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专题突破集训
一、选择题:每小题给出的四个选项中只有一个符合题目要求。
1.(2025·成都期末)某科研小组采用PCR技术构建了红色荧光蛋白基因(dsred2)和α淀粉酶基因(amy)的dsred2-amy融合基因,其过程如图所示,其中引物②和引物③中部分序列(黑色区域)可互补配对。下列说法错误的是( )
A.利用PCR技术扩增基因时不需要解旋酶来打开DNA双链
B.不能在同一反应体系中进行dsred2基因和amy基因的扩增
C.dsred2基因和amy基因混合后只能得到一种类型的杂交链
D.杂交链延伸得到dsred2-amy融合基因的过程不需要加引物
【答案】 C
【解析】 A、利用PCR技术扩增基因时,高温变性使DNA双链解旋,不需要解旋酶来打开 DNA双链,A正确;
B、引物之间的结合会干扰引物和模板链的结合,从而影响PCR过程,因此不能在同一个反应体系中进行dsred2基因和amy基因的扩增,B正确;
C、dsred2基因和amy基因混合可以得到两种类型的杂交链,C错误;
D、杂交链延伸得到dsred2-amy融合基因的过程中,不需要加入引物,两条母链的起始位置的碱基序列即为引物,可以作为子链合成的引物,D正确。
故选C。
2.科学家将抗人大肠癌单克隆抗体基因(ND-1)与酵母胞嘧啶脱氨酶基因(CD)融合,在大肠杆菌中成功地表达了单链抗体与酶的融合蛋白,这类蛋白的疗法称为由抗体介导的酶解前药疗法(ADEPT)。ND1-CD融合基因的构建方法如图所示。下列有关叙述错误的是( )
A.图中两条杂交链的获得至少需要经过1次扩增循环
B.图中杂交链延伸成ND1-CD融合基因的过程不需要添加引物
C.PCR反应体系中须加入耐高温的DNA聚合酶,该酶主要在延伸过程起作用
D.该融合蛋白应是利用抗体部分特异性的识别人大肠癌细胞并将酶带到靶部位
【答案】 A
【解析】 A、经过一次循环得到的杂交链,引物2端和引物3端都为相应链的5′端,不可直接延伸子链,为了使杂交链顺利延伸子链,至少需要经过2次循环才能得到如图所示的引物2端和引物3端都为相应链的3′端杂交链,A错误;
B、杂交链延伸生成ND1—CD 融合基因的过程中,不需要加入引物,两条母链的起始位置的碱基序列即为引物,可以作为子链合成的引物,为DNA聚合酶提供3′端,B正确;
C、PCR反应体系中须加入耐高温的DNA聚合酶,该酶主要在延伸过程起作用,即催化DNA在高温条件下进行复制,C正确;
D、抗体可以特异性识别抗原成分,故该融合蛋白应是利用抗体部分特异性的识别人大肠癌细胞并将酶带到靶部位,D正确。
故选A。
3.(2025·衡水模拟)科学家在人类的基因中发现36种病毒基因的片段,并提取相关基因片段进行扩增及电泳鉴定。下列叙述正确的是( )
A.用PCR仪进行扩增时,扩增缓冲液中一般要添加Ca2+
B.基因片段扩增过程中,脱氧核苷酸会依次加到引物的5′端
C.电泳时,在凝胶中基因片段的迁移速率与DNA分子的构象无关
D.将基因片段与凝胶载样缓冲液的混合液加入凝胶加样孔时,要留一个加样孔加标准参照物
【答案】 D
【解析】 A、用PCR仪进行扩增时,扩增缓冲液中一般要添加Mg2+,A错误;
B、基因片段扩增过程中,脱氧核苷酸会依次加到引物的3′端,B错误;
C、电泳时,在凝胶中基因片段的迁移速率与DNA分子的大小、构象都有关,C错误;
D、将基因片段与凝胶载样缓冲液的混合液加入凝胶加样孔时,要留一个加样孔加指示分子大小的标准参照物,D正确。
故选D。
4.(2025·南京期末)琼脂糖凝胶电泳是分离和鉴定PCR产物的常用方法,下列相关叙述正确的是( )
A.待分离DNA片段越大,配制的琼脂糖溶液浓度越低
B.向凝固的凝胶中加入没过凝胶的电泳缓冲液后,小心拔出梳子
C.将PCR产物与电泳缓冲液混合,用微量移液器缓慢注入加样孔内
D.接通电源后,待核酸染料前沿迁移接近凝胶边缘时,停止电泳
【答案】 A
【解析】 A、配制琼脂糖溶液浓度时,低浓度的胶用于分析大片段核酸,高浓度的胶可以进行小片段的胶,A正确;
B、待凝胶溶液完全凝固后,小心拔出梳子,取出凝胶放入电泳槽内,再将电泳缓冲液加入电泳槽中,B错误;
C、将扩增的PCR产物与凝胶载样缓冲液(内涵指示剂)混合后,再用微量移液器将混合液缓慢注入凝胶的加样孔内,C错误;
D、接通电源后,待指示剂前沿迁移接近凝胶边缘时,停止电泳,D错误。
故选A。
5.实验小组利用PCR技术获得了含有目的基因的DNA片段,并用图示的限制酶对其进行酶切,再用所得DNA片段成功构建了基因表达载体,下列叙述错误的是( )
A.PCR技术中用到的一个引物的前8个碱基序列为5′-TGCGCAGT-3′
B.步骤①中用到的限制酶是SpeⅠ和CfoⅠ
C.用步骤①中的限制酶对质粒进行酶切,可至少获得2个DNA片段
D.可用E.coliDNA连接酶或T4DNA连接酶连接酶切后的目的基因片段和质粒
【答案】 B
【解析】 A、由于引物只能引导子链从5′到3′,根据碱基互补配对原则,其中一个引物序列为5′-TGCGCAGT-3′,A正确;
B、根据三种酶的酶切位点,左侧的黏性末端是使用NheⅠ切割形成的,右边的黏性末端是用CfoⅠ切割形成的,B错误;
C、用步骤①的酶对载体进行酶切,使用了NheⅠ和CfoⅠ进行切割,根据他们的识别位点以及原本DNA的序列,切割之后至少获得了2个片段,C正确;
D、图中形成的是黏性末端,E.coliDNA连接酶只能连接黏性末端,T4DNA连接酶既可连接平末端,又可连接黏性末端,所以可用E.coliDNA连接酶或T4DNA连接酶连接酶切后的目的基因片段和质粒,D正确。
故选B。
6.(2025·芜湖月考)我国科学家用诱变剂处理野生型油菜,获得了新生叶黄化的隐性突变体。由于一个碱基对的改变,导致该突变基因上出现了一个限制酶B的酶切位点(如图所示)。该突变体与野生型杂交得F1,F1自交得F2,提取F2植株的基因组DNA→PCR→回收扩增产物→用限制酶B处理→电泳,电泳后得到的条带数最多为( )
A.0条 B.1条
C.2条 D.3条
【答案】 D
【解析】 野生型基因电泳结果有一条带,叶黄化的基因经过限制酶B处理后,据图分析基因被切成两段长度不一的片段,根据电泳的原因是根据DNA的长度不一,将DNA进行以条带的形式区分开来,则F2中杂合子既有野生型基因,也有叶黄化的基因,故电泳条带数目应为3条,D符合题意。
故选D。
7.(2025·盐城模拟)PCR引物的3′端有结合模板DNA的关键碱基,5′端无严格限制,可用于添加限制酶切点等序列。下列相关叙述错误的是( )
A.图中两条子链合成一定都是从5′端向3′端延伸
B.图示表示复性阶段,该过程的温度与引物的长短有关
C.用图示引物扩增5次后,可以产生22个目标产物
D.PCR每次循环都消耗引物和原料,在实验过程中需要及时补充
【答案】 D
【解析】 A、Taq DNA聚合酶只能从引物的3′端开始延伸DNA子链,所以两条子链合成一定都是从5′端向3′端延伸,A正确;
B、图示表示复性阶段,该过程的温度与引物的长短、碱基组成等有关,引物长度越长或者GC含量越高,则复性的温度设置越高,B正确;
C、经过5次循环后会产生25=32个,其中只有2个DNA分子含有最初的模板链,另仅含有第一次复制产生的单链参与形成的DNA分子有8个,因此经过5次复制产生等长的目的基因片段32-10=22个,C正确;
D、PCR所需要的引物和原料是一次性添加的,在实验过程中不需要补充,D错误。
故选D。
8.基因定点突变的目的是通过定向地改变基因内一个或少数几个碱基来改变多肽链上一个或几个氨基酸。该技术是蛋白质工程的重要技术,图示为利用PCR技术进行定点突变的流程,相关叙述错误的是( )
注:引物1和引物3的突起处代表与模板不能互补的突变位点,而这两条引物有部分碱基(包括突变位点)是可以互补的。
A.酶①应为耐高温DNA聚合酶,引物X和Y为引物2和4
B.将四种引物置于同一个反应系统中同时进行第一个阶段的反应
C.第一阶段PCR过程中需要进行两次循环才能得到两种所需的DNA片段
D.通过该技术获得的突变基因可以表达出原来自然界不存在的蛋白质
【答案】 B
【解析】 A、酶①要在高温条件下延伸DNA,所以酶①为耐高温的DNA聚合酶,由图可知,要得到两条链一样长的DNA单链,应选择引物2和引物4,所以引物X和Y应该为引物2和4,A正确;
B、引物3和引物1是完全互补的,不能放入同一个体系,B错误;
C、第一阶段要获得的DNA是目的DNA的一段,且不是中间的一段,故需要两次循环可以获得,C正确;
D、通过该技术可获得突变的基因,该基因的产物可能是自然界原来不存在的,D正确。
故选B。
9.常规PCR只能扩增两引物之间的DNA序列,要扩增已知DNA序列两侧的未知DNA序列,可用反向PCR技术。反向PCR技术扩增的原理如图所示。下列叙述错误的是( )
A.酶切阶段,L中不能含有酶切时所选限制酶的识别序列
B.环化阶段,可选用E.coliDNA连接酶或T4DNA连接酶
C.图中引物,应选择引物1和引物4,且二者间不能互补配对
D.PCR扩增,将温度调至72 ℃的目的是使引物与模板链结合
【答案】 D
【解析】 A、在酶切阶段,已知序列L中不能含有酶切时所选限制酶的识别序列,不然会将已知序列L切断,造成序列识别混乱,A正确;
B、T4DNA连接酶或E.coliDNA连接酶都可以用来连接黏性末端,因此环化阶段,可选用E.coliDNA连接酶或T4DNA连接酶,B正确;
C、PCR过程需要两种引物,能分别与目的基因两条链的3′端通过碱基互补配对结合,为保证延伸的是已知序列两侧的未知序列,应该选择引物1和引物4,且二者间不能互补配对,C正确;
D、PCR扩增中,将温度调至72 ℃的目的是耐高温的DNA聚合酶将四种脱氧核苷酸,根据碱基互补配对原则合成新的DNA链,D错误。
故选D。
10.油菜的绿叶对黄化叶为显性。与绿叶基因相比,黄化叶基因有一个碱基对发生了改变,从而出现一个限制酶B的酶切位点。为鉴定某绿叶油菜的基因型,提取其DNA进行了PCR和电泳。下列叙述正确的是( )
A.需设计能与目的基因结合的双链DNA作为PCR引物
B.应在PCR扩增体系中添加Mg2+,以激活DNA聚合酶
C.可适当降低复性的温度,以减少PCR中非特异性条带的产生
D.用酶B作用后进行电泳,若有2条电泳条带可判断为杂合子
【答案】 B
【解析】 A、PCR引物一般是单链DNA,A错误;
B、PCR过程中用到了缓冲液,缓冲液中一般要添加Mg2+用于激活DNA聚合酶,B正确;
C、复性温度过低会导致引物与模板链的结合不牢固,会增加PCR中非特异性条带,C错误;
D、用酶B作用后进行电泳后得到的2条条带,说明DNA分子上有1个酶B的酶切位点,且酶切后得到2个片段,若为杂合子,则同时含B、b,酶切后可获得3个片段,故由结果可判断其为纯合子,D错误。
故选B。
二、选择题:每小题给出的四个选项中有一个或多个符合题目要求。
11.PCR 技术不仅可用于基础研究,还适用于日常的临床诊断、法医学调查和农业生物技术研究。采用PCR方法进行研究,其反应程序如图所示。下列叙述不正确的是( )
A.PCR 反应中的每次循环的变性、复性、延伸过程,都涉及氢键的形成或断裂
B.延伸和后延伸过程中需要DNA聚合酶、ATP和4种核糖核苷酸
C.PCR应用于临床病原菌检测,所用的引物应该能与病原菌的两条单链DNA特异性结合
D.后延伸过程可使目的基因的扩增更加充分
【答案】 B
【解析】 A、PCR 反应中的每次循环的变性过程DNA分子双链解螺旋,氢键断裂;复性时,引物与模板链通过形成氢键相结合;延伸过程中,游离的脱氧核糖核苷酸与模板链通过形成氢键相结合,游离的脱氧核苷酸固定在模板链上。每次循环的变性、复性、延伸过程都重复以上过程,因此,都涉及氢键的形成或断裂,A正确;
B、PCR技术合成的是DNA分子,因此,延伸和后延伸过程中需要DNA聚合酶、4种脱氧核糖核苷酸,不需要ATP(四种dNTP即可以提供能量又可以原料),B错误;
C、PCR技术中所使用的引物是根据一段已知的病原菌的基因序列合成的,因此,PCR应用于临床病原菌检测,所用的引物能与病原菌的两条单链DNA特异性结合,C正确;
D、后延伸过程是为了让引物延伸完全并让单链产物完全退火形成双链结构,可使目的基因的扩增更加充分,D正确。
故选B。
12.农杆菌Ti质粒上的TDNA可以转移并随机插入被侵染植物的染色体DNA中。研究者将如图中被侵染植物的DNA片段连接成环,并以此环为模板,利用PCR技术扩增出TDNA插入位置两侧的未知序列,以此可确定TDNA插入的具体位置。下列说法正确的有( )
A.PCR利用了DNA的热变性原理
B.进行PCR扩增需要的酶有解旋酶、引物、四种脱氧核苷三磷酸(dNTP)
C.利用图中的引物①④组合可扩增出两侧的未知序列
D.通过与受体细胞的基因组序列比对,可确定TDNA的插入位置
【答案】 ACD
【解析】 A、PCR利用了DNA的热变性原理,通过调节温度来控制DNA双链的解聚与结合,A正确;
B、进行PCR扩增需要热稳定DNA聚合酶(TaqDNA聚合酶),但不需要解旋酶,B错误;
C、DNA的两条链反向平行,子链从引物的3′端开始延伸,则利用图中的引物①④组合可扩增出两侧的未知序列,C正确;
D、基因有特定的碱基序列,通过与受体细胞的基因组序列比对,即可确定TDNA的插入位置,D正确。
故选ACD。
13.反转录PCR又称逆转录PCR(RT-PCR),是以mRNA为模板进行的特殊PCR,过程如图。下列相关叙述正确的是( )
A.过程①除图示条件外还需反转录酶和扩增缓冲液等
B.过程②形成的双链cDNA中含外显子和内含子等片段
C.过程③中子链沿着模板链的5′→3′方向延伸
D.RT-PCR技术可应用于是否被RNA病毒感染的检测
【答案】 AD
【解析】 A、图中①过程是逆转录过程,该过程需要逆转录酶的催化,此外还需扩增缓冲液等,A正确;
B、经逆转录得到的单链cDNA中不含内含子等非转录区段,故过程②形成的双链cDNA中也不含内含子,B错误;
C、过程③中,在引物作用下,DNA聚合酶从引物3端开始延伸DNA链,即子链沿着模板链的3′→5′方向延伸,C错误;
D、RT-PCR是将RNA的反转录和cDNA的聚合酶链式扩增相结合的技术,可应用于是否被RNA病毒感染的检测,D正确。
故选AD。
三、非选择题
14.(2025·山东济宁三模)PCR技术的实用性和极强的生命力其使成为生物科学研究的一种重要方法,极大地推动了分子生物学以及生物技术产业的发展。下面是两个具体实验中的PCR技术应用,请根据资料回答下列问题:
(1)重叠延伸PCR技术是一种通过寡聚核苷酸链之间重叠的部分互相搭桥、互为模板,通过多次PCR扩增,从而获得目的基因的方法。利用该技术可以实现基因的定点诱变。它在需要诱变的位置合成两个带有变异基因碱基的互补引物,然后分别与引物a和引物d做PCR,这样得到的两个PCR引物产物都带有变异基因,并且彼此重叠,再将重叠部位进行重组PCR就能得到诱变PCR产物,如图所示:
①PCR扩增DNA的过程中,引物a、b、c、d中,PCRI应选择图1中引物___________,大量扩增突变产物AD则应选择引物___________。
②重叠延伸PCR通过_________________实现定点突变。PCR1和PCR2需要分别进行的原因是__________________________________________________。
③若正常基因可被限制酶DpnⅠ识别并切割,特定位点突变后的基因不能被DpnⅠ识别,请设计实验思路鉴定上述过程获得的突变产物AD是否为突变基因:_________________________________________________________。
(2)反向PCR可用于扩增未知序列,其原理如下图所示。下图链状DNA分子内侧是已知序列,外侧为未知序列。
①不直接在图2中DNA分子的两端设计引物并进行扩增,原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②图3中环状DNA进行PCR的过程中,沿引物A延伸子链的延伸方向是___________(填“顺时针”或“逆时针”),PCR产物___________(填“含有”或“不含”)EcoRⅠ的酶切位点。
【答案】 (1)a和b a和d 在引物b和c上引入突变 引物b和引物c可以互补配对,导致引物失效 用限制酶DpnⅠ分别处理正常基因和上述过程获得的突变产物AD,然后进行电泳;若上述过程获得的突变产物AD的电泳条带只有一条且大于正常基因的电泳条带,则为突变基因
(2)DNA两端序列未知,无法设计引物 逆时针 含有
【解析】 (1)①PCR扩增DNA的过程中,新合成的两条单链延伸方向相反,根据图中引物的方向可知,PCR1应选择引物a和b,得到产物AB。PCR2应选择引物c和d,得到产物CD。突变产物AD扩增选择的引物是a和d。重叠延伸时,可以分别以AB上链和CD下链为引物进行延伸,所以不需要引物。
②重叠延伸PCR通过在引物b和c上引入突变实现定点突变,引物b和c分别和第一代DNA的两条单链的对应碱基互补,则其上的突变位点的碱基应互补配对。由于引物b和引物c可以互补配对,导致引物失效,所以PCR1和PCR2需要分别进行。
③据题意可知,若正常基因可被限制酶DpnⅠ识别并切割,特定位点突变后的基因不能被DpnⅠ识别,因此要鉴定获得的突变产物AD是否为突变基因,实验设计思路为:用限制酶DpnⅠ分别处理正常基因和上述过程获得的突变产物AD,然后进行电泳;若上述过程获得的突变产物AD的电泳条带只有一条且大于正常基因的电泳条带,则为突变基因。
(2)①利用PCR技术扩增目的基因的前提是要有一段已知目的基因的核苷酸序列作为引物,由于该DNA分子两端的脱氧核苷酸序列未知,故无法设计引物,所以不能直接在图1中DNA分子的两端设计引物并进行扩增。
②据图中未知序列的位置可知,图3中环状DNA进行PCR的过程中,沿引物A逆时针延伸子链,沿引物a顺时针延伸子链,才能扩增到未知序列,由于碱基互补配对,环化后的DNA分子含有EcoRⅠ的切割位点,则PCR产物含有EcoRⅠ的酶切位点。
15.(2023·江苏高考节选)为了将某纳米抗体和绿色荧光蛋白基因融合表达,运用重组酶技术构建质粒,如图1所示。请回答下列问题:
(1)分别进行PCR扩增片段F1与片段F2时,配制的两个反应体系中不同的有________________,扩增程序中最主要的不同是______________________________。
(2)将PCR产物片段与线性质粒载体混合后,在重组酶作用下可形成环化质粒,直接用于转化细菌。这一过程与传统重组质粒构建过程相比,无需使用的酶主要有____________________________。
(3)转化后的大肠杆菌需采用含有抗生素的培养基筛选,下列叙述错误的有____________。
A.稀释涂布平板需控制每个平板30~300个菌落
B.抗性平板上未长出菌落的原因一般是培养基温度太高
C.抗性平板上常常会出现大量杂菌形成的菌落
D.抗性平板上长出的单菌落无需进一步划线纯化
(4)为了验证平板上菌落中的质粒是否符合设计,用不同菌落的质粒为模板、用引物F1-F和F2-R进行了PCR扩增,质粒P1~P4的扩增产物电泳结果如图2。根据图中结果判断,可以舍弃的质粒有______________。
(5)对于PCR产物电泳结果符合预期的质粒,通常需进一步通过基因测序确认,原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
【答案】 (1)模板、引物 引物的设计 (2)限制酶、DNA连接酶 (3)ABC (4)P3、P4 (5)电泳只能检测DNA分子的大小(长度),无法确定待检测DNA分子的碱基序列
【解析】 (1)PCR反应进行的条件:引物、酶、dNTP、模板和缓冲液(其中需要Mg2+)。分别进行PCR扩增片段F1与片段F2时,配制的两个反应体系中不同的有模板(片段F1、片段F2)、引物。PCR过程需要两种引物,能分别与目的基因两条链的3′端通过碱基互补配对结合。引物设计是决定PCR反应成败的最主要因素。(2)传统重组质粒构建需要使用限制性内切核酸酶(限制酶)切割质粒,使其具有与目的基因相同的黏性末端,之后再用DNA连接酶将目的基因和质粒连接成重组质粒。将PCR产物片段与线性质粒载体混合后,在重组酶的作用下可形成环化质粒,不需要使用限制性内切核酸酶(限制酶)。(3)转化后的大肠杆菌需采用含有抗生素的培养基筛选,用稀释涂布平板法筛选时,菌落数可能低于30,A错误;培养基冷却后才接种,故抗性平板上未长出菌落不是因为培养基温度太高,B错误;转化后的大肠杆菌需采用含有抗生素的培养基筛选,一般含有重组质粒的大肠杆菌才能发展为菌落,故不会出现大量杂菌形成的菌落,C错误;稀释涂布平板法和平板划线法均为分离纯化细菌的方法,用稀释涂布平板法接种后在抗性平板上长出的单菌落无需进一步划线纯化,D正确。(4)EGFP为720 bp,AnB1为390 bp,二者的总大小为720+390=1 100(bp),用引物F1-F和F2-R进行PCR扩增,其大小接近于P1、P2,根据图中结果判断,可以舍弃的质粒有P3、P4。(5)琼脂糖凝胶电泳技术仅能用于分析待检测DNA分子的大小,无法确定待检测DNA分子的碱基序列,因此对于PCR产物电泳结果符合预期的质粒,通常需进一步通过基因测序确认。
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