2019-2020年高中生物 5.2多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)擴(kuò)增DNA片段同步練習(xí)（含解析）新人教版選修11.PCR過(guò)程與細(xì)胞內(nèi)的DNA復(fù)制過(guò)程相比,主要有兩點(diǎn)不同,它們是()。PCR過(guò)程需要的引物是人工合成的單鏈DNA或RNAPCR過(guò)程不需要DNA聚合酶PCR過(guò)程中DNA的解旋不依靠解旋酶,而是通過(guò)對(duì)反應(yīng)溫度的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)的PCR過(guò)程中,DNA不需要解旋,直接以雙鏈DNA為模板進(jìn)行復(fù)制A.B.C.D.解析:PCR過(guò)程與細(xì)胞內(nèi)的DNA復(fù)制過(guò)程相比較,主要有兩點(diǎn)不同:(1)PCR過(guò)程需要的引物是人工合成的單鏈DNA或RNA,長(zhǎng)度通常為2030個(gè)核苷酸。(2)PCR 過(guò)程中,DNA解旋不依賴解旋酶,而是通過(guò)對(duì)反應(yīng)溫度的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)的。答案:C2.PCR技術(shù)中,引物的作用是()。A.打開DNA雙鏈B.催化合成DNA子鏈C.使DNA聚合酶能夠從引物的3端開始復(fù)制D.提供模板解析:DNA聚合酶不能從頭開始合成DNA,而只能從3端延伸DNA鏈,引物的作用就在于此。答案:C3.下圖表示PCR擴(kuò)增的產(chǎn)物,請(qǐng)分析它是哪次循環(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,以引物為標(biāo)記,第一次循環(huán)時(shí),以加入的DNA為模板,兩條DNA鏈可分別由引物和引物與其結(jié)合并在DNA聚合酶的作用下延伸,所以形成的每個(gè)子DNA中只有一種引物;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(huì)形成DNA分子兩端均含有引物的情況。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:A4.下列關(guān)于DNA雙鏈的敘述,錯(cuò)誤的是()。A.通常將DNA的羥基末端稱為5端,而磷酸基團(tuán)的末端稱為3端B.通常將DNA的羥基末端稱為3端,而磷酸基團(tuán)的末端稱為5端C.通常DNA聚合酶只能從3端延伸DNA鏈D.通常DNA聚合酶不能從5端延伸DNA鏈解析:為了明確DNA分子的方向,通常將DNA的羥基末端稱為3端,而磷酸基團(tuán)的末端稱為5端。答案:A5.下列有關(guān)PCR的描述,不正確的是()。A.PCR技術(shù)的原理是DNA復(fù)制B.用PCR技術(shù)擴(kuò)增DNA是一個(gè)酶促反應(yīng),需耐高溫的解旋酶和DNA聚合酶C.一個(gè)DNA片段經(jīng)PCR擴(kuò)增,可形成2n個(gè)DNA片段(n代表循環(huán)次數(shù))D. PCR利用了DNA的熱變性來(lái)控制DNA的解旋與結(jié)合解析:PCR是一種體外迅速擴(kuò)增DNA片段的技術(shù),它以極少量的DNA為模板,以四種脫氧核苷酸為原料,在引物作用下使DNA聚合酶從引物的3端連接脫氧核苷酸,短時(shí)間內(nèi)迅速?gòu)?fù)制上百萬(wàn)份的DNA拷貝。PCR利用DNA在不同溫度下變性解聚或復(fù)性的特性來(lái)解旋并結(jié)合引物,不用解旋酶解旋。答案:B6.下列有關(guān)PCR過(guò)程的敘述,不正確的是()。A.變性過(guò)程中破壞的是DNA分子內(nèi)堿基對(duì)之間的氫鍵,也可利用解旋酶實(shí)現(xiàn)B.復(fù)性過(guò)程中引物與DNA模板鏈的結(jié)合是依靠堿基互補(bǔ)配對(duì)原則完成的C.延伸過(guò)程中需要DNA聚合酶、ATP、四種核糖核苷酸D.PCR與細(xì)胞內(nèi)DNA復(fù)制相比,其所需要酶的最適溫度較高解析:變性是破壞堿基之間的氫鍵,解旋酶與高溫都可起到相同的作用,A項(xiàng)正確;復(fù)性過(guò)程引物與模板DNA結(jié)合過(guò)程遵循堿基互補(bǔ)配對(duì)原則,B項(xiàng)正確;延伸過(guò)程需要DNA聚合酶和四種脫氧核糖核苷酸,PCR是體外操作的,不需要ATP供能,C項(xiàng)錯(cuò)誤;PCR所需酶為耐高溫的Taq DNA聚合酶,D項(xiàng)正確。答案:C7.DNA檢測(cè)技術(shù)可應(yīng)用于親子鑒定、遺傳病檢測(cè)等領(lǐng)域。DNA檢測(cè)離不開對(duì)樣品DNA的PCR擴(kuò)增。不同樣品DNA的擴(kuò)增過(guò)程或條件不同的是()。A.引物B.DNA聚合酶C.四種脫氧核苷酸D.預(yù)變性的溫度解析:不同的樣品DNA有不同的核苷酸序列,由于引物能與模板DNA(樣品DNA)按照堿基互補(bǔ)配對(duì)原則結(jié)合,因此不同樣品DNA所需的引物有不同的核苷酸序列。答案:A8.小鼠雜交瘤細(xì)胞表達(dá)的單克隆抗體用于人體試驗(yàn)時(shí)易引起過(guò)敏反應(yīng),為了克服這個(gè)缺陷,可選擇性擴(kuò)增抗體的可變區(qū)基因(目的基因)后再重組表達(dá)。下列相關(guān)敘述正確的是()。A.設(shè)計(jì)擴(kuò)增目的基因的引物時(shí)不必考慮表達(dá)載體的序列B.用PCR方法擴(kuò)增目的基因時(shí)必須知道基因的全部序列C.PCR體系中一定要添加從受體細(xì)胞中提取的DNA聚合酶D.一定要根據(jù)目的基因編碼產(chǎn)物的特性選擇合適的受體細(xì)胞解析:本題考查PCR技術(shù)。A項(xiàng)中,設(shè)計(jì)擴(kuò)增目的基因的引物時(shí),要考慮擴(kuò)增的目的基因與載體兩端序列堿基互補(bǔ)配對(duì),故錯(cuò)誤。B項(xiàng)中,DNA復(fù)制沿著模板進(jìn)行,不必知道基因的全部序列,故錯(cuò)誤。C項(xiàng)中,PCR技術(shù)中的DNA聚合酶是耐高溫的DNA聚合酶,不是從受體細(xì)胞中提取的DNA聚合酶,故錯(cuò)誤。D項(xiàng)中,目的基因編碼產(chǎn)物不同,相應(yīng)的受體細(xì)胞不同,故正確。答案:D9.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)物卻有兩種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:發(fā)生題述狀況的原因是基因污染。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、使用一次性吸液槍頭等,盡量避免基因污染。答案:C10.PCR技術(shù)(多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng))是一項(xiàng)在生物體外復(fù)制特定的DNA片段的核酸合成技術(shù),如圖表示合成過(guò)程。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()。A.A過(guò)程高溫使DNA變性解旋,該過(guò)程不需要解旋酶的作用B.C過(guò)程要用到的酶在高溫下失活,因此在PCR擴(kuò)增時(shí)需要再添加C.如果把模板DNA的兩條鏈用15N標(biāo)記,游離的脫氧核苷酸不標(biāo)記,控制“94 55 72 ”溫度循環(huán)3次,則在形成的子代DNA中含有15N標(biāo)記的DNA占25%D.PCR中由堿基錯(cuò)配引起的變異屬于基因突變解析:PCR技術(shù)中用的Taq DNA聚合酶是耐高溫的,在72 時(shí)不會(huì)失活,因此在PCR擴(kuò)增時(shí)不需添加。答案:B11.一個(gè)有15N標(biāo)記的DNA分子,放在沒(méi)有15N標(biāo)記的環(huán)境中培養(yǎng),利用PCR循環(huán)5次后15N標(biāo)記的DNA分子占總數(shù)的()。A.1/10B.1/5C.1/16D.1/25解析:一個(gè)DNA分子復(fù)制n次后產(chǎn)生的DNA分子數(shù)目為2n。在沒(méi)有15N標(biāo)記的環(huán)境中培養(yǎng),不論經(jīng)過(guò)多少次復(fù)制,得到的DNA分子中只有2個(gè)DNA分子被15N標(biāo)記,則經(jīng)過(guò)5次循環(huán)后,標(biāo)記的DNA分子占總數(shù)的2/25,即1/16。答案:C12.在PCR擴(kuò)增DNA的實(shí)驗(yàn)中,預(yù)計(jì)一個(gè)DNA分子經(jīng)過(guò)30次循環(huán)后,應(yīng)該得到230個(gè)DNA分子,但是結(jié)果只有約210個(gè)DNA分子,那么出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因不可能是()。A.Taq DNA聚合酶的活力不夠,或活性受到抑制B.系統(tǒng)設(shè)計(jì)欠妥C.循環(huán)次數(shù)不夠D.引物不能與親鏈結(jié)合解析:如果Taq DNA聚合酶活力不夠,或活性受到抑制,則導(dǎo)致催化效率降低,得到的產(chǎn)物比預(yù)期的少,則A項(xiàng)正確。如果PCR系統(tǒng)設(shè)置欠妥,達(dá)不到預(yù)期的結(jié)果,則B項(xiàng)正確。如果循環(huán)次數(shù)過(guò)少,產(chǎn)物的量比預(yù)期的少,則C項(xiàng)正確。如果引物設(shè)計(jì)不合理,也許不能與模板DNA結(jié)合,造成無(wú)法進(jìn)行擴(kuò)增,則D項(xiàng)錯(cuò)誤。答案:D13.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克隆分子。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,圖中短粗線是引物)。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模板為P,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)某樣品的一個(gè)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;延伸的實(shí)質(zhì)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ATGC=1122,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)形成的DNA數(shù)為32個(gè),所以由原料合成的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)畫圖的關(guān)鍵是注意引物A、B的位置和所對(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,原料脫氧核苷酸聚合形成新的DNA鏈(2)22230(3)31 000(4)如圖14.近10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(如下圖所示)。(1)加熱使DNA雙鏈打開,這一步是打開鍵,稱為,在細(xì)胞中是在酶的作用下進(jìn)行的。(2)當(dāng)溫度降低時(shí),引物與模板末端結(jié)合,在DNA聚合酶的作用下,引物沿模板延伸,最終合成兩條DNA分子,此過(guò)程中原料是,遵循。(3)PCR技術(shù)的必需條件,除了模板、原料、酶以外,至少還有三個(gè)條件,即:液體環(huán)境、適宜的和。(4)通過(guò)PCR技術(shù)使DNA分子大量復(fù)制,若將一個(gè)用15N標(biāo)記的DNA分子放入試管中,以含有14N的脫氧核苷酸為原料,連續(xù)復(fù)制4次之后,則15N標(biāo)記的DNA分子占全部DNA總數(shù)的比例為。(5)現(xiàn)有一段DNA序列:5CAAGGATCC33GTTCCTAGG5。如果它的引物1為5GGAOH,則引物2為。解析:DNA兩條鏈之間的堿基通過(guò)氫鍵形成堿基對(duì),從而將兩條鏈連接起來(lái)。因而,要想打開DNA雙鏈,必須打開氫鍵,這一過(guò)程在細(xì)胞內(nèi)是在解旋酶作用下完成的,在細(xì)胞外(PCR)則是通過(guò)高溫實(shí)現(xiàn)的。合成DNA時(shí),所用的原料是4種游離的脫氧核苷酸,復(fù)制過(guò)程遵循堿基互補(bǔ)配對(duì)原則。PCR技術(shù)的條件除了模板、原料、酶以外,還要有適宜的溫度和酸堿度以及液體環(huán)境;用含15N標(biāo)記的DNA分子作為模板,連續(xù)復(fù)制4次,共得到DNA分子數(shù)為24=16個(gè),其中含有15N標(biāo)記的有兩個(gè),占全部DNA分子總數(shù)的1/8。答案:(1)氫解旋解旋(2)4種脫氧核苷酸堿基互補(bǔ)配對(duì)原則(3)Taq DNA聚合溫度pH(4)1/8(5)5CAAOH15.多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR)是一種體外迅速擴(kuò)增DNA片段的技術(shù)。請(qǐng)回答下列有關(guān)PCR技術(shù)的基本原理及應(yīng)用問(wèn)題。(1)DNA的兩條鏈?zhǔn)欠聪蚱叫械?通常將的末端稱為5端,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開始延伸DNA鏈。(2)PCR利用DNA的熱變性原理解決了打開DNA雙鏈的問(wèn)題,但又導(dǎo)致了DNA聚合酶失活的新問(wèn)題。到20世紀(jì)80年代,科學(xué)家從一種Taq細(xì)菌中分離到,它的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用解決了上述問(wèn)題。要將Taq細(xì)菌從其他普通的微生物中分離出來(lái),所用的培養(yǎng)基叫。(3)PCR的每次循環(huán)可以分為三步。假設(shè)在PCR反應(yīng)中,只有一個(gè)DNA片段作為模板,請(qǐng)計(jì)算在5次循環(huán)后,反應(yīng)物中大約有個(gè)這樣的DNA片段。(4)請(qǐng)用簡(jiǎn)圖表示出一個(gè)DNA片段PCR反應(yīng)中第二輪的產(chǎn)物。(5)簡(jiǎn)述PCR技術(shù)的主要應(yīng)用。解析:(1)DNA聚合酶只能把新的核苷酸加到已經(jīng)存在的核酸的3羥基上,與DNA母鏈結(jié)合的RNA引物就提供這個(gè)羥基。(2)因PCR利用了DNA的熱變性原理解決了打開DNA雙鏈的問(wèn)題,所以用于催化DNA復(fù)制過(guò)程的DNA聚合酶要具有耐高溫的特性。用選擇培養(yǎng)基可將Taq細(xì)菌從其他普通的微生物中分離出來(lái)。(3)DNA復(fù)制兩條鏈均作為模板,進(jìn)行半保留復(fù)制,所以復(fù)制5次后得到的子代DNA分子數(shù)為25=32個(gè)。(4)新合成的DNA鏈帶有引物,而最初的模板DNA的兩條鏈中只有一條帶有引物。(5)PCR技術(shù)可以對(duì)DNA分子進(jìn)行擴(kuò)增,所以可用于遺傳疾病的診斷、刑偵破案、古生物學(xué)、基因克隆和DNA序列測(cè)定等方面。答案:(1)磷酸基團(tuán)3端(2)耐高溫的Taq DNA聚合酶選擇培養(yǎng)基(3)變性、復(fù)性和延伸32(4)(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(cè)定等。