基因工程题型拓展导学案-2025-2026学年高二下学期生物人教版选择性必修3

基因工程题型拓展（PCR专题） 题型一：PCR的数量关系 思考1： 图1所示利用PCR技术扩增目的基因，在第几轮循环产物中开始出现两条脱氧核苷酸链等长的DNA片段？比例是多少？ 思考2：完成下表 例：某研究小组利用PCR技术扩增一段目的基因，已知该目的基因片段长度为500bp，初始模板DNA分子数量为2个。若PCR反应共进行10个循环，且所有循环均高效完成、无扩增损耗。下列相关叙述正确的是（ ） A. 理论上可获得该目的基因片段总数为1024个 B. 理论上可获得只含目的基因片段的DNA分子数为1004个 C. 第10次循环结束时，新合成的DNA链数为1024条 D. 整个PCR过程共消耗引物分子总数为2048个 题型二：引物的选择和设计 引物是一小段能与DNA母链的一段碱基序列互补配对的短单链核酸。引物设计的原则主要包括： (1)引物长度应大于16个核苷酸(通常为20～30个核苷酸)，可防止随机结合，可定位目的基因并为子链的延伸提供3′端。 (2)引物G+C含量以40%-60%为宜，4种碱基最好随机分布。 G+C太少：与模板DNA链结合的氢键少，结合力小，扩增效果不佳； G+C过多：可导致引物自身之间形成二聚体或多聚体，会降低扩增效率，同时需要更高的退火温度，进而增加实验成本。 思考与讨论：复性时，为何两条模板链能与引物结合而不是模板链之间结合呢？ (3)引物自身、引物之间不能有连续4个碱基互补，否则引物会折叠成发夹结构或二聚体，影响引物与模板的复性结合。在3′端不应有任何互补的碱基。 例1：土壤盐渍化影响水稻生长发育。将水稻耐盐碱基因OsMYB56导入不耐盐碱水稻品种吉粳88中，培育耐盐碱水稻新品种，过程①PCR扩增OsMYB56需要添加引物，应选用的引物组合为（ ） A.5′－CTTGGATGAT－3′和5′－TCTGTTGAAT－3′ B.5′－CTTGGATGAT－3′和5′－TAAGTTGTCT－3′ C.5′－ATTCAACAGA－3′和5′－ATCATCCAAG－3′ D.5′－ATTCAACAGA－3′和5′－GAACCTACTA－3′ 例2：（2011年江苏卷）请回答基因工程方面的有关问题∶设计引物是PCR技术关键步骤之一。某同学设计的2组引物如图，都不合理，请分别说明理由。 ①第1组：__________________________________________________; ②第2组：__________________________________________________。 例3：（2023·重庆·高考真题）某小组通过PCR（假设引物长度为8个碱基短于实际长度）获得了含有目的基因的DNA片段，并用限制酶进行酶切（下图），再用所得片段成功构建了基因表达载体。下列叙述错误的是（     ） A．其中一个引物序列为5＇TGCGCAGT-3＇ B．步骤①所用的酶是SpeI和CfoI C．用步骤①的酶对载体进行酶切，至少获得了2个片段 D．酶切片段和载体连接时，可使用E．coli连接酶或T4连接酶 例4：(2021 .湖北)某实验利用PCR技术获取目的基因,实验结果显示,除了目的基因条带(引物与模板完全配对)外,还有2条非特异条带(引物和模板不完全配对)。为了减少反应中非特异条带的产生，以下措施中有效的是（ ） A.增加模板DNA的量 B. 延长热变性的时间 C.延长延伸的时间 D.提高复性的温度 题型三：PCR的应用（利用引物添加酶切位点） 例1：引物用PCR技术将DNA分子中的A1片段进行扩增，设计了引物Ⅰ、Ⅱ，其连接部位如图所示，X为某限制酶识别序列。扩增后得到的绝大部分DNA片段是图中的(　　) 例2：基于嗜热厌氧杆菌的特殊代谢能力（图a），研究人员构建了双功能醇醛脱氢酶基因（Adh）的过量表达载体，图b为构建表达载体时所需的关键条件。 ①为保证双功能醇醛脱氢酶基因（Adh）能通过双酶切以正确方向插入质粒，需设计引物1和引物2，其中引物1的序列为5`— —3`。 题型四：PCR的应用（重叠延伸PCR（融合PCR）） (1）原理：拼接两个或多个 DNA 序列，可以使用末端可以连接的特殊引物。设计4种引物：引物1和引物4为普通引物。引物2的3′端含有基因M的序列，5′端含有基因N的序列；引物3的3′端含有基因N的序列，5′端含有基因M的序列；引物2和引物3完全互补配对。 (2)用途：可以将几段较小的 DNA 按照顺序连接形成较大的DNA，且不需要限制酶。 (3)特点：不需要限制性内切核酸酶和连接酶的处理，用PCR技术在体外进行有效的基因重组和定点突变，操作非常简便，利用这一技术很快获得利用限制性内切核酸酶消化的方法难以达到的产物，可用于大片段基因的人工合成，且成功率非常高。 例1：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 例2： 重叠延伸PCR技术是一种通过核苷酸链之间重叠的部分互相搭桥、互为模板，经过多次PCR扩增，从而获得目的基因的方法。过程如下图，下列叙述不正确的是（     ） A．引物中G、C的含量越高，复性温度越高；当设置温度过低时可能导致非特异性条带增多 B．第一阶段中引物2和引物3容易发生碱基互补配对，因此两者应置于不同反应系统中 C．加入引物1、2的反应系统和加入引物3、4的反应系统中各进行一次PCR，共产生4种DNA D．引物1、2组成的反应系统中，经第一阶段要形成图示双链DNA，至少要经过2次复制 题型五：PCR的应用（定点突变） （1）概念：将某基因中的一个或几个特定的碱基对替换、增加或删除，导致基因中 的部分碱基序列发生改变，实现基因的定点突变。 （2）两种方法： ①重叠延伸PCR 技术：该技术要使用四条引物。 ②大引物PCR技术：需要用到三种引物进行两次PCR ，这三种引物分别是突变上游引物、常规上游引物和常规下游引物。 ①重叠延伸PCR 技术：该技术要使用四条引物。该技术要使用四条引物。引物1和引物3的突起处代表与模板链不能互补的突变位点，且这两条引物有部分碱基（包括突变位点）是可以互补的。因此，分别利用引物1和引物2，引物3和引物4进行PCR后，得到的DNA 片段可以通过引物1和引物3互补的碱基杂交在一起，它们再在DNA 聚合酶的作用下延伸，就能成为一条完整的DNA。最后，用引物2和引物4进行扩增得到含有突变位点的DNA 片段。 例1：重叠延伸PCR可实现定点基因诱变，其操作过程如图所示(凸起处代表突变位点)。下列说法正确的是(　　) A．过程①需要把两对引物同时加入一个扩增体系以提高扩增效率 B．过程①需要2轮PCR才能得到图中所示PCR产物 C．过程②的产物都可以完成延伸过程 D．若过程④得到16个突变基因则需要消耗15个通用引物RP2 例2：水蛭素是一种蛋白质，可用于预防和治疗血栓。某科研团队运用重叠延伸PCR技术在水蛭素基因中的特定位点引入特定突变，使水蛭素第47位的天冬酰胺(密码子为AAC、AAU)替换为赖氨酸(密码子为AAA、AAG)，从而提高水蛭素的抗凝血活性。原理如图。 (1)由以上事例可知，要对蛋白质的结构进行改造，需要通过__________________________来完成。 (2)若拟突变位点的碱基对为A－T，则需要让其突变为______________才能达到目的。引物2的突变位点(突起处)应设计为______________(假设引物为单链DNA)。 (3)在第一阶段获得2种具有重叠片段DNA的过程中，引物1、引物2组成的反应系统和引物3、引物4组成的反应系统中均进行一次复制，共产生____种DNA分子。该阶段必须将引物1、2和引物3、4置于不同反应系统中，这是因为___________________________________ ____________________________________________________________。 (4)利用重叠延伸PCR技术还可以将两个不同来源的DNA片段拼接起来。有人想利用该技术把基因M和N拼接在一起，设计基因M的引物M1、M2，基因N的引物N1、N2。在设计这4种引物时，特别要注意的问题是_________________________________________________。 ②大引物PCR技术：需要用到三种引物进行两次PCR ，这三种引物分别是突变上游引物、常规上游引物和常规下游引物。第一次PCR 利用突变上游引物和常规下游引物进行扩增，得到不完整的含有突变位点的DNA片段；第二次PCR 利用第一次扩增产物中的一条DNA 链作为下游大引物，它与常规上游引物一起扩增得到完整的含有突变位点的DNA 片段。该技术的流程如图所示： 例1.大引物PCR定点突变常用来研究蛋白质结构改变导致的功能变化。单核苷酸的定点诱变仅需进行两轮PCR即可获得，第一轮加诱变引物和侧翼引物，第一轮产物作第二轮PCR扩增的大引物，如图表示利用大引物PCR对基因M进行定点诱变。下列说法错误的是(　　) A．第一轮PCR中，至少需要2个循环才能获得相应的大引物 B．第二轮PCR所用的引物是第一轮PCR的产物DNA的两条链 C．扩增的定点诱变产物通常需具备启动子、终止子等结构才能进行转录和翻译 D．为了使两轮PCR在同一支试管中进行，设计引物时应考虑不同的复性温度 题型六：PCR的应用（反向PCR） 情境素材：反向PCR是一种通过已知序列设计引物对未知序列进行扩增的技术，其过程如下图所示。 (1)要扩增未知序列，应选择哪两种引物？ (2)上述PCR产物是环状DNA还是链状DNA分子？ (3)上述PCR过程中使用了哪些酶？ 例1：(2025·广东江门期中)常规PCR只能扩增两引物间的DNA区段，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.PCR技术的操作步骤依次是高温变性、低温复性、中温延伸 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扩增时，每轮循环前应加入限制酶将环状DNA切割成线状 例2：（2020·江苏·高考真题）如果已知一小段DNA的序列，可采用PCR的方法，简捷地分析出已知序列两侧的序列，具体流程如下图（以EcoR I酶切为例）： 请据图回答问题： （1）步骤I用的EcoR I是一种 酶，它通过识别特定的 切割特定位点。 （2）步骤Ⅱ用的DNA连接酶催化相邻核苷酸之间的3′-羟基与5′-磷酸间形成 ；PCR循环中，升温到95℃是为了获得 ；TaqDNA聚合酶的作用是催化 。 （3）若下表所列为已知的DNA序列和设计的一些PCR引物，步骤Ⅲ选用的PCR引物必须是 （从引物①②③④中选择，填编号）。 (4)对产物测序，经分析得到了片段F的完整序列。下列单链序列中(省略号处省略了部分核苷酸序列)，结果正确的是______。 A.5′-AACTATGCG……AGCCCTT-3′ B.5′-AATTCCATG……CTGAATT-3′ C.5′-GCAATGCGT……TCGGGAA-3′ D.5′-TTGATACGC……CGAGTAC-3′ 题型七：PCR的应用（不对称PCR） 原理：不对称PCR的基本原理是采用不等量的一对引物，经若干次循环后，低浓度的引物被消耗尽，以后的循环只产生高浓度引物的延伸产物，结果产生大量的单链DNA。 应用：产生单链 DNA，用于做测序模板、杂交探针等。 例1．不对称PCR是用一对含量不相等的引物来产生大量单链DNA(ssDNA)的技术。这两种引物一少一多，比例一般为1：50~1：100，分别称为限制性引物与非限制性引物。另外，限制性引物的退火温度与非限制性引物的退火温度不同，在最初的10~15个循环中使用较低的退火温度，随后将退火温度提高，从而产生大量单链ssDNA。下列说法错误的是（ ） A．最初的10~15个循环中DNA分子数将会以指数形式增长 B．非限制性引物的退火温度应低于限制性引物的退火温度 C．限制性与非限制性引物的比例和退火温度都可影响ssDNA的产量 D．所得ssDNA可通过电泳分离、回收，然后作为DNA探针使用 例2．不对称PCR是利用不等量的一对引物来产生大量单链DNA（ssDNA）的方法。加入的一对引物中含量较少的被称为限制性引物，含量较多的被称为非限制性引物。PCR反应最初的若干次循环中，其扩增产物主要是双链DNA（dsDNA），但当限制性引物消耗完后，就会产生大量的ssDNA。不对称PCR的简单过程如图所示。假设模板DNA分子初始数量为a个，6次循环后开始扩增产生ssDNA。下列有关叙述错误的是（ ）  A．限制性引物和非限制性引物均可与模板DNA单链结合 B．不对称PCR循环6次需要消耗（26-1）a个限制性引物 C．最后获得的ssDNA中不含非限制性引物 D．子链的延伸都是从两种引物的3'端开始的 题型八：PCR的应用（实时荧光定量PCR 技术） 病毒感染的常规检测方法是通过实时荧光PCR鉴定。实时荧光PCR扩增目的基因，需额外添加荧光标记探针(一小段单链DNA，可与目的基因中部序列特异性结合)。当探针完整时，不产生荧光。 Taq Man探针为一寡核苷酸序列，两端分别标记一个报告荧光基团和一个淬灭荧光基团。探针完整时，报告基团发射的荧光信号被淬灭基团吸收。 在PCR过程中，与目的基因结合的探针被耐高温的DNA聚合酶水解，R与Q分离后，R发出的荧光可被检测到。 例1.荧光定量PCR技术可定量检测样本中某种DNA的含量，其原理是在PCR体系中每加入一对引物的同时加入一个与某条模板链互补的荧光探针，当耐高温的DNA聚合酶催化子链延伸至探针处，会水解探针，使荧光监测系统接收到荧光信号，即每扩增一次，就有一个荧光分子生成。下列叙述错误的是(　　) A．引物与探针均具有特异性，与模板结合时遵循碱基互补配对原则 B．反应最终的荧光强度与起始状态模板DNA含量呈负相关 C．耐高温的DNA聚合酶催化DNA合成的方向总是从子链的5′端到3′端 D．若用上述技术检测某基因的转录水平，则需要用到逆转录酶 例2.实时荧光定量PCR可用于对样品中特定DNA序列进行定量分析。将荧光标记的Taqman探针与待测样本DNA混合,当探针完整时,不产生荧光。在PCR过程中,与目的基因结合的探针被TaqDNA聚合酶水解,R与Q分离后,在特定光的激发下R发出荧光,随着循环次数的增加,荧光信号强度增加,通过实时检测荧光信号强度,可得Ct值(达到荧光阈值所历循环次数)。相关叙述正确的是( ) A. 荧光基因R连接在探针的3’端 B. 该反应体系中并未加入ATP,所以新链的合成不需要消耗能量 C. TaqDNA聚合酶在该反应中的作用是合成磷酸二酯键 D. Ct值越小,说明样品中特定DNA序列的含量越多 题型九：PCR的应用（RT-PCR 技术） （1）概念：以mRNA为模板进行的特殊的PCR 。 （2）步骤：逆转录(→cDNA→) （常规PCR ）扩增目的基因（见下图）。 （3）应用：检测目的基因的转录水平（表达）。 例1.临床上常采用RT-PCR技术(以mRNA为模板逆转录为cDNA，再进行PCR扩增)对受试者的咽拭子取样后进行新冠病毒核酸检测。以下是某医院发热门诊医生采用该项技术对受试者进行新冠病毒核酸检测的相关操作步骤：①从受试者组织样本中提取mRNA；②分析PCR扩增结果；③利用PCR扩增cDNA片段；④采集受试者组织样本；⑤用mRNA逆转录得到cDNA。下列说法错误的是(　　) A．RT-PCR技术的正确操作顺序应是④①⑤③② B．RT-PCR操作过程中，所需的酶有逆转录酶和耐高温的DNA聚合酶 C．RT-PCR的产物经过BamHⅠ、EcoRⅠ双限制酶处理以后，再与经过同样双酶处理的小双节病毒(PBV)载体连接，该操作属于基因工程操作步骤中的构建基因表达载体 D．利用RT-PCR技术获取的目的基因不能在物种间进行交流 例2.[2024·湖北武汉期末] 研究人员发现，某种RNA病毒包膜表面的S 蛋白能识别人体细胞膜表面的ACE2 受体并导致病毒入侵人体细胞。现提出制备重组疫苗的思路：提取该种病毒的遗传物质→通过RT−PCR （逆转录聚合酶链式反应）技术扩增筛选RBD蛋白(S蛋白中真正与ACE2 结合的关键部分)基因（图甲）→构建基因表达载体→导入CHO 细胞并培养→提取并纯化RBD蛋白→制成疫苗。回答下列问题： （1）利用PCR 扩增含有较多限制酶酶切位点的RBD 蛋白基因时，应选择的引物是______________。为提高目的基因和载体的正确连接效率，应选择的限制酶是_________________；限制酶通常是从原核生物中分离纯化而来，限制酶存在于原核生物中的主要作用是___________________________________________________________________。 （2）RT−PCR 技术的基本原理是先以病毒RNA为模板合成cDNA ，这一过程需要的酶是__________；再通过PCR 技术扩增相应的DNA片段。PCR 过程每次循环分为3步，其中温度最高的一步是______。 （3）CHO 细胞又称中国仓鼠卵巢细胞，可贴壁培养、经过多次传代筛选后也可悬浮培养。CHO 细胞属于成纤维细胞，本身很少分泌内源蛋白，广泛应用于生物制药中重组蛋白的生产。由此推测制备重组疫苗的实验思路中用CHO 细胞作为受体细胞的原因是____________________________ _________________（答出1点即可）。 1 学科网（北京）股份有限公司 $