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2019-2020年高中生物 專題5 課題2 多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)擴(kuò)增DNA片段課后習(xí)題（含解析）新人教版選修1 課時(shí)演練促提升 1.PCR技術(shù)擴(kuò)增DNA,需要的條件是(　　) ①目的基因?、谝铩、?種脫氧核苷酸?、蹹NA聚合酶?、輒RNA?、藓颂求w A.②③④⑤ B.①②③⑥ C.①②③④ D.①③④⑤ 解析:PCR技術(shù)需要目的基因作為擴(kuò)增的模板,耐高溫的DNA聚合酶催化反應(yīng)的進(jìn)行,而引物的作用是使DNA聚合酶從其3端開(kāi)始連接脫氧核苷酸,4種脫氧核苷酸是該過(guò)程的原料。 答案:C 2.DNA的合成方向總是　　　延伸(　　) A.從DNA分子的左端向右端 B.從DNA分子的右端向左端 C.從子鏈的5端向3端延伸 D.從子鏈的3端向5端延伸 解析:DNA的合成方向是從子鏈的5端向3端延伸。 答案:C 3.DNA的復(fù)制需要引物,其主要原因是(　　) A.可加快DNA的復(fù)制速度 B.引物可與DNA母鏈通過(guò)堿基互補(bǔ)配對(duì)結(jié)合 C.引物的5端有助于DNA聚合酶延伸DNA鏈 D.DNA聚合酶不能從頭開(kāi)始合成DNA,只能從3端延伸DNA鏈 解析:DNA的兩條鏈?zhǔn)欠聪蚱叫械?為了明確地表示DNA的方向,通常將DNA的羥基(—OH)末端稱為3端,而磷酸基團(tuán)的末端稱為5端。DNA聚合酶不能從頭開(kāi)始合成DNA,而只能從3端延伸DNA鏈。因此,DNA復(fù)制需要引物。當(dāng)引物與DNA母鏈通過(guò)堿基互補(bǔ)配對(duì)結(jié)合后,DNA聚合酶就能從引物的3端開(kāi)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 4.下圖表示DNA變性和復(fù)性示意圖,下列相關(guān)說(shuō)法正確的是(　　) A.向右表示熱(80~100 ℃)變性的過(guò)程 B.向左的過(guò)程是DNA雙鏈迅速降溫復(fù)性 C.變性與在生物體內(nèi)解旋過(guò)程的條件、實(shí)質(zhì)都相同 D.圖中DNA片段共有4個(gè)游離的磷酸基、4個(gè)3端 解析:變性后的DNA在緩慢降溫后才會(huì)復(fù)性;變性與在生物體內(nèi)解旋過(guò)程的條件不同、實(shí)質(zhì)相同;任一DNA片段都有兩個(gè)游離的磷酸基(5端)和兩個(gè)3端。 答案:A 5.PCR一般要經(jīng)過(guò)三十多次循環(huán),從第二輪循環(huán)開(kāi)始,上一次循環(huán)的產(chǎn)物也作為模板參與反應(yīng),由引物Ⅰ延伸而成的DNA單鏈作模板時(shí)(　　) A.仍與引物Ⅰ結(jié)合進(jìn)行DNA子鏈的延伸 B.與引物Ⅱ結(jié)合進(jìn)行DNA子鏈的延伸 C.同時(shí)與引物Ⅰ和引物Ⅱ結(jié)合進(jìn)行子鏈的延伸 D.無(wú)需與引物結(jié)合,在酶的作用下從頭合成子鏈 解析:考查對(duì)PCR反應(yīng)中的變性、復(fù)性、延伸的實(shí)質(zhì)是否理解。當(dāng)由引物Ⅰ延伸而成的DNA單鏈作模板時(shí),此單鏈引物固定端為5端,因此與它互補(bǔ)的子鏈應(yīng)從另一端開(kāi)始合成,即與引物Ⅱ結(jié)合延伸DNA子鏈。 答案:B 6.PCR實(shí)驗(yàn)中使用的微量離心管、緩沖溶液以及蒸餾水在使用前必須進(jìn)行的關(guān)鍵步驟是(　　) A.反復(fù)洗滌 B.用酒精擦洗 C.高壓滅菌 D.在-20 ℃儲(chǔ)存 解析:在PCR實(shí)驗(yàn)中要嚴(yán)防外源DNA污染,要對(duì)使用的各種儀器、藥品嚴(yán)格消毒滅菌,操作要迅速,注意無(wú)菌操作。 答案:C 7.在PCR擴(kuò)增前,需要將下列哪些物質(zhì)加入微量離心管中?(　　) ①模板DNA?、谀０錜NA?、跠NA解旋酶?、苣透邷氐腄NA聚合酶?、菀铩、轕CR緩沖液?、呙撗鹾塑账豳A備液?、嗪塑账豳A備液 A.①④⑤⑥⑦ B.①③④⑤⑥⑧ C.②③④⑤⑥⑦ D.①④⑥⑦⑧ 解析:DNA的復(fù)制需要模板、原料、能量和酶,在外界擴(kuò)增DNA時(shí)不需要加入解旋酶,因高溫能使氫鍵斷裂,但需要加入模擬細(xì)胞環(huán)境的緩沖液,故需要加入的是①④⑤⑥⑦,A項(xiàng)正確。 答案:A 8.PCR操作中,從第二輪循環(huán)開(kāi)始擴(kuò)增的DNA片段(　　) A.長(zhǎng)度固定 B.一端固定 C.都不固定 D.不能確定 解析:PCR擴(kuò)增產(chǎn)物可分為長(zhǎng)產(chǎn)物片段和短產(chǎn)物片段兩部分。短產(chǎn)物片段的長(zhǎng)度嚴(yán)格地限制在兩個(gè)引物鏈5端之間,是需要擴(kuò)增的特定片段。進(jìn)入第二輪循環(huán)后,引物除與原始模板結(jié)合外,還要同新合成的鏈(即“長(zhǎng)產(chǎn)物片段”)結(jié)合,引物在與新鏈結(jié)合時(shí),由于新鏈模板的5端序列是固定的,這就等于這次延伸的片段3端被固定了終點(diǎn),保證了新片段的起點(diǎn)和終點(diǎn)都限定于引物擴(kuò)增序列以內(nèi),形成長(zhǎng)短一致的“短產(chǎn)物片段”。 答案:A 9.使用PCR儀的具體實(shí)驗(yàn)操作順序應(yīng)為(　　) ①設(shè)計(jì)好PCR儀的循環(huán)程序?、诎磁浞綔?zhǔn)備好各組分 ③用微量移液器在微量離心管中依次加入各組分?、苓M(jìn)行PCR反應(yīng)?、蓦x心使反應(yīng)液集中在離心管底部 A.②③⑤④① B.①⑤③④② C.②③⑤①④ D.④②⑤③① 解析:使用PCR儀進(jìn)行DNA擴(kuò)增前,首先按照PCR體系配方,依次將各組分加入微量離心管離心,使反應(yīng)液集中于試管底部,然后再設(shè)計(jì)好PCR儀的循環(huán)程序進(jìn)行PCR反應(yīng)。 答案:C 10.下列關(guān)于PCR技術(shù)的敘述,不正確的是(　　) A.PCR技術(shù)是在實(shí)驗(yàn)室中以少量DNA制備大量DNA的技術(shù) B.反應(yīng)中新合成的DNA又可以作為下一輪反應(yīng)的模板 C.PCR技術(shù)中以核糖核苷酸為原料,以指數(shù)方式擴(kuò)增 D.應(yīng)用PCR技術(shù)與探針雜交技術(shù)可以檢測(cè)基因突變 解析:PCR技術(shù)就是體外大量擴(kuò)增DNA的技術(shù),即以少量DNA制備大量DNA的技術(shù),A項(xiàng)正確。PCR技術(shù)的原理就是DNA復(fù)制,反應(yīng)中新合成的DNA又可以作為下一輪反應(yīng)的模板,所需原料是脫氧核苷酸,并以指數(shù)方式擴(kuò)增,B項(xiàng)正確,C項(xiàng)錯(cuò)誤。應(yīng)用PCR技術(shù)與探針雜交技術(shù)可以檢測(cè)基因突變,D項(xiàng)正確。 答案:C 11.在PCR擴(kuò)增的實(shí)驗(yàn)中,加入一種提取物(一種模板DNA片段),但實(shí)驗(yàn)得到的產(chǎn)物卻有2種DNA。其原因可能是(　　) A.基因突變 B. Taq DNA聚合酶發(fā)生變異 C.基因污染 D.溫度過(guò)高 解析:此現(xiàn)象屬于PCR技術(shù)中的假陽(yáng)性現(xiàn)象,其原因是靶基因污染。因此,在PCR實(shí)驗(yàn)中,一定要做到隔離操作區(qū)、分裝試劑、簡(jiǎn)化操作程序、用一次性吸頭等,盡量避免靶基因污染。 答案:C 12.在PCR擴(kuò)增DNA的實(shí)驗(yàn)中,根據(jù)設(shè)計(jì),一分子DNA經(jīng)30次循環(huán)后,應(yīng)得到230個(gè)DNA分子,但結(jié)果只有210個(gè)DNA分子。出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因可能是(　　) ①循環(huán)次數(shù)不夠?、赥aqDNA聚合酶活力不夠或其活性受到抑制?、垡锊荒芘c親鏈結(jié)合?、芟到y(tǒng)設(shè)計(jì)欠妥 A.①②③ B.②③④ C.①③④ D.①②③④ 解析:②TaqDNA聚合酶活力不夠或其活性受到抑制,得到的產(chǎn)物少;③引物設(shè)計(jì)不合理,可能不能與模板DNA結(jié)合,導(dǎo)致無(wú)法進(jìn)行擴(kuò)增;④PCR系統(tǒng)設(shè)置不妥,達(dá)不到預(yù)期的效果。 答案:B 13.近十年來(lái),PCR技術(shù)(多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng))成為分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室里的一種常規(guī)手段,其原理是利用DNA半保留復(fù)制,在試管中進(jìn)行DNA的人工復(fù)制(如圖),在很短的時(shí)間內(nèi),將DNA擴(kuò)增幾百萬(wàn)倍甚至幾十億倍,使實(shí)驗(yàn)室所需要的遺傳物質(zhì)不再受限于活的生物體。 (1)加熱使DNA雙鏈打開(kāi),這一步是打開(kāi)　　　　鍵,稱為　　　　,細(xì)胞中在　　　　的作用下使此鍵斷裂。 (2)當(dāng)溫度降低時(shí),引物與模板　　　　端結(jié)合,在DNA聚合酶的作用下,引物沿模板延伸,最終合成2個(gè)DNA分子,此過(guò)程中原料是　　　　　　　,遵循的原則是　　　　　　　　。 (3)PCR技術(shù)的必要條件,除了模板、原料、ATP、酶以外,至少還需要三個(gè)條件,即:液體環(huán)境、適宜的　　　　和　　　　。前者靠PCR儀自動(dòng)調(diào)控,后者由　　　　維持。 解析:(1)PCR技術(shù)利用熱變性原理使DNA雙鏈間的氫鍵斷裂,稱為變性。 (2)PCR技術(shù)擴(kuò)增DNA與細(xì)胞內(nèi)DNA復(fù)制所需原料一樣,為4種脫氧核苷酸,遵循的原則是堿基互補(bǔ)配對(duì)原則。引物與模板的3端結(jié)合后,DNA聚合酶才發(fā)揮作用。 (3)PCR技術(shù)與體內(nèi)DNA復(fù)制不完全相同,除了需要模板、原料、ATP、酶以外,至少還需要液體環(huán)境、適宜的溫度和pH,適宜的溫度靠PCR儀自動(dòng)調(diào)控,而pH靠緩沖液來(lái)維持。 答案:(1)氫　變性　解旋酶　(2)3　4種脫氧核苷酸 堿基互補(bǔ)配對(duì)原則　(3)溫度　pH　緩沖液 14.在進(jìn)行DNA親子鑒定時(shí),需大量的DNA。PCR技術(shù)(多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng))可以使樣品DNA擴(kuò)增,獲得大量DNA分子。該技術(shù)的原理是利用DNA的半保留復(fù)制,在試管中進(jìn)行DNA的人工復(fù)制(如下圖)。在很短的時(shí)間內(nèi)將DNA擴(kuò)增幾百萬(wàn)倍甚至幾十億倍,使實(shí)驗(yàn)室所需的遺傳物質(zhì)不再受限于活的生物體。 (1)圖中的變性、延伸分別是指　　　　　　　、　　　　　　　。 (2)假設(shè)PCR反應(yīng)中的DNA模板只有1個(gè),第一輪循環(huán)的產(chǎn)物2個(gè)子代DNA為N1,第二輪的產(chǎn)物4個(gè)子代DNA為N2,N1、N2中分別含有模板DNA單鏈的DNA分別有　　　　個(gè)、　　　　個(gè)。若繼續(xù)循環(huán),該DNA片段共經(jīng)過(guò)30次循環(huán)后能形成　　　　個(gè)DNA片段。 (3)某樣品DNA分子中共含3 000個(gè)堿基對(duì),堿基數(shù)量滿足:(A+T)/(G+C)=1/2。若經(jīng)5次循環(huán),至少需要向試管中加入　　　　個(gè)腺嘌呤脫氧核苷酸。(不考慮引物所對(duì)應(yīng)的片段) (4)若下圖為第一輪循環(huán)產(chǎn)生的產(chǎn)物。請(qǐng)繪出以a鏈和b鏈為模板經(jīng)PCR擴(kuò)增的產(chǎn)物。 解析:(1)變性的實(shí)質(zhì)是DNA雙鏈解旋;延伸是以DNA單鏈為模板,按堿基互補(bǔ)配對(duì)原則合成子鏈的過(guò)程。 (2)由于PCR原理為DNA雙鏈復(fù)制,其特點(diǎn)是半保留復(fù)制,所以無(wú)論復(fù)制幾次,模板鏈一直存在于2個(gè)DNA分子中。DNA復(fù)制的數(shù)量變化是指數(shù)式增長(zhǎng)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(gè)DNA分子中的數(shù)量為3 0002(1/6)=1 000(個(gè)),5次循環(huán)的DNA數(shù)為32個(gè),所以就原料合成的DNA數(shù)相當(dāng)于32-1=31(個(gè)),至少需腺嘌呤脫氧核苷酸為311 000=31 000(個(gè))。 (4)畫(huà)圖的關(guān)鍵是注意引物A、B的位置和兩引物所對(duì)應(yīng)的模板鏈。 答案:(1)模板DNA雙鏈解旋形成單鏈　在DNA聚合酶的作用下,原料脫氧核苷酸合成新的DNA鏈　(2)2　2 230　(3)31 000　(4)如圖 15.隨著研究的不斷深入,PCR方法被不斷改進(jìn)。它從一種定性的分析方法發(fā)展到定量測(cè)定;從原先只能擴(kuò)增幾個(gè)kb(千堿基對(duì))的基因到目前已能擴(kuò)增長(zhǎng)達(dá)幾十個(gè)kb的DNA片段。PCR技術(shù)不僅可用于基因分離、克隆和核酸序列分析等基礎(chǔ)研究,還可用于疾病的診斷等。PCR需要模板DNA、引物、脫氧核苷酸和DNA聚合酶、ATP等條件,其簡(jiǎn)要過(guò)程如下圖所示。請(qǐng)分析回答下列有關(guān)問(wèn)題。 (1)PCR技術(shù)能把某一DNA片段進(jìn)行擴(kuò)增,依據(jù)的原理是　　　　。PCR與體內(nèi)DNA復(fù)制的不同之處主要表現(xiàn)在環(huán)境溫度的不同,在PCR中先用94 ℃高溫處理的目的是　　　　　　,而這一過(guò)程中在細(xì)胞內(nèi)是通過(guò)　　　　　　實(shí)現(xiàn)的。 (2)通過(guò)分析得出新合成的DNA分子中,A=T,C=G,這個(gè)事實(shí)說(shuō)明DNA分子的合成遵循　　　　　　　　　。 (3)若將1個(gè)DNA分子拷貝10次,則需要在緩沖液中至少加入　　　　個(gè)引物。 (4)DNA子鏈復(fù)制的方向是　　　　　　　,這是由于　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (5)PCR技術(shù)不僅為遺傳病的診斷帶來(lái)了便利,而且改進(jìn)了檢測(cè)細(xì)菌和病毒的方法。若要檢測(cè)一個(gè)人是否感染了艾滋病病毒,你認(rèn)為可以用PCR擴(kuò)增血液中的　　　　。 解析:PCR技術(shù)又稱多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng),擴(kuò)增過(guò)程中遵循的原理就是DNA復(fù)制。通過(guò)分析得出新合成的DNA分子中,A=T,C=G,這個(gè)事實(shí)說(shuō)明DNA分子的合成遵循堿基互補(bǔ)配對(duì)原則;在PCR中選用94 ℃高溫處理的目的是將DNA分子中的氫鍵斷裂,兩條鏈解開(kāi),使DNA分子變性。在DNA分子擴(kuò)增時(shí),需要兩種引物,由于新合成的子鏈都需要引物作為復(fù)制的起點(diǎn),故所需的引物數(shù)目等于新合成的DNA子鏈數(shù)目,即2210-2=211-2(個(gè))。PCR可擴(kuò)增DNA,因此若要檢測(cè)一個(gè)人是否感染了艾滋病病毒,可以用PCR擴(kuò)增血液中的核酸。 答案:(1)DNA復(fù)制　使DNA變性(使DNA的兩條鏈解開(kāi))　解旋酶的催化　 (2)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則　 (3)211-2　 (4)5端到3端　DNA聚合酶只能從引物的3端連接單個(gè)脫氧核苷酸分子　 (5)病毒核酸