Question

7．多聚酶链式反应（PCR）是一种体外迅速扩增DNA片段的技术．它能以极少量的DNA为模板，在几个小时内复制出上百万份相同的DNA片段．请根据所学知识回答有关PCR技术的基本原理和应用问题．
（1）在80～100℃时，DNA双螺旋结构将解体，双链分开，这个过程称为变性．当温度缓慢降低后，两条彼此分离的DNA链又会重新结合成双链，称为复性．PCR利用DNA的热变性原理，通过控制温度控制双链的结聚与结合．
（2）为了解决高温导致DNA聚合酶是失活的问题，促成PCR技术的自动化，20世纪80年代科学家从水生耐热细菌Taq中分离得到了耐高温的DNA聚合酶．实验室中微生物的筛选，是人为提供有利于目的菌株生长的条件，同时抑制或阻止其他微生物生长，用于筛选目的菌株的培养基称为选择培养基．
（3）PCR反应的条件：稳定的缓冲液环境、DNA模板、分别与两条模板链结合的两种引物、四种脱氧核苷酸、耐热的DNA聚合酶、能严格控制温度变化的温度设备．
（4）PCR一般要经历30多次循环，每次循环可以分为变性、复性、延伸三步．从第二次循环开始，上一次循环的产物也作为模板参与反应．DNA聚合酶只能特异性地复制处于两个引物之间的DNA序列，使这段固定长度的序列呈指数扩增．如果在PCR反应中只有一个DNA片段，在6次循环后，反应体系中共有64个这样的DNA分子．
（5）简述目前PCR技术的具体应用（至少两点）遗传疾病的诊断、刑侦破案、古生物学、基因克隆、DNA序列测定．

Answer 1

分析 本题考查PCR技术有关知识，DNA的两条链是反向平行的，通常将含有游离的磷酸基团的末端称为5′端，而DNA聚合酶从引物的3′开始延伸DNA链；在体外扩增DNA时不用解旋酶而是用热变性处理的方法打开DNA双链，因此需要使用耐高温的DNA聚合酶；PCR的每次循环可以分为变性、复性和延伸三个步骤，n次循环后得到2ⁿ个DNA片段．PCR技术有广泛的应用，可以用于遗传疾病的诊断、刑侦破案、克隆基因等方面．

解答 解：（1）在PCR技术的过程中包括：高温变性（解链）→低温复性→中温延伸三个步骤，因此当温度缓慢降低后，两条彼此分离的DNA链又重新结合成双链，称为复性．由此看出PCR技术利用了DNA在高温下变性的原理，通过控制温度来控制双链的解聚与结合．
（2）PCR技术需要在高温下进行，所以需要耐高温的DNA聚合酶．用于筛选目的菌株的培养基为选择培养基．
（3）PCR技术需要DNA作为模板、脱氧核苷酸为原料，还需要两种不同的引物以及耐热的DNA聚合酶．
（4）PCR的每次循环可以分为变性、复性和延伸三步；从第二次循环开始，上一次循环的产物也作为模板参与反应．一个DNA片段为模板在6次循后形成的DNA分子数是2⁶=64个DNA分子．
（5）PCR技术有广泛的应用，可以用于遗传疾病的诊断、刑侦破案、古生物学、基因克隆、DNA序列测定等方面．
故答案为：
（1）复性  热变性  温度
（2）DNA聚合酶  选择培养基
（3）DNA模板  引物  脱氧核苷酸
（4）变性、复性、延伸    模板    64
（5）遗传疾病的诊断、刑侦破案、古生物学、基因克隆、DNA序列测定

点评 本题考查了PCR技术的相关知识，意在考查考生能识记并理解所学知识的要点，把握知识间的内在联系的能力．