人教版生物选修1课时作业：5.2 多聚酶链式反应扩增dna片段

5.2
新提升·课后作业
一、
选择题(每小题5分，共50分)
1．下列有关PCR技术的说法不正确的是(　　)
A．PCR技术需要特殊的DNA解旋酶
B．PCR技术体外复制DNA以指数形式扩增
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目的基因的核苷酸序列
【解析】　PCR过程不需要解旋酶的参与，而是通过加热来实现DNA解旋的。A错误。
【答案】　A
2.关于DNA的复制，下列叙述正确的是(　　)
A．DNA聚合酶不能从头开始合成DNA，只能从5′端延伸DNA链
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的合成方向总是从子链的3′端向5′端延伸
【解析】　DNA聚合酶(taq酶)的移动方向即子链合成方向是从3′到5′端，这和脱氧核苷酸的基本结构有关，DNA的合成，不论体内或体外，都需要一段引物，原因是在DNA合成中DNA聚合酶仅仅可以把新的核苷酸加到已有的DNA链上，引物与DNA母链通过碱基互补配对进行结合。
【答案】　C
3.下列有关PCR技术的叙述正确的是(　　)
A．作为模板的DNA序列必须不断的加进每一次的扩增当中
B．作为引物的脱氧核苷酸序列必须不断的加进每一次的扩增当中
C．反应需要的DNA聚合酶必须不断的加进反应当中
D．反应需要的DNA连接酶必须不断的加进反应当中
【解析】　模板DNA只需加入一次，A项错误；引物在合成中不断被利用，需不断加入，B项正确；DNA聚合酶可反复使用，C项错误；DNA连接酶也可反复使用，D项错误。
【答案】　B
4．从2001年初到现在，青岛某实验基地已孕育出上百只转基因克隆羊，它们的体内分别携带包括β—干扰素、抗凝血酶素、乙肝表面抗原在内的多种药用蛋白基因。这意味着，它们可以通过产奶的方式源源不断地提供药用蛋白基因，其应用前景非常光明。在其实验研究过程中，经常利用PCR技术制取大量的有关药用蛋白基因来供实验用。下列有关PCR技术的叙述中，不合理的是(　　)
A．PCR扩增反应中加入引物的作用是结合在模板DNA上，提供DNA延伸起始位点
B．DNA聚合酶的作用是从引物的5′端开始催化DNA链的延伸
C．PCR技术依据是DNA的热变性原理
D．PCR的反应过程一般经历三十多个循环，每次循环都包括变性、复性、延伸
【解析】　在PCR中引物能结合在模板DNA上，提供DNA延伸起始位点，故A正确；DNA聚合酶的作用是从3′端开始催化DNA链的延伸，故B错；PCR的原理是DNA分子复制，每次循环包括变性、复性和延伸，故CD均正确。
【答案】　B
5．PCR技术又称聚合酶链式反应，现在已成为分子生物学实验室的一种常规手段，它可以在体外很短的时间内将DNA大量扩增。你认为下列符合在体外进行PCR反应条件的一组是(　　)
①稳定的缓冲液环境　②DNA模板　③合成引物
④四种脱氧核苷酸　⑤DNA聚合酶　⑥DNA解旋酶　⑦限制性核酸内切酶　⑧温控设备
A．①②③④⑤⑥
B．①②③④⑤⑥⑦⑧
C．③④⑤⑥⑧
D．①②③④⑤⑧
【解析】　在PCR技术中，需要的条件有模板、引物、脱氧核苷酸、耐高温的DNA聚合酶，此外还需要适宜的温度和pH，故D正确。
【答案】　D
6.聚合酶链式反应(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．变性过程中使用高温破坏的是DNA分子内碱基对之间的氢键
B．复性过程中引物与DNA模板链的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复制相比所需要酶的最适温度较高
【解析】　在PCR中，通过控制温度打开氢键，使DNA双链变成单链，故A正确；复性过程中引物与DNA模板链的结合是依靠碱基互补配对原则，故B正确；PCR中需要的原料是四种脱氧核苷酸，故C错；由于PCR中使用的是耐高温的DNA聚合酶，因此比正常的细胞内复制需要的温度高，故D正确。
【答案】　C
7．PCR利用了DNA热变性的原理，PCR仪实际上也是一种能自动调控温度的仪器，对PCR过程中“温度的控制”的说法中错误的是(　　)
A．酶促反应需要高的温度，是为了确保模板是单链
B．延伸的温度必须大于退火温度，而小于变性温度
C．DNA聚合酶不具热变性，要用耐高温的聚合酶
D．DNA解旋酶不具热变性，为了确保模板是单链
【解析】　PCR是一种体外DNA扩增技术。DNA双链的解开不需要解旋酶，靠高温使其变性，双链螺旋结构解体，双链分开，退火前，在耐高温的DNA聚合酶作用下根据碱基互补配对原则合成新的DNA，因此延伸的温度要大于退火温度小于变性温度。
【答案】　D
8．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】　PCR过程与细胞内的DNA复制过程相比较，主要有两点不同：(1)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。(2)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。
【答案】　C
9．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．模板链加热解旋已经变性不可能再次结合
【解析】　DNA分子在94
℃左右的温度范围内双螺旋结构解体，双链打开，在DNA分子复制时提供模板，这个过程称为变性。当温度缓慢降低到40～60
℃时，两条解聚的单链分别与引物结合，称为退火，故D项阐述错误。
【答案】　D
10.PCR技术中下列说法错误的有几项(　　)
①复性的目的是使原来分开的DNA的两条单链重新连接成双链
②PCR技术是扩增完整的DNA分子
③DNA聚合酶不能从头开始合成DNA，只能从5′端延伸DNA链
④DNA引物在细胞外可在DNA聚合酶的作用下合成
A．有一项
B．有二项
C．有三项
D．有四项
【解析】　PCR
全称为聚合酶链式反应，PCR
技术是一项在生物体外复制特定DNA的核酸合成技术，原理是DNA复制，前提条件是要有一段已知目的基因的核苷酸序列以便合成一对引物，条件还包括模板DNA、四种脱氧核苷酸、一对引物、热稳定DNA聚合酶(Taq酶)，具体过程有①高温变性：DNA解旋过程；②低温复性：引物结合到互补链DNA上；③中温延伸：合成子链。PCR扩增中双链DNA解开不需要解旋酶，高温条件下氢键可自动解开。
【答案】　D
二、非选择题
11．(10分)近10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(如下图所示)。
(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，最终合成两条DNA分子，此过程中原料是__________，遵循__________。
(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：液体环境、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，以含有14N的脱氧核苷酸为原料，连续复制4次之后，则15N标记的DNA分子占全部DNA总数的比例为__________。
(5)现有一段DNA序列：5′CAAGGATCC3′
3′GTTCCTAGG5′。如果它的引物1为5′GGA—OH，则引物2为__________。
【解析】　DNA两条链之间的碱基通过氢键形成碱基对，从而将两条链连接起来。因而，要想打开DNA双链，必须打开氢键，这一过程在细胞内是在解旋酶作用下完成的，在细胞外(PCR)则是通过高温实现的。合成DNA时，所用的原料是4种游离的脱氧核苷酸，复制过程遵循碱基互补配对原则。PCR技术的条件除了模板、原料、酶以外，还要有适宜的温度和酸碱度以及液体环境；用含15N标记的DNA分子作为模板，连续复制4次，共得到DNA分子数为24＝16个，其中含有15N标记的有两个，占全部DNA分子总数的1/8。
【答案】　(1)氢　变性　解旋　(2)4种脱氧核苷酸　碱基互补配对原则　(3)Taq
DNA聚合　温度　pH　(4)1/8　(5)5′CAA—OH
12．(10分)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PCR反应中第二轮的产物。
(5)简述PCR技术的主要应用。
【解析】　(1)DNA聚合酶只能把新的核苷酸加到已经存在的核酸的3′羟基上，与DNA母链结合的RNA引物就提供这个羟基。(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)
(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。
13．(15分)多聚酶链式反应(PCR)是一种体外扩增DNA片段的技术。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。回答以下问题：
(1)细胞内DNA复制过程中，引物的作用是____________________，而且DNA复制的前提是______________。
(2)PCR利用了______________原理，可通过控制温度来控制双链的解旋与结合。
(3)PCR技术用到的酶是____________，与细胞内DNA复制时发挥相同作用的酶相比区别在于________________。
(4)下面表格是DNA体内复制与PCR反应的部分比较结果。通过比较分析，请推导出PCR反应合成DNA子链时能量来源于____________________________________________________________。
原料
ATP
DNA体内复制
四种脱氧核苷酸
需要
PCR反应
脱氧胞苷三磷酸、脱氧腺苷三磷酸脱氧胸苷三磷酸、脱氧鸟苷三磷酸
不需要
(5)假如PCR反应所用的引物含有放射性、模板不具有放射性，且引物不被切除，则经过n次循环，具有放射性的脱氧核苷酸链占总链数的比值为____________。
【解析】　(1)DNA具有双螺旋结构，复制时遵循碱基互补配对原则，所以打开氢键，DNA聚合酶方可在引物的引导下从引物3′端开始连接脱氧核苷酸。(2)PCR技术就是模拟细胞内DNA复制的一项技术，只不过该技术中双链的解旋与结合是通过温度来控制的，原因在于DNA具有热变性。(3)TaqDNA聚合酶具有耐高温的特性。(4)DNA无论是体内复制还是体外复制，子链合成过程中都要消耗能量，而PCR反应不加入ATP供能，且加入的原料也不是四种脱氧核苷酸，可见PCR所用原料在水解成相应脱氧核苷酸时，能释放出等同于ATP水解的能量。(5)DNA复制n次产生2n个DNA，共有2n＋1条脱氧核苷酸链，由于母链不具有放射性，所以具有放射性的脱氧核苷酸链占总链数的比值为＝。
【答案】　(1)使DNA聚合酶能够从引物的3′端开始连接脱氧核苷酸　解开双链(或打开氢键)
(2)DNA的热变性　(3)TaqDNA聚合酶　耐高温
(4)所用原料水解产生相应脱氧核苷酸时所释放的能量　(5)
14．(15分)在进行DNA亲子鉴定时，需大量的DNA。PCR技术(多聚酶链式反应)可以使样品DNA扩增，获得大量DNA克隆分子。该技术的原理是利用DNA的半保留复制，在试管中进行DNA的人工复制(如图，图中黑色短线是引物)。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。
(1)图中的变性、延伸分别是指________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)假设PCR反应中的DNA模板为P，第一轮循环的产物2个子代DNA为N1，第二轮的产物4个子代DNA为N2，N1、N2中分别含有模板DNA单链的DNA分别有________个、________个。若继续循环，该DNA片段共经过30次循环后能形成________个DNA片段。
(3)某样品DNA分子中引物之间的序列共含3
000个碱基对，碱基数量满足：＝，若经5次循环，至少需要向试管中加入________个腺嘌呤脱氧核苷酸。(不考虑引物所对应的片段)
【解析】　(1)PCR技术中DNA变性是指作为模板的DNA双链解旋形成单链。延伸是指在DNA聚合酶的作用下，原料脱氧核苷酸聚合形成新的DNA链。
(2)因DNA为半保留复制方式，不管复制几次，子代中始终有2个DNA含有模板DNA单链。DNA复制子代以指数式2n增长，n＝复制次数，故复制30次形成230个DNA片段。
(3)在双链DNA分子中，A＝T，G＝C，由＝推出A/C＝，C＝2A
①；A＋C＝碱基总数
②，将①式代入②得：A＝1
000。1个DNA分子复制5次，增加了25－1＝31个DNA，故至少需要1
000×31＝31
000个腺嘌呤脱氧核苷酸。
【答案】　(1)模板DNA双链解旋形成单链　在DNA聚合酶的作用下，原料脱氧核苷酸聚合形成新的DNA链
(2)2　2　230
(3)31
000