2022-2023學年蘇教版選擇性必修3 第三章 第一節(jié)　第2課時　聚合酶鏈式反應(PCR)技術(shù)、DNA的粗提取和鑒定 作業(yè)

第2課時聚合酶鏈式反應(PCR)技術(shù)、DNA的粗提取和鑒定課后訓練·鞏固提升會應用A級必備知識基礎(chǔ)練1.(2022揚州中學高二期中)如圖是PCR擴增的過程示意圖,下列敘述正確的是(A)A.在用PCR技術(shù)擴增DNA時,DNA的復制過程與細胞內(nèi)DNA的復制類似B.A過程需要解旋酶的參與C.Taq酶是在B過程發(fā)揮作用的D.該過程需要一對特異性的引物,要求一對引物的序列是互補的解析PCR技術(shù)擴增DNA的原理是DNA復制,因此在該過程中DNA的復制過程與細胞內(nèi)DNA的復制類似,A項正確;A過程在高溫條件下完成,不需要解旋酶的參與,B項錯誤;Taq酶能催化DNA子鏈的延伸,在過程C中發(fā)揮作用,C項錯誤;該過程需要一對特異性的引物,這一對引物的序列不能是互補的,否則會因為堿基互補配對無法發(fā)揮作為引物的作用,D項錯誤。2.(2022阜寧中學高二期中)如果已知一小段DNA的序列,可采用PCR的方法,簡捷地分析出已知序列兩側(cè)的序列。已知的DNA序列為:設(shè)計的一些PCR引物為:①5'—AACTATGCGCTCATGA—3'②5'—GCAATGCGTAGCCTCT—3'③5'—AGAGGCTACGCATTGC—3'④5'—TCATGAGCGCATAGTT—3'擴增過程選用的引物是(C)A.①和④B.②和③C.②和④ D.①和③解析引物的作用是使DNA聚合酶能夠從引物的3'端開始延伸DNA子鏈,因為DNA的合成方向總是從子鏈的5'端向3'端延伸,故為擴增未知序列,選擇的與模板鏈相結(jié)合的引物應為5'—TCATGAGCGCATAGTT—3'(引物④)和5'—GCAATGCGTAGCCTCT—3'(引物②),C項符合題意。3.引物的設(shè)計是影響PCR擴增反應的效率和特異性的關(guān)鍵因素,相關(guān)敘述正確的是(B)A.引物的堿基數(shù)量越少則退火溫度越低、目標DNA獲得率越高B.根據(jù)需要可在引物的5'端添加限制酶識別序列、點突變序列等C.兩種引物的退火溫度差異較大,可減少引物與模板的非特異性結(jié)合D.引物的GC含量越高,結(jié)合特異性越強,越利于目標DNA的擴增解析退火溫度與時間,取決于引物的長度、堿基組成及其濃度,引物的堿基數(shù)量越少變性時破開的氫鍵越少,則退火溫度越低,但能與引物發(fā)生配對的片段就越多,目標DNA獲得率越低,A項錯誤;根據(jù)需要可在引物的5'端添加限制酶識別序列、點突變序列等,以便更加準確地獲得目的基因,B項正確;兩種引物的退火溫度差異較大,導致不能同時退火,甚至一條鏈在延伸,一條鏈在退火,可增加引物與模板的非特異性結(jié)合,C項錯誤;引物的GC含量越高,結(jié)合特異性越強,但GC過高,不利于退火,從而阻礙目標DNA的擴增,D項錯誤。4.(2022南通高三期末)RT—PCR是將RNA的逆轉(zhuǎn)錄和cDNA的聚合酶鏈式擴增相結(jié)合的技術(shù)。目前國際均以RT—PCR檢測呈陽性作為感染新型冠狀病毒肺炎的“金標準”,下列相關(guān)敘述錯誤的是(C)A.RT—PCR反應體系中需要添加逆轉(zhuǎn)錄酶和熱穩(wěn)定的DNA聚合酶B.RT—PCR也需要經(jīng)過高溫變性、低溫退火和中溫延伸C.RT—PCR模擬了新冠病毒在人體細胞內(nèi)增殖的主要過程D.標本保存與運輸不當可能導致RT—PCR檢測呈假陰性解析逆轉(zhuǎn)錄酶在RNA的逆轉(zhuǎn)錄過程中發(fā)揮作用,熱穩(wěn)定的DNA聚合酶在cDNA的聚合酶鏈式擴增中發(fā)揮作用,故該反應體系中需加入逆轉(zhuǎn)錄酶和熱穩(wěn)定的DNA聚合酶,A項正確;該技術(shù)包括cDNA的聚合酶鏈式擴增過程,故需要經(jīng)過高溫變性、低溫退火和中溫延伸,B項正確;新冠病毒屬于自我復制型的RNA病毒,其在宿主細胞內(nèi)不進行逆轉(zhuǎn)錄過程,C項錯誤;若在標本運輸、保存中出現(xiàn)了損壞和污染,導致新冠病毒核酸破壞而無法檢測,可能導致RT—PCR檢測呈假陰性,D項正確。5.(2022鹽城伍佑中學高二期中)下列關(guān)于DNA的粗提取與鑒定實驗的各步驟操作目的的表述,錯誤的是(C)A.離心沉淀的血細胞中加水是為了使血細胞破裂從而提取DNAB.加入物質(zhì)的量濃度為2mol·L-1的NaCl溶液,是為了溶解DNAC.向溶解有DNA的NaCl溶液中加蒸餾水是為了洗滌DNA,除去雜質(zhì)D.在一定溫度下,DNA遇二苯胺試劑會呈現(xiàn)藍色解析離心沉淀的血細胞中加水是為了使血細胞破裂釋放DNA,從而提取DNA,A項正確;氯化鈉溶液的物質(zhì)的量濃度為2mol·L-1時,DNA溶解,B項正確;向溶解DNA的燒杯中加蒸餾水是為了降低氯化鈉溶液的濃度,從而使DNA析出,C項錯誤;在一定溫度(沸水浴)下,DNA遇二苯胺試劑會呈現(xiàn)藍色,D項正確。6.利用草莓進行“DNA的粗提取與鑒定”實驗中,下列有關(guān)敘述正確的是(C)A.在切碎的草莓中加入一定量的NaCl溶液和洗滌劑,充分研磨,過濾后棄去濾液B.利用高溫能使蛋白質(zhì)變性,卻對DNA沒有影響的特性,也可將DNA與蛋白質(zhì)分離C.粗提取DNA時觀察到絲狀物偏少,可能是向2mol·L-1NaCl溶液中加入蒸餾水過多D.將白色絲狀物溶解在NaCl溶液中,加入二苯胺試劑后振蕩,觀察顏色變化解析在切碎的草莓中加入一定量的NaCl溶液和洗滌劑,充分研磨,過濾后保留濾液,因為此時DNA溶解在濾液中,A項錯誤;高溫能使蛋白質(zhì)變性(永久性變性),對DNA也有影響(高溫使DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)打開),B項錯誤;粗提取DNA時觀察到絲狀物偏少,可能是向2mol·L-1NaCl溶液中加入蒸餾水過多,導致部分DNA析出后再溶解,因此過濾后得到的DNA含量偏少,C項正確;將白色絲狀物溶解在NaCl溶液中,加入二苯胺試劑后需要沸水浴加熱才能觀察到顏色變化,D項錯誤。7.聚合酶鏈式反應(PCR)是一種體外擴增DNA片段的技術(shù)。可用于遺傳疾病的診斷、刑偵破案、古生物學和DNA序列測定等方面?；卮鹨韵聠栴}。(1)細胞內(nèi)DNA復制過程中,引物的作用是,而且DNA復制的前提是。

(2)PCR利用了原理,可通過控制溫度來控制雙鏈的解旋與結(jié)合。

(3)下面表格是DNA體內(nèi)復制與PCR反應的部分比較結(jié)果。通過比較分析,請推導出PCR反應合成DNA子鏈時能量來源于。

項目原料ATPDNA體內(nèi)復制四種脫氧核苷酸需要PCR反應脫氧胞苷三磷酸、脫氧腺苷三磷酸、脫氧胸苷三磷酸、脫氧鳥苷三磷酸不需要答案(1)使DNA聚合酶能夠從引物的3'端開始連接脫氧核苷酸解開雙鏈(或打開氫鍵)(2)DNA的熱變性(3)所用原料水解產(chǎn)生相應脫氧核苷酸時所釋放的能量解析(1)細胞內(nèi)DNA復制過程中,引物的作用是使DNA聚合酶能夠從引物的3'端開始連接脫氧核苷酸,DNA是穩(wěn)定的雙螺旋結(jié)構(gòu),所以DNA復制的前提是解開雙鏈。(2)PCR利用了DNA的熱變性原理即DNA的變性和退火,可通過控制溫度來控制雙鏈的解旋與結(jié)合。(3)通過比較分析,PCR反應合成DNA子鏈時不需要提供ATP,但原料是脫氧胞苷三磷酸、脫氧腺苷三磷酸、脫氧胸苷三磷酸、脫氧鳥苷三磷酸,原料水解生成脫氧核苷酸時可釋放能量,所以能量來源于所用原料水解產(chǎn)生相應脫氧核苷酸時所釋放的能量。8.新冠病毒為一種RNA病毒。利用實時熒光RT—PCR技術(shù),研制出了核酸診斷試劑盒,用于易感人群的新冠病毒核酸檢測。回答下列問題。(1)編碼新冠病毒相關(guān)蛋白的基因能在人體肺部細胞中表達,其理論基礎(chǔ)是。新冠病毒的RNA易被RNA酶降解,科研人員在提取RNA時往往需加入一種蛋白酶K,推測其作用是

。

(2)PCR技術(shù)的原理是。PCR反應每次循環(huán)分為三個環(huán)節(jié),若通過PCR技術(shù)對某DNA分子擴增,至少需要種引物。其中引物的作用是。

(3)RT—PCR是以病毒的RNA為模板逆轉(zhuǎn)錄合成cDNA,并對cDNA進行PCR擴增的過程。在上述RT—PCR技術(shù)中,用到的酶有逆轉(zhuǎn)錄酶和。

答案(1)遺傳信息的表達都遵循中心法則;所有生物共用一套密碼子水解RNA酶,防止病毒RNA被降解(2)DNA復制變性、退火、延伸2使DNA聚合酶能夠從引物的3'端開始連接脫氧核苷酸(3)熱穩(wěn)定的DNA聚合酶(Taq酶)解析(1)遺傳信息的傳遞都遵循中心法則(都遵循堿基互補配對原則),所有生物共用一套密碼子,因此編碼新冠病毒相關(guān)蛋白的基因能在人體肺部細胞中表達;新冠病毒的RNA易被RNA酶降解,添加蛋白酶K可以防止RNA水解,因此蛋白酶K可能可以水解RNA酶,防止病毒RNA被降解。(2)PCR技術(shù)是體外進行DNA復制的技術(shù);在體外合成DNA分為變性、退火、延伸三個環(huán)節(jié);DNA復制以兩條鏈為模板,而復制時需要引物,因此需要2種引物與兩條模板鏈結(jié)合;引物使DNA聚合酶能夠從引物的3'端開始連接脫氧核苷酸。(3)逆轉(zhuǎn)錄酶能將RNA轉(zhuǎn)變?yōu)镈NA,而PCR還需要熱穩(wěn)定的DNA聚合酶(Taq酶),合成DNA。B級關(guān)鍵能力提升練9.利用PCR技術(shù)擴增目的基因,其原理與細胞內(nèi)DNA復制類似(如圖所示)。圖中引物為單鏈DNA片段,它是子鏈合成延伸的基礎(chǔ)。下列敘述錯誤的是(D)A.用PCR方法擴增目的基因時不必知道基因的全部序列B.設(shè)計引物時需要避免引物之間形成堿基互補配對而造成引物自連C.退火溫度過高可能導致PCR反應得不到任何擴增產(chǎn)物D.第四輪循環(huán)產(chǎn)物中同時含有引物A和引物B的DNA片段所占的比例為15/16解析PCR是一項在生物體外復制特定的DNA分子片段的技術(shù),只要有DNA模板就行,不需要知道其全部序列就可以擴增,A項正確;退火溫度過高,引物無法與模板結(jié)合,可能導致PCR反應得不到任何擴增產(chǎn)物,C項正確;由圖可知,由原來的每條母鏈為模板合成的兩個新DNA分子中,只含有引物A或引物B,而以新合成的子鏈為模板合成新DNA分子時,兩種引物都含有,故第四輪循環(huán)共產(chǎn)生16個DNA分子,其中2分子DNA只含有1種引物,因此同時含有A和B引物的DNA分子是14個,占14/16,D項錯誤。10.(多選)(2022鹽城三模)某實驗小組進行“DNA的粗提取與鑒定”實驗。下列有關(guān)敘述正確的是(AD)A.取材時可選用雞血、洋蔥、菜花等富含DNA的材料進行實驗B.破碎植物細胞時,加入洗滌劑以加速細胞壁瓦解C.DNA的釋放和溶解是實驗成功與否的關(guān)鍵,調(diào)節(jié)NaCl溶液濃度利于DNA釋放D.鑒定時,需將DNA溶解在2mol·L-1NaCl溶液中,再加入二苯胺試劑進行沸水浴解析雞血、洋蔥、菜花等材料富含DNA,可用以“DNA的粗提取與鑒定”實驗,A項正確;破碎植物細胞時,加入洗滌劑以加速細胞膜瓦解,B項錯誤;用蒸餾水處理動物細胞即可促進細胞破裂,釋放內(nèi)容物,有利于DNA的釋放,調(diào)節(jié)NaCl溶液濃度利于DNA的溶解或析出,C項錯誤;用二苯胺試劑鑒定提取的DNA時,沸水浴加熱冷卻后會出現(xiàn)藍色,D項正確。11.(多選)PCR技術(shù)可用于遺傳多樣性的研究。如圖是對跳蟲A和跳蟲B的DNA分析實驗過程,下列有關(guān)敘述正確的是(ABC)A.蛋白酶可以分解組織中的蛋白質(zhì),在提取DNA時,加入蛋白酶有助于釋放出DNAB.Taq酶能夠熱穩(wěn)定,常在PCR中用于DNA鏈的合成C.將已知長度的DNA片段裝到凝膠上作參照,可用于估測樣本DNA片段的大小D.陰性對照是加入DNA模板和PCR擴增過程所需的其他混合物,以檢測是否有“污染”解析蛋白酶可以分解組織中的蛋白質(zhì),因為真核生物的DNA與蛋白質(zhì)結(jié)合在一起,因此,在提取DNA時加入蛋白酶有助于釋放出DNA,A項正確;Taq酶能夠熱穩(wěn)定,高溫下不會變性,常在PCR中用于DNA鏈的合成,B項正確;將已知長度的DNA片段裝到凝膠上作參照,通過比對能估測樣本DNA片段的大小,C項正確;陰性對照是未加DNA模板但加入PCR擴增過程所需的混合物,目的是檢測試劑是否污染,D項錯誤。12.PCR技術(shù)廣泛應用于對少量DNA樣品的大量擴增過程中,尤其在法醫(yī)鑒定中有重要的意義。PCR擴增過程示意圖如圖,請回答下列問題。(1)PCR技術(shù)的原理是。PCR反應中需要加入緩沖液、引物、模板DNA、、。

(2)圖中步驟1代表,步驟2代表,步驟3代表延伸,這三個步驟組成一輪循環(huán)。

(3)引物1和引物2的堿基序列(填“相同”或“不同”)。若一個DNA分子在PCR中經(jīng)歷n輪循環(huán),理論上需要消耗個引物,由引物形成子鏈的延伸方向是。

(4)PCR擴增時,退火溫度的設(shè)定是成敗的關(guān)鍵,退火溫度過高會破壞之間的堿基配對。退火溫度的設(shè)定與引物長度、堿基組成有關(guān),長度相同但G—C含量高的引物需要設(shè)定(填“更高”或“更低”)的退火溫度。如果PCR反應得不到任何擴增產(chǎn)物,則可以采取的改進措施有(填序號:①升高退火溫度②降低退火溫度③重新設(shè)計引物)。

答案(1)DNA的半保留復制dNTP熱穩(wěn)定的DNA聚合酶(Taq酶)(2)變性退火(3)不同2n+1-2由5'端→3'端(4)引物與模板更高②③解析(1)PCR技術(shù)的原理是DNA的半保留復制。PCR反應中需要加入緩沖液、引物、模板DNA、dNTP、熱穩(wěn)定的DNA聚合