备课素材（知识点）：PCR 的扩增是指数增长吗 高中生物学选择性必修三

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先看一道试题：
如图为形成cDNA过程和PCR扩增过程示意图．据图分析，下列说法正确的是
A. 催化①过程的酶是RNA聚合酶
B. ④过程发生的变化是引物与单链DNA结合
C. 催化②⑤过程的酶相同，且都能耐高温
D.通过该过程可以使目的基因的量以指数的形式增长
答案：BD
解析：结合图示过程分析，①过程为逆转录过程，②过程为单链DNA合成双链DNA的过程；③④⑤过程为PCR反应过程。
①过程为逆转录过程，需要逆转录酶催化，A错误；④过程发生的变化是引物与单链DNA结合，B正确；催化②⑤过程的酶都是DNA聚合酶，但只有催化⑤过程的酶能耐高温，C错误；通过PCR技术可以使DNA 扩增量呈指数上升，反应最终的 DNA 扩增量可用 Y =(1+X )n 计算，D正确。
这道试题D选项：通过该过程可以使目的基因的量以指数的形式增长。解析中认为如此。
PCR扩增中是指数增长吗？
在 PCR 中，随着扩增周期的增加，理论上模板以指数方式进行扩增。每一扩增周期后产物的量可以下式表达
Yn=Yn-1*(1+ E ) 0≤ E ≤1 -------1
其中 E 表示扩增效率，Yn表示在 n 个周期后 PCR 产物的数量， Yn-1为 n -1个周期后 PCR 产物的数量。而扩增一定的周期后，扩增产物的总数量可以下式表示Yn= X ·(1+ E )n -------2
其中 Y 为 PCR 产物的分子数量， X 为原始模板的数量， n 为周期数， E 为扩增效率，位于0至1之间。公式（2）仅在限定的扩增周期数即指数扩增期（通常为20~30个循环）内成立，超过此周期数，扩增过程即由指数扩增降低至稳定的扩增速率，最终达到平台，不再扩增。此时，公式（1）中的 E 逐步降低，直至0。
影响扩增效率的因素较多，如：
引物／靶核酸的退火情况；
参与扩增反应试剂的相对量尤其是 TaqDNA 聚合酶／靶核酸；
扩增仪孔中温度的不均一性；
临床标本中 TaqDNA 聚合酶抑制物的去除不完全；
扩增试剂的有限和扩增中焦亚磷酸盐累积等。
因此， PCR 扩增最后不再以指数方式进行。要定量 PCR 扩增产物很容易，但从上述扩增产物与模板之间的关系来看，由于 E 和扩增周期数（ n ）的变化，扩增产物的量与最初 PCR 模板的量之间没有一个确定的比例关系。只有在 PCR 的指数扩增期的扩增产物量才与起始模板的量有正比例相关。
因此，定量 PCR 必须在 PCR 扩增的指数期进行测定，而以前的非实时 PCR 方法很难确定特定的 PCR 的扩增指数期，通常需要大量的实验论证实时 PCR 的出现，则使得整个 PCR 的扩增过程测定信号的变化处于动态监测之中，很容易判断指数扩增期的出现，从而避免了传统 PCR 反应中产物量的可变性。
实时 PCR ，就是检测 PCR 扩增周期每个时间点上扩增产物的量，通常是检测每个循环结束后的产物量，从而实现 PCR 扩增的动力学监测。要达到这一点，就需要有实时检测产物量的方法和仪器，也就是如何实时检测到 PCR 产物的量或信号，这也是实时定量 PCR 区别于传统 PCR 的主要之处。