1、1第 3 节 聚合酶链式反应技术课时过关能力提升一、基础巩固1.下列有关 PCR 技术的说法,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答案:A解析: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。2.变性作用是指核酸双螺旋结构被破坏,双链解开,但共价键并未断裂。引起变性的因素很多,升高温度、过酸、过碱以及加入变性
2、剂等都能造成核酸变性。PCR 的反应过程中,引起变性的因素是( )A.pH 过高 B.pH 过低C.升高温度 D.加入酒精答案:C解析:各选项的条件均能导致 DNA 分子变性,但在 PCR 反应中,变性后还要进行复制和延伸等过程,过酸、过碱、酒精等能够导致反应过程中的酶变性失活,使 DNA 扩增不能进行。PCR 反应中的 DNA聚合酶是耐热的,所以可选用升高温度使 DNA 变性。3.下面关于 DNA 对高温的耐受性的说法,不正确的是( )A.DNA 对高温的耐受性一般要比蛋白质强B.DNA 变性后,即使恢复到常温,活性也不能恢复C.不同生物的 DNA 的“变性”温度不一定相同D.在深海热泉附近
3、生活的生物的 DNA 对高温的耐受性更强,其 DNA 中鸟嘌呤所占的比例更高答案:B解析:DNA 变性后,恢复到常温,活性还能恢复。深海热泉附近温度很高,生活在那里的生物的 DNA 的稳定性也应更高。G 与 C 之间含有三个氢键,T 与 A 之间含有两个氢键,G、C 含量越高,DNA 分子越稳定。4.PCR 实验的特异性主要取决于( )A.DNA 聚合酶的种类B.反应体系中模板 DNA 的量C.引物序列的结构和长度D.循环周期的序数答案:C解析:PCR 过程中要加入两种引物,而 PCR 扩增的对象就是两种引物之间的 DNA 序列。5.在 PCR 扩增的实验中,加入一种提取物(一种模板 DNA
4、片段),但实验得到的产物却有 2 种 DNA。其原因可能是( )A.基因突变B. Taq DNA 聚合酶发生变异C.基因污染D.温度过高答案:C解析:此现象属于 PCR 技术中的假阳性现象,其原因是靶基因污染。因此,在 PCR 实验中,一定要做到隔离操作区、分装试剂、简化操作程序、用一次性吸头等,尽量避免靶基因污染。二、能力提升6.下面示意表示了 DNA 变性和复性。下列相关说法正确的是( )2A.向右的过程为加热(7075 )变性的过程B.向左的过程是在迅速降温的条件下 DNA 双链复性C.变性与在生物体内解旋过程的条件、实质都相同D.图中 DNA 片段共有 4 个游离的磷酸基、4 个 3端
5、答案:B解析:变性后的 DNA 在迅速降温后才会复性。变性与在生物体内解旋过程的条件不同、实质相同,在生物体内解旋需要解旋酶,且温度不升高。任一 DNA 片段都有 2 个游离的磷酸基和 2 个 3端。7.下列关于 PCR 的说法,不正确的是( )A.PCR 是体外复制 DNA 的技术B.PCR 过程中只需要模板 DNA、2 种引物、大量三磷酸脱氧核苷酸原料C.Taq 酶是一种热稳定的 DNA 聚合酶D.PCR 利用的是 DNA 的半保留复制原理答案:B解析:PCR 技术是一种在体外迅速扩增 DNA 片段的技术;PCR 过程除需要 DNA 分子双链作为模板、2种引物、大量三磷酸脱氧核苷酸原料外,
6、还需要酶和能量等。 Taq 酶是一种耐热的 DNA 聚合酶。PCR技术的复制原理和 DNA 的复制原理是一样的,都是半保留复制。8.DNA 扩增过程中,DNA 片段经若干次扩增,其数量的理论值变化与下图相符的是( )答案:C解析:DNA 扩增与 DNA 复制类似,其数量都呈指数增加,其图形与 C 项相符。9.“X 基因”是 DNA 分子上一个有遗传效应的片段,若要用 PCR 技术特异性地扩增“X 基因”,需在PCR 反应中加入 2 种引物,2 种引物及其与模板链的结合位置如图甲所示。经 4 次循环后产物中有五种不同的 DNA 分子,如图乙所示,其中第种 DNA 分子有几个?( )甲乙A.2 B
7、.4 C.6 D.8答案:D3解析:PCR 技术扩增 DNA 时,由 2 种引物决定所扩增的 DNA 片段的特定序列,上一次循环的产物为下一次循环的模板。第一次循环形成和,第二次循环形成4 个 DNA。以此类推,4 次循环后共形成 16 个 DNA,其中各 1 个,各 3 个,共 8 个。10.多聚酶链式反应(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、低温复性及中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.
8、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答案:C11.近 10 年来,PCR 技术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。请回答下列问题。(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 DNA 聚合酶的作用下,引物沿模板延伸,最
9、终合成 2 个DNA 分子,此过程中原料是 ,遵循的原则是 。 (3)PCR 技术的必需条件,除了模板、原料、酶以外,至少还有三个条件,即一定的缓冲溶液、适宜的 和 。 (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 次之后,则 15N 标记的脱氧核苷酸链占全部脱氧核苷酸链总数的比例为 。 答案:(1)氢 变性 解旋(2) 4 种三磷酸脱氧核苷酸 碱基互补配对原则(3)温度 引物 (4)1/16解析:DNA 双螺旋的打开过程,在细胞内需要在解旋酶的作用下才能进行,而这一过程在 PCR 反应中
10、,则是利用 DNA 分子的热变性原理进行的,这一过程在 PCR 反应中称为变性。PCR 反应的实质就是完成了 DNA 的复制过程,因此需要 DNA 模板、酶、原料(三磷酸脱氧核苷酸)、适宜的温度、引物、一定的缓冲溶液等条件,并严格遵循碱基互补配对原则进行。因为 DNA 分子的复制是半保留复制,因此,一个 DNA 分子经 4 次复制后会形成 16 个 DNA 分子,含 32 条脱氧核苷酸链,其中包含 2 条用 15N标记过的脱氧核苷酸链和 30 条含 14N 的脱氧核苷酸链,因此, 15N 标记的脱氧核苷酸链占 1/16。三、综合应用12.多聚酶链式反应(PCR)是一种体外迅速扩增 DNA 片段
11、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,通常将磷酸基团的末端称为 5端,当引物与 DNA 母链遵循 的原则结合后,DNA 聚合酶就能从引物的 3端开始延伸 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4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
12、计算在 5 次循环后,反应物中大约有 个这样的 DNA 片段。 (4)简述 PCR 技术的主要应用。答案:(1)碱基互补配对 (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)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。解析: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。DNA 复制时两条链均作为模板,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)。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。
