第十單元　專題突破10　綜合PCR的基因工程問題-2025年高中生物大一輪復(fù)習(xí)

專題突破10綜合PCR的基因工程問題課標(biāo)要求闡述常規(guī)PCR、重疊延伸PCR、熒光定量PCR等的過程與原理，舉例說明不同的PCR技術(shù)有著不同的應(yīng)用。考情分析幾種不同PCR的應(yīng)用2023·江蘇·T222023·山東·T252022·江蘇·T242022·山東·T252021·全國甲·T382021·山東·T252020·北京·T122020·江蘇·T33類型一利用PCR技術(shù)獲取目的基因基本模型獲取目的基因是基因工程操作的第一步。獲取目的基因的方法有多種，現(xiàn)在常用PCR特異性地快速擴增目的基因。PCR是聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的縮寫。它是一項根據(jù)DNA半保留復(fù)制的原理，在體外提供參與DNA復(fù)制的各種組分與反應(yīng)條件，對目的基因的核苷酸序列進(jìn)行大量復(fù)制的技術(shù)。該技術(shù)由穆里斯等人于1985年發(fā)明，為此，穆里斯于1993年獲得了諾貝爾化學(xué)獎。典例突破1．“X基因”是DNA分子上一個有遺傳效應(yīng)的片段，若要用PCR技術(shù)特異性地拷貝“X基因”，需在PCR反應(yīng)中加入兩種引物，兩種引物及其與模板鏈的結(jié)合位置如圖1所示。下列敘述錯誤的是()A．第一輪復(fù)制得到2個DNA分子，即①②各一個B．第二輪復(fù)制得到4個DNA分子，即①②③④各一個C．第四輪復(fù)制得到16個DNA分子，其中有4個X基因D．經(jīng)五輪循環(huán)后產(chǎn)物中有五種不同的DNA分子類型二利用PCR技術(shù)鑒定目的基因的連接方式基本模型檢測目的基因在受體細(xì)胞內(nèi)是否穩(wěn)定存在是基因工程操作的重要步驟，可以借助載體上的標(biāo)記基因、PCR技術(shù)和核酸分子雜交技術(shù)等方法鑒定受體細(xì)胞中是否轉(zhuǎn)入了目的基因。在實際操作中，PCR技術(shù)不僅可以精準(zhǔn)地鑒定受體細(xì)胞是否轉(zhuǎn)入目的基因，還可以通過引物的巧妙設(shè)計鑒定目的基因的連接方式。典例突破2．(2019·江蘇，33節(jié)選)為鑒定篩選出的菌落中是否含有正確插入目的基因的重組質(zhì)粒，擬設(shè)計引物進(jìn)行PCR鑒定。圖示為甲、乙、丙3條引物在正確重組質(zhì)粒中的相應(yīng)位置，PCR鑒定時應(yīng)選擇的一對引物是________。某學(xué)生嘗試用圖中另外一對引物從某一菌落的質(zhì)粒中擴增出了400bp片段，原因是____________________。類型三利用PCR技術(shù)引導(dǎo)基因定點突變基本模型重疊延伸PCR技術(shù)是指在PCR技術(shù)的基礎(chǔ)上，采用具有互補末端的引物，使PCR產(chǎn)物形成了重疊鏈，通過重疊鏈的延伸，將不同來源的片段重疊拼接起來的一項新技術(shù)。該技術(shù)在基因的定點突變、長片段基因的合成、基因敲除以及目的基因的擴增等方面有著獨特的應(yīng)用。典例突破3．水蛭素是一種蛋白質(zhì)，可用于預(yù)防和治療血栓。某科研團(tuán)隊運用重疊延伸PCR技術(shù)在水蛭素基因中的特定位點引入特定突變，使水蛭素第47位的天冬酰胺(密碼子為AAC、AAU)替換為賴氨酸(密碼子為AAA、AAG)，從而提高水蛭素的抗凝血活性。原理如圖。注：圖中的引物2和3的突起處代表與模板鏈不能互補的突變位點。(1)由以上事例可知，要對蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，需要通過________________來完成。(2)若擬突變位點的堿基對為A－T，則需要讓其突變?yōu)開_____________才能達(dá)到目的。引物2的突變位點(突起處)應(yīng)設(shè)計為______________(假設(shè)引物為單鏈DNA)。(3)在第一階段獲得2種具有重疊片段DNA的過程中，引物1、引物2組成的反應(yīng)系統(tǒng)和引物3、引物4組成的反應(yīng)系統(tǒng)中均進(jìn)行一次復(fù)制，共產(chǎn)生____種DNA分子。該階段必須將引物1、2和引物3、4置于不同反應(yīng)系統(tǒng)中，這是因為_____________________________________________________________________________________________________________。(4)利用重疊延伸PCR技術(shù)還可以將兩個不同來源的DNA片段拼接起來。有人想利用該技術(shù)把基因M和N拼接在一起，設(shè)計基因M的引物M1、M2，基因N的引物N1、N2。在設(shè)計這4種引物時，特別要注意的問題是_________________________________________________________________________________________________________________________________。類型四利用PCR技術(shù)擴增未知基因序列基本模型利用PCR技術(shù)進(jìn)行基因擴增時，為了便于設(shè)計引物，要求目的基因兩側(cè)的序列是已知的。當(dāng)DNA的某些序列已知，而需要擴增已知序列兩端的未知序列時，可采用反向PCR技術(shù)。典例突破4．(2020·江蘇，33節(jié)選)如果已知一小段DNA的序列，可采用PCR的方法，簡捷地分析出已知序列兩側(cè)的序列，具體流程如圖(以EcoRⅠ酶切為例)：請據(jù)圖回答問題：(1)步驟Ⅰ用的EcoRⅠ是一種______________酶，它通過識別特定的________________切割特定位點。(2)步驟Ⅱ用的DNA連接酶催化相鄰核苷酸之間的3′－羥基與5′－磷酸間形成________；PCR循環(huán)中，升溫到95℃是為了獲得____________；TaqDNA聚合酶的作用是催化________________________________________________________________________。(3)若如表所列為已知的DNA序列和設(shè)計的一些PCR引物，步驟Ⅲ選用的PCR引物必須是________(從引物①②③④中選擇，填編號)。DNA序列(虛線處省略了部分核苷酸序列)已知序列PCR引物①5′－AACTATGCGCTCATGA－3′②5′－GCAATGCGTAGCCTCT－3′③5′－AGAGGCTACGCATTGC－3′④5′－TCATGAGCGCATAGTT－3′類型五利用PCR技術(shù)快速檢測病原體基本模型病原體檢測是診斷和控制傳染病的重要手段，為迅速而準(zhǔn)確地確定病原體的存在和種類，發(fā)展了許多快速檢測方法。PCR技術(shù)是一種基于DNA擴增原理的快速病原體檢測方法，它能夠在幾小時內(nèi)擴增和檢測極小量的病原體DNA，并且具備高度的特異性和敏感性。典例突破5．(2024·煙臺高三一模)人類猴痘由Yaba猴病毒(雙鏈DNA病毒)引起，實時熒光定量PCR(qPCR)可用于Yaba猴病毒的快速檢測。進(jìn)行qPCR時，在反應(yīng)體系加入Taqman探針，Taqman探針兩端連有熒光基團(tuán)(R)和抑制熒光發(fā)出的淬滅基團(tuán)(Q)，完整的Taqman探針不發(fā)出熒光，當(dāng)探針被水解后R基團(tuán)會發(fā)出熒光(如圖所示)，隨循環(huán)次數(shù)的增加，熒光信號強度增加。(1)采用qPCR檢測Yaba猴病毒需在一定的__________溶液中才能進(jìn)行，反應(yīng)體系中還需提供DNA模板、原料、__________、Taqman探針、TaqDNA聚合酶、Mg2＋等。qPCR過程中，TaqDNA聚合酶的兩個作用是__________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)qPCR檢測病毒的核酸一般具有特異性強和靈敏度高的特點，這與反應(yīng)體系中加入的__________和__________有關(guān)。但有時也可能會出現(xiàn)“假陰性”的結(jié)果?？赡艿脑蛴衉_________________________________________________________________________________________________________________________________________________(答出兩點)。(3)在PCR反應(yīng)體系中一般都要加入Mg2＋，原因是____________________________。為了探究Mg2＋對PCR擴增效果的影響，科研人員在PCR反應(yīng)體系中加入不同濃度的M