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简答题

近十年来,PCR技术(多聚酶链式反应)成为分子生物学实验室里的一种常规手段,其原理是利用DNA半保留复制,在试管中进行DNA的人工复制,在很短时间内,将DNA扩增几百万倍甚至几十亿倍,使实验室所需要的遗传物质不在受限于活的生物体.根据PCR技术原理,回答下列问题.

(1)标准的PCR过程一般分为__________________三大步骤.

(2)引物是此过程中必须加入的物质,从化学本质上说,引物是一小段______

(3)当温度降低时,引物与模板______端结合,在DNA聚合酶作用下,引物沿着模板延伸,此过程中原料是______,遵循的原则是______

(4)如果把模板DNA的两条链用15N标记,游离的脱氧核苷酸不作标记,控制“94℃-55℃-72℃”温度循环3次,则在形成的子代DNA中含有15N标记的DNA占______

正确答案

解:(1)标准的PCR过程一般分为高温变性、低温复性和中温延伸三大步骤.

(2)PCR过程中,必须加入一小段DNA或RNA作为引物,结合到互补链DNA上.

(3)当温度降低时,引物与模板3‘端结合,在DNA聚合酶作用下,引物沿着模板延伸,此过程中原料是四种脱氧核苷酸,遵循的原则是碱基互补配对原则.

(4)如果循环3次,则可形成8个DNA分子,其中含有15N标记的DNA分子为2个,占子代DNA的

故答案为:

(1)变性    复性    延伸

(2)DNA或RNA

(3)3'四种脱氧核苷酸    碱基互补配对原则

(4)

解析

解:(1)标准的PCR过程一般分为高温变性、低温复性和中温延伸三大步骤.

(2)PCR过程中,必须加入一小段DNA或RNA作为引物,结合到互补链DNA上.

(3)当温度降低时,引物与模板3‘端结合,在DNA聚合酶作用下,引物沿着模板延伸,此过程中原料是四种脱氧核苷酸,遵循的原则是碱基互补配对原则.

(4)如果循环3次,则可形成8个DNA分子,其中含有15N标记的DNA分子为2个,占子代DNA的

故答案为:

(1)变性    复性    延伸

(2)DNA或RNA

(3)3'四种脱氧核苷酸    碱基互补配对原则

(4)

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如图为利用生物技术获得生物新品种的过程,据图回答:

(1)在基因工程中,A→B为______技术.

(2)加热至94℃的目的是使DNA中的______键断裂,这一过程在细胞内是通过______的作用来完成的.

(3)当温度降低时,引物与模板末端结合,在DNA聚合酶的作用下,引物沿模板链延伸,最终合成两条DNA分子,此过程遵循的原则是______

正确答案

解:(1)在基因工程中,A→B为PCR技术,利用的原理是DNA复制,其中①为DNA解旋过程,该过程是高温解链,不需要解旋酶.

(2)加热至94℃的目的是使DNA中的两条链之间的氢键断裂,这一过程在细胞内是通过解旋酶的作用下,消耗ATP来完成的.

(3)当温度降低时,引物与模板末端结合,在DNA聚合酶的作用下,引物沿模板链延伸,最终合成两条DNA分子.此过程中原料是4种脱氧核苷酸,遵循的原则是碱基互补配对原则.

故答案为:

(1)PCR

(2)氢  解旋酶

(3)碱基互补配对原则

解析

解:(1)在基因工程中,A→B为PCR技术,利用的原理是DNA复制,其中①为DNA解旋过程,该过程是高温解链,不需要解旋酶.

(2)加热至94℃的目的是使DNA中的两条链之间的氢键断裂,这一过程在细胞内是通过解旋酶的作用下,消耗ATP来完成的.

(3)当温度降低时,引物与模板末端结合,在DNA聚合酶的作用下,引物沿模板链延伸,最终合成两条DNA分子.此过程中原料是4种脱氧核苷酸,遵循的原则是碱基互补配对原则.

故答案为:

(1)PCR

(2)氢  解旋酶

(3)碱基互补配对原则

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请回答基因工程方面的有关问题:

(1)利用PCR技术扩增目的基本因,其原理与细胞内DNA复制类似(如图所示)

图1中引物中为单链DNA片段,它是子链合成延伸的基础.

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(如图2),请分别说明理由.

①第一组:______;  ②______

(3)PCR反应体系中含有热稳定DNA聚合酶,下面的表达式不能反映DNA聚合酶的功能,这是因为______

(4)用限制酶EcoRV、MboI单独或联合切割同一种质粒,得到DNA片段长度如图3(1kb即1000个碱基对),请在答题卡的指定位置画出质粒上EcoRV、MboI的切割位点.

正确答案

解:(1)①由图可知,由原来的每条母链为模板合成的两个新DNA分子中,只含有引物A或引物B,而以新合成的子链为模板合成新DNA分子时,两种引物都含有,故第四轮循环共产生16个DNA分子,其中含有引物A的分子是15个,占

②由图示可知,第一、二轮循环合成的子链长度均不同,根据半保留复制特点可知,前两轮循环产生的四个DNA分子的两条链均不等长,第三轮循环产生的DNA分子存在等长的两条核苷酸链,如上图.

(2)在第1组引物中,引物Ⅰ的部分碱基序列是CAGGCT,引物Ⅱ的部分碱基序列是AGCCTG,若利用这两个引物进行DNA扩增,会因其中的部分碱基发生碱基互补配对而使引物失效.在第2组引物中,引物Ⅰ′的部分碱基序列是AACTG和CAGTT,该引物一旦发生自身折叠,也将会出现部分碱基发生碱基互补配对而使引物失效.

(3)图中直接将两个脱氧核苷酸合成DNA单链,这不能反映DNA聚合酶的功能,因为DNA聚合酶只能在DNA模板存在的条件下,将单个脱氧核苷酸连续结合到双链DNA片段的引物链上.

(4)根据图示,该质粒为环形质粒.用限制酶EcoRⅤ单独切割该质粒时,只形成一个片段,说明该质粒上只有1个限制酶EcoRⅤ的识别位点.用限制酶MboⅠ单独切割该质粒时,形成两个片段,说明该质粒上有两个限制酶MboⅠ的识别位点.用限制酶EcoRⅤ和MboⅠ联合切割该质粒时,形成三个片段,其中有一个片段的长度与用MboⅠ单独切割该质粒时产生的片段长度相同(2.5kb),另外的两个片段是5.5kb和6kb,这说明限制酶EcoRⅤ的切割位点存在于用MboⅠ单独切割该质粒时产生的另一片段(11.5kb)上.质粒上EcoRV、MboI的切割位点如图所示:

故答案为:

(1)①   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

(4)如图:

解析

解:(1)①由图可知,由原来的每条母链为模板合成的两个新DNA分子中,只含有引物A或引物B,而以新合成的子链为模板合成新DNA分子时,两种引物都含有,故第四轮循环共产生16个DNA分子,其中含有引物A的分子是15个,占

②由图示可知,第一、二轮循环合成的子链长度均不同,根据半保留复制特点可知,前两轮循环产生的四个DNA分子的两条链均不等长,第三轮循环产生的DNA分子存在等长的两条核苷酸链,如上图.

(2)在第1组引物中,引物Ⅰ的部分碱基序列是CAGGCT,引物Ⅱ的部分碱基序列是AGCCTG,若利用这两个引物进行DNA扩增,会因其中的部分碱基发生碱基互补配对而使引物失效.在第2组引物中,引物Ⅰ′的部分碱基序列是AACTG和CAGTT,该引物一旦发生自身折叠,也将会出现部分碱基发生碱基互补配对而使引物失效.

(3)图中直接将两个脱氧核苷酸合成DNA单链,这不能反映DNA聚合酶的功能,因为DNA聚合酶只能在DNA模板存在的条件下,将单个脱氧核苷酸连续结合到双链DNA片段的引物链上.

(4)根据图示,该质粒为环形质粒.用限制酶EcoRⅤ单独切割该质粒时,只形成一个片段,说明该质粒上只有1个限制酶EcoRⅤ的识别位点.用限制酶MboⅠ单独切割该质粒时,形成两个片段,说明该质粒上有两个限制酶MboⅠ的识别位点.用限制酶EcoRⅤ和MboⅠ联合切割该质粒时,形成三个片段,其中有一个片段的长度与用MboⅠ单独切割该质粒时产生的片段长度相同(2.5kb),另外的两个片段是5.5kb和6kb,这说明限制酶EcoRⅤ的切割位点存在于用MboⅠ单独切割该质粒时产生的另一片段(11.5kb)上.质粒上EcoRV、MboI的切割位点如图所示:

故答案为:

(1)①   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

(4)如图:

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(1)PCR即多聚酶链式反应,在PCR技术中先要用95℃高温处理的目的是______,在延伸阶段需要需要用到的酶是______.DNA子链复制的方向是______

(2)纤维素酶是一种复合酶,一般认为它至少包括三种组分,其中能将纤维素分解成纤维二糖的酶包括____________.在筛选纤维素分解菌的过程中,人们发明了______,这种方法能通过______直接对微生物进行筛选.

正确答案

解:(1)PCR即多聚酶链式反应,在PCR技术中先要用95℃高温处理的目的是使DNA变性,从而使DNA的两条链解开,在延伸阶段需要需要用到的酶是TaqDNA聚合酶.DNA分子中,通常将含有游离的磷酸基团的末端称为5′端,另一端为3′,DNA聚合酶从引物的3′开始延伸DNA链,所以DNA子链复制的方向是从5′端到3′端.

(2)纤维素酶是一种复合酶,包括C1酶、CX酶和葡萄糖苷酶,前两种酶使纤维素分解成纤维二糖,第三种酶将纤维二糖分解成葡萄糖.纤维素分解菌可以用刚果红染液进行鉴别,刚果红可以与纤维素这样的多糖物质形成红色复合物,能够产生透明圈的菌落就是纤维素分解菌.因此,刚果红染色法能通过颜色反应直接对微生物进行筛选.

故答案为:

(1)使DNA变性   TaqDNA聚合酶    从5′端到3′端

(2)C1酶  CX酶   刚果红染色法    颜色反应

解析

解:(1)PCR即多聚酶链式反应,在PCR技术中先要用95℃高温处理的目的是使DNA变性,从而使DNA的两条链解开,在延伸阶段需要需要用到的酶是TaqDNA聚合酶.DNA分子中,通常将含有游离的磷酸基团的末端称为5′端,另一端为3′,DNA聚合酶从引物的3′开始延伸DNA链,所以DNA子链复制的方向是从5′端到3′端.

(2)纤维素酶是一种复合酶,包括C1酶、CX酶和葡萄糖苷酶,前两种酶使纤维素分解成纤维二糖,第三种酶将纤维二糖分解成葡萄糖.纤维素分解菌可以用刚果红染液进行鉴别,刚果红可以与纤维素这样的多糖物质形成红色复合物,能够产生透明圈的菌落就是纤维素分解菌.因此,刚果红染色法能通过颜色反应直接对微生物进行筛选.

故答案为:

(1)使DNA变性   TaqDNA聚合酶    从5′端到3′端

(2)C1酶  CX酶   刚果红染色法    颜色反应

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RT-PCR是将RNA逆转录(RT)和cDNA的聚合酶链式扩增反应相结合的技术,具体过程如图所示:

(1)过程Ⅰ需要加入缓冲液、原料、____________ 和引物A等.

(2)过程Ⅱ首先要将反应体系的温度升高到95℃,其目的是______,该反应体系中所用的Taq酶至少应能耐受______℃.

(3)过程Ⅱ拟对单链cDNA进行n次循环的扩增,理论上至少需要______ 个引物B.

(4)利用RT-PCR技术获取的目的基因______ (填“能”或“不能”)在物种之间交流;该技术还可用于对某些微量RNA病毒的检测,可提高检测的灵敏度,原因是______

(5)RT-PCR过程中主要借助对______ 的控制,影响酶的活性,从而使得化学反应有序高效地进行.

正确答案

解:(1)过程Ⅰ是由mRNA形成cDNA的过程,表示逆转录,需要加入缓冲液、原料、RNA提取物、逆转录酶和引物A等.

(2)过程Ⅱ首先要将反应体系的温度升高到95℃,其目的是让逆转录酶变性失活、使mRNA-cDNA杂合双链解开,该反应体系中所用的Taq酶至少应能耐受95℃.

(3)过程Ⅱ拟对单链cDNA进行n次循环的扩增,理论上至少需要2n-1个引物B.

(4)利用RT-PCR技术获取的目的基因能在物种之间交流;该技术还可用于对某些微量RNA病毒的检测,可提高检测的灵敏度,原因是增加了待测RNA逆转录产生的DNA的数量(或浓度),便于检测.

(5)RT-PCR过程中主要借助对温度的控制,影响酶的活性,从而使得化学反应有序高效地进行.

故答案为:

(1)RNA提取物     逆转录酶

(2)让逆转录酶变性失活、使mRNA-cDNA杂合双链解开(答对一点即得分)   95℃

(3)2n-1

(4)能     增加了待测RNA逆转录产生的DNA的数量(或浓度),便于检测

(5)温度

解析

解:(1)过程Ⅰ是由mRNA形成cDNA的过程,表示逆转录,需要加入缓冲液、原料、RNA提取物、逆转录酶和引物A等.

(2)过程Ⅱ首先要将反应体系的温度升高到95℃,其目的是让逆转录酶变性失活、使mRNA-cDNA杂合双链解开,该反应体系中所用的Taq酶至少应能耐受95℃.

(3)过程Ⅱ拟对单链cDNA进行n次循环的扩增,理论上至少需要2n-1个引物B.

(4)利用RT-PCR技术获取的目的基因能在物种之间交流;该技术还可用于对某些微量RNA病毒的检测,可提高检测的灵敏度,原因是增加了待测RNA逆转录产生的DNA的数量(或浓度),便于检测.

(5)RT-PCR过程中主要借助对温度的控制,影响酶的活性,从而使得化学反应有序高效地进行.

故答案为:

(1)RNA提取物     逆转录酶

(2)让逆转录酶变性失活、使mRNA-cDNA杂合双链解开(答对一点即得分)   95℃

(3)2n-1

(4)能     增加了待测RNA逆转录产生的DNA的数量(或浓度),便于检测

(5)温度

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