323DNA片段的扩增及电泳鉴定-导学案-2021-2022学年高二下学期生物人教版选择性必修3

高二生物导学案第三章第2节《DNA片段的扩增及电泳鉴定》导学案3班级姓名【学习目标】1.了解PCR和电泳鉴定的基本原理。2.尝试进行PCR的基本操作并用电泳鉴定PCR的产物。【预习案】一、实验原理1．DNA片段的扩增PCR利用了原理，通过来控制DNA双链的。2．琼脂糖凝胶电泳(1)带电粒子：DNA分子具有，在一定的pH下，这些基团可以带上。(2)迁移动力与方向：在的作用下，带电分子会向着与它所带电荷的电极移动，这个过程就是电泳。(3)迁移速率：在凝胶中DNA分子的迁移速率与、有关。(4)检测：凝胶中的DNA分子通过染色，可以在波长为下被检测出来。二、方法步骤1．移液：用按照配方或PCR试剂盒的说明书，在微量离心管中依次加入。2．：待所有的组分都加入后，盖严离心管的盖子。3．离心：将微量离心管放在离心机上，离心约，使反应液集中在管的。4．反应：将装有反应液的微量离心管放入中，设置程序进行反应。5．根据待分离的DNA片段的大小，用配制琼脂糖溶液，一般配制质量分数为的琼脂糖溶液，并加入混匀。6．将扩增得到的PCR产物与(内含指示剂)混合，再用微量移液器将混合液缓慢注入凝胶的加样孔内。7．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。待指示剂前沿迁移接近时，停止电泳。8．电泳结束后，取出凝胶置于下观察和照相。三、操作提示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处理。2．缓冲液和酶应分装成小份，并在储存。使用前将所需试剂从冰箱拿出，放在融化。3．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。4．在进行操作时，一定要戴好一次性手套。【探讨案】探讨点1.未出现扩增条带的主要原因有哪些？探讨点2.出现非特异性扩增条带的主要原因有哪些？探讨点3.你是否成功扩增出DNA片段？判断的依据是什么？探讨点4.你进行电泳鉴定的结果是几条条带？如果不止一条条带，请分析产生这个结果的可能原因。【检测案】（）1.下列关于电泳的说法，错误的是A．电泳是指带电粒子在电场的作用下发生迁移的过程B．带电分子会向着与其所带电荷相反的电极移动C．DNA在琼脂糖凝胶中的迁移速率与凝胶的浓度有关D．用琼脂糖凝胶电泳，DNA的电泳迁移速率完全取决于分子的大小（）2.用PCR方法检测转基因植株是否成功导入目的基因时，得到以下电泳图谱，其中1号为DNA标准样液(Marker)，10号为蒸馏水，PCR时加入的模板DNA如图所示。据此作出的分析，不合理的是A．PCR产物的分子大小在250～500bp之间B．3号样品为不含目的基因的载体DNAC．9号样品对应植株不是所需的转基因植株D．10号确定反应体系等对结果没有干扰（）3.下列关于PCR操作过程的叙述，错误的是A．PCR实验中使用的微量离心管、枪头、缓冲液以及蒸馏水等在使用前必须进行高压灭菌处理B．PCR所用的缓冲液和酶应分装成小份，在－20℃储存C．将PCR所用缓冲液和酶从冰箱拿出，需放在高温环境中迅速融化D．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（）4.下列关于DNA片段的扩增及电泳鉴定实验的叙述，错误的是A．PCR过程需要TaqDNA聚合酶B．PCR过程通过调节温度来控制DNA双链的解聚与结合C．PCR扩增区域由两种引物来决定D．电泳时，DNA的迁移速率与凝胶的浓度有关，与DNA分子的大小无关（）5.(2021·北京海淀区模拟)在基因工程操作中，科研人员利用识别两种不同序列的限制酶(R1和R2)处理基因表达载体，进行琼脂糖凝胶电泳检测，结果如图所示。以下相关叙述错误的是A．该载体最可能为环状DNA分子B．两种限制酶在载体上各有一个酶切位点C．限制酶R1与R2的酶切位点最短相距约200bpD．限制酶切割时会导致作用位点的氢键和肽键断裂（）6.下列关于DNA片段的扩增及电泳鉴定步骤的说法，错误的是A．PCR过程中，需要加入两种引物B．所有组分加入微量离心管后，需要放入离心机离心约10sC．将电泳缓冲液加入电泳槽中，电泳缓冲液没过凝胶1mm为宜D．电泳出现位置不等的几条条带，说明鉴定的PCR产物比较纯净（）7.用PCR技术特异性地拷贝“X基因”，两种引物及其与模板链的结合位置如图所示。经4轮循环后产物中有五种不同的DNA分子，下列叙述错误的是A．第一轮复制得到2个DNA分子，即①②各一个B．第二轮复制得到4个DNA分子，即①②③④各一个C．第三轮复制得到8个DNA分子，其中有2个是等长的，也就是有2个X基因D．第四轮复制得到16个DNA分子，其中有4个X基因（）8.(2021·江苏南通模拟)PCR扩增时需考虑高质量的基因组DNA模板以及反应体系中各种组分的优化组合，下列相关叙述错误的是A．反应体系中模板DNA的量和纯度影响PCR的成功与否B．设计引物时需考虑引物的长度、碱基序列和G—C含量C．TaqDNA聚合酶的浓度过低会引起非特异性扩增产物的增多D．目标DNA的获得取决于引物在模板DNA上的结合位置（）9.下列关于DNA片段的扩增及电泳鉴定原理的叙述,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300nm的紫外灯下被检测10.新型冠状病毒是一种单链RNA病毒,外面包裹着衣壳蛋白和囊膜,囊膜上存在刺突蛋白,能特异性识别细胞膜上的ACE2受体从而感染细胞。常用“荧光RTPCR技术”进行检测,方法是取检测者的mRNA逆转录出cDNA,并大量扩增,同时用荧光标记的新型冠状病毒核酸探针来检测PCR产物中是否含有新型冠状病毒的cDNA。请回答下列问题:探究:(1)上述“荧光RTPCR技术”所用的试剂盒中通常都含有哪些物质?(2)由于核酸检测比较费时费力,现已开发出多款针对新型冠状病毒的抗原或抗体检测试剂盒,可在更短时间内得出检测结果。假如你是一名科研人员,现提供新型冠状病毒刺突蛋白基因、能产生专一针对新型冠状病毒抗体的B细胞及其他相关的生物学材料,请运用现代生物技术,设计一款能够快速大规模生产、针对新型冠状病毒抗原或抗体检测的试剂盒,简要写出生产试剂盒的设计思路(只写出针对抗原或抗体检测的一种方案即可)。第三章第2节《DNA片段的扩增及电泳鉴定》导学案3解析一、实验原理1．DNA片段的扩增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。2．琼脂糖凝胶电泳(1)带电粒子：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。(2)迁移动力与方向：在电场的作用下，带电分子会向着与它所带电荷相反的电极移动，这个过程就是电泳。(3)迁移速率：在凝胶中DNA分子的迁移速率与凝胶的浓度、DNA分子的大小和构象有关。(4)检测：凝胶中的DNA分子通过染色，可以在波长为300nm的紫外灯下被检测出来。二、方法步骤1．移液：用微量移液器按照配方或PCR试剂盒的说明书，在微量离心管中依次加入各组分。2．混合：待所有的组分都加入后，盖严离心管的盖子。3．离心：将微量离心管放在离心机上，离心约10s，使反应液集中在管的底部。4．反应：将装有反应液的微量离心管放入PCR仪中，设置程序进行反应。5．根据待分离的DNA片段的大小，用电泳缓冲液配制琼脂糖溶液，一般配制质量分数为0.8%～1.2%的琼脂糖溶液，并加入适量的核酸染料混匀。6．将扩增得到的PCR产物与凝胶载样缓冲液(内含指示剂)混合，再用微量移液器将混合液缓慢注入凝胶的加样孔内。7．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1～5V/cm。待指示剂前沿迁移接近凝胶边缘时，停止电泳。8．电泳结束后，取出凝胶置于紫外灯下观察和照相。三、操作提示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．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。3．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。4．在进行操作时，一定要戴好一次性手套。【探讨案】探讨点1.未出现扩增条带的主要原因有哪些？(1)TaqDNA聚合酶失活。(2)引物出现质量问题。(3)Mg2＋浓度过低。(4)变性时的温度低，变性时间短。探讨点2.出现非特异性扩增条带的主要原因有哪些？(1)模板DNA出现污染。(2)引物特异性不强或形成引物二聚体。(3)Mg2＋浓度过高。(4)复性时的温度过低等。探讨点3.你是否成功扩增出DNA片段？判断的依据是什么？【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。探讨点4.你进行电泳鉴定的结果是几条条带？如果不止一条条带，请分析产生这个结果的可能原因。【提示】如果扩增不成功，可能的原因有：漏加了PCR的反应成分，各反应成分的用量不当，PCR程序设置不当等。如果扩增结果不止一条条带，可能的原因有：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；退火温度过低；DNA聚合酶的质量不好等。【检测案】1D解析DNA在琼脂糖凝胶中的迁移速率与凝胶的浓度、DNA分子的大小和构象等有关。2B解析PCR过程中，可以通过设计特定的引物来扩增特定的DNA片段，4～9号是转基因植株，理论上应包含目的基因，结合2号野生型和10号蒸馏水组的结果，推测包含目的基因的片段大小应为250～500bp，A正确；3号PCR结果包含250～500bp片段，应包含目的基因，B错误；9号PCR结果不包含250～500bp片段，所以不是所需转基因植株，C正确；10号放入蒸馏水，可排除反应体系等对结果的干扰，D正确。3C4D解析PCR反应需要高温使DNA变性解旋，所以复制过程中要用耐高温的DNA聚合酶，A正确；PCR过程中DNA聚合酶不能从头开始合成DNA，而只能从引物的3′端延伸DNA链，因此DNA复制需要引物，由于DNA的两条模板链反向平行，所以复制时需要两种引物，且PCR扩增区域由这两种引物来决定，C正确；电泳时，DNA的迁移速率与凝胶的浓度、DNA分子的大小和构象等有关，D错误。5D解析当仅用一种限制酶切割载体时，仅产生一种长度约为800bp的DNA片段，因此该载体最有可能为环状DNA分子，A正确；两种限制酶同时切割时则产生两种长度的DNA片段，所以两种限制酶在载体上各有一个酶切位点，B正确；两种限制酶同时切割时则产生长度约为600bp和200bp的两种DNA片段，所以两种限制酶的酶切位点最短相距约200bp，C正确；限制酶切割DNA分子，破坏的是作用位点的磷酸二酯键，D错误。6D解析电泳出现位置不等的几条条带，说明存在长短不一的DNA片段，鉴定的PCR产物不纯净，D错误。7D解析第二轮复制得到4个DNA分子，①复制得到①和③，②复制得到②和④，故得到①②③④各一个，B正确；第三轮复制得到8个DNA分子，①复制得到①和③，③复制得到③和⑤，②复制得到②和④，④复制得到④和⑤，故得到①和②各一个，③和④各两个，⑤两个且等长，即2个X基因，C正确；第四轮复制得到16个DNA分子，①复制得到①和③，②复制得到②和④，两个③复制得到两个③和两个⑤，两个④复制得到两个④和两个⑤，两个⑤复制得到四个⑤，故第四轮复制得到的16个DNA分子中有8个X基因，D错误。8C