2019-2020学年人教版生物选修一课时分层作业13　多聚酶链式反应扩增DNA片段 8页

课时分层作业(十三) 多聚酶链式 反应扩增 DNA 片段 (建议用时：35 分钟) [基础达标练] 1．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 聚合酶的延伸 DNA 链 D．DNA 聚合酶只能从 3′端延伸 DNA 链 D [DNA 聚合酶不能从 5′端开始合成 DNA，而只能从 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。] 2．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 B [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。] 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 D [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，与 细胞内 DNA 复制不同的是，整个过程中温度是变化的。PCR 扩增的对象是 DNA 序列。故选 D。] 4．标准的 PCR 过程一般分为变性、复性、延伸三大步，这三大步需要的温 度依次是( ) A．95 ℃、55 ℃、72 ℃ B．72 ℃、50 ℃、92 ℃ C．50 ℃、92 ℃、72 ℃ D．80 ℃、50 ℃、72 ℃ A [当温度上升到 90 ℃(90～96 ℃)以上时，双链 DNA 解聚为单链，称之为 变性；当温度下降到 50 ℃(40～60 ℃)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。] 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 C [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。] 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 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 A [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。] 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 C [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。] 8．PCR 操作过程中，对于温度的控制，应当控制在( ) A．37 ℃ B．室温 C．80 ℃ D．先为 95 ℃，然后降至 55 ℃，最后调至 72 ℃ D [利用 PCR 技术体外扩增 DNA 时，不需要解旋酶，而是通过加热破坏双 螺旋结构。然后再降温至 55 ℃左右，两种引物通过碱基互补配对与两条单链 DNA 结合。] 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，图中黑色长方形是引物)。 (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。 [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．如图为细胞内 DNA 复制过程示意图，该过程在体外也可进行，以获得大 量相同的 DNA 片段，该项技术被称为 PCR 技术，又称多聚酶链式反应，请分析 回答： (1)PCR 过程与细胞内 DNA 复制相比，主要不同点是： _____________________________________________________ _____________________________________________________。 (2)PCR 技术过程的三个步骤是：________、________、________。 (3)假设 PCR 过程中，只用一个 DNA 片段作为模板，30 次循环后，理论上反 应物中有________个这样的 DNA 片段。 (4)PCR 技术能在几小时内将微量的 DNA 片段特异性地扩增上百万倍，从而 解决了样品中 DNA 含量低，难以分离的难题，试举两例，说明 PCR 技术的应用： _____________________________________________________ _____________________________________________________。 [解析] (1)PCR 过程与细胞内 DNA 复制相比，主要不同点是：PCR 过程是 高温变性解旋，不需要解旋酶。(2)PCR 的每次循环可以分为变性、复性和延伸三 步。(3)由于一个 DNA 片段作为模板，一次循环能产生 2 个 DNA 片段，所以 30 次循环后，反应物中大约有 230 个这样的 DNA 片段。(4)PCR 技术有广泛的应用， 可以用于遗传疾病的诊断、刑侦破案、亲子鉴定等方面。 [答案] (1)PCR 过程是高温变性解旋，不需要解旋酶 (2)变性 复性 延伸 (3)230 (4)刑侦破案、亲子鉴定、疑难疾病的诊断、基因序列分析等 [能力提升练] 11．右图表示 DNA 变性和复性示意图，相关说法正确的是( ) A．向右的过程为加热(50～60 ℃)变性的过程 B．向左的过程是 DNA 双链迅速致冷复性 C．变性与在生物体内解旋过程的实质相同 D．图中 DNA 片段共有 8 个游离的磷酸基、8 个 3′端 C [DNA 体外的变性同体内的解旋实质是相同的，都是使氢键断裂，DNA 双螺旋打开，只是体内需解旋酶，体外是高温条件。] 12．下列有关 PCR 技术中引物的叙述，正确的是( ) A．引物是一小段 DNA 分子或双链 RNA 分子 B．扩增一个 DNA 分子至少需要的引物数目等于新合成的 DNA 子链数目 C．两种引物之间能够发生碱基互补配对 D．DNA 聚合酶只能从引物的 5′端连接脱氧核苷酸 B [引物是一小段单链 DNA 分子或单链 RNA 分子；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，则扩增一个 DNA 分子至少需要的引物数目等于新合成的 DNA 子链数目；两种引物分别与 DNA 母 链之间发生碱基互补配对，并不是两种引物之间发生碱基互补配对；DNA 聚合酶 只能从引物的 3′端连接脱氧核苷酸，从而使子链 DNA 分子的复制方向只能是 5′ 端→3′端。] 13．“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 D [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。] 14．PCR 利用了 DNA 热变性的原理，PCR 仪实际上也是一种能自动调控温 度的仪器，对 PCR 过程中“温度的控制”的说法错误的是( ) A．酶促反应需要高的温度，是为了确保模板是单链 B．延伸的温度必须大于复性温度，而小于变性温度 C．DNA 聚合酶具有耐高温的能力 D．DNA 解旋酶具有耐高温的能力 D [PCR 是体外 DNA 扩增，DNA 双链的解开不需要解旋酶，靠高温使其变 性，双链螺旋结构解体，双链分开，在复性后，在耐高温的 DNA 聚合酶的作用下 根据碱基互补配对原则合成新的 DNA，因此延伸的温度要大于复性温度而小于变 性温度。] 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____________________________ _____________________________________________________。 [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