。(2)由于PCR原理为DNA双链复制，其特点是半保留复制，所以无论复制几次，模板链一直存在于2个DNA分子中。DNA复制的数量变化是指数式增长方式。(3)由(A＋T)/(G＋C)＝1/2可知A∶T∶G∶C＝1∶1∶2∶2，所以A的比例为1/6，在一个DNA分子中的数量为3 0002(1/6)＝1 000个，5次循环的DNA数为32个，所以以原料合成的DNA数相当于32－1＝31个，至少需腺嘌呤脱氧核苷酸为311 000＝31 000个。(4)画图的关键是注意引物A、B的位置和所对应的模板链。 【答案】　(1)模板DNA双链解聚形成单链　在DNA聚合酶的作用下，原料脱氧核苷酸聚合形成新的DNA链　(2)2　2　230　(3)31 000　(4)如图 [能力提升] 11．下列有关PCR技术中引物的叙述，正确的是(　　) 【导学号：05520040】 A．引物是一小段DNA分子或双链RNA分子 B．扩增一个DNA分子至少需要的引物数目等于新合成的DNA子链数目 C．两种引物之间能够发生碱基互补配对 D．DNA聚合酶只能从引物的5′端连接脱氧核苷酸 【解析】　引物是一小段单链DNA分子或单链RNA分子；在DNA分子扩增时，需要两种引物，由于新合成的子链都需要引物作为复制的起点，则扩增一个DNA分子至少需要的引物数目等于新合成的DNA子链数目；两种引物分别与DNA母链之间发生碱基互补配对，并不是两种引物之间发生碱基互补配对；DNA聚合酶只能从引物的3′端连接脱氧核苷酸，从而使子链DNA分子的复制方向只能是5′端→3′端。 【答案】　B 12．“X基因”是DNA分子上一个有遗传效应的片段，若要用PCR技术特异性地拷贝“X基因”，需在PCR反应中加入两种引物，两种引物及其与模板链的结合位置如图1所示。经4轮循环后产物中有五种不同的DNA分子，如图2所示，其中第⑤种DNA分子有几个(　　) A．2　　　　 B．4　　　　 C．6　　　　 D．8 【解析】　PCR技术扩增时，由两种引物决定所扩增的片段的特定序列，上一次循环的产物为下一次循环的模板。第一次循环形成①和②，第二次循环形成①、②、③、④四个DNA，以此类推4次循环后共形成16个DNA，其中①、②各一个，③、④各三个，⑤共8个。 【答案】　D 13．多聚酶链式反应(PCR技术)是体外酶促合成特异性DNA片段的一种方法，由高温变性、低温复性及适温延伸等几步反应组成一个周期，循环进行，使目的DNA得以迅速扩增，其简要过程如图所示。下列关于PCR技术叙述不正确的是 (　　) A．PCR技术是在实验室中以少量DNA制备大量DNA的技术 B．反应中新合成的DNA可以作为下一轮反应的模板 C．PCR技术中以核糖核苷酸为原料，以指数方式扩增 D．应用PCR技术与DNA分子杂交技术可以检测基因突变 【解析】　PCR技术就是体外大量扩增DNA的技术，即以少量DNA制备大量DNA的技术，A正确；PCR技术的原理就是DNA复制，反应中新合成的DNA又可以作为下一轮反应的模板，所需原料是脱氧核苷酸，以指数方式扩增，B正确，C错误；应用PCR技术与DNA分子杂交技术可以检测基因突变，D正确。 【答案】　C 14．请回答PCR技术方面的有关问题： (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，下面的表达式不能正确反映DNA聚合酶的功能，这是因为__________________________________________。 【解析】　(1)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15/16。②在第三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)某同学设计的两组引物(只标注了部分碱基序列)都不合理，原因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。 【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 15．PCR技术是一种体外迅速扩增DNA片段的技术，操作步骤简介如下： 第Ⅰ步：准备“汤”和模板DNA A．配制多聚酶链式反应“汤” 配方：蒸馏水　　　　　　　　100 SPU 缓冲液 15 SPU 氯化镁溶液 8 SPU 引物Ⅰ 3 SPU 引物Ⅱ 3 SPU DNA聚合酶 1 SPU 矿物油 1 SPU dNTP每一种各加 4 SPU 注：①SPU是一种溶液的计量单位；②矿物油可防止聚合酶在冻结时受伤害，以保证酶的活性；③dNTP有四种：dATP、dGTP、dCTP、dTTP。 B．准备要拷贝的DNA 如要拷贝自己的DNA，可以用一牙签轻刮口腔内壁，将牙签放入蒸馏水中摇动。加热使蒸馏水沸腾，使细胞破碎释放出DNA。用离心机离心后，去除蒸馏水中较大的细胞碎片。这时上清液中就有了较纯的DNA。 第Ⅱ步：多聚酶链式反应 ①将DNA(B)放入汤(A)中。 ②水浴加热。首先，95 ℃，使DNA双螺旋打开，历时1 min；然后，55 ℃，使引物结合到DNA上，历时30 s；最后，72 ℃，与DNA聚合酶结合使DNA复制，历时1 min。 ③重复步骤②。每重复一次，即完成一次拷贝。 根据上述操作过程回答下列问题： (1)以上材料可以说明(　　) A．DNA的复制必须在活细胞中才能完成 B．DNA能指导蛋白质的合成 C．在合适的条件下，非细胞环境也能进行DNA的复制 D．PCR技术是一种无性生殖技术 (2)若用人体细胞内的遗传物质做PCR扩增，则扩增后的几百亿个DNA分子起码可分为46种。要将其分开，可用电泳、染色等技术，常用的试剂有溴化乙锭等。有些试剂毒性较强，因此应戴上化学实验专用手套作为保护措施，以避免其与皮肤接触。溴化乙锭是一种强烈的诱变物，若接触皮肤活细胞，很可能会引起(　　) A．基因重组 B．该个体会产生变异较大的后代 C．癌变 D．皮肤外层是死细胞，该物质接触皮肤后对人体不会有影响 (3)PCR技术中用到的DNA聚合酶，取自生长在热泉中的一种细菌。就PCR技术来讲，你认为使用这种细菌中提取的酶较普通的动植物体内提取的DNA聚合酶的优势是_______________________________________________________。 (4)PCR技术能将某一DNA分子扩增成许多相同的DNA片段，原因是：①DNA分子具有________________结构；②DNA复制时遵循________________原则。 (5)DNA分子进行扩增时，除了所要扩增的DNA片段外，还需要四种__________、____________和__________等条件。若已知DNA的一条单链的碱基组成为ATCCGAT，则与它互补的另一条单链的碱基组成为___________________________________________________________________。 【解析】　(1)在合适的条件下，细胞外也可完成DNA复制。(2)溴化乙锭是一种化学诱变物，在DNA的复制过程中，诱发基因突变，可能导致细胞发生癌变。(3)PCR技术要在较高的温度下进行，所以使用的DNA聚合酶要耐高温，在较高的温度下不变性。(4)DNA规则的双螺旋结构和碱基互补配对原则使DNA能够复制出与其完全相同的子代DNA。(5)DNA分子复制时，不仅需要DNA片段，还需要四种游离的脱氧核苷酸、能量、酶等条件。由碱基互补配对原则可知，其互补链的碱基组成为TAGGCTA。 【答案】　(1)C　(2)C　(3)耐高温，在较高的温度下不变性　(4)①规则的双螺旋　②碱基互补配对　(5)脱氧核苷酸　能量　酶　TAGGCTA