2020-2021学年高中生物人教版选修1习题：专题5　课题2　多聚酶链式反应扩增DNA片段 6页

课题 2 多聚酶链式反应扩增 DNA 片段 课后篇巩固提升 基础知识巩固 1.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 2.DNA 的合成方向总是( ) A.从 DNA 分子的左端向右端延伸 B.从 DNA 分子的右端向左端延伸 C.从子链的 5'端向 3'端延伸 D.从子链的 3'端向 5'端延伸 解析 DNA 的合成方向是从子链的 5'端向 3'端延伸。 答案 C 3.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 聚合酶延伸 DNA 链 D.DNA 聚合酶不能从头开始合成 DNA,只能从 3'端延伸 DNA 链 解析 DNA 聚合酶不能从头开始合成 DNA,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 4.使用 PCR 仪具体实验操作顺序应为( ) ①设计好 PCR 仪的循环程序 ②按配方准备好各组分 ③用微量移液器在微量离心管中依次 加入各组分 ④进行 PCR 反应 ⑤离心使反应液集中在离心管底部 A.②③⑤④① B.①⑤③②④ C.②③⑤①④ D.④②⑤③① 解析 PCR 反应的操作步骤一般分为准备(包括配制配方及将各配方放于实验台上)—移液—混 合—离心—反应。因 PCR 仪是一种自动控制温度的仪器,设计好循环程序就可以进行反应了。 答案 C 5.标准的 PCR 过程一般分为变性、复性、延伸三大步,这三大步需要的适合温度依次是( ) A.95 ℃、55 ℃、72 ℃ B.72 ℃、50 ℃、92 ℃ C.50 ℃、92 ℃、72 ℃ D.80 ℃、50 ℃、72 ℃ 解析当温度上升到 90 ℃以上时,双链 DNA 解聚为单链,称之为变性;当温度下降到 50 ℃左右 时,两种引物通过碱基互补配对与两条单链 DNA 结合,称为复性;当温度上升到 72 ℃(70~75 ℃) 时,溶液中的四种脱氧核苷酸(A、T、C、G)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.多聚酶链式反应(PCR)是一种体外迅速扩增 DNA 片段的技术。请回答下列有关 PCR 技术的 基本原理及应用问题。 (1)DNA 的两条链是反向平行的,通常将 的末端称为 5'端,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 开始延伸 DNA 链。 (2)PCR 利用 DNA 的热变性原理解决了打开 DNA 双链的问题,但又导致了 DNA 聚合酶失活的 新问题。到 20 世纪 80 年代,科学家从一种 Taq 细菌中分离 到 ,它的发现和应用解决了上述问题。 (3)PCR 的每次循环可以分为 三步。假设在 PCR 反应中,只有一个 DNA 片段作为模板,5 次循环后,反应物中大约有 个这样的 DNA 片段。 解析(1)DNA 的两条链是反向平行的,为了明确地表示 DNA 的方向,通常将 DNA 的羟基(—OH) 末端称为 3'端,而将磷酸基团末端称为 5'端。DNA 聚合酶不能从头开始合成 DNA,只能从 3'端 延伸 DNA。(2)PCR 利用 DNA 的热变性原理解决了打开 DNA 双链的问题,所以用于催化 DNA 复制过程的 DNA 聚合酶要具有耐高温的特性。(3)PCR 的每次循环分为变性、复性和延伸三步。 DNA 复制时两条链均作为模板,进行半保留复制,所以复制 5 次后得到的子代 DNA 分子数为 25=32(个)。 答案(1)磷酸基团 3'端 (2)耐高温的 TaqDNA 聚合酶 (3)变性、复性和延伸 32 能力素养提升 甲 7.“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 反应体系中加入两种引物,两种引物及其与模板链的结合位置如图甲所示。经 4 次循环 后,产物中有 5 种不同的 DNA 分子,如图乙所示,其中第⑤种 DNA 分子的个数是( ) 乙 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①②③④4 个 DNA 分子,以此类推,4 次循 环后共形成 16 个 DNA 分子,其中①②各 1 个,③④各 3 个,⑤共 8 个。 答案 D 8.下图 a、b、c 均为 PCR 扩增的 DNA 片段,下列有关说法正确的是( ) A.片段 a、b、c 的长度均相同 B.片段 a、b 只是第一次循环的产物 C.片段 c 最早出现在第二次循环的产物中 D.经过 30 次循环后,片段 c 的数量为 230 解析图中片段 a、b 只有一种引物,是由原始 DNA 链为模板复制而来的,其长度比片段 c 长,A 项 不正确。由于原始模板在每次循环中均可作为模板,故每次循环都能产生图中片段 a、b,B 项不 正确。由于第一次循环的产物只有一种引物,而图中片段 c 有两种引物,片段 c 最早出现在第二 次循环的产物中,C 项正确。经过 30 次循环后,得到的 DNA 片段总数为 230,其中包括图中的片 段 a、b、c,故 D 项不正确。 答案 C 9.如图表示 PCR 技术扩增 DNA 分子的过程中,DNA 聚合酶作用的底物,据图分析正确的是 ( ) A.图中 a 为引物,是一种单链 RNA 分子 B.图中 b 为 DNA 模板链,f 端为 3'末端 C.PCR 技术中通过控制温度来实现 DNA 双链的解旋和结合 D.DNA 聚合酶无需引物也能将单个脱氧核苷酸连接成 DNA 片段 解析 PCR 技术中,DNA 聚合酶需要引物才能够将单个脱氧核苷酸连接成 DNA 片段,该技术中 引物通常为单链 DNA,即题图中的 a;图中 b 为 DNA 模板链,f 端为 5'末端;PCR 技术中通过高温 和降温来实现 DNA 双链的解旋和结合。 答案 C 10.利用 PCR 技术将某小段 DNA 分子扩增 n 代,需( ) A.测定 DNA 分子两端的核苷酸序列,以便设计引物 B.至少 2n 对引物参与子代 DNA 分子的合成 C.向反应体系中加入解旋酶、DNA 聚合酶等 D.保持反应体系温度恒定不变,确保扩增的正常进行 解析测定 DNA 分子两端的核苷酸序列,以便设计引物,引导 DNA 聚合酶从引物的 3'端延伸 DNA 链。一个 DNA 分子扩增 n 代后,形成 2n 个 DNA 分子,至少需要(2n-1)对引物。反应体系中 不需要加入解旋酶,PCR 过程中温度不是恒定不变的,而是经过了升温、降温和再升温的循环变 化。 答案 A 11.在 PCR 扩增的实验中,加入一种提取物(一种模板 DNA 片段),但实验得到的产物却有 2 种 DNA。其原因可能是( ) A.基因突变 B.TaqDNA 聚合酶发生变异 C.基因污染 D.温度过高 解析此现象属于 PCR 技术中的假阳性现象,其原因是靶基因污染。因此,在 PCR 实验中,一定要 做到隔离操作区、分装试剂、简化操作程序、使用一次性吸头等,尽量避免靶基因污染。 答案 C 12.请回答 PCR 技术的有关问题。 (1)利用 PCR 技术扩增 DNA,其原理与细胞内 DNA 复制类似(如下图所示)。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 技术的关键步骤之一。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 。 答案(1)①15/16 ②三 (2)①引物Ⅰ和引物Ⅱ会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 聚合酶不能从头开始合成 DNA,只能从 3'端延伸 DNA 13.随着研究的不断深入,PCR 方法被不断改进。它从一种定性的分析方法发展到定量测定;从原 先只能扩增几个 kb(千碱基对)的 DNA 片段到目前已能扩增长达几十个 kb 的 DNA 片段。PCR 技术不仅可用于基因分离、克隆和核酸序列分析等基础研究,还可用于疾病的诊断等。PCR 需 要模板 DNA、引物、脱氧核苷酸和 DNA 聚合酶等条件,其简要过程如下图所示。请分析回答 下列有关问题。 (1)PCR 技术能把某一 DNA 片段进行扩增,依据的原理是 。PCR 与体内 DNA 复制的不同之处主要表现在环境温度的不同,在 PCR 中先用 94 ℃高温处理的目的 是 ,而这一过程中在细胞内是通过 实现 的。 (2)通过分析得出新合成的 DNA 分子中 A=T,C=G,这个事实说明 DNA 分子的合成遵 循 。 (3)若将 1 个 DNA 分子拷贝 10 次,则需要在缓冲液中至少加入 个引物。 (4)DNA 子链复制的方向是 ,这是由于 。 (5)PCR 技术不仅为遗传病的诊断带来了便利,而且改进了检测细菌和病毒的方法。若要检测一 个人是否感染了某病毒,你认为可以以这个人血液中提取的 DNA 为模板用 PCR 扩增 。 解析 PCR 技术又称多聚酶链式反应,扩增过程依据的原理是 DNA 复制。通过分析得出新合成 的 DNA 分子中 A=T,C=G,这个事实说明 DNA 分子的合成遵循碱基互补配对原则;在 PCR 中选 用 94 ℃高温处理的目的是使 DNA 分子中的氢键断裂,两条链解开,使 DNA 分子变性。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,故所需的引物数目 等于新合成的 DNA 子链数目,即 2×210-2=211-2(个)。PCR 可扩增 DNA,因此若要检测一个人是 否感染了某病毒,可以以血液中提取的 DNA 为模板用 PCR 扩增该病毒核酸。 答案(1)DNA 复制 使 DNA 变性(使 DNA 的两条链解开) 解旋酶(的催化) (2)碱基互补配对原则 (3)211-2 (4)5'端到 3'端 DNA 聚合酶只能从引物的 3'端连接单个脱氧核苷酸分子 (5)病毒核酸 14.H7N9 型禽流感是全球首次发现的新亚型 RNA 流感病毒,目前最为快速有效的检测手段是 RT-PCR 核酸检测。RT-PCR 的过程包括通过逆转录从 RNA 合成 cDNA,再以 cDNA 为模板进 行扩增,过程如下图所示。据此分析下列问题。 (1)传统 PCR 技术的原理是 ,过程中低温复性的含义是 。 (2)在 RT-PCR 中每一步都有酶的参与,上图中过程 1 中的关键酶是 ;PCR 中的关 键酶是 ,该酶的作用特点 是 、 。 (3)在对病毒核酸进行检测时,主要通过 RT-PCR 扩增其关键的基因序列,这时引物的设计就非常 关键,根据下图分析,请你选择合适的引物: 。 解析(1)传统 PCR 技术的原理是 DNA 复制;过程中低温复性的含义是让引物与模板链互补配 对。(2)过程 1 是遗传信息从 RNA 到 DNA,为逆转录,所以过程 1 中的关键酶是逆转录酶。PCR 中的关键酶是具有热稳定性的DNA 聚合酶,即Taq DNA 聚合酶;该酶的作用特点是热稳定性高, 即耐高温,且不能从头合成 DNA,只能从 3'端延伸 DNA 链。(3)根据题意和图示分析可知:由于 Taq DNA 聚合酶只能从 3'端延伸 DNA 链,所以选择的引物是引物Ⅰ和引物Ⅱ。 答案(1)DNA 复制 引物与模板链互补配对 (2)逆转录酶 Taq DNA 聚合酶 耐高温 不能从头合成 DNA,只能从 3'端延伸 DNA 链 (3)引物Ⅰ和引物Ⅱ