高中生物《DNA的粗提取與鑒定》學(xué)案1新人教版選修

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1、 DNA的粗提取與鑒定 [導(dǎo)學(xué)誘思 ] 1．提取 DNA 的方法 提取生物大分子的基本思路是 。 對(duì)于 DNA 的粗提取而言， 就是要利用 、 等在物理和化學(xué)性質(zhì)方 面的差異，提取 DNA，去除其他成分。 1） DNA 的溶解性 DNA 和蛋白質(zhì)等其他成分在不同濃度的 中溶解度不同， 利用這一特點(diǎn)，選擇適當(dāng)?shù)柠}濃度就能使 充分溶解，而使雜質(zhì)沉淀，或者相反， 以達(dá)到分離目的。 圖 5— 1 是 DNA 在 NaCl 溶液中的溶解度曲線，請(qǐng)根據(jù)曲線圖，思考： ①在什么濃度下， DNA 的溶解度最?。? DNA 在 N

2、aCl 溶液中的溶解度是如何變化的？ ②如何通過(guò)控制 NaCl 溶液的濃度使 DNA 在鹽溶液中溶解或析出？ 此外， DNA 不溶于 溶液，但是細(xì)胞中的某些蛋白質(zhì)則溶于酒精。利用這一原 理，可以將 DNA 與蛋白質(zhì)進(jìn)一步的分離。 2） DNA 對(duì)酶、高溫和洗滌劑的耐受性 蛋白酶能水解 ，但是對(duì) 沒(méi) 有影響。大多數(shù)蛋白質(zhì)不能忍受 60— 80oC 的高溫，而 DNA 在 以上才會(huì)變性。洗滌 劑能夠瓦解 ，但對(duì) DNA 沒(méi)有影響。 3） DNA 的鑒定 在 條件下， DNA 遇 會(huì)被染成 色，

3、因此二苯胺可以作為鑒定 DNA 的試劑。 2．實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 1 ） 實(shí) 驗(yàn) 材 料 的 選 取 凡 是 含 有 的 生 物 材 料 都 可 以 考 慮 ， 但 是 使 用 的生物組織，成功的可能性更大。在下面的生物材料中選取適合的實(shí)驗(yàn)材料： 魚(yú)卵、豬肝、菜花（花椰菜） 、香蕉、雞血、哺乳動(dòng)物的紅細(xì)胞、獼猴桃、洋蔥、豌豆、菠菜、在液體培養(yǎng)基的大腸桿菌 思考： 哺乳動(dòng)物的紅細(xì)胞的特點(diǎn)？ 2）破碎細(xì)胞，獲取含 DNA 的濾液 動(dòng)物細(xì)胞的破碎比較容易 ，以雞血細(xì)胞為例，在雞 血細(xì)胞液中加入一定量的 ，同時(shí)用 攪拌，過(guò)

4、濾后收集濾液即可。 如果實(shí)驗(yàn)材料 是植物細(xì)胞，需要先用 溶解細(xì)胞膜。例如，提取洋蔥的 DNA 時(shí)，在切碎的洋蔥中 加入一定的 和 ，進(jìn)行充分的攪拌和研磨，過(guò)濾后收集研磨液。 思考： ①為什么加入蒸餾水能使雞血細(xì)胞破裂？ ②加入洗滌劑和食鹽的作用分別是什么？ ③如果研磨不充分，會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生怎樣的影響 ? 用心 愛(ài)心 專(zhuān)心 ④此步驟獲得的濾液中可能含有哪些細(xì)胞成分？ 3）去除濾液中的雜質(zhì) 閱讀課本的三個(gè)方案， 思考： 為什么反復(fù)地溶解與析

5、出 DNA，能夠去除雜質(zhì)？ 方案二與方案三的原理有什么不同？ 4） DNA 的析出與鑒定 將處理后的溶液過(guò)濾 ，加入與濾液體積 、冷卻 的 ，靜置 ，溶液中會(huì)出現(xiàn) ，這就是粗提取的 DNA。用玻璃棒 攪拌，卷起絲狀物，并用濾紙吸取上面的水分。 取兩支 20ml 的試管，各加入物質(zhì)的量濃度為 的 NaCl 溶液 5ml ，將絲狀物放 入其中一支試管中，用玻璃棒攪拌，使絲狀物溶解。然后，向兩支試管中各加入 4ml 的 。混合均勻后，將試管置于 中加熱 5min ，待試管冷卻后，比較兩支 試管溶液顏色的變化，看看溶解有

6、DNA 的溶液是否變 。 3．操作提示 以血液為實(shí)驗(yàn)材料時(shí)，每 100ml 血液中需要加入 3g ，防止 。 加入洗滌劑后， 動(dòng)作要 、 ，否則容易產(chǎn)生大量的泡沫， 不利于后續(xù)步 驟地操作。加入酒精和用玻璃棒攪拌時(shí)，動(dòng)作要 ，以免 ，導(dǎo)致 DNA 分子不能形成絮狀沉淀。 二苯胺試劑要 ，否則會(huì)影響鑒定的效果。 4．結(jié)果分析與評(píng)價(jià) [疑難點(diǎn)撥 ] 1． DNA 的溶解度與 NaCl 溶液濃度的關(guān)系： 當(dāng) NaCl 溶液濃度低于 0.14mol/L 時(shí)，隨濃度的升高， DNA 的溶解度降低；當(dāng) NaCl

7、溶液 濃度高于 0.14mol/L 時(shí)，隨濃度升高， DNA 的溶解度升高。 2． 制備雞血細(xì)胞液時(shí)，要在新鮮的雞血中加入檸檬酸鈉的原因 制備雞血細(xì)胞液時(shí)， 要在新鮮的雞血中加入抗凝劑——檸檬酸鈉， 防止血液凝固。 其 原理是檸檬酸鈉能與血漿中 Ca2+發(fā)生反應(yīng)， 生成檸檬酸鈣絡(luò)合物， 血漿中游離的 Ca2+大大減 少，血液便不會(huì)凝固，因?yàn)殡u血紅細(xì)胞，白細(xì)胞都有細(xì)胞核， DNA 主要存在于細(xì)胞核中， 所以在離心或靜置沉淀后，要棄出上層清液——血漿。 3．提取 DNA 的第一步是材料的選取，其目的是一定要選取 DNA 含量較高的生物材

8、料，否 則會(huì)由于實(shí)驗(yàn)過(guò)程中或多或少的損失而造成檢測(cè)的困難；第二步是 DNA 的釋放和溶解，這 一步是實(shí)驗(yàn)成功與否的關(guān)鍵，要盡可能使細(xì)胞內(nèi)的 DNA 全部溶解；第三步是 DNA 的純化， 即根據(jù) DNA 的溶解特性、對(duì)酶及高溫的耐受性的不同等特性，最大限度地將 DNA 與雜質(zhì)分 開(kāi)；最后一步是對(duì) DNA 進(jìn)行鑒定，這是對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果的檢測(cè)。 4．在 DNA 的析出的步驟中用到玻璃棒攪拌時(shí)，注意動(dòng)作要輕緩，以免加劇 DNA 分子的斷 裂，導(dǎo)致 DNA 分子不能形成絮狀沉淀。 5．盛放雞血細(xì)胞液的容器，最好是塑料容器。雞血細(xì)胞破碎以后釋放出的

9、DNA，容易被玻 璃容器吸附，由于細(xì)胞內(nèi) DNA 的含量本來(lái)就比較少，再被玻璃容器吸附去一部分，提取到 的 DNA 就會(huì)更少。因此，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中最好使用塑料的燒杯和試管，這樣可以減少提取過(guò)程 用心 愛(ài)心 專(zhuān)心 的 DNA 的損失。 [典例解析 ] 本實(shí)驗(yàn)中有三次過(guò)濾： ⑴過(guò)濾用蒸餾水稀釋過(guò)的雞血細(xì)胞液 ⑵過(guò)濾含粘稠物的 0.14mol/LNaCl 溶液 ⑶過(guò)濾溶解有 DNA 的 2mol/LNaCl 溶液 以上三次過(guò)濾分別為了獲得（ ） A 含核物質(zhì)的濾

10、液、紗布上的粘稠物、含 DNA 的濾液 B 含核物質(zhì)的濾液、濾液中 DNA 粘稠物、含 DNA 的濾液 C 含核物質(zhì)的濾液、濾液中 DNA 粘稠物、紗布上的 DNA D 含較純的 DNA 濾液、紗布上的粘稠物、含 DNA 的濾液 答案： A 解析 :用蒸餾水稀釋雞血細(xì)胞液，使血細(xì)胞的細(xì)胞膜、核膜破裂，釋放出核物質(zhì)，此時(shí)過(guò)濾只能得到含 DNA 和其他物質(zhì)如蛋白質(zhì)的濾液，這種濾液必須經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)中其他步驟得相繼處 理，方能得到較純的 DNA。DNA 在 0.13mol/LNaCl 溶液中溶解度最低，成絲狀粘稠物，可經(jīng)過(guò)濾留在紗布上。 【課本問(wèn)題

11、答案和提示】 （一）旁欄思考題 1．為什么加入蒸餾水能使雞血細(xì)胞破裂？ 答：蒸餾水對(duì)于雞血細(xì)胞來(lái)說(shuō)是一種低滲液體， 水分可以大量進(jìn)入血細(xì)胞內(nèi)， 使血細(xì)胞脹裂，再加上攪拌的機(jī)械作用， 就加速了雞血細(xì)胞的破裂 (細(xì)胞膜和核膜的破裂 )，從而釋放出 DNA。2．加入洗滌劑和食鹽的作用分別是什么？ 答：洗滌劑是一些離子去污劑， 能溶解細(xì)胞膜， 有利于 DNA 的釋放；食鹽的主要成分是 NaCl， 有利于 DNA 的溶解。 3．如果研磨不充分，會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生怎樣的影響？ 答：研磨不充分會(huì)使細(xì)胞核內(nèi)的 DNA 釋放不完全，提取的 DNA 量變少，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果

12、，導(dǎo) 致看不到絲狀沉淀物、用二苯胺鑒定不顯示藍(lán)色等。 4．此步驟獲得的濾液中可能含有哪些細(xì)胞成分？ 答：可能含有核蛋白、多糖和 RNA 等雜質(zhì)。 5．為什么反復(fù)地溶解與析出 DNA，能夠去除雜質(zhì)？ 答：用高鹽濃度的溶液溶解 DNA，能除去在高鹽中不能溶解的雜質(zhì)；用低鹽濃度使 DNA 析 出，能除去溶解在低鹽溶液中的雜質(zhì)。 因此，通過(guò)反復(fù)溶解與析出 DNA，就能夠除去與 DNA 溶解度不同的多種雜質(zhì)。 6．方案二與方案三的原理有什么不同？ 答：方案二是利用蛋白酶分解雜質(zhì)蛋白，從而使提取的 DNA 與蛋白質(zhì)分開(kāi)；方案三利用的 是 D

13、NA 和蛋白質(zhì)對(duì)高溫耐受性的不同，從而使蛋白質(zhì)變性，與 DNA 分離。 （二）練習(xí) 1．答：提取 DNA 的第一步是材料的選取，其目的是一定要選取 DNA 含量較高的生物材料， 否則會(huì)由于實(shí)驗(yàn)過(guò)程中或多或少的損失而造成檢測(cè)的困難；第二步是 DNA 的釋放和溶解， 這一步是實(shí)驗(yàn)成功與否的關(guān)鍵， 要盡可能使細(xì)胞內(nèi)的 DNA 全部溶解； 第三步是 DNA 的純化， 用心 愛(ài)心 專(zhuān)心 即根據(jù) DNA 的溶解特性、對(duì)酶及高溫的耐受性的不同等特性，最大限度地將 DNA 與雜質(zhì)分 開(kāi)；最后一步是對(duì) DNA 進(jìn)行鑒定，

14、這是對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果的檢測(cè)。 2．答：提取蛋白質(zhì)比提取 DNA 的難度大。這是因?yàn)?，與 DNA 相比，蛋白質(zhì)對(duì)溫度、鹽濃 度、 pH 等條件要敏感得多，很容易失活；并且蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)多種多樣，理化性質(zhì)各不 相同，使得蛋白質(zhì)的提取沒(méi)有一種統(tǒng)一的方法， 只能根據(jù)特定蛋白質(zhì)的特性摸索提取的條件， 設(shè)計(jì)特定的方法。 【知識(shí)拓展 】 1.二苯胺鑒定 DNA 的化學(xué)原理 DNA 中嘌呤核苷酸上的脫氧核糖遇酸生成 ω-羥基 -γ 酮基戊醛， 它再和二苯胺作用而呈現(xiàn)藍(lán) 色(溶液呈淺藍(lán)色 )。鑒定時(shí)溶液藍(lán)色的深淺，與溶液中 DNA 含量的多少有關(guān)。 2.研

15、磨液中幾種藥品的作用 Tris/HCl:提供緩沖體系， DNA 在這一體系中呈穩(wěn)定態(tài)（ Tris 為三羥甲基氨基甲烷） 。 EDTA（乙二胺四乙酸二鈉） ：是 DNA 酶的抑制劑，可以防止細(xì)胞破碎后 DNA 酶降解 DNA。 SDS（十二烷基磺酸鈉） ：可以使蛋白質(zhì)變性，與 DNA 分離。 【教學(xué)反思】 用心 愛(ài)心 專(zhuān)心