2019-2020年高中生物人教版选修1教学案：专题五 课题2 多聚酶链式反应扩增DNA片段(含答案)

2019-2020年高中生物人教版选修1教学案：专题五课题2 多聚酶链式反应扩

增DNA片段(含答案)

1．DNA聚合酶不能从头开始合成DNA，只能从

3′端延伸DNA链，因此，DNA的合成方

向总是从子链的5′端向3′端延伸。

2．PCR反应需要DNA模板、两种引物、四种脱

氧核苷酸、耐热的DNA聚合酶等条件。

3．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。

4．PCR每次循环都包括变性、复性和延伸三步。

5．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呈指

数扩增。

一、PCR技术的原理

1．细胞内DNA复制的条件[填表]

2．PCR扩增的原理及条件

(1)概念：PCR即多聚酶链式反应，是一种体外迅速扩增DNA片段的技术。

(2)原理：

①子链的合成：DNA聚合酶只能从3′端延伸DNA链，因此，DNA复制需要引物，DNA合成的方向总是从子链的5′端向3′端延伸。

②双螺旋的打开：DNA的热变性原理，即：

单链DNA。

双链DNA变性(加热至80～100 ℃)

复性(缓慢冷却)

(3)条件：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、一定的缓冲溶液以及能自动调控温度的设备。

二、PCR的反应过程

三、PCR技术的实验操作

1.实验用具

(1)PCR仪：该仪器能自动调控温度，实现DNA的扩增。如果没有PCR仪，可用3个恒温水浴锅代替，操作时按程序在3个水浴锅中来回转移PCR反应的微量离心管。

(2)微量离心管：总容积为0.5 mL，实际上是进行PCR反应的场所。

(3)微量移液器：用于向微量离心管中转移PCR配方中的液体。

2.注意事项

(1)为避免外源DNA等因素的污染，实验中使用的一些用具在使用前必须进行高压灭菌。

(2)所用的缓冲液和酶应分装成小份，并在－20 ℃储存。

(3)在微量离心管中添加反应成分时，每吸取一种试剂后，移液器上的枪头必须更换。

四、DNA含量的测定

1.原理：利用DNA在260_nm的紫外线波段的吸收峰曲线来测定相应含量。

2.计算公式

DNA含量(μg/mL)＝50×(260_nm的读数)×稀释倍数。

1．PCR技术控制DNA的解聚与结合是利用了DNA的()

A．特异性B．稳定性

C．热变性D．多样性

解析：选C DNA分子在80～100 ℃的温度范围内变性，双链解开成单链；当温度缓慢降低时，又能重新结合形成双链。

2．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 ℃、55 ℃、72 ℃B．72 ℃、55 ℃、92 ℃

C．55 ℃、92 ℃、72 ℃D．80 ℃、55 ℃、72 ℃

解析：选A当温度上升到90 ℃以上(90～96 ℃)时，双链DNA解聚为单链，称之为变性；当温度下降到50 ℃左右时，两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合；当温度上升到72 ℃左右(70～75 ℃)时，溶液中的四种脱氧核苷酸(A、T、C、G)在Taq DNA

聚合酶的作用下，根据碱基互补配对原则合成新的DNA 链，称为延伸。

3．PCR 实验中用到微量离心管、缓冲液和蒸馏水，使用前必须进行的关键步骤是( )

A ．反复洗涤

B ．用酒精擦洗

C ．高压灭菌

D ．在－20 ℃保存

解析：选C 在PCR 实验中，为了避免外源DNA 等因素的污染，微量离心管、枪头、缓冲液和蒸馏水等在使用前必须进行高压灭菌。同时也不能忽视其他操作步骤，如 缓冲液和酶应该分装成小份，并且在－20 ℃保存。

核心要点(一)| PCR 扩增的原理和过程

1．生物体内的DNA 复制与PCR 反应的比较

2．PCR 的反应过程

(1)变性：当温度上升到90 ℃以上时，双链DNA 解聚为单链，如图。

(2)复性：当系统温度下降至50 ℃左右时，两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA 结合，如图。

(3)延伸：当系统温度上升至72 ℃左右时，溶液中的四种脱氧核苷酸在DNA聚合酶的作用下，根据碱基互补配对原则合成新的DNA链，如图。

3．PCR反应的结果

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呈指数形式扩增。

[题组冲关]

1．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．③④B．①②

C．①③D．②④

解析：选C PCR过程与细胞内的DNA复制过程相比较，主要有两点不同：①PCR 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；②PCR 过程中，DNA解旋不依靠解旋酶，而是通过对反应温度的控制来实现的。

2．在进行DNA亲子鉴定时，需大量的DNA。PCR技术可以使样品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，图中黑色长条是引物)。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)PCR需要模板DNA、引物、______________________________________________和

____________________等条件，其中的引物实质上是一种_________________。

(2)图中的变性、延伸分别是指______________________________________________、

________________________。