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课时分层作业(十三)多聚酶链式反应扩增DNA片段(建议用时：35分钟)[基础达标练]1．DNA的复制需要引物，主要原因是()A．可加快DNA的复制速度B．引物可与DNA母链通过碱基互补配对结合C．引物的5′端有助于DNA聚合酶的延伸DNA链D．DNA聚合酶只能从3′端延伸DNA链D[DNA聚合酶不能从5′端开始合成DNA，而只能从3′端延伸DNA链，因此，DNA复制需要引物。当引物与DNA母链通过碱基互补配对结合后，DNA聚合酶就能从引物的3′端开始延伸DNA链，DNA的合成方向总是从子链的5′端向3′端延伸。]2．下列属于PCR技术的条件的是()①单链的脱氧核苷酸序列引物②目的基因所在的DNA片段③脱氧核苷酸④核糖核苷酸⑤DNA连接酶⑥耐热的DNA聚合酶⑦DNA限制性核酸内切酶A．①②③⑤B．①②③⑥C．①②③⑤⑦D．①②④⑤⑦B[PCR技术的条件：模板，本题为第②项；引物，本题为第①项；原料，本题为第③项；酶，本题为第⑥项。]3．下列有关PCR的描述，不正确的是()A．是一种酶促反应B．反应需要引物C．扩增产量按y＝(1＋x)n计算D．扩增对象是氨基酸序列D[PCR是一种需要耐热DNA聚合酶参与的，且需要引物的酶促反应，与细胞内DNA复制不同的是，整个过程中温度是变化的。PCR扩增的对象是DNA序列。故选D。]4．标准的PCR过程一般分为变性、复性、延伸三大步，这三大步需要的温度依次是()A．95℃、55℃、72℃B．72℃、50℃、92℃C．50℃、92℃、72℃D．80℃、50℃、72℃A[当温度上升到90℃(90～96℃)以上时，双链DNA解聚为单链，称之为变性；当温度下降到50℃(40～60℃)左右时，两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合，称为复性；当温度上升到72℃(70～75℃)时，溶液中的四种脱氧核苷酸(A、T、C、G)在TaqDNA聚合酶的作用下，根据碱基互补配对原则合成新的DNA链，称为延伸。]5．PCR反应的最大特点是具有较大扩增能力与极高的灵敏性，但令人头痛的问题是易污染，极其微量的污染即可造成假阳性的产生。下列防止污染的方法中不正确的是()A．将样品的处理、配制PCR反应液、PCR循环扩增及PCR产物的鉴定等步骤分区或分室进行B．吸样枪吸样要慢，吸样时尽量一次性完成，枪头小套、小离心管应一次性使用，以免交叉污染C．所有PCR试剂都应放置于大瓶分装，以减少重复加样次数，避免污染机会D．PCR试剂、PCR反应液应与样品及PCR产物分开保存，不应放于同一冰盒或同一冰箱C[所有的PCR试剂都应放置于小瓶分装，一次性用完，避免因多次使用造成污染。]6．下列有关PCR技术的说法中，不正确的是()A．PCR技术是在细胞内完成的B．PCR技术是一项在生物体外复制特定DNA的核酸合成技术C．PCR技术的原理与DNA复制的原理相同D．PCR技术的前提是有一段已知的目的基因的核苷酸序列A[PCR技术是在生物体外进行DNA复制的技术，其原理与DNA复制的原理相同，但前提是必须要有一段已知的目的基因的核苷酸序列和根据核苷酸序列合成的引物。]7．PCR实验中使用的微量离心管、缓冲溶液以及蒸馏水使用前必须进行的关键步骤是()A．反复洗涤B．用酒精擦洗C．高压灭菌D．在－20℃储存C[为了避免外源DNA等因素的污染，PCR实验中使用的微量离心管、缓冲溶液以及蒸馏水等在使用前必须进行高压灭菌。PCR所用的缓冲溶液和酶应分装成小份，并在－20℃储存。使用前，将所需的试剂从冰箱内拿出，放在冰块上缓慢融化。故选C。]8．PCR操作过程中，对于温度的控制，应当控制在()A．37℃B．室温C．80℃D．先为95℃，然后降至55℃，最后调至72℃D[利用PCR技术体外扩增DNA时，不需要解旋酶，而是通过加热破坏双螺旋结构。然后再降温至55℃左右，两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合。]9．在进行DNA亲子鉴定时，需大量的DNA。PCR技术(多聚酶链式反应)可以使样品DNA扩增，获得大量DNA克隆分子。该技术的原理是利用DNA的半保留复制，在试管中进行DNA的人工复制(如下图，图中黑色长方形是引物)。(1)图中的变性、延伸分别是指______、__________________。(2)假设PCR反应中的DNA模板为P，第一轮循环的产物2个子代DNA为N1，第二轮的产物4个子代DNA为N2，N1、N2中分别含有模板DNA单链的DNA分别有________个、________个。若继续循环，该DNA片段共经过30次循环后能形成________个DNA片段。(3)某样品DNA分子中共含3000个碱基对，碱基数量满足：A＋TG＋C＝12，若经5次循环，至少需要向试管中加入________个腺嘌呤脱氧核苷酸。(不考虑引物所对应的片段)(4)若下图为第一轮循环产生的产物，请绘出以a链和b链为模板经PCR扩增的产物。[解析](1)变性的实质是DNA双链解旋；延伸的实质是以DNA单链为模板，按照碱基互补配对原则合成子链的过程。(2)由于PCR原理为DNA双链复制，其特点是半保留复制，所以无论复制几次，模板链一直存在于2个DNA分子中。DNA复制的数量变化是指数式增长方式。(3)由(A＋T)/(G＋C)＝1/2可知A∶T∶G∶C＝1∶1∶2∶2，所以A的比例为1/6，在一个DNA分子中的数量为3000×2×(1/6)＝1000个，5次循环的DNA数为32个，所以以原料合成的DNA数相当于32－1＝31个，至少需腺嘌呤脱氧核苷酸为31×1000＝31000个。(4)画图的关键是注意引物A、B的位置和所对应的模板链。[答案](1)模板DNA双链解聚形成单链在DNA聚合酶的作用下，原料脱氧核苷酸聚合形成新的DNA链(2)22230(3)31000(4)如图10．如图为细胞内DNA复制过程示意图，该过程在体外也可进行，以获得大量相同的DNA片段，该项技术被称为PCR技术，又称多聚酶链式反应，请分析回答：(1)PCR过程与细胞内DNA复制相比，主要不同点是：__________________________________________________________________________________________________________。(2)PCR技术过程的三个步骤是：________、________、________。(3)假设PCR过程中，只用一个DNA片段作为模板，30次循环后，理论上反应物中有________个这样的DNA片段。(4)PCR技术能在几小时内将微量的DNA片段特异性地扩增上百万倍，从而解决了样品中DNA含量低，难以分离的难题，试举两例，说明PCR技术的应用：__________________________________________________________________________________________________________。[解析](1)PCR过程与细胞内DNA复制相比，主要不同点是：PCR过程是高温变性解旋，不需要解旋酶。(2)PCR的每次循环可以分为变性、复性和延伸三步。(3)由于一个DNA片段作为模板，一次循环能产生2个DNA片段，所以30次循环后，反应物中大约有230个这样的DNA片段。(4)PCR技术有广泛的应用，可以用于遗传疾病的诊断、刑侦破案、亲子鉴定等方面。[答案](1)PCR过程是高温变性解旋，不需要解旋酶(2)变性复性延伸(3)230(4)刑侦破案、亲子鉴定、疑难疾病的诊断、基因序列分析等[能力提升练]11．右图表示DNA变性和复性示意图，相关说法正确的是()A．向右的过程为加热(50～60℃)变性的过程B．向左的过程是DNA双链迅速致冷复性C．变性与在生物体内解旋过程的实质相同D．图中DNA片段共有8个游离的磷酸基、8个3′端C[DNA体外的变性同体内的解旋实质是相同的，都是使氢键断裂，DNA双螺旋打开，只是体内需解旋酶，体外是高温条件。]12．下列有关PCR技术中引物的叙述，正确的是()A．引物是一小段DNA分子或双链RNA分子B．扩增一个DNA分子至少需要的引物数目等于新合成的DNA子链数目C．两种引物之间能够发生碱基互补配对D．DNA聚合酶只能从引物的5′端连接脱氧核苷酸B[引物是一小段单链DNA分子或单链RNA分子；在DNA分子扩增时，需要两种引物，由于新合成的子链都需要引物作为复制的起点，则扩增一个DNA分子至少需要的引物数目等于新合成的DNA子链数目；两种引物分别与DNA母链之间发生碱基互补配对，并不是两种引物之间发生碱基互补配对；DNA聚合酶只能从引物的3′端连接脱氧核苷酸，从而使子链DNA分子的复制方向只能是5′端→3′端。]13．“X基因”是DNA分子上一个有遗传效应的片段，若要用PCR技术特异性地拷贝“X基因”，需在PCR反应中加入两种引物，两种引物及其与模板链的结合位置如图1所示。经4轮循环后产物中有五种不同的DNA分子，如图2所示，其中第⑤种DNA分子有几个()A．2B．4C．6D．8D[PCR技术扩增时，由两种引物决定所扩增的片段的特定序列，上一次循环的产物为下一次循环的模板。第一次循环形成①和②，第二次循环形成①、②、③、④四个DNA，以此类推4次循环后共形成16个DNA，其中①、②各一个，③、④各三个，⑤共8个。]14．PCR利用了DNA热变性的原理，PCR仪实际上也是一种能自动调控温度的仪器，对PCR过程中“温度的控制”的说法错误的是()A．酶促反应需要高的温度，是为了确保模板是单链B．延伸的温度必须大于复性温度，而小于变性温度C．DNA聚合酶具有耐高温的能力D．DNA解旋酶具有耐高温的能力D[PCR是体外DNA扩增，DNA双链的解开不需要解旋酶，靠高温使其变性，双链螺旋结构解体，双链分开，在复性后，在耐高温的DNA聚合酶的作用下根据碱基互补配对原则合成新的DNA，因此延伸的温度要大于复性温度而小于变性温度。]15．请回答PCR技术方面的有关问题：(1)利用PCR技术扩增目的基因，其原理与细胞内DNA复制类似(如图所示)。图中引物为单链DNA片段，它是子链合成延伸的基础。①从理论上推测，第四轮循环产物中含有引物A的DNA片段所占的比例为________。②在第________轮循环产物中开始出现两条脱氧核苷酸链等长的DNA片段。(2)设计引物是PCR技术关键步骤之一。某同学设计的两组引物(只标注了部分碱基序列)都不合理(如图)，请分别说明理由。①第1组：_____________________________________________________；②第2组：_____________________________________________________。(3)PCR反应体系中含有热稳定DNA聚合酶，下面的表达式不能正确反映DNA聚合酶的功能，这是因为_________________________________________________________________________________。[解析](1)①从理论上推测，第四轮循环产物中含有引物A的DNA片段所占的比例为15/16。②在第三轮循环产物中开始出现两条脱氧核苷酸链等长的DNA片段。(2)某同学设计的两组引物(只标注了部分碱基序列)都不合理，原因①引物Ⅰ和引物Ⅱ局部发生碱基互补配对而失效。②引物Ⅰ′自身折叠后会出现局部碱基互补配对而失效。(3)DNA聚合酶只能将单个脱氧核苷酸连续结合到双链DNA片段的引物链上。[答案](1)①15/16②三(2)①引物Ⅰ和引物Ⅱ局部发生碱基互补配对而失效②引物Ⅰ′自身折叠后会出现局部碱基互补配对而失效(3)DNA聚合酶只能将单个脱氧核苷酸连续结合到双链DNA片段的引物链上