2019-2020学年高中生物 第四章 生物化学与分子生物学技术实践 第二节 分子生物学技术知能演练

第二节分子生物学技术[随堂检测][学生用书P59]知识点一多聚酶链式反应程序1.多聚酶链式反应(PCR)是一种体外迅速扩增DNA片段的技术。PCR过程一般经历30多次下述循环：90～95℃下使模板DNA变性、解链→55～60℃下退火(引物与DNA模板链结合)→70～75℃下引物链延伸。下列有关PCR过程的叙述中，不正确的是()A．变性过程中被切断的是DNA分子内碱基对之间的氢键B．延伸过程中需要DNA聚合酶、ATP、四种核糖核苷酸C．退火过程中引物与DNA模板链的结合依靠碱基互补配对原则完成D．PCR与细胞内DNA复制相比所需要酶的最适温度较高解析：选B。变性过程的目的是解链，与解旋酶的作用相同，所以变性过程中被切断的是DNA分子内碱基对之间的氢键，A项正确；PCR技术是在较高温度条件下进行的，该过程需要热稳定TaqDNA聚合酶，且由于该过程的产物是DNA，所以需要的原料是四种游离的脱氧核苷酸，故B项错误；退火过程中引物与DNA模板链的结合是依靠碱基互补配对原则完成的，C项正确；PCR与细胞内DNA复制相比所需要酶的最适温度较高，D项正确。2．下图是PCR反应过程中哪次循环的产物()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：选A。在PCR反应中，以引物为标记，第一次循环时加入的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。知识点二目的DNA片段的体外扩增与鉴定3．下列关于DNA双链的叙述，错误的是()A．通常将DNA的羟基末端称为5′端，而磷酸基团末端称为3′端B．通常将DNA的羟基末端称为3′端，而磷酸基团末端称为5′端C．通常DNA只能从3′端延伸DNA链D．通常DNA不能从5′端延伸DNA链解析：选A。通常将DNA的羟基末端称为3′端，磷酸基团末端称为5′端。4．下列关于操作过程的叙述中，错误的是()A．PCR反应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B．PCR缓冲液和酶应分装成小份，在－20℃储存C．PCR所用缓冲液和酶从冰箱拿出之后，迅速融化D．在微量离心管中添加反应成分时，每吸取一种试剂后，移液器上的吸液枪头都必须更换解析：选C。为避免外源DNA等因素污染，PCR反应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，A正确。PCR缓冲液和酶应分装成小份，在－20℃储存，使用前，将所需试剂从冰箱取出，放在冰块上缓慢融化，B正确，C错误。微量离心管中添加反应成分时，每吸取一种试剂后，移液器上的吸液枪头都必须更换，以免其他成分污染，D正确。5．DNA遇二苯胺(沸水浴)会染成()A．砖红色B．橘黄色C．紫色D．蓝色解析：选D。DNA遇二苯胺(沸水浴)会染成蓝色，D正确。还原糖与斐林试剂水浴加热生成砖红色沉淀，A错误。脂肪被苏丹Ⅲ染液染成橘黄色，B错误。蛋白质与双缩脲试剂生成紫色化合物，C错误。6．多聚酶链式反应(PCR)是一种体外扩增DNA片段的技术。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。回答以下问题：(1)细胞内DNA复制过程中，引物的作用是________________________________________________________________________________________________________________________________________________，而且DNA复制的前提是________。(2)PCR利用了________原理，可通过控制温度来控制双链的解旋与结合。(3)PCR技术用到的酶是________________，与细胞内DNA复制时发挥相同作用的酶相比区别在于______________________。(4)下面表格是DNA体内复制与PCR反应的部分比较结果。通过比较分析，请推导出PCR反应合成DNA子链时能量来源于_____________________________________________________。原料ATPDNA体内复制四种脱氧核苷酸需要PCR反应脱氧胞苷三磷酸、脱氧腺苷三磷酸脱氧胸苷三磷酸、脱氧鸟苷三磷酸不需要(5)假如PCR反应所用的引物含有放射性、模板不具有放射性，且引物不被切除，则经过n次循环，具有放射性的脱氧核苷酸链占总链数的比值为________________________________________________________________________。解析：(1)DNA具有双螺旋结构，复制时遵循碱基互补配对原则，所以打开氢键，DNA聚合酶方可在引物的引导下从引物3′端开始连接脱氧核苷酸。(2)PCR技术就是模拟细胞内DNA复制的一项技术，只不过该技术中双链的解旋与结合是通过温度来控制的，原因在于DNA具有热变性。(3)TaqDNA聚合酶具有耐高温的特性。(4)DNA无论是体内复制还是体外复制，子链合成过程中都要消耗能量，而PCR反应不加入ATP供能，且加入的原料也不是四种脱氧核苷酸，可见PCR所用原料在水解成相应脱氧核苷酸时，能释放出等同于ATP水解的能量。(5)DNA复制n次产生2n个DNA，共有2n＋1条脱氧核苷酸链，由于母链不具有放射性，所以具有放射性的脱氧核苷酸链占总链数的比值为＝2n＋1－22n＋1＝2n－12n。答案：(1)使DNA聚合酶能够从引物的3′端开始连接脱氧核苷酸解开双链(或打开氢键)(2)DNA的热变性(3)TaqDNA聚合酶耐高温(4)所用原料水解产生相应脱氧核苷酸时所释放的能量(5)2n－12n[课时作业][学生用书P95(单独成册)]一、选择题1．TaqDNA聚合酶的特点是()A．耐高温B．耐盐酸C．耐强碱D．不耐热解析：选A。TaqDNA聚合酶的特点是耐高温。2．标准的PCR过程一般分为变性、退火、延伸三大步，这三大步所需的温度依次是()A．94℃、55℃、72℃B．72℃、55℃、92℃C．55℃、92℃、72℃D．80℃、55℃、72℃解析：选A。当温度上升到94℃时，双链DNA解旋为单链，称之为变性；当温度下降到55℃左右时，两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合；当温度上升至72℃时，溶液中的四种脱氧核苷酸(A、T、C、G)在TaqDNA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。3．有关DNA聚合酶与RNA聚合酶的说法，不正确的是()A．均以DNA的两条链作为模板B．均可催化形成磷酸二酯键C．均以氨基酸作为基本组成单位D．催化生成的产物不相同解析：选A。DNA聚合酶催化合成DNA时，以DNA分子的两条链为模板；RNA聚合酶催化转录合成mRNA时，以DNA分子的一条链为模板，A错误；由于磷酸与五碳糖是通过磷酸二酯键相连，所以DNA聚合酶与RNA聚合酶都是通过形成磷酸二酯键逐个连接上核苷酸，B正确；DNA聚合酶与RNA聚合酶的本质为蛋白质，都以氨基酸作为基本组成单位，C正确；DNA聚合酶催化合成DNA，RNA聚合酶催化转录合成mRNA，D正确。4．下列哪项不是多聚酶链式反应(PCR)扩增DNA片段的必需条件()A．模板DNA片段和四种游离脱氧核苷酸B．核糖体和DNA解旋酶C．耐热的DNA聚合酶和引物D．适宜pH的缓冲液和自动温度控制仪器解析：选B。PCR反应需要在一定缓冲液中进行，另外，还需提供：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、耐热的DNA聚合酶、自动温度控制仪器。通过控制温度使DNA复制在体外进行。5．假设PCR反应中，只有一个双链DNA片段作为模板，在5次循环后，反应物中大约有多少个这样的DNA片段()A．8B．16C．32D．64解析：选C。PCR反应中，DNA呈指数式增加，为2n，故5次循环后，会产生25即32个DNA片段。6．下列有关PCR的描述，正确的是()①是一种酶促反应②利用DNA的热变性原理③引物决定了扩增的特异性④扩增片段一般以2n的方式积累⑤扩增对象是氨基酸序列A．①②③B．①③④⑤C．①②③④D．②③④⑤解析：选C。PCR是一种体外扩增DNA的技术，是一种酶促反应，利用了DNA的热变性原理，引物决定了扩增的特异性，扩增片段一般以2n的方式积累，C正确。7．PCR过程与细胞内的DNA复制过程相比，主要有两点不同，它们是()①PCR过程需要的引物是人工合成的单链DNA②PCR过程不需要DNA聚合酶③PCR过程中DNA的解旋不依靠解旋酶，而是通过对反应温度的控制来实现的④PCR过程中，DNA不需要解旋，直接以双链DNA为模板进行复制A．③④B．①②C．①③D．②④解析：选C。PCR过程与细胞内的DNA复制过程相比较，主要有两点不同：PCR过程需要的引物是人工合成的单链DNA，长度通常为15～40个核苷酸；PCR过程中，DNA解旋不依赖解旋酶，而是通过对反应温度的控制来实现的。8．多聚酶链式反应(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()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C．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：选C。PCR技术是人工合成DNA的方法，原料是脱氧核苷酸而不是核糖核苷酸。9．以下为形成cDNA过程和PCR扩增过程示意图。据图分析，下列说法正确的是()A．催化①过程的酶是RNA聚合酶B．④过程发生的变化是引物与单链DNA结合C．催化②⑤过程的酶都是DNA聚合酶，都能耐高温D．如果RNA单链中A与U之和占该链碱基含量的40%，则一个双链DNA中，A与U之和也占该DNA碱基含量的40%解析：选B。①过程为逆转录过程，故催化①过程的酶是逆转录酶，A错误；④为退火过程，发生的变化是引物与互补DNA链结合，B正确；催化②过程(DNA复制)需要的酶是DNA聚合酶，催化⑤过程(延伸)的酶是耐高温DNA聚合酶——TaqDNA聚合酶，C错误；根据碱基互补配对原则A—T，U—A，如果RNA单链中A与U之和占该链碱基含量的40%，则一个双链DNA中，A与T之和也占该DNA碱基含量的40%，而DNA分子中不含碱基U，D错误。10．退火温度是影响PCR特异性的较重要因素。变性后温度冷却至40～60℃，可使引物和模板发生结合。PCR的结果可不考虑原来解旋开的两个DNA模板链的重新结合，原因不包括()A．由于模板DNA比引物复杂得多B．引物和模板之间的碰撞结合机会远远高于模板互补链之间的碰撞C．模板链加热解旋已经变性不可能再次结合D．加入引物的量足够多而模板链数量少解析：选C。退火的原理是碱基互补配对，解旋后DNA分子变成单链，碱基序列未发生改变，冷却后仍可以进行退火，C项错误。11．某考古学家在西伯利亚泰加林地区的冰中，发现了一种冰冻的已灭绝的巨大动物的肌肉。他想了解该巨型动物的DNA与现今印度大象的DNA的相似性，于是做了如下检测工作，其中正确的操作步骤及顺序是()①降低温度，检测处理后形成的杂合DNA双链区段②通过PCR技术扩增巨型动物和大象的DNA③把巨型动物的DNA导入大象的细胞中④在一定的温度条件下，将巨型动物和大象的DNA水浴共热A．②④③B．②④③①C．③④①D．②④①解析：选D。要想对比两个DNA分子的相似性，首先需要有足够的样本，所以先扩增；然后在一定温度下，使其变性，解成单链；再降低温度，检测杂合DNA双链区段。12．下图a、b、c均为PCR扩增的DNA片段，下列有关说法正确的是()A．片段a、b、c的长度均相同B．片段a、b只是第一次循环的产物C．片段c最早出现在第二次循环的产物中D．经过30次循环后，片段c的数量为230解析：选C。图中片段a、b只有一种引物，是以