PCR技术及其发展和应用

简述PCR技术的主要原理及应用1. PCR技术的主要原理聚合酶链式反应（PCR）是一种重要的分子生物学技术，其主要通过在一系列循环中扩增特定DNA片段，最终获得大量目标DNA的倍增产物。

PCR技术广泛应用于基因测序、基因克隆、突变分析、分子诊断等领域。

PCR技术的主要原理包括以下三个步骤：1.1 反应体系的准备PCR反应体系主要由以下组分组成： - DNA模板：即待扩增的目标DNA段，可以是从任何来源提取的DNA片段。

- 引物：由两个单链DNA片段构成，分别与目标DNA序列的两个相邻区域互补，作为DNA复制的起始点。

- DNA聚合酶：用于引导DNA的复制，具有高温稳定性。

- 反应缓冲液：提供适宜的酶活性和其他反应条件。

1.2 热循环反应PCR反应通过一系列的循环反应，完成DNA的扩增。

每个循环包括以下三个步骤：1.热变性（Denaturation）：将PCR反应管中的DNA双链变性为单链，提供引物结合的机会。

2.引物结合（Annealing）：反应体系通过降温，使引物与目标DNA互补的区域结合。

3.DNA扩增（Extension）：通过DNA聚合酶在适宜温度下复制DNA模板。

1.3 扩增产物的倍增反复进行热循环反应会连续复制目标DNA段，导致DNA的指数级扩增。

经过多个循环之后，扩增产物的数量将呈指数式增长。

2. PCR技术的应用PCR技术在生物学研究和医学诊断中得到广泛应用，主要包括以下几个方面：2.1 基因测序PCR技术在基因测序中起到关键作用。

通过扩增需要测序的DNA片段，可以获得足够的模板量，用于测序仪的读取。

2.2 基因克隆PCR技术可用于基因克隆，通过引物的设计，扩增目标DNA片段后，将其插入到表达载体中，实现目标基因的表达。

2.3 突变分析PCR技术可以用于突变分析，通过引物的设计，扩增包含突变位点的DNA片段，然后通过测序或其他分析方法确定突变的存在与否。

2.4 分子诊断PCR技术在分子诊断中广泛应用。

分子生物学中的PCR技术与应用PCR技术是一种在分子生物学领域中广泛使用且非常重要的技术，可以帮助分析DNA、RNA和蛋白质。

PCR的全称为聚合酶链反应（Polymerase Chain Reaction），是一种能够通过核酸序列特异性扩增DNA片段的技术。

PCR技术的应用范围非常广泛，例如进行病毒和细菌的检测、检验新的治疗方法和研究一个个体的基因组等等。

本文将详细介绍PCR技术的原理、操作步骤及应用。

一、PCR技术的原理PCR技术是一种体外扩增DNA片段的技术，是利用核酸聚合酶（Polymerase）在不断变化的温度条件下，在PCR试管中复制DNA。

PCR反应需要引入一个DNA模板（DNA template）、DNA引物（primers）以及DNA聚合酶（DNA polymerases）三个关键因素。

DNA模板是PCR反应的起始材料，它可以是任何来源的DNA。

DNA引物是用于定位PCR扩增片段的短DNA序列，两个引物选择的位置要能够框住要扩增的DNA片段。

DNA聚合酶是用于在DNA引物的引导下在DNA模板上复制DNA的酶。

PCR反应通常由三个步骤组成，包括变性、退火和延伸三个步骤。

这三个步骤可以通过简单地改变反应管中的温度来控制。

二、操作步骤PCR的操作步骤通常包括基因组DNA的提取、PCR反应液的配制、PCR反应、PCR产物的分析等。

基因组DNA的提取需要根据不同的来源分别进行操作。

PCR反应液的配制是为了保证PCR反应的稳定和准确。

在PCR反应时，需要根据模板DNA和引物的特性来确定PCR反应的条件。

如果模板DNA的浓度过低，PCR反应就会失效。

引物的选择是基于PCR扩增的目的和步长。

PCR反应是用于扩增DNA片段的步骤，通过循环变性、退火和延伸三个步骤，可以扩增数量低的DNA。

PCR反应细胞是通过一段特定的时间和温度来执行的。

这有助于扩增一个特定的DNA片段，而不会扩增其他DNA片段。

在PCR反应结束后，可以进行聚合酶链反应产物的实时分析。

PCR的原理和应用简答PCR的原理PCR（Polymerase Chain Reaction）是一种体外合成DNA的技术，它通过多轮的循环扩增DNA片段，从而在短时间内大量复制目标DNA序列。

PCR主要包括三个步骤：变性、退火和延伸。

1.变性步骤：PCR开始时，将待扩增的DNA样本加热至高温（通常为94至96摄氏度），使其变性成两条单链DNA模板。

这个步骤会打破DNA的双螺旋结构，使两条DNA链分离。

2.退火步骤：将样本降温至较低的温度（通常为40至60摄氏度），此时引物可以与目标DNA序列的互补序列结合。

引物是短的单链DNA分子，它们是合成DNA的起始点。

3.延伸步骤：在退火温度下，加入DNA聚合酶（Taq聚合酶）和四种核苷酸，这样DNA聚合酶可以沿引物向外延伸，并合成新的DNA链。

这个步骤会产生两条新的DNA双链，其中每一条双链包含了目标DNA序列。

以上三个步骤组合在一起，形成PCR的循环，每一轮PCR循环会产生两倍的目标DNA序列。

通过多轮的PCR循环，可以将起始的DNA序列扩增至数百万倍，从而在短时间内得到足够的DNA片段进行分析。

PCR的应用PCR技术广泛应用于生物学、医学和法医学等领域，具有以下重要的应用：1.基因分型和遗传病筛查：PCR可以扩增特定基因的DNA片段，并通过分析这些扩增产物的大小和序列，来鉴定个体的遗传信息和检测基因突变引起的遗传疾病。

2.病原体检测：PCR能够迅速、敏感地检测病原体的存在。

通过设计特异性引物，可以扩增特定病原体的DNA，在疾病早期进行准确诊断。

3.DNA克隆：PCR技术是DNA克隆的重要工具。

通过PCR扩增目标DNA片段后，可以将其插入载体DNA（如质粒）中，形成重组DNA，并把重组DNA导入目标宿主细胞中，实现外源DNA的克隆。

4.基因工程：PCR技术可用于基因工程的多个环节。

例如，PCR可以扩增目标基因并进行定点突变，同时也可以作为RT-PCR扩增RNA进行基因表达分析。

PCR的具体应用引言聚合酶链反应（PCR）是一种常用的分子生物学技术，它可以通过放大DNA片段，提供分子生物学研究所需的足够多的DNA样本。

PCR技术的应用广泛，不仅在科研领域发挥重要作用，还在医学、农业和法医学等领域有着重要的应用。

医学应用PCR技术在医学领域起到了革命性的作用。

它可以在医学诊断中快速检测病原体的存在，例如检测病毒、细菌、寄生虫等的DNA或RNA。

临床上，PCR被广泛应用于病毒性感染病的检测，例如乙肝病毒、艾滋病病毒等。

此外，PCR还可以用来检测个体的基因组中是否携带特定的基因突变，从而预测患病风险或诊断遗传性疾病。

农业应用PCR在农业领域也具有广泛的应用。

PCR技术可以用于鉴定农作物中的转基因成分，并对农作物品种进行快速鉴定。

此外，PCR还可以用于检测植物病原体，诊断植物病害，帮助农民采取相应的措施防治病害。

例如，PCR技术在检测水稻白叶枯病、玉米赤霉病等方面发挥了重要作用。

法医学应用PCR技术在法医学领域也有着重要的应用。

它可以用于DNA鉴定，用于刑事案件和亲子鉴定等方面。

PCR技术可以通过扩增被鉴定样本的特定DNA片段，通过比对样本DNA的相似度，确定身份。

这项技术已经成为刑事侦查和司法鉴定的重要手段，对于司法公正和案件的真实还原发挥着关键作用。

科研领域应用PCR技术在科研领域具有广泛的应用。

科研人员可以通过PCR技术对DNA或RNA 进行扩增和定量，从而研究基因表达和遗传变异等现象。

此外，PCR技术还可以用来构建基因库，对目标基因进行克隆和表达，从而深入了解基因的功能和调控机制。

结论PCR技术具有广泛的应用领域，在医学、农业、法医学和科研领域发挥着重要作用。

它提供了一种快速、敏感、高效的方法来检测和分析DNA和RNA，为各个领域的研究和应用提供了可靠的技术支持。

随着技术的不断发展，PCR技术在未来将继续发挥重要作用，并为人类健康、农业生产和刑事司法等方面带来更多的好处。

PCR技术的应用及其发展王艺(哈师大生科院,哈尔滨,150025)摘要:聚合酶链式（PCR）反应技术是一项新发展起来的技术,具有特异性强、快【5.能在短时间内将所要的目的基因扩增至数万倍,扩增的过速、简便等很多优点】程类似于DNA的复制过程,其特异性依赖于靶序列两端的寡核苷酸引物,并且可通过基因的扩增获得目的片段,广泛应用于产品的检测、病毒的检测、细菌的检测、亲自鉴定性别等都具有划时代的意义.本文就PCR的应用和目前的发展状况做一综述.关键字：PCR技术；DNA；检测；应用；发展前言：PCR技术是20实际80年代中期发展起来的体外核酸扩增技术,最初是为扩增已知序列设计的,打破了传统的DNA克隆方法,利用该技术能够从复杂的DNA分子群体中选择性的复制一段特异的序列,使某一DNA片段得到特异性的扩增.PCR技术有特异性高,灵敏度强,快速,简便等诸多优点,在生命科学飞速发展的今天,PCR技术已经成为分子生物学中的常规技术.如今的PCR技术已经发展到一定的阶段,人们常用这个技术运用于食品工业,医学,病毒检测,生物学研究等方面.并且在这些方面也得到了良好的应用.1PCR的原理PCR技术是1985年美国Cetus 公司发明的一种特异性的DNA 体外扩增技【9.首先合成两个小片段的寡核苷酸引物,长度一般在20bp左右,这两种引物分术】别与需要扩增的DNA片段的正链和负链的两端互补,将引物片段与需要扩增的DNA片段混合并加热使之变性,然后退火,这时引物片段和相应的DNA模板互补杂交,加入四种dNTP和DNA聚合酶进行DNA扩增,则完成了第一轮的循环,继之加热变性和退火,第一轮得到的DNA扩增链又作为第二轮扩增的模板再与引物杂交,进行第二轮扩增循环时犹豫引物和dNTP都是过量的,如果加入的DNA多聚酶是耐高温的,则在以后各轮反应不需加入任何试剂直到达到需要扩增的量为止.运用此方法可正在短时间内得到大量的DNA扩增片段,数量可达数万倍,2PCR技术的特性2.1操作简便应用PCR方法的早期阶段操作萦琐,因为使用的聚合醉是大肠杆菌DNA聚合酶I的大片段,即Klenow片段,而不是耐高温的TaqDNA聚合酶,而且操作也未实现自动化.目前使用的是耐高温的TaqDNA聚合酶,其操作也实行了电脑控制的DNA扩增仪的自动化,只要将扩增反应所需要的特定程序输入DNA自动扩增仪,把反应所需要的全部材料混合均匀,置入仪器内,反应就会按照所输入的正确程序进行.如果需要,还可随时予以调整.2.2灵敏度高PCR产物的生成,是以指数方式增加的,所以欲扩增pg量级的起始物到此水平成放大真核细胞单拷贝基因,通过PCR方法都是不难完成的.PCR方法还可用单一双倍体细胞,一根头发,甚至单一精子进行DNA定型.3.3 特异性强作为引物的寡聚核昔酸与模板结合的正确性是决定反应产物是否特异的关键.TaqDNA聚合酶耐高温的性质,使得反应中引物与模板退火的步骤可以在较高的温度下进行,结合的特异性大大增加,被扩增的目的DNA片段也能保持很高的正确程度.3.4 对原始材料的质量要求低由于PCR技术有高灵敏度和较强的特异性,故仅含目的基因的DNA,就可以作为反应起始材料来获取目的DNA扩增产物.4PCR技术的应用4.1PCR在食品行业检测PCR技术在食品科学中主要用于对食品中微生物含量的检测.众所周知,食品中微生物的检测涉及到人的健康,需要方便、准确、快捷的技术保障,传统方法检测食品中致病菌的步骤繁琐费时,需经富集培养、分离培养、形态特征观察、生理生化反应、血清学鉴定以及必要的动物试验等过程,并且传统方法无法对那些难以人工培养的微生物进行检测.如肉制品的检验,蛋白质鉴定技术已成功运用于鉴别生鲜肉类的品种,但当食品中的肉类已经经过切碎、混合、蒸煮、熏烤等加工烹调过程后,失去了原有的形态学特征和质地.进攻处理也会改变肉类蛋白质的结构和稳定性,从而破坏物种特有的蛋白质和抗原决定部位】【3.所以,蛋白质鉴定肉类品种的稳定性和可靠性较差,已不能满足现代肉类安全检测的要求.随着生物技术的发展,A.A. Aida 10【和Y .B. Che Man 】【11使用 PCR 技术建立了检测清真食品中是否含有猪肉或猪油的方法,物种特异性 PCR 技术可以用于清真食品的鉴定,是一种可以信赖和合适的技术.以物种间基因差异为基础的分子学鉴定方法成为研究的热点,而采用PCR 方法有特异性强,灵敏度高和可鉴别性的特点,已经成为肉质品种鉴别最常用的方法.4.2 PCR 在医学中的应用在临床医学方面也经常使用PCR 技术,如对乙肝病毒、肿瘤、病原体等的检测.如人类许多常见的肿瘤疾病与某些病毒病因及肿瘤相关基因的遗传学改变有着密切的关系.PCR 技术在肿瘤病毒病因、肿瘤相关基因、肿瘤相关抑癌基因等研究方面已取得可喜成果.同时也被用于多点突变的遗传病]1[.PCR 在法学中应用于亲子鉴定,血型鉴别,以及指纹鉴别等.如对痕量的血迹,无法用传统血清学的方法进行血型检验时,就可采用PCR 方法检验ABO 和MN 血型.对某些犯罪现场的生物材料的检定将为法医提供可靠有效的依据及直接、高效率的数据. DNA 技术鉴定进行取证主要应用在以下刑事民事案件中】【6.4.3 PCR 在应用水中的检测1990 年,Bej et al 】【7在利用多重 PCR 的方法检测了 Leg-ionella 类菌种和大肠类细菌 ,其结果是通过点对点方法固定的多聚 dT 尾捕捉探针和生物素标记的扩增 DNA 进行杂交来检测的.而对于水中得而大部分细菌,通常采用分离培养来鉴定它们弄得种类和数量,但是分离方法和培养基的选项额是限制检测效率的问题所在,使得一部分细菌由于不能在人工培养基上生长,使得鉴定的细菌种类和数量低于环境中的实际值】【2.因此运用PCR 技术可对水体进行直接检测,缩短检测时间,扩大检测范围,并且具有较高的精确度.同时也可以反映水环境中微生物病原体的种类及多样性.4.4 PCR 技术在非生物学中的应用DNA 的初级结构核苷酸序列具有极丰富的信息含量,利用 PCR 扩增,可以从非常少的DN A原始材料中获取信息,使之在作为商业产品的亚显微标志或标志物方面用途广泛. 例如在对伪造产品的检测, 污染源的追踪调查等方面, 都可通【4.过PCR来鉴定】PCR技术的问世成了生物学界的一个热点, 特别在分子生物学和人类遗传学等研究领域. 该技术能直接、富于针对性且高效率地提供数据, 还能得到离散的等位基因数据并正确地确定DNA 类型的基因型. 此外, 还可用于遗传图谱构建、器官移植的组织类型鉴定, 检测转基因动植物中的植入基因等领域, 它使人类基因重组成为可能. PCR的应用前景还使研究现已灭绝的动物及在过去几百年间收集的物种的群体遗传成为可能. 科学家们还在继续尝试扩增来自更稀有、更陌生样品的序列. 总之, PCR 作为一项“革命性的新技术”不仅推动分子生物学及相关学科的发展, 而且为相应的产业提供一片“天空”, 将在商业领域中占有重要领地.5 PCR技术的发展PCR技术创立之初,使用的DNA聚合酶是大肠杆菌DNA聚合酶I的Kloonw 大片段,它有两个缺点:一是大于59℃时完全失活,需在每轮反应中添加新酶;二是催化反应须在73℃下进行,模板与引物间的碱基错配效高,即特异性较差.近几年PCR技术又在引物设计,使用标记等方面取得了一系列引人注目的新进展.PCR作为一项“革命性的技术”,不仅推动了遗传与分子生物学的发展,而且在其它领域科学家的努力与创新下,其不断与该领域的核心技术相结合,极大地推动了此领域的发展.并且PCR技术从问世便成为生物学界的一大热点.传统PCR 技术以及衍生出来的新型PCR 技术自面世以来,已被广泛应用到生命科学的各个领域.随着技术方法的不断改进与完善,荧光定量PCR 技术将会逐渐完善并广泛应用.多重PCR 技术在食品病原微生物、非致病微生物及环境微生物检测中的应用；PCR技术在食品、医学、以及其他方面的应用都具有重【8.未来的研究主要集要的作用.在高通量的生物免疫检测方面具有广泛的应用】中在去除食品抑制因子干扰改进样品前处理技术等方面,其次是整合应用多重PCR与其他技术,必将在未来食品微生物检测中有非常好的应用前景.参考文献【1】陈尚武.不同种类的PCR 技术及其应用[J].贵阳医学院校报．1993.14(3);113-116【2】丁清波戴浩吴敬波方东明. FQ-PCR技术在饮用水生物学监测中的应用. 黑龙江环境通报. 2009.12(4).【3】刘帅帅，李宏，罗世芝，刘云国. PCR技术在肉类掺假检验中的应用进展.食品安全质量检测学报. 2011,12(6)【4】刘怀如, 张桂萍. PCR技术的应用及前景展望. 泉州师专学报( 自然科学).1999.11(6).【5】王华, 刘斌. PCR技术在食品微生物检测中的应用. 生物技术通报.2010.(2)【6】赵铁军,贾天军,王德宝.DNA检验在法医学中的应用及发展[J].张家口医学院学报,2003(5):64～68.【7】谢海燕. 黑线仓鼠LHR部分序列克隆及组织器官的表达差异[D].曲阜：曲阜师范大学，2011.【8】林虹君，张爱红，蔡耘，等. 电感偶合等离子体质谱(ICP-MS)在蛋白质绝对定量中的应用[J]. 生命的化学，2009,9:153-157.【9】常世敏.PCR 在食品微生物检测中的应用[J].邯郸农业高等专科学校学报，2004，21（4）：23-25.【10】AIDA A A，CHE MAN Y B，WONG C M V L，et al．Analysis of raw meats and fats of pigs using polymer-ase chain reaction for Halal authentication ［J］．MeatScience，2005，69( 1) : 47-52．【11】Y B CHE MAN，A A AIAD，A R RAHA，et al．Iden-tification of pork derivatives in food products by spe-cies-specific polymerase chain reaction ( PCR) forhalal verification［J］．Food Control，2007，18 ( 7) :885-889．。