2025届高考生物一轮复习新考案-大单元11生物技术与工程第59讲dna相关的两个重要实验(人教版2019)

第59讲DNA相关的两个重要实验【课标内容】1．实验：DNA的提取与鉴定；2．实验：利用聚合酶链式反应(PCR)扩增DNA片段并完成电泳鉴定或运用软件进行虚拟PCR实验。实验17DNA的粗提取与鉴定实验回归1．实验思路、原理(1)提取的基本思路：DNA、RNA、蛋白质和脂质等在物理和化学性质方面存在差异，利用这些差异，对DNA进行提取。(2)相关原理2．材料选择(1)依据：选用__DNA含量高__的组织，成功的可能性更大。(2)常用材料：新鲜洋葱、香蕉、菠菜、菜花、鸡血和猪肝等(方法可能稍有不同)。3．实验过程解疑释惑(1)研磨液的成分和作用研磨液成分作用SDS使蛋白质变性EDTA抑制DNA酶Tris－HCl缓冲液稳定DNA(2)研磨的目的：破碎细胞，使核物质容易溶解在研磨液中。(3)低温放置几分钟(或酒精预冷)的作用：①可抑制核酸水解酶的活性，进而抑制DNA降解；②抑制DNA分子运动，使DNA易形成沉淀析出；③低温有利于增加DNA的柔韧性，减少其断裂。(4)搅拌时应轻缓、并沿一个方向的目的：减少DNA断裂，以便获得较完整的DNA分子。实验延伸用鸡血细胞作为实验材料的操作流程(苏教版)步骤材料/方法说明制备鸡血细胞液新鲜鸡血哺乳动物成熟的红细胞没有细胞核(或不含有DNA)，故不能选用提取血细胞核物质加入一定量的蒸馏水，破碎细胞，并用玻璃棒搅拌，过滤，获取含有DNA的滤液细胞吸水涨破，玻璃棒搅拌加速细胞破裂析出DNA①取滤液加入物质的量浓度为2mol·L－1的NaCl溶液；②缓缓加入一定量的蒸馏水，调节物质的量浓度至0.14mol·L－1，析出DNA，丝状物不再增加时停止加蒸馏水；③用玻璃棒挑起丝状物，获得含一定杂质的DNADNA在不同浓度NaCl溶液中溶解度不同向滤液中加入等体积的、冷却的体积分数为95%的酒精，静置2～3min，并用玻璃棒沿一个方向搅拌，卷起白色丝状物DNA酒精能够减少DNA的降解，同时也能够溶解杂质实验素养一、实验基本理论——实验变量与原则取两支20mL的试管，各加入2mol·L－1的NaCl溶液5mL。将丝状物或沉淀物溶于其中一支试管的NaCl溶液中。然后，向两支试管中各加入4mL的二苯胺试剂。混合均匀后，将试管置于沸水中加热5min。待试管冷却后，比较两支试管中溶液颜色的变化。1．上述实验中，自变量是__丝状物或沉淀物的有无__，因变量是__溶液颜色__，无关变量是__2mol·L－1的NaCl溶液、二苯胺试剂和沸水及加热5min__等。2．实验遵循的原则：两支20mL的试管说明实验需要__分组__，2mol·L－1的NaCl溶液5mL、4mL的二苯胺试剂和沸水中加热5min中的数字则说明实验要遵循__等量__原则，“将丝状物或沉淀物溶于其中一支试管的NaCl溶液中”则说明实验需遵循__单一变量__原则。二、试剂的选择和使用DNA提取过程中可以选用鸡血或者菜花作为实验材料。请回答下列关于DNA粗提取和鉴定的问题：1．使用鸡血提取DNA时，需在鸡血中加入柠檬酸钠，目的是__防止血液凝固__；在鸡血细胞溶液中加入蒸馏水，目的是__使鸡血细胞破裂__。2．使用洋葱提取DNA时，需要加入研磨液，研磨液能够__防止DNA被水解__，另外有利于蛋白质与DNA发生分离。3．DNA在物质的量浓度为__0.14__mol·L－1的NaCl溶液中溶解度最低。使用体积分数为95%的冷却酒精可使DNA__析出__(选填“析出”或“溶解”)。4．此实验中二苯胺试剂的作用是__鉴定DNA__，需要现配现用。题组训练1．(2019·江苏卷)下列关于“DNA粗提取与鉴定”实验的叙述，错误的是(A)A．用同样方法从等体积兔血和鸡血中提取的DNA量相近B．DNA析出过程中，搅拌操作要轻柔以防DNA断裂C．预冷的乙醇可用来进一步纯化粗提的DNAD．用二苯胺试剂鉴定DNA需要进行水浴加热解析：兔属于哺乳动物，其成熟的红细胞没有细胞核及各种细胞器，提取不到DNA，而鸡属于鸟类，其红细胞内含有细胞核与各种细胞器，DNA含量较多，A错误；DNA分子是非常容易断裂的，轻柔搅拌的目的是获得较完整的DNA分子，B正确；DNA不溶于酒精，蛋白质可以溶于酒精，所以冷却的体积分数为95%的酒精溶液可以进一步纯化粗提的DNA，C正确；将析出的DNA溶解在2mol·L－1的NaCl溶液中，加入二苯胺试剂后需要沸水浴加热才会呈现蓝色，D正确。2．(2022·山东卷)关于“DNA的粗提取与鉴定”实验，下列说法错误的是(B)A．过滤液沉淀过程在4℃冰箱中进行是为了减少DNA降解B．离心研磨液是为了加速DNA的沉淀C．在一定温度下，DNA遇二苯胺试剂呈现蓝色D．粗提取的DNA中可能含有蛋白质解析：低温能够降低酶的活性，故将过滤液沉淀过程在4℃冰箱中进行是为了减少DNA降解，A正确；离心研磨液的目的是加速细胞膜、细胞器、一些较大杂质的沉淀，B错误；DNA遇二苯胺(沸水浴)会形成蓝色，因此，二苯胺试剂可以鉴定DNA，C正确；若提取的丝状物为黄色，说明提取的DNA纯度不高，可能含有蛋白质等杂质成分，D正确。实验18利用PCR技术扩增DNA片段并电泳鉴定实验回归1．实验原理(1)扩增原理：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。PCR仪实质上就是一台能够__自动调控温度__的仪器。一次PCR一般要经历30次循环。(2)电泳原理：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与它所带电荷__相反__的电极移动，这个过程就是电泳。(3)鉴定原理：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。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。2．设备：__PCR仪__、电泳装置等。3．实验过程(1)PCR操作过程循环程序变性复性延伸预变性__94__℃，5min——30次94℃，30s__55__℃，30s__72__℃，1min最后1次94℃，1min55℃，30s72℃，1min注：预变性可使DNA充分变性，以利于引物更好地和模板结合。(2)电泳鉴定：配制__琼脂糖__溶液，加入核酸染料混合→制备凝胶→加缓冲液(没过凝胶1mm为宜)→加样(PCR产物与含指示剂的凝胶载样缓冲液混合，留一个孔加__标准参照物__)→进行电泳(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－1。待指示剂前沿迁移接近凝胶边缘时，停止电泳)→__紫外灯__下鉴定。题组训练1．(2021·湖北卷)某实验利用PCR技术获取目的基因，实验结果显示除目的基因条带(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(D)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．提高复性的温度解析：PCR过程中，引物和模板不完全配对会形成非特异条带，增加模板DNA的量不会减少反应中非特异条带的产生；延长热变性的时间有利于双链DNA解聚为单链，不能减少反应中非特异条带的产生；延长延伸的时间有利于合成新的DNA链，但不能减少反应中非特异条带的产生；在一定温度范围内，选择较高的复性温度可减少引物和模板间的非特异性结合。2．巢式PCR扩增反应在两次PCR反应中使用两组不同引物，先使用外引物对目标区域DNA片段进行第一次PCR扩增，产生中间产物，然后使用内引物对中间产物进行第二次PCR扩增，产生目标产物。图1是巢式PCR工作原理示意图。请回答：eq\o(\s\up7(),\s\do5(图1巢式PCR工作原理示意图))eq\o(\s\up7(),\s\do5(图2电泳结果图示))(1)巢式PCR反应体系中需加入模板、__dNTP(4种脱氧核苷酸)__、__Taq酶(热稳定DNA聚合酶)__、引物、Mg2+、缓冲液等。(2)巢式PCR进行时，若用外引物扩增产生了错误片段，再用内引物扩增在错误片段上进行引物配对并扩增的概率__低__，因此，相较于常规PCR获得的产物而言，巢式PCR获得产物特异性__强__。(3)巢式PCR通常在一个试管中进行第一阶段反应，然后将中间产物等转移到第二试管中进行第二阶段反应，不在同一试管中进行的主要原因是__防止内引物在第一阶段PCR中发挥作用，无法实现巢式PCR高精确扩增的目的__。(4)PCR技术的原理是__DNA半保留复制__。为使PCR产物能被限制酶切割，需在引物上添加相应的限制酶的识别序列，该序列应添加在引物的__5′端__(选填“3′端”或“5′端”)。(5)科研人员利用多重巢式PCR技术同时扩增Y染色体上的性别决定基因(SRY)和常染色体上的酪蛋白基因(CSN1S1)，并进行电泳。电泳结果如图2所示，1～5号为取自不同胚胎的样品进行巢式PCR的结果，A和B条带中代表SRY的是__B__。可以确定1～5号中的3和5号胚胎为__雄__性。解析：巢式PCR通过两轮PCR反应，使用两套引物扩增特异性的DNA片段，第二对引物的功能是特异性的扩增位于首轮PCR产物内的一段DNA片段。第一轮扩增中，外引物用以产生扩增产物，此产物在内引物的存在下进行第二轮扩增，从而提高反应的特异性，获得的产物特异性更强。利用内引物扩增在错误片段上进行引物配对并扩增的概率降低。题中利用多重巢式PCR技术同时扩增Y染色体上雄性决定基因(SRY)和常染色体上的酪蛋白基因(CSN1S1)进行电泳，雌性个体没有SRY，只有一个条带，雄性有两个条带，因此1、2、4是雌性，3、5是雄性，雌性和雄性共有的是常染色体上的酪蛋白基因(CSN1S1)，因此A是CSN1S1，B是SRY。1．(2023·广东卷)“DNA粗提取与鉴定”实验的基本过程是：裂解→分离→沉淀→鉴定。下列叙述错误的是(D)A．裂解：使细胞破裂释放出DNA等物质B．分离：可去除混合物中的多糖、蛋白质等C．沉淀：可反复多次以提高DNA的纯度D．鉴定：加入二苯胺试剂后即呈现蓝色解析：加入二苯胺试剂后，还需沸水浴处理才能出现蓝色，D错误。2．(2024·苏州期初)下列关于琼脂糖凝胶电泳的叙述，错误的是(A)A．加热熔化的琼脂糖完全冷却后加入适量的核酸染料B．电泳缓冲液加入电泳槽时，需没过凝胶1mm为宜C．可调容量的微量移液器应先做容量设定再安装枪头D．停止电泳后应将凝胶置于紫外灯下，观察和照相解析：琼脂糖凝胶制备中加入的核酸染料能与DNA分子结合，可以在波长为300nm的紫外灯下被检测出来，需待凝胶溶液冷却至常温后(不能完全冷却后加入)，再加入适量的核酸染料搅拌混匀；将电泳样液加入电泳槽中，电泳缓冲液太多则电流加大；移液枪的使用方法：设定移液的体积，进行吸液及放液。3．(2024·海安期初监测)下列关于“DNA的粗提取与鉴定”“DNA片段的扩增与电泳鉴定”实验的叙述，错误的是(D)A．选取细胞分裂旺盛的菜花表层花进行研磨是因为DNA含量高B．研磨时需加入缓冲液，防止DNA在pH发生变化时降解或变性C．在凝胶中，DNA分子的迁移速率与DNA分子的大小、构象等有关D．PCR产物出现拖尾可能是非特异性扩增过多，可适当降低退火温度解析：新鲜的菜花DNA含量丰富，易获取，A正确；研磨时需加入缓冲液，稳定溶液的pH，防止DNA在pH发生变化时降解或变性，B正确；电泳鉴定DNA利用了DNA在电场的作用下，会向着与它所带电荷相反方向的电极移动，因此在凝胶中，DNA分子的迁移速率与凝胶浓度、DNA分子的大小、构象等有关，C正确；退火温度越低，引物和底物越容易结合，错配情况越多，造成PCR特异性降低，故PCR产物出现拖尾可能是非特异性扩增过多，可适当提高退火温度，D错误。4．下列与DNA相关实验的叙述，错误的是(A)选项实验方法/原理A证明DNA半保留复制通过检测14N和15N的放射性强度区分不同的DNA分子BDNA的粗提取与鉴定利用体积分数为95%的酒精去除部分蛋白质CDNA片段的PCR扩增PCR反应缓冲溶液中的Mg2+能够激活TaqDNA聚合酶DDNA片段的电泳鉴定在凝胶溶液凝固前加入核酸染料以便对DNA进行染色解析：证明DNA半保留复制利用的是同位素相对原子质量的不同，结合密度梯度离心来区分不同的DNA分子。配套精练一、单项选择题1．关于“DNA的粗提取和鉴定”实验，下列说法正确的是(D)A．研磨时倒入的研磨液，是为了破坏细胞壁B．离心研磨液是为了加速DNA的沉淀C．在DNA提取物中加入二苯胺试剂，迅速呈现蓝色D．提取DNA时要用玻璃棒沿一个方向缓缓搅动解析：研磨液是用于破坏细胞结构和细胞膜的试剂，其作用是将细胞破坏，释放出细胞内的DNA，A错误；离心研磨液是为了加速细胞膜、细胞器、一些较大杂质等的沉淀，B错误；需要沸水浴加热才可以看到蓝色，C错误；提取DNA时用玻璃棒沿一个方向缓缓搅动是为了使DNA分子不断裂，D正确。2．(2024·高邮10月学情调研)某实验小组进行“DNA的粗提取与鉴定”实验，如下为实验流程：取材→破碎细胞→获得滤液→去除杂质→进一步提纯→DNA鉴定，相关叙述正确的是(B)A．取材时可选用猪血、洋葱、香蕉、菜花等富含DNA的材料进行实验B．在液体培养液中培养的大肠杆菌也可作为实验材料C．提纯时在滤液中加入2mol·L－1的NaCl溶液后会出现白色丝状物DNAD．DNA鉴定时可通过是否加入二苯胺试剂设置对照实验来观察实验现象解析：哺乳动物成熟的红细胞中没有细胞核和细胞器，因此不能采用猪血来提取DNA，A错误；在液体培养液中培养的大肠杆菌也可作为实验材料，大肠杆菌是细菌，含有拟核和质粒，DNA含量也较多，适合提取DNA，B正确；DNA在0.14mol·L－1的氯化钠中溶解度最低，在2mol·L－1的氯化钠中溶解度最大，因此在2mol·L－1的NaCl溶液中，不会析出白色丝状物DNA，C错误；DNA鉴定时可通过是否加入DNA设置对照实验来观察实验现象，D错误。3．下列关于实验“PCR片段的扩增及电泳鉴定”的叙述，正确的是(D)A．PCR反应中，变性阶段需要耐高温的解旋酶参与B．PCR反应中，复性阶段需要DNA聚合酶连接磷酸二酯键C．PCR反应中，延伸阶段可将脱氧核苷酸连接到引物的5′端D．电泳时，DNA分子在凝胶中的迁移速率与DNA的大小和构象等有关解析：PCR反应中，变性阶段需要高温解开DNA双螺旋，无需解旋酶，A错误；复性阶段是指引物与模板结合，无需DNA聚合酶，B错误；延伸可将脱氧核苷酸连接到引物的3′端，C错误；电泳时，DNA分子在凝胶中的迁移速率与DNA的大小和构象等有关，琼脂糖凝胶的浓度也会影响迁移速率，D正确。4．下列关于DNA粗提取与鉴定、DNA片段的扩增及电泳鉴定的原理的叙述，正确的是(C)A．利用DNA溶于酒精，但蛋白质不溶于酒精的原理，可分离DNA与蛋白质B．将白色丝状物加入二苯胺试剂后沸水浴，待试管冷却后观察颜色变化C．PCR扩增四轮循环后，产物中同时含有两种引物的DNA片段所占比例为7/8D．电泳鉴定DNA利用了DNA在电场中会向着它所带电荷相同的电极移动的原理解析：DNA不溶于酒精，但细胞中的某些蛋白质溶于酒精，可将DNA与蛋白质分离，A错误；将白色丝状物溶于2mol·L－1的NaCl溶液中，再加入二苯胺试剂后沸水浴，待冷却后观察颜色变化，B错误；PCR扩增四轮循环后，共合成了16个DNA，其中有2个DNA携带母链，只有一种引物，因此产物中同时含有两种引物的DNA片段所占比例为14/16＝7/8，C正确；由于同性相斥、异性相吸，带电分子会向着与其所带电荷相反的电极移动，D错误。5．(2023·江苏大联考)下列关于DNA的粗提取和DNA片段的扩增及电泳鉴定的叙述，错误的是(C)A．新鲜的洋葱、鸡血、猪肝等均可作为DNA粗提取的实验材料B．在提取白色丝状物时单向搅拌比双向搅拌更有利于获得结构完整的DNAC．PCR实验中使用的枪头、蒸馏水和移液器等在使用前都必须进行高压蒸汽灭菌D．PCR产物通过琼脂糖凝胶电泳来鉴定，将电泳缓冲液加入电泳槽并没过凝胶1mm后，电泳、观察解析：理论上只要含有DNA的生物组织均可作为该实验的材料，因此洋葱、鸡血、猪肝等均可作为提取DNA的材料，A正确；由于DNA成丝状，因此，在提取白色丝状物时单向搅拌比双向搅拌更有利于获得结构完整的DNA，B正确；PCR实验中使用的微量离心管、枪头、蒸馏水等在使用前都必须进行高压灭菌处理，移液器需要清洗，C错误；PCR产物通过琼脂糖凝胶电泳来鉴定，将电泳缓冲液加入电泳槽并没过凝胶1mm后，电泳、观察，这样可以保证DNA片段在缓冲液中进行迁移，D正确。6．如图是碱裂解法提取大肠杆菌质粒DNA的简要步骤。下列说法错误的是(D)A．碱性试剂2可破坏大肠杆菌的细胞膜，从而释放细胞内容物B．试剂3利用了拟核DNA与质粒DNA的长度差异，仅使前者沉淀C．①步骤结束后应敞开管盖，待残余酒精完全挥发后再进行②步骤D．可用任意浓度的NaCl溶液替换②步骤所用的水，以溶解质粒DNA解析：细胞膜主要由脂质和蛋白质构成，碱性试剂可导致蛋白质变性而破坏细胞膜，A正确；拟核中的DNA较大，试剂3处理后在沉淀中，B正确；①步骤利用了DNA不溶解于酒精中的原理，结束后应敞开管盖，待残余酒精完全挥发后再进行②步骤，可提取到质粒DNA，C正确；DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同，在高浓度的NaCl溶液中溶解度高，在特定浓度中处于析出状态，需利用2mol·L－1的NaCl溶液溶解，不能用0.14mol·L－1，D错误。7．大肠杆菌经溶菌酶和洗涤剂处理后，拟核DNA就会缠绕在细胞壁碎片上，静置一段时间，质粒分布在上清液中，利用上述原理可初步获得质粒DNA。用三种限制酶处理提取的产物，电泳结果如图所示。下列关于质粒的粗提取和鉴定的叙述，错误的是(D)A．提取DNA时可加入酒精，使溶于酒精的蛋白质等物质溶解B．将提取的DNA溶于2mol·L－1NaCl溶液后，可用二苯胺试剂进行鉴定C．电泳鉴定DNA利用了DNA在电场中会向着它所带电荷相反的电极移动的原理D．根据电泳结果，质粒上一定没有限制酶Ⅰ和Ⅱ的切割位点，而有限制酶Ⅲ的切割位点解析：DNA在冷酒精中溶解度很低，提取DNA时加入酒精是为了让DNA析出，蛋白质等物质溶解，A正确；将提取的DNA溶于2mol·L－1NaCl溶液后，可用二苯胺试剂在沸水浴条件下进行鉴定，DNA遇二苯胺试剂会呈现蓝色，B正确；DNA带负电，电泳鉴定DNA利用了DNA在电场中会向着它所带电荷相反的电极移动的原理，C正确；因为质粒的本质是环状的DNA，限制酶Ⅰ和Ⅱ处理后电泳只有一条条带，该质粒上可能有一个切割位点，也可能没有切割位点，D错误。8．“SDS法”是提取DNA的常用方法，其提取液成分中的SDS能使蛋白质变性，EDTA是DNA酶抑制剂，Tris作为缓冲剂。下列说法错误的是(D)A．SDS能破坏蛋白质空间结构，从而促进DNA和蛋白质分离B．EDTA能减少DNA水解，提高DNA的完整性C．Tris作为缓冲剂能维持pH的稳定，保证DNA结构正常D．提取到的DNA可在常温下用二苯胺试剂进行鉴定解析：SDS能使蛋白质变性，破坏蛋白质空间结构，从而促进DNA和蛋白质分离，A正确；EDTA是DNA酶抑制剂，能减少DNA水解，提高DNA的完整性和总量，B正确；Tris作为缓冲剂能维持pH的稳定，可以防止DNA结构被破坏，保证DNA结构正常，C正确；鉴定DNA的方法是沸水浴下用二苯胺试剂鉴定，D错误。二、多项选择题9．“关于DNA的粗提取与鉴定”实验，下列叙述正确的是(BD)A．羊的成熟红细胞可作为提取DNA的材料B．预冷的酒精溶液能抑制核酸水解酶活性，可防止DNA水解C．在切碎的洋葱中加入适量研磨液进行研磨，并过滤后弃去滤液D．沸水浴处理加入DNA粗提物、二苯胺试剂的2mol·L－1NaCl溶液会变成蓝色解析：羊为哺乳动物，其成熟红细胞不含细胞核，不能作为提取DNA的材料，A错误；预冷的酒精溶液能抑制核酸水解酶活性，防止DNA水解，有利于提取更多的DNA，B正确；提取DNA时，在切碎的洋葱中加入适量洗涤剂和食盐，充分研磨，DNA溶解于氯化钠溶液，过滤并取滤液，C错误；在沸水浴条件下，DNA与二苯胺试剂反应呈现蓝色，D正确。10．(2024·南京六校10月联调)下列有关生物学实验中出现的异常结果及其可能原因的分析，正确的是(ACD)选项实验名称异常结果可能原因A绿叶中色素提取与分离滤纸条上未出现色素带滤液细线没入层析液中BDNA扩增后检测(电泳技术)目的亮带前后拖尾引物设计过短或退火温度过高C纤维素分解菌的分离、纯化平板培养基表面未出现菌落涂布器涂布时灼烧未冷却DDNA粗提取与鉴定鉴定后未出现蓝色实验未进行水浴加热解析：绿叶中色素提取与分离实验中，滤液细线没入层析液中，使色素溶解到层析液中，会导致滤纸条上无色素带出现，A正确；PCR过程中引物过短会引起错配现象，导致很多DNA并不是目标DNA，如果