2019-2020学年人教版高中生物选修一学练测精练：专题5　课题2　多聚酶链式反应扩增DNA片段 8页

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 一、选择题 1．(2019·双鸭山期末)下列有关 PCR 的描述，不正确的是( ) A．PCR 技术的原理是 DNA 复制 B．用 PCR 技术扩增 DNA 是一个酶促反应，需要用到耐高温的解旋酶和 DNA 聚合酶 C．一个 DNA 片段经 PCR 扩增 n 次，可形成 2n 个 DNA 片段 D．PCR 利用 DNA 的热变性来控制 DNA 的解聚与结合 解析：选 B PCR 是一种体外迅速扩增 DNA 片段的技术，它以极少量的 DNA 为模板，以四种脱氧核苷酸为原料，在引物作用下使 DNA 聚合酶从引物的 3′端连接脱氧核苷酸，短时间内迅速复制上百万份的 DNA。PCR 利用 DNA 在不 同温度下变性或复性的特性来解旋并结合引物，不需要解旋酶。 2．下列有关 PCR 技术的叙述，错误的是( ) A．PCR 技术利用了 DNA 的热变性来控制 DNA 的解聚与结合，不需要解 旋酶 B．DNA 聚合酶不能从头开始合成 DNA，而只能从引物的 3′端延伸 DNA 链 C．PCR 的引物的基本单位是一定脱氧核苷酸 D．扩增 DNA 时，需要加入两种引物 解析：选 C PCR 扩增中双链 DNA 解开不需要解旋酶，高温条件下氢键可 自动解开，A 正确；DNA 聚合酶不能从头开始合成 DNA，而只能从引物的 3′ 端延伸 DNA 链，B 正确；引物是一段单链 DNA 或 RNA，因此其基本单位是脱 氧核苷酸或核糖核苷酸，C 错误；采用 PCR 技术扩增 DNA 时，需要加入两种引 物，D 正确。 3．PCR 利用了 DNA 的热变性原理，PCR 仪实际上也是一种能自动调控温 度的仪器。下列对 PCR 过程中“温度的控制”的说法，错误的是( ) A．PCR 反应需要高温，这是为了确保模板是单链 B．延伸的温度必须高于复性温度，而低于变性温度 C．要用耐高温的 DNA 聚合酶 D．需要耐高温的解旋酶 解析：选 D PCR 是体外 DNA 扩增技术，DNA 双链的解开不需要解旋酶， 高温可使其变性解聚。延伸是在耐高温的 Taq DNA 聚合酶的作用下根据碱基互 补配对原则合成新的 DNA，延伸的温度要高于复性温度但低于变性温度。 4．(2019·重庆八中期中)关于 PCR 技术的应用，错误的一项是( ) A．古生物学、刑侦破案、DNA 序列测定 B．诊断遗传疾病、基因克隆、古生物学 C．DNA 序列测定、基因克隆、刑侦破案 D．诊断遗传疾病、合成核苷酸、DNA 序列测定 解析：选 D PCR 技术是体外扩增 DNA 的技术，用来在体外合成大量 DNA， 供各种研究或诊断需要。本技术以脱氧核苷酸作为原料，但这个过程无法合成核 苷酸。 5．下列关于 PCR 操作过程的叙述，错误的是( ) A．PCR 实验中使用的微量离心管、枪头、缓冲液以及蒸馏水等在使用前必 须进行高压灭菌 B．PCR 所用的缓冲液和酶应分装成小份，并在－20 ℃储存 C．PCR 所用的缓冲液和酶从冰箱拿出之后，放在高温环境中迅速融化 D．在微量离心管中添加反应成分时，每吸取一种试剂后，移液器上的枪头 都必须更换 解析：选 C 为了避免外源 DNA 等因素的影响，PCR 实验中使用的微量离 心管、枪头、缓冲液以及蒸馏水等在使用前必须进行高压灭菌，A 正确；PCR 所用的缓冲液和酶一般需要分装成小份，并在－20 ℃储存，B 正确；PCR 所用 的缓冲液和酶从冰箱拿出之后，放在冰块上缓慢融化，C 错误；为避免液体的交 叉污染，在微量离心管中添加反应成分时，每吸取一种试剂后，移液器上的枪头 都必须更换，D 正确。 6．(2019·大连期末)PCR 反应的最大特点是具有较强的扩增能力与极高的灵 敏性，但令人头痛的问题是易污染，下列关于防止污染的办法不正确的是( ) A．将样品的处理、PCR 反应液的配制、PCR 反应及 PCR 产物的鉴定等步 骤分区或分室进行 B．用移液器吸样时要慢，每吸取一种试剂后，移液器上的枪头都必须更换 C．所有的 PCR 试剂都应用大瓶分装，以减少重复加样次数，避免污染 D．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 冰箱中 解析：选 C PCR 所用的缓冲液和酶等应分装成小份，并在－20 ℃储存。 使用前，将所需试剂从冰箱拿出，放在冰块上缓慢融化。 7．(2019·西安期中)科学家分离出真核细胞中某种结构的各种成分，对分离 的成分用双缩脲试剂和二苯胺试剂进行检测，发现能够使双缩脲试剂呈现紫色反 应，使二苯胺试剂呈现蓝色反应。则该细胞结构不可能是( ) A．叶绿体 B．线粒体 C．细胞壁 D．染色体 解析：选 C 能够使双缩脲试剂呈现紫色反应的是蛋白质，使二苯胺试剂呈 现蓝色反应的是 DNA，所以该细胞结构既含有蛋白质，又含有 DNA，选项中满 足这两个条件的结构有叶绿体、线粒体和染色体。 8．使用 PCR 仪的具体操作顺序应为( ) 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．②③①④⑤ B．①⑤③②④ C．②③⑤①④ D．④②⑤③① 解析：选 C 使用 PCR 仪的操作步骤一般分为准备→移液→混合→离心→ 反应。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。 9．在 PCR 过程中，双链 DNA 解聚为单链、引物与单链结合以及形成新的 子链所需要的大致温度依次是( ) A．72 ℃、50 ℃、90 ℃ B．90 ℃、50 ℃、72 ℃ C．50 ℃、72 ℃、90 ℃ D．50 ℃、90 ℃、72 ℃ 解析：选 B 双链 DNA 的解旋，需要高温(一般需要 90 ℃左右)来破坏氢键。 温度下降到 50 ℃左右，两种引物通过碱基互补配对与两条单链 DNA 结合，此 过程为复性。温度上升到 72 ℃左右时，在 DNA 聚合酶的作用下，以四种脱氧 核苷酸为原料合成新的 DNA 链，此过程为延伸。 10．(2019·临川期中)PCR 一般要经过三十多次循环，从第二次循环开始， 上一次循环的产物也作为模板参与反应，下列相关叙述正确的是( ) A．由引物Ⅰ延伸而成的 DNA 单链作模板时，仍与引物Ⅰ结合进行 DNA 子 链的延伸 B．由引物Ⅰ延伸而成的 DNA 单链作模板时，无需与引物结合，直接在酶 的作用下从头合成子链 C．若只有 1 个 DNA 片段作为模板，经过 5 次循环，会含有这样的 DNA 片 段 32 个 D．若只有 1 个 DNA 片段作为模板，经过 2 次循环，含引物Ⅰ的 DNA 单链 占 DNA 总链数的 1/4 解析：选 C 当由引物Ⅰ延伸而成的 DNA 单链作模板时，此单链引物固定 端为 5′端，因此与它互补的子链应从另一端开始合成，即与引物Ⅱ结合延伸 DNA 子链，A、B 错误；若只有 1 个 DNA 片段作为模板，经过 5 次循环，DNA 复制 了 5 次，可以得到的 DNA 分子数是 25＝32(个)，C 正确；若只有 1 个 DNA 片段 作为模板，经过 2 次循环，会形成 4 个 DNA 片段，8 条单链，其中含有原始模 板链(不含引物)2 条，另外 6 条单链中含有引物Ⅰ的有 3 条单链，含有引物Ⅱ的 有 3 条单链，即含有引物Ⅰ的 DNA 单链占 DNA 总链数的 3/8，D 错误。 11．如图表示 PCR 扩增的产物，请分析它是第几次循环的产物 ( ) A．第一次 B．第二次 C．第三次 D．第四次 解析：选 A 在 PCR 反应中，以引物为标记，第一次循环时，以加入的 DNA 为模板，两条 DNA 链可分别由引物Ⅰ和引物Ⅱ与模板链结合并在 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 DNA 分子又可作为模板参与反应，所以会形成 DNA 分子两端均含 有引物的情况。因此题图中所出现的情况是第一次循环的产物。 12．(2019·成都期中)如图表示 DNA 的变性和复性，下列相关说法正确的是 ( ) A．由左向右的过程表示热(80～100 ℃)变性的过程 B．由右向左的过程为 DNA 双链迅速制冷复性 C．变性与在生物体内解旋过程的条件、实质都相同 D．图中 DNA 片段共有 4 个游离的磷酸基团、4 个 3′端 解析：选 A 变性后的 DNA 在缓慢降温后才会复性；变性与在生物体内解 旋过程的条件不同、实质相同；任一 DNA 片段都有两个游离的磷酸基团(5′端) 和两个 3′端。 二、非选择题 13．(2019·洛阳模拟)PCR 是一种体外快速扩增 DNA 的方法，用于扩增特定 的 DNA 片段，数小时内可使目的基因片段扩增到数百万个。PCR 需要模板 DNA、 引物、四种脱氧核苷酸和耐热的 DNA 聚合酶等条件。如图为模板 DNA 分子及 2 种引物，请据图回答相关问题： (1)PCR 与体内 DNA 复制的不同之处主要表现在温度环境的不同，在 PCR 技术中先用 95 ℃高温处理的目的是____________________________，而这一过 程在细胞内是通过________________实现的。 (2)在 PCR 技术中所需要的引物实质上是一小段__________________。请在 图中绘出引物结合的位置。 (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 子链延伸的方向是_________，这是由于____________________。 解析：(1)在 PCR 技术中，用 95 ℃高温处理的目的是使 DNA 分子中的氢键 断裂，两条链解开，即使 DNA 分子变性。(2)引物是一小段单链 DNA 或 RNA 分子。(3)在 DNA 分子扩增时，需要 2 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)。(4)引物能与解开的 DNA 母链的 3′端结合，为 DNA 聚合酶提供吸 附位点，使 DNA 聚合酶从引物的 3′端开始连接脱氧核苷酸，从而决定了 DNA 子链延伸的方向是从 5′端到 3′端。 答案：(1)使 DNA 变性(使 DNA 的两条链解开) 解旋酶的催化 (2)单链 DNA 或 RNA 分子 如图所示 (3)211－2 (4)从 5′端到 3′端 DNA 聚合酶只能从引物的 3′端开始连接单个 脱氧核苷酸分子 14．PCR 技术广泛用于对少量 DNA 样品的大量扩增过程中，尤其在法医鉴 定中有重要的意义。PCR 扩增过程示意图如图，请回答下列问题： (1)PCR 技术的原理是____________。PCR 反应中需要加入缓冲液、引物、 DNA 模板、________、________。 (2)图中步骤 1 代表________，步骤 2 代表________，步骤 3 代表延伸，这 三个步骤组成一轮循环。 (3)引物 1 和引物 2 的碱基序列________(填“相同”或“不同”)。若一个 DNA 分子在 PCR 中经历 n 轮循环，理论上需要消耗________个引物，由引物形 成子链的延伸方向是________________________。 (4)PCR 扩增时，退火温度的设定是成败的关键，退火温度过高会破坏 ________之间的碱基配对。退火温度的设定与引物长度、碱基组成有关，长度相 同但 G—C 含量高的引物需要设定________(填“更高”或“更低”)的退火温 度。 (5) 如 果 PCR 反 应 得 不 到 任 何 扩 增 产 物 ， 则 可 以 采 取 的 改 进 措 施 有 ________(填序号)。 ①升高退火温度 ②降低退火温度 ③重新设计引物 解析：(1)PCR 技术的原理是 DNA 的半保留复制。PCR 反应中需要加入缓 冲液、引物、DNA 模板、四种脱氧核苷酸、耐热的 DNA 聚合酶。(2)图中步骤 1、 2、3 分别代表变性、复性、延伸，这三个步骤组成一轮循环。(3)引物 1 和引物 2 的碱基序列不同。若一个 DNA 分子在 PCR 中经历 n 轮循环，理论上需要消耗 2n＋1－2 个引物，由引物形成子链的延伸方向是由 5′→3′。(4)退火表示引物与模 板相连，若退火温度过高会破坏引物与模板的碱基配对，由于 G—C 之间有三个 氢键 A—T 之间有两个氢键，所以 G—C 含量越高的引物，退火温度越高。(5) PCR 反应得不到任何扩增产物，可能是退火温度过高，导致引物与模板不能相连；或 引物间相互配对，引物自连，不能与模板相连，因此，可通过降低退火温度或重 新设计引物进行改进。 答案：(1)DNA 的半保留复制 四种脱氧核苷酸 耐热的 DNA 聚合酶 (2) 变性 复性 (3)不同 2n＋1－2 由 5′→3′ (4)引物与模板 更高 (5)②③ 15.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(如图中黑色长方形是引物)。在很 短的时间内将 DNA 扩增几百万倍甚至几十亿倍，使实验室所需的遗传物质不再 受限于活的生物体。 (1)图中的变性、延伸分别是指_______________、_____________。 (2)某样品 DNA 分子中共含 3 000 个碱基对，碱基数量满足：(A＋T)/(G＋C) ＝1/2，若经五次循环，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) (3)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；延伸是以 DNA 单链为模板，按碱 基互补配对原则合成子链的过程。(2)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 3 000×2×(1/6) ＝1 000(个)，五次循环形成的 DNA 数为 32 个，所以需要利用原料合成的 DNA 数相当于 32－1＝31(个)，则至少需腺嘌呤脱氧核苷酸为 31×1 000＝31 000(个)。 (3)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 双链解旋形成单链 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)31 000 (3)如图所示：