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第六章 蛋白质和 DNA 技术 第二节 DNA 片段的扩增——PCR 技术
1.关于 DNA 复制,下列叙述正确的是( A.DNA 复制时,以 RNA 单链为模板 B. DNA 复制不需要引物 C.引物与 DNA 母链通过碱基互补配对进行结合 D. DNA 数量呈 4 指数增长 2.下列有关 PCR 反应的叙述,正确的是( A.PCR 反应所需要的引物是 RNA B.PCR 反应所需要的材料是核糖核苷酸 C.PCR 反应所需要的酶在 60 ℃会变性 D.PCR 反应需要在一定的缓冲溶液中进行 3.有关 PCR 技术,下列叙述不正确的是( ) )
n



A.用于 PCR 的引物长度通常为 20~30 个核苷酸 B.在用 PCR 技术扩增 DNA 时,DNA 的复制过程与细胞内 DNA 的复制类似 C. PCR 反应只需一定的缓冲溶液和 DNA 模板以及四种脱氧核苷酸 D. PCR 一般经历三十多次循环,每次循环分为高温变性、低温复性、中温延伸 4.利用 PCR 技术扩增某 DNA 片段得到下图所示产物,则该产物至少经过几次循环才能 产生?( )

A.1 次 C.3 次

B.2 次 D.4 次 )

5.PCR 操作中,从第二轮循环开始扩增的 DNA 片段( A.长度固定 C.都不固定 B.一端固定 D.不能确定

6.多聚酶链式反应(PCR)是一种体外迅速扩增 DNA 片段的技术。PCR 过程一般经历下 述三十多次循环:95 ℃下使模板 DNA 变性、解链→55 ℃下复性(引物与 DNA 模板链结合) →72 ℃下引物链延伸(形成新的脱氧核苷酸链) 。下列有关 PCR 过程的叙述中不正确的是 ( ) A.变性过程中破坏的是 DNA 分子内碱基对之间的氢键,也可利用解旋酶实现 B.复性过程中引物与 DNA 模板链的结合依靠互补配对原则完成 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,所需要酶的最适温度较高 7.使用 PCR 仪的具体实验操作顺序应为(
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①设计好 PCR 仪的循环程序

②按配方准备好各组分

③用微量移液器在微量离心管

中依次加入各组分 ④进行 PCR 反应 ⑤离心使反应液集中在离心管底部 A.②③⑤④① C.②③⑤①④ B.①⑤③④② D.④②⑤③①

8.退火温度是影响 PCR 特异性的较重要的因素。变性后温度快速冷却至 40~60 ℃, 可使引物和模板发生结合。PCR 的结果可不考虑原来解旋开的两个 DNA 模板链的重新结合, 原因不包括( )

A.由于模板 DNA 比引物复杂得多 B.引物和模板之间的碰撞结合机会远远高于模板互补链之间的碰撞 C.加入引物的量足够多而模板链数量少 D.模板链经加热解旋已经变性,不可能再次结合 9.DNA 检测技术可应用于亲子鉴定、遗传病检测等领域。DNA 检测离不开对样品 DNA 的 PCR 扩增。不同样品 DNA 的扩增过程或条件不同的是( A.引物 C.四种脱氧核苷酸 B.DNA 聚合酶 D.预变性的温度 ) )

10.在 PCR 实验操作中,下列说法不正确的是( A.在微量离心管中添加各种试剂时,只需一个吸头 B.离心管的盖子一定要盖严,防止液体外溢 C.用手轻弹离心管壁的目的是使反应液充分混合

D.离心的目的是使反应液集中在离心管底部,提高反应效果 11.下列关于 PCR 技术的应用,错误的一项是( A.古生物学研究、刑侦破案、DNA 序列分析 B.诊断遗传疾病、基因克隆、古生物学研究 C. DNA 序列分析、基因克隆、刑侦破案 D.诊断遗传疾病、合成核苷酸、DNA 序列分析 12.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)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________。 (2)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。
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(3)请用简图表示出一个 DNA 片段 PCR 反应中第二轮的产物________。 (4)简述 PCR 技术的主要应用。__________________________________________ ________________________________________________________________________。 13.PCR 技术是把某一 DNA 片段在体外酶的作用下,合成许多相同片段的一种方法,利 用它能快速而特异地扩增任何目的基因或 DNA 分子片段; 电泳技术则是在外电场作用下, 利 用分子携带的净电荷不同,把待测分子的混合物放在一定的介质(如琼脂糖凝胶)中进行分 离和分析的实验技术,利用它可分离氨基酸、多肽、蛋白质、核苷酸、核酸等物质和作亲子 鉴定。下图是电泳装置及相应电泳结果。

(1)PCR 技术能把某一 DNA 片段进行扩增,依据的原理是________。 (2)图 3 是把含有 21 个氨基酸的多肽进行水解得到的氨基酸混合物进行电泳的结果, 故可推知该多肽由________种氨基酸构成。 (3)电泳和叶绿体色素分离采用的纸层析法比较,后者使用的介质是________;电泳 过程中,分子的迁移速率除与本身所带净电荷的多少有关外,你认为还受什么因素影响? __________________________________________(至少列出两种) 。 (4)图 4 通过提取某小孩和其母以及待测定的四位男性的 DNA,分别用酶处理后,生 成若干 DNA 片段,并进行扩增得到的混合物,然后进行电泳得到的一组 DNA 指纹图谱。请分 析,在 F1~F4 中谁最可能是该小孩真正的生物学父亲?________。为什么? ________________________________________________________________________。 14.请回答下列问题。 (1)利用 PCR 技术扩增目的基因,其原理与细胞内 DNA 复制类似(如下图所示) 。图中 引物为单链 DNA 片段,它是子链合成延伸的基础。

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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(如下图) ,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________________________________。

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参考答案 1.解析:DNA 复制时,以 DNA 单链为模板;需要 RNA 引物;DNA 数量以 2 形式增长。 答案:C 2.解析:PCR 反应需要的引物是 DNA,反应所需要的材料是脱氧核苷酸,PCR 所需要的 酶是耐高温的,在 60 ℃不会变性。 答案:D 3.解析:PCR 反应中需要的条件有模板(DNA 分子) 、原料(4 种脱氧核苷酸) 、酶(DNA 聚合酶) 、引物(一段 DNA)和一定的缓冲液等。 答案:C 4.解析:PCR 技术中,第一次循环产生两个 DNA 分子,每个 DNA 分子只有一条链具有 引物。第二次循环产生四个 DNA 分子,其中两个 DNA 分子只有一条链具有引物,另两个 DNA 分子两条链都具有引物。 答案:B 5.解析:PCR 扩增产物可分为长产物片段和短产物片段两部分。短产物片段的长度严 格地限制在两个引物链之间,是需要扩增的特定片段。进入第二轮循环后,引物除与原始模 板结合外,还要同新合成的链(即“长产物片段”)结合,引物在与新链结合时,由于新链 模板的一端序列是固定的, 这就等于这次延伸的子链片段被固定了终点, 保证了新片段的起 点和终点都限定于引物扩增序列以内,形成长短一致的“短产物片段”。 答案:A 6.解析:变性过程中破坏的是 DNA 分子内碱基对之间的氢键,也可利用解旋酶实现; 复性过程中引物与 DNA 模板链的结合依靠互补配对原则完成;延伸过程中需要 DNA 聚合酶、 ATP、四种脱氧核糖核苷酸;PCR 与细胞内 DNA 复制相比,所需要酶的最适温度较高。 答案:C 7.解析:使用 PCR 仪进行 DNA 扩增前,首先按照 PCR 体系配方各组分,依次将各组分 加入微量离心管离心,使反应液集中于试管底部,然后再设计好 PCR 仪的循环程序进行 PCR 反应。 答案:C 8.解析:DNA 在 80~100 ℃温度下变性,但温度降低后又会复性。 答案:D 9.解析:不同的样品 DNA 有不同的核苷酸序列,由于引物能与模板 DNA(样品 DNA)按 照碱基互补配对原则结合,因此不同样品 DNA 所需的引物有不同的核苷酸序列。 答案:A 10.解析:在微量离心管中添加各种试剂时,每吸取一种试剂后,移液器上的吸头必须
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更换,确保实验的准确性;离心管的盖子一定要盖严,防止实验中脱落或液体外溢;离心 10 s 的目的是使反应液集中在离心管底部,提高反应效果。 答案:A 11. 解析: PCR 技术能以极少量的 DNA 为模板, 在几小时内复制出上百万份的 DNA 拷贝。 这项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分析研究的问题, 被广泛 应用于遗传疾病的诊断、刑侦破案、古生物学研究、基因克隆和 DNA 序列分析等各方面,而 不能用于合成核苷酸。 答案:D 12.解析: (1)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。 在高温环境中培养微生物, 只有耐高 温的微生物才能生存,其他微生物因高温下酶变性而死亡。用这样的选择培养基可将 Taq 细菌从其他普通的微生物中分离出来。 (2)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 2 =32 个。 (3)新合成的 DNA 链带有引物,而最 初的模板 DNA 的两条链不带有引物。 (4)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、古生物学研究、基因克隆和 DNA 序列测定等方面。 答案: (1)耐高温的 DNA 聚合酶 选择培养基 (2)高温变性、低温复性和中温延伸 32 (3)
5

(4)遗传疾病的诊断、刑侦破案、古生物学研究、基因克隆和 DNA 序列测定等 13.解析:本题主要考查电泳的原理及其应用。 (1)PCR 是将 DNA 片段在酶的作用下, 体外合成许多相同的片段,原理是 DNA 复制。 (2)某氨基酸的混合物经电泳后出现分离,共 有 6 个区域,表明此多肽由 6 种氨基酸构成。 (3)纸层析法分离叶绿素的过程中,色素溶解 在层析液中,并随之在滤纸上扩散。电泳过程中,分子的迁移速率受到多种因素影响,如分 子的大小、形状,凝胶的种类、密度,电泳的电压大小等。 (4)子代 DNA 是由亲代 DNA 复制 而来的,所以子代 DNA 与亲代 DNA 相同,故 C 与 F2 之间为亲子关系。 答案: (1)DNA 分子复制 (2)6 (3)层析液 分子的大小和形状、凝胶的种类、

电泳的电压大小 (4)F2 因为 C 和 F2 的 DNA 图谱完全相同 14.解析: (1)①依据图解特点,第四轮循环产物中可以得到 16 个 DNA 分子,其中只 有一个不含引物 A 的模板链, 所以含引物 A 的 DNA 片段占 15/16。 ②从图解原 DNA 与引物 A、

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B 的比例关系分析,经三次复制后开始出现两条脱氧核苷酸链等长的 DNA 片段。 (2)比较第 1 组引物的碱基顺序,可以发现引物Ⅰ与引物Ⅱ的碱基能发生互补配对,形成局部双链结构 而失效;而第 2 组引物中,引物Ⅰ′折叠后会发生碱基互补配对而导致失效。 (3)在 PCR 反应体系中, 引物首先与模板 DNA 单链互补配对形成局部双链 DNA 片段, 然后在 DNA 聚合酶 的作用下将单个脱氧核苷酸依次连接到引物链上。 答案: (1)①15/16 ②三 (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

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