第3章 第1节 第2课时 利用PCR技术扩增DNA片段并完成电泳鉴定（word教参）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中生物选择性必修3 生物技术与工程（苏教版2019）

知识点(一)　聚合酶链式反应(PCR)技术 [教材知识梳理] (一)PCR的含义及反应条件 含义 PCR是聚合酶链式反应的缩写，是目的DNA片段(目的基因)的体外扩增技术 原理 DNA半保留复制 条件 模板DNA、引物对、4种dNTP(能量和原料)、缓冲液和热稳定的DNA聚合酶(Taq酶)、Mg2＋等 (二)PCR的反应步骤和结果 1．PCR反应的一般步骤 (4)重复循环多次。 2．PCR的结果：理论上，每经过一个循环，样本中DNA片段的数量增加一倍，经过n个循环后，DNA片段数量可以扩增至原先的2n倍。 (三)PCR技术的应用 1．广泛应用于医学及分子生物学等领域，如：病原体鉴定、遗传病诊断、免疫学研究、癌基因探索及某些疾病治疗等。 2．在古生物学、法医学等方面也有广泛的应用。 [核心要点点拨] (一)图示法理解PCR反应过程 (二)PCR技术与生物体内DNA复制的比较 比较项目 PCR 细胞核内DNA复制 区别 场所 试管中 细胞内 方式 半保留全连续局部区域复制 半保留半不连续全链复制 起始位点 引物3′端 复制起始位点 酶 仅一种DNA聚合酶(Taq酶) 多种酶(DNA解旋酶、普通的DNA聚合酶等) 反应条件 温度变幅大 温和 解旋 高温解旋 解旋酶解旋 引物 DNA片段，保留在复制的子链中 RNA片段，不保留在复制的子链中 产物 引物界定的片段 核基因组 循环次数 人为设置 与细胞分裂同步 联系 ①模板：均需要脱氧核苷酸链作为模板进行物质合成； ②原料：均为四种脱氧核苷酸； ③酶：均需要DNA聚合酶进行催化； ④引物：均需要引物，使DNA聚合酶从引物的3′端开始连接脱氧核苷酸 (三)与引物相关的问题分析 1．PCR技术需要引物的原因 DNA聚合酶不能从头开始合成DNA，只能从3′端延伸DNA链，因此，DNA的复制需要引物。当引物与DNA母链通过碱基互补配对结合后，DNA聚合酶就能从引物的3′端开始延伸DNA链，因此DNA的合成方向总是从子链的5′端向3′端延伸。 2．PCR扩增中需要引物数目的计算规律 若一个DNA分子在PCR中经过n轮循环，理论上需要消耗引物数为2n＋1－2个，第n轮循环需要消耗的引物数为2n个。 3．关于引物设计应注意的问题 依据目的基因两端的部分核苷酸序列设计。两种引物之间以及每种引物内部不能发生碱基互补配对。有时候引物5′端需要含有某种限制酶的识别序列。 [典例]　聚合酶链式反应(PCR)被广泛用于遗传疾病的诊断、刑事侦查、古生物学和基因工程等领域。利用PCR技术可快速扩增目的基因。下列有关叙述错误的是(　 ) A．扩增目的基因的前提条件是要有一段已知目的基因的核苷酸序列 B．PCR技术需要使用Taq酶的原因是其耐高温 C．PCR技术扩增时，两种引物的碱基序列要尽可能互补 D．若目的基因扩增5次，则需要消耗62个引物分子 [解析]　PCR技术扩增目的基因的前提条件是要有一段已知目的基因的核苷酸序列，其目的是根据这一序列合成引物，A正确；PCR技术需要使用Taq酶而不是普通的DNA聚合酶，主要原因是Taq酶耐高温，B正确；PCR技术中所用的两种引物的碱基序列不能互补，原因是若能互补则会发生配对，从而减弱引物与目的基因的结合概率，C错误；若一个目的基因扩增5次，可得到32个DNA分子，共64条DNA单链，其中原目的基因两条单链不需要引物，所以共需消耗62个引物分子，D正确。 [答案]　C [归纳拓展]　PCR中的数量关系 复制次数 1 2 3 n DNA分子数 2 4 8 2n 含引物的DNA分子数 2 4 8 2n 含其中一种引物的DNA分子数 1＝21－1 3＝22－1 7＝23－1 2n－1 同时含两种引物的DNA分子数 0＝21－2 2＝22－2 6＝23－2 2n－2 共消耗引物的对数 1＝21－1 3＝22－1 7＝23－1 2n－1 含脱氧核苷酸链等长的DNA分子数 0＝21－2 0＝22－4 2＝23－6 2n－2n [层级训练评价] (一)澄清概念 1．判断下列叙述的正误 (1)PCR反应中温度的周期性改变是为了DNA聚合酶催化不同的反应。(×) (2)用PCR方法扩增目的基因时不必知道基因的全部序列。(√) (3)PCR技术中，DNA模板链上碱基G和C的比例越高，DNA变性解链的温度就越高。(√) (二)落实知能 2．PCR技术需要的酶是(　 ) A．解旋酶 B．热稳定的DNA聚合酶 C．RNA聚合酶 D．限制酶 解析：选B　PCR技术利用高温使双链DNA解旋，不需要解旋酶；PCR仪是一个温控