3.2专题：PCR计算与引物的选择、设计课件-2026-2027学年高二下学期生物人教版选择性必修3

该高中生物学课件聚焦PCR计算与引物设计，从扩增1次到n次的具体数据推导入手，逐步总结数量规律，衔接引物概念、体内外比较及设计原则，构建递进式学习支架。 其亮点在于通过问题链引导科学思维，如PCR计算中从具体次数到n次公式的归纳，结合引物设计的小组讨论与酶切位点添加实例，落实探究实践。学生能深化逻辑推导能力，教师可依托系统案例提升教学效率。

高中生物选修三 PCR计算、 引物的设计与选择 微专题 目录 contents PCR的相关计算 01 引物的设计与选择 02 PCR的相关计算 01 扩增一次 DNA分子有_____个，总链数_______条 不含引物的链数：_____，含引物的链数：_____ 含引物A（或B）的链数：_______ 含引物A（或B）的DNA数：_______ 仅含引物A（或B）的DNA数：______ 引物A、B均含有的DNA数：_____ 含引物的DNA数：_____，不含引物的DNA数：______ 需要引物的总数：______个______对 第1次复制需要引物______个 含模板链DNA分子数为______个 子代DNA分子中不等长链DNA分子数为：______个 子代DNA分子中等长链DNA分子数为： 个 长链-中长链DNA______个 中长链-短链DNA______个 短链-短链DNA______个 2 4 2 2 1 1 1 0 2 0 2 1 2 2 2 0 2 0 0 扩增二次 DNA分子有_____个，总链数_______条 不含引物的链数：_____，含引物的链数：_____ 含引物A（或B）的链数：_______ 含引物A（或B）的DNA数：_______ 仅含引物A（或B）的DNA数：______ 引物A、B均含有的DNA数：_____ 含引物的DNA数：_____，不含引物的DNA数：______ 需要引物的总数：______个______对 第2次复制需要引物______个 含模板链DNA分子数为______个 子代DNA分子中不等长链DNA分子数为：______个 子代DNA分子中等长链DNA分子数为： 个 长链-中长链DNA______个 中长链-短链DNA______个 短链-短链DNA______个 2 6 3 3 1 2 4 0 6 3 4 2 4 0 2 2 0 4 8 扩增三次 DNA分子有_____个，总链数_______条 不含引物的链数：_____，含引物的链数：_____ 含引物A（或B）的链数：_______ 含引物A（或B）的DNA数：_______ 仅含引物A（或B）的DNA数：______ 引物A、B均含有的DNA数：_____ 含引物的DNA数：_____，不含引物的DNA数：______ 需要引物的总数：______个______对 第3次复制需要引物______个 含模板链DNA分子数为______个 子代DNA分子中不等长链DNA分子数为：______个 子代DNA分子中等长链DNA分子数为： 个 长链-中长链DNA______个 中长链-短链DNA______个 短链-短链DNA______个 8 16 2 14 7 7 1 6 8 0 14 7 8 2 6 2 2 4 2 出现完整目的基因 DNA分子有_____个，总链数_______条 不含引物的链数：_____，含引物的链数：________ 含引物A（或B）的链数：_______ 含引物A（或B）的DNA数：_______ 仅含引物A（或B）的DNA数：______ 引物A、B均含有的DNA数：_________ 含引物的DNA数：_____，不含引物的DNA数：______ 需要引物的总数：____________个________对 第n次复制需要引物______个 含模板链DNA分子数为______个 子代DNA分子中不等长链DNA分子数为：______个 子代DNA分子中等长链DNA分子数为： 个 长链-中长链DNA______个 中长链-短链DNA______个 短链-短链DNA_______个 2n 2n+1 2 2n+1-2 2n-1 1 2n-2 2n 0 2n+1-2 2n-1 2n 2 2n 2n-2n 2 2n-2 2n-2n 扩增n次 2n-1 引物的设计与选择 02 多聚酶链式反应（PCR）是一种在体外迅速扩增DNA片段的技术。 体内DNA的复制时，引物酶将引物添加到子链的5’端。 一、引物的概念 引物 体内DNA复制 PCR技术（体外） 引物的实质 一小段单链RNA 一般用一小段单链________ 引物与DNA模板链的关系 DNA复制时，DNA的_____条链作为模板，依据____________原则，与目的基因的脱氧核苷酸序列配对 引物的必要性 DNA聚合酶不能从头开始合成DNA，只能从已有片段的____端延伸DNA链 引物延伸方向 从____端向____端延伸 DNA 2 碱基互补配对 3’ 5’ 3’ 1.比较体内与体外的引物 2：找出几个关键词，尝试概括引物是什么？ 引物的作用：使DNA聚合酶能够从引物的3′端开始连接脱氧核苷酸 引物:__________________________ 一段能与母链DNA碱基互补配对的短单链核酸 一、引物的概念 2．图2是某同学设计的两组引物(只标注了部分碱基序列)，都不合理，请分别说明理由。 第1组： 第2组： 引物Ⅰ和引物Ⅱ会因局部发生碱基互补配对而失效 引物Ⅰ′自身折叠后会因出现局部碱基互补配对而失效 1．如果已知某目的基因的序列和结构，利用PCR筛选和扩增出该目的基因的关键是什么？ 根据目的基因两端的核苷酸序列设计引物。 （无需知道全部序列） 二、引物的设计与选择 1.小组讨论：人为设计引物应该注意些什么？ 引物的设计原则： 特异性 高效性 特定DNA片段的高效扩增 1 2 3 4 引物之间不会自身配对或者相互配对 引物与目的基因两端互补配对 两引物的CG含量相当，复性温度相差小 引物的长度适宜（15-30bp) 自身折叠 引物自连 过短导致引物随机结合，与模板链结合的特异性较差。 二、引物的设计与选择 （4）引物GC含量要适宜（拓展阅读） 1.小组讨论：人为设计引物应该注意些什么？ b.3'端防止连续三个C或G，引物的GC含量一般为45-55%，过高或过低都不利于引发反应。 c.上下游引物的GC含量不能相差太大。 a.引物3'端的碱基一般不用A，因为A在错误引发位点的引发效率相对比较高，而其它三种碱基的错误引发效率相对小一些。  二、引物的设计与选择 5` 5` 3` 3` 目的基因 5` 3` ① ② ③ ④ 扩增目的基因用： . 扩增目的基因两侧的序列用： . ②③ ①④ 检测目的基因是否正向插入载体用： . ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ③⑥ ②⑦ 包含目的基因和左侧或者右侧的序列 引物的设计原则： 二、引物的设计与选择 训练1：科研人员构建了可表达J-V5融合蛋白的重组质粒并进行了检测，该质粒的部分结构如图甲所示，其中V5编码序列表达标签短肽V5。 构建重组质粒后，为了确定J基因连接到质粒中且插入方向正确，需进行PCR检测，若仅用一对引物，应选择图甲中的引物 。 F2和R1或F1与R2 二、引物的设计与选择 训练2：为了对重金属污染的土壤进行生物修复，研究者将从杨树中克隆的重金属转运蛋白（HMA3）基因与外源高效启动子连接，导入杨树基因组中（如图）。 为检测获得的转基因杨树苗中是否含有导入的HMA3基因，同时避免内源HMA3基因的干扰，在进行PCR扩增时，应选择的引物组合是（ ） A．①+③ B．①+② C．③+② D．③+④ B 二、引物的设计与选择 【分析】根据图示中引物的位置可知，引物①扩增的片段含有启动子和HMA3基因，引物③扩增的片段不含启动子，引物②、④扩增的片段既含有启动子，又含有HMA3基因序列。是否含有导入的HMA3基因，同时避免内源HMA3基因的干扰，在进行PCR扩增时应选择的引物组合是①+② 为检测获得的转基因杨树苗中是否含有导入的HMA3基因，同时避免内源HMA3基因的干扰，在进行PCR扩增时，应选择的引物组合是（ ） ①+② 二、引物的设计与选择 设计PCR引物，使目的基因两端添加限制酶识别序列及切割位点。 2.添加酶切位点的引物设计 目的基因两端没有限制酶酶切位点，为便于目的基因插入载体，应如何改造目的基因？ 目的基因 扩增后的目的基因 PCR扩增 限制酶位点① 限制酶位点② 二、引物的设计与选择 为了便于扩增的 DNA 片段与质粒连接，需在引物的5’端加上限制酶的酶切位点，且常在两种引物上设计加入不同的酶切位点，主要目的是保证目的基因与载体的正向连接。引物的5' 端决定着PCR产物的长度，它对扩增特异性影响不大。因此，可以被修饰而不影响扩增的特异性。引物5'端修饰包括：加酶切位点，加标记荧光，引入蛋白质结合DNA序列等。引物的延伸是从3'端开始的，不能进行任何修饰。 引物B和C，应添加哪个限制酶的序列？写出改造后的引物B’和C’ 5’CATGTCCA------------------------------------CCACAACC3’ 3’GTACAGGT------------------------------------GGTGTTGG5’ B’ C’ CATGTCCA3’ EcoR Ⅰ BamH Ⅰ 转录方向 引物C’：5’GGATCCGGTTGTGG3’ 复制原点 启动子 抗性基因 终止子 EcoR Ⅰ BamH Ⅰ 5’ 5’ 2.添加酶切位点的引物设计 3’GGTGTTGG AnB1: 引物B’：5’GAATTCCATGTCCA3’ 添加酶切位点的引物序列（5’- 3’） =限制酶切序列（5’- 3’)+该DNA非模板链序列（5’- 3’) 二、引物的设计与选择 在PCR扩增程序中，循环几次能获得两端平齐且带有限制酶酶切位点的序列？ 3次 提示：可类比引物位于一段DNA序列中部，扩增获得两引物之间的目的基因短片段的PCR过程。与之类似的： 2.添加酶切位点的引物设计 扩增一次得到一端延长的单链； 扩增两次得到两端延长的单链； 扩增三次得到两端延长的双链。 二、引物的设计与选择 5’ 5’ 3’ 3’ 5’ 5’ 3’ 3’ 5’ 5’ 3’ 3’ 5’ 5’ 3’ 3’ 5’ 5’ 3’ 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ 5’ 5’ 3’ 3’ 5’ 5’ 3’ 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ 5’ 5’ 3’ 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ 两端均有酶切位点的目的基因片段 扩增一次 扩增两次 扩增三次 最初 (1)草甘膦抗性基因一条链的两端序列如下,采用PCR技术获取和扩增草甘膦抗性基因,应选用的引物组合为(　　) 训练3：为使甘蓝具有抗除草剂能力,科研人员将除草剂草甘膦抗性基因转入甘蓝植株,获得抗草甘膦转基因甘蓝。 A A.5'-CTTGGATGAT-3'和5'-TCTGTTGAAT-3' B.5'-CTTGGATGAT-3'和5'-TAAGTTGTCT-3' C.5'-ATTCAACAGA-3'和5'-ATCATCCAAG-3' D.5'-ATTCAACAGA-3'和5'-GAACCTACTA-3' 二、引物的设计与选择 训练4：木质纤维素是地球上最为丰富的可再生资源，中国科学家利用基因工程的方法构建了一株嗜热厌氧杆菌H，以花生壳、玉米芯等为原料发酵生产生物燃料乙醇，以期提高农业废弃物的整体利用价值。请回答下列问题： (2)基于嗜热厌氧杆菌的特殊代谢能力（图a），研究人员构建了双功能醇醛脱氢酶基因（Adh）的过量表达载体，图b为构建表达载体时所需的关键条件。 二、引物的设计与选择 左边加KpnI识别序列，右边加XbaI识别序列 ①为保证双功能醇醛脱氢酶基因（Adh）能通过双酶切以正确方向插入质粒，需设计引物1和引物2，其中引物1的序列为5`— —3`。 引物1和上面那条链序列一样 GGTACCGTACCTTTGT 加限制酶识别序列 (2)培育“超级菌”。对菌株WZ改造后的CD3D基因进行研究，把CD3D基因和His标签基因（His标签由6个组氨酸组成）连接起来构建融合基因，并构建重组基因表达载体，图2为载体、CD3D基因的结构、不同限制酶的识别序列及切割位点，欲将标签基因连接在CD3D基因编码区的末端，已知组氨酸的密码子为CAU，终止密码子为UAG。 ①写出His的基因编码链的碱基序列5′— —3′。 His基因 5` 5` 3` 3` 编码链 模板链 mRNA 相同 U改成T 限制酶识别序列及切割位点： MunI：C↓AATTG； XhoI：C↓TCGAG； BcoRI：G↓AATTC；Sal I：G↓TCGAC mRNA ②为构建融合基因并将其插入载体，科研人员设计了一对与CD3D基因编码区两端序列互补配对的引物，设计时需在引物 （填“A”或“B”）的5′端增加相应的限制酶识别序列和His基因的编码序列， 请写出该引物开头的12个碱基序列：5′— —3′。 His基因 相同，只是U改成T CTCGAGCTAATG B 3` 5` 转录方向 C↓AATTG C↓TCGAG 与编码链互补 在启动子和终止子之间 ①写出His的基因编码链的碱基序列5′— —3′。 CATCATCATCATCATCATTAG $