2019-2020學(xué)年高中生物 課時作業(yè)11 多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)擴增DNA片段 新人教版選修1
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1、課時作業(yè)11 多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)擴增DNA片段 8 1.下列關(guān)于PCR的描述中,正確的是( ) ①PCR是一種酶促反應(yīng)?、谝餂Q定了擴增的特異性 ③擴增DNA利用了熱變性的原理 ④擴增的對象是氨基酸序列 A.①②④ B.②③④ C.①③④ D.①②③ 答案:D 2.用15N標(biāo)記的一個DNA分子放在含14N培養(yǎng)基中復(fù)制三次,含15N的DNA分子占全部DNA分子比例和全部DNA單鏈的比例依次是( ) A.1/4,1/6 B.1/4,1/8 C.1/2,1/8 D.1/2,1/4 解析:DNA是半保留復(fù)制,復(fù)制一次
2、形成兩分子DNA,每分子DNA都含有一條15N和14N單鏈;復(fù)制兩次,形成四個分子,含15N的只有兩分子DNA;復(fù)制三次形成的八個DNA分子中含15N的仍是兩分子。這時DNA單鏈有十六條,含15N的只有親代的兩條。 答案:B 3.在PCR擴增實驗中,引物是很重要的。下列屬于引物特點的是( ) ①引物長度一般是80~100個堿基對(bp)為宜 ②引物的(G+C)/(A+T)含量一般為40%~60% ③引物3′端不能有3個以上連續(xù)相同的堿基 ④引物自身不能含有互補序列 A.①② B.③④ C.①③ D.②④ 解析:引物長度一般以20~30堿基對(
3、bp)為宜,包括引物Ⅰ和引物Ⅱ兩種。引物太短或太長,都可能降低產(chǎn)物的特異性。引物的G+C含量一般為40%~60%。堿基的分布是隨機的。應(yīng)盡量避免數(shù)個嘌呤或嘧啶連續(xù)排列,尤其是引物3′端不能有3個以上連續(xù)相同的堿基。引物自身不能含有互補序列,否則會形成發(fā)夾二級結(jié)構(gòu)。兩個引物在3′端也不能出現(xiàn)同源性,避免形成引物二聚體。 答案:B 4.PCR的循環(huán)一般要經(jīng)歷三十多次,每次循環(huán)可以分為三步,其順序是( ) A.變性、延伸、復(fù)性 B.變性、復(fù)性、延伸 C.復(fù)性、變性、延伸 D.延伸、變性、復(fù)性 解析:PCR循環(huán)的具體過程是:一、變性:當(dāng)溫度上升到90 ℃以上時,雙鏈DN
4、A解聚為單鏈;二、復(fù)性:溫度緩慢下降到50 ℃左右時,兩種引物通過堿基互補配對與兩條單鏈DNA結(jié)合;三、延伸:溫度上升到72 ℃左右,溶液中的四種脫氧核苷酸(A、T、G、C)在DNA聚合酶的作用下,根據(jù)堿基互補配對原則合成新的DNA鏈。因此,選B。 答案:B 5.標(biāo)準(zhǔn)的PCR過程一般分為變性、復(fù)性、延伸三大步,這三大步需要的溫度依次是( ) A.92 ℃、52 ℃、72 ℃ B.72 ℃、50 ℃、92 ℃ C.50 ℃、92 ℃、72 ℃ D.80 ℃、50 ℃、72 ℃ 解析:當(dāng)溫度上升到90 ℃(90 ℃~96 ℃)以上時,雙鏈DNA解聚為單鏈,稱之為變性;當(dāng)溫度
5、緩慢下降到50 ℃(40 ℃~60 ℃)左右時,兩種引物通過堿基互補配對與兩條單鏈DNA結(jié)合,稱為復(fù)性;當(dāng)溫度上升到72 ℃左右(70 ℃~75 ℃)時,溶液中的四種脫氧核苷酸(A、T、G、C)在TaqDNA聚合酶的作用下,根據(jù)堿基互補配對原則合成新的DNA鏈,稱為延伸。 答案:A 6.下圖是哪次循環(huán)的產(chǎn)物( ) 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(yīng)中,以引物為起點,第一次循環(huán)時,以加入的DNA為模板,兩條DNA鏈可分別由引物Ⅰ和引物Ⅱ與其結(jié)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
6、;從第二次循環(huán)開始,上次產(chǎn)生的DNA分子又可作為模板參與反應(yīng),所以會形成DNA分子兩端均含引物的情況,如下圖所示: 因此題干中所出現(xiàn)的情況是第一次循環(huán)的產(chǎn)物。 答案:A 7.下列操作過程的敘述中錯誤的是( ) A.PCR實驗中使用的微量離心管、槍頭、緩沖液以及蒸餾水等在使用前必須進(jìn)行高壓滅菌 B.PCR所用的緩沖液和酶應(yīng)分裝成小份,并在-20 ℃儲存 C.PCR所用的緩沖液和酶從冰箱拿出之后,迅速融化 D.在微量離心管中添加反應(yīng)成分時,每吸取一種試劑后,移液器上的槍頭都必須更換 解析:為了防止外源DNA等因素的污染,PCR實驗中使用的微量離心管、槍頭、緩沖液以及蒸餾水等在
7、使用前必須進(jìn)行高壓滅菌;所用的緩沖液及酶應(yīng)分裝成小份保存,并使用一次性槍頭。在冰箱中放置的緩沖液和酶從冰箱中取出后應(yīng)放在冰塊上緩慢融化,不能迅速融化。 答案:C 8.關(guān)于PCR技術(shù)的應(yīng)用,錯誤的一項是( ) A.古生物學(xué)、刑偵破案、DNA序列測定 B.診斷遺傳疾病、基因克隆、古生物學(xué) C.DNA序列測定、基因克隆、刑偵破案 D.診斷遺傳疾病、合成核苷酸、DNA序列測定 解析:PCR技術(shù)能以極少量的DNA為模板,在幾小時內(nèi)復(fù)制出上百萬份的DNA拷貝。這項技術(shù)有效地解決了因為樣品中DNA含量太低而難以對樣品進(jìn)行分析研究的問題,被廣泛應(yīng)用于遺傳疾病的診斷、刑偵破案、古生物學(xué)、基因克隆
8、和DNA序列測定等各方面,而不能用于合成核苷酸。 答案:D 9.家蠶細(xì)胞具有高效表達(dá)外源基因的能力。將人干擾素基因?qū)爰倚Q細(xì)胞并大規(guī)模培養(yǎng),可提取干擾素用于制藥。采用PCR技術(shù)可驗證干擾素基因是否已經(jīng)導(dǎo)入家蠶細(xì)胞。該PCR反應(yīng)體系的主要成分應(yīng)包含:擴增緩沖液(含Mg2+)、水、4種脫氧核糖核苷酸、模板DNA、__________和________。 解析:PCR反應(yīng)體系的主要成分包括:擴增緩沖液(含Mg2+)、水,4種脫氧核糖核苷酸、模板DNA 、TaqDNA聚合酶、兩種引物。 答案:對干擾素基因特異的DNA引物對 TaqDNA聚合酶 10.(2017年高考·江蘇卷)金屬硫蛋白(MT
9、)是一類廣泛存在的金屬結(jié)合蛋白,某研究小組計劃通過多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR)擴增獲得目的基因,構(gòu)建轉(zhuǎn)基因工程菌,用于重金屬廢水的凈化處理。PCR擴增過程示意圖如下,請回答下列問題: (1)從高表達(dá)MT蛋白的生物組織中提取mRNA,通過________獲得________用于PCR擴增。 (2)設(shè)計一對與MT基因兩端序列互補配對的引物(引物1和引物2),為方便構(gòu)建重組質(zhì)粒,在引物中需要增加適當(dāng)?shù)腳_______位點。設(shè)計引物時需要避免引物之間形成________,而造成引物自連。 (3)圖中步驟1代表________,步驟2代表退火,步驟3代表延伸,這三個步驟組成一輪循環(huán)。 (4)PC
10、R擴增時,退火溫度的設(shè)定是成敗的關(guān)鍵。退火溫度過高會破壞________的堿基配對。退火溫度的設(shè)定與引物長度、堿基組成有關(guān),長度相同但________的引物需要設(shè)定更高的退火溫度。 (5)如果PCR反應(yīng)得不到任何擴增產(chǎn)物,則可以采取的改進(jìn)措施有________(填序號:①升高退火溫度?、诮档屯嘶饻囟取、壑匦略O(shè)計引物)。 解析:(1)PCR技術(shù)可在體外對DNA進(jìn)行擴增,模板可以是mRNA經(jīng)過逆轉(zhuǎn)錄獲得的cDNA。(2)設(shè)計一對與MT基因兩端序列互補配對的引物(引物1和引物2)時,需在引物中增加適當(dāng)?shù)南拗菩院怂醿?nèi)切酶的識別序列,便于目的基因與質(zhì)粒的連接。為了避免引物自連,設(shè)計引物時需要避免引物
11、之間形成堿基互補配對。(3)根據(jù)PCR的過程可知,圖中步驟1為變性,步驟2為退火(復(fù)性),步驟3為延伸,這三個步驟構(gòu)成一個循環(huán)。(4)退火溫度的設(shè)定與引物長度、堿基組成有關(guān),過高的退火溫度會破壞引物與模板的堿基配對。因G、C之間的氫鍵數(shù)多于A、T之間的氫鍵數(shù),故GC含量高的引物需要設(shè)定更高的退火溫度。(5)如果PCR反應(yīng)得不到任何擴增產(chǎn)物,可能的原因是退火溫度過高使擴增效率降低,也可能是未按照目的基因兩端的核苷酸序列來設(shè)計引物,因此可以采取的措施是降低退火溫度、重新設(shè)計引物等。 答案:(1)逆轉(zhuǎn)錄 cDNA (2)限制性核酸內(nèi)切酶 堿基互補配對 (3)變性 (4)引物與模板 GC含量高
12、(5)②③ 11.(2019年寶雞質(zhì)檢)多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR)是一種體外迅速擴增DNA片段的技術(shù),它能以極少量的DNA為模板,在幾小時內(nèi)復(fù)制出上百萬份相同的DNA片段。請根據(jù)所學(xué)知識回答下列有關(guān)PCR技術(shù)的基本原理和應(yīng)用問題。 (1)PCR的原理是:在80~100 ℃的溫度范圍內(nèi),DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)將解體,雙鏈分開,這個過程稱為變性。當(dāng)溫度緩慢降低后,兩條彼此分離的DNA鏈又會重新結(jié)合成雙鏈,稱為________。PCR利用了DNA的________原理,通過控制________來控制雙鏈的解聚與結(jié)合。 (2)為了解決高溫導(dǎo)致DNA聚合酶失活的問題,促成PCR技術(shù)的自動化,20世紀(jì)80
13、年代,科學(xué)家從水生耐熱細(xì)菌Taq中分離得到耐高溫的________。實驗室中微生物的篩選,是人為提供有利于目的菌株生長的條件,同時抑制或阻止其他微生物的生長,用于篩選目的菌株的培養(yǎng)基稱為________。 (3)PCR反應(yīng)的條件:穩(wěn)定的緩沖液環(huán)境、________、分別與兩條模板鏈結(jié)合的兩種________、四種________、耐熱的DNA聚合酶、能嚴(yán)格控制溫度變化的溫控設(shè)備。 (4)PCR一般要經(jīng)歷三十多次循環(huán),每次循環(huán)可以分為________、________和________三步。從第二輪循環(huán)開始,上一次循環(huán)的產(chǎn)物也作為________參與反應(yīng)。DNA聚合酶只能特異性地復(fù)制處于兩個
14、引物之間的DNA序列,使這段固定長度的序列呈指數(shù)擴增,如果在PCR反應(yīng)中只有一個DNA片段,在6次循環(huán)后,反應(yīng)體系中共有________個這樣的DNA分子。 (5)簡述目前PCR技術(shù)的具體應(yīng)用(至少答兩點):________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 答案:(1)復(fù)性 熱變性 溫度 (2)TaqDNA聚合酶(或耐熱性DNA聚合酶) 選擇培養(yǎng)基
15、 (3)DNA模板 引物 脫氧核苷酸 (4)變性 復(fù)性 延伸 模板 64 (5)遺傳疾病的診斷、刑偵破案、古生物學(xué)、基因克隆和DNA序列測定等方面(答對兩點即可) 12.PCR技術(shù)有效地解決了因為樣品中DNA含量太低而難以對樣品進(jìn)行研究的問題,而被廣泛應(yīng)用,此過程需要一種TaqDNA聚合酶。 請回答有關(guān)問題: (1)體內(nèi)DNA復(fù)制過程中用解旋酶打開雙鏈DNA,而PCR技術(shù)中應(yīng)用________。 (2)TaqDNA聚合酶是從水生耐熱細(xì)菌Taq中分離的。 ①為什么Taq細(xì)菌能從熱泉中被篩選出來呢? _________________________________________
16、_______________________________。 ②TaqDNA聚合酶的功能是 ________________________________________________________________________。 ③TaqDNA聚合酶的化學(xué)本質(zhì)為蛋白質(zhì),可用________法和________法進(jìn)行分離。 (3)從土壤中分離分解尿素的細(xì)菌時,應(yīng)采取的措施是________,原因是______________________。 (4)相對于細(xì)菌分離,而DNA分子的分離和提取操作要復(fù)雜的多。 ①在DNA提取中兩次用到蒸餾水,其目的分別是:________、
17、________。 ②實驗中能否以哺乳動物成熟的紅細(xì)胞為實驗材料?為什么?____________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (5)與體內(nèi)DNA復(fù)制相比較,PCR反應(yīng)要在________中才能進(jìn)行,并且要嚴(yán)格控制________條件。 (6)PCR中加入的引物有________種,加入引物的作用是________。 答案:(1)高溫使DNA分子熱變性 (2)①熱泉70
18、 ℃~80 ℃的高溫條件淘汰了絕大多數(shù)微生物 ②催化脫氧核苷酸之間形成磷酸二酯鍵 ③凝膠色譜 電泳 (3)將細(xì)菌在培養(yǎng)基中培養(yǎng),其中惟一的氮源是尿素 只有能分解尿素的微生物才能在該培養(yǎng)基上生長和繁殖 (4)①使血細(xì)胞破裂,釋放出DNA分子 稀釋NaCl溶液,使DNA分子析出 ②不能,哺乳動物成熟的紅細(xì)胞中無DNA分子 (5)一定的緩沖溶液 溫度 (6)2 作為DNA復(fù)制的起點 13.請回答下面的有關(guān)問題: (1)利用PCR技術(shù)擴增目的基因,其原理與細(xì)胞內(nèi)DNA復(fù)制類似(如上圖所示)。圖中引物為單鏈DNA片段,它是子鏈合成延伸的基礎(chǔ)。 ①從理論上推測,第四輪循環(huán)產(chǎn)物中
19、含有引物A的DNA片段所占的比例為________。 ②在第________輪循環(huán)產(chǎn)物中開始出現(xiàn)兩條脫氧核苷酸鏈等長的DNA片段。 (2)設(shè)計引物是PCR技術(shù)關(guān)鍵步驟之一。某同學(xué)設(shè)計的兩組引物(只標(biāo)注了部分堿基序列)都不合理(如下圖),請分別說明理由。 ①第1組:________;②第2組:________。 (3)PCR反應(yīng)體系中含有熱穩(wěn)定DNA聚合酶,下圖的表達(dá)式不能正確反映DNA聚合酶的功能,這是因為________________。 解析:本題意在考查考生識圖、繪圖和推理判斷能力。(1)①根據(jù)PCR過程特點繪制PCR過程示意圖如下,由圖可知,由原來的每條母鏈為
20、模板合成的兩個新DNA分子中,只含有引物A或引物B,而以新合成的子鏈為模板合成新DNA分子時,兩種引物都含有,故第四輪循環(huán)共產(chǎn)生16個DNA分子,其中含有引物A的分子是15個,占15/16。②由圖示可知,第一、二輪循環(huán)合成的子鏈長度均不同,根據(jù)半保留復(fù)制特點可知,前兩輪循環(huán)產(chǎn)生的四個DNA分子的兩條鏈均不等長,第三輪循環(huán)產(chǎn)生的DNA分子存在等長的兩條核苷酸鏈,如下圖。 (2)在第1組引物中,引物Ⅰ的部分堿基序列是CAGGCT,引物Ⅱ的部分堿基序列是AGCCTG,若利用這兩個引物進(jìn)行DNA擴增,會因其中的部分堿基發(fā)生堿基互補配對而使引物失效;在第2組引物中,引物Ⅰ′的部分堿基序列是AACTG和CAGTT,該引物一旦發(fā)生自身折疊,也將會出現(xiàn)部分堿基發(fā)生堿基互補配對而使引物失效。 (3)圖中直接將兩個脫氧核苷酸合成DNA單鏈,這不是DNA聚合酶的功能。DNA聚合酶只能在DNA模板存在的條件下,將單個脫氧核苷酸連續(xù)結(jié)合到雙鍵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(jié)合到雙鏈DNA片段的引物鏈上 9
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