聚合酶链反应技术原理及应用

冯帅博

摘  要：该文主要围绕聚合酶链式反应技术的原理和应用进行叙述，其中对聚合酶链式反应的内涵、原理、特点等进行了详细分析，然后对该技术的主要应用内容展开了详细剖析。该文旨在提升聚合酶链式反应技术的应用水平，不断加深相关人员对其的理解和认知，在这个过程中不断激励相关人员展开研究，推动其被广泛应用于人们生产和生活的各个方面。

关键词：聚合酶链式反应;技术原理;DNA

中图分类号：Q555        文献标志码：A

0 前言

聚合酶链式反应是近几年被研究员发现的一种新型的实验室技术，它主要属于分子生物学领域，但是随着相关技术和经济的不断发展，人们对生产和生活有了更高的要求，不断推动新技术的发展和应用，目前，聚合酶链式反应技术已经逐渐被应用在医学、生物学等众多领域的研究工作中，对于其进步和发展有重要意义。

1 关于聚合酶链式反应

1.1 聚合酶链式反应的内涵

聚合酶链式反应作为一种分子生物学技术，可以完成DNA片段的扩增工作，它最突出优势就是可以脱离生物，在生物体外开展DNA的复制工作，并且可以将少数、微量的DNA进行很大程度地扩增，对于很多鉴定和研究工作都有着重要意义，只要相关人员从古生物体中提取出一点DNA，应用聚合酶链式反应技术就可以实现鉴定工作。

1.2 聚合酶链式反应的技术原理

DNA的半保留复制工作有利于传代和生物进化，而在反应过程中双链性质的DNA可以在一定条件下完成向单链的转变，通常情况下，其在高温的情况下也可以发生变化，但是高温同样会使DNA聚合酶丧失活性，而为了避免成本不断上升，相关人员在之后的反应中一直采用的是耐高温性质的DNA聚合酶。

1.3 聚合酶链式反应的循环参数

聚合酶链式反应过程中的循环参数有很多，其中为了控制预变性，相关人员需要对加热的时间进行严格控制，保证DNA模板完全发生变形和DNA聚合酶完全被激活;变性步骤以及引物退火等工作都是需要相关人员不断提高注意力，并且相关人员还应当注意引物延伸、循环数和最后延伸方面的反应。

1.4 聚合酶链式反应的主要步骤

一个标准的聚合酶链式反应过程主要包括3个步骤，其中DNA变性是整个反应的内容，主要实现双链DNA向单链的转变，第一个步骤就是退火，在系统温度逐渐降低的时候会形成一个局部的双链，延伸是第二个步骤，在DNA聚合酶的活性达到最佳的时候和模板形成互补，最后一个步骤就是检测工作。

1.5 聚合酶链式反应的常见问题

假阴性、阴性和假阳性是聚合酶链式反应技术的常见问题，假阴性问题出现的主要表现就是没有扩增条带出现，相关人员需要从反应过程的一些关键环节入手，开展合理分析，而阴性问题出现的主要原因可能是Taq酶的缺失，出现的聚合酶链式反应内部的扩增条带与目的靶序列条带一致就是假阳性的问题。

1.6 聚合酶链式反应的实验污染问题

虽然聚合酶链式反应具有灵敏度高以及特异反应强的优势，但是十分容易污染，通常情况下，在使用该技术的过程中会由于各种原因产生污染，相关人员需要对污染进行检测，然后不断避免和减轻污染状况。

2 聚合酶链式反应的主要特点

2.1 较强的特异性

聚合酶链式反应具有较强的特异性，同时这种特异性是受到4种因素的影响，如果模板DNA和引物正确结合，同时遵循了碱基配對原则，并且保证了聚合酶反应的忠实性，就可以完全发挥其自身的特异性和保守性。另外，相关人员选择了特异性和保守性较高的靶基因区，那么就可以不断提升其特异能力。

2.2 较高的灵敏性

聚合酶链式反应在实际产生增量的过程中，其主要的扩大方式是指数的形式，如果起始待测模板在一开始处于皮克量级，那么在聚合酶链式反应技术应用之后就可以达到微克量级，在产生增量的工作中具有较强的灵敏度。除此之外，在鉴定工作中也具有十分强大的灵敏性。

2.3 简便与快速

在聚合酶链式反应的工作中，聚合酶主要是采用具有耐高温性质的Taq DNA聚合酶，它要求工作人员一次性可以完成反应液的添加工作，随即就可以在DNA扩增仪上开展一系列的反应，象变性、退火以及延伸等。其扩增反应完成时间在正常情况下是2 h～4 h，对扩增产物进行分析时，相关人员通常会采用电泳，具有无放射性污染以及便于推广的优势，不一定要使用同位素。

2.4 较低的纯度要求

传统的反应工作一般需要相关人员对细胞等进行严格地筛选工作，然后再开展一系列复杂的步骤，使用聚合酶链式反应技术就不需要对细菌、病毒、微生物等进行分离或者培养。在扩增模板的选择上要求并不严格，一些粗制的DNA模板也可以实现反应工作，或者在实际应用过程中由于效率等多种因素，也可以直接使用体腔液、血液等，纯度要求较低。

3 聚合酶链式反应技术原理的主要应用

3.1 聚合酶链式反应技术在临床医学中的应用

在临床医学的研究和应用进程中，聚合酶链式反应主要可以被应用在2个方面，一方面，该技术可以对基因进行分析，对于遗传病的发现、确诊以及诊治等都有重要作用，它主要是推动了遗传病的诊断工作从表面转化为基因方面，提升了准确性和效率。另一方面，肿瘤作为一种疾病严重威胁人们的身体健康，而在医学上对其的诊断和转移的确定都可以应用聚合酶链式反应技术，该技术可以对细胞的基因进行扩增，然后展开详细地分析和检查，就可以确定肿瘤细胞是否发生转移。

3.2 聚合酶链式反应在目的基因制备中的应用

聚合酶链式反应技术主要能够让DNA不再依附于染色体结构，就是指即便没有活的生物作为载体，该技术也可以通过恰当的引物在生物体之外的环境下进行基因扩增，不需要建立噬菌体等事物，对于整个基因制备工作起了很大的简化作用，象筛选、克隆等步骤都可以被省略。在该工程中应用聚合酶链式反应技术能够直接通过逆转录步骤，然后就可以实现cDNA文库的构建。

3.3 聚合酶链式反应在生态学研究中的应用

在生态学的研究过程中，相关研究人员需要对一些细菌、微生物等进行鉴别和鉴定，而一些传统的鉴定方法由于需要经历一个长期的病菌培养过程，难以满足生态学研究对于效率的需要，为此，相关人员可以将聚合酶链式反应应用在生态学研究内的病菌鉴定工作中。聚合酶链式反应技术主要将微生物作为材料，直接对其类型进行鉴定，另外，在一些被保护动物的身体部位确定工作中，也可以使用聚合酶链式反应技术。

3.4 聚合酶链式反应在扩增DNA方面的应用

聚合酶链式反应，是一种体外迅速扩增DNA片段的分子生物学技术。热循环是PCR过程重要组成部分，每个循环包括变性（90 ℃～93 ℃、退火（50 ℃～55 ℃）和延伸（71 ℃～73 ℃）3个恒温过程，能够将目标DNA的数目在一个循环内扩增近一倍，经过30个循环可使目标DNA扩增到数亿倍，从而实现核酸分子的富集，便于进一步分析和实验。为此，该技术目前已广泛应用于微生物学、医学等领域。目前，PCR仪多采用传统的热循环方式，这种方式升降温变化速率较慢，导致反应时间长，30个循环通常约50 min以上;反应体系试剂耗量大，试剂成本较高。为此，基于微加工技术的PCR微流控芯片因其体积小，反应快而成为研究的热点。

4 结语

综上所述，该文对聚合酶链式反应技术原理和应用情况进行论述，通过分析和研究发现，聚合酶链式反应在临床医学、基因制备、生态学研究、扩增DNA等方面都发挥了重要作用，相关研究人员应该加强对聚合酶链式反应技术的重视程度，希望可以不断推动技术的发展使其应用范围不断扩大。

参考文献

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