第3節(jié)聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)技術(shù)課時過關(guān)能力提升一、基礎(chǔ)鞏固1.下列有關(guān)PCR技術(shù)的說法,不正確的是()A.PCR技術(shù)是在細(xì)胞內(nèi)完成的B.PCR技術(shù)是一項在生物體外復(fù)制特定DNA的核酸合成技術(shù)C.PCR技術(shù)的原理與DNA復(fù)制的原理相同D.PCR技術(shù)的前提是有一段已知的目的基因的核苷酸序列答案:A解析:PCR技術(shù)是在生物體外進(jìn)行DNA復(fù)制的技術(shù),其原理與DNA復(fù)制的原理相同,但前提是必須要有一段已知的目的基因的核苷酸序列和根據(jù)核苷酸序列合成的引物。2.變性作用是指核酸雙螺旋結(jié)構(gòu)被破壞,雙鏈解開,但共價鍵并未斷裂。引起變性的因素很多,升高溫度、過酸、過堿以及加入變性劑等都能造成核酸變性。PCR的反應(yīng)過程中,引起變性的因素是()A.pH過高B.pH過低C.升高溫度D.加入酒精答案:C解析:各選項的條件均能導(dǎo)致DNA分子變性,但在PCR反應(yīng)中,變性后還要進(jìn)行復(fù)制和延伸等過程,過酸、過堿、酒精等能夠?qū)е路磻?yīng)過程中的酶變性失活,使DNA擴(kuò)增不能進(jìn)行。PCR反應(yīng)中的DNA聚合酶是耐熱的,所以可選用升高溫度使DNA變性。3.下面關(guān)于DNA對高溫的耐受性的說法,不正確的是()A.DNA對高溫的耐受性一般要比蛋白質(zhì)強(qiáng)B.DNA變性后,即使恢復(fù)到常溫,活性也不能恢復(fù)C.不同生物的DNA的“變性”溫度不一定相同D.在深海熱泉附近生活的生物的DNA對高溫的耐受性更強(qiáng),其DNA中鳥嘌呤所占的比例更高答案:B解析:DNA變性后,恢復(fù)到常溫,活性還能恢復(fù)。深海熱泉附近溫度很高,生活在那里的生物的DNA的穩(wěn)定性也應(yīng)更高。G與C之間含有三個氫鍵,T與A之間含有兩個氫鍵,G、C含量越高,DNA分子越穩(wěn)定。4.PCR實驗的特異性主要取決于()A.DNA聚合酶的種類B.反應(yīng)體系中模板DNA的量C.引物序列的結(jié)構(gòu)和長度D.循環(huán)周期的序數(shù)答案:C解析:PCR過程中要加入兩種引物,而PCR擴(kuò)增的對象就是兩種引物之間的DNA序列。5.在PCR擴(kuò)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(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.溫度過高答案:C解析:此現(xiàn)象屬于PCR技術(shù)中的假陽性現(xiàn)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。二、能力提升6.下面示意表示了DNA變性和復(fù)性。下列相關(guān)說法正確的是()A.向右的過程為加熱(7075 )變性的過程B.向左的過程是在迅速降溫的條件下DNA雙鏈復(fù)性C.變性與在生物體內(nèi)解旋過程的條件、實質(zhì)都相同D.圖中DNA片段共有4個游離的磷酸基、4個3端答案:B解析:變性后的DNA在迅速降溫后才會復(fù)性。變性與在生物體內(nèi)解旋過程的條件不同、實質(zhì)相同,在生物體內(nèi)解旋需要解旋酶,且溫度不升高。任一DNA片段都有2個游離的磷酸基和2個3端。7.下列關(guān)于PCR的說法,不正確的是()A.PCR是體外復(fù)制DNA的技術(shù)B.PCR過程中只需要模板DNA、2種引物、大量三磷酸脫氧核苷酸原料C.Taq酶是一種熱穩(wěn)定的DNA聚合酶D.PCR利用的是DNA的半保留復(fù)制原理答案:B解析:PCR技術(shù)是一種在體外迅速擴(kuò)增DNA片段的技術(shù);PCR過程除需要DNA分子雙鏈作為模板、2種引物、大量三磷酸脫氧核苷酸原料外,還需要酶和能量等。Taq酶是一種耐熱的DNA聚合酶。PCR技術(shù)的復(fù)制原理和DNA的復(fù)制原理是一樣的,都是半保留復(fù)制。8.DNA擴(kuò)增過程中,DNA片段經(jīng)若干次擴(kuò)增,其數(shù)量的理論值變化與下圖相符的是()答案:C解析:DNA擴(kuò)增與DNA復(fù)制類似,其數(shù)量都呈指數(shù)增加,其圖形與C項相符。9.“X基因”是DNA分子上一個有遺傳效應(yīng)的片段,若要用PCR技術(shù)特異性地擴(kuò)增“X基因”,需在PCR反應(yīng)中加入2種引物,2種引物及其與模板鏈的結(jié)合位置如圖甲所示。經(jīng)4次循環(huán)后產(chǎn)物中有五種不同的DNA分子,如圖乙所示,其中第種DNA分子有幾個?()甲乙A.2B.4C.6D.8答案:D解析:PCR技術(shù)擴(kuò)增DNA時,由2種引物決定所擴(kuò)增的DNA片段的特定序列,上一次循環(huán)的產(chǎn)物為下一次循環(huán)的模板。第一次循環(huán)形成和,第二次循環(huán)形成4個DNA。以此類推,4次循環(huán)后共形成16個DNA,其中各1個,各3個,共8個。10.多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR技術(shù))是體外酶促合成特異DNA片段的一種方法,由高溫變性、低溫復(fù)性及中溫延伸等幾步反應(yīng)組成一個周期,循環(huán)進(jìn)行,使目的DNA得以迅速擴(kuò)增,其簡要過程如下圖所示。下列關(guān)于PCR技術(shù)敘述不正確的是()A.PCR技術(shù)是在實驗室中以少量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)可以檢測基因突變答案:C11.近10年來,PCR技術(shù)成為分子生物學(xué)實驗室的一種常規(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(如圖),在很短的時間內(nèi),將DNA擴(kuò)增幾百萬倍甚至幾十億倍,使實驗室所需的遺傳物質(zhì)不再受限于活的生物體。請回答下列問題。(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,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2個DNA分子,此過程中原料是,遵循的原則是。(3)PCR技術(shù)的必需條件,除了模板、原料、酶以外,至少還有三個條件,即一定的緩沖溶液、適宜的和。(4)通過PCR技術(shù)使DNA分子大量復(fù)制,若將一個用15N標(biāo)記的DNA分子放入試管中,以14N標(biāo)記的脫氧核苷酸為原料,連續(xù)復(fù)制4次之后,則15N標(biāo)記的脫氧核苷酸鏈占全部脫氧核苷酸鏈總數(shù)的比例為。答案:(1)氫變性解旋(2) 4種三磷酸脫氧核苷酸堿基互補(bǔ)配對原則(3)溫度引物(4)1/16解析:DNA雙螺旋的打開過程,在細(xì)胞內(nèi)需要在解旋酶的作用下才能進(jìn)行,而這一過程在PCR反應(yīng)中,則是利用DNA分子的熱變性原理進(jìn)行的,這一過程在PCR反應(yīng)中稱為變性。PCR反應(yīng)的實質(zhì)就是完成了DNA的復(fù)制過程,因此需要DNA模板、酶、原料(三磷酸脫氧核苷酸)、適宜的溫度、引物、一定的緩沖溶液等條件,并嚴(yán)格遵循堿基互補(bǔ)配對原則進(jìn)行。因為DNA分子的復(fù)制是半保留復(fù)制,因此,一個DNA分子經(jīng)4次復(fù)制后會形成16個DNA分子,含32條脫氧核苷酸鏈,其中包含2條用15N標(biāo)記過的脫氧核苷酸鏈和30條含14N的脫氧核苷酸鏈,因此,15N標(biāo)記的脫氧核苷酸鏈占1/16。三、綜合應(yīng)用12.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)。請回答下列有關(guān)PCR技術(shù)的基本原理及應(yīng)用問題。(1)DNA的兩條鏈?zhǔn)欠聪蚱叫械?通常將磷酸基團(tuán)的末端稱為5端,當(dāng)引物與DNA母鏈遵循的原則結(jié)合后,DNA聚合酶就能從引物的3端開始延伸DNA鏈。(2)PCR利用DNA的熱變性原理解決了打開DNA雙鏈的問題,但又導(dǎo)致了DNA聚合酶失活的新問題。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)用解決了上述問題。要將Taq細(xì)菌從其他普通的微生物中分離出來,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DNA片段作為模板,請計算在5次循環(huán)后,反應(yīng)物中大約有個這樣的DNA片段。(4)簡述PCR技術(shù)的主要應(yīng)用。答案:(1)堿基互補(bǔ)配對(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)遺傳疾病的診斷、刑偵破案、古生物學(xué)、基因克隆和DNA序列測定等。解析:因PCR利用了DNA的熱變性原理解決了打開DNA雙鏈的問題,所以用于催化DNA復(fù)制過程的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。DNA復(fù)制時兩條鏈均作為模板,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)。PCR技術(shù)可以對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序列測定等方面。