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2018_2019学年高中生物专题5DNA和蛋白质技术课题2多聚酶链式反应扩增DNA片段练习

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高中生物审核员

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                    课题    2 多聚酶链式反应扩增                DNA 片段


    1.PCR 技术控制     DNA 的解聚与结合是利用        DNA 的(  )
    A.特异性                          B.稳定性
    C.热变性                          D.多样性
    解析:DNA   分子在    80~100  ℃的温度范围内变性,双链解开成单链,当温度慢慢降低
时,又能重新结合形成双链。
    答案:C
    2.下图表示     PCR 扩增的产物,请分析它是哪次循环的产物(  )


    A.第一次循环                        B.第二次循环
    C.第三次循环                        D.第四次循环
    解析:在    PCR 反应中以引物为标记,第一次循环时,以加入的                    DNA 为模板,两条
DNA 链分别由引物Ⅰ和引物Ⅱ与其结合,并在                 DNA 聚合酶的作用下延伸,所以,形成的每
个子代   DNA 中只有一种引物。
    答案:A
    3.PCR 一般要经过三十多次循环,从第二轮循环开始,上一次循环的产物也作为模板
参与反应,由引物Ⅰ延伸而成的              DNA 单链作模板时将(  )
    A.仍与引物Ⅰ结合进行          DNA 子链的延伸
    B.与引物Ⅱ结合进行         DNA 子链的延伸
    C.同时与引物Ⅰ和引物Ⅱ结合进行子链延伸
    D.无需与引物结合,在酶的作用下从头合成子链
    解析:当由引物Ⅰ延伸而成的             DNA 单链作模板时,此单链引物端为             5′端,因此与它
互补的子链应从另一端开始合成,即由引物Ⅱ结合延伸                       DNA 的子链。
    答案:B
    4.关于   DNA 片段  PCR 扩增实验的描述中不正确的是(  )
    A.加入的    Taq DNA 聚合酶耐高温
    B.不同大小     DNA 在电场中迁移速率不同
    C.此过程需要      DNA 连接酶
    D.扩增区域由      2 个引物来决定
    解析:PCR   是体外    DNA 扩增技术,该技术是在高温条件下进行的,因此需要耐高温                        Taq 
DNA 聚合酶,故     A 正确;DNA  大小不同,在电场中的迁移速率不同,故                  B 正确;PCR   不需要
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DNA 连接酶,但需要热稳定         DNA 聚合酶,故     C 错误;PCR   技术需要一定的条件,其中一对引
物就是条件之一,故         D 正确。
    答案:C
    5.随着研究的不断深入,PCR           技术被不断改进,从原先只能扩增几个                kb(千碱基对)的
基因到目前已能扩增长达几十个              kb 的 DNA 片段。PCR  的简要过程如下图所示,请分析回答
下列有关问题:


    (1)通过分析得出新合成的          DNA 分子中,A=T,C=G,这个事实说明             DNA 分子的合成遵
循________。
    (2)若将  1 个 DNA 分子拷贝    10 次,则需要在缓冲液中至少加入________个引物。
    (3)DNA 子链复制的方向是________,这是由于____________。
    解析:(1)分析得出新合成的           DNA 分子中,A=T,C=G,这个事实说明             DNA 分子的合成
遵循碱基互补配对原则。
    (2)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,
故所需的引物数目等于新合成的              DNA 子链数目,即     2×210-2=(211-2)个。
    (3)引物是一种单链       DNA 或 RNA 分子,它能与解开的        DNA 母链的   3′端结合,为      DNA 聚
合酶提供延伸位点,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。
    答案:(1)碱基互补配对原则
    (2)211-2
    (3)5′端到   3′端 DNA   聚合酶只能从引物的         3′端拼接单个脱氧核苷酸分子


                                  A 级 基础巩固
    1.下列有关     PCR 过程的叙述中不正确的是(  )
    A.受热变性破坏的是         DNA 分子内碱基对之间的氢键,也可利用解旋酶实现
    B.引物与单链相应互补序列结合是依靠碱基互补配对原则完成
    C.延伸过程中需要        DNA 聚合酶、ATP、四种核糖核苷酸
    D.PCR 与细胞内     DNA 复制相比所需酶的最适温度较高
    解析:DNA   解成单链可用热变性方法或解旋酶处理,受热变性破坏的是                         DNA 分子内碱
基对之间的氢键,A        正确;引物为一段        DNA 序列,引物与单链相应互补序列结合是依靠碱
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基互补配对原则完成,B          正确;延伸过程中需要热稳定             DNA 聚合酶、ATP、四种脱氧核糖核
苷酸,C   错误;PCR    技术需要高温解成单链,故            PCR 与细胞内   DNA 复制相比所需酶的最适温
度较高,D    正确。
    答案:C
    2.PCR 技术最突出的优点是(  )
    A.原理简单
    B.原料易找
    C.Taq DNA 聚合酶有耐热性
    D.快速、高效、灵活、易于操作
    答案:D
    3.PCR 技术的操作步骤依次是(  )
    A.高温变性、中温延伸、低温复性
    B.高温变性、低温复性、中温延伸
    C.中温延伸、高温变性、低温复性
    D.中温延伸、低温复性、高温变性
    答案:B
    4.聚合酶链式反应(PCR        技术)是体外酶促合成特异           DNA 片段的一种方法,由高温变性、
低温退火及适温延伸等几步反应组成一个周期,循环进行,使目的                            DNA 得以迅速扩增,其
简要过程如下图所示。下列关于              PCR 技术的叙述,不正确的是(  )


    A.PCR 技术是在实验室中以少量           DNA 制备大量    DNA 的技术
    B.反应中新合成的        DNA 又可以作为下一轮反应的模板
    C.PCR 技术中以核糖核苷酸为原料,以指数方式扩增
    D.应用   PCR 技术与探针杂交技术可以检测基因突变
    解析:PCR   技术是人工合成       DNA 的方法,原料是脱氧核苷酸,不是核糖核苷酸。
    答案:C
    5.“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(注:引物的作用是与模板链形成双链后在
DNA 聚合酶的作用下就可以继续链的延伸),两种引物及其与模板链的结合位置如图甲所示。
经  4 轮循环后产物中有五种不同的            DNA 分子,如图乙所示,其中第⑤种             DNA 分子有几个(  )
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    A.8    B.6    C.4    D.2
    解析:由图分析可知:X          基因第一次复制得到         2 个两种   DNA 分子:①和②;X      基因第二
次复制得到     4 个四种   DNA 分子:①复制得①和③,②复制得②和④;X                  基因第三次复制得
到  8 个五种  DNA 分子:①复制得①和③,③复制得③和⑤,②复制得②和④,④复制得
④和⑤;X    基因第四次复制得到         16 个五种   DNA 分子:①复制得①和③,②复制得②和④,
2 个③复制得     2 个③和   2 个⑤,2  个④复制得      2 个④和  2 个⑤,2   个⑤得到    4 个⑤。从上面
的推测可知,第四轮循环产物中有               8 个⑤。
    答案:A
    6.在  PCR 扩增  DNA 的实验中,预计一个         DNA 分子经过   30 次循环后,应该得到         230 个
DNA 分子,但是结果只有约         210 个 DNA 分子,那么出现该现象的原因不可能是(  )
    A.Taq DNA 聚合酶的活力不够,或活性受到抑制
    B.系统设计欠妥
    C.循环次数不够
    D.引物不能与母链结合
    解析:如果     TaqDNA 聚合酶活力不够或活性受到抑制,则导致催化效率降低,得到的产
物比预期的少,A       正确。如果     PCR 系统设计欠妥,则达不到预期的结果,B                正确。如果循环
次数过少,产物的量比预期的少,C               正确。如果引物设计不合理,若不能与模板                  DNA 结合,
将造成无法进行扩增,而结果得到了                210 个 DNA 分子,D 错误。
    答案:D
                                  B 级 能力训练
    7.PCR 技术有效地解决了因为样品中             DNA 含量太低而难以对样品进行研究的问题,被
广泛应用。此过程需要一种            Taq DNA 聚合酶。请回答有关问题:
    (1)体内  DNA 复制过程中用解旋酶打开双链             DNA,而  PCR 技术中应用
_______________________________________________。
    (2)Taq DNA 聚合酶是从水生耐热细菌          Taq 中分离的。
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    ①为什么    Taq 细菌能从热泉中被筛选出来呢?______________
    _____________________________________________________。
    ②Taq DNA 聚合酶的功能是____________________________。
    ③为了使    Taq    DNA 聚合酶能够多次反复利用,可采用________技术,常用的方法为
___________________________________。
    (3)与体内   DNA 复制相比,PCR     反应要在________中才能进行,并且要严格控制
________条件。
    (4)PCR 中加入的引物有________种,加入引物的作用是
    _____________________________________________________。
    答案:(1)高温使双链        DNA 分子解聚为单链
    (2)①热泉   70~80 ℃的高温条件淘汰了绝大多数微生物
    ②催化脱氧核苷酸之间形成磷酸二酯键
    ③固定化酶 化学结合法、物理吸附法
    (3)一定的缓冲溶液 温度
    (4)2 作为   DNA 复制的起点
    8.H7N9 型禽流感是全球首次发现的新亚型               RNA 流感病毒,目前最为快速有效的检测
手段是   RT-PCR  核酸检测。RT-PCR      的过程包括反转录作用从           RNA 合成 cDNA,再以    cDNA 为
模板进行扩增,过程如下图所示。据此分析下列问题:


    (1)传统  PCR 技术的原理是________,过程中低温退火的含义是
_________________________________________________________。
    (2)在 RT-PCR  中每一步都有酶的参与,上图中过程               1 中的关键酶是________;PCR       中
的关键酶是________,该酶的作用特点是________、__________________。
    (3)在对病毒核酸进行检测时,主要通过                RT-PCR 扩增其关键的基因序列,这时引物的
设计就非常关键,根据下图分析,请你选择合适的引物:________。
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    答案:(1)DNA   复制 引物与模板链互补配对
    (2)反转录酶 Taq DNA     聚合酶(DNA   聚合酶) 耐高温
    不能从头合成      DNA,只能从    3′端延伸     DNA 链
    (3)引物Ⅰ和引物Ⅱ
    9.多聚酶链式反应(PCR)是一种体外迅速扩增                DNA 片段的技术。请回答下列有关
PCR 技术的基本原理及应用问题。
    (1)DNA 的两条链是反向平行的,通常将__________的末端称为                  5′端,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__________开始延伸             DNA 链。
    (2)PCR 利用  DNA 的热变性原理解决了打开          DNA 双链的问题,但又导致了          DNA 聚合酶失
活的新问题。到       20 世纪  80 年代,科学家从一种        Taq 细菌中分离到
____________________,它的发现和应用解决了上述问题。要将                 Taq 细菌从其他普通的微
生物中分离出来,所用的培养基叫__________。
    (3)PCR 的每次循环可以分为__________三步。假设在              PCR 反应中,只有一个       DNA 片段
作为模板,请计算在         5 次循环后,反应物中大约有__________个这样的               DNA 片段。
    (4)请用简图表示出一个         DNA 片段在   PCR 反应中第二轮的产物。
    (5)简述  PCR 技术的主要应用。
    解析:(2)因    PCR 利用了   DNA 的热变性原理解决了打开          DNA 双链的问题,所以用于催化
DNA 复制过程的     DNA 聚合酶要具有耐高温的特性。用选择培养基可将                    Taq 细菌从其他普通
的微生物中分离出来。(3)DNA          复制两条链均作为模板,进行半保留复制,所以复制                      5 次后
得到的子代     DNA 分子数为    25=32 个。(4)新合成的      DNA 链带有引物,而最初的模板           DNA 的
两条链中只有一条带有引物。(5)PCR             技术可以对     DNA 分子进行扩增,所以可用于遗传疾病
的诊断、刑侦破案、古生物学、基因克隆和                   DNA 序列测定等方面。
    答案:(1)磷酸基团 3′端
    (2)耐高温的    Taq DNA 聚合酶 选择培养基
    (3)变性、复性和延伸 32 (4)如图所示:
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    (5)遗传疾病的诊断、刑侦破案、古生物学、基因克隆和                      DNA 序列测定等。
    10.近  20 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实验手
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),在短时间内,
将  DNA 扩增几百万倍甚至几十亿倍,从而使实验室所需要的遗传物质不再受限于活的生物
体。


    (1)加热使   DNA 双链间的________键完全打开,称为________;而在细胞中是在
________酶的作用下进行的。
    (2)如果只需要大量克隆模板           DNA 中间的某个特定区段,应该加入________种特定的引
物。当温度降低至        55   ℃时,引物与两条“舒展”的模板链的特定位置结合,在                        DNA 聚合
酶的作用下,只能在引物的______端连接脱氧核苷酸,两条子链的延伸方向都是_______。
    (3)PCR 技术的必需条件,除了模板、原料、酶之外,至少还有三个条件,即液体环境、
适宜的__________和__________,前者由________自动调控,后者则靠________来维持。
    (4)通过  PCR 技术使   DNA 分子大量复制,如果将一个用            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,连续复制四次之后,则                    15N 标记的  DNA 分子占全部    DNA 分
子总数的比例是________。
    解析:(1)PCR   技术利用热变性原理使          DNA 双链之间的氢键断裂,称为解旋,而在细胞
内是在解旋酶的作用下使氢键断裂。(2)PCR                分为三个基本反应步骤:变性(95              ℃)、复性
(55   ℃)、延伸(72       ℃),其特异性依赖于与靶序列互补的引物,引物是两段与待扩增
DNA 序列互补的片段,两引物之间的距离决定扩增片段的长度。由于                           DNA 聚合酶不能从头
开始合成    DNA,只能从引物的       3′端延伸     DNA 链,则  DNA 的合成方向总是从子链的           5′端向
3′端延伸。(3)PCR     技术与细胞内的       DNA 复制不完全相同,除了需要模板、原料、酶以外,
至少还需要液体环境(稳定的缓冲溶液),每一个步骤需要适宜的温度和酸碱度等。(4)一个
DNA 分子连续复制四次之后,形成            16 个 DNA 分子,15N  标记的    DNA 分子有  2 个,则   15N 标记
的  DNA 分子占全部    DNA 分子总数的比例为        1/8。
    答案:(1)氢 解旋 解旋 (2)两 3′ 从子链的                  5′端向    3′端延伸 (3)温度 酸
碱度 PCR   仪 缓冲液 (4)1/8
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