2019-2020学年新培优人教版高中生物选修一练习：专题5　课题2　多聚酶链式反应扩增DNA片段 8页

课题 2 多聚酶链式反应扩增 DNA 片段 课时过关·能力提升 基础巩固 1.有关 PCR 技术,下列叙述错误的是( ) A.用于 PCR 的引物长度通常为 20~30 个核苷酸 B.在用 PCR 技术扩增 DNA 时,DNA 的复制过程与细胞内 DNA 的复制类似 C. PCR 反应只需一定的缓冲溶液和 DNA 模板以及四种脱氧核苷酸 D.PCR 一般经历三十多次循环,每次循环分为变性、复性、延伸 解析:PCR 反应中需要的条件有模板(DNA 分子)、原料(四种脱氧核苷酸)、酶(耐高温的 Taq DNA 聚 合酶)、引物(小片段单链 DNA 或 RNA)和一定的缓冲液等。 答案:C 2.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 ℃、55 ℃、95 ℃ C.55 ℃、95 ℃、72 ℃ D.80 ℃、55 ℃、72 ℃ 解析: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 ℃ 左右(40~60 ℃)时,两种引物通过碱基互补配对与两条单链 DNA 结合;当温度上升到 72 ℃ 左右 (70~75 ℃)时,溶液中的四种脱氧核苷酸(A、T、C、G)在耐高温 DNA 聚合酶的作用下,根据碱基互补 配对原则合成新的 DNA 链。 答案:A 3.使用 PCR 仪进行 DNA 扩增的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.①⑤③④② C.②③⑤①④ D.④②⑤③① 解析:使用 PCR 仪进行 DNA 扩增时,首先按照 PCR 体系配方,依次将各组分加入微量离心管,离心使 反应液集中于试管底部,然后再设计好 PCR 仪的循环程序进行 PCR 反应。 答案:C 4.利用 PCR 技术扩增目的基因的过程中,需加入( ) A.耐高温的解旋酶以保证 DNA 双链完全解开 B.2 种已知核苷酸序列的引物以保证核苷酸链的延伸 C.4 种足量的核糖核苷酸以保证目的基因的扩增 D.一定量的盐酸和氢氧化钠溶液以维持 pH 的稳定 解析:在 PCR 过程中 DNA 解旋是通过控制温度实现的,不需要加入解旋酶;DNA 聚合酶不能从头开 始合成 DNA,只能从 3'端延伸 DNA 链,因此需要 2 种已知序列的引物分别与两条模板链结合(注意由 于 DNA 分子的两条链是反向的,2 种引物会分别在 DNA 的两端与互补的模板链结合);PCR 的原料是 4 种脱氧核苷酸;反应溶液体系的 pH 依靠缓冲液维持稳定。 答案:B 5.下列不属于 PCR 与体内 DNA 复制相同点的是( ) A.都需要模板 DNA B.都需要解旋酶 C.都需要引物 D.都需要游离的脱氧核苷酸 解析:体内 DNA 复制需要解旋酶解开双链,PCR 通过热变性解开双链,不需要解旋酶。 答案:B 6.DNA 的复制需要引物,其主要原因是( ) 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 答案:D 7.变性作用是指核酸双螺旋结构被破坏,双链解开,但共价键并未断裂。引起变性的因素很多,升 高温度、过酸、过碱以及加入变性剂等都能造成核酸变性。PCR 的反应过程中,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 解析:各选项的条件均能导致 DNA 分子变性,但在 PCR 反应中,变性后还要进行复制和延伸等过程,过 酸、过碱、酒精等能够导致反应过程中的酶变性失活,使 DNA 扩增不能进行,而 PCR 反应中的 DNA 聚合酶是耐热的,所以可选用升高温度使 DNA 变性。 答案:C 8.PCR 技术扩增 DNA 的过程中,DNA 片段经若干次扩增后,下图中与其数目的理论值变化相符的 是( ) 解析:PCR 反应中 DNA 的扩增与体内 DNA 复制是类似的,即 1 个 DNA 分子复制 1 次,产生 2 个 DNA 分子,复制 2 次产生 4 个 DNA 分子,呈指数扩增。1 个 DNA 分子,经过 n 次复制后得到的 DNA 分子数量为 2n,与 C 项曲线相符。 答案:C 9.PCR 需要模板 DNA、引物、脱氧核糖核苷酸和 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 。 (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 。 解析:PCR 又称多聚酶链式反应,扩增过程中遵循的原理就是 DNA 复制。引物是一种单链 DNA 或 RNA 分子,它能与解开的 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 子链复制的方向是从 5'端到 3'端。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)。 答案:(1)DNA 复制 (2)碱基互补配对原则 (3)211-2 (4)从 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 能力提升 1.下列有关 PCR 技术的说法,错误的是( ) 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 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 2.PCR 操作中,从第二轮循环开始扩增的 DNA 片段 ( ) A.长度固定 B.一端固定 C.都不固定 D.不能确定 解析:从第二轮循环开始,由引物Ⅰ延伸而成的 DNA 单链会与引物Ⅱ结合,进行 DNA 单链的延伸,这 样 DNA 聚合酶只能特异地扩增处于两个引物之间的 DNA 序列。 答案:A 3.下面关于 DNA 对高温的耐受性的说法,错误的是( ) A.DNA 对高温的耐受性一般要比蛋白质强 B.温度超过 80 ℃后 DNA 将变性,即使恢复到常温,生物活性也不能恢复 C.不同生物的 DNA 的“变性”温度不一定相同 D.深海热泉附近生活的生物的 DNA 对高温的耐受性更强,其 DNA 中鸟嘌呤所占的比例更高 解析:超过 80 ℃后 DNA 将变性,恢复到常温,其生物活性还能恢复;深海热泉附近温度很高,生活在那 里的生物的 DNA 的稳定性也应很高。G 与 C 之间含有三个氢键,T 与 A 之间含有两个氢键,G、C 含 量越高,DNA 分子越稳定。 答案:B 4.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 中都只有一种引物,是以原始 DNA 链为模板复制而来,其长度比片段 c 长,A 项错 误;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 项错误;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、c,D 项错误。 答案:C 5.具有 x 个碱基对的一个 DNA 分子片段含有 m 个腺嘌呤,该片段利用 PCR 技术完成 n 次循环需 要多少个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸?( ) A.(2n-1)(x-m) B.2n(x-m) C.(2n-1)(x/2-m) D.2n(x/2-m) 解析:该 DNA 片段具有 x 个碱基对,则有 2x 个碱基;m 个腺嘌呤对应着 m 个胸腺嘧啶,则每个 DNA 分 子含胞嘧啶脱氧核苷酸(x-m)个。如果完成 n 次循环,则产生 DNA 分子 2n 个,除去模板 DNA 分子上 的胞嘧啶,还需要(2n-1)(x-m)个。 答案:A 6.下列关于用 DNA 片段进行 PCR 扩增的描述,错误的是 ( ) A.加入的 Taq DNA 聚合酶耐高温 B.95 ℃是 Taq DNA 聚合酶的最适温度 C.此过程不需要 DNA 连接酶 D.扩增区域由 2 个引物来决定 解析:PCR 是体外 DNA 扩增技术,该技术需要高温打开 DNA 双链,因此需要耐高温的 Taq DNA 聚合 酶,不需要 DNA 连接酶。95 ℃是 DNA 变性时的温度,Taq DNA 聚合酶的最适温度应是 DNA 延伸时 的温度。扩增出的 DNA 的长度是 DNA 模板上两引物之间的长度。 答案:B 7.聚合酶链式反应(PCR)是一种体外迅速扩增 DNA 片段的技术。PCR 过程一般经历 30 多次下 述循环:95 ℃下使模板 DNA 变性、解链→55 ℃下复性(引物与 DNA 模板链结合)→72 ℃下引物链延 伸(形成新的脱氧核苷酸链)。下列有关 PCR 过程的叙述,错误的是( ) A.95 ℃高温破坏的是 DNA 分子内碱基对之间的氢键 B.复性过程中引物与 DNA 模板链的结合是依靠碱基互补配对完成的 C.延伸过程中需要热稳定 DNA 聚合酶和四种脱氧核苷酸 D.引物为一小段 RNA 解析:DNA 分子在高温下解链就是两条脱氧核苷酸链之间的氢键发生断裂,A 项正确;引物是一小段 DNA 或 RNA,引物与 DNA 模板链的结合是依靠碱基互补配对完成的,B 项正确,D 项错误;PCR 技术 的原理是 DNA 分子的复制,PCR 技术是在高温条件下进行的,需要热稳定 DNA 聚合酶和四种脱氧核 苷酸,C 项正确。 答案:D 8.★下图表示 DNA 变性和复性示意图,下列相关说法正确的是( ) A.向右的过程为加热(80~100 ℃)变性的过程 B.向左的过程表示在迅速降温的条件下 DNA 双链复性 C.变性与在生物体内解旋过程的条件、实质都相同 D.图中该 DNA 片段共有 4 个游离的磷酸基、4 个 3'端 解析: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;一个 DNA 片段有 2 个游离的磷酸基和 2 个 3'端。 答案:A 9.在进行 DNA 亲子鉴定时,需大量的 DNA。PCR(多聚酶链式反应)可以使样品 DNA 扩增,获得 大量 DNA 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)。利用 PCR 技术可在很短的时间内将 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)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 中含有原始模板 DNA 单链的 DNA 分别有 个、 个。若继续循环, 该 DNA 模板经过 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 (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。(2)由于 PCR 原理为 DNA 复制,其特点是半保留复制,所以无论复制几次,原始模板链一直存 在于 2 个 DNA 分子中。DNA 复制时,DNA 的数量呈指数增长。(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 A 的数量为 3 000×2×(1/6)=1 000(个),5 次循环获得的 DNA 分子数为 32 个,所以新合成的 DNA 分子数相当于 32-1=31(个),至少需加入腺嘌 呤脱氧核苷酸 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 双链解旋形成单链 在 DNA 聚合酶的作用下,脱氧核苷酸连接在引物上,形成新 的 DNA 链 (2)2 2 230 (3)31 000 (4)如下图