2015-2016高中生物专题5课题2多聚酶链式反应扩增DNA片段练习新人教版选修1

1课题2多聚酶链式反应扩增DNA片段一、PCR的原理及反应过程1．生物体内DNA复制的条件(1)原料：4种脱氧核苷酸。(2)模板：解旋后的每一条DNA母链。(3)酶：打开DNA双链的解旋酶和合成DNA单链的DNA聚合酶。(4)引物：为DNA聚合酶的起始提供3′末端。2．PCR扩增的原理(1)概念：PCR即多聚酶链式反应，是一种体外迅速扩增DNA片段的技术。它能以极少量的DNA为模板，在几小时内复制出上百万份的DNA拷贝。(2)原理：①DNA变性：在80_～100_℃的温度范围内，DNA的双螺旋结构将解体，双链分开，这个过程称为变性。②DNA复性：当温度缓慢降低后，两条彼此分离的DNA链又会重新结合成双链，这个过程称为复性。③DNA合成：DNA聚合酶从引物3′端开始延伸DNA链，DNA的合成方向总是从子链的5′端向3′端延伸。(3)条件：①模板：解旋后的每一条DNA母链。②引物：能分别与两条模板链结合的两种引物。③原料：4种脱氧核苷酸。④酶：耐热的DNA聚合酶。⑤其他条件：需要稳定的缓冲溶液和能自动调节温度的温控设备。3．PCR的反应过程2二、PCR的实验操作1．实验用具(1)PCR仪：该仪器能自动调控温度，实现DNA的扩增。如果没有PCR仪，可用3个恒温水浴锅代替，操作时按程序在3个水浴锅中来回转移PCR反应的微量离心管。(2)微量离心管：总容积为0.5mL，实际上是进行PCR反应的场所。(3)微量移液器：用于向微量离心管中转移PCR配方中的液体，每吸取一种试剂后其上的一次性吸液枪头都必须更换。2．实验步骤33.A含量的测定(1)原理：利用DNA在260_nm的紫外线波段有一强烈的吸收峰。(2)计算公式：DNA含量(μg/mL)＝50×(260_nm的读数)×稀释倍数。点拨：在PCR实验操作中，常用微量离心管作为反应场所，在操作时，用微量移液器按照PCR反应体系的配方在微量离心管中依次加入各组分，再设计好PCR仪的循环程序就可以了。一、选择题1．下列有关PCR的描述，不正确的是(B)4A．PCR技术的原理是DNA复制B．用PCR技术扩增DNA是一个酶促反应，需耐高温的解旋酶和DNA聚合酶C．一个DNA片段经PCR扩增，可形成2n个DNA片段(n代表循环次数)D．PCR利用了DNA的热变性来控制DNA的解旋与结合解析：PCR是一种体外迅速扩增DNA片段的技术，它以极少量的DNA为模板，以四种脱氧核苷酸为原料，在引物作用下使DNA聚合酶从引物的3′端连接脱氧核苷酸，短时间内迅速复制上百万份的DNA拷贝。PCR利用DNA在不同温度下变性解聚或复性的特性来解旋并结合引物，不用解旋酶解旋。2．PCR技术最突出的优点是(D)A．原理简单B．原料易找C．TaqDNA聚合酶有耐热性D．快速、高效、灵活、易于操作3．PCR技术的操作步骤依次是(B)A．高温变性、中温延伸、低温复性B．高温变性、低温复性、中温延伸C．中温延伸、高温变性、低温复性D．中温延伸、低温复性、高温变性4．聚合酶链式反应(PCR技术)是体外酶促合成特异DNA片段的一种方法，由高温变性、低温退火及适温延伸等几步反应组成一个周期，循环进行，使目的DNA得以迅速扩增，其简要过程如下图所示。下列关于PCR技术的叙述，不正确的是(C)A．PCR技术是在实验室中以少量DNA制备大量DNA的技术B．反应中新合成的DNA又可以作为下一轮反应的模板5C．PCR技术中以核糖核苷酸为原料，以指数方式扩增D．应用PCR技术与探针杂交技术可以检测基因突变解析：PCR技术是人工合成DNA的方法，原料是脱氧核苷酸，不是核糖核苷酸。5．PCR实验室中使用的微量离心管、缓冲溶液以及蒸馏水使用前必须进行的关键步骤是(C)A．反复洗涤B．用酒精擦洗C．高压灭菌D．在－20℃下储存解析：为了避免外源DNA等因素的污染，PCR实验室中使用的微量离心管、枪头、缓冲液以及蒸馏水等在使用前必须进行高压灭菌。PCR所用的缓冲液和酶应分装成小份，并在－20℃储存。使用前，将所需的试剂从冰箱内拿出，放在冰块上缓慢融化。6．PCR技术扩增DNA，需要的条件是(A)①目的基因②引物③四种脱氧核苷酸④DNA聚合酶等⑤mRNA⑥核糖体A．①②③④B．②③④⑤C．①③④⑤D．①②③⑥解析：PCR技术需要目的基因作为扩增的模板，DNA聚合酶催化反应的进行，而引物是满足DNA聚合酶起作用的需要，四种脱氧核苷酸是该过程的原料。7．有关PCR反应的叙述中，正确的是(D)A．PCR反应所需要的引物只有RNAB．PCR反应所需要的原料是核糖核苷酸C．PCR反应所需要的酶在60℃会变性D．PCR反应需要在一定的缓冲溶液中进行解析：PCR反应所需要的引物是DNA或RNA；原料是四种脱氧核糖核苷酸；变性是在高温下进行的，在60℃下不会变性。8．DNA检测技术可应用于亲子鉴定、遗传病检测等领域。DNA检测离不开对样品DNA的PCR扩增。不同样品DNA的扩增过程或条件不同的是(A)A．引物B．DNA聚合酶C．四种脱氧核苷酸D．预变性的温度解析：不同的样品DNA有不同的核苷酸序列，由于引物能与模板DNA(样品DNA)按照碱基互补配对原则结合，因此不同样品DNA所需的引物有不同的核苷酸序列。69．引物一般不是指(D)A．引物是指一小段DNA或RNAB．它能与DNA母链的一段碱基序列互补配对C．PCR的引物长度通常为20～30个核苷酸D．合成子链的原料10．PCR利用了DNA的热变性原理，PCR仪实际上也是一种能自动调控温度的仪器。下列对PCR过程中“温度的控制”的说法，错误的是(D)A．PCR反应需要高温，是为了确保模板是单链B．延伸的温度必须大于复性温度，而小于变性温度C．要用耐高温的DNA聚合酶D．需要耐高温的解旋酶二、非选择题11．多聚酶链式反应(PCR)是一种体外迅速扩增DNA片段的技术。请回答下列有关PCR技术的基本原理及应用问题。(1)DNA的两条链是反向平行的，通常将__________的末端称为5′端，当引物与DNA母链通过碱基互补配对结合后，DNA聚合酶就能从引物的__________开始延伸DNA链。(2)PCR利用DNA的热变性原理解决了打开DNA双链的问题，但又导致了DNA聚合酶失活的新问题。到20世纪80年代，科学家从一种Taq细菌中分离到____________________，它的发现和应用解决了上述问题。要将Taq细菌从其他普通的微生物中分离出来，所用的培养基叫__________。(3)PCR的每次循环可以分为__________三步。假设在PCR反应中，只有一个DNA片段作为模板，请计算在5次循环后，反应物中大约有__________个这样的DNA片段。(4)请用简图表示出一个DNA片段在PCR反应中第二轮的产物。(5)简述PCR技术的主要应用。解析：(2)因PCR利用了DNA的热变性原理解决了打开DNA双链的问题，所以用于催化DNA复制过程的DNA聚合酶要具有耐高温的特性。用选择培养基可将Taq细菌从其他普通的微生物中分离出来。(3)DNA复制两条链均作为模板，进行半保留复制，所以复制5次后得到的子代DNA分子数为25＝32个。(4)新合成的DNA链带有引物，而最初的模板DNA的两条链中只有一条带有引物。(5)PCR技术可以对DNA分子进行扩增，所以可用于遗传疾病的诊断、刑侦破案、古生物学、基因克隆和DNA序列测定等方面。7答案：(1)磷酸基团3′端(2)耐高温的TaqDNA聚合酶选择培养基(3)变性、复性和延伸32(4)(5)遗传疾病的诊断、刑侦破案、古生物学、基因克隆和DNA序列测定等。12．PCR技术是将某一特定DNA片段在体外酶的作用下，复制出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：[注：图中“▄”表示每次扩增过程中需要的引物(用P代表)。每个引物含20个脱氧核苷酸，并分别与DNA片段两端碱基互补，其作用是引导合成DNA子链]请据图分析回答：(1)PCR技术的原理是模拟生物体内__________________________的过程。(2)PCR扩增过程中对DNA片段进行高温加热处理，其目的是__________________________，其作用相当于细胞内________酶的作用。(3)在③适温延伸过程中，必需加一特定的DNA聚合酶，从图示中可判断，该酶与一般人体细胞中的DNA聚合酶相比，最主要的特点是________________________________________________________________________。(4)假如引物都用3H标记，从理论上计算，DNA片段经3次扩增所得的8个DNA分子中，含有3H标记的DNA分子占________%。(5)假定DNA片段含200对脱氧核苷酸，经3次扩增，从理论上计算，除需要引物14个外，还需要游离的脱氧核苷酸________个。解析：PCR技术是一种在体外模拟生物细胞内DNA复制的过程，在这一过程中存在DNA分子变性(高温使双链解旋)、复性(低温引物与单链结合)、延伸(中温复制延伸)，其中高温下双链解旋相当于解旋酶的作用。PCR过程中所使用的DNA聚合酶必须要能够耐高温。由于8每一个DNA分子都要和引物结合，所以每一个DNA分子中都要含有引物；每个DNA都含有400个脱氧核苷酸，则计算式为：400×8－400－20×14＝2520。答案：(1)DNA复制(2)使DNA双链解开成为单链解旋(3)耐高温(4)100(5)252013．下图是PCR技术示意图，请回答下列问题：(1)标准的PCR过程一般分为____________、____________、____________三大步骤。(2)引物是此过程中必须加入的物质，从化学本质上说，引物是一小段__________________。(3)将双链DNA________________，使之变性，从而导致________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)TaqDNA聚合酶的作用是__________________，且只能由________端开始。(5)引物延伸需提供________________________作为原料。答案：(1)变性复性延伸(2)单链DNA或RNA9(3)加热到95℃双链DNA分离成两条单链(4)催化合成DNA子链3′(5)四种脱氧核苷酸