2019-2020学年高中生物 专题5 DNA和蛋白质技术 课题2 多聚酶链式反应扩增DNA片段同步检测（含解斩）新人教版选修1

课题2多聚酶链式反应扩增dna片段理一理判一判1.引物是一小段dna或rna。()2在一条脱氧核苷酸链中，含有羟基的末端为5端，含有磷酸基团的末端为3端。()3pcr扩增过程中，引物可反复使用。()4. pcr过程不需要解旋酶。()5dna合成子链的方向总是从子链的5端向3端延伸。()6pcr应用的前提是已知待扩增dna分子的一小段序列。()7pcr实验中使用的微量离心管、枪头等必须进行高压灭菌。()8pcr一般要经过多次循环，每次循环都要经历复性、变性和延伸三个阶段。()9移液器上的枪头每吸取一种试剂后就要更换，以防试剂污染。()悟一悟1.pcr技术所用的缓冲液和酶在实验前应分装成小份，并在20 储存。2pcr技术所用的缓冲液的配制一定要严格，或者直接购买专用扩增缓冲液。3为避免外源dna等因素的污染，进行pcr实验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。4在微量离心管中添加反应成分时，每吸取一种试剂后，微量移液器上的吸液枪头都必须更换。5为避免外源dna等因素的污染，pcr实验中所用的微量离心管、枪头、缓冲液以及蒸馏水等在使用前必须进行高压蒸汽灭菌。6若没有pcr仪，可进行水浴扩增dna：设置3个恒温水浴锅，温度分别为94 、55 和72 ，在3个水浴锅中，依据pcr仪处理时间来回转移pcr反应的微量离心管即可。感悟体会：练一练1.pcr技术(多聚酶链式反应)成为分子生物学实验室的一种常规手段，其原理是利用dna半保留复制，在试管中进行dna的人工复制(如图)，在很短的时间内，将dna扩增几百万倍甚至几十亿倍，使实验室所需的遗传物质不再受限于活的生物体。下列不正确的是()a加热使dna双链打开，这一步是打开氢键，在细胞中是在解旋酶的作用下进行的b当温度降低时，引物与模板末端结合，在dna聚合酶的作用下，引物沿模板延伸，最终合成2个dna分子，此过程中原料是脱氧核苷酸，遵循的原则是碱基互补配对原则cpcr技术的必需条件，除了模板、原料、atp、酶以外，至少还有液体环境、适宜的温度和ph等三个条件d若将一个用15n标记的dna分子放入试管中，以14n标记的脱氧核苷酸为原料，连续复制4次之后，则15n标记的dna分子占全部dna总数的比例为1/16解析：据题图分析，第一步加热的目的是解旋，即使dna双链打开，破坏的是碱基对之间的氢键，该过程在细胞中需要解旋酶的催化，a项正确；当温度降低时，引物与模板末端结合，在dna聚合酶的作用下，引物沿模板延伸，最终合成2个dna分子，此过程以4种脱氧核苷酸为原料，遵循碱基互补配对原则，b项正确；pcr技术除了需要模板、原料、atp、酶等必要条件以外，至少还需要三个条件，即液体环境、适宜的温度和酸碱度(ph)，c项正确；pcr技术利用了dna复制的原理，由于dna复制为半保留复制，因此连续复制4次之后，将产生2416个子代dna分子，其中有两个dna分子中含有15n标记，因此15n标记的dna分子占全部dna总数的比例2/161/8，d项错误。答案：d2金属硫蛋白(mt)是一类广泛存在的金属结合蛋白，某研究小组计划通过多聚酶链式反应(pcr)扩增获得目的基因，构建转基因工程菌，用于重金属废水的净化处理。pcr扩增过程的示意图如下，请回答下列问题：(1)图中步骤1代表_，步骤2代表退火，步骤3代表延伸，这三个步骤组成一轮循环。(2)pcr扩增时，退火温度的设定是成败的关键。退火温度过高会破坏_的碱基配对。退火温度的设定与引物长度、碱基组成有关，长度相同但_的引物需要设定更高的退火温度。(3)如果pcr反应得不到任何扩增产物，则可以采取的改进措施有_(填序号：升高退火温度降低退火温度重新设计引物)。解析：(1)图中步骤1、2、3分别表示变性、退火、延伸，这三个步骤组成一轮循环。(2)退火表示引物与模板链相连，若温度过高会破坏引物与模板的碱基配对。由于gc间三个氢键，at间两个键，所以gc含量越高的引物，退火温度越高。(3)pcr反应得不到任何扩增产物，可能是退火温度过高，导致引物与模板不能相连，或引物间相互配对，引物自连，不能与模板相连，可通过降低退火温度或重新设计引物进行改进。答案：(1)变性(2)引物与模板gc含量高(3)考点1 实验原理1.2019乌鲁木齐市第四中学高二期中下列关于pcr扩增技术的叙述，错误的是()a其基本原理是dna的半保留复制b获取目的基因的前提之一是要有引物dna双链c起催化作用的不是dna连接酶d子代dna数量的增殖呈指数方式解析：pcr技术的原理是dna双链复制，a项正确；引物是单链的，b项错误；起催化作用的是耐高温的dna聚合酶，不需要dna连接酶，c项正确；pcr技术的原理是dna双链复制，因此子代dna数量的增殖呈指数方式，d项正确。答案：b22019石河子第二中学高二月考在进行pcr的过程中，引物的作用是()a打开dna双链，使dna解旋为单链b催化合成dna子链c使dna聚合酶能够从引物的3端开始复制d为dna复制过程提供模板解析：在进行pcr的过程中通过加热打开dna双链，使dna解旋为单链，a项错误；热稳定性dna聚合酶催化合成dna子链，b项错误；引物可与dna单链的一端结合，使dna聚合酶能够从引物的3端开始复制，c项正确；解旋后的每一条单链为dna复制过程提供模板，d项错误。答案：c32019河北高二期末下列有关pcr技术的说法，正确的是()a原理是dna双链复制b应加入碱基序列相同的引物c需要在扩增仪中加入解旋酶d在进行pcr的过程中应保持温度不变解析：在进行pcr的技术的原理是dna双链复制，a项正确；pcr技术应加入碱基序列不同的两种引物，b项错误；pcr技术利用高温解旋，不需要加入解旋酶，c项错误；在进行pcr的过程中需要改变温度，d项错误。答案：a42019北京高二期末关于pcr技术的叙述，正确的是()apcr反应体系中需要添加解旋酶以获得单链模板bpcr体系中一定要添加从受体细胞中提取的dna聚合酶c已知基因的部分序列时也可用pcr方法进行目的基因的扩增d在设计两种引物时，需要让引物和引物之间的碱基序列互补解析：pcr反应体系中不需要加入解旋酶，因为pcr过程中是靠高温使dna热变性，进而解开双链dna, a项错误；pcr反应体系中需添加四种脱氧核苷酸作为原料，不需要加受体细胞的dna聚合酶，因为受体细胞的dna聚合酶不耐高温，而是加耐高温的taq酶，b项错误；已知基因的部分序列时也可用pcr方法进行目的基因的扩增，c项正确；pcr反应体系方法扩增目的基因一定要设计出2种引物，但是2种引物之间不能互补，d项错误。答案：c52019江苏高二期末如图是pcr技术扩增过程中，引物对与模板结合的示意图，则由一个该模板dna片段扩增n次后，可获得2n 个子代dna片段。下列有关叙述正确的是()a该过程需要的原料是核糖核苷酸b该过程中至少需要引物的数量是2n2c该过程需要解旋酶和热稳定dna聚合酶d两条链等长的子代dna数量是2n2n解析：该过程需要的原料是脱氧核苷酸，a项错误；一个模板dna片段扩增n次后，可获得2n 个子代dna片段，共2n1条dna单链，除最初的模板链外均含有引物，该过程中至少需要引物的数量是2n12，b项错误；该过程不需要解旋酶，dna在高温下解旋，需要热稳定dna聚合酶，c项错误；经过n次扩增后，得到dna总数是2n，其中只含有一种引物的dna分子有2个，含有两种引物但两条链不等长的dna分子共有2n2个，则共有2n个dna分子两条链不等长，故两条链等长的子代dna数量是2n2n，d项正确。答案：d考点2 实验操作6.2019北京四中高二期中下列关于pcr技术所需条件的表述中，正确的是()单链的脱氧核苷酸序列引物 目的基因所在的dna片段 4种脱氧核苷三磷酸4种核糖核苷三磷酸 dna连接酶耐高温dna聚合酶限制性核酸内切酶abc d解析：pcr需要一对引物，即一对单链的脱氧核苷酸序列引物，正确；pcr需要模板，即目的基因所在的dna片段，正确；pcr需要4种脱氧核苷三磷酸(dntp)作为原料，正确；pcr需要4种脱氧核苷三磷酸(dntp)作为原料，错误；采用pcr合成dna时，不需要dna连接酶，需要热稳定dna聚合酶，错误；体外合成dna时，需要耐高温dna聚合酶，正确；体外合成dna时，不需要限制性内切酶，错误；故正确的有，c正确。答案：c一、选择题12019内蒙古集宁一中高二期中下列关于pcr技术的说法中，不正确的是()apcr是体外复制dna的技术btaq酶是一种热稳定的dna聚合酶cpcr扩增中必须有解旋酶才能解开双链dnadpcr利用的是dna双链复制原理解析：pcr是一项在生物体外复制特定dna的核酸合成技术，a项正确；pcr要在体外高温条件进行，taq酶是一种热稳定的dna聚合酶，b项正确； pcr扩增中双链dna解开不需要解旋酶，高温条件下氢键可自动解开，c项错误；pcr利用的是dna双链复制原理，将基因的核苷酸序列不断复制，使其数量呈指数式增加，d项正确。答案：c22019江苏省涟水中学高二月考利用 pcr 技术可将某小段 dna 分子扩增n代，需()a测定 dna 分子两端的核苷酸序列，以便设计引物对b2n1 个引物参与子代 dna 分子的合成c向反应体系中加入解旋酶、dna 聚合酶等d保持反应体系温度恒定，确保扩增的正常进行解析：利用pcr技术扩增dna时需要引物的参与，因此需要测定dna分子两端的核苷酸序列，以便设计引物对，a项正确；dna分子复制方式为半保留复制，因此(2n1)对引物参与子代dna分子的合成，b项错误；pcr技术中双链dna解开不需要解旋酶，且pcr扩增dna分子是在较高温度下进行的，因此需要热稳定dna聚合酶，c项错误；pcr扩增的过程为高温变性、低温复性、中温延伸，可见整个过程中并不要保持恒温，d项错误。答案：a32019内蒙古一机一中高二期中以下对pcr技术操作过程的叙述，正确的是()apcr扩增dna时必须使用解旋酶和taq dna聚合酶bpcr过程中引物的作用是保证新链的合成方向为3端5端c在95 、55 和72 的温度下，taq dna聚合酶都有活性d高压灭菌的微量移液器枪头每吸取一种试剂后不需要更换解析：pcr扩增dna时不需要使用解旋酶，该过程利用高温打开氢键，a错误；pcr过程中引物的作用是保证新链的合成方向为5端3端，b错误；pcr中，通过改变温度即95 、55 和72 来进行dna扩增，故该过程中taq dna聚合酶都有活性，c正确；高压灭菌的微量移液器枪头每吸取一种试剂后需要更换后，再吸取其他试剂，d错误。答案：c42019河北高二月考pcr是一种在生物体外扩增特定dna片段的技术，下列关于pcr叙述正确的是()apcr技术所用的仪器是dna合成仪bpcr所需的酶为热稳定dna聚合酶和dna连接酶c循环一次要经过变性、复性、延伸三个步骤dpcr过程所需的两种引物是可以互补配对的解析：dna合成仪是按照人们预先设定dna序列，从无到有，从头合成，以循环的化学反应合成出dna链，与pcr技术不同，pcr就是利用dna聚合酶对特定基因做体外或试管内的大量合成，基本上它是利用dna聚合酶进行专一性的连锁复制，因此体外扩增dna片段应该是pcr仪，不是dna合成仪，a项错误；pcr技术中所需的taq酶是一种热稳定dna聚合酶，pcr技术不需要dna连接酶，细胞内dna复制需要dna聚合酶和dna连接酶，b项错误；pcr的一个循环要经历变性、复性和延伸三个步骤，c项正确；pcr过程所需的两种引物是不能有互补性，否则引物之间会配对形成双链dna，d项错误。答案：c52019福建省南安市侨光中学高二月考pcr仪实质上是一台自动调控温度的仪器，下列关于它调控不同温度的目的叙述错误的是()a94 ，使dna分子变性，解开螺旋b55 ，引物与作为模板的单链dna特定部位相互配对、结合c72 ，使dna分子开始复制，延伸d72 ，使dna分子恢复双螺旋结构，恢复活性解析：94 ，使dna分子变性，解开螺旋，a项正确；55 ，引物与作为模板的单链dna特定部位相互配对、结合，b项正确；72 ，使dna分子开始复制，延伸，c项正确，d项错误。答案：d二、非选择题62019西藏拉萨中学高二月考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)在适温延伸过程中，必须加一特定的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：(1)pcr技术的原理是模拟生物体内dna分子复制的过程。(2)pcr扩增过程中通过95 高温处理，使dna双链解开成为单链，形成单链dna分子；在生物体内dna分子解旋形成单链是在解旋酶的作用下完成的。(3)图示中看出该dna聚合酶在65 75 发挥功能，与一般人体细胞中的dna聚合酶相比，最主要的特点是耐高温。(4)经3次扩增，形成了8个dna分子，其中只有两条dna单链上没有引物，且两条这两条单链不在同一个dna分子中，故含有3h 标记的dna分子占100%。(5)dna片段含200对脱氧核苷酸，经3次扩增，形成了8个dna分子，其中只有两条dna单链上没有引物，因此该过程中需要游离的脱氧核糖核苷酸数是2002(81)14202 520个。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)2 52072019贵州省铜仁第一中学高二期中pcr技术广泛用于对少量dna样品的大量扩增过程中，尤其在法医鉴定中有重要的意义。pcr扩增过程示意图如图，请回答下列问题：(1)pcr技术的原理是_。pcr反应中需要加入缓冲液、引物、模板dna、_、_。(2)图中步骤1代表_，步骤2代表_，步骤3代表延伸，这三个步骤组成一轮循环。(3)引物1和引物2的碱基序列_(相同/不同)。若一个dna分子在pcr中经历n轮循环，理论上需要消耗_个引物，由引物形成子链的延伸方向是_。(4)pcr扩增时，退火温度的设定是成败的关键，退火温度过高会破坏_之间的碱基配对。退火温度的设定与引物长度、碱基组成有关，长度相同但gc含量高的引物需要设定_(更高/更低)的退火温度。解析：(1)pcr技术的原理是dna的半保留复制。pcr反应中需要加入缓冲液、引物、模板dna、四种脱氧核苷酸、dna聚合酶(taq酶)。(2)图中步骤1、2、3分别代表变性、复性、延伸，这三个步骤组成一轮循环。(3)引物1和引物2的碱基序列不同。若一个dna分子在pcr中经历n轮循环，理论上需要消耗2n12个引物，由引物形成子链的延伸方向是由53。(4)退火表示引物与模板相连，若退火温度过高会破坏引物与模板的碱基配对，由于gc之间有三个氢键 at之间有两个氢键，所以gc含量越高的引物，退火温度越高。答案：(1)dna的半保留复制四种脱氧核苷酸taqdna聚合酶(2)变性复性(3)不同2n12由53(4)引物与模板更高82019武进区礼嘉中学高二月考pcr是一种快速扩增dna的方法，用于放大特定的dna片段，数小时内可使目的基因片段扩增数百万份。pcr技术需要模板dna、引物、四种脱氧核苷酸和dna聚合酶等条件。请回答相关问题：(1)pcr的全称是_，是一种_迅速扩增dna片段的技术。该过程所需的酶具有_的特点。(2)pcr的反应过程主要包括_、_、_三个阶段，先用95 高温处理的目的是_，而这一过程在细胞内是通过_的催化实现的。(3)dna子链复制的方向是_，这是由于dna聚合酶只能从引物的_端开始连接单个脱氧核苷酸分子。(4)在pcr技术中所需要的引物实质上是一种单链dna或rna分子。请绘出引物结合的位置。解析：(1)pcr的全称是多聚酶链式反应，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。在pcr技术中需用95 高温处理使dna解旋，而高温会使一般的dna聚合酶变性失活，所以该过程所需的酶具有热稳定性高的特点。(2)pcr的反应过程主要包括变性、复性、延伸三个阶段，在pcr技术中先用95 高温下处理的目的是使dna变性，使dna解旋为单链，而这一过程在细胞内是通过解旋酶的催化实现的。(3)引物通常是一种单链dna，它能与解开的dna母链的3端结合，为dna聚合酶提供吸附位点，使dna聚合酶从引物的3端开始连接脱氧核苷酸，从而决定了dna子链复制的方向是从5端到3端。(4)引物可与dna母链的一段碱基序列互补配对，由于dna的两条链为反向螺旋，所以引物结合的位置：。答案：(1)多聚酶链式反应体外热稳定性高(耐高温)(2)变性复性延伸使dna解旋为单链dna解旋酶(3)从5端到3端3(4)9近10年来，pcr技术(多聚酶链式反应)成为分子生物学实验室的一种常规手段，其原理是利用dna半保留复制，在试管中进行dna的人工复制(如下图)，在很短的时间内，将dna扩增几百万倍甚至几十亿倍，使实验室所需的遗传物质不再受限于活的生物体。(1)加热使dna双链打开，这一步是打开_键，称为_，在细胞中是在_酶的作用下进行的。(2)当温度降低时，引物与模板末端结合，在_酶的作用下，引物沿模板延伸，最终合成2条dna分子，此过程中原料是_，遵循的原则是_。(3)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(4)通过pcr技术使dna分子大量复制，若将一个用15n标记的dna分子放入试管中，以14n标记的脱氧核苷酸为原料，连续复制4次以后，则15n标记的dna分子占全部dna总数的比例为_。(5)现有一段dna序列：5caaggatcc 33gttcctagg 5如果它的引物1为5ggaoh，则引物2为_。解析：图示为利用pcr技术扩增dna的过程。首先高温(94 )，将双链dna解旋；之后适当降温(55 )，让引物与两解开的模板链结合；再升温(72 )，利用原料合成核苷酸链(需耐高温的dna聚合酶)，最后得到两个子代dna；如此反复循环，得到大量相同的dna。(1)dna两条链之间的碱基通过氢键形成碱基对，从而将两条链连接起来。因而，要想打开dna双链，必须打开氢键，这一过程在细胞内是在解旋酶作用下完成的，在细胞外(pcr)则是通过高温实现的。(2)合成dna时，所用的原料是4种游离的脱氧核苷酸，复制过程遵循碱基互补配对原则。(3)根据表格中对dna体内复制与pcr反应的部分对比分析，pcr反应中合成dna子链时能量来源于原料(脱氧核苷三磷酸，即datp、dttp、dgtp、dctp)水解释放的能量。(4)用含15n标记的dna分子作为模板，连续复制4次，共得到dna分子数为2416个，其中含有15n标记的有两个，占全部dna分子总数的1/8。(5)根据dna的结构特点有“双链反向平行”推测：结合题中已知的双链dna的序列，引物1是与已知dna中“5caaggatcc3”右端(即3)碱基配对连接，则引物2应与已知dna中3gttcctagg5左端(即3)碱基进行配对连接，所以引物2的碱基序列为“5caaoh”。答案：(1)氢解旋解旋(2)taq dna聚合4种脱氧核苷酸碱基互补配对原则(3)原料水解产生的能量(4)1/8(5)5caaoh10pcr(多聚酶链式反应)技术是一项在生物体外复制特定的dna片段的核酸合成技术，如图表示合成过程。请据图分析回答下列问题：(1)a过程高温使dna变性解旋，对该过程的原理叙述，正确的是：_ 。a该过程用到耐高温的解旋酶破坏氢键b该过程用限制酶破坏磷酸二酯键c该过程不需要解旋酶的作用d该过程与人体细胞内的相关过程完全相同(2)c过程要用到的酶是_。这种酶在高温下仍保持活性，因此在pcr扩增时_(填“可以”或“不可以”)一次性加入。pcr反应的进行除需提供酶外，还需要满足的基本条件有_。(3)如果把模板dna的两条链用15n标记，游离的脱氧核苷酸不做标记，控制“95 55 72 ”温度循环3次，则在形成的子代dna中含有15n标记的dna占_。 (4)如果模板dna分子共有a个碱基对，其中含有胞嘧啶m个，则该dna复制10次，需要加入胸腺嘧啶脱氧核苷酸_个。(5)pcr中由碱基错配引起的变异属于_。假设对一个dna进行扩增，第一次循环时某一条子链上发生碱基错配，则扩增若干次后检测所有扩增片段，与原dna相应片段相同的占_。解析：(1)a过程高温使dna变性解旋，不需要用解旋酶，高温所起的作用类似于解旋酶，使双链dna解旋成为单链，a、b两项错误，c项正确；该过程与人体细胞内的相关过程不完全相同，人体细胞内的解旋是在解旋酶的作用下完成的，d项错误。(2)c过程为pcr技术的延伸阶段，当系统温度上升至72 左右，溶液中的四种脱氧核苷酸在taq dna聚合酶的作用下合成新的dna链。taq dna聚合酶是耐热的，高温下不变性，所以一次性加入即可。pcr反应的进行除需提供酶外，还需要满足的基本条件有dna模板、引物、四种脱氧核苷酸、适当的温度。(3)pcr技术的原理是dna双链复制，遵循dna半保留复制的特点。经过三次循环，共产生238个dna分子，其中有2个dna分子含有15n标记，因此在形成的子代dna中含有15n标记的dna占2825%。(4)依题意可知：在该模板dna分子中共有atgc2a个碱基，其中cm个碱基。依据碱基互补配对原则可推知，在该dna分子中，cgm个