高考生物试题技能分析（2021全国甲卷非选择题选考题选修3部分）

冷知识：人教版高中生物是有选修2的，叫生物科学与社会，个人觉得是以生物技术的应用为线索，谈了很多生物学在医学、农业、工业、环境保护方面发挥作用的实例，中间会粗浅地讲解生物工程相关的知识。课本还是不错的，对高中生物学体系是一个很好的补充，不过因为高考不考，相信很多人是从来没见过这本书的。

这道题以PCR作为主题展开，关于PCR，我认为其实是一个非常伟大的技术，尽管可能觉得PCR很简单，不管是从原理还是操作来讲。但我认为，PCR正因为其简单才伟大，它用如此简单的原理与操作就能够不借助细胞完成大量复制DNA的过程。

对于高中生来说，PCR是一个在比较微观的角度下发生的过程，不很直观，学习起来还是有一定难度的，因此学习PCR的原理，需要先抓住PCR的目的或者说核心——体外复制DNA。

既然是要复制DNA，那么首先要做的就是采集样本；再从样本中提取DNA；PCR扩增；分析结果，答案也就是④②③①。

PCR的目的是复制DNA，要复制就要先解旋，但是这里解旋不能用解旋酶，因为复制好的DNA也会被解旋酶解旋成单链，这不是我们想要的。

那就要用另一种方式，高温解旋，我们通过温度的控制就能让DNA解旋，特别是当温度下降，碱基互补配对的DNA还能恢复成双链，美滋滋。

但高温同时带来了另一个问题，酶有一个作用特性就是“作用条件温和”，在高温环境下就会变性失活，因此最原始的PCR每复制一轮就要人工重新添加用于DNA复制的DNA聚合酶。这就会使得体外复制DNA变得很麻烦，好在有科学家在火山口发现了Thermus Aquaticus这种细菌，又有科学家在这种细菌中分离出了能够在高温下仍能保持活性的（Taq酶）热稳定性DNA聚合酶。

这样就只用加一次热稳定性DNA聚合酶，当模板、原料都加好之后，执行高温变性，低温复性，72℃（Taq酶的最适温度）延伸的三步循环了，每执行一次循环，理论上DNA的数目就会变为原来的2倍了。

刚才提到的复性具体指什么呢？它指的是一段较短的DNA单链与已经高温解旋的模板DNA单链碱基互补配对。进行这个配对的原因是：PCR中用到的DNA聚合酶是没有办法直接把单链补成双链的，它只能将核苷酸一个一个添加到DNA已经配对好形成双链的部分，所以就需要引物在DNA聚合酶要开始工作的地方起个头。

复性就是起这个“头”的过程，也就是引物通过碱基互补配对与单链DNA结合。

再提一下PCR的目的——体外复制DNA，这道题要复制谁的DNA呢？啊，是复制病原菌的啊，所以引物就要和病原菌DNA特异性结合，才能给DNA聚合酶起好头啊。

然后这么写就可以了：在生物体外大量快速扩增特定DNA片段的技术。

不过最后还要提一点，PCR的目的尽管很简单，但是这项技术和其他技术结合的话，能创造出许许多多妙用，水善利万物而不争，这是PCR技术的伟大之处。

最最后感谢一下做那个图片的的软件：

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.