冷知識：人教版高中生物是有選修2的，叫生物科學(xué)與社會，個人覺得是以生物技術(shù)的應(yīng)用為線索，談了很多生物學(xué)在醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、工業(yè)、環(huán)境保護方面發(fā)揮作用的實例，中間會粗淺地講解生物工程相關(guān)的知識。課本還是不錯的，對高中生物學(xué)體系是一個很好的補充，不過因為高考不考，相信很多人是從來沒見過這本書的。

這道題以PCR作為主題展開，關(guān)于PCR，我認(rèn)為其實是一個非常偉大的技術(shù)，盡管可能覺得PCR很簡單，不管是從原理還是操作來講。但我認(rèn)為，PCR正因為其簡單才偉大，它用如此簡單的原理與操作就能夠不借助細(xì)胞完成大量復(fù)制DNA的過程。

對于高中生來說，PCR是一個在比較微觀的角度下發(fā)生的過程，不很直觀，學(xué)習(xí)起來還是有一定難度的，因此學(xué)習(xí)PCR的原理，需要先抓住PCR的目的或者說核心——體外復(fù)制DNA。

既然是要復(fù)制DNA，那么首先要做的就是采集樣本；再從樣本中提取DNA；PCR擴增；分析結(jié)果，答案也就是④②③①。

PCR的目的是復(fù)制DNA，要復(fù)制就要先解旋，但是這里解旋不能用解旋酶，因為復(fù)制好的DNA也會被解旋酶解旋成單鏈，這不是我們想要的。

那就要用另一種方式，高溫解旋，我們通過溫度的控制就能讓DNA解旋，特別是當(dāng)溫度下降，堿基互補配對的DNA還能恢復(fù)成雙鏈，美滋滋。

但高溫同時帶來了另一個問題，酶有一個作用特性就是“作用條件溫和”，在高溫環(huán)境下就會變性失活，因此最原始的PCR每復(fù)制一輪就要人工重新添加用于DNA復(fù)制的DNA聚合酶。這就會使得體外復(fù)制DNA變得很麻煩，好在有科學(xué)家在火山口發(fā)現(xiàn)了Thermus Aquaticus這種細(xì)菌，又有科學(xué)家在這種細(xì)菌中分離出了能夠在高溫下仍能保持活性的（Taq酶）熱穩(wěn)定性DNA聚合酶。

這樣就只用加一次熱穩(wěn)定性DNA聚合酶，當(dāng)模板、原料都加好之后，執(zhí)行高溫變性，低溫復(fù)性，72℃（Taq酶的最適溫度）延伸的三步循環(huán)了，每執(zhí)行一次循環(huán)，理論上DNA的數(shù)目就會變?yōu)樵瓉淼?倍了。

剛才提到的復(fù)性具體指什么呢？它指的是一段較短的DNA單鏈與已經(jīng)高溫解旋的模板DNA單鏈堿基互補配對。進行這個配對的原因是：PCR中用到的DNA聚合酶是沒有辦法直接把單鏈補成雙鏈的，它只能將核苷酸一個一個添加到DNA已經(jīng)配對好形成雙鏈的部分，所以就需要引物在DNA聚合酶要開始工作的地方起個頭。

復(fù)性就是起這個“頭”的過程，也就是引物通過堿基互補配對與單鏈DNA結(jié)合。

再提一下PCR的目的——體外復(fù)制DNA，這道題要復(fù)制誰的DNA呢？啊，是復(fù)制病原菌的啊，所以引物就要和病原菌DNA特異性結(jié)合，才能給DNA聚合酶起好頭啊。

然后這么寫就可以了：在生物體外大量快速擴增特定DNA片段的技術(shù)。

不過最后還要提一點，PCR的目的盡管很簡單，但是這項技術(shù)和其他技術(shù)結(jié)合的話，能創(chuàng)造出許許多多妙用，水善利萬物而不爭，這是PCR技術(shù)的偉大之處。

最最后感謝一下做那個圖片的的軟件：

Molecular graphics and analyses performed with UCSF ChimeraX, developed by the Resource for Biocomputing, Visualization, and Informatics at the University of California, San Francisco, with support from National Institutes of Health R01-GM129325 and the Office of Cyber Infrastructure and Computational Biology, National Institute of Allergy and Infectious Diseases.

UCSF ChimeraX: Structure visualization for researchers, educators, and developers. Pettersen EF, Goddard TD, Huang CC, Meng EC, Couch GS, Croll TI, Morris JH, Ferrin TE. Protein Sci. 2021 Jan;30(1):70-82.

UCSF ChimeraX: Meeting modern challenges in visualization and analysis. Goddard TD, Huang CC, Meng EC, Pettersen EF, Couch GS, Morris JH, Ferrin TE. Protein Sci. 2018 Jan;27(1):14-25.