关于PCR的全方位解析，咱今天就从引物的数量以及等长片段的形成机制来看看这门技术。人教版高中生物教材在2017年对基因工程这一块进行了升级，把行为动词从了解改成了理解。到了2019版，书里干脆把分子杂交和文库构建这些复杂的细节都给去掉了，只给咱们留下了PCR这一个焦点，结果就是计算题和推理题成了对付学生的主力军。 随便找一张图来看看，它给出了X基因在DNA分子里的位置。题目要咱们在图上标出引物的位置和扩增方向，然后回答三个问题：三轮循环后有多少个引物参与进来了？只含引物A的DNA分子有多少个？同时含有A和B两种引物的又有多少个？最后还有一个等长X基因片段到底有几个。咱们把它拆分成三个步骤来分析。 先看看引物的数量。DNA聚合酶有个毛病，它自己没办法从头开始造DNA链，必须得有个引物在3’端给它搭个台阶才行。每合成一条新链就需要配一个引物。到了第n次循环的时候，总共会产生2^{n+1}条新链；不过咱们得把最开始的两条模板链给扣除掉，最后实际参与进来的引物总数就是(2^{n+1}-2)个。 接下来算含引物A的DNA分子数量。这里面分为单引物和双引物两种情况。类型1和类型2只含有A或者B一种引物，每种各有2^{n}-1个；类型3、4、5是同时含有A和B两种引物的情况，这一共是2^{n}-2个。所以含引物A的DNA总数就是2^{n}-1个。 最后是等长X基因片段的数量。这里面用到了半保留复制的“时间坐标”。每进行一轮PCR，模板链就会被“减半”一次。只有当模板链变得足够短的时候才能得到等长的目标片段。第1轮和第2轮都还没有出现等长片段；到了第3轮的时候才会第一次出现等长片段。这个时候如果再增加一轮循环，中等长度的模板链会翻倍增加，不等长的片段也会跟着变多，而等长片段的数量保持不变。 咱们把这些信息都理顺了之后就可以开始做题了。图3里一共画出了5种不同类型的DNA分子。类型1和类型2是只含有A或者B一种引物的情况；类型3、4、5则是同时含有A和B两种引物的情况。咱们把它们加起来就可以算出总的DNA分子数了。然后用总的分子数减去那些不等长的片段数，就能得到等长片段的数量。 这种拆解题目的方式其实是在帮学生搭建模型并进行推理分析。只要吃透了DNA聚合酶的依赖性和半保留复制中模板减半的规律这两条主线，学生们就能在考场上快速算出结果了。