资源描述
,多聚酶链式反应扩增,DNA,片段,教材内容,:,基础知识,(,一,)PCR,原理,(,二,)PCR,的反应过程实验操作操作提示结果分析与评价课题延伸练习,一、课题目标,本课题通过,尝试,PCR,（,DNA,多聚酶链式反应）技术的基本,操作,，使学生,体验,PCR,这一常规的分子生物学实验,方法,，,理解,PCR,的,原理,，,讨论,PCR,的,应用,教材分析,二、课题重点与难点,课题重点：,PCR,的原理和,PCR,的基本操作。,课题难点：,PCR,的原理。,教材分析,三、课题背景分析,课题背景首先介绍了,PCR,是一种在体外迅速扩增,DNA,片段的技术，然后说明这一技术在遗传疾病的诊断、刑侦破案、古生物学、基因克隆等方面都有着广泛的应用，最后指出,本课题的目标是了解,PCR,技术的基本原理，并尝试用,PCR,技术扩增,DNA,片段,。教师在导入本课题的学习时，可以先让学生谈一谈对,PCR,的认识以及,PCR,的应用，以激发学生的学习兴趣，然后再说明本课题的目标。,教材分析,四、基础知识分析与教学建议,（一）,PCR,原理,知识要点：,1.,细胞内参与,DNA,复制的各种组成 成分与反应条件；,2.DNA,的合成方向；,3.Taq DNA,聚合酶的应用。,教材分析,（一）,PCR,原理 教学建议：,理解,PCR,的原理，需要首先了解细胞内参与,DNA,复制的各种组成成分与反应条件。教师在教学过程中，可以首先引导学生回忆必修,2,遗传与进化,中的有关,DNA,复制的知识。在此基础上，,学生需要进一步了解,DNA,双链的方向，能够区分,DNA,的,3,端和,5,端,。此外，学生还需要了解,DNA,聚合酶的特性，如只能,从,DNA,的,3,端开始延伸,DNA,链、,而不能从头合成,DNA,等。,教学建议,（一）,PCR,原理 教学建议：,Taq,DNA,聚合酶的应用，解决了高温导致,DNA,聚合酶失活的问题，促成了,PCR,技术的自动化，是一个重要的知识点。教师可以结合专题,2,中课题,2,“,土壤中分解尿素的细菌的分离与计数,”,Taq,细菌的发现过程，帮助学生加深理解。,教学建议,（二）,PCR,的反应过程,知识要点：,PCR,的基本步骤及每个步骤所发生的变化。,教材分析,（二）,PCR,的反应过程 教学建议：,这部分内容的教学应以读图识图为主。教科书中图,5-9,“,PCR,反应过程图解,”,详细地描绘了,参与,PCR,的各组成成分,；每一轮反应的,三个基本步骤变性、复性和延伸,；每一轮中每一个步骤所发生的变化，即,每个步骤所具有的作用,。教师在教学中可以请学生在读图的同时，结合教科书中的文字说明来加深理解。当学生遇到难以理解的地方时，教师要及时给予解答。,教学建议,(,一,)PCR,原理,体内,DNA,复制,:,模板,DNA,原料,:,dNTP,酶,:,解旋酶、,DNA,pol,.,起始引物、合成方向,合成环境,解链,模板变性,引物,-,起始引物,-,模板复性,子链延伸,子链延伸,(,一,)PCR,原理,加样器的使用,结果分析与评价,此为紫外光吸收检测的结果检验法，实践中很少用；普遍采用,琼脂糖凝胶电泳法,检验,PCR,结果,Fig.7.23,Denature,Anneal PCR Primers,Extend PCR Primers,w/,Taq,Repeat,多聚酶链式反应（,PCR,）,扩增,DNA,片段,一、实验目的,了解,PCR,的基本原理，学习,PCR,的基本操作技术。,二、实验原理,多聚酶链式反应（,Polymerase Chain Reaction,，简称,PCR,）是体外酶促合成特异,DNA,片段的一种方法。典型的,PCR,由高温变性、低温退火和适温延伸三步反应组成一个循环周期，通过多次循环反应，使目的,DNA,得以迅速扩增。其原理如下：将待扩增的,DNA,置于高温下使之解链，人工合成的两个寡核苷酸引物在低温下分别与目的片段两侧的两条链互补结合；,DNA,聚合酶在,72,将单核苷酸从引物的,3,端开始掺入，沿模板,53,端方向延伸，合成,DNA,的新互补链。反复进行这种变性、退火和延伸反应循环，可使两引物限定范围内的,DNA,序列以指数形式扩增。循环的次数主要取决于模板的浓度，从理论上讲一个模板,DNA,分子经,20,次循环扩增后可达,10,6,。,PCR,的基本原理,变性、复性、半保留复制,一生二，二生四，四生万物,PCR,三步曲,变性,90,97,退火,45,65,延伸,72,左右,PCR,过程,(,二,)PCR,的反应过程,变性,-,复性,-,延伸,多重循环,(n),模板以,2En,扩增,短片段以指数式扩增,长片段以线性式扩增,最终主产物片段长度在,P1-P2,之间,PCR,技术广泛应用于分子生物学等各个领域。它既可用于基因的分离、克隆和核苷酸序列分析，又可用于突变体和重组体的构建、基因表达调控和研究、基因多态性的分析、遗传病和传染病的诊断、肿瘤机制的探索及医学鉴定等多方面，也被广泛运用于刑侦物证鉴定、亲子鉴定及古分子系统学研究等其他领域。,三、实验材料、器材及试剂,待扩增的模板,DNA,；,DNA,热循环仪，电泳仪，电泳槽，台式离心机，紫外检测仪，,1.5ml,离心管架，移液器，,1.5ml,离心管，,0.2ml,离心管，枪头等。,dNTPs,，,Taq,酶，引物一对，,10PCR Reaction Buffer,，,TdH,2,O,PCR,反应体系的五要素,：,引物、酶、,dNTP,、模板和,Mg,2+,Taq,DNA,聚合酶,来自水生栖热菌,Thermus,aquaticus,良好的耐热性,Mg,2+,依赖性,无校读功能,1.PCR,反应,PCR,反应混合液的配制（,n,为反应数）：,n2.0l,反应缓冲液（即,10PCR,反应缓冲液,其中含,15mM MgCl,2,）,n2.0l,dNTP(2mM,each),n1.5l,引物,F(2M),n1.5l,引物,R(2M),n0.1l,Taq,酶,(5U/l),混匀,取,19l,分别加入,n,个,0.2ml PCR,管中,各管加入模板,DNA 1l,轻轻用手摔一下,.,无菌薄壁管中,顺序加入,反应体系各成分,:,双,/,三蒸水,l,10,缓冲液,2.5,l,25mmol/L Mg2+2.5,l,4,dNTP,2.0,l,50umol/L,引物,1,2.0,l,50umol/L,引物,2,2.0,l,模板,DNA,1-2,l,Taq,DNA,多聚酶,1.0,l,25.0,l,轻弹管壁，使各成分充分混匀！,实验操作（,1,）,PCR,反应体系：,四、实验步骤,实验操作（,2,）,设定循环程序,:,阶一,:,94,3m,阶二,:(,94,30s-,55,1m,-,72,1m,),25,35,循环,阶三,:,72,5,10m,PCR,反应在带热盖的,PCR,仪上进行,大约需要两个半小时,.,操作提示,1,、一切器具均经高压灭菌,-,烘干,-,冷却后使用；,2,、各试剂小份分装，,-20,保存，现用现取；,3,、酶的取用不离开冰浴；,取液吸头、离心管均,一次性,使用，及时更换；,2.PCR,产物的检测,制备,1.0%,的琼脂糖凝胶,取,5l,PCR,产物进行琼脂糖凝胶电泳,紫外检测仪下观察,记录结果,.,电泳结果,有无目标条带出现,，可判别,+/-,结果；,根据条带,宽度和亮度,，可直观判断扩增产量；,关于,PCR,假阴性、假阳性,及非特异扩增问题。,电泳检验,PCR,结果、分析与评价,PCR,扩增,NGF,基因（大鼠）,rat beta-nerve growth factor sequence,5,-,301,gttctacact,ctgatcacag,cgttttt,gat,cggcgtacag,gcagaac,cgt,acacagagat,361,caatgtccca,gagggagact,ctgtccctga,agaccactgg,actaaacttc,agcattccct,421,ctgacacagcc,ctacgcagag,cccgcagtgc,ccctgctgaa,ccaatagctg,cccgtgtgac,481,agggacgacc,cgcaacatca,ctgtggaccc,caaactgttt,aagaaacg,ga,gactccgttc,541,accccgcg,tg,ctgtttagca,cccagcctcc,caaactgttt,aagaaacgga,gactccgttc,-,3,Perim,1:(5,)gat,cgg,cgt,aca,ggc,aga,ac(3,)328-347,Perim,2:(3,),cgc,ggg,gtg,aac,gga,gtc,tc,(5,)529-548,预期扩增长度：,220bp,DNA Marker,NGF,2000bp,1000bp,750bp,500bp,250bp,100bp,220bp,PCR,引物设计,一对引物，分别与靶,DNA5,和,3,端互补,长度：,15,30,个核苷酸,引物内、引物间不应有互补序列,引物与非特异扩增区无同源性,引物的设计可以参照：,两分钟,StepByStep,学会引物设计软件,Primer premier5.0/oligo,软件,核酸基因技术讨论版,/,生物信息学讨论版,/PCR,技术讨论版,引物设计：,1.,长度在,15-30bp,，,GC,含量在45-55%之间。,Tm=4(G+C)+2(A+T),。,2.,碱基分布表现出随,机,性，避免相同碱基连续,排列。,3,.3,不能与引物内部互补，以免形成二级结构。,4.,两个引物各自的,3,不能互补，以免形成自身,扩增。,5.,引物必须经,GenBank,查询后，证实没有与其他,非目的,DNA,高度互补，才能使用。,PCR,的反应特点,特异性强,灵敏度高,：,PCR,产物的生成量是以指数方式增加的，能将,pg=10,-12,级的起始待测模板扩增到微克,(,g=10,-6,),水平,简便、快速,：,PCR,反应一般在,2,4,小时完成扩增反应,对标本的纯度要求低,：,DNA,粗制品可作为扩增模板。可直接用临床标本如血液、体液、毛发、细胞、活组织等扩增检测,五、注意事项,使用的全部溶液都应该没有核酸和核酸酶的污染,.,所有,PCR,试剂中使用的水都应该是最高质量的三蒸水,.,所有试剂都应该以大体积配制,试验一下是否满意,然后再分装成仅够一次使用的量储存,从而确保每次扩增实验之间的一致性,.,普通高中课程 标准实验教科书,生物,选修,1,生物技术实践,专题,4 DNA,与蛋白质技术,课题,2,多聚酶链式反应扩增,DNA,片段,课程标准,具体内容标准,尝试,PCR,（,DNA,多聚酶链式反应）技术的,基本操作,和,应用,。,活动建议,用某一,DNA,片段进行,PCR,扩增,。,
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