专题80 PCR技术高考全攻略之备战高考生物考点.docx

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专题80PCR技术高考全攻略之备战高考生物考点

1．PCR原理

（1）细胞内DNA复制条件

条件

组分

作用

模板

DNA的两条单链

提供复制的模板

原料

四种脱氧核苷酸

合成DNA子链的原料

酶

解旋酶

DNA聚合酶

打开DNA双螺旋

催化合成DNA子链

能量

ATP

为解螺旋和合成子链供能

引物

RNA

为DNA聚合酶提供合成的3’端起点

（2）细胞内DNA复制过程

DNA的两条链是反向平行的，通常将DNA的羟基末端称为3’端，而磷酸基团的末端称为5’端。

DNA聚合酶不能从头开始合成DNA，而只能从3’端延伸DNA链，因此，DNA复制需要引物。

DNA的合成方向总是从子链的5’端向3’端延伸。

在DNA的复制过程中，复制的前提是双链解开。

在体外可通过控制温度来实现。

在80~100℃的温度范围内，DNA的双螺旋结构将解体，双链分开，这个过程称为变性。

PCR利用了DNA的热变性原理，通过控制温度来控制双链的解聚与结合。

由于PCR过程的温度高，导致DNA聚合酶失活，后来耐高温的DNA聚合酶的发现和应用，大大增加了PCR的效率。

PCR反应需要在一定的缓冲溶液中进行，需提供：

DNA模板，分别与两条模板链相结合的两种引物，四种脱氧核苷酸，耐热的DNA聚合酶，同时通过控制温度使DNA复制在体外反复进行。

2．PCR的反应过程

PCR一般要经历三十多次循环，每次循环可以分为变性、复性和延伸三步。

从第二轮循环开始，上一次循环的产物也作为模板参与反应，并且由引物Ⅰ延伸而成的DNA单链会与引物Ⅱ结合，进行DNA的延伸，这样，DNA聚合酶只能特异地复制处于两个引物之间的DNA序列，使这段固定长度的序列成指数扩增。

3．实验操作

（1）PCR反应体系：

缓冲液、DNA模板，四种脱氧核苷酸原料、热稳定的DNA聚合酶、两种RNA引物、水。

（2）实验操作步骤

①按照PCR反应体系配方配制反应液；

②将PCR反应体系50μL用微量移液器转移到微量离心管（0.5mL）中；

③将微量离心管放到PCR仪中；

④设置PCR仪的工作参数；

⑤DNA在PCR仪中大量扩增。

考向PCR的反应过程

1．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30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模板链的结合是依靠碱基互补配对原则完成的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复制相比所需酶的最适温度较高

【参考答案】C

【试题解析】变性过程中破坏的是DNA分子内碱基对之间的氢键，解旋酶也具有该作用，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完成的，B正确。

延伸是合成DNA的过程，所以该过程中需要DNA聚合酶、ATP、四种脱氧核糖核苷酸，C错误。

PCR与细胞内DNA复制相比所需酶的最适温度较高，因为PCR过程需要高温变性，即使在复性时的温度也比较高，D正确。

2．利用PCR技术扩增目的基因的过程中，需加入

A．耐高温的解旋酶以保证DNA双链完全解开B．2种己知核苷酸序列的引物以保证核苷酸链的延伸C．4种足量的核糖核苷酸以保证目的基因的扩增

D．—定量的盐酸和氢氧化钠溶液以维持pH的稳定

【答案】B

1．PCR（多聚酶链式反应）技术是一项在生物体外复制特定的DNA片段的核酸合成技术，如图表示合成过程。

下列说法错误的是

A．甲过程高温使DNA变性解旋，该过程不需要解旋酶的作用

B．丙过程用到的酶在高温下失活，因此在PCR扩增时需要再添加

C．如果把模板DNA的两条链用15N标记，游离的脱氧核苷酸不做标记，循环3次后，在形成的子代DNA中含有15N标记的DNA占25%

D．PCR中由碱基错配引起的变异属于基因突变

2．在PCR反应中一个DNA片段在6次循环后大约有多少个这样的片段

A．8个B．16个C．32个D．64个

3．小鼠杂交瘤细胞表达的单克隆抗体用于人体试验时易引起过敏反应，为了克服这个缺陷，可选择性扩增抗体的可变区基因（目的基因）后再重组表达。

下列相关叙述正确的是

A．设计扩增目的基因的引物时不必考虑表达载体的序列B．用PCR方法扩增目的基因时需要知道基因的全部序列C．PCR体系中G—C碱基对含量将影响使DNA解链的所需温度

D．PCR体系中一定要添加从受体细胞中提取的DNA聚合酶

4．下列有关DNA分子复制的叙述，正确的是。

A．DNA分子在解旋酶的作用下水解成脱氧核苷酸B．在复制过程中，解旋和复制是同时进行的C．解旋后以一条母链为模板合成两条新的子链

D．两条新的子链通过氢键形成一个新的DNA分子

5．标准的PCR过程一般分为变性、复性、延伸三大步，这三大步需要的温度依次是

A．92℃、50℃、72℃

B．72℃、50℃、92℃C．50℃、92℃、72℃

D．80℃、50℃、72℃

6．用PCR技术将DNA分子中的A1片段进行扩增，设计了引物Ⅰ、Ⅱ，其连接部位如图所示，x为某限制酶识别序列。

扩增后得到的绝大部分DNA片段是图中的

A．

B．

C．

D．

7．PCR是一种体外迅速扩增DNA片段的技术，其基本原理和过程与细胞内DNA的复制类似。

下列关于两者共同点的叙述，不正确的是

①边解旋边复制

②遵循碱基互补配对原则

③需要引物

④过程可分为变性、复性、延伸等步骤

A．①②B．②③

C．③④D．①④

8．如图表示DNA变性和复性示意图，下列相关说法不正确的是

A．向右的过程为加热（80～100℃）变性的过程B．向左的过程是DNA双链缓慢降温复性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2个游离的磷酸基、2个3′端

9．以下为形成cDNA过程和PCR扩增过程示意图。

据图分析，下列说法正确的是

A．④过程发生的变化是引物与单链DNA结合B．催化①过程的酶是DNA聚合酶C．催化①②⑤过程的酶都必须能耐高温

D．过程③需要解旋酶

10．在遗传病及刑侦破案中常需要对样品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）若将作为原料的四种脱氧核苷酸用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技术利用了DNA的________原理解决了这个问题。

（5）在对样品DNA分析过程中发现，DNA掺杂着一些组蛋白，要去除这些组蛋白可加入的物质是___________________。

11．（2016·天津卷）人血清白蛋白（HSA）具有重要的医用价值，只能从人血浆中制备。

下图是以基因工程技术获取重组HSA（rHSA）的两条途径。

（1）获取HSA基因，首先需采集人的血液，提取_____________合成总cDNA，然后以cDNA为模板，采用PCR技术扩增HSA基因。

下图中箭头表示一条引物结合模板的位置及扩增方向，请用箭头在方框内标出另一条引物的位置及扩增方向。

（2）启动子通常具有物种及组织特异性，构建在水稻胚乳细胞内特异表达rHSA的载体，需要选择的启动子是_____________（填写字母，单选）。

A．人血细胞启动子B．水稻胚乳细胞启动子C．大肠杆菌启动子D．农杆菌启动子

（3）利用农杆菌转化水稻受体细胞的过程中，需添加酚类物质，其目的是_____________________。

（4）人体合成的初始HSA多肽，需要经过膜系统加工形成正确空间结构才能有活性。

与途径II相比，选择途径I获取rHSA的优势是_______________________________________。

（5）为证明rHSA具有医用价值，须确认rHSA与_________________的生物学功能一致。

1．【答案】B

占25%，C正确；PCR中由碱基错配引起的变异属于基因突变，D正确。

2．【答案】D

【解析】聚合酶链式反应（PCR）技术是在人为条件下进行的DNA分子复制技术，而DNA复制为半保留方式，经过6个循环即复制6次，则合成26个DNA，故一个DNA片段在6次循环后最终可得到1×26=64个DNA分子，故选D。

3．【答案】C

【解析】设计扩增目的基因的引物时，要考虑表达载体相关序列，从而保证目的的基因能与表达载体相连接及正常表达，A错误；用PCR方法扩增目的基因的前提是：

要有一段已知目的基因的核苷酸序列，以便根据这一序列合成引物，因此不需要知道基因的全部序列，B错误；在每个双链DNA分子中，碱基对A与T之间有2个氢键，C与G之间有3个氢键，且DNA分子含有的氢键数越多，其热稳定性就越高，因此PCR体系中G—C碱基对含量将影响使DNA解链的所需温度，C正确；PCR体系中一定要添加耐高温的热稳定DNA聚合酶，而从受体细胞内提取的DNA聚合酶不耐高温，D错误。

4．【答案】B

【解析】在DNA分子复制过程中，解旋酶的作用是破坏碱基对之间的氢键，形成两条脱氧核苷酸长链。

边解旋边复制是DNA复制的特点。

以解开的每一条母链为模板，按照碱基互补配对原则，各合成一条子链，最后每条新合成的子链与对应的模板链盘绕，形成两条一样的DNA分子。

5．【答案】A

【解析】标准的PCR过程一般分为变性、复性、延伸三大步，其中变性需要高温使DNA解螺旋，故为90~96℃；而复性是在较低温度下，两种引物和DNA单链相结合，故温度为40~60℃；延伸是在DNA聚合酶的作用下合成新的DNA链，温度应为DNA聚合酶的最适温度70~75℃；故选A。

6．【答案】D

【解析】利用PCR技术将DNA分子中的A1片段进行扩增，当引物与母链通过碱基互补配对结合后，子链延伸的方向总是从5′端到3′端，据此依题意和图示分析可知，A、B、C均错误，D正确。

7．【答案】D

故选D。

8．【答案】C

【解析】向右的过程为加热（80～100℃）变性的过程，即高温变性，使DNA解旋，A正确。

向左的过程是DNA双链缓慢降温复性，并合成子代DNA，B正确。

变性不需要解旋酶，通过高温条件下氢键断裂而使双链解开；生物体内解旋需要解旋酶，在常温条件下进行，C错误。

因为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、2个3'端，D正确。

9．【答案】A

【解析】分析题图：

图示为形成cDNA过程和PCR扩增过程示意图，其中①是由RNA形成单链DNA的过程，为逆转录过程；②是由单链DNA合成双链DNA的过程，是DNA分子复制过程；③④⑤是多聚酶链式反应扩增DNA片段，其中③是变性、④是复性、⑤是延伸阶段。

④为复性过程，发生的变化是引物与互补DNA链结合，A正确；①为逆转录过程，该过程需要逆转录酶的催化，B错误；图中②⑤过程为DNA复制，这两个过程都需要DNA聚合酶的催化，其中⑤过程进行的温度是70～75℃，因此催化该过程的DNA聚合酶能耐高温，但催化②过程的酶不耐高温，C错误；过程③为高温解链，该过程不需要解旋酶，D错误。

10．【答案】

（1）5′—G—A—OH（或HO—A—G—5′）

（2）

（3）每个DNA分子各有一条链含32P1/2n

（4）DNA解旋热变性

（5）蛋白酶

现，DNA掺杂着一些组蛋白，根据酶的专一性原理，要去除这些组蛋白可加入蛋白酶。

11．【答案】

（1）总RNA（或mRNA）

（2）B

（3）吸引农杆菌移向水稻受体细胞，有利于目的基因成功转化

（4）水稻是真核生物，具有膜系统，能对初始rHSA多肽进行高效加工

（5）HSA

【解析】

（1）合成总cDNA需提取细胞中所有的mRNA，然后通过反转录过程进行合成。

采用PCR技术扩增HSA基因时，两条引物分别与模板链的5’端结合，扩增方向相反。

（2）根据启动子通常具有物种及组织特异性可知，构建在水稻胚乳细胞内特异表达rHSA的载体，需要选择的启动子是水稻胚乳细胞启动子。

（3）利用农杆菌转化水稻受体细胞的过程中，酚类物质可以吸引农杆菌移向水稻受体细胞，有利于目的基因成功转化。

（4）水稻是真核生物，具有膜系统，能对初始rHSA多肽进行高效加工，而大肠杆菌是原核生物，细胞中不具有生物膜系统。

（5）为证明rHSA具有医用价值，须确认rHSA与天然的HSA生物学功能一致。