4-3核酸 同步作业 《化学（农林牧渔）》同步教学 高教版

专题四 杂环化合物、生物碱和核酸 第三节 核酸 同步作业 一、基础题（共60分） （一）选择题（每题3分，共30分） 1. 下列关于核酸的说法，正确的是（ ） A. 核酸是由核苷酸通过磷酸二酯键连接形成的天然高分子化合物，分为DNA和RNA两类 B. 核酸的组成元素为C、H、O、N，不含P元素 C. 核酸都呈单链结构，具有流动性和溶解性 D. 核酸是生物体内的主要能量储存物质，与糖类功能相似 2. 核酸的基本组成单位是（ ） A. 氨基酸 B. 核苷酸 C. 葡萄糖 D. 脂肪酸 3. 核苷酸的组成成分不包括（ ） A. 磷酸基团 B. 五碳糖 C. 含氮碱基 D. 脂肪酸链 4. 下列关于DNA和RNA的区别，说法错误的是（ ） A. DNA中的五碳糖是脱氧核糖，RNA中的五碳糖是核糖 B. DNA含有的碱基是A、T、C、G，RNA含有的碱基是A、U、C、G C. DNA通常呈双链结构，RNA通常呈单链结构 D. DNA主要存在于细胞质中，RNA主要存在于细胞核中 5. 核酸分子中，核苷酸之间的连接方式是（ ） A. 糖苷键 B. 磷酸二酯键 C. 肽键 D. 氢键 6. DNA双螺旋结构的稳定因素不包括（ ） A. 碱基之间的氢键 B. 碱基堆积力 C. 磷酸基团之间的静电斥力 D. 核苷酸之间的磷酸二酯键 7. 下列关于核酸变性的说法，正确的是（ ） A. 核酸变性是指核酸分子双链解旋为单链的过程，不破坏磷酸二酯键 B. 核酸变性后，溶解度升高，紫外吸收值降低 C. 核酸变性是不可逆过程，无法恢复双链结构 D. 核酸变性仅发生在DNA中，RNA不会发生变性 8. 生物体内核酸的主要生理功能是（ ） A. 储存能量，提供热量 B. 构成生物膜，保护细胞 C. 储存和传递遗传信息，控制蛋白质合成 D. 调节代谢，促进生长发育 9. 下列技术中，不基于核酸分子杂交原理的是（ ） A. 基因探针检测病虫害 B. 亲子鉴定 C. 蛋白质电泳 D. 转基因作物检测 10. 核酸在农林牧渔领域的应用不包括（ ） A. 转基因作物培育 B. 动物疫病分子诊断 C. 植物病虫害快速检测 D. 制备动物饲料的能量添加剂 （二）填空题（每空2分，共20分） 1. 核酸分为______（脱氧核糖核酸）和______（核糖核酸）两类，前者主要存在于______中，后者主要存在于______中。 2. 核苷酸由______、______和______三部分组成，其中五碳糖在DNA中为，在RNA中为______。 3. DNA的碱基组成遵循______规则，即A与______配对，G与______配对，通过______连接形成双链结构。 4. 核酸的化学性质主要包括______、______和水解反应，其中水解反应可分为酸水解、碱水解和酶水解。 5. 核酸的紫外吸收特性源于______，其最大吸收波长为______nm，可用于核酸的定量分析。 6. 基因工程中，核酸作为______的载体，可将目的基因导入受体细胞，实现遗传性状的改良。 （三）判断题（每题1分，共10分） 1. DNA和RNA的基本组成单位都是核苷酸，因此结构和功能完全相同。（ ） 2. 核酸变性后，碱基之间的氢键断裂，双链解旋为单链，但核苷酸之间的磷酸二酯键未被破坏。（ ） 3. 生物体内的核酸都是双链结构，单链核酸仅存在于人工合成的物质中。（ ） 4. 核酸的紫外吸收值在变性后会升高，这一现象称为增色效应。（ ） 5. 基因探针技术利用了核酸分子杂交原理，可用于快速检测病虫害的特异性基因。（ ） 6. 核酸水解的最终产物是核苷酸，进一步水解可得到磷酸、五碳糖和含氮碱基。（ ） 7. RNA通常呈单链结构，但部分RNA分子可通过碱基配对形成局部双链，具有特定的空间结构。（ ） 8. 转基因作物的培育过程中，目的基因通常通过质粒等核酸载体导入植物细胞。（ ） 9. 核酸的稳定性较高，在常温下可长期储存，无需特殊防护。（ ） 10. 动物疫病的分子诊断技术（如PCR）基于核酸的复制原理，可快速检测病原体的核酸序列。（ ） 二、提升题（共40分） （一）简答题（每题10分，共20分） 1. 简述核酸的定义、分类及组成成分；解释DNA双螺旋结构的主要特点；列举核酸在农林牧渔领域的3个实际应用实例，并说明其利用的核酸性质。 2. 简述核酸变性和复性的定义、条件及应用；对比DNA和RNA的异同点（组成、结构、分布、功能）；说明核酸在生物体内的生理功能（举2例说明）及基因工程技术在农业育种中的优势。 （二）综合分析题（每题10分，共20分） 1. 某农业科研院所利用基因工程技术培育抗虫转基因棉花，流程如下： ① 从苏云金杆菌中提取Bt毒蛋白基因（目的基因）； ② 构建含目的基因的重组质粒（核酸载体）； ③ 将重组质粒导入棉花愈伤组织细胞； ④ 筛选含目的基因的阳性细胞，培育成抗虫棉花植株。 请回答： ① 目的基因的提取过程中，需要使用哪种核酸酶？其作用是什么？ ② 重组质粒的构建需要哪些工具酶？这些酶的作用分别是什么？ ③ 若导入棉花细胞的重组质粒未表达Bt毒蛋白，可能的原因是什么？如何解决？ ④ 结合农林生产实际，说明抗虫转基因棉花的培育对农业生产的意义及可能存在的环境风险。 2. 某动物疫病检测中心采用PCR技术（聚合酶链式反应）检测畜禽体内的禽流感病毒核酸，流程如下： ① 采集畜禽血液样品，提取病毒核酸； ② 设计禽流感病毒特异性引物； ③ PCR扩增病毒核酸； ④ 电泳检测扩增产物，判断是否感染。 请回答： ① PCR技术扩增核酸的原理是什么？该过程需要哪些关键原料和酶？ ② 提取病毒核酸时，为什么要去除样品中的蛋白质和其他杂质？如何去除？ ③ 若PCR扩增后未检测到目标产物，可能的原因是什么？如何优化实验条件？ ④ 结合畜牧养殖业实际，说明核酸检测技术在动物疫病防控中的重要意义。 参考答案 一、基础题 （一）选择题 1.A 2.B 3.D 4.D 5.B 6.C 7.A 8.C 9.C 10.D （二）填空题 1. DNA；RNA；细胞核；细胞质 2. 磷酸基团；五碳糖；含氮碱基；脱氧核糖；核糖 3. 碱基互补配对；T；C；氢键 4. 变性；复性 5. 含氮碱基；260 6. 目的基因 （三）判断题 1.× 2.√ 3.× 4.√ 5.√ 6.√ 7.√ 8.√ 9.× 10.√ 二、提升题 （一）简答题 1. 答案 （1）核酸的定义、分类及组成成分 ① 定义：核酸是由核苷酸通过磷酸二酯键连接形成的线性或环状天然高分子化合物，是生物体内遗传信息的载体； ② 分类：根据五碳糖的不同，分为脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）两类； ③ 组成成分：基本单位是核苷酸，每个核苷酸由1分子磷酸基团、1分子五碳糖（DNA中为脱氧核糖，RNA中为核糖）和1分子含氮碱基（A、T、C、G或A、U、C、G）组成。 （2）DNA双螺旋结构的主要特点 ① 由两条反向平行的脱氧核苷酸链围绕同一中心轴盘旋形成双螺旋结构； ② 磷酸和脱氧核糖交替连接，位于双螺旋的外侧，构成基本骨架；含氮碱基位于内侧，通过氢键配对连接； ③ 碱基配对遵循互补配对原则：A与T配对（形成2个氢键），G与C配对（形成3个氢键）； ④ 双螺旋结构的稳定因素包括碱基之间的氢键、碱基堆积力以及磷酸基团与阳离子之间的静电作用。 （3）农林牧渔领域应用实例 ① 转基因作物培育：利用核酸作为目的基因的载体，将抗虫、抗病等优良基因导入作物，如抗虫转基因玉米，利用了核酸的遗传信息传递功能； ② 病虫害分子检测：利用核酸分子杂交原理，制备基因探针，快速检测植物体内的病毒核酸，如烟草花叶病毒检测，利用了核酸的特异性结合性质； ③ 动物亲子鉴定：利用DNA的特异性遗传标记，通过核酸测序或PCR技术，鉴定畜禽的亲缘关系，利用了核酸的遗传稳定性和特异性。 2. 答案 （1）核酸变性和复性的定义、条件及应用 ① 变性：定义为核酸分子双链解旋为单链的过程，不破坏磷酸二酯键；条件包括高温（80~100℃）、强酸、强碱或有机溶剂；应用于PCR技术中DNA的解旋、核酸探针的制备； ② 复性：定义为变性后的单链核酸在适宜条件下重新结合形成双链的过程；条件包括缓慢降温（退火）、适宜的离子强度和pH值；应用于核酸分子杂交、基因芯片检测。 （2）DNA和RNA的异同点 对比角度 DNA RNA 组成 脱氧核苷酸（磷酸、脱氧核糖、A/T/C/G） 核糖核苷酸（磷酸、核糖、A/U/C/G） 结构 通常为双链双螺旋结构 通常为单链结构，部分形成局部双链 分布 主要在细胞核，少量在叶绿体、线粒体 主要在细胞质，少量在细胞核 功能 储存和传递遗传信息，控制蛋白质合成 mRNA传递遗传信息，tRNA转运氨基酸，rRNA构成核糖体 （3）核酸的生理功能及基因工程育种优势 ① 生理功能： 遗传信息储存：DNA通过碱基序列储存生物的遗传信息，如作物的抗病性、动物的生长性状； 遗传信息传递：RNA将DNA中的遗传信息传递到核糖体，指导蛋白质合成，如酶、激素的合成； ② 基因工程育种优势：打破物种间的生殖隔离，实现优良基因的跨物种转移；育种周期短，可快速获得目标性状；定向改良作物或动物的遗传性状，提高育种效率；可培育出抗逆、优质、高产的新品种，如抗除草剂大豆、瘦肉型猪。 （二）综合分析题 1. 答案 ① 需使用限制性核酸内切酶（限制酶）；作用是识别并切割Bt毒蛋白基因两端的特定核苷酸序列，产生黏性末端或平末端，便于与载体连接。 ② 工具酶及作用： 限制性核酸内切酶：切割目的基因和质粒，产生互补的黏性末端； DNA连接酶：催化目的基因与质粒的黏性末端之间形成磷酸二酯键，构建重组质粒。 ③ 未表达的可能原因及解决方法： 原因：目的基因未正确插入质粒启动子下游；重组质粒导入后未整合到棉花细胞染色体DNA中；棉花细胞中缺乏目的基因表达所需的转录或翻译因子； 解决方法：优化重组质粒构建，确保目的基因与启动子正确连接；采用农杆菌转化法等更高效的导入方法；筛选高表达的阳性细胞系，优化培育条件。 ④ 意义及环境风险： 意义：减少化学杀虫剂的使用，降低环境污染；提高棉花产量和品质，减少病虫害损失；降低农业生产成本，提高种植效益； 环境风险：可能导致害虫产生抗药性；对非靶标生物（如蜜蜂、瓢虫）的安全性存在潜在风险；转基因棉花的基因可能通过花粉传播到近缘野生植物，导致基因污染。 2. 答案 ① PCR扩增原理：模拟体内DNA复制过程，通过高温变性、低温退火、中温延伸的循环，将目标核酸片段快速扩增；关键原料包括dNTP（脱氧核苷三磷酸）、引物、模板核酸；关键酶为热稳定DNA聚合酶（如Taq酶）。 ② 去除杂质的原因：蛋白质、多糖等杂质会抑制PCR反应中的酶活性，影响扩增效率，同时可能干扰电泳检测结果；去除方法：加入蛋白酶K降解蛋白质，通过酚-氯仿萃取法分离核酸与杂质，再用乙醇沉淀核酸，获得纯净的病毒核酸。 ③ 未检测到目标产物的原因及优化方法： 原因：引物设计不合理，与模板结合特异性差；模板核酸浓度过低或降解；PCR反应条件不当（如退火温度过高、延伸时间不足）；酶活性降低； 优化方法：重新设计特异性更强的引物；增加模板核酸用量，优化提取方法；调整退火温度（梯度PCR筛选最佳温度）、延伸时间和循环次数；更换新鲜的DNA聚合酶。 ④ 重要意义： 快速准确检测：核酸检测技术灵敏度高、特异性强，可在疫病潜伏期早期检测到病原体，实现早发现、早隔离、早治疗； 防止疫情扩散：及时排查感染畜禽，避免疫情在养殖场内传播，降低养殖损失； 保障食品安全：通过检测畜禽产品中的病毒核酸，防止染疫产品流入市场，保障消费者健康； 疫情监测与预警：跟踪疫病的流行趋势，为疫病防控政策制定提供科学依据，促进畜牧养殖业的健康可持续发展。 学科网（北京）股份有限公司 $