PCR技術在高中生物中的重要作用

張忠燕

PCR，即聚合酶鏈式反應的縮寫，是由美國“西特斯”（Cetus）生物技術公司的穆里斯（K.Mullis）等人于1988年發明的一種DNA（包括RNA）體外擴增技術，能在短時間內將極微量的特定核酸片段精確復制出成百萬份的拷貝。在PCR技術問世前，要獲得一個靶基因，必須依賴克隆技術，以活的生物體作為復制遺傳物質的載體，先建立基因組文庫，再從成千上萬的菌落中通過Southernblot雜交篩選出含有靶基因的克隆，既費時又費錢，特別是真核基因的克隆難度更大。而PCR技術在擺脫活體依賴性方面前進了一大步，基因操作效率及靈活性等方面也明顯提高，使微量的核酸操作變得簡單易行。

在誕生后二十幾年的時間里，PCR技術因其實用性和極強的生命力，從無到有，從只能單純擴增已知兩端序列之間的DNA片段，發展到應用于各個領域的幾十種PCR方法，在生物學、基礎醫學、法醫學、考古學等領域作出突出貢獻。這一推動生命科學和社會迅猛發展的新技術必然影響到學校教育。高中生物教材與時俱進，選用“利用PCR技術擴增目的基因”一節，介紹PCR的反應原理及操作，力圖表達生命科學前沿知識，引導學生關注現代生物技術新進展和學科發展方向，增強科技創新意識，發展學生的思維能力。現筆者談談PCR技術在高中生物中的重要作用。

一、PCR技術的發明是培養學生科學態度和樹立學生正確價值觀的良好素材

PCR的產生傾注了發明者穆里斯的全部心力。1983年春天，穆里斯前往鄉間度周末，他驅車行駛在蜿蜒的州際高速公路上，靈感閃現，孕育出PCR技術的原型，即DNA分子能在適當條件下擺脫染色體結構的束縛并獲得指數擴增。穆里斯對這一新奇念頭充滿熱切希望，回到西特斯，穆里斯做了關于先有技術的文獻檢索，沒找到任何有價值的、有助于確定他所需要的實驗參數的技術文獻，但他堅信自己所走的是一條創新的道路，于是堅持不懈地對此設想進行了大量實驗。開始時，他使用大腸桿菌DNA聚合酶Ⅰ的Klenow片段擴增目的基因，因該酶不耐熱，每次加熱變性DNA后需重新補加，而多份標本的操作更是耗時、費力且易出錯，所以使得PCR技術在當時成了一種笨拙且中看不中用的實驗室方法。

穆里斯苦苦思索，他曾寫道：“我當然不知道什么是‘適當條件，也不知道自己所選擇的條件是不是發生PCR所必需的。我能做的只是不斷改進實驗方法和程序，直到擴增反應能夠順利進行。在沒有獲得確切的DNA擴增結果前，我完全是在黑暗中摸索。只要有哪怕一丁點兒的擴增，我就能夠通過改變部分實驗參數的方法迅速優化反應體系。”正是穆里斯的執著和敏銳，努力不懈探索未知，使得耐熱的TaqDNA聚合酶應用于PCR反應，實驗條件逐步成熟完善，繼而第一臺PCR熱循環儀實現了該技術的自動化，促成PCR技術迅速發展和廣泛應用。

杰出生物學家穆里斯的卓越事跡對培養學生的科學態度和樹立學生正確的價值觀具有重要意義。在學習PCR技術發明的過程中，學生必然為科學家堅忍不拔的毅力、精益求精的勞作、勇敢超越的精神、舉世矚目的成就所震撼，由此轉化為科學的態度和正確的價值觀。同時，PCR技術發明的過程富含科學家的心路歷程、科學發現的奇聞軼事，因而在培養學生的興趣、好奇心、求知欲等方面具有極其重要的價值。并且，科學探索的艱難和曲折及科學發展承受的誤區和歧義，會引發學生理性反思和審慎思考，進而培養學生不屈的進取精神、樂觀的生活態度及對真理的追求與熱愛。endprint

PCR，即聚合酶鏈式反應的縮寫，是由美國“西特斯”（Cetus）生物技術公司的穆里斯（K.Mullis）等人于1988年發明的一種DNA（包括RNA）體外擴增技術，能在短時間內將極微量的特定核酸片段精確復制出成百萬份的拷貝。在PCR技術問世前，要獲得一個靶基因，必須依賴克隆技術，以活的生物體作為復制遺傳物質的載體，先建立基因組文庫，再從成千上萬的菌落中通過Southernblot雜交篩選出含有靶基因的克隆，既費時又費錢，特別是真核基因的克隆難度更大。而PCR技術在擺脫活體依賴性方面前進了一大步，基因操作效率及靈活性等方面也明顯提高，使微量的核酸操作變得簡單易行。

在誕生后二十幾年的時間里，PCR技術因其實用性和極強的生命力，從無到有，從只能單純擴增已知兩端序列之間的DNA片段，發展到應用于各個領域的幾十種PCR方法，在生物學、基礎醫學、法醫學、考古學等領域作出突出貢獻。這一推動生命科學和社會迅猛發展的新技術必然影響到學校教育。高中生物教材與時俱進，選用“利用PCR技術擴增目的基因”一節，介紹PCR的反應原理及操作，力圖表達生命科學前沿知識，引導學生關注現代生物技術新進展和學科發展方向，增強科技創新意識，發展學生的思維能力。現筆者談談PCR技術在高中生物中的重要作用。

一、PCR技術的發明是培養學生科學態度和樹立學生正確價值觀的良好素材

PCR的產生傾注了發明者穆里斯的全部心力。1983年春天，穆里斯前往鄉間度周末，他驅車行駛在蜿蜒的州際高速公路上，靈感閃現，孕育出PCR技術的原型，即DNA分子能在適當條件下擺脫染色體結構的束縛并獲得指數擴增。穆里斯對這一新奇念頭充滿熱切希望，回到西特斯，穆里斯做了關于先有技術的文獻檢索，沒找到任何有價值的、有助于確定他所需要的實驗參數的技術文獻，但他堅信自己所走的是一條創新的道路，于是堅持不懈地對此設想進行了大量實驗。開始時，他使用大腸桿菌DNA聚合酶Ⅰ的Klenow片段擴增目的基因，因該酶不耐熱，每次加熱變性DNA后需重新補加，而多份標本的操作更是耗時、費力且易出錯，所以使得PCR技術在當時成了一種笨拙且中看不中用的實驗室方法。

穆里斯苦苦思索，他曾寫道：“我當然不知道什么是‘適當條件，也不知道自己所選擇的條件是不是發生PCR所必需的。我能做的只是不斷改進實驗方法和程序，直到擴增反應能夠順利進行。在沒有獲得確切的DNA擴增結果前，我完全是在黑暗中摸索。只要有哪怕一丁點兒的擴增，我就能夠通過改變部分實驗參數的方法迅速優化反應體系。”正是穆里斯的執著和敏銳，努力不懈探索未知，使得耐熱的TaqDNA聚合酶應用于PCR反應，實驗條件逐步成熟完善，繼而第一臺PCR熱循環儀實現了該技術的自動化，促成PCR技術迅速發展和廣泛應用。

杰出生物學家穆里斯的卓越事跡對培養學生的科學態度和樹立學生正確的價值觀具有重要意義。在學習PCR技術發明的過程中，學生必然為科學家堅忍不拔的毅力、精益求精的勞作、勇敢超越的精神、舉世矚目的成就所震撼，由此轉化為科學的態度和正確的價值觀。同時，PCR技術發明的過程富含科學家的心路歷程、科學發現的奇聞軼事，因而在培養學生的興趣、好奇心、求知欲等方面具有極其重要的價值。并且，科學探索的艱難和曲折及科學發展承受的誤區和歧義，會引發學生理性反思和審慎思考，進而培養學生不屈的進取精神、樂觀的生活態度及對真理的追求與熱愛。endprint

PCR，即聚合酶鏈式反應的縮寫，是由美國“西特斯”（Cetus）生物技術公司的穆里斯（K.Mullis）等人于1988年發明的一種DNA（包括RNA）體外擴增技術，能在短時間內將極微量的特定核酸片段精確復制出成百萬份的拷貝。在PCR技術問世前，要獲得一個靶基因，必須依賴克隆技術，以活的生物體作為復制遺傳物質的載體，先建立基因組文庫，再從成千上萬的菌落中通過Southernblot雜交篩選出含有靶基因的克隆，既費時又費錢，特別是真核基因的克隆難度更大。而PCR技術在擺脫活體依賴性方面前進了一大步，基因操作效率及靈活性等方面也明顯提高，使微量的核酸操作變得簡單易行。

在誕生后二十幾年的時間里，PCR技術因其實用性和極強的生命力，從無到有，從只能單純擴增已知兩端序列之間的DNA片段，發展到應用于各個領域的幾十種PCR方法，在生物學、基礎醫學、法醫學、考古學等領域作出突出貢獻。這一推動生命科學和社會迅猛發展的新技術必然影響到學校教育。高中生物教材與時俱進，選用“利用PCR技術擴增目的基因”一節，介紹PCR的反應原理及操作，力圖表達生命科學前沿知識，引導學生關注現代生物技術新進展和學科發展方向，增強科技創新意識，發展學生的思維能力。現筆者談談PCR技術在高中生物中的重要作用。

一、PCR技術的發明是培養學生科學態度和樹立學生正確價值觀的良好素材

PCR的產生傾注了發明者穆里斯的全部心力。1983年春天，穆里斯前往鄉間度周末，他驅車行駛在蜿蜒的州際高速公路上，靈感閃現，孕育出PCR技術的原型，即DNA分子能在適當條件下擺脫染色體結構的束縛并獲得指數擴增。穆里斯對這一新奇念頭充滿熱切希望，回到西特斯，穆里斯做了關于先有技術的文獻檢索，沒找到任何有價值的、有助于確定他所需要的實驗參數的技術文獻，但他堅信自己所走的是一條創新的道路，于是堅持不懈地對此設想進行了大量實驗。開始時，他使用大腸桿菌DNA聚合酶Ⅰ的Klenow片段擴增目的基因，因該酶不耐熱，每次加熱變性DNA后需重新補加，而多份標本的操作更是耗時、費力且易出錯，所以使得PCR技術在當時成了一種笨拙且中看不中用的實驗室方法。

穆里斯苦苦思索，他曾寫道：“我當然不知道什么是‘適當條件，也不知道自己所選擇的條件是不是發生PCR所必需的。我能做的只是不斷改進實驗方法和程序，直到擴增反應能夠順利進行。在沒有獲得確切的DNA擴增結果前，我完全是在黑暗中摸索。只要有哪怕一丁點兒的擴增，我就能夠通過改變部分實驗參數的方法迅速優化反應體系。”正是穆里斯的執著和敏銳，努力不懈探索未知，使得耐熱的TaqDNA聚合酶應用于PCR反應，實驗條件逐步成熟完善，繼而第一臺PCR熱循環儀實現了該技術的自動化，促成PCR技術迅速發展和廣泛應用。

杰出生物學家穆里斯的卓越事跡對培養學生的科學態度和樹立學生正確的價值觀具有重要意義。在學習PCR技術發明的過程中，學生必然為科學家堅忍不拔的毅力、精益求精的勞作、勇敢超越的精神、舉世矚目的成就所震撼，由此轉化為科學的態度和正確的價值觀。同時，PCR技術發明的過程富含科學家的心路歷程、科學發現的奇聞軼事，因而在培養學生的興趣、好奇心、求知欲等方面具有極其重要的價值。并且，科學探索的艱難和曲折及科學發展承受的誤區和歧義，會引發學生理性反思和審慎思考，進而培養學生不屈的進取精神、樂觀的生活態度及對真理的追求與熱愛。endprint