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  • 2021-09-29 发布

2020年高中生物专题5DNA和蛋白质技术课题2多聚酶链式反应扩增DNA片段优化练

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课题2 多聚酶链式反应扩增DNA片段 一、选择题 ‎1.关于PCR的说法,不正确的是(  )‎ A.PCR是体外复制DNA的技术 B.PCR过程中只需要一个模板DNA、两个引物分子、大量脱氧核苷酸原料 C.Taq DNA聚合酶是一种热稳定的DNA聚合酶 D.PCR利用的是DNA双链复制原理 解析:PCR技术是一种在体外迅速扩增DNA片段的技术;PCR过程除需要DNA分子双链作为模板、两种引物分子、大量脱氧核苷酸原料外,还需要酶等条件;Taq DNA聚合酶是一种耐热的DNA聚合酶;PCR技术的原理和DNA的复制原理是一样的,都是半保留复制。‎ 答案:B ‎2.PCR技术控制DNA的解聚与结合是利用了DNA的(  )‎ A.特异性        B.稳定性 C.热变性 D.多样性 解析:DNA分子在80~100 ℃的温度范围内变性,双链解开成单链;当温度缓慢降低时,又能重新结合形成双链。‎ 答案:C ‎3.PCR实验中用到微量离心管、缓冲液和蒸馏水,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 ℃‎保存 解析:在PCR实验中,为了避免外源DNA等因素的污染,微量离心管、枪头、缓冲液和蒸馏水等在使用前必须进行高压灭菌。同时也不能忽视其他操作步骤,如缓冲液和酶应该分装成小份,并且在-‎20 ℃‎保存。‎ 答案:C ‎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.‎92 ℃‎、‎55 ℃‎、‎72 ℃‎ B.‎72 ℃‎、‎55 ℃‎、‎‎92 ℃‎ C.‎55 ℃‎、‎92 ℃‎、‎72 ℃‎ D.‎80 ℃‎、‎55 ℃‎、‎‎72 ℃‎ 解析:当温度上升到‎90 ℃‎以上(90~96 ℃)时,双链DNA解聚为单链,称之为变性;当温度下降到‎50 ℃‎左右时,两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合,称之为复性;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Taq DNA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。‎ 答案:A ‎5.如图所示为DNA变性和复性示意图,相关说法正确的是(  )‎ A.向左的过程为加热(80~‎100 ℃‎)变性的过程 B.向右的过程是DNA双链迅速制冷复性 C.变性与在生物体内解旋过程的实质相同 5‎ D.图中左侧DNA片段共有4个游离的磷酸基团、4个3′端 解析:DNA体外的变性和体内的解旋,其实质是相同的,都是使氢键断裂,DNA双螺旋打开,只是体内解旋需要解旋酶,体外变性需高温条件。‎ 答案:C ‎6.符合PCR反应条件的一项是(  )‎ ‎①稳定的缓冲液环境 ②DNA模板 ③合成引物 ④四种脱氧核苷酸 ⑤Taq DNA聚合酶 ⑥DNA解旋酶 ⑦限制性核酸内切酶 ⑧温控设备 A.①②③④⑤⑥ B.①②③④⑤⑥⑦⑧‎ C.③④⑤⑥⑦⑧ D.①②③④⑤⑧‎ 解析:PCR反应模拟生物细胞内DNA复制的条件,只是不需要解旋酶,也不需要基因工程的工具酶(限制性核酸内切酶)。‎ 答案:D ‎7.PCR仪实质上是一台自动调控温度的仪器,它调控不同温度的目的是(  )‎ ‎①‎95 ℃‎使DNA分子变性,失去生物活性 ‎②‎95 ℃‎使DNA分子变性,解开螺旋 ‎③‎55 ℃‎使DNA分子开始复制、延伸 ‎④‎55 ℃‎使DNA分子的两条单链分别与两种引物相结合 ‎⑤‎72 ℃‎使DNA分子开始复制、延伸 ‎⑥‎72 ℃‎使DNA分子恢复双螺旋结构,恢复活性 A.①③⑤ B.②③⑤‎ C.②④⑤ D.②④⑥‎ 解析:PCR技术在温度上升到‎90 ℃‎以上时,双链DNA解旋变为单链;当系统温度下降到‎50 ℃‎左右时,两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合;当系统温度上升到‎72 ℃‎左右时,溶液中的四种脱氧核苷酸(A、G、C、T)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。‎ 答案:C ‎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: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,第一次产生的DNA分子又可作为模板参与反应,形成的DNA分子中,只有两个仅一端含有引物,其他DNA分子两端都含有引物。‎ 答案:A ‎9.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,下列说法不正确的是(  )‎ A.PCR一般要经历三十多次循环,每次循环可以分为变性、复性和延伸三步 5‎ B.PCR所用的解旋酶和DNA聚合酶都具有耐高温的特性 C.延伸的温度大于复性的温度,而小于变性的温度 D.PCR技术可用于基因诊断、判断亲缘关系等 解析:PCR技术需要耐高温的DNA聚合酶,不需要解旋酶。‎ 答案:B ‎10.关于DNA聚合酶催化合成DNA子链的说法,正确的是(  )‎ A.Taq DNA聚合酶是从深海生态系统中发现的 B.DNA聚合酶能特异性地复制整个DNA的全部序列 C.Taq DNA聚合酶必须在每次高温变性处理后再添加 D.DNA聚合酶是以DNA为模板,使DNA子链从5′端延伸到3′端的一种酶 解析:Taq DNA聚合酶是在热泉中发现的。PCR扩增的是引物之间的固定长度的DNA序列。Taq DNA聚合酶能耐高温,所以在反应体系中可反复利用而不用另外再添加。DNA聚合酶不能从头开始催化合成DNA,而只能从DNA单链的3′端延伸子链。‎ 答案:D ‎11.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,由引物Ⅰ延伸而成的DNA单链作模板时将(  )‎ A.仍与引物Ⅰ结合进行DNA子链的延伸 B.与引物Ⅱ结合进行DNA子链的延伸 C.同时与引物Ⅰ和引物Ⅱ结合进行子链的延伸 D.无须与引物结合,在酶的作用下从头合成子链 解析:当由引物Ⅰ延伸而成的DNA单链作模板时,此单链引物端为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的子链。‎ 答案:B ‎12.在PCR扩增DNA的实验中,根据设计,一分子DNA经30次循环后,应得到约230个DNA分子,但结果只有约210个DNA分子。出现该现象的原因可能是(  )‎ ‎①循环次数不够 ②Taq DNA聚合酶活力不够或其活性受到抑制 ③引物不能与亲链结合 ④系统设计欠妥 A.①②③ B.①②④‎ C.①③④ D.②③④‎ 解析:①循环次数过少,产物的量比预期的少;②Taq DNA聚合酶活力不够或其活性受到抑制会导致扩增效率低,得到的产物比预期的少;③如果引物设计不合理,则无法进行扩增;④PCR系统设置不妥,将达不到预期的效果。‎ 答案:B 二、非选择题 ‎13.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:‎ 5‎ ‎(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 ‎14.PCR技术是一项在生物体外复制特定的DNA片段的核酸合成技术,下图表示合成过程,请据图分析回答:‎ ‎(1)A过程高温使DNA变性解旋,对该过程的叙述,正确的是(  )‎ A.该过程用到耐高温的解旋酶破坏氢键 B.该过程用到限制酶破坏磷酸二酯键 C.该过程不需要解旋酶的作用 D.该过程与人体细胞的过程完全相同 ‎(2)C过程要用到的酶是______________。这种酶在高温下仍保持活性,因此在PCR扩增时可以________加入,________(填“需要”或“不需要”)再添加。PCR反应除提供酶外,还需要满足的基本条件有____________________________。‎ ‎(3)如果模板DNA分子共有a个碱基对,其中含有胞嘧啶m个,则该DNA复制10次,需要加入胸腺嘧啶脱氧核苷酸________________个。‎ ‎(4)PCR中由碱基错配引起的变异属于________。假设对一个DNA进行扩增,第一次循环时一条模板链上发生碱基错配,之后正常配对,则扩增若干次后检测所有DNA的扩增片段,与原DNA相应片段相同的占________。‎ 5‎ 解析:(1)高温所起的作用类似于解旋酶,使双链DNA变为单链。(2)C过程是PCR技术的延伸阶段,当系统温度上升至‎72 ℃‎左右时,溶液中的四种脱氧核苷酸在DNA聚合酶的作用下合成新的DNA链。Taq DNA聚合酶具有耐高温的特性,所以一次性加入即可。(3)在一个双链DNA分子中,C+T占碱基总数的一半,则T的数目为(a-m)个,复制10次,新增加了(210-1)个DNA分子,故需补充胸腺嘧啶脱氧核苷酸的数目为(210-1)(a-m)个。(4)基因中碱基对的改变属于基因突变。以一个DNA进行扩增,第一次循环时某一条模板链上发生碱基错配,以后按正常配对方式进行扩增,以错配链作为模板扩增的都是错误的DNA分子,原正常链扩增得到的DNA分子都是正常的DNA分子,故若干次后检测所有DNA的扩增片段,与原DNA相应片段相同的占3/4。‎ 答案:(1)C (2)Taq DNA聚合酶 一次 不需要 DNA模板、分别与两条模板链相结合的两种引物、四种脱氧核苷酸,同时通过控制温度使DNA复制在体外反复进行 (3)(210-1)(a-m) (4)基因突变 75% (或3/4)‎ ‎15.PCR技术是把DNA片段在体外酶的作用下,合成许许多多相同片段的一种方法,利用它能快速而特异地扩增任何要求的目的基因或DNA分子片段,它的基本过程如下图所示:‎ 注:图中短线表示每次扩增过程中需要的引物。每个引物约含20个脱氧核苷酸,并分别与两条单链DNA结合,其作用是引导合成DNA子链。‎ ‎(1)PCR与体内DNA复制的不同之处主要表现在温度上,在PCR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)DNA子链复制的方向是____________,这是由于 ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(3)在PCR技术中所需要的引物实质上是一种______________。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)假定DNA片段含200对脱氧核苷酸,经3次扩增,从理论上计算需要________个游离脱氧核苷酸。‎ 解析:在PCR中先用‎95 ℃‎高温处理的目的是使DNA分子中的氢键断裂,两条链解开,使DNA分子解旋,形成单链。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聚合酶提供结合位点,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子链的5′端到3′端。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,若将1个DNA分子复制10次,则需要的引物为2×210-2=(211-2)个。扩增3次一共形成8个子代DNA片段,需游离的脱氧核苷酸数为(8-1)×400=2 800个。‎ 答案:(1)使DNA变性(或使DNA的两条链解开) 解旋酶 (2)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 (3)单链DNA或RNA分子 211-2 (4)2 800‎ 5‎