第11单元第58讲DNA相关的两个重要实验（答案）

第58讲DNA相关的两个重要实验【课标要求】1.实验：DNA的提取与鉴定；2.实验：利用聚合酶链式反应(PCR)扩增DNA片段并完成电泳鉴定或运用软件进行虚拟PCR实验。实验17DNA的粗提取与鉴定实验回归1.实验思路、原理(1)提取的基本思路：DNA、RNA、蛋白质和脂质等在物理和化学性质方面存在差异，利用这些差异，对DNA进行提取。(2)相关原理2.材料选择(1)依据：选用DNA含量高的组织，成功的可能性更大。(2)常用材料：新鲜洋葱、香蕉、菠菜、菜花、鸡血和猪肝等(方法可能稍有不同)。3.实验过程解疑释惑(1)研磨液的成分和作用研磨液成分作用SDS使蛋白质变性EDTA抑制DNA酶Tris－HCl缓冲液稳定DNA(2)研磨的目的：破碎细胞，使核物质容易溶解在研磨液中。(3)低温放置几分钟(或酒精预冷)的作用：①可抑制核酸水解酶的活性，进而抑制DNA降解；②抑制DNA分子运动，使DNA易形成沉淀析出；③低温有利于增加DNA的柔韧性，减少其断裂。(4)搅拌时应轻缓、并沿一个方向的目的：减少DNA断裂，以便获得较完整的DNA分子。(5)思考：教材为什么将DNA粗提取实验安排在基因工程部分？提示：PCR需要的模板就是从细胞中提取的。(科研人员提取DNA的技术更高，无论实验室操作还是科研人员操作，都要尽可能提纯并保证DNA的完整性。)实验延伸用鸡血细胞作为实验材料的操作流程(苏教版)步骤材料/方法说明制备鸡血细胞液新鲜鸡血哺乳动物成熟的红细胞没有细胞核(或不含有DNA)，故不选用哺乳动物的血液作为高中DNA提取的材料提取血细胞核物质加入一定量的蒸馏水，破碎细胞，并用玻璃棒搅拌，过滤，获取含有DNA的滤液细胞吸水涨破，玻璃棒搅拌加速细胞破裂析出DNA①取滤液加入物质的量浓度为2mol·L－1的NaCl溶液；②缓缓加入一定量的蒸馏水，调节物质的量浓度至0.14mol·L－1，析出DNA，丝状物不再增加时停止加蒸馏水；③用玻璃棒挑起丝状物，获得含一定杂质的DNADNA在不同浓度NaCl溶液中溶解度不同向滤液中加入等体积的、冷却的体积分数为95%的酒精，静置2～3min，并用玻璃棒沿一个方向搅拌，卷起白色丝状物DNA酒精能够减少DNA的降解，同时也能够溶解杂质实验素养一、实验基本理论——实验变量与原则取两支20mL的试管，各加入2mol·L－1的NaCl溶液5mL。将丝状物或沉淀物溶于其中一支试管的NaCl溶液中。然后，向两支试管中各加入4mL的二苯胺试剂。混合均匀后，将试管置于沸水中加热5min。待试管冷却后，比较两支试管中溶液颜色的变化。1.上述实验中，自变量是丝状物或沉淀物的有无，因变量是溶液颜色，无关变量是2_mol·L－1的NaCl溶液、二苯胺试剂和沸水及加热5_min等。2.实验遵循的原则：两支20mL的试管说明实验需要分组,2mol·L－1的NaCl溶液5mL、4mL的二苯胺试剂和沸水中加热5min中的数字则说明实验要遵循等量原则，“将丝状物或沉淀物溶于其中一支试管的NaCl溶液中”则说明实验需遵循单一变量原则。二、试剂的选择和使用1.使用鸡血提取DNA时，需在鸡血中加入柠檬酸钠，目的是防止血液凝固；在鸡血细胞溶液中加入蒸馏水，目的是使鸡血细胞破裂。2.使用洋葱提取DNA时，需要加入研磨液，研磨液能够防止DNA被水解，另外有利于蛋白质与DNA发生分离。3.DNA在物质的量浓度为0.14mol·L－1的NaCl溶液中溶解度最低。使用体积分数为95%的冷却酒精可使DNA析出(填“析出”或“溶解”)。4.此实验中二苯胺试剂的作用是鉴定DNA，需要现配现用。题组运用1.(2024·安徽卷)下列关于“DNA粗提取与鉴定”实验的叙述，错误的是(D)A．实验中如果将研磨液更换为蒸馏水，DNA提取的效率会降低B．利用DNA和蛋白质在酒精中的溶解度差异，可初步分离DNAC．DNA在不同浓度NaCl溶液中溶解度不同，该原理可用于纯化DNA粗提物D．将溶解的DNA粗提物与二苯胺试剂反应，可检测溶液中是否含有蛋白质杂质【解析】研磨液有利于DNA的溶解，换为蒸馏水，DNA提取的效率会降低，A正确；DNA不溶于酒精溶液，但细胞中的某些蛋白质溶于酒精，可据此分离DNA，B正确；DNA在NaCl溶液中的溶解度随着NaCl浓度的变化而改变，因此可用不同浓度的NaCl溶液对DNA粗提物进行纯化，C正确；在沸水浴的条件下，DNA遇二苯胺试剂会产生蓝色，二苯胺试剂用于鉴定DNA，不能检测溶液中是否含有蛋白质杂质，D错误。2.(2024·山东卷)关于“DNA的粗提取与鉴定”实验，下列说法正确的是(A)A．整个提取过程中可以不使用离心机B．研磨液在4℃冰箱中放置几分钟后，应充分摇匀再倒入烧杯中C．鉴定过程中DNA双螺旋结构不发生改变D．仅设置一个对照组不能排除二苯胺加热后可能变蓝的干扰【解析】在“DNA的粗提取与鉴定”实验中，可将获得的研磨液用纱布过滤后，在4℃的冰箱中放置几分钟，再取上清液，也可以直接将研磨液用离心机进行离心后取上清液，A正确，B错误；鉴定过程中用沸水浴加热，DNA双螺旋结构会发生改变，C错误；加入二苯胺试剂后沸水浴处理的时间要在5min以上，且要等到冷却后再观察结果，这样才可以观察到较为明显的显色反应，仅设置一个对照组即可，二苯胺试剂本身加热后不会变蓝，D错误。实验18利用PCR技术扩增DNA片段并电泳鉴定实验回归1.实验原理(1)扩增原理：PCR利用了DNA的热变性原理，通过调节温度来控制DNA双链的解聚与结合。PCR仪实质上就是一台能够自动调控温度的仪器。一次PCR一般要经历30次循环。(2)电泳原理：DNA分子具有可解离的基团，在一定的pH下，这些基团可带正电荷或负电荷。在电场的作用下，这些带电分子会向与它所带电荷相反的电极移动。(3)鉴定原理：PCR的产物一般通过琼脂糖凝胶电泳来鉴定。在凝胶中DNA分子的迁移速率与凝胶的浓度、DNA分子的大小和构象等有关。凝胶中的DNA分子通过染色，可以在波长为300_nm的紫外灯下被检测出来。2.设备：PCR仪、电泳装置等。3.实验过程(1)PCR操作过程循环程序变性复性延伸预变性94℃，5min——30次94℃，30s55℃，30s72℃，1min最后1次94℃，1min55℃，30s72℃，10min注：①预变性可使DNA充分变性，以利于引物更好地和模板结合；②最后一轮延伸给予更长时间的主要目的是：使子链充分延伸，得到更多的等长DNA。(2)电泳鉴定：配制琼脂糖溶液，加入核酸染料混合→制备凝胶→加缓冲液(没过凝胶1mm为宜)→加样(PCR产物与含指示剂的凝胶载样缓冲液混合，留一个孔加标准参照物)→进行电泳(待指示剂前沿迁移接近凝胶边缘时停止)→紫外灯下鉴定。解疑释惑注意区分“核酸染料”和“指示剂”！指示剂一般是加样时添加的，主要有3个作用：①提示操作者何时停止电泳；②有助于判断加样时样品是否到达加样孔底部；③由于指示剂密度较大，有助于DNA样品沉降。题组运用1.(2024·黑吉辽卷)关于采用琼脂糖凝胶电泳鉴定PCR产物的实验，下列叙述正确的是(A)A．琼脂糖凝胶浓度的选择需考虑待分离DNA片段的大小B．凝胶载样缓冲液中指示剂的作用是指示DNA分子的具体位置C．在同一电场作用下，DNA片段越长，向负极迁移速率越快D．琼脂糖凝胶中的DNA分子可在紫光灯下被检测出来【解析】琼脂糖凝胶的浓度会影响DNA分子在凝胶中的迁移率和分辨率，琼脂糖凝胶的浓度通常是根据所需分离的DNA片段大小来选择的。对于较大的DNA片段，比如基因组DNA或质粒DNA，通常选择较低浓度的琼脂糖凝胶，因为它们需要更大的孔径来有效迁移。而对于较小的DNA片段，比如PCR产物或酶切片段，则需要选择较高浓度的琼脂糖凝胶，以提供更好的分辨率和分离效果，A正确。凝胶载样缓冲液中的指示剂通常是一种颜色较深的染料，可以作为电泳进度的指示分子，当指示剂前沿接近凝胶边缘时(可看蓝色条带)，则停止电泳，B错误。在琼脂糖凝胶电泳中，当电场作用时，DNA片段在高于等电点的pH溶液中带负电，向正极迁移，同时，DNA片段的迁移速率与其大小成反比，即DNA片段越长，迁移速率越慢，C错误。琼脂糖凝胶中的DNA分子需染色后，才可在波长为300nm的紫外灯下被检测出来，D错误。2.某实验利用PCR技术获取目的基因，实验结果显示除目的基因条带(引物与模板完全配对)外，还有2条非特异条带(引物和模板不完全配对)。为了减少反应中非特异条带的产生，以下措施中有效的是(D)A．增加模板DNA的量B．延长热变性的时间C．延长延伸的时间D．提高复性的温度【解析】PCR过程中，引物和模板不完全配对会形成非特异条带，增加模板DNA的量不会减少反应中非特异条带的产生；延长热变性的时间有利于双链DNA解聚为单链，不能减少反应中非特异条带的产生；延长延伸的时间有利于合成新的DNA链，但不能减少反应中非特异条带的产生；在一定温度范围内，选择较高的复性温度可减少引物和模板间的非特异性结合。配套精练第58讲DNA相关的两个重要实验一、单项选择题1.(2025·海门一诊)下列有关“DNA粗提取与鉴定”“DNA片段的扩增及电泳鉴定”实验的叙述，错误的是(B)A．可利用DNA和某些蛋白质在酒精中的溶解度不同来粗提取DNAB．提取到的白色丝状物与一定浓度的NaCl溶液混合，沸水浴后变蓝C．PCR反应体系中加入的DNA聚合酶可在延伸过程中起作用D．琼脂糖溶液中加入核酸染料，便于在紫外灯下检测扩增产物【解析】提取到的白色丝状物与一定浓度的NaCl溶液混合，加入二苯胺试剂，沸水浴后变蓝。2.下列关于“DNA粗提取与鉴定”实验的叙述，错误的是(A)A．用同样方法从等体积兔血和鸡血中提取的DNA量相近B．DNA析出过程中，搅拌操作要轻柔以防DNA断裂C．预冷的乙醇可用来进一步纯化粗提的DNAD．用二苯胺试剂鉴定DNA需要进行水浴加热【解析】兔属于哺乳动物，其成熟的红细胞没有细胞核及各种细胞器，提取不到DNA，而鸡属于鸟类，其红细胞内含有细胞核与各种细胞器，DNA含量较多，A错误；DNA分子非常容易断裂，轻柔搅拌的目的是获得较完整的DNA分子，B正确；DNA不溶于酒精，蛋白质可以溶于酒精，所以冷却的体积分数为95%的酒精溶液可以进一步纯化粗提的DNA，C正确；将析出的DNA溶解在2mol·L－1的NaCl溶液中，加入二苯胺试剂后需要沸水浴加热冷却才会呈现蓝色，D正确。3.(2022·山东卷)关于“DNA的粗提取与鉴定”实验，下列说法错误的是(B)A．过滤液沉淀过程在4℃冰箱中进行是为了减少DNA降解B．离心研磨液是为了加速DNA的沉淀C．在一定温度下，DNA遇二苯胺试剂呈现蓝色D．粗提取的DNA中可能含有蛋白质【解析】低温能够降低酶的活性，故将过滤液沉淀过程在4℃冰箱中进行是为了减少DNA降解，A正确；离心研磨液的目的是加速细胞膜、细胞器、一些较大杂质的沉淀，B错误；DNA遇二苯胺试剂(沸水浴)会形成蓝色，因此，二苯胺试剂可以鉴定DNA，C正确；若提取的丝状物为黄色，说明提取的DNA纯度不高，可能含有蛋白质等杂质成分，D正确。4.(2023·广东卷)“DNA粗提取与鉴定”实验的基本过程是：裂解→分离→沉淀→鉴定。下列叙述错误的是(D)A．裂解：使细胞破裂释放出DNA等物质B．分离：可去除混合物中的多糖、蛋白质等C．沉淀：可反复多次以提高DNA的纯度D．鉴定：加入二苯胺试剂后即呈现蓝色【解析】加入二苯胺试剂后，还需沸水浴等处理才能出现蓝色。5.(2025·镇江期初)下列有关“DNA粗提取与鉴定”“DNA片段的扩增及电泳鉴定”实验的叙述，正确的是(D)A.将洋葱研磨液离心后保留沉淀物并加入冷酒精静置后，可收集到DNAB．将提取到的丝状物与二苯胺溶液充分混匀后，溶液即可变为蓝色C．在沸水浴或微波炉内加热至琼脂糖熔化前需将适量的核酸染料加入并进行混匀D．待指示剂前沿迁移接近凝胶边缘时需停止电泳并取出凝胶置于紫外灯下观察和照相【解析】将洋葱研磨液离心后保留上清液并加入冷酒精静置后，可收集到DNA，A错误；将丝状物溶于2mol·L－1的5mL的NaCl溶液中，然后向试管中加入4mL的二苯胺试剂，沸水浴加热5min，试管冷却后溶液呈现蓝色，B错误；在沸水浴或微波炉内加热至琼脂糖熔化，稍冷却后加入适量核酸染料混匀，C错误；电泳缓冲液加入电泳槽，待指示剂前沿迁移至凝胶边缘时停止电泳，以防止样品流失到缓冲液中，之后取出凝胶置于紫外灯下观察和照相，D正确。6.(2024·海安中学)免疫PCR是对微量抗原的一种检测方法。下图是利用该技术检测牛乳中微量抗生素的流程图：首先将抗体1固定在微板上，冲洗后加入待检的牛乳，再加入DNA标记的抗体2，进行PCR扩增，最后进行电泳检测，相关叙述错误的是(C)A．微量抗原—抗体反应通过PCR技术间接扩增放大，从而达到可检测的水平B．如果第三次冲洗不充分则有可能出现假阳性现象C．图示中的DNA必须是牛乳基因中的DNA片段D．PCR扩增产物的量与牛乳中抗生素的量呈正相关【解析】图中的DNA不能选用牛乳基因中的DNA片段，因为牛乳中本身就含有牛的DNA，这样会导致结果偏大。7.(2024·苏州期初)下列关于琼脂糖凝胶电泳的叙述，错误的是(A)A．加热熔化的琼脂糖完全冷却后加入适量的核酸染料B．电泳缓冲液加入电泳槽时，需没过凝胶1mm为宜C．可调容量的微量移液器应先做容量设定，再安装枪头D．停止电泳后应将凝胶置于紫外灯下，观察和照相【解析】琼脂糖凝胶制备中加入的核酸染料能与DNA分子结合，可以在波长为300nm的紫外灯下被检测出来，需待凝胶溶液冷却至常温后(不能完全冷却后加入)，再加入适量的核酸染料搅拌混匀，A错误。8.(2024·海安期初)下列关于“DNA的粗提取与鉴定”“DNA片段的扩增与电泳鉴定”实验的叙述，错误的是(D)A．选取细胞分裂旺盛的菜花表层花进行研磨是因为DNA含量高B．研磨时需加入缓冲液，防止DNA在pH发生变化时降解或变性C．在凝胶中，DNA分子的迁移速率与DNA分子的大小、构象等有关D．PCR产物出现拖尾可能是非特异性扩增过多，可适当降低退火温度【解析】新鲜的菜花DNA含量丰富，易获取，A正确；研磨时需加入缓冲液，稳定溶液的pH，防止DNA在pH发生变化时降解或变性，B正确；电泳鉴定DNA时，DNA在电场的作用下，会向着与它所带电荷相反方向的电极移动，因此在凝胶中，DNA分子的迁移速率与凝胶浓度，DNA分子的大小、构象等有关，C正确；退火温度越低，引物和底物越容易结合，错配情况越多，造成PCR特异性降低，故PCR产物出现拖尾可能是因为非特异性扩增过多，可适当提高退火温度，D错误。9.大肠杆菌经溶菌酶和洗涤剂处理后，拟核DNA就会缠绕在细胞壁碎片上，静置一段时间，质粒分布在上清液中，利用上述原理可初步获得质粒DNA。用三种限制酶处理提取的产物，电泳结果如图所示。下列关于质粒的粗提取和鉴定的叙述，错误的是(D)A．提取DNA时可加入酒精，使溶于酒精的蛋白质等物质溶解B．将提取的DNA溶于2mol·L－1NaCl溶液后，可用二苯胺试剂进行鉴定C．电泳鉴定DNA利用了DNA在电场中会向着与它所带电荷相反的电极移动的原理D．根据电泳结果，质粒上一定没有限制酶Ⅰ和Ⅱ的切割位点，而有限制酶Ⅲ的切割位点【解析】DNA在冷酒精中溶解度很低，提取DNA时加入酒精是为了让DNA析出，蛋白质等物质溶解，A正确；将提取的DNA溶于2mol·L－1NaCl溶液后，可用二苯胺试剂在沸水浴条件下进行鉴定，DNA遇二苯胺试剂会呈现蓝色，B正确；DNA带负电，电泳鉴定DNA利用了DNA在电场中会向着与它所带电荷相反的电极移动的原理，C正确；因为质粒的本质是环状的DNA，限制酶Ⅰ和Ⅱ处理后电泳只有一条条带，该质粒上可能有一个切割位点，也可能没有切割位点，D错误。10.(2024·连云港调研)数字PCR技术通过将一个样本分成几十到几万份，分配到不同的反应单元，每个单元最多包含一个拷贝的目标分子(DNA模板)，在每个反应单元中分别对目标分子进行PCR扩增，扩增结束后对各个反应单元的荧光信号进行统计学分析，如下图所示。下列相关叙述错误的是(B)A．PCR每一循环包括变性、复性(退火)和延伸三步B．数字PCR可以在常温下进行，降低了检测成本C．每个反应单元有无荧光取决于是否含有目标分子D．数字PCR可实现对样品中目标分子的绝对定量分析【解析】数字PCR也是体外DNA复制，需要高温使DNA变性，B错误。每个单元最多包含一个拷贝的目标分子，如果反应单元中有目标分子，经PCR可以扩增大量目标分子，利用荧光检测时出现荧光信号。如果反应单元中没有分配到目标分子，反应单元不进行DNA复制，没有产物，利用荧光检测时不出现荧光信号，C正确。起始待测样品分配时，待分析PCR反应体系每个反应单元中最多分配有1个DNA分子，检测时，有多少单元有荧光信号，待测样品中起始就有多少DNA分子，所以数字PCR可实现对样品中目标分子的绝对定量分析，D正确。二、多项选择题11.“关于DNA的粗提取与鉴定”实验，下列叙述正确的是(BD)A．羊的成熟红细胞可作为提取DNA的材料B．预冷的酒精溶液能抑制核酸水解酶活性，可防止DNA水解C．在切碎的洋葱中加入适量研磨液进行研磨，并过滤后弃去滤液D．沸水浴处理加入DNA粗提物、二苯胺试剂的2mol·L－1NaCl溶液会变成蓝色【解析】羊为哺乳动物，其成熟红细胞不含细胞核，不能作为提取DNA的材料，A错误；预冷的酒精溶液能抑制核酸水解酶活性，防止DNA水解，有利于提取更多的DNA，B正确；提取DNA时，在切碎的洋葱中加入适量