第3章 [探究·实践] DNA片段的扩增及电泳鉴定-【正禾一本通】2024-2025学年高中生物选择性必修3同步课堂高效讲义配套课件（人教版2019 单选）

第3章 基因工程 [探究·实践] DNA片 段的扩增及电泳鉴定 微量移液器 底部 PCR 仪 波长为300 nm的紫外灯 学以致用 01 02 03 04 05 06 01 02 03 04 05 06 01 02 03 04 05 06 01 02 03 04 05 06 01 02 03 04 05 06 01 02 03 04 05 06 01 02 03 04 05 06 01 02 03 04 05 06 01 02 03 04 05 06 01 02 03 04 05 06 01 02 03 04 05 06 01 02 03 04 05 06 01 02 03 04 05 06 凝胶的浓度 DNA分子的大小和构象 【探究基础】 1.实验基础 (1)PCR原理：利用 原理，通过调节温度来控制DNA双链的解聚与结合。 (2)电泳：DNA分子具有可解离的基团，在一定的pH下，这些基团可以带上正电荷或负电荷。在电场的作用下，这些带电分子会向着 的电极移动，这个过程就是电泳。 (3)PCR的产物一般通过 来鉴定。在凝胶中DNA分子的迁移速率与 、 等有关。 DNA的热变性 与它所带电荷相反 琼脂糖凝胶电泳 2.PCR和电泳鉴定的操作步骤 3.DNA的测定：凝胶中的DNA分子通过染色，可以在 下被检测出来。 【探究关键】 1.在“DNA片段的扩增及电泳鉴定”实验中，防止DNA被污染的操作有哪些？ 提示：①为避免外源DNA等因素的污染，PCR实验中使用的微量离心管、枪头和蒸馏水等在使用前必须进行高压灭菌处理。②在向微量离心管中添加反应组分时，每吸取一种试剂后，移液器上的枪头都必须更换，避免试剂的污染。③在进行操作时，一定要戴好一次性手套。 2.判断是否成功扩增出DNA片段的依据是什么？ 提示：可以通过在紫外灯下直接观察DNA条带的分布及粗细程度来评价扩增的结果。 3.如果进行电泳鉴定的结果不止一条条带，请分析产生这个结果的可能原因。 【归纳总结】　实验注意事项 (1)微量移液器不能超量程使用。使用一次性屏蔽式吸液枪头有助于防止吸取的液体流入微量移液器，从而减少实验过程中的交叉污染。 (2)为避免外源DNA等因素的污染，PCR实验中使用的微量离心管、枪头和蒸馏水等在使用前必须进行高压灭菌处理。 提示：引物设计不合理，它们与非目的序列有同源性或容易聚合形成二聚体；复性温度过低；DNA聚合酶的质量不好等。 (3)为保证加入反应体系中的各试剂体积的准确性，要按照加入体积的大小，由大到小依次加入各试剂，即最先加入无菌水。为保护酶的活性，一般最后加入耐高温的DNA聚合酶。 (4)应按照教材或试剂盒说明书建议的体积加入各试剂，随意加大试剂用量并不会提高PCR扩增的成功率。例如，高浓度的引物可能引发错配，导致非特异性扩增；高浓度的4种脱氧核苷酸可能对扩增起抑制作用。 (5)该实验所需材料可以直接购买，缓冲液和酶应分装成小份，并在－20 ℃储存。使用前，将所需试剂从冰箱拿出，放在冰块上缓慢融化。 (6)在向微量离心管中添加反应组分时，每吸取一种试剂后，移液器上的枪头都必须更换。 1.下列关于DNA片段的扩增及电泳鉴定原理的说法，正确的是(　　) A.在一定的pH条件下，DNA分子可带上正电荷或负电荷 B.带电DNA分子在电场的作用下会向着与它所带电荷相同的电极移动 C.DNA分子在凝胶中的迁移速率与DNA分子大小、构象等有关，与凝胶等无关 D.凝胶中的DNA分子直接可以在波长为300 nm的紫外灯下被检测 解析：选A。在一定的pH条件下，DNA分子可带上正电荷或负电荷，从而能在电泳的条件下发生定向移动，A正确；带电DNA分子在电场的作用下会向着与它所带电荷相反的电极移动，B错误；DNA分子在凝胶中的迁移速率除了与DNA分子大小、构象等有关外，还与凝胶的浓度有关，C错误；凝胶中的DNA分子需要经过染色，才能在波长为300 nm的紫外灯下被检测出来，D错误。 2.(2024·江西宜春高二期末)某实验小组利用菜花进行DNA的提取及电泳鉴定，并对菜花非常保守的叶绿体基因trnL进行PCR扩增。下列相关叙述错误的是(　　) A.将预冷的酒精溶液加入菜花研磨滤液离心获得的上清液中，静置可见丝状物 B.用二苯胺鉴定DNA时，试管中溶液无蓝色出现可能是DNA提取量过少或无 C.将混合液注入凝胶的加样孔时，需留一个加样孔加入指示分子大小的标准参照物 D.该PCR反应体系中必须含有trnL基因的引物、Mg2＋、4种脱氧核苷酸以及ATP 解析：选D。DNA不溶于冷却的酒精溶液，所以将预冷的酒精溶液加入菜花研磨滤液离心获得的上清液中，静置可见丝状物，A正确；正常情况下二苯胺与DNA在沸水浴条件下反应呈蓝色，试管中溶液无蓝色出现，可能是DNA的提取量过少或未提取出DNA，B正确；在进行电泳时，要预留一个加样孔，加入指示分子大小的标准参照物，C正确；该PCR反应体系中必须含有trnL基因的引物、含Mg2＋的缓冲液、4种脱氧核苷酸、模板DNA、Taq DNA聚合酶，不需要加入ATP，因为PCR反应中DNA解旋断裂氢键的能量来自PCR仪的加热，D错误。 3.(2024·广东深圳高二期中)多溴联苯醚(简称BDE­47)是一种电子垃圾分解后产生的环境污染物，为提高好氧细菌对其的降解效率，将GB­2细菌内获取的BDE­47降解基因导入WT­G受体菌，构建成基因工程菌1、2、3，如图是三种菌相关基因的电泳结果。下列有关叙述错误的是(　　) A.为获得GB­2细菌应从多溴联苯醚污染区取样 B.可通过PCR技术获取和扩增BDE­47降解基因 C.凝胶中DNA分子迁移的速率仅与DNA分子大小和构象有关 D.由图可知，工程菌2降解BDE­47的能力较强，可用于扩大培养 解析：选C。GB­2细菌内具有BDE­47降解基因，若要获得GB­2细菌，应该到特定的环境中取样，即从多溴联苯醚污染区取样，A正确；PCR是一项根据DNA半保留复制的原理，在体外提供参与DNA复制的各种组分与反应条件，对目的基因的核苷酸序列进行大量复制，所以可通过PCR技术获取和扩增BDE­47降解基因，B正确；凝胶中DNA分子迁移的速率不仅与DNA分子大小和构象有关，还与凝胶的浓度有关，C错误；由图可知，与阳性对照相比较，工程菌2含有降解基因，工程菌2降解BDE­47的能力较强，可用于扩大培养，D正确。 4.(2024·四川成都高二期中)镰状细胞贫血是一种单基因遗传病，由正常血红蛋白基因(HbA)突变为异常血红蛋白基因(Hbs)引起，它们的某片段如图甲。现对一胎儿进行基因检测，主要原理：限制酶MstⅡ处理扩增后的DNA，加热使酶切片段解旋后用荧光标记的CTGACTCCT序列与其杂交，最后电泳分离。图乙为电泳后荧光出现的三种可能性。下列叙述不正确的是(　　) A.利用PCR扩增DNA时反应体系中应加入4种dNTP、Taq DNA聚合酶和含Mg2＋的缓冲液 B.若该胎儿检测结果为图乙中的b，则其为镰状细胞贫血患者 C.荧光标记序列越长，图乙中c的两个DNA条带间的距离越大 D.用限制酶MstⅡ处理DNA不充分，可能把正常人误判为携带者 解析：选C。PCR扩增的原理是DNA复制，需要原料和酶等，所以反应体系中应加入4种dNTP、Taq DNA聚合酶和含Mg2＋的缓冲液，A正确。据图可知，正常血红蛋白基因(HbA)中含有MstⅡ限制酶的酶切位点，而异常血红蛋白基因(Hbs)中没有，限制酶MstⅡ处理扩增后的DNA，会导致HbA变短，单个分子量变小，出现图乙中a所示的DNA条带，DNA条带距离加样孔较远，说明DNA分 子量小，则表示含有HbA；出现图乙中b所示的DNA条带，DNA条带距离加样孔较近，说明DNA分子量大，没有被切割，表示含有Hbs；出现图乙中c所示的DNA条带表示含有Hbs和HbA，因此若某胎儿检测结果为图乙中的b, 则该胎儿为镰状细胞贫血患者，B正确。凝胶电泳中，DNA分子量越大电泳速度越慢，因此图乙中c的两个DNA 条带间的距离与切割后DNA分子量的大小有关，与荧光标记序列长短无关，C错误。据图可知，HbA中含有MstⅡ限制酶的酶切位点，而Hbs中没有，用MstⅡ限制酶处理DNA不充分，HbA的中间位置可能没有被切割，结果可能与Hbs结果一样，因此可能把正常人误判为携带者，D正确。 5.(2023·山东潍坊高二期末)下列关于DNA片段扩增及电泳鉴定实验的说法，错误的是(　　) A.放入PCR仪前，需要对离心管进行离心，使反应液集中在底部 B.配置琼脂糖溶液时，需要根据DNA片段的大小调节琼脂糖浓度 C.电泳时需要的两种缓冲液分别含有核酸染料和指示剂 D.电泳时，需要根据电泳槽阳极至阴极之间的距离设定电压 解析：选C。放入PCR仪前，需要对离心管进行离心，使反应液集中在底部，A正确；PCR的产物一般通过琼脂糖凝胶电泳来鉴定，在凝胶中DNA分子的迁移速率与凝胶的浓度、DNA分子的大小和构象等有关，因此根据DNA片段大小配制一定质量分数的琼脂糖溶液以便分离DNA分子，B正确；凝胶载样缓冲液内含指示剂，琼脂糖溶液中加入核酸染料，电泳缓冲液不含有核酸染料，C错误；接通电源，根据电泳槽阳极至阴极之间的距离来设定电压，一般为1～5 V/cm，D正确。 6.(2024·山东临沂高二期中)下列有关“DNA的粗提取与鉴定”“PCR扩增”和“琼脂糖凝胶电泳”实验的叙述，正确的是(　　) A.DNA的粗提取与鉴定实验中可利用DNA在酒精中溶解度较大的特点来提取DNA B.电泳缓冲液配制的琼脂糖溶液中加入的核酸染料能与DNA分子结合，便于在紫外灯下观察 C.PCR反应体系中需加入Taq DNA聚合酶，该酶在复性过程中起作用 D.将提取到的丝状物与二苯胺溶液充分混匀后，溶液即可变为蓝色 解析：选B。DNA的粗提取与鉴定实验中利用DNA不溶于酒精、但某些蛋白质溶于酒精的原理，可以初步分离DNA与蛋白质，A错误；用电泳缓冲液配制的琼脂糖溶液中加入适量的核酸染料，核酸染料能与DNA分子结合，可以在波长为300 nm的紫外灯下被检测出来，B正确；PCR反应体系中需加入Taq DNA聚合酶，该酶在延伸过程中根据碱基互补配对原则来合成新的DNA链，C错误；将提取到的丝状物先溶解于2 mol/L的NaCl溶液，再加入适量二苯胺溶液充分混匀后，需要沸水浴加热，试管冷却后溶液呈现蓝色，D错误。 $$