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2019-2020年高中生物 專題5 課題2 多聚酶鏈式反應擴增DNA片段課后習題（含解析）新人教版選修1 課時演練促提升 1.PCR技術擴增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技術需要目的基因作為擴增的模板,耐高溫的DNA聚合酶催化反應的進行,而引物的作用是使DNA聚合酶從其3端開始連接脫氧核苷酸,4種脫氧核苷酸是該過程的原料。 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的復制需要引物,其主要原因是(　　) 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聚合酶延伸DNA鏈 D.DNA聚合酶不能從頭開始合成DNA,只能從3端延伸DNA鏈 解析:DNA的兩條鏈是反向平行的,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,而磷酸基團的末端稱為5端。DNA聚合酶不能從頭開始合成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 4.下圖表示DNA變性和復性示意圖,下列相關說法正確的是(　　) A.向右表示熱(80~100 ℃)變性的過程 B.向左的過程是DNA雙鏈迅速降溫復性 C.變性與在生物體內解旋過程的條件、實質都相同 D.圖中DNA片段共有4個游離的磷酸基、4個3端 解析:變性后的DNA在緩慢降溫后才會復性;變性與在生物體內解旋過程的條件不同、實質相同;任一DNA片段都有兩個游離的磷酸基(5端)和兩個3端。 答案:A 5.PCR一般要經過三十多次循環(huán),從第二輪循環(huán)開始,上一次循環(huán)的產物也作為模板參與反應,由引物Ⅰ延伸而成的DNA單鏈作模板時(　　) A.仍與引物Ⅰ結合進行DNA子鏈的延伸 B.與引物Ⅱ結合進行DNA子鏈的延伸 C.同時與引物Ⅰ和引物Ⅱ結合進行子鏈的延伸 D.無需與引物結合,在酶的作用下從頭合成子鏈 解析:考查對PCR反應中的變性、復性、延伸的實質是否理解。當由引物Ⅰ延伸而成的DNA單鏈作模板時,此單鏈引物固定端為5端,因此與它互補的子鏈應從另一端開始合成,即與引物Ⅱ結合延伸DNA子鏈。 答案:B 6.PCR實驗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:在PCR實驗中要嚴防外源DNA污染,要對使用的各種儀器、藥品嚴格消毒滅菌,操作要迅速,注意無菌操作。 答案:C 7.在PCR擴增前,需要將下列哪些物質加入微量離心管中?(　　) ①模板DNA　②模板RNA?、跠NA解旋酶　④耐高溫的DNA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的復制需要模板、原料、能量和酶,在外界擴增DNA時不需要加入解旋酶,因高溫能使氫鍵斷裂,但需要加入模擬細胞環(huán)境的緩沖液,故需要加入的是①④⑤⑥⑦,A項正確。 答案:A 8.PCR操作中,從第二輪循環(huán)開始擴增的DNA片段(　　) A.長度固定 B.一端固定 C.都不固定 D.不能確定 解析:PCR擴增產物可分為長產物片段和短產物片段兩部分。短產物片段的長度嚴格地限制在兩個引物鏈5端之間,是需要擴增的特定片段。進入第二輪循環(huán)后,引物除與原始模板結合外,還要同新合成的鏈(即“長產物片段”)結合,引物在與新鏈結合時,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,保證了新片段的起點和終點都限定于引物擴增序列以內,形成長短一致的“短產物片段”。 答案:A 9.使用PCR儀的具體實驗操作順序應為(　　) ①設計好PCR儀的循環(huán)程序?、诎磁浞綔蕚浜酶鹘M分 ③用微量移液器在微量離心管中依次加入各組分?、苓M行PCR反應?、蓦x心使反應液集中在離心管底部 A.②③⑤④① B.①⑤③④② C.②③⑤①④ D.④②⑤③① 解析:使用PCR儀進行DNA擴增前,首先按照PCR體系配方,依次將各組分加入微量離心管離心,使反應液集中于試管底部,然后再設計好PCR儀的循環(huán)程序進行PCR反應。 答案:C 10.下列關于PCR技術的敘述,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又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,以指數方式擴增 D.應用PCR技術與探針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項正確。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,并以指數方式擴增,B項正確,C項錯誤。應用PCR技術與探針雜交技術可以檢測基因突變,D項正確。 答案:C 11.在PCR擴增的實驗中,加入一種提取物(一種模板DNA片段),但實驗得到的產物卻有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.溫度過高 解析:此現象屬于PCR技術中的假陽性現象,其原因是靶基因污染。因此,在PCR實驗中,一定要做到隔離操作區(qū)、分裝試劑、簡化操作程序、用一次性吸頭等,盡量避免靶基因污染。 答案:C 12.在PCR擴增DNA的實驗中,根據設計,一分子DNA經30次循環(huán)后,應得到230個DNA分子,但結果只有210個DNA分子。出現該現象的原因可能是(　　) ①循環(huán)次數不夠　②TaqDNA聚合酶活力不夠或其活性受到抑制?、垡锊荒芘c親鏈結合?、芟到y(tǒng)設計欠妥 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,得到的產物少;③引物設計不合理,可能不能與模板DNA結合,導致無法進行擴增;④PCR系統(tǒng)設置不妥,達不到預期的效果。 答案:B 13.近十年來,PCR技術(多聚酶鏈式反應)成為分子生物學實驗室里的一種常規(guī)手段,其原理是利用DNA半保留復制,在試管中進行DNA的人工復制(如圖),在很短的時間內,將DNA擴增幾百萬倍甚至幾十億倍,使實驗室所需要的遺傳物質不再受限于活的生物體。 (1)加熱使DNA雙鏈打開,這一步是打開　　　　鍵,稱為　　　　,細胞中在　　　　的作用下使此鍵斷裂。 (2)當溫度降低時,引物與模板　　　　端結合,在DNA聚合酶的作用下,引物沿模板延伸,最終合成2個DNA分子,此過程中原料是　　　　　　　,遵循的原則是　　　　　　　　。 (3)PCR技術的必要條件,除了模板、原料、ATP、酶以外,至少還需要三個條件,即:液體環(huán)境、適宜的　　　　和　　　　。前者靠PCR儀自動調控,后者由　　　　維持。 解析:(1)PCR技術利用熱變性原理使DNA雙鏈間的氫鍵斷裂,稱為變性。 (2)PCR技術擴增DNA與細胞內DNA復制所需原料一樣,為4種脫氧核苷酸,遵循的原則是堿基互補配對原則。引物與模板的3端結合后,DNA聚合酶才發(fā)揮作用。 (3)PCR技術與體內DNA復制不完全相同,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儀自動調控,而pH靠緩沖液來維持。 答案:(1)氫　變性　解旋酶　(2)3　4種脫氧核苷酸 堿基互補配對原則　(3)溫度　pH　緩沖液 14.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)。在很短的時間內將DNA擴增幾百萬倍甚至幾十億倍,使實驗室所需的遺傳物質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PCR反應中的DNA模板只有1個,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,堿基數量滿足:(A+T)/(G+C)=1/2。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;延伸是以DNA單鏈為模板,按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復制的數量變化是指數式增長方式。 (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分子中的數量為3 0002(1/6)=1 000(個),5次循環(huán)的DNA數為32個,所以就原料合成的DNA數相當于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的位置和兩引物所對應的模板鏈。 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。它從一種定性的分析方法發(fā)展到定量測定;從原先只能擴增幾個kb(千堿基對)的基因到目前已能擴增長達幾十個kb的DNA片段。PCR技術不僅可用于基因分離、克隆和核酸序列分析等基礎研究,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,其簡要過程如下圖所示。請分析回答下列有關問題。 (1)PCR技術能把某一DNA片段進行擴增,依據的原理是　　　　。PCR與體內DNA復制的不同之處主要表現在環(huán)境溫度的不同,在PCR中先用94 ℃高溫處理的目的是　　　　　　,而這一過程中在細胞內是通過　　　　　　實現的。 (2)通過分析得出新合成的DNA分子中,A=T,C=G,這個事實說明DNA分子的合成遵循　　　　　　　　　。 (3)若將1個DNA分子拷貝10次,則需要在緩沖液中至少加入　　　　個引物。 (4)DNA子鏈復制的方向是　　　　　　　,這是由于　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (5)PCR技術不僅為遺傳病的診斷帶來了便利,而且改進了檢測細菌和病毒的方法。若要檢測一個人是否感染了艾滋病病毒,你認為可以用PCR擴增血液中的　　　　。 解析:PCR技術又稱多聚酶鏈式反應,擴增過程中遵循的原理就是DNA復制。通過分析得出新合成的DNA分子中,A=T,C=G,這個事實說明DNA分子的合成遵循堿基互補配對原則;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,使DNA分子變性。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,故所需的引物數目等于新合成的DNA子鏈數目,即2210-2=211-2(個)。PCR可擴增DNA,因此若要檢測一個人是否感染了艾滋病病毒,可以用PCR擴增血液中的核酸。 答案:(1)DNA復制　使DNA變性(使DNA的兩條鏈解開)　解旋酶的催化　 (2)堿基互補配對原則　 (3)211-2　 (4)5端到3端　DNA聚合酶只能從引物的3端連接單個脫氧核苷酸分子　 (5)病毒核酸