PCR技术在植物生物学研究中的应用

李冬洁

摘 要：随着PCR技术的研究进展，其在许多领域都有了广泛的应用。介绍了PCR技术的基本原理和分类，并分别从植物病原物检测、内参基因筛选、转基因植物检测和抗病基因检测等方面，综述了PCR技术在植物生物学研究中的应用概况和发展前景。

关键词：PCR技术；植物生物学；应用

1 PCR技术的原理和分类

1.1 PCR技术的原理

PCR是聚合酶链反应的缩写，是一种在生物体细胞外将待检DNA序列在酶促作用下进行扩增的方法。PCR的技术过程主要由高温变性、低温退火和适温延伸3个反复循环的步骤构成，并在特异耐热酶——Taq DNA聚合酶的催化下完成。其基本原理是用寡聚核苷酸引物结合在模板DNA分子上进行特异核苷酸序列扩增[1]。

1.2 PCR技术的分类

1.2.1 实时荧光定量PCR技术

1995年，美国PE 公司研制成功了实时荧光定量PCR （RT-PCR）技术，应用到分子生物学、植物生物学及其他研究领域。该技术是在传统PCR技术的基础上，将核酸扩增、杂交、光谱分析和实时检测等技术融合在一起的，具有实时性和准确性等特点，是PCR技术研究史上从定性到定量的飞跃[2，3]。

1.2.2 多重PCR技术

多重PCR技术是指在同一个PCR反应体系中加入多对特异性引物，与PCR体系内的多个模板反应，能同时检测多个目标DNA分子的技术。因具有高效快捷、试验成本低、进程快等优点而得到广泛应用，但在植物生物学研究方面的应用还相对较少[4]。

1.2.3 单分子PCR技术

单分子PCR技术是以少量或单个DNA分子为模板进行的PCR反应。该技术与传统PCR技术相比，其基本循环过程相同，但在反应条件、模板数量、DNA聚合酶选择、引物设计方面具有不同点。

2 PCR技术在植物生物学中的应用

2.1 PCR技术在植物病原物检测中的应用

病原物在分离鉴定上是非常困难的，特别是专性寄生菌难以人工离体培养，而且病原物毒性类型鉴定费时且毒性表达受环境条件的影响很大。与传统方法相比，PCR快速检测病原微生物的优点在于PCR技术检测、鉴定病原的机理是选择某一特定的引物扩增到相应DNA片段上。大多数病毒的基因组是单链环状DNA，需先将RNA 反转录成cDNA，再以此为模板进行扩增。该技术是目前检测植物RNA 病毒的重要手段之一。

2.2 PCR技术在植物内参基因筛选中的应用

内参基因指在各组织和细胞中表达相对恒定、在检测基因的表达水平变化时常用作参照物的已知基因。其作用是校正试验过程中存在的试验误差，保证试验结果的准确性。内参基因通常是各种看家基因，在细胞内组成稳定性表达，有助于保持细胞的功能。然而近年来研究发现：常用的内参基因在不同类型的细胞和组织、不同试验条件情况下，它们的表达量通常变异较大。所以，利用RT-PCR技术可以根据不同试验需要，寻找适合各自试验体系的特异性稳定表达的内参基因，以尽量去除试验中的不稳定因素。

2.3 PCR技术在转基因植物检测中的应用

随着转基因作物面积的持续增加，在解决人类温饱问题的同时也带来了新的问题，如转基因食品对人类的健康问题。当前人们对转基因食品越来越重视，这就需要加强定量以及定性进行转基因植物的检测技术。根据PCR 技术的定量原理，可以实现不需要进行电泳就能快速、高效地得到样品中转基因成分的准确含量。目前，RT-PCR技术不仅在致病菌中得以使用，在转基因农作物如转基因水稻、转基因烟草、转基因大豆的定量研究中也正发挥着越来越重要的作用。

2.4 PCR技术在植物抗病基因检测中的应用

近年来，人们对植物抗性基因的检测已经成为热点问题，传统的Northern blot（诺瑟杂交）和常规PCR方法很难准确和快速分析出该基因的表达量差异，而RT-PCR技术能简便、快速、准确地分析出植物在不同处理条件下该基因的表达量差异。此外，利用多重PCR技术能够同时检测2种以上抗病基因。2008年，研究者通过利用多重PCR技术在同一PCR反应体系中同时选择Pi9（t）基因和Xa21基因的方法，得到了与分别的单一PCR检测完全一致的结果，提高了PCR的选择效率。

3 PCR技术在植物生物学研究中的应用前景

利用新的PCR技术研究植物，是植物生物学研究的重要发展阶段。这些新技术的独特特点，为深入研究提

供了方便。目前，RT-PCR技术和多重PCR技术已广泛应用于植物育种、植物病理检疫、环境对植物基因表达的影响等方面。随着分子生物技术的发展，结合其他技术，PCR技术将会在许多领域有所发展，这将有力地推动植物抗病性的利用以及新型化学农药开发等研究工作的进一步发展，为提高农作物的经济效益打下良好基础。

参考文献：

[ 1 ] 金宇良.PCR技术的研究进展[J].现代农业科技，2012（10）：47-48.

[ 2 ] 崔颖，王秀娟，高山，等.实时荧光定量PCR技术在植物中的

应用[J].湖北农业科学，2015，54（13）：3 073-3 077.

[ 3 ] 马颖颖.实时荧光定量PCR技術在粮油转基因成分检测中的应

用[J].信息记录材料，2018，19（03）：62-63.

[ 4 ] 任素贤，艾鹏飞，宋层孝，等.多重PCR技

术在植物生物学研究中的应用进展[J].

安徽农业科学，2015，43（06）：93-95，106.

（收稿日期：2018-07-17）