高二生物學(xué)人教版選修3基因工程 PCR技術(shù)及其應(yīng)用 學(xué)習(xí)任務(wù)單

《基因工程（2）》學(xué)習(xí)任務(wù)單【學(xué)習(xí)目標】1.說出PCR所需要條件，包括引物、模板、酶、能量和原料，并列表比較細胞內(nèi)DNA復(fù)制和PCR的異同點。2.說明PCR成功的關(guān)鍵在于設(shè)計特異性引物，并能正確選擇適用的引物。3.概述PCR的操作過程，并畫出三個循環(huán)的示意圖，說明三個循環(huán)后的DNA產(chǎn)物。4.聯(lián)系實際生活，舉例說明PCR的應(yīng)用?！菊n上學(xué)習(xí)任務(wù)】問題1.PCR的條件（體現(xiàn)科學(xué)探究、科學(xué)思維）（1）DNA復(fù)制需要解旋，細胞中這一過程如何實現(xiàn)？試管中如何實現(xiàn)？（2）DNA聚合酶與DNA連接酶的作用方式有何異同？（3）Taq酶與普通的DNA聚合酶相比，有何特點？如果你是科學(xué)家，你會到什么樣的生物中尋找這種特殊的酶？（體現(xiàn)社會責任和生命觀念）（4）兩個引物的堿基序列是否互補或相同？請簡述你的理由。（5）dNTP中的“d”的含義是什么？其中“N”、“T”、“P”的含義分別是什么？問題2.PCR的過程（體現(xiàn)科學(xué)思維）（1）用流程圖的形式寫出PCR擴增DNA片段的過程。（2）請畫出PCR三個循環(huán)的完整示意圖，在每一輪循環(huán)中標明引物的位置和子鏈的延伸方向。問題3.PCR的應(yīng)用（體現(xiàn)社會責任）（1）電泳為什么能夠把不同大小的DNA分開？（2）請嘗試說出PCR技術(shù)的幾項應(yīng)用。歸納總結(jié)：請嘗試用簡單的關(guān)鍵詞和箭頭，把本節(jié)課所學(xué)內(nèi)容歸納為一個簡單的概念圖?！菊n后作業(yè)】下列有關(guān)PCR技術(shù)的說法，不正確的是A.PCR技術(shù)是在細胞外完成的B.PCR技術(shù)是一項在生物體外復(fù)制特定DNA的核酸合成技術(shù)C.PCR技術(shù)的原理與DNA復(fù)制的原理不同D.PCR技術(shù)的前提是有一段已知的目的基因的核苷酸序列酶是生命活動過程中的重要有機物，下列有關(guān)酶的敘述錯誤的是A.DNA聚合酶不能從頭開始合成DNA，只能從3′端延伸DNA鏈B.RNA聚合酶、DNA連接酶和解旋酶作用的化學(xué)鍵相同C.基因工程的工具酶是限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶D.PCR技術(shù)中使用耐高溫的TaqDNA聚合酶擴增DNA片段在核酸分子雜交技術(shù)中，常常使用已知序列的單鏈核酸片段作為探針。為了獲得B鏈作探針，可應(yīng)用PCR技術(shù)進行擴增，應(yīng)選擇的引物種類是A.引物1與引物2 B.引物3與引物4 C.引物2與引物3 D.引物1與引物4關(guān)于PCR技術(shù)的敘述，正確的是A.PCR反應(yīng)體系中需要添加解旋酶以獲得單鏈模板B.PCR體系中一定要添加從受體細胞中提取的DNA聚合酶C.已知基因的部分序列時也可用PCR方法進行目的基因的擴增D.在設(shè)計兩種引物時，需要讓引物和引物之間的堿基序列互補利用PCR技術(shù)擴增目的基因，其原理與細胞內(nèi)DNA復(fù)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)。以下敘述錯誤的是A.變性過程中斷裂的是DNA分子內(nèi)堿基對之間的氫鍵B.退火時引物A必須與引物B堿基互補配對C.由原來的母鏈為模板合成的兩個新DNA分子中，只含有引物A或引物BD.延伸時需要耐高溫DNA聚合酶催化以下為獲取目的基因的過程和PCR擴增過程示意圖。據(jù)圖分析，下列說法正確的是A.催化①過程的酶是RNA聚合酶B.④過程發(fā)生的變化是引物與單鏈DNA結(jié)合C.催化②⑤過程的酶都是DNA聚合酶，都能耐高溫D.RNA單鏈中C與U之和占該鏈堿基含量是50%用PCR方法檢測轉(zhuǎn)基因植株是否成功導(dǎo)入目的基因時，得到以下電泳圖譜。其中1號為DNA標準樣液（Marker），10號為蒸餾水，PCR時加入的模板DNA如圖所示。據(jù)此作出的分析不合理的是A.PCR產(chǎn)物的分子大小在250~500bp之間B.3號樣品為不含目的基因的載體DNAC.9號樣品對應(yīng)植株不是所需的轉(zhuǎn)基因植株D.10號確定反應(yīng)體系等對結(jié)果沒有干擾金屬硫蛋白（MT）是一類廣泛存在的金屬結(jié)合蛋白，某研究小組計劃通過多聚酶鏈式反應(yīng)（PCR）擴增獲得目的基因，構(gòu)建轉(zhuǎn)基因工程菌，用于重金屬廢水的凈化處理。PCR擴增過程示意圖如圖，請回答下列問題：（1）從高表達MT蛋白的生物組織中提取mRNA，通過______獲得______用于PCR擴增。（2）設(shè)計一對與MT基因兩端序列互補配對的引物（引物1和引物2），為方便構(gòu)建與目的基因相連接的表達載體，在引物中需要增加適當?shù)腳_____位點。設(shè)計引物時需要避免引物之間形成______，而造成引物自連。（3）圖中步驟1代表______，步驟2代表退火，步驟3代表延伸，這三個步驟組成一輪循環(huán)。（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______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______的引物需要設(shè)定更高的退火溫度。（5）如果PCR反應(yīng)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）。9.（選做）蘿卜的蛋白A具有廣泛的抗植物病菌作用，而且對人體沒有影響。我國科學(xué)家欲獲得高效表達蛋白A的轉(zhuǎn)基因大腸桿菌作為微生物農(nóng)藥，做了相關(guān)研究。（1）研究者用相同的_________酶處理蛋白A基因和pET質(zhì)粒，得到重組質(zhì)粒，再進一步獲得轉(zhuǎn)基因大腸桿菌。（2）檢測發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)入的蛋白A基因在大腸桿菌細胞中表達效率很低，研究者推測不同生物對密碼子具有不同的偏好，因而設(shè)計了與蛋白A基因結(jié)合的兩對引物（引物B和C中都替換了一個堿基），并按圖2方式依次進行4次PCR擴增，以得到新的蛋白A基因。①這是一種定點的_________技術(shù)。②圖2所示的4次PCR應(yīng)該分別如何選擇圖1中所示的引物？請?zhí)顚懸韵卤砀瘢ㄈ暨x用該引物劃“√”，若不選用該引物則劃“×”）。引物A引物B引物C引物DPCR1PCR2PCR3PCR4【課后作業(yè)參考答案】1234567CBCCBBB1.【解析】A.PCR技術(shù)是在生物體外進行DNA復(fù)制的技術(shù)，A正確；B.PCR全稱為聚合酶鏈式反應(yīng)，是一項在生物體外復(fù)制特定DNA的核酸合成技術(shù)，B正確；C.PCR技術(shù)的原理與DNA復(fù)制的原理相同，C錯誤；D.PCR技術(shù)的前提是要有一段已知的目的基因的核苷酸序列，以便根據(jù)該核苷酸序列合成引物，D正確。2.【解析】A.DNA聚合酶不能從頭開始合成DNA，只能從3′端延伸DNA鏈，故A正確；

B.RNA聚合酶、DNA連接酶作用的化學(xué)鍵為磷酸二酯鍵，解旋酶作用的化學(xué)鍵為氫鍵，故B錯誤；C.基因工程的工具酶是限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶，故C正確；D.PCR技術(shù)中使用耐高溫的TaqDNA聚合酶擴增DNA片段，故D正確。

3.【解析】DNA是由兩條反向平行的脫氧核苷酸鏈組成的雙螺旋結(jié)構(gòu)；PCR技術(shù)的實質(zhì)是DNA復(fù)制，合成子鏈的方向是從5'-3'，所以應(yīng)用PCR技術(shù)時選擇的引起應(yīng)該是引物2和引物3，綜上所述，ABD錯誤，C正確。?4.【解析】A.PCR技術(shù)中通過高溫來使DNA解旋，不需要解旋酶，A錯誤；B.PCR體系中需要加入一種耐高溫的DNA聚合酶，而不是從受體細胞中提取的DNA聚合酶，B錯誤；C.已知基因的部分序列時也可用PCR方法進行目的基因的擴增，C正確；D.在設(shè)計兩種引物時，不能讓引物和引物之間的堿基序列互補，否則引物之間會相互結(jié)合，D錯誤。5.【解析】A.變性是在80?100°C的溫度范圍內(nèi)，DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)將解體，雙鏈分開，因此變性過程中被切斷的是DNA分子內(nèi)堿基對之間的氫鍵，A正確；B.退火時引物A、引物B需要與模板進行堿基互補配對，如果引物A和引物B發(fā)生堿基互補配對則不能與相應(yīng)模板鏈結(jié)合，無法完成子鏈的延伸，B錯誤；C.由原來的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，C正確；

D.延伸時需要耐高溫DNA聚合酶催化，D正確。6.【解析】A.分析題圖，①過程為逆轉(zhuǎn)錄，需要的酶是逆轉(zhuǎn)錄酶，A錯誤；B.④過程為PCR技術(shù)中的復(fù)性，發(fā)生變化是引物與單鏈DNA結(jié)合，B正確；C.②過程為DNA復(fù)制過程，需要DNA聚合酶，該聚合酶不耐高溫，⑤過程為延伸，需要耐高溫的DNA聚合酶，C錯誤；D.RNA單鏈中C與U之和占該鏈堿基含量不一定是50%，D錯誤。???7.【解析】A.PCR過程中，可以通過設(shè)計特定的引物來擴增特定的DNA片段，4～9號是轉(zhuǎn)基因植株，理論上應(yīng)包含目的基因，結(jié)合2號野生型和10號蒸餾水組的結(jié)果，推測包含目的基因的片段大小應(yīng)為250～500bp，A正確；B.3號PCR結(jié)果包含250~500bp片段，包含目的基因，B錯誤；C.9號PCR結(jié)果不包含250~500bp片段，所以