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2017_2018学年高中生物专题5DNA和蛋白质技术专题整合提升同步备课教学案新人教版选修1

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                         专题    5 DNA  和蛋白质技术


                                  知识系统构建

DNA 和蛋白质技术Error!
 必背要语
1.DNA 不溶于酒精,但是细胞中的某些蛋白质溶于酒精,可利用酒精将                           DNA 和蛋白质分开。
2.DNA 在 0.14 mol/L NaCl 溶液中溶解度最低。
3.PCR 原理:DNA   热变性原理。
PCR 每次循环都包括变性、复性和延伸三步。
4.DNA 聚合酶不能从头开始合成          DNA,只能从     3′端延伸    DNA 链。DNA  的合成方向总是从子链
的  5′端向   3′端延伸。
5.利用凝胶色谱法分离蛋白质时,相对分子质量大的先洗脱出来,相对分子质量小的后洗脱
出来。
6.在电泳中,待分离样品中各种分子带电性质的差异以及分子本身的大小、形状都会影响分
子的迁移速度。
7.SDS—聚丙烯酰胺凝胶电泳的迁移率完全取决于分子的大小。
8.蛋白质提取和分离的一般步骤是:样品处理与粗分离、纯化和纯度鉴定。
9.在对蛋白质进行纯度鉴定时,使用最多的方法是                     SDS—聚丙烯酰胺凝胶电泳。
                                  规律方法整合
整合一 DNA    的粗提取与鉴定中的“234”
                    ①加到鸡血细胞液中,使血细胞吸水破裂
    加蒸馏水    2 次     ②加到含    DNA 的 2  mol/L 的 NaCl 溶液中,使     NaCl 溶液的物质的量
                    浓度下降到     0.14 mol/L,DNA 析出
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                    ①过滤血细胞破裂液,得到含细胞核物质的滤液
   用纱布过滤     3 次    ②过滤溶有     DNA 的 2 mol/L 的 NaCl 溶液
                    ③滤取   0.14 mol/L 的 NaCl 溶液中析出的     DNA(黏稠物)
                    ①加  2 mol/L 的 NaCl 溶液,溶解提取细胞核物质
                    ②用  0.14 mol/L 的 NaCl 溶液使   DNA 析出
  用  NaCl 溶液  4 次
                    ③用  2 mol/L 的 NaCl 溶液,溶解滤取的       DNA 黏稠物
                    ④用  2 mol/L 的 NaCl 溶液,溶解丝状物用于鉴定           DNA

 例 1  将粗提取的      DNA 丝状物分别加入      0.14 mol/L NaCl 溶液、2 mol/L NaCl  溶液、体积分
数为   95%的酒精溶液中,然后用放有纱布的漏斗过滤,分别得到滤液                         P、Q、R  以及存留在纱
布上的黏稠物      p、q、r,其中由于含        DNA 少可以丢弃的是(  )
A.P、Q、R  B.p、q、r  C.P、q、R  D.p、Q、r
答案 C
解析 DNA   在  0.14  mol/L   NaCl 溶液中溶解度最小,过滤后           DNA 在黏稠物   p 中,可以丢弃
P;DNA  在 2 mol/L  NaCl 溶液中溶解过滤后,DNA        在滤液中,可以丢弃         q;DNA 不溶于体积分
数为   95%的酒精溶液,所以过滤后          DNA 在黏稠物    r 中,可以丢弃      R。
整合二 去除      DNA 滤液中杂质的三种方案
   项目           原理                                方法
                          在滤液中加入      NaCl,使  NaCl 溶液物质的量浓度为         2 mol/L,
           DNA 在不同浓度
                          过滤除去不溶的杂质;再调节             NaCl 溶液物质的量浓度为
  方案一      的 NaCl 溶液中
                          0.14   mol/L,析出   DNA,过滤除去溶液中的杂质,再用物质
           溶解度不同
                          的量浓度为     2 mol/L 的 NaCl 溶液溶解    DNA
           DNA 对酶的耐受      直接在滤液中加入嫩肉粉,反应              10~15  min,嫩肉粉中的木
  方案二
           性              瓜蛋白酶能够分解蛋白质
                          将滤液放在     60~75   ℃的恒温水浴箱中保温          10~15  min,注
           DNA 对高温的耐
  方案三                     意严格控制温度范围,使蛋白质沉淀而                 DNA 分子还未变性,
           受性
                          可将  DNA 与蛋白质分离
 例 2  如图表示以鸡血为实验材料进行              DNA 的粗提取与鉴定的操作程序,请分析回答问题。

破碎细胞、释放DNA―→过滤―→溶解细胞核内的DNA―→DNA的析出―→
        一               二              三                  四

再溶解―→过滤―→DNA的初步纯化―→DNA的鉴定
   五        六             七                 八
(1)步骤一中,向鸡血细胞液中加入        并搅拌,可使鸡血细胞破裂。
(2)步骤二:过滤后收集含有           DNA 的              。
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(3)步骤三、四的操作原理是                                                 
                                                                        。
步骤四通过向溶液中加入                   调节  NaCl 溶液物质的量浓度至                 mol/L, DNA 将会
析出,过滤去除溶液中的杂质。
(4)步骤七:向步骤六过滤后的                                           中,加入等体积的冷却的                      
,静置    2~3 min,溶液中会出现        色丝状物,这就是粗提取的                   DNA。
(5)步骤八:DNA    遇        试剂,沸水浴       5 min,冷却后,溶液呈        色。
答案 (1)蒸馏水 (2)滤液 (3)DNA          在不同浓度的      NaCl 溶液中溶解度不同,通过控制
NaCl 溶液的浓度去除杂质 蒸馏水 0.14 (4)滤液 体积分数为                      95%的酒精 白 (5)二苯
胺 蓝
解析 第一步加入蒸馏水的目的是使红细胞涨破,释放出核物质;第二步收集含有核物质的
滤液;由于     DNA 在不同浓度的      NaCl 溶液中的溶解度不同,所以通过控制               NaCl 溶液的浓度可
以分别溶解     DNA 和析出   DNA,并且对       DNA 进行提纯;第四步加入蒸馏水的目的是逐渐稀释
NaCl 溶液,使其物质的量浓度为           0.14  mol/L,这时   DNA 在 NaCl 溶液中溶解度最低,可以析
出  DNA。DNA 不溶于冷酒精,某些蛋白质可以溶于冷酒精,这样可以进一步提纯                              DNA。鉴定
DNA 的方法是用二苯胺试剂,在沸水浴加热条件下,如果变蓝色,证明存在                             DNA。
整合三 DNA    的粗提取、PCR      技术、蛋白质分离之间的比较
  项目             DNA 的粗提取                   PCR 技术             蛋白质分离
  实验    DNA 在不同浓度    NaCl 溶液中溶解       利用   DNA 热变性原理      依据相对分子质量的大
  原理    度不同,且不溶于冷酒精                   体外扩增     DNA        小分离蛋白质
                                                          样品处理及粗分离→凝
  实验    选取材料→破碎细胞释放           DNA→除
                                        变性→复性→延伸          胶色谱操作→SDS—聚
  过程    杂→DNA  析出与鉴定
                                                          丙烯酰胺凝胶电泳
  实验                                                      相对分子质量不同的蛋
               获得较纯净的      DNA            获得大量    DNA
  结果                                                      白质得以分离
  实验                                  解决了    DNA 研究中材     为蛋白质的研究和利用
             为  DNA 研究打下基础
  意义                                  料不足的问题              提供了原材料

 例 3  PCR 是一种   DNA 体外扩增技术。1988       年,PCR  仪问世,并被广泛应用于基因扩增和
DNA 序列测定。如图是 PCR        技术示意图,请回答下列问题。
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(1)①将双链    DNA                 ,使之变性,从而导致                    。
②引物延伸需提供                    作为原料。
(2)红细胞含有大量血红蛋白,我们可以选择猪、牛、羊或其他脊椎动物的血液进行实验,
来提取和分离血红蛋白,血红蛋白提取和分离的程序可分为四步:样品处理、粗分离、纯化、
纯度鉴定。请回答下列有关问题。
①样品处理,它包括红细胞的洗涤、                、分离血红蛋白溶液。
②收集的血红蛋白溶液在透析袋中经过透析,这就是样品的粗分离。透析的目的是                         
。透析的原理是                                   
                                                                        。
答案 (1)①加热到       95 ℃ 双链 DNA    分离成两条单链
②四种脱氧核苷酸 (2)①血红蛋白的释放 ②去除相对分子质量较小的杂质 透析袋能使
小分子物质自由进出,而大分子物质则保留在透析袋内
解析 (1)引物的延伸需要提供            4 种脱氧核苷酸为原料。每次循环都包括变性、复性和延伸
三步。变性是指在高温          90 ℃以上   DNA 双链解聚为单链的过程。
(2)该实验中样品的处理可分为三步:①红细胞的洗涤;②血红蛋白的释放;③分离血红蛋
白溶液。透析所依据的原理是小分子可以自由进出透析袋,而大分子则保留在透析袋内,目
的是除去相对分子质量较小的杂质。
整合四 DNA    体内复制与体外复制(PCR)的比较
PCR 技术是一种体外迅速扩增           DNA 片段的技术,与细胞内         DNA 复制的过程相比既有相同点又
有不同点,通过列表比较的方法准确掌握两者的异同,是防止此类问题出错的重要措施。细
胞内   DNA 复制与体外    DNA 扩增(PCR)的比较:

        项目                 细胞内   DNA 复制                      PCR
    不      解旋        在解旋酶作用下边解旋边复制               95 ℃高温解旋、双链完全分开
    同       酶            解旋酶、DNA    聚合酶                 Taq DNA 聚合酶

    点      引物                   RNA                     一般为单链     DNA
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           能量                   ATP                          dNTP
           温度               体内温和条件                           高温
         循环次数              受生物自身控制                         三十多次
                    ①需提供    DNA 复制的模板
                    ②四种脱氧核苷酸作原料
        相同点
                    ③子链延伸的方向都是从           5′端到   3′端
                    ④都需要酶的催化

 例 4  PCR 过程与细胞内的       DNA 复制过程相比,主要有两点不同,它们是(  )
①PCR  过程需要的引物一般是人工合成的单链                DNA ②PCR  过程不需要      DNA 聚合酶 ③PCR    过
程中        DNA 的解旋不依靠解旋酶,而是通过对反应温度的控制来实现的 ④PCR                          过程中,
DNA 不需要解旋,直接以双链 DNA          为模板进行复制

A.③④  B.①②  C.①③  D.②④
答案 C
解析 PCR   过程与细胞内的        DNA 复制过程相比较,主要有两点不同:(1)PCR              过程需要的引物
一般是人工合成的单链          DNA,长度通常为      20~30  个核苷酸。(2)PCR     过程中,DNA    解旋不依赖
解旋酶,而是通过对反应温度的控制来实现的。
整合五 DNA    粗提取和血红蛋白提取和分离的比较
大分子物质的提取与分离,一般是根据其固有的理化性质,用不同的物理或化学方法,达到
不同成分分离的目的。对于            DNA 与血红蛋白的提取和分离的相关知识,可通过下表来辨析掌
握。
    项目                 DNA 粗提取和鉴定                     血红蛋白的提取和分离
  材料选取               DNA 含量高的生物组织                     哺乳动物成熟的红细胞
             动物细胞:加蒸馏水并搅拌
  细胞破碎                                               加蒸馏水和甲苯充分搅拌
             植物细胞:加洗涤剂和食盐搅拌、研磨
             ①用不同浓度的       NaCl 溶液处理
                                                           ①透析处理
  去除杂质       ②用酒精溶液处理
                                                           ②纯化处理
             ③用蛋白酶处理
                                                  SDS—聚丙烯酰胺凝胶电泳测定
    鉴定                加入二苯胺,沸水浴
                                                  蛋白质的相对分子质量

 例 5  下列关于     DNA 和血红蛋白的提取与分离(鉴定)实验的分析,正确的是(  )
A.DNA 在 NaCl 溶液中的溶解度随       NaCl 溶液浓度的降低而减小
B.分离蛋白质装填凝胶色谱柱时,下端的尼龙管先打开后关闭
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C.在蛋白质提取和分离过程中进行透析可去除溶液中的                      DNA
D.利用一定范围内的高温使蛋白质变性而对                  DNA 没有影响的特性可将        DNA 与蛋白质分离
答案 D
解析 A    错误,DNA   在 0.14  mol/L 的 NaCl 溶液中溶解度最小,超过或低于            0.14  mol/L 时,
溶解度都增大;B       错误,分离蛋白质装填凝胶色谱柱时,下端的尼龙管应始终打开;C                            错误,
透析可用于去除小分子物质,不能去除大分子的                     DNA;D 正确,一定范围内的高温能使蛋白
质变性,对     DNA 没有影响,利用此原理能将            DNA 与蛋白质分离。
                                  热点考题集训
1.下列关于“DNA     的粗提取与鉴定”实验操作的说法中,正确的是(  )
A.该实验中有两次加入蒸馏水,均是为了析出                   DNA
B.该实验中多次要求用玻璃棒单向搅拌,目的是搅拌均匀
C.该实验中有     3 次过滤,过滤时使用尼龙布层数与               DNA 的存在状态有关
D.实验中    3 次加入  NaCl 溶液,第二次的目的是析出           DNA
答案 C
2.下列关于“DNA     的粗提取与鉴定实验”的叙述,正确的是(  )
A.洗涤剂能瓦解细胞膜并增加            DNA 在 NaCl 溶液中的溶解度
B.将  DNA 丝状物放入二苯胺试剂中沸水浴后冷却变蓝
C.调节   NaCl 溶液浓度或加入木瓜蛋白酶,都可以去除部分杂质
D.加入冷却的酒精后用玻璃棒快速搅拌滤液会导致                     DNA 获得量增多
答案 C
解析 洗涤剂能瓦解细胞膜,但是并不能增加                    DNA 在 NaCl 溶液中的溶解度,A       项不正确。鉴
定  DNA 时,须先将    DNA 丝状物溶于     2   mol/L 的 NaCl 溶液中,再加入二苯胺试剂并沸水浴加
热,冷却后变蓝,B        项不正确。DNA     和蛋白质在      NaCl 溶液中的溶解度不同,且对酶的耐受性
也不同,因而调节        NaCl 溶液浓度或加入木瓜蛋白酶,都可以去除部分杂质,C                      项正确。加入
冷却的酒精后应用玻璃棒缓慢地并沿一个方向搅拌滤液,否则会导致                             DNA 丝状物断裂进而使
获得量减少,D      项不正确。
3.有关   PCR 技术的说法,不正确的是(  )
A.PCR 是一项在生物体外复制特定的            DNA 片段的核酸合成技术
B.PCR 技术的原理是      DNA 双链复制
C.利用   PCR 技术获取目的基因的前提是要有一段已知目的基因的核苷酸序列
D.PCR 扩增中必须有解旋酶才能解开双链              DNA
答案 D
4.下图   a、b、c  均为  PCR 扩增的   DNA 片段,下列有关说法正确的是(  )
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A.片段   a、b、c  的长度均相同
B.片段   a、b 只是第一次循环的产物
C.片段   c 最早出现在第二次循环的产物中
D.经过   30 次循环后,片段      c 的数量为    230
答案 C
解析 图中片段       a、b  只有一种引物, 是由原始           DNA 链为模板复制而来,其长度比片段              c 长,
A 项不正确。由于原始模板在每次循环中均可作为模板,则每次循环都能产生图中片段                                   a、
b,B  项不正确。由于第一次循环的产物只有一种引物,而图中片段                          c 有两种引物,则最早出
现在第二次循环,C        项正确。经过      30 次循环后,得到的        DNA 片段总数为     230,这包括图中的
片段   a、b,故   D 项不正确。
5.下列关于    DNA 聚合酶催化合成       DNA 子链的说法中,正确的是(  )
A.以  DNA 为模板,使    DNA 子链从   5′端延伸到     3′端的一种酶
B.Taq DNA 聚合酶必须在每次高温变性处理后再添加
C.DNA 聚合酶能特异性地复制整个           DNA 的全部序列
D.Taq DNA 聚合酶是从深海中的某种菌体内发现的
答案 A
解析 DNA   聚合酶不能从头开始催化合成             DNA,引物的    5′端与母链发生碱基互补配对,然后
从引物的     3′端延伸子链,所以,整条子链的合成是从                  5′端延伸到     3′端;Taq     DNA 聚合酶
能耐高温,所以在反应体系中可反复利用,无需另外再添加;PCR                          扩增的是引物之间的固定
长度的    DNA 序列;Taq   DNA 聚合酶是    1966 年从美国黄石公园的一个热泉内的某种菌体内发现
的。
6.下列有关“血红蛋白提取和分离”的相关叙述中,正确的是(  )
A.用蒸馏水进行红细胞的洗涤,其目的是去除细胞表面的杂蛋白
B.将血红蛋白溶液进行透析,其目的是去除相对分子质量较大的杂质
C.血红蛋白释放时加入有机溶剂,其目的是使血红蛋白溶于有机溶剂
D.整个过程不断用磷酸缓冲液处理,是为了维持血红蛋白的结构
答案 D
解析 红细胞的洗涤应用生理盐水,其目的是去除血浆蛋白等杂质,有利于后续步骤的分离
纯化,而不是洗去细胞表面的杂蛋白,A                 项不正确。将血红蛋白溶液进行透析,其目的是去
除相对分子质量较小的杂质,B             项不正确。血红蛋白释放时加入有机溶剂,其目的是溶解细
胞膜,有利于血红蛋白的释放,而不是溶解血红蛋白,C                       项不正确。整个过程不断用磷酸缓
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冲液处理,是为了维持血红蛋白的结构,D                  项正确。
7.下列关于    DNA 和蛋白质提取与分离实验的叙述,正确的有(多选)(  )
A.提取细胞中的      DNA 和蛋白质都需用蒸馏水涨破细胞
B.用不同浓度     NaCl 溶液反复溶解与析出         DNA,可去除蛋白质
C.蛋白质提取和分离过程中进行透析可以去除溶液中的                      DNA
D.蛋白质和    DNA 都可以用电泳的方法进行分离纯化
答案 BD
解析 提取     DNA 需用蒸馏水涨破细胞,提取蛋白质可以直接用豆浆或研磨的大豆;透析法不
能除去    DNA;DNA 在不同浓度的      NaCl 溶液中的溶解度不同,在          0.14  moL/L 的 NaCl 溶液中的
溶解度最小,DNA      可以析出,通过过滤可以除去蛋白质;用电泳的方法可将蛋白质、DNA                            进
行分离纯化。
8.蛋白质的分离与提纯技术是蛋白质研究的重要技术,下列有关叙述不正确的是(  )
A.根据蛋白质分子不能透过半透膜的特性,可将样品中各种不同蛋白质分离
B.根据蛋白质所带电荷性质的差异及分子大小,可通过电泳分离蛋白质
C.根据蛋白质相对分子质量的大小,可通过凝胶色谱法分离蛋白质
D.根据蛋白质的分子大小、密度不同,可通过离心沉降法分离蛋白质
答案 A
解析 蛋白质分子不能透过半透膜,据此可利用半透膜除去样品中相对分子质量小的杂质,
而不是分离样品中的蛋白质;根据蛋白质的带电荷性质,可通过电泳分离蛋白质;根据蛋白
质的相对分子质量的大小,可通过凝胶色谱法分离蛋白质;根据蛋白质的分子大小、密度不
同,可用离心沉降法分离蛋白质。
9.“DNA  的粗提取与鉴定”实验中,A、B、C、D、E               五个小组除下表中所列处理方法不同外,
其他操作步骤均相同且正确,但实验结果却不同。
                  提取核物质时加入                                          DNA 鉴定时
 组别     实验材料                             去除杂质时加入的溶液
                  的溶液                                               加入的试剂

   A      鸡血           蒸馏水            体积分数为     95%的酒精(25 ℃)          二苯胺
   B      菜花           蒸馏水            体积分数为      95%的酒精(冷却)           双缩脲
   C     人血浆           蒸馏水            体积分数为      95%的酒精(冷却)           二苯胺
   D    人血细胞      2 mol/L 的氯化钠            0.14 mol/L 的氯化钠             双缩脲
   E      鸡血           蒸馏水           体积分数为     95%的酒精溶液(冷却)           二苯胺

(1)实验材料选择错误的组别是        ,其原因是                             
                                                                        。
(2)沸水浴中试管颜色变蓝的组别是       ;蓝色较淡的是       ,其原因是     
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(3)B 组实验不成功的最主要原因是                                           
                                                                        。
答案 (1)C、D 人的血浆中没有细胞结构,人成熟的红细胞中没有细胞核,选用这些材料
得不到    DNA 或得到的   DNA 很少 (2)A、E A 冷却的酒精溶液对             DNA 的凝集效果较佳,该组
使用的是     25  ℃的酒精溶液 (3)菜花细胞在蒸馏水中不能被破坏,得不到                        DNA(应采用研磨
的方法)
解析 (1)人的血浆中没有细胞结构,人成熟的红细胞没有细胞核,在这些材料中不能得到
DNA 或得到的    DNA 很少。(2)冷却的酒精溶液对          DNA 有较好的凝集效果,而         A 组中为   25  ℃的
酒精溶液。(3)菜花细胞外有细胞壁起保护作用,在蒸馏水中不会破裂,所以不能得到                                   DNA。
10.H7N9 型禽流感是全球首次发现的新亚型              RNA 流感病毒引起的,目前最为快速有效的检测
手段是    RT-PCR 核酸检测。RT-PCR      的过程包括反转录作用从           RNA 合成  cDNA,再以   cDNA 为
模板进行扩增,过程如下图所示。据此分析下列问题:


(1)传统   PCR 技术的原理是           ,过程中低温退火的含义是                。
(2)在  RT-PCR 中每一步都有酶的参与,上图中过程               1 中的关键酶是              ;PCR 中的关键
酶是                ,该酶的作用特点是        、                        。
(3)在对病毒核酸进行检测时,主要通过                RT-PCR 扩增其关键的基因序列,这时引物的设计
就非常关键,根据下图分析,请你选择合适的引物:                  。


答案 (1)DNA   复制 引物与模板链互补配对 (2)反转录酶 Taq                      DNA 聚合酶(DNA  聚合酶) 
耐高温 不能从头合成          DNA,只能从    3′端延伸     DNA 链 (3)引物Ⅰ和引物Ⅱ
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