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- 2021-09-26 发布
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(时间:90分钟;满分:100分)
一、选择题(本题共20小题,每小题2.5分,满分50分)
1.破译生物基因组DNA的遗传信息进行基因操作时,首先要提取细胞核DNA。下列不适宜作为提取DNA的实验材料的是( )
A.鸡血细胞 B.蛙的红细胞
C.人的成熟红细胞 D.菜花
解析:选C。DNA主要分布于真核细胞的细胞核中,而人的成熟红细胞中无细胞核,故无DNA,因而不能用人的成熟红细胞作为提取DNA的实验材料。
2.在下列图示中,可以正确反映DNA溶解度与NaCl溶液浓度之间关系的是( )
解析:选C。在NaCl溶液的浓度为0.14 mol/L时,DNA的溶解度最小,而蛋白质的溶解度较大;NaCl溶液的浓度高于或低于0.14 mol/L时,随着其浓度的升高或降低,DNA的溶解度都会逐渐增大。
3.蛋白酶能将蛋白质水解而使染色质中的DNA分离出来,下列药品可达到上述同一目的的是( )
A.蒸馏水 B.NaCl溶液
C.NaOH溶液 D.盐酸
答案:B
4.在“DNA的粗提取与鉴定”实验中,有两次DNA沉淀析出:
①DNA在NaCl溶液中的物质的量浓度为0.14 mol/L溶解度最低;②DNA在冷却的体积分数为95%的酒精中能够沉淀析出。该实验依据的原理是( )
A.两次都是① B.两次都是②
C.第一次是①,第二次是② D.第一次是②,第二次是①
解析:选C。DNA在0.14 mol/L的NaCl溶液中的溶解度最低,而高于或低于这一浓度,DNA在NaCl溶液中的溶解度都会增大;DNA不溶于酒精溶液,但是,细胞中的某些蛋白质则溶于酒精,这样DNA就可以沉淀析出。
5.在研究DNA的基因样本前,采集来的血样需要蛋白水解酶处理,然后用有机溶剂除去蛋白质。用蛋白水解酶处理血样的目的是( )
A.除去血浆中的蛋白质
B.除去染色体上的蛋白质
C.除去血细胞表面的蛋白质
D.除去血细胞中的所有的蛋白质,使DNA释放,便于进一步提纯
解析:选D。蛋白水解酶简称蛋白酶,能够催化多肽或蛋白质水解,所以这种酶可以分解血细胞中的所有蛋白质,有利于DNA的释放。
6.将含有DNA的滤液放在60~70 ℃的恒温水浴箱中保温10~15 min,可以得到含杂质较少的DNA,这一做法所依据的原理是( )
A.高温使蛋白质变性
B.高温使DNA变性
C.高温使蛋白质分解
D.高温使DNA分解
解析:选A。大多数蛋白质不能忍受60~80 ℃的高温,而DNA在80 ℃以上才会发生变性。在60~70 ℃的恒温水浴箱中保温,目的是使蛋白质发生变性,从而分离得到DNA。
7.在DNA的粗提取实验过程中,对DNA提取量影响较小的是( )
A.使鸡血细胞在蒸馏水中充分破裂,放出DNA等核物质
B.搅拌时要用玻璃棒沿一个方向轻缓搅动
C.在析出DNA黏稠物时,要缓缓加入蒸馏水,直到黏稠物不再增多
D.要用冷酒精沉淀DNA,甚至再将混合液放入冰箱中冷却
解析:选B。本题考查DNA的粗提取与鉴定的有关知识,同时考查学生对DNA提取原理的理解。搅拌时要用玻璃棒沿一个方向轻缓搅动的目的是防止DNA的细丝被打碎,但是打碎的DNA分子并不影响提取的DNA的含量;如果鸡血细胞破裂不充分,DNA等核物质释放不充分,DNA的提取量会减少;在析出DNA黏稠物时,加入蒸馏水的量不足,会使DNA不能充分析出,而如若加入蒸馏水的量过多,析出的DNA又会溶解,DNA的提取量也会减少;用冷酒精沉淀DNA甚至将混合液放入冰箱冷却的目的是抑制DNA水解酶活性,防止DNA降解,如果酒精冷却不充分,DNA析出量减少,DNA的提取量也会减少。此类题目的解题方法是理解实验各个环节或操作的目的,突破的方法是将各个环节进行比较分析,找出其中的相互关系。
8.如图表示PCR扩增的产物,请分析它是哪次循环的产物( )
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: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与其结合,并在DNA聚合酶的作用下延伸,所以,形成的每个子代DNA中只有一种引物。从第二次循环开始,第一次产物的DNA分子又可作为模板参与反应,形成的DNA分子两端都含有引物。
9.PCR仪实质上是一台自动调控温度的仪器,下列关于它调控不同温度的目的叙述错误的是( )
A.95 ℃,使DNA分子变性,解开螺旋
B.55 ℃,使DNA分子两条单链与两种引物结合
C.72 ℃,使DNA分子开始复制,延伸
D.72 ℃,使DNA分子恢复双螺旋结构,恢复活性
解析:选D。PCR利用DNA热变性的原理,当温度上升到90 ℃以上时,双链DNA解旋为单链,A项正确;当温度下降到50 ℃左右时,两种引物通过碱基互补配对原则与两条单链DNA结合,恢复活性,B项正确;当温度上升到72 ℃左右时,在DNA聚合酶的作用下,根据碱基互补配对原则合成新的DNA链,从而实现DNA延伸,故C正确,D错误。
10.下列关于DNA复制的叙述,不正确的是(多选)( )
A.DNA聚合酶不能从头开始合成DNA,只能从5′端延伸DNA链
B.DNA复制不需要引物
C.引物与DNA母链通过碱基互补配对进行结合
D.DNA的合成方向总是从子链的3′端向5′端延伸
解析:选ABD。只认为B错误的原因是没有理解DNA复制过程以及DNA聚合酶的作用特点。DNA聚合酶不能从头开始合成DNA,只能从引物的3′端延伸DNA链。由于模板链首先复制的是3′端,即复制方向3′→5′,而DNA分子是反向平行的,子链是依据碱基互补配对原则,在DNA聚合酶作用下合成的,其合成方向从子链的5′→3′。
11.在pH=5.12时进行电泳,哪种蛋白质既不向正极移动也不向负极移动 ( )
A.血红蛋白:pI(等电点)=7.07
B.鱼精蛋白:pI=12.20
C.α1球蛋白:pI=5.06
D.β球蛋白:pI=5.12
解析:选D。β球蛋白在pH=5.12时不带电,在电泳时既不向正极移动也不向负极移动。
12.洗涤红细胞时,离心所采用的方法是( )
A.低速长时间离心 B.低速短时间离心
C.高速长时间离心 D.高速短时间离心
解析:选B。高速或长时间离心,会导致白细胞和淋巴细胞一同沉淀,得不到纯净的红细胞,进而影响后面血红蛋白的提取纯度。
13.将猪的红细胞分别放在9%的NaCl溶液和蒸馏水中,表现出的现象分别是( )
A.都发生质壁分离 B.无变化、涨破
C.无变化、无变化 D.皱缩、涨破
解析:选D。动物细胞由于没有细胞壁,不会发生质壁分离。9%的NaCl溶液浓度已很高,红细胞会失水皱缩,在蒸馏水中则会吸水涨破。
14.将处理破裂后的红细胞混合液以2000 r/min的速度离心10 min后,离心管中的溶液分为四层,从上到下的顺序依次是( )
A.血红蛋白、甲苯层、脂质物质层、细胞破碎物沉淀层
B.甲苯层、细胞破碎物沉淀层、血红蛋白、脂质物质层
C.脂质物质层、血红蛋白、甲苯层、细胞破碎物沉淀层
D.甲苯层、脂质物质层、血红蛋白、细胞破碎物沉淀层
解析:选D。混合液经离心后按密度大小排列,在离心管中从上到下的顺序依次是:第1层为无色透明的甲苯层,第2层白色薄层固体是脂溶性物质沉淀层,第3层红色透明液体是血红蛋白水溶液,第4层暗红色沉淀物主要是红细胞破碎物沉淀。
15.人们用鸡的红细胞提取DNA不用人的红细胞提取血红蛋白的原因是( )
A.鸡的红细胞无血红蛋白,人的红细胞有血红蛋白
B.鸡的红细胞有线粒体,人的红细胞无线粒体
C.鸡的红细胞有细胞核,人的红细胞无细胞核
D.鸡的红细胞有氧呼吸,人的红细胞无氧呼吸
解析:选C。鸡(鸟类)的红细胞具有完整的细胞核,含有核DNA,便于进行DNA的提取;人的成熟红细胞无细胞核,结构简单,血红蛋白含量丰富,便于提取血红蛋白。
16.在提取血红蛋白的样品处理阶段,洗涤红细胞十分重要,其目的是( )
A.让红细胞破裂,释放血红蛋白
B.洗去血浆蛋白
C.防止血液凝固
D.保证红细胞的正常形态
解析:选B。本题考查血红蛋白的分离中样品处理的原理。血液中含有多种蛋白质,除红细胞内的血红蛋白,血浆中还含有多种蛋白质,这些蛋白质在血红蛋白释放出后会与其混合,需要在红细胞破裂前将其除去。
17.凝胶色谱法操作正确的是( )
A.将橡皮塞上部用刀切出锅底状的凹穴
B.将橡皮塞下部切出凹穴
C.插入的玻璃管的上部要超出橡皮塞的凹穴底面
D.将尼龙网剪成与橡皮塞下部一样大小的圆片
解析:选A。凝胶色谱柱制作时,首先选择合适封堵玻璃管口的橡皮塞,将橡皮塞上部用刀切出锅底状的凹穴;插入的玻璃管的上部不得超出橡皮塞的凹穴底面;把尼龙网剪成与橡皮塞上部一样大小的圆片。
18.在实验室中,做PCR通常使用的微量离心管是一种薄壁塑料管,此过程可以使用玻璃离心管吗?为什么( )
A.可以,玻璃离心管、塑料微量离心管都可以使用
B.不可以,玻璃离心管易碎,使用不安全
C.不可以,玻璃离心管一般较大,不适合作为微量离心管
D.不可以,玻璃离心管容易吸附DNA
解析:选D。本题考查多聚酶链式反应扩增DNA片段的有关知识。DNA亲和玻璃,在进行DNA操作时应用塑料器皿。
19.某考古学家在西伯利亚泰加林地区的冰中,发现了一种冰冻的已灭绝的巨型动物的肌肉,他想了解该巨型动物的DNA与现今印度大象的DNA的相似性,于是做了如下检测工作,其中正确的操作步骤及顺序是( )
①降低温度,检测处理后的杂合DNA双链 ②通过PCR技术扩增巨型动物和大象的DNA ③把巨型动物的DNA导入大象的细胞中 ④在一定温度条件下,将巨型动物和大象的DNA水浴共热
A.②④③ B.②④③①
C.③④① D.②④①
答案:D
20.下面说法不正确的是( )
A.在一定范围内,缓冲溶液能够抵制外界的酸和碱对溶液pH的影响,维持pH基本不变
B.缓冲溶液通常由1~2种缓冲剂溶解于水中配制而成
C.电泳是指带电粒子在电场的作用下发生迁移的过程
D.透析袋能使大分子自由进出,而将小分子保留在袋内
解析:选D。透析袋一般是用硝酸纤维素制成的。透析袋能使小分子自由进出,而将大分子保留在袋内。透析可以除去样品中相对分子质量较小的杂质,或用于更换样品的缓冲液。
二、非选择题(本题共4小题,满分50分)
21.(12分)回答下列有关“DNA的粗提取和鉴定”实验的问题。
(1)下列有关“DNA的粗提取和鉴定”实验原理的叙述,正确的是( )
A.DNA在NaCl溶液中的溶解度随NaCl溶液浓度的降低而减小
B.利用DNA不溶于酒精的性质,可除去细胞中溶于酒精的物质而得到较纯净的DNA
C.DNA是大分子有机物,不溶于水而溶于某些有机溶剂
D.在沸水中,DNA遇二苯胺会出现紫色反应
(2)如下图为该实验过程中的一些重要操作示意图。
①正确的操作顺序是________________________________________________________________________。
②上图C、E步骤都加入蒸馏水,但其目的不同,分别是__________________和________________。
③图A步骤中所用酒精必须是经过____________才能使用,该步骤的目的是________________________________________________________________________。
(3)为鉴定A中所得到的丝状物的主要成分为DNA,可滴加________试剂,沸水浴,如果出现________,则该丝状物的主要成分为DNA。
答案:(1)B (2)①C→B→E→D→A ②加速血细胞的破裂 降低NaCl溶液的浓度,使DNA析出 ③充分预冷 提取含杂质较少(或较纯净)的DNA
(3)二苯胺 蓝色
22.(12分)近20年来,PCR技术(多聚酶链式反应)成为分子生物学实验室的一种常规实验手段,其原理是利用DNA半保留复制,在试管中进行DNA的人工复制(如图)
,在短时间内,将DNA扩增几百万倍甚至几十亿倍,从而使实验室所需要的遗传物质不再受限于活的生物体。
(1)加热使DNA双链间的__________键完全打开,称为________;而在细胞中是在________酶的作用下进行的。
(2)如果只需要大量克隆模板DNA中间的某个特定区段,应该加入________种特定的引物。当温度降低至55 ℃时,引物与两条“舒展”的模板的特定位置结合,在DNA聚合酶的作用下,只能在引物的________端连接脱氧核苷酸,两条子链的延伸方向都是____________。
(3)PCR技术的必需条件,除了模板、原料、酶之外,至少还有三个条件,即液体环境、适宜的________和________,前者由________自动调控,后者则靠________来维持。
(4)通过PCR技术使DNA分子大量复制,如果将一个用15N标记的DNA分子放入试管中,以14N标记的脱氧核苷酸为原料,连续复制四次之后,则15N标记的DNA分子占全部DNA分子总数的比例是________。
解析:(1)PCR技术利用热变性原理使DNA双链之间的氢键断裂,称为解旋,而在细胞内是在解旋酶的作用下使氢键断裂。(2)PCR分为三个基本反应步骤:变性(95 ℃)、复性(55 ℃)、延伸(72 ℃),其特异性依赖于与靶序列互补的引物,引物是两段与待扩增DNA序列互补的片段,两引物之间的距离决定扩增片段的长度。由于DNA聚合酶不能从头开始合成DNA,只能从引物的3′端延伸DNA链,则DNA的合成方向总是从子链的5′端向3′端延伸。(3)PCR技术与细胞内的DNA复制不完全相同,除了需要模板、原料、酶以外,至少还需要液体环境(稳定的缓冲溶液),每一个步骤需要适宜的温度和酸碱度等。(4)一个DNA分子连续复制四次之后,形成16个DNA分子,15N标记的DNA分子有2个,则15N标记的DNA分子占全部DNA分子总数的比例为1/8。
答案:(1)氢 解旋 解旋
(2)两 3′ 从子链的5′端向3′端延伸
(3)温度 酸碱度 PCR仪 缓冲液
(4)1/8
23.(12分)商品化植酸酶主要来自微生物,首先筛选出产酶的菌株,然后制备植酸酶,请根据下面的流程图回答问题:
(1)Ⅰ中的主要成分有哪些?________________________________________________________________________;
Ⅱ中包含哪些成分?________________________________________________________________________。
(2)请写出一种纯化得到植酸酶的方法:________________________________________________________________________;
其依据是________________________________________________________________________。
解析:本题考查蛋白质粗提取和分离的方法。植酸酶是蛋白质,属于大分子有机物,含酶的发酵液经过透析后,能够除去小分子杂质,这样就能够得到植酸酶。对于粗提取的植酸酶可以用凝胶色谱法进行提纯,由于蛋白质带有电荷,亦可用电泳法进行纯化。
答案:(1)小分子杂质 含植酸酶等多种蛋白质
(2)凝胶色谱法 根据蛋白质之间分子大小、吸附性质等差异进行纯化(或电泳法 根据蛋白质之间电荷、分子大小等差异进行纯化)
24.(14分)某生物兴趣小组开展DNA粗提取的相关探究活动。具体步骤如下:
材料处理:称取新鲜的花菜、辣椒和蒜黄各2份,每份10 g。剪碎后分成两组,一组置于20 ℃,另一组置于-20 ℃条件下保存24 h。
DNA粗提取:
第一步:将上述材料分别放入研钵中,各加入15 mL研磨液,充分研磨。用两层纱布过滤,取滤液备用。
第二步:先向6只小烧杯中分别注入10 mL滤液,再加入20 mL体积分数为95%的冷酒精溶液,然后用玻璃棒缓缓地向一个方向搅拌,使絮状物缠绕在玻璃棒上。
第三步:取6支试管,分别加入等量的2 mol/L NaCl溶液溶解上述絮状物。
DNA检测:在上述试管中各加入4 mL二苯胺试剂,混合均匀后,置于沸水中加热5 min,待试管冷却后比较溶液颜色的深浅,结果如表:
材料保存温度
花菜
辣椒
蒜黄
20 ℃
++
+
+++
-20 ℃
+++
++
++++
(注:“+”越多表示蓝色越深)
分析上述实验过程,回答下列问题:
(1)该探究性实验课题的名称是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)第二步中“缓缓地”搅拌,这是为了减少________________________________________________________________________。
(3)根据实验结果,得出结论并分析。
①结论1:与20 ℃相比,相同实验材料在-20 ℃条件下保存,DNA的提取量较多。
结论2:________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②针对结论1,请提出合理的解释:________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)氯仿密度大于水,能使蛋白质变性沉淀,与水和DNA均不相溶,且对DNA影响极小。为了进一步提高DNA纯度,依据氯仿的特性,在DNA粗提取第三步的基础上继续操作的步骤是:________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
然后用体积分数为95%的冷酒精溶液使DNA析出。
解析:(1)据题意,该探究实验的自变量有实验材料的种类和温度,因变量为DNA提取量,则该探究性实验课题的名称是探究不同材料和不同保存温度对DNA提取量的影响。
(2)搅拌过程中常常会发生DNA的断裂,因而该步骤需要“缓缓地”进行。
(3)①据表分析不同自变量条件下的因变量情况,可得结论2:等质量的不同实验材料,在相同的保存温度下,从蒜黄中提取的DNA量最多。
②低温能使DNA酶的活性受到抑制,从而降低了DNA的降解速率,使DNA提取量增多。
(4)根据氯仿的理化性质,可采用氯仿与提取液混合,后吸取上清液。
答案:(1)探究不同材料和不同保存温度对DNA提取量的影响
(2)DNA断裂
(3)①等质量的不同实验材料,在相同的保存温度下,从蒜黄中提取的DNA量最多
②低温抑制了相关酶的活性,DNA降解速度慢
(4)将第三步获得的溶液与等量的氯仿充分混和,静置一段时间,吸取上清液