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《DNA的粗提取与鉴定的复习与检测》教学设计

一

课题目标

1.掌握DNA的粗提取和鉴定的原理及方法。 2.通过练习，巩固基础知识，提升学生分析解题能力。 二

课题的重点和难点

课题重点：DNA的粗提取和鉴定的方法。

课题难点：DNA的粗提取和鉴定的方法

三

学情分析

通过必修二《遗传与进化》的学习，学生已经了解到证明DNA是主要的遗传物质的实验证据，通过上一节的实验操作，学生对DNA有一定的感性认识。

四

课时安排 1课时

五

教学工具 多媒体

六

教学过程

导入：直接导入。

教学活动（一）：回忆梳理基础知识

提取DNA 1．提取生物大分子的基本思路

选用一定的物理或化学方法分离具有不同__________性质的__________。对于DNA的粗提取而言，就是要利用DNA与______、______和______等在__________性质方面的差异，提取DNA，去除其他成分。

2．DNA粗提取主要利用了DNA的溶解性和耐受性两个方面

（1）利用DNA的溶解性。DNA和蛋白质等其他成分在不同浓度的________中溶解度不同，利用这一特点，选择适当的盐浓度就能使______充分溶解，而使杂质沉淀，或者相反，以达到分离目的。

在________ NaCl溶液浓度下，DNA的溶解度最小。

此外，DNA不溶于______溶液，但是细胞中的某些蛋白质能溶于其中。利用这一原理，可以将DNA与蛋白质进一步分离。

（2）利用DNA对酶、高温和洗涤剂的耐受性。蛋白酶能水解________，但是对______没有影响。大多数蛋白质不能忍受________ ℃的高温，而DNA在____ ℃以上才会变性。洗涤剂能够__________，但对DNA没有影响。

DNA的鉴定

在________的条件下，DNA遇________会被染成____色，因此________可以作为鉴定DNA的试剂。

实验设计

1．实验材料的选取

原则上，凡是含有______的生物材料都可以考虑，但是，选用__________________的生物组织，成功的可能性更大。

思考：生活在牧区的人们，采集牛、羊和马血比较方便，他们用牛、羊、马血做提取DNA的实验材料合适吗？为什么？

2．破碎细胞，获取含DNA的滤液

动物细胞的破碎比较容易，以鸡血为例，在鸡血细胞液中加入一定量的________，同时用________搅拌，过滤后收集______即可。如果实验材料是植物细胞，需要先用______溶解________。例如，提取洋葱的DNA时，在切碎的洋葱中加入一定的________和______，进行充分地搅拌和研磨，过滤后收集________。

3．去除滤液中的杂质

最初获得的DNA滤液含有蛋白质、脂质等杂质，需要进一步提纯DNA。

方案一：利用DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度的不同，在滤液中加入NaCl，使NaCl溶液物质的量浓度为________，过滤除去______的杂质；再调节NaCl溶液物质的量浓度为________，析出______，过滤去除________的杂质；再用物质的量浓度为________的NaCl溶液溶解DNA。

方案二：利用蛋白酶分解蛋白质，不分解DNA的特点。在滤液中加入嫩肉粉，嫩肉粉中的__________能够分解蛋白质。

方案三：利用蛋白质和DNA的变性温度不同的特点。将滤液放在________ ℃的恒温水浴箱中保温10～15 min，过滤获得DNA滤液。

4．DNA的析出与鉴定

将处理后的溶液过滤，加入与滤液体积______的、冷却的________（体积分数为95%），静置2～3 min，溶液中会出现__________，这就是粗提取的DNA。用玻璃棒__________搅拌，卷起丝状物，并用滤纸吸去上面的水分。

取两支20 mL的试管，各加入物质的量浓度为________的NaCl溶液5 mL，将丝状物放入其中一支试管中，用玻璃棒搅拌，使丝状物溶解。然后，向两支试管中各加入4 mL的二苯胺试剂。混合均匀后，将试管置于沸水中加热5 min，待试管冷却后，比较两支试管中溶液颜色的变化，看看溶解有DNA的溶液是否变____。

操作提示

1．以血液为实验材料时，每100 mL血液中需要加入3 g________，防止________。

2．加入洗涤剂后，动作要______、______，否则容易产生__________，不利于后续步骤的操作。加入酒精和用玻璃棒搅拌时，动作要______，以免加剧DNA分子的______，导致DNA分子不能形成________。

3．二苯胺试剂要________，否则会影响鉴定的效果。

答案：一、1.物理或化学

生物大分子

RNA 蛋白质

脂质

物理和化学

2．（1）NaCl溶液

DNA 0.14 mol·L－1 酒精

（2）蛋白质

DNA 60～80 80 瓦解细胞膜

二、沸水浴

二苯胺

蓝

二苯胺

三、1.DNA DNA含量相对较高

2．蒸馏水

玻璃棒

滤液

洗涤剂

细胞膜

洗涤剂

食盐

研磨液

3．2 mol·L－1 不溶

0.14 mol·L－1 DNA 溶液中 2 mol·L－1 木瓜蛋白酶

60～75 4．相等

酒精溶液

白色丝状物

沿一个方向

2 mol·L－1 蓝

四、1.柠檬酸钠

血液凝固

2．轻缓

柔和

大量的泡沫

轻缓

断裂

絮状沉淀

3．现配现用

教学活动（二）重难点突破

1.制备鸡血细胞液时，要在新鲜的鸡血中加入柠檬酸钠的原因

制备鸡血细胞液时，要在新鲜的鸡血中加入抗凝剂——柠檬酸钠，防止血液凝固。其原理是柠檬酸钠能与血浆中的Ca2＋发生反应，生成柠檬酸钙络合物，血浆中的游离的Ca2＋大大减少，血液便不会凝固。因为鸡血中的红细胞和白细胞都有细胞核，DNA主要存在于细胞核中，所以在离心或静置沉淀后，用吸管除去上部的澄清液——血浆。

2．实验成功的关键及注意事项

（1）实验材料选用鸡血细胞液，而不用鸡全血的主要原因是遗传物质DNA主要存在于血细胞

的细胞核内。

（2）盛放鸡血细胞液的容器，最好是塑料容器。玻璃表面带电荷，鸡血细胞破碎以后释放出的DNA中的磷酸基也带电荷，因而容易被玻璃容器吸附，提取到的DNA就会更少。因此，实验过程中最好使用塑料的烧杯和试管，可以减少提取过程中DNA的损失。

（3）破碎细胞，释放DNA过程中，若是血细胞液，加水后必须充分搅拌，否则血细胞核不会充分破碎，溶解出的DNA量就会减少；若是植物细胞，需先用洗涤剂溶解细胞膜。

（4）洗涤剂是多组分的混合物，在严格的科学实验中很少使用。实验室提取高纯度的DNA时，通常使用十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）、十二烷基硫酸钠（SDS）或吐温等化学试剂。

（5）实验过程中两次加入蒸馏水，操作目的各不相同：第一次向鸡血细胞液中加蒸馏水，目的是使血细胞通过吸水涨破，释放出核内的DNA。第二次向溶有DNA的滤液中加蒸馏水，目的是稀释NaCl溶液，使其浓度降至0.14 mol·L－1，最终使大量DNA析出。

（6）实验过程中几次过滤的目的：制备鸡血细胞液时过滤的目的是除去破裂的细胞膜等物质；在去杂时，将溶有DNA的高浓度NaCl溶液过滤的目的是除去不溶于NaCl溶液的杂质；去杂时，用低浓度NaCl溶液析出DNA后过滤的目的是除去溶于NaCl溶液中的杂质。

（7）提取DNA丝状物用玻璃棒搅拌时，要缓缓沿一个方向搅拌，而且不能直接触碰烧杯壁，以便获得较完整的DNA分子。

（8）用冷酒精浓缩和沉淀DNA时，所用的体积分数为95%的酒精必须充分预冷才能使用，冷酒精与含有DNA的氯化钠溶液的体积比是1∶1。

（9）鉴定实验所得的丝状物的主要成分是DNA，可用二苯胺做鉴定试剂，鉴定出现蓝色，说明实验基本成功，如果不出现蓝色，可能所提取的DNA含量低，或是实验操作中出现错误。

3．蛋白质提取与DNA提取的比较

蛋白质提取难度大。因为与DNA相比，蛋白质对温度、盐浓度、pH等条件要敏感得多，很容易失活；并且蛋白质的空间结构多种多样，理化性质各不相同，使得蛋白质的提取没有一种统一的方法，只能根据特定蛋白质的特性摸索提取的条件，设计特定的方法。

教学活动（三）典型题剖析

题型一 DNA提取、分离与鉴定原理 【例题1】

现代生物学已向两个方面发展，宏观研究的水平为生态系统水平，微观研究的水平为分子水平，对于分子的研究，其物质的提取和分离显得尤为重要。下面是关于DNA分子的提取和分离的相关问题，请回答。

（1）在提取菜花细胞中的DNA时，采用的是研磨法，为什么不能像用鸡血那样，用蒸馏水使其破裂？

（2）在提取实验过程中用到两种浓度的NaCl溶液，说明其作用。

①2 mol·L－1 NaCl溶液：_____________________________________________________。

②0.14 mol·L－1 NaCl溶液：____________________________________________________。

（3）在整个操作过程中，每100 mL血液中加入3 g柠檬酸钠的作用是________________ _________________________________________________。

（4）鉴定DNA所用的试剂是__________________________________________________。

解析：（1）DNA分子提取中理想的材料为富含DNA的细胞，动物中鸡血红细胞具有细胞核，放入蒸馏水中会使细胞涨破释放出DNA，而植物细胞中含有细胞壁，不能因吸水而涨破。（2）实验过程中两次用到NaCl溶液，初次为2 mol·L－1 NaCl溶液，用于溶解DNA，而0.14 mol·L－1 NaCl溶液会使DNA析出。（3）为了防止凝血现象的发生应加入柠檬酸钠。（4）鉴定DNA所用的试剂为二苯胺试剂。

答案：（1）植物细胞具有细胞壁，不会吸水涨破，只有通过研磨，才能释放出DNA。

（2）①溶解DNA分子，过滤并除去不溶于NaCl溶液的杂质

②使DNA分子析出，过滤并除去

溶于NaCl溶液中的杂质

（3）防止出现凝血现象

（4）二苯胺试剂

反思领悟：在NaCl溶液浓度低于0.14 mol·L－1时，DNA的溶解度随NaCl溶液浓度的增加而逐渐降低；在0.14 mol·L－1时，DNA溶解度最小；当NaCl溶液浓度继续增加时，DNA的溶解度又逐渐增大。

题型二 DNA粗提取与鉴定实验中的操作

【例题2】

（2010·江苏高考）某生物兴趣小组开展DNA粗提取的相关探究活动，具体步骤如下：

材料处理：称取新鲜的花菜、辣椒和蒜黄各2份，每份10 g。剪碎后分成两组，一组置于20 ℃、另一组置于－20 ℃条件下保存24 h。

DNA粗提取：

第一步，将上述材料分别放入研钵中，各加入15 mL研磨液，充分研磨。用两层纱布过滤，取滤液备用。

第二步，先向6只小烧杯中分别注入10 mL滤液，再加入20 mL体积分数为95%的冷酒精溶液，然后用玻璃棒缓缓地向一个方向搅拌，使絮状物缠绕在玻璃棒上。

第三步，取6支试管，分别加入等量的2 mol·L－1 NaCl溶液溶解上述絮状物。

DNA检测：在上述试管中各加入4 mL二苯胺试剂，混合均匀后，置于沸水中加热5 min，待试管冷却后比较溶液的颜色深浅，结果如下表：

材料保存温度

20 ℃

－20 ℃

花菜

＋＋

＋＋＋

辣椒

＋

＋＋

蒜黄

＋＋＋

＋＋＋＋

（注：“＋”越多表示蓝色越深）

分析上述实验过程，回答下列问题。

（1）该探究性实验课题名称是_________________________________________________。

（2）第二步中“缓缓地”搅拌，这是为了减少________。

（3）根据实验结果，得出结论并分析。

①结论1：与20 ℃相比，相同实验材料在－20 ℃条件下保存，DNA的提取量较多。

结论2：__________________________________________________________________。

②针对结论1，请提出合理的解释：__________________________________________。

（4）氯仿密度大于水，能使蛋白质变性沉淀，与水和DNA均不相溶，且对DNA影响极小。为了进一步提高DNA纯度，依据氯仿的特性，在DNA粗提取第三步的基础上继续操作的步骤是_____________________________________________________________________ ______________________________，然后用体积分数为95%的冷酒精溶液使DNA析出。

解析：（1）分析表格可知，实验目的在于探究材料的不同和保存温度的不同对DNA提取量的影响。

（2）DNA分子为链状，很容易断裂，所以应缓缓地向一个方向搅拌。

（3）分析表格可看出，同种材料在－20 ℃时DNA提取量较多，不同材料在同种温度下保存时，蒜黄的DNA提取量最多。低温下酶活性较低，DNA降解慢。

（4）根据题意，可用氯仿将DNA溶液中的蛋白质析出，进一步提高DNA的纯度。

答案：（1）探究不同材料和不同保存温度对DNA提取量的影响

（2）DNA断裂

（3）①等质量的不同实验材料，在相同的保存温度下，从蒜黄提取的DNA量最多

②低温抑制了相关酶的活性，DNA降解速度慢

（4）将第三步获得的溶液与等量的氯仿充分混合，静置一段时间，吸取上清液

教学活动（四）巩固练习

1．DNA在下列哪一浓度的NaCl溶液中，溶解度最低？（

）

A．2 mol·L－1 B．0.015 mol·L－1 C．0.14 mol·L－1

D．5 mol·L－1 2．若选择的实验材料为植物细胞，破碎细胞时要加入一定量的洗涤剂和食盐。加入洗涤剂的目的是（

）。

A．利于DNA的溶解

B．分离DNA和蛋白质 C．溶解细胞膜

D．溶解蛋白质

3．在提取DNA的过程中，最好使用塑料试管和烧杯，目的是（

）。

A．不易破碎

B．减少DNA的损失

C．增加DNA的含量

D．容易刷洗

4．在DNA的粗提取过程中，初步析出DNA和提取较纯净的DNA所用的药品的浓度及其名称分别是

（

）。

①0.1 g·mL－1的柠檬酸钠溶液

②2 mol·L－1的NaCl溶液

③0.14 mol·L－1的NaCl溶液

④体积分数为95%的酒精溶液

⑤0.015 mol·L－1的NaCl溶液

A．①③⑤

B．③④

C．②④

D．②③④

答案：1．C DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同，当NaCl溶液的物质的量浓度为0.14 mol·L－1时，溶解度最低。

2．C 洗涤剂是一种离子去污剂，能溶解细胞膜，有利于DNA的释放；食盐的主要成分是NaCl，有利于DNA的溶解。

3．B DNA易黏附于玻璃管上，造成DNA量的损失。

4．B 初步析出DNA和提取纯净的DNA所用的药品和浓度分别是0.14 mol·L－1 NaCl溶液和体积分数为95%的酒精溶液。

七

教学反思