2020-2021学年生物人教版选修1课后分层检测案11多聚酶链式反应扩增DNA片段 12页

课后分层检测案 11 多聚酶链式反应扩增 DNA 片段 [基础巩固练] 1．PCR 技术中，引起 DNA 变性的因素是( ) A．pH 过高 B．pH 过低 C．升高温度 D．加入酒精 2．PCR 技术扩增 DNA，需要的条件是( ) ①目的基因 ②引物 ③四种脱氧核苷酸 ④DNA 聚合酶等 ⑤mRNA ⑥核糖体 A．①②③④ B．②③④⑤ C．①③④⑤ D．①②③⑥ 3．下列有关 PCR 的描述，不正确的是( ) A．是一种酶促反应 B．反应需要引物 C．扩增产量按 y＝(1＋x)n 计算 D．扩增对象是氨基酸序列 4．下列关于 PCR 反应体系中所加物质作用的描述，错误的是( ) A．热稳定的 DNA 聚合酶用于合成 DNA 子链 B．引物使 Taq 酶能从引物的 5′端延伸 DNA 链 C．四种游离脱氧核苷酸用于合成子链的原料 D．目标 DNA 母链用于合成 DNA 复制的模板 5．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 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 片段的核酸合成技 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 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 8. DNA 合成方向是( ) A．从子链的 3′端向 5′端延伸 B．从引物的 5′端开始延伸 C．从子链的 5′端向 3′端延伸 D．以上皆可 9．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，图中黑色线段是引物)。 (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：A＋T G＋C ＝1 2 ，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。 [能力提升练] 10．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 11．DNA 扩增过程中 DNA 片段经若干次扩增后，产物数目理论 值变化应与下图中曲线相符的是( ) 12．小鼠杂交瘤细胞表达的单克隆抗体用于人体实验时易引起过 敏反应，为了克服这个缺陷，可选择性扩增抗体的可变区基因(目的基 因)后再重组表达。下列相关叙述正确的是( ) A．设计扩增目的基因的引物时不必考虑表达载体的序列 B．用 PCR 方法扩增目的基因时需要知道基因的全部序列 C．PCR 体系中 G—C 碱基对含量将影响使 DNA 解链时所需温度 D．PCR 体系中一定要添加从受体细胞中提取的 DNA 聚合酶 13．如图是 PCR 第二轮的产物 a、b、c、d，它们分别是以 PCR 第一轮产物的哪一条单链 DNA 为模板复制产生的( ) A．②①③④ B．①③④② C．①②④③ D．①②③④ 14．“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 15．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 ____________________________________________________________ ____________ ________________________________________________________ ________________。 [素养养成练] 16．金属硫蛋白(MT)是一类广泛存在的金属结合蛋白，某研究小 组计划通过多聚酶链式反应(PCR)扩增获得目的基因，构建转基因工程 菌，用于重金属废水的净化处理。PCR 扩增过程示意图如下，请回答 下列问题： (1)从高表达 MT 蛋白的生物组织中提取 mRNA，通过________获 得________用于 PCR 扩增。 (2)设计一对与 MT 基因两端序列互补配对的引物(引物 1 和引物 2)，为方便构建重组质粒，在引物中需要增加适当的________位点。设 计引物时需要避免引物之间形成________，而造成引物自连。 (3)图中步骤 1 代表________，步骤 2 代表复性，步骤 3 代表延伸， 这三个步骤组成一轮循环。 (4)PCR 扩增时，复性温度的设定是成败的关键。复性温度过高会 破坏________的碱基配对。复性温度的设定与引物长度、碱基组成有 关，长度相同但________的引物需要设定更高的复性温度。 (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升高复性温度②降低复性温度 ③重新设计引 物)。 课后分层检测案 11 多聚酶链式反应扩增 DNA 片段 1．解析：PCR 中引起 DNA 变性的因 素是升高温度，在 80～100 ℃的温度范围 内，DNA 的双螺旋结构会解体，双链分开。 答案：C 2．解析：PCR 技术需要目的基因作为 扩增的模板，DNA 聚合酶催化反应的进行， 而引物是满足 DNA 聚合酶起作用的需要， 四种脱氧核苷酸是该过程的原料。 答案：A 3．解析：PCR 是一种需要耐热 DNA 聚合酶参与的，且需要引物的酶促反应。 理论上，利用 PCR 技术扩增 n 次的产量应 为 2n，但实际上每次增长的系数不到 2，因 此用(1＋x)来表示实际扩增数。x 表示平均 每次扩增效率。PCR 扩增的对象是 DNA 序 列。故选 D。 答案：D 4．解析：PCR 反应体系中，DNA 聚 合酶催化合成 DNA 子链；引物使 DNA 聚 合酶从引物的 3′端开始连接脱氧核苷酸； 四种游离的脱氧核苷酸是用于合成子链的 原料；DNA 母链提供 DNA 复制的模板。 故选 B。 答案：B 5．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 6．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．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．解析：DNA 合成方向是从子链的 5′ 端向 3′端延伸。 答案：C 9．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 3 000×2×(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 31×1 000＝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 10．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，其 长度比片段 c 长，A 错误。由于原始模板在 每次循环中均可作为模板，则每次循环都 能产生图中片段 a、b，B 错误。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，则最早出现在第二次循环，C 正确。经过 30 次循环后，得到的 DNA 片 段总数为 230，这包括图中的片段 a、b，故 D 错误。 答案：C 11．解析：DNA 在扩增过程中呈指数 式增长，即一个 DNA 分子连续扩增 n 次， 理论上所产生的 DNA 分子数为 2n 个。 答案：C 12．解析：设计扩增目的基因的引物 时，要考虑表达载体相关序列，从而保证 目的基因能与表达载体相连接及正常表 达，A 错误；用 PCR 方法扩增目的基因时 只需知道目的基因两端的核苷酸序列，以 便根据这一序列合成引物，B 错误；在每个 双链 DNA 分子中，碱基对 A 与 T 之间有 2 个氢键，C 与 G 之间有 3 个氢键，且 DNA 分子含有的氢键数越多，其热稳定性就越 高，因此 PCR 体系中 G—C 碱基对含量将 影响使 DNA 解链时所需温度，C 正确；PCR 体系中一定要添加耐高温的热稳定 DNA 聚 合酶，而从受体细胞内提取的 DNA 聚合酶 一般不耐高温，D 错误。 答案：C 13．解析：因为 PCR 的过程需要引物， 在第二轮循环过程中，DNA 分子 a、d 形成 时需要的模板链分别为①链、④链，DNA 分子 b、c 形成时需要的模板链分别为②链、 ③链。 答案：D 14．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 15．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 16．解析：(1)由 mRNA 获得目的基因 片 段 需 要 通 过 逆 转 录 ， 获 得 的 片 段 为 cDNA。(2)为方便构建重组质粒，可在引物 中增加适当的限制性核酸内切酶位点，以 便使复制出的目的基因两端含限制性核酸 内切酶切点；设计引物时，需避免引物之 间碱基互补配对，以防引物间自连。(3)图 中步骤 1 为高温下实现 DNA 变性解链。 (4)PCR 扩增时，若复性温度过高会破坏引 物与模板间的碱基互补配对。DNA 片段中 G 与 C 间可形成三个氢键，GC 碱基含量越 高的 DNA 分子越稳定，其复性温度应越高。 (5)若 PCR 反应得不到任何扩增产物，则可 通过降低复性温度及重新设计引物等措 施，以便使引物与模板结合，从而进行后 序扩增过程。 答案：(1)逆转录 cDNA (2)限制性核酸内切酶 碱基互补配对 (3)变性 (4)引物与模板 GC 含量高 (5)②③