天添资源网 http://www.ttzyw.com/
课下能力提升（十三） 多聚酶链式反应扩增DNA片段
【基础题组】
1．关于DNA聚合酶催化合成DNA子链的说法，正确的是( )
A．以DNA为模板，使DNA子链从5′端延伸到3′端的一种酶
B．Taq DNA聚合酶必须在每次高温变性处理后再添加
C．DNA聚合酶能特异性地复制整个DNA的全部序列
D．Taq DNA聚合酶是从深海生态系统中发现的
解析：选A DNA聚合酶不能从头开始催化合成DNA，而只能从引物的3′端延伸子链；Taq DNA聚合酶能耐高温，所以在反应体系中可反复利用，无需另外再添加；PCR扩增的是引物之间的固定长度的DNA序列；Taq DNA聚合酶是1966年从美国黄石公园的一个热泉中发现的。
2．符合PCR反应条件的一项是( )
①稳定的缓冲溶液环境 ②DNA模板 ③合成引物 ④四种脱氧核苷酸 ⑤DNA聚合酶 ⑥解旋酶 ⑦温控设备
A．①②③④⑤⑥ B．①②③④⑤⑥⑦
C．③④⑤⑥⑦ D．①②③④⑤⑦
解析：选D 在PCR反应中，解旋是通过热变性实现的，用不到解旋酶，其他各项都是反应必需的。
3．DNA的复制需要引物，其主要原因是( )
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聚合酶延伸DNA链
D．DNA聚合酶只能从3′端延伸DNA链
解析：选D DNA的两条链是反向平行的，为了明确地表示DNA的方向，通常将DNA的羟基(—OH)末端称为3′端，而磷酸基团的末端称为5′端。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′延伸。
4．DNA扩增过程中DNA片段经若干次扩增，其数目理论值变化应与下图中曲线相符的是( )
天添资源网 http://www.ttzyw.com/
天添资源网 http://www.ttzyw.com/
解析：选C DNA在扩增过程中呈指数式增长，即一个DNA分子连续扩增n次，理论上所产生的DNA分子数为2n个。
5．复性温度是影响PCR特异性的较重要因素。变性后温度冷却至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．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．模板链加热解旋已经变性不可能再次结合
解析：选D 复性的原理是碱基互补配对，解旋后DNA分子变成单链，碱基序列未发生改变，冷却后仍可以进行复性。
6．多聚酶链式反应(PCR)是体外酶促合成特异DNA片段的一种方法，其简要过程如图所示。下列关于PCR技术的叙述错误的是( )
A．PCR技术是在实验室中以少量DNA制备大量DNA的技术
B．PCR反应中上一轮循环合成的DNA可以作为下一轮反应的模板
C．PCR反应体系中需添加从受体细胞中提取的解旋酶和DNA聚合酶
D．应用PCR技术与DNA分子杂交技术可以检测基因突变
解析：选C PCR技术是一项在生物体外迅速扩增特定DNA片段的技术；PCR技术需要模板DNA，且反应中上一轮合成的DNA可以作为下一轮反应的模板；PCR过程中利用高温使DNA解旋，不需要解旋酶，但需耐高温的DNA聚合酶；应用PCR技术与DNA分子杂交技术可以检测基因突变。
7．在PCR实验操作中，下列说法错误的是( )
A．在微量离心管中添加各种试剂时，只需一个枪头
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
解析：选A 在微量离心管中添加各种试剂时，每吸取一种试剂后，移液器上的枪头必须更换，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。
8．下列有关DNA含量测定的叙述，错误的是( )
天添资源网 http://www.ttzyw.com/
天添资源网 http://www.ttzyw.com/
A．可利用DNA在260 nm的紫外线波段有一强烈的吸收峰这一特点来进行DNA含量的测定
B．测定时通常需要对样品进行稀释
C．直接将样品放在波长260 nm处，测定其光吸收值
D．可利用“DNA含量＝50×光吸收值×稀释倍数”来计算样品中的DNA含量
解析：选C 对样品进行测定前要以蒸馏水作为空白对照，在波长260 nm处，将紫外分光光度计的读数调节至零，而不能直接测定样品的光吸收值。
【能力题组】
9．PCR过程与细胞内的DNA复制过程相比，主要有两点不同，它们是( )
①PCR过程需要的引物是人工合成的单链DNA或RNA ②PCR过程不需要DNA聚合酶 ③PCR过程中DNA的解旋不依靠解旋酶，而是通过对反应温度的控制来实现的 ④PCR过程中，DNA不需要解旋，直接以双链DNA为模板进行复制
A．③④ B．①②
C．①③ D．②④
解析：选C PCR过程与细胞内的DNA复制过程相比较，主要有两点不同：一是PCR过程需要的引物是人工合成的单链DNA或RNA，长度通常为20～30个核苷酸；二是PCR过程中，DNA解旋不依赖解旋酶，而是通过对反应温度的控制来实现的。
10．如图为DNA变性和复性示意图，下列相关说法正确的是( )
A．向右的过程为加热(80～100 ℃)变性的过程
B．向左的过程是DNA双链迅速冷却复性
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双链片段共有4个游离的磷酸基团、4个3′端
解析：选A 向右的过程为加热(80～100 ℃)变性的过程，即高温变性， 使DNA解旋；向左的过程是DNA双链缓慢降温复性，并合成子代DNA；变性不需要解旋酶，通过高温条件下氢键断裂而使双链解旋，生物体内解旋在常温条件下进行，需要解旋酶；由于DNA双链是反向平行的，所以图中DNA双链片段共有2个游离的磷酸基团、2个3′端。
11．PCR一般要经过三十多次循环，从第二次循环开始，上一次循环的产物也作为模板参与反应。下列相关叙述正确的是( )
A．由引物Ⅰ延伸而成的DNA单链作模板时，仍与引物Ⅰ结合进行DNA子链的延伸
B．由引物Ⅰ延伸而成的DNA单链作模板时，无需与引物结合，直接在酶的作用下从头合成子链
C．若只有1个DNA片段作为模板，经过5次循环，会含有这样的DNA片段32个
天添资源网 http://www.ttzyw.com/
天添资源网 http://www.ttzyw.com/
D．若只有1个DNA片段作为模板，经过2次循环，含引物Ⅰ的DNA单链占DNA总链数的1/4
解析：选C 当由引物Ⅰ延伸而成的DNA单链作模板时，此单链引物固定端为5′端，因此与它互补的子链应从另一端开始合成，即与引物Ⅱ结合延伸DNA子链；若只有1个DNA片段作为模板，经过5次循环，即DNA复制了5次，可以得到的DNA分子数是25＝32(个)；若只有1个DNA片段作为模板，经过2次循环，会形成4个DNA片段，8条单链，其中含有原始模板链(不含引物)2条，另外6条单链中含有引物Ⅰ的有3条单链，含有引物Ⅱ的有3条单链，即含有引物Ⅰ的DNA单链占DNA总链数的3/8。
12．PCR反应的最大特点是具有较强的扩增能力与极高的灵敏性，但令人头痛的问题是易污染，下列关于防止污染的办法错误的是( )
A．将样品的处理、PCR反应液的配制、PCR反应及PCR产物的鉴定等步骤分区或分室进行
B．用移液器吸样时要慢，每吸取一种试剂后，移液器上的枪头都必须更换
C．所有的PCR试剂都应用大瓶分装，以减少重复加样次数，避免污染
D．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中
解析：选C PCR所使用的缓冲液和酶等应分装成小份，并在－20 ℃储存，使用时，将所需试剂从冰箱拿出，放在冰块上缓慢融化。
13．PCR是聚合酶链式反应的缩写，利用PCR技术可对目的基因进行扩增。请回答有关问题：
(1)PCR的原理是____________________。
(2)PCR技术使DNA解链是通过________实现的。
(3)DNA解链后冷却的目的是让________与________相结合。
(4)当温度加热至70～75 ℃时，________________酶把单个脱氧核苷酸通过______________键连接到引物上。如此逐渐延伸形成互补链，进而使目的基因加倍。
(5)PCR过程中，经过n次循环需要________个引物。
解析：(1)PCR的原理是DNA的热变性。(2)PCR技术通过高温加热使DNA解链，DNA的这种解链现象在一定的条件下是可逆的，即降低温度后能复性。(3)DNA解链后冷却的目的是让引物与互补DNA链相结合，形成局部双链。(4)当温度加热至70～75 ℃时，热稳定DNA聚合酶把单个脱氧核苷酸通过磷酸二酯键连接到引物上。(5)经过n次循环形成的子代DNA分子有2n＋1条单链，只有原来的2条链不需要引物，所以经过n次循环需要2n＋1－2个引物。
答案：(1)DNA的热变性 (2)高温加热 (3)引物 互补DNA链 (4)热稳定DNA聚合(Taq DNA聚合) 磷酸二酯 (5)2n＋1－2
天添资源网 http://www.ttzyw.com/
天添资源网 http://www.ttzyw.com/
14．在遗传病及刑事案件侦破中常需要对样品DNA进行分析，PCR技术能快速扩增DNA片段，在几个小时内复制出上百万份的DNA拷贝，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。据图回答相关问题：
(1)在相应的横线上写出引物Ⅱ，并在复性这一步骤中将引物Ⅱ置于合适的位置。
(2)在相应的横线上写出循环一次后生成的DNA分子。
(3)若将作为原料的4种脱氧核苷酸用32P标记，请分析循环一次后生成的DNA分子的特点：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________，
循环n次后生成的DNA分子中不含放射性的单链占总单链的比例为________。
(4)PCR反应过程的前提条件是________，PCR技术利用DNA的____________原理解决了这个问题。
(5)在对样品DNA进行分析的过程中发现，DNA掺杂着一些组蛋白，要去除这些组蛋白可加入的物质是__________________________________________________________
______________。
解析：(1)DNA聚合酶不能从头开始合成DNA，只能从3′端延伸DNA链，所以子链延伸方向为5′→3′，引物Ⅰ与b链部分碱基互补，引物Ⅱ则与a链部分碱基互补，且连接到a链的3′端，故引物Ⅱ的结构为5′－G－A－OH，复性结果见答案。(2)经过一次循环后，产生的两个DNA分子分别含有引物Ⅰ和引物Ⅱ。(3)由于作为原料的4种脱氧核苷酸被32P标记，所以新合成的子链均含有放射性，一次循环后的两个DNA中各有一条链含32P，若复制n次，共产生子链数为2n×2，其中只有DNA母链不含32P，则其所占比例为2/(2n·2)＝1/2n。(4)DNA复制是以两条母链为模板，按照碱基互补配对原则进行的。因此，首先要解旋，使两条母链的碱基暴露出来，才能按照碱基互补配对原则把相应的碱基一个个地连接起来。DNA分子在80～100 ℃的温度范围内变性，双链解聚成单链，当温度慢慢降低时，又能重新结合形成双链。(5)DNA中杂质蛋白的去除可利用酶的专一性，加入蛋白酶。
答案：(1)5′－G－A－OH HO－A－G－5′
5′－G－G……T－C－3′
(2)3′－C－C……A－G－5′ 5′－G－G……T－C－3′
5′－G－G……T－C－3′ 3′－C－C……A－G－5′
(3)每个DNA分子各有一条链含32P 1/2n (4)DNA解旋 热变性 (5)蛋白酶
天添资源网 http://www.ttzyw.com/
天添资源网 http://www.ttzyw.com/
15．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a、b为单链DNA样品片段，它是子链合成延伸的基础。请回答有关问题：
(1)PCR扩增开始前，需要向离心管中加入的物质除了DNA样品、Taq酶，以及缓冲液之外，还需要加入____________和________。
(2)A、B、C中属于复性的步骤是________，A过程的目的是________________。
(3)C步骤温度为72 ℃时发挥作用的酶是___________。
(4)从理论上分析，PCR技术利用DNA分子的______复制的方式，一个样品DNA分子经n次循环共需消耗引物a的数量为________。
(5)设计引物是PCR技术关键步骤之一。某同学设计的两组引物(引物对B只标注了部分碱基序列)都不合理(如表)，请分别说明理由。
引物对A
P1：AACTGAAATCTAGCTATC
P2：GTCCGACTAGTGGCTGTG
引物对B
S1：3′－AACTG－CAGTT－5′
S2：3′－CAGTT－GATTA－5′
①引物对A中P1和P2的________(碱基对)含量差异较大，导致复性温度不一致。
②引物对B S1局部碱基配对导致自身________而失效；S1和S2之间出现____________而失效。
解析：(1)PCR扩增开始前，需要向离心管中加入的物质除了DNA样品，Taq酶以及缓冲液之外，还需要加入四种脱氧核苷酸和引物。(2)A过程为高温变性，B过程为复性，C过程为中温延伸。(3)由于变性的温度是95 ℃，延伸温度为72 ℃，故PCR过程中所需要的酶是热稳定的DNA聚合酶(Taq酶)。(4)从理论上分析，PCR技术利用DNA分子半保留复制的方式，从理论上推测，一个样品DNA分子经n次循环合成的DNA分子为2n个，而不含引物a的只有1个DNA分子，故共需消耗引物a的数量为2n－1。(5)据表格中引物的序列可知，引物对A中P1和P2的GC含量差异较大，复性温度不一致。引物对B中S1部分序列互补，会自身折叠出现局部碱基配对而失效；且S1和S2部分序列互补，它们之间会出现局部碱基配对而失效。
答案：(1)四种脱氧核苷酸 引物 (2)B 使DNA分子解旋 (3)DNA聚合酶(Taq酶) (4)半保留 2n－1 (5)GC 折叠 局部碱基配对
天添资源网 http://www.ttzyw.com/
微信/支付宝扫码支付