高中生物 專題5 DNA和蛋白質技術 課題2 多聚酶鏈式反應擴增DNA片段學業(yè)分層測評 新人教版選修1

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專題5 DNA和蛋白質技術 課題2 多聚酶鏈式反應擴增DNA片段學業(yè)分層測評 (建議用時：45分鐘) [學業(yè)達標] 1．PCR反應的最大特點是具有較大擴增能力與極高的靈敏性，但令人頭痛的問題是易污染，極其微量的污染即可造成假陽性的產生。下列防止污染的方法中不正確的是(　　) A．將樣品的處理、配制PCR反應液、PCR循環(huán)擴增及PCR產物的鑒定等步驟分區(qū)或分室進行 B．吸樣槍吸樣要慢，吸樣時盡量一次性完成，槍頭小套、小離心管應一次性使用，以免交叉污染 C．所有PCR試劑都應放置于大瓶分裝，以減少重復加樣次數(shù)，避免污染機會 D．PCR試劑、PCR反應液應與樣品及PCR產物分開保存，不應放于同一冰盒或同一冰箱 【解析】　所有的PCR試劑都應放置于小瓶分裝，一次性用完，避免因多次使用造成污染。 【答案】　C 2．DNA的復制需要引物，主要原因是(　　) A．可加快DNA的復制速度 B．引物可與DNA母鏈通過堿基互補配對結合 C．引物的5′端有助于DNA聚合酶的延伸DNA鏈 D．DNA聚合酶只能從3′端延伸DNA鏈 【解析】　DNA聚合酶不能從5′端開始合成DNA，而只能從3′端延伸DNA鏈，因此，DNA復制需要引物。當引物與DNA母鏈通過堿基互補配對結合后，DNA聚合酶就能從引物的3′端開始延伸DNA鏈，DNA的合成方向總是從子鏈的5′端向3′端延伸。 【答案】　D 3．下列屬于PCR技術的條件的是(　　) ①單鏈的脫氧核苷酸序列引物?、谀康幕蛩诘腄NA片段?、勖撗鹾塑账帷、芎颂呛塑账帷、軩NA連接酶　⑥耐熱的DNA聚合酶?、逥NA限制性核酸內切酶 A．①②③⑤　　　　　 B．①②③⑥ C．①②③⑤⑦ D．①②④⑤⑦ 【解析】　PCR技術的條件：模板，本題為第②項；引物，本題為第①項；原料，本題為第③項；酶，本題為第⑥項。 【答案】　B 4．下列有關PCR技術的敘述，不正確的是(　　) A．PCR技術利用的是堿基互補配對原則 B．PCR技術可用于基因診斷、判斷親緣關系等 C．PCR技術需在體內進行 D．PCR技術可能為變性、復性、延伸三個階段 【解析】　PCR技術是聚合酶鏈式反應的簡稱，是在體外快速大量復制DNA片段的一種新技術。 【答案】　C 5．下圖是PCR反應過程中哪次循環(huán)的產物(　　) 【導學號：05520039】 A．第一次循環(huán) B．第二次循環(huán) C．第三次循環(huán) D．第四次循環(huán) 【解析】　在PCR反應中，以引物為標記，第一次循環(huán)時加入的DNA為模板，兩條DNA鏈可分別由引物Ⅰ和引物Ⅱ與其結合并在DNA聚合酶的作用下延伸，所以形成的每個子DNA中只有一種引物；從第二次循環(huán)開始，上次產生的含引物的DNA分子單鏈又可作為模板，形成的DNA分子兩端均含引物。 【答案】　A 6．下列有關PCR技術的說法中，不正確的是(　　) A．PCR技術是在細胞內完成的 B．PCR技術是一項在生物體外復制特定DNA的核酸合成技術 C．PCR技術的原理與DNA復制的原理相同 D．PCR技術的前提是有一段已知的目的基因的核苷酸序列 【解析】　PCR技術是在生物體外進行DNA復制的技術，其原理與DNA復制的原理相同，但前提是必須要有一段已知的目的基因的核苷酸序列和根據(jù)核苷酸序列合成的引物。 【答案】　A 7．PCR實驗中使用的微量離心管、緩沖溶液以及蒸餾水使用前必須進行的關鍵步驟是(　　) A．反復洗滌 B．用酒精擦洗 C．高壓滅菌 D．在－20 ℃儲存 【解析】　為了避免外源DNA等因素的污染，PCR實驗中使用的微量離心管、緩沖溶液以及蒸餾水等在使用前必須進行高壓滅菌。PCR所用的緩沖溶液和酶應分裝成小份，并在－20 ℃儲存。使用前，將所需的試劑從冰箱內拿出，放在冰塊上緩慢融化。故選C。 【答案】　C 8．PCR操作過程中，對于溫度的控制，應當控制在(　　) A．37 ℃ B．室溫 C．80 ℃ D．先為95 ℃，然后降至55 ℃，最后調至72 ℃ 【解析】　利用PCR技術體外擴增DNA時，不需要解旋酶，而是通過加熱破壞雙螺旋結構。然后再降溫至55 ℃左右，兩種引物通過堿基互補配對與兩條單鏈DNA結合。 【答案】　D 9．右圖表示DNA變性和復性示意圖，相關說法正確的是(　　) A．向右的過程為加熱(50～60 ℃)變性的過程 B．向左的過程是DNA雙鏈迅速致冷復性 C．變性與在生物體內解旋過程的實質相同 D．圖中DNA片段共有8個游離的磷酸基、8個3′端 【解析】　DNA體外的變性同體內的解旋實質是相同的，都是使氫鍵斷裂，DNA雙螺旋打開，只是體內需解旋酶，體外是高溫條件。 【答案】　C 10．在進行DNA親子鑒定時，需大量的DNA。PCR技術(多聚酶鏈式反應)可以使樣品DNA擴增，獲得大量DNA克隆分子。該技術的原理是利用DNA的半保留復制，在試管中進行DNA的人工復制(如下圖，圖中黑色長方形是引物)。 (1)圖中的變性、延伸分別是指__________________、___________________。 (2)假設PCR反應中的DNA模板為P，第一輪循環(huán)的產物2個子代DNA為N1，第二輪的產物4個子代DNA為N2，N1、N2中分別含有模板DNA單鏈的DNA分別有________個、________個。若繼續(xù)循環(huán)，該DNA片段共經過30次循環(huán)后能形成________個DNA片段。 (3)某樣品DNA分子中共含3 000個堿基對，堿基數(shù)量滿足：＝，若經5次循環(huán)，至少需要向試管中加入________個腺嘌呤脫氧核苷酸。(不考慮引物所對應的片段) (4)若下圖為第一輪循環(huán)產生的產物，請繪出以a鏈和b鏈為模板經PCR擴增的產物。 【解析】　(1)變性的實質是DNA雙鏈解旋；延伸的實質是以DNA單鏈為模板，按照堿基互補配對原則合成子鏈的過程。(2)由于PCR原理為DNA雙鏈復制，其特點是半保留復制，所以無論復制幾次，模板鏈一直存在于2個DNA分子中。DNA復制的數(shù)量變化是指數(shù)式增長方式。(3)由(A＋T)/(G＋C)＝1/2可知A∶T∶G∶C＝1∶1∶2∶2，所以A的比例為1/6，在一個DNA分子中的數(shù)量為3 0002(1/6)＝1 000個，5次循環(huán)的DNA數(shù)為32個，所以以原料合成的DNA數(shù)相當于32－1＝31個，至少需腺嘌呤脫氧核苷酸為311 000＝31 000個。(4)畫圖的關鍵是注意引物A、B的位置和所對應的模板鏈。 【答案】　(1)模板DNA雙鏈解聚形成單鏈　在DNA聚合酶的作用下，原料脫氧核苷酸聚合形成新的DNA鏈　(2)2　2　230　(3)31 000　(4)如圖 [能力提升] 11．下列有關PCR技術中引物的敘述，正確的是(　　) 【導學號：05520040】 A．引物是一小段DNA分子或雙鏈RNA分子 B．擴增一個DNA分子至少需要的引物數(shù)目等于新合成的DNA子鏈數(shù)目 C．兩種引物之間能夠發(fā)生堿基互補配對 D．DNA聚合酶只能從引物的5′端連接脫氧核苷酸 【解析】　引物是一小段單鏈DNA分子或單鏈RNA分子；在DNA分子擴增時，需要兩種引物，由于新合成的子鏈都需要引物作為復制的起點，則擴增一個DNA分子至少需要的引物數(shù)目等于新合成的DNA子鏈數(shù)目；兩種引物分別與DNA母鏈之間發(fā)生堿基互補配對，并不是兩種引物之間發(fā)生堿基互補配對；DNA聚合酶只能從引物的3′端連接脫氧核苷酸，從而使子鏈DNA分子的復制方向只能是5′端→3′端。 【答案】　B 12．“X基因”是DNA分子上一個有遺傳效應的片段，若要用PCR技術特異性地拷貝“X基因”，需在PCR反應中加入兩種引物，兩種引物及其與模板鏈的結合位置如圖1所示。經4輪循環(huán)后產物中有五種不同的DNA分子，如圖2所示，其中第⑤種DNA分子有幾個(　　) A．2　　　　 B．4　　　　 C．6　　　　 D．8 【解析】　PCR技術擴增時，由兩種引物決定所擴增的片段的特定序列，上一次循環(huán)的產物為下一次循環(huán)的模板。第一次循環(huán)形成①和②，第二次循環(huán)形成①、②、③、④四個DNA，以此類推4次循環(huán)后共形成16個DNA，其中①、②各一個，③、④各三個，⑤共8個。 【答案】　D 13．多聚酶鏈式反應(PCR技術)是體外酶促合成特異性DNA片段的一種方法，由高溫變性、低溫復性及適溫延伸等幾步反應組成一個周期，循環(huán)進行，使目的DNA得以迅速擴增，其簡要過程如圖所示。下列關于PCR技術敘述不正確的是 (　　) A．PCR技術是在實驗室中以少量DNA制備大量DNA的技術 B．反應中新合成的DNA可以作為下一輪反應的模板 C．PCR技術中以核糖核苷酸為原料，以指數(shù)方式擴增 D．應用PCR技術與DNA分子雜交技術可以檢測基因突變 【解析】　PCR技術就是體外大量擴增DNA的技術，即以少量DNA制備大量DNA的技術，A正確；PCR技術的原理就是DNA復制，反應中新合成的DNA又可以作為下一輪反應的模板，所需原料是脫氧核苷酸，以指數(shù)方式擴增，B正確，C錯誤；應用PCR技術與DNA分子雜交技術可以檢測基因突變，D正確。 【答案】　C 14．請回答PCR技術方面的有關問題： (1)利用PCR技術擴增目的基因，其原理與細胞內DNA復制類似(如圖所示)。 圖中引物為單鏈DNA片段，它是子鏈合成延伸的基礎。 ①從理論上推測，第四輪循環(huán)產物中含有引物A的DNA片段所占的比例為________。 ②在第________輪循環(huán)產物中開始出現(xiàn)兩條脫氧核苷酸鏈等長的DNA片段。 (2)設計引物是PCR技術關鍵步驟之一。某同學設計的兩組引物(只標注了部分堿基序列)都不合理(如圖)，請分別說明理由。 ①第1組：_______________________________________________________； ②第2組：_______________________________________________________。 (3)PCR反應體系中含有熱穩(wěn)定DNA聚合酶，下面的表達式不能正確反映DNA聚合酶的功能，這是因為__________________________________________。 【解析】　(1)①從理論上推測，第四輪循環(huán)產物中含有引物A的DNA片段所占的比例為15/16。②在第三輪循環(huán)產物中開始出現(xiàn)兩條脫氧核苷酸鏈等長的DNA片段。(2)某同學設計的兩組引物(只標注了部分堿基序列)都不合理，原因①引物Ⅰ和引物Ⅱ局部發(fā)生堿基互補配對而失效。②引物Ⅰ′自身折疊后會出現(xiàn)局部堿基互補配對而失效。(3)DNA聚合酶只能將單個脫氧核苷酸連續(xù)結合到雙鏈DNA片段的引物鏈上。 【答案】　(1)①15/16?、谌? (2)①引物Ⅰ和引物Ⅱ局部發(fā)生堿基互補配對而失效 ②引物Ⅰ′自身折疊后會出現(xiàn)局部堿基互補配對而失效 (3)DNA聚合酶只能將單個脫氧核苷酸連續(xù)結合到雙鏈DNA片段的引物鏈上 15．PCR技術是一種體外迅速擴增DNA片段的技術，操作步驟簡介如下： 第Ⅰ步：準備“湯”和模板DNA A．配制多聚酶鏈式反應“湯” 配方：蒸餾水　　　　　　　　100 SPU 緩沖液 15 SPU 氯化鎂溶液 8 SPU 引物Ⅰ 3 SPU 引物Ⅱ 3 SPU DNA聚合酶 1 SPU 礦物油 1 SPU dNTP每一種各加 4 SPU 注：①SPU是一種溶液的計量單位；②礦物油可防止聚合酶在凍結時受傷害，以保證酶的活性；③dNTP有四種：dATP、dGTP、dCTP、dTTP。 B．準備要拷貝的DNA 如要拷貝自己的DNA，可以用一牙簽輕刮口腔內壁，將牙簽放入蒸餾水中搖動。加熱使蒸餾水沸騰，使細胞破碎釋放出DNA。用離心機離心后，去除蒸餾水中較大的細胞碎片。這時上清液中就有了較純的DNA。 第Ⅱ步：多聚酶鏈式反應 ①將DNA(B)放入湯(A)中。 ②水浴加熱。首先，95 ℃，使DNA雙螺旋打開，歷時1 min；然后，55 ℃，使引物結合到DNA上，歷時30 s；最后，72 ℃，與DNA聚合酶結合使DNA復制，歷時1 min。 ③重復步驟②。每重復一次，即完成一次拷貝。 根據(jù)上述操作過程回答下列問題： (1)以上材料可以說明(　　) A．DNA的復制必須在活細胞中才能完成 B．DNA能指導蛋白質的合成 C．在合適的條件下，非細胞環(huán)境也能進行DNA的復制 D．PCR技術是一種無性生殖技術 (2)若用人體細胞內的遺傳物質做PCR擴增，則擴增后的幾百億個DNA分子起碼可分為46種。要將其分開，可用電泳、染色等技術，常用的試劑有溴化乙錠等。有些試劑毒性較強，因此應戴上化學實驗專用手套作為保護措施，以避免其與皮膚接觸。溴化乙錠是一種強烈的誘變物，若接觸皮膚活細胞，很可能會引起(　　) A．基因重組 B．該個體會產生變異較大的后代 C．癌變 D．皮膚外層是死細胞，該物質接觸皮膚后對人體不會有影響 (3)PCR技術中用到的DNA聚合酶，取自生長在熱泉中的一種細菌。就PCR技術來講，你認為使用這種細菌中提取的酶較普通的動植物體內提取的DNA聚合酶的優(yōu)勢是_______________________________________________________。 (4)PCR技術能將某一DNA分子擴增成許多相同的DNA片段，原因是：①DNA分子具有________________結構；②DNA復制時遵循________________原則。 (5)DNA分子進行擴增時，除了所要擴增的DNA片段外，還需要四種__________、____________和__________等條件。若已知DNA的一條單鏈的堿基組成為ATCCGAT，則與它互補的另一條單鏈的堿基組成為___________________________________________________________________。 【解析】　(1)在合適的條件下，細胞外也可完成DNA復制。(2)溴化乙錠是一種化學誘變物，在DNA的復制過程中，誘發(fā)基因突變，可能導致細胞發(fā)生癌變。(3)PCR技術要在較高的溫度下進行，所以使用的DNA聚合酶要耐高溫，在較高的溫度下不變性。(4)DNA規(guī)則的雙螺旋結構和堿基互補配對原則使DNA能夠復制出與其完全相同的子代DNA。(5)DNA分子復制時，不僅需要DNA片段，還需要四種游離的脫氧核苷酸、能量、酶等條件。由堿基互補配對原則可知，其互補鏈的堿基組成為TAGGCTA。 【答案】　(1)C　(2)C　(3)耐高溫，在較高的溫度下不變性　(4)①規(guī)則的雙螺旋?、趬A基互補配對　(5)脫氧核苷酸　能量　酶　TAGGCTA