2023版高中生物选择性必修3人教版-第3章-基因工程-专题强化练1-PCR扩增目的基因.docx

第3章　基因工程　　　
专题强化练1　PCR扩增目的基因
1.(2021北京延庆一中期末)利用基因工程技术,将T-DNA片段插入A基因中导致A基因突变,可获得突变体。为获知T-DNA插入位置,可用PCR技术进行扩增,应从图中选择的引物组合是 (　　)

A.引物Ⅰ与引物Ⅱ
B.引物Ⅰ与引物Ⅲ
C.引物Ⅱ与引物Ⅳ
D.引物Ⅲ与引物Ⅳ
2.通过设计引物,运用PCR技术可以实现目的基因的定点诱变。如图为基因工程中获取突变基因的过程,其中引物1序列中含有一个碱基T不能与目的基因片段配对,但不影响引物与模板链的整体配对,反应体系中引物1和引物2的5'端分别设计增加限制酶a和限制酶b的识别位点。有关叙述不正确的是 (　　)

A.引物中设计两种限制酶识别位点有利于目的基因定向插入
B.复性温度过高会导致引物不能与模板牢固结合,PCR扩增效率下降
C.第3轮PCR,引物1能与图中②结合并且形成两条链等长的突变基因
D.第3轮PCR结束后,含突变碱基对且两条链等长的DNA占1/2
3.(2021湖北孝感期中)新型冠状病毒肺炎(COVID-19),其病原体为严重急性呼吸综合征冠状病毒(SARS-CoV-2),是一种单链RNA病毒。新型冠状病毒的核酸检测采用“实时荧光定量RT—PCR”技术,通常在1~2 h内即可得到检测结果。此方法是PCR技术和荧光检测技术的结合,利用荧光染料或荧光标记的特异性探针,对PCR产物进行检测分析。步骤如下:

(1)利用样本中提取的RNA获得cDNA,过程①使用　　　　酶。需要将样本中的RNA经过过程①形成cDNA后再进行PCR扩增的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(2)PCR一般要经历多次循环,每次循环一般可以分为变性、复性和延伸三步,每一个步骤都要控制好相应的温度,延伸的温度　　　　复性的温度,而　　　　变性的温度。(均填“大于”“小于”或“等于”) 
(3)过程②中对cDNA序列进行扩增,需设计两种引物。如图为cDNA的部分序列,请问两种引物的结合位置是　　　　。 

(4)在检测过程中,随着PCR的进行,反应产物不断累积,“杂交双链”荧光信号的强度也等比例增加,为了保证检测结果的准确性,一般要达到或超过阈值时才能判定为阳性,最终确诊。虽然RT—PCR技术是当前被广泛认可的检测手段之一,但仍然存在“假阴性”现象,结合上述内容,分析可能产生“假阴性”的因素有　　　　。(填字母) 
a.取样不规范导致所获样本量不足
b.样本运输中出现了损坏
c.检测样本被污染
d.病毒相应关键序列发生了改变
4.科学家首次运用基因工程的手段,导入优质纤维高产基因KCS,可提高我国棉花的产量和品质。经过十多年艰苦实验、不断培育,将我国棉花纤维的长度提高了0.3厘米。如图 1 表示含有目的基因KCS的DNA片段长度(bp 即碱基对)和部分碱基序列,图 2 表 示一种质粒的结构和部分碱基序列。现有MspⅠ、BamHⅠ、MboⅠ、SmaⅠ 4种限制性内切核酸酶,它们识别的碱基序列和酶切位点分别为—C↓CGG—、—G↓GATCC—、—↓GATC—、—CCC↓GGG—。据图回答下列问题:

Ⅰ.(1)培育转基因棉花需要用到的工具有　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(2)若用限制酶SmaⅠ完全切割图中含有目的基因D的DNA片段,其产物长度分别为
　。 
(3)基因工程中使用的目的基因主要是指　　　　　　　　。重组质粒中除目的基因外,还必须有　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(4)若将图 2 中质粒和目的基因 D 通过同种限制酶处理后进行连接,形成重组质粒,那么应选用的限制酶是　　　　。经检测,部分含有重组质粒的大肠杆菌菌株中目的基因D不能正确表达,其最有可能的原因是 
　。 
(5)导入目的基因的植物细胞,经过植物组织培养技术得到幼苗,该技术利用的原理是
　。 
Ⅱ.为了提高转基因的成功率,需要通过 PCR 技术扩增目的基因,以获得目的基因的大量拷贝。
(6)在目的基因进行扩增时,加入的引物有A、B两种,引物的作用是　, 
若该目的基因扩增n代,则其中含有A、B引物的DNA分子有　　　　个。 
(7)PCR过程中复性温度必须根据引物的碱基数量和种类来设定。如表为根据模板 设计的两对引物序列,如图为引物对与模板结合示意图。请判断哪一对引物可采用较高的复性温度:　　　　　　。理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
引物对序列表
引物
对 A
P1AACTGAAATGTAGCTATC
P2TTAAGTCCATTACTCTAC
引物
对 B
S1 GTCCGACTAGTGGCTGTG
S2 AGCTGGCGTTTAGCCTCG

答案与分层梯度式解析
第3章　基因工程
专题强化练1
PCR扩增目的基因
1.C　引物Ⅰ与引物Ⅱ的延伸方向向右,引物Ⅲ与引物Ⅳ的延伸方向向左,引物组合只能是Ⅰ与Ⅲ,Ⅰ与Ⅳ,Ⅱ与Ⅲ,Ⅱ与Ⅳ。本题为获知T-DNA插入位置,应该扩增包括T-DNA和两侧A基因片段,可选引物Ⅱ与引物Ⅳ,C符合题意。
2.D　引物中设计两种限制酶识别位点,可以配合载体上的限制酶识别位点,帮助目的基因定向插入载体,避免发生自身连接,A正确;PCR技术中,复性温度过高会导致引物不能与互补DNA链(模板)牢固结合,PCR扩增效率下降,B正确;第3轮PCR,引物1能与图中②结合并且形成两条链等长的突变基因,C正确;第3轮PCR结束后,含突变碱基对且两条链等长的DNA只有2个,而子代DNA有23=8(个),故含突变碱基对且两条链等长的DNA占1/4,D错误。
3.答案　(1)反转录　PCR扩增必须以DNA为模板,RNA不能作为PCR扩增的模板　(2)大于　小于　(3)Ⅱ和Ⅲ　(4)abcd
解析　(1)利用样本中提取的RNA获得cDNA属于反转录的过程,故需要反转录酶的催化。PCR扩增必须以DNA为模板,RNA不能作为PCR扩增的模板,所以需要将样本中的RNA经过反转录过程合成cDNA。(2)延伸的温度为72 ℃左右,复性的温度为50 ℃左右,变性的温度一般超过90 ℃,所以延伸的温度大于复性,小于变性。(3)DNA聚合酶从引物3'端开始延伸,形成新的DNA链,所以引物的结合部位是模板DNA链的3'端,即Ⅱ和Ⅲ。(4)取样不规范导致所获样本量不足,会使得“杂交双链”荧光信号的强度达不到阈值;样本运输中出现了损坏,也会影响PCR过程中DNA的扩增,使“杂交双链”荧光信号的强度达不到阈值;检测样本被污染,会导致“杂交双链”荧光信号的强度受影响;病毒相应关键序列发生了改变,会影响引物与cDNA的结合,从而影响“杂交双链”荧光信号的强度。
4.答案　(1)限制酶、DNA连接酶、载体　(2)537 bp、790 bp、661 bp　(3)编码蛋白质的基因　启动子、终止子、标记基因和复制原点　(4)BamHⅠ　同种限制酶切割形成的末端相同,部分目的基因D与质粒反向连接　(5)植物细胞具有全能性　(6)使DNA聚合酶能够从引物的3'端开始复制　2n-2　(7)引物对B　G—C之间为三个氢键,A—T之间为两个氢键,氢键越多,DNA稳定性越强,由于引物对B中含有C—G碱基对多于引物对A,所以需要的复性温度高
解析　(1)培育转基因棉花需要用到的工具有限制酶、DNA连接酶和载体。(2)SmaⅠ识别并切割的序列为—CCC↓GGG—,所以产生的末端为平末端,图1中目的基因D所在的DNA片段含有两个SmaⅠ识别序列,经SmaⅠ切割会形成三个小的DNA片段,按切割位点计算分别是534 bp+3 bp=537(bp),796 bp-3 bp-3 bp=790(bp),658 bp+3 bp=661(bp),即用限制酶SmaⅠ完全切割图中含有目的基因D的DNA片段,其产物长度分别为537 bp、790 bp、661 bp。(3)基因工程中的目的基因主要是指编码蛋白质的基因。本题中的目的基因为优质纤维高产基因。在重组质粒中,除目的基因外,还必须有启动子、终止子、标记基因和复制原点等。(4)目的基因D的左右两侧都含有—G↓GATCC—序列,可用BamHⅠ切割,由于MboⅠ识别的序列为—↓GATC—,所以目的基因左右两侧也可用MboⅠ切割,由于质粒中—G↓GATCC—序列在抗生素A抗性基因内部,且该序列也可被识别—↓GATC—的MboⅠ切割,若用MboⅠ切割,由于质粒上含有两个切割位点,所以会破坏质粒上的抗生素A抗性基因和抗生素B抗性基因,使质粒上的标记基因全部被破坏,所以若将图2中质粒和目的基因D通过同种限制酶处理后进行连接,形成重组质粒,那么应选用BamHⅠ切割,该过程破坏了抗生素A抗性基因,但没有破坏抗生素B抗性基因。由于同种限制酶切割形成的末端相同,部分目的基因D与质粒反向连接,这样会导致部分含有重组质粒的大肠杆菌菌株中目的基因D不能正确表达。(5)植物组织培养利用的是植物细胞具有全能性的原理。(6)引物的作用是使DNA聚合酶能够从引物的3'端开始复制。PCR技术运用了DNA半保留复制的原理,因此目的基因扩增n代后产生子代DNA分子2n个。又由于亲代DNA分子的两条链中不含引物,因此子代有两个DNA只有一条链含有引物A或B,故子代中含有A、B引物的DNA分子有2n-2个。(7)由于C—G之间有3个氢键,A—T之间有2个氢键,因此C—G比例越高,DNA越稳定。引物B中含C与G的碱基对较多,需要采用较高的复性温度。