2018-2019學年高中生物 專題5 DNA和蛋白質技術 課題2 多聚酶鏈式反應擴增DNA片段練習 新人教版選修1 .doc

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課題2 多聚酶鏈式反應擴增DNA片段 1．PCR技術控制DNA的解聚與結合是利用DNA的(　　) A．特異性　　　　 B．穩(wěn)定性 C．熱變性 D．多樣性 解析：DNA分子在80～100 ℃的溫度范圍內變性，雙鏈解開成單鏈，當溫度慢慢降低時，又能重新結合形成雙鏈。 答案：C 2．下圖表示PCR擴增的產物，請分析它是哪次循環(huán)的產物(　　) 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反應中以引物為標記，第一次循環(huán)時，以加入的DNA為模板，兩條DNA鏈分別由引物Ⅰ和引物Ⅱ與其結合，并在DNA聚合酶的作用下延伸，所以，形成的每個子代DNA中只有一種引物。 答案：A 3．PCR一般要經過三十多次循環(huán)，從第二輪循環(huán)開始，上一次循環(huán)的產物也作為模板參與反應，由引物Ⅰ延伸而成的DNA單鏈作模板時將(　　) A．仍與引物Ⅰ結合進行DNA子鏈的延伸 B．與引物Ⅱ結合進行DNA子鏈的延伸 C．同時與引物Ⅰ和引物Ⅱ結合進行子鏈延伸 D．無需與引物結合，在酶的作用下從頭合成子鏈 解析：當由引物Ⅰ延伸而成的DNA單鏈作模板時，此單鏈引物端為5′端，因此與它互補的子鏈應從另一端開始合成，即由引物Ⅱ結合延伸DNA的子鏈。 答案：B 4．關于DNA片段PCR擴增實驗的描述中不正確的是(　　) A．加入的Taq DNA聚合酶耐高溫 B．不同大小DNA在電場中遷移速率不同 C．此過程需要DNA連接酶 D．擴增區(qū)域由2個引物來決定 解析：PCR是體外DNA擴增技術，該技術是在高溫條件下進行的，因此需要耐高溫Taq DNA聚合酶，故A正確；DNA大小不同，在電場中的遷移速率不同，故B正確；PCR不需要DNA連接酶，但需要熱穩(wěn)定DNA聚合酶，故C錯誤；PCR技術需要一定的條件，其中一對引物就是條件之一，故D正確。 答案：C 5．隨著研究的不斷深入，PCR技術被不斷改進，從原先只能擴增幾個kb(千堿基對)的基因到目前已能擴增長達幾十個kb的DNA片段。PCR的簡要過程如下圖所示，請分析回答下列有關問題： (1)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________。 (2)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。 (3)DNA子鏈復制的方向是________，這是由于____________。 解析：(1)分析得出新合成的DNA分子中，A＝T，C＝G，這個事實說明DNA分子的合成遵循堿基互補配對原則。 (2)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。 (3)引物是一種單鏈DNA或RNA分子，它能與解開的DNA母鏈的3′端結合，為DNA聚合酶提供延伸位點，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子鏈復制的方向是從5′端到3′端。 答案：(1)堿基互補配對原則 (2)211－2 (3)5′端到3′端　DNA聚合酶只能從引物的3′端拼接單個脫氧核苷酸分子 A級　基礎鞏固 1．下列有關PCR過程的敘述中不正確的是(　　) A．受熱變性破壞的是DNA分子內堿基對之間的氫鍵，也可利用解旋酶實現(xiàn) B．引物與單鏈相應互補序列結合是依靠堿基互補配對原則完成 C．延伸過程中需要DNA聚合酶、ATP、四種核糖核苷酸 D．PCR與細胞內DNA復制相比所需酶的最適溫度較高 解析：DNA解成單鏈可用熱變性方法或解旋酶處理，受熱變性破壞的是DNA分子內堿基對之間的氫鍵，A正確；引物為一段DNA序列，引物與單鏈相應互補序列結合是依靠堿基互補配對原則完成，B正確；延伸過程中需要熱穩(wěn)定DNA聚合酶、ATP、四種脫氧核糖核苷酸，C錯誤；PCR技術需要高溫解成單鏈，故PCR與細胞內DNA復制相比所需酶的最適溫度較高，D正確。 答案：C 2．PCR技術最突出的優(yōu)點是(　　) A．原理簡單 B．原料易找 C．Taq DNA聚合酶有耐熱性 D．快速、高效、靈活、易于操作 答案：D 3．PCR技術的操作步驟依次是(　　) A．高溫變性、中溫延伸、低溫復性 B．高溫變性、低溫復性、中溫延伸 C．中溫延伸、高溫變性、低溫復性 D．中溫延伸、低溫復性、高溫變性 答案：B 4．聚合酶鏈式反應(PCR技術)是體外酶促合成特異DNA片段的一種方法，由高溫變性、低溫退火及適溫延伸等幾步反應組成一個周期，循環(huán)進行，使目的DNA得以迅速擴增，其簡要過程如下圖所示。下列關于PCR技術的敘述，不正確的是(　　) A．PCR技術是在實驗室中以少量DNA制備大量DNA的技術 B．反應中新合成的DNA又可以作為下一輪反應的模板 C．PCR技術中以核糖核苷酸為原料，以指數(shù)方式擴增 D．應用PCR技術與探針雜交技術可以檢測基因突變 解析：PCR技術是人工合成DNA的方法，原料是脫氧核苷酸，不是核糖核苷酸。 答案：C 5．“X基因”是DNA分子上一個有遺傳效應的片段，若要用PCR技術特異性地拷貝“X基因”，需在PCR反應中加入兩種引物(注：引物的作用是與模板鏈形成雙鏈后在DNA聚合酶的作用下就可以繼續(xù)鏈的延伸)，兩種引物及其與模板鏈的結合位置如圖甲所示。經4輪循環(huán)后產物中有五種不同的DNA分子，如圖乙所示，其中第⑤種DNA分子有幾個(　　) A．8　　　　B．6　　　　C．4　　　　D．2 解析：由圖分析可知：X基因第一次復制得到2個兩種DNA分子：①和②；X基因第二次復制得到4個四種DNA分子：①復制得①和③，②復制得②和④；X基因第三次復制得到8個五種DNA分子：①復制得①和③，③復制得③和⑤，②復制得②和④，④復制得④和⑤；X基因第四次復制得到16個五種DNA分子：①復制得①和③，②復制得②和④，2個③復制得2個③和2個⑤，2個④復制得2個④和2個⑤，2個⑤得到4個⑤。從上面的推測可知，第四輪循環(huán)產物中有8個⑤。 答案：A 6．在PCR擴增DNA的實驗中，預計一個DNA分子經過30次循環(huán)后，應該得到230個DNA分子，但是結果只有約210個DNA分子，那么出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因不可能是(　　) A．Taq DNA聚合酶的活力不夠，或活性受到抑制 B．系統(tǒng)設計欠妥 C．循環(huán)次數(shù)不夠 D．引物不能與母鏈結合 解析：如果TaqDNA聚合酶活力不夠或活性受到抑制，則導致催化效率降低，得到的產物比預期的少，A正確。如果PCR系統(tǒng)設計欠妥，則達不到預期的結果，B正確。如果循環(huán)次數(shù)過少，產物的量比預期的少，C正確。如果引物設計不合理，若不能與模板DNA結合，將造成無法進行擴增，而結果得到了210個DNA分子，D錯誤。 答案：D B級　能力訓練 7．PCR技術有效地解決了因為樣品中DNA含量太低而難以對樣品進行研究的問題，被廣泛應用。此過程需要一種Taq DNA聚合酶。請回答有關問題： (1)體內DNA復制過程中用解旋酶打開雙鏈DNA，而PCR技術中應用_______________________________________________。 (2)Taq DNA聚合酶是從水生耐熱細菌Taq中分離的。 ①為什么Taq細菌能從熱泉中被篩選出來呢？______________ _____________________________________________________。 ②Taq DNA聚合酶的功能是____________________________。 ③為了使Taq DNA聚合酶能夠多次反復利用，可采用________技術，常用的方法為___________________________________。 (3)與體內DNA復制相比，PCR反應要在________中才能進行，并且要嚴格控制________條件。 (4)PCR中加入的引物有________種，加入引物的作用是 _____________________________________________________。 答案：(1)高溫使雙鏈DNA分子解聚為單鏈 (2)①熱泉70～80 ℃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固定化酶　化學結合法、物理吸附法 (3)一定的緩沖溶液　溫度 (4)2　作為DNA復制的起點 8．H7N9型禽流感是全球首次發(fā)現(xiàn)的新亞型RNA流感病毒，目前最為快速有效的檢測手段是RT－PCR核酸檢測。RT－PCR的過程包括反轉錄作用從RNA合成cDNA，再以cDNA為模板進行擴增，過程如下圖所示。據(jù)此分析下列問題： (1)傳統(tǒng)PCR技術的原理是________，過程中低溫退火的含義是_________________________________________________________。 (2)在RT－PCR中每一步都有酶的參與，上圖中過程1中的關鍵酶是________；PCR中的關鍵酶是________，該酶的作用特點是________、__________________。 (3)在對病毒核酸進行檢測時，主要通過RT－PCR擴增其關鍵的基因序列，這時引物的設計就非常關鍵，根據(jù)下圖分析，請你選擇合適的引物：________。 答案：(1)DNA復制　引物與模板鏈互補配對 (2)反轉錄酶　Taq DNA聚合酶(DNA聚合酶)　耐高溫 不能從頭合成DNA，只能從3′端延伸DNA鏈 (3)引物Ⅰ和引物Ⅱ 9．多聚酶鏈式反應(PCR)是一種體外迅速擴增DNA片段的技術。請回答下列有關PCR技術的基本原理及應用問題。 (1)DNA的兩條鏈是反向平行的，通常將__________的末端稱為5′端，當引物與DNA母鏈通過堿基互補配對結合后，DNA聚合酶就能從引物的__________開始延伸DNA鏈。 (2)PCR利用DNA的熱變性原理解決了打開DNA雙鏈的問題，但又導致了DNA聚合酶失活的新問題。到20世紀80年代，科學家從一種Taq細菌中分離到____________________，它的發(fā)現(xiàn)和應用解決了上述問題。要將Taq細菌從其他普通的微生物中分離出來，所用的培養(yǎng)基叫__________。 (3)PCR的每次循環(huán)可以分為__________三步。假設在PCR反應中，只有一個DNA片段作為模板，請計算在5次循環(huán)后，反應物中大約有__________個這樣的DNA片段。 (4)請用簡圖表示出一個DNA片段在PCR反應中第二輪的產物。 (5)簡述PCR技術的主要應用。 解析：(2)因PCR利用了DNA的熱變性原理解決了打開DNA雙鏈的問題，所以用于催化DNA復制過程的DNA聚合酶要具有耐高溫的特性。用選擇培養(yǎng)基可將Taq細菌從其他普通的微生物中分離出來。(3)DNA復制兩條鏈均作為模板，進行半保留復制，所以復制5次后得到的子代DNA分子數(shù)為25＝32個。(4)新合成的DNA鏈帶有引物，而最初的模板DNA的兩條鏈中只有一條帶有引物。(5)PCR技術可以對DNA分子進行擴增，所以可用于遺傳疾病的診斷、刑偵破案、古生物學、基因克隆和DNA序列測定等方面。 答案：(1)磷酸基團　3′端 (2)耐高溫的Taq DNA聚合酶　選擇培養(yǎng)基 (3)變性、復性和延伸　32　(4)如圖所示： (5)遺傳疾病的診斷、刑偵破案、古生物學、基因克隆和DNA序列測定等。 10．近20年來，PCR技術(多聚酶鏈式反應)成為分子生物學實驗室的一種常規(guī)實驗手段，其原理是利用DNA半保留復制，在試管中進行DNA的人工復制(如下圖)，在短時間內，將DNA擴增幾百萬倍甚至幾十億倍，從而使實驗室所需要的遺傳物質不再受限于活的生物體。 (1)加熱使DNA雙鏈間的________鍵完全打開，稱為________；而在細胞中是在________酶的作用下進行的。 (2)如果只需要大量克隆模板DNA中間的某個特定區(qū)段，應該加入________種特定的引物。當溫度降低至55 ℃時，引物與兩條“舒展”的模板鏈的特定位置結合，在DNA聚合酶的作用下，只能在引物的______端連接脫氧核苷酸，兩條子鏈的延伸方向都是_______。 (3)PCR技術的必需條件，除了模板、原料、酶之外，至少還有三個條件，即液體環(huán)境、適宜的__________和__________，前者由________自動調控，后者則靠________來維持。 (4)通過PCR技術使DNA分子大量復制，如果將一個用15N標記的DNA分子放入試管中，以14N標記的脫氧核苷酸為原料，連續(xù)復制四次之后，則15N標記的DNA分子占全部DNA分子總數(shù)的比例是________。 解析：(1)PCR技術利用熱變性原理使DNA雙鏈之間的氫鍵斷裂，稱為解旋，而在細胞內是在解旋酶的作用下使氫鍵斷裂。(2)PCR分為三個基本反應步驟：變性(95 ℃)、復性(55 ℃)、延伸(72 ℃)，其特異性依賴于與靶序列互補的引物，引物是兩段與待擴增DNA序列互補的片段，兩引物之間的距離決定擴增片段的長度。由于DNA聚合酶不能從頭開始合成DNA，只能從引物的3′端延伸DNA鏈，則DNA的合成方向總是從子鏈的5′端向3′端延伸。(3)PCR技術與細胞內的DNA復制不完全相同，除了需要模板、原料、酶以外，至少還需要液體環(huán)境(穩(wěn)定的緩沖溶液)，每一個步驟需要適宜的溫度和酸堿度等。(4)一個DNA分子連續(xù)復制四次之后，形成16個DNA分子，15N標記的DNA分子有2個，則15N標記的DNA分子占全部DNA分子總數(shù)的比例為1/8。 答案：(1)氫　解旋　解旋　(2)兩　3′　從子鏈的5′端向3′端延伸　(3)溫度　酸堿度　PCR儀　緩沖液　(4)1/8