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课题1 DNA的粗提取与鉴定


普通高中课程标准实验教科书——生物选修 1[人教版]课题 1 DNA 的粗提取与鉴定

★课题目标
(一)知识与技能 1、通过尝试对植物或动物组织中的 DNA 进行粗提取,了解 DNA 的物理化学性质。 2、理解 DNA 粗提取与鉴定的原理 (二)过程与方法 掌握 DNA 如提取计数,能利用 DNA 的性质进行实验设计和操作 (三)情感、态度与价值观

通过对 DNA 的粗提取的实验过程的设计及操作,锻炼科学的思维方法,培养实 事求是的科学态度。 ★课题重点 DNA 的粗提取和鉴定方法 ★课题难点 DNA 的粗提取和鉴定方法 ★教学方法 启发式教学 ★教学工具 多媒体课件 ★教学过程 (一)引入新课 无论是果胶酶还是加酶洗衣粉中的酶制剂,都是从细胞中提取出来的。从今天开始, 我们学习生物化学成分的提取与改造技术。 (二)进行新课

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1.基础知识 1.1DNA 粗提取的原理 提取 DNA 的原理包括 DNA 的溶解性和耐受性两个方面。问:提取 DNA 的溶解性原理 包括哪些方面? DNA 在不同浓度 NaCl 溶液中溶解度不同;DNA 不溶于酒精。 1.1.1 分析图 5-1。DNA 在不同浓度 NaCl 溶液中溶解度有何特点?要使 DNA 溶解, 需要使用什么浓度?要使 DNA 析出,又需要使用什么浓度? 在 0.14mol/L 时溶解度最小;较高浓度可使 DNA 溶解;0.14mol/L 可使 DNA 析出。 1.1.2 在溶解细胞中的 DNA 时,人们通常选用 2mol/LNaCl 溶液;将 DNA 分子析出 的方法是向溶有 DNA 的 NaCl 溶液中缓慢注入蒸馏水,以稀释 NaCl 溶液。酒精是一种常用 有机溶剂,但 DNA 却不能溶于酒精(特别是 95%冷却酒精),但细胞中蛋白质可溶于酒 精。问:采用 DNA 不溶于酒精的原理,可以达到什么目的? 将 DNA 和蛋白质进一步分离。 1.1.3 提取 DNA 还可以利用 DNA 对酶、高温和洗涤剂的耐受性原理。利用该原理 时,应选用怎样的酶和怎样的温度值? 蛋白酶,因为酶具有专一性,蛋白酶只水解蛋白质而不会对 DNA 产生影响。温度值 为 60~80℃,因为该温度值蛋白质变性沉淀,而 DNA 不会变性。 补充:DNA 的变性是指 DNA 分子在高温下解螺旋,其温度在 80℃以上,如在 PCR 技 术中 DNA 变性温度在 95℃。 思考:观察图 5-2,洗涤剂在提取 DNA 中有何作用? 洗涤剂将细胞膜上的蛋白质,从而瓦解细胞膜。 1.2DNA 的鉴定原理 当鉴定提取出的物质是否是 DNA 时,需要使用什么指示剂进行鉴定? 在沸水浴条件下,DNA 遇二苯胺呈现蓝色。 原理总结。通过利用不同浓度 NaCl 溶液溶解或析出 DNA,可以从细胞中提取和提纯 DNA;再利用酒精进一步将 DNA 与蛋白质分离开来,达到提纯的目的;最后利用二苯胺 试剂鉴定提取的物质是否是 DNA。 2.实验设计 2.1 实验材料 2.1.1 不同生物的组织中 DNA 含量不同。在选取材料时,应本着 DNA 含量高、材料易 得、便于提取的原则。你认为教材提供的材料中哪些不适合提取 DNA? 哺乳动物的血液和液体培养基中的大肠杆菌。
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2.1.2 从核 DNA 数目来看,猪 38 条,鸡 78 条,哺乳动物血 0 条,猕猴桃 58 条,洋葱 16 条,豌豆 14 条,菠菜 12 条,大肠杆菌 1 条。请选择动植物材料各一种。 鸡血、猕猴桃。 2.2 破碎细胞,获取含 DNA 的滤液 若选用鸡血和洋葱作实验材料,则怎样获取含 DNA 的滤液? 在鸡血细胞液中加入一定量蒸馏水并用玻棒搅拌,过滤后收集滤液;切碎洋葱,加 入一定量洗涤剂和食盐,搅拌研磨,过滤后收集滤液。 在以上实验中,加入蒸馏水、洗涤剂和食盐的作用分别是什么?过滤时应当选用(滤 纸、尼龙布)。 血细胞在蒸馏水中大量吸水而张裂;洗涤剂瓦解细胞膜;食盐溶解 DNA 物质;选用 尼龙布进行过滤。 在处理植物组织时需要进行研磨,其目的是什么?研磨不充分产生什么结果? 破碎细胞壁,使核物质容易溶解在 NaCl 溶液中;研磨不充分会使 DNA 的提取量减 少。 具体做法。10mL 鸡血+20mL 蒸馏水→同方向搅拌→3 层尼龙布过滤→滤液 2.3 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。阅读教材提 供的三种方法,分析其中的原理。 方案一的原理是 DNA 在不同浓度 NaCl 溶液中溶解度不同;方案二的原理是蛋白酶分 解蛋白质,不分解 DNA;方案三的原理是蛋白质和 DNA 的变性温度不同。 具体做法。 方案一:30mL 滤液+35gNaCl→同方向搅拌,DNA 溶解→加入蒸馏水→DNA 析出→过 滤得到过滤物→放到 2mol/LNaCl 溶液中溶解→DNA-NaCl 溶解液 方案二:30mL 滤液+嫩肉粉(木瓜蛋白酶)→静置 10~15 分钟→DNA 滤液 方案三:30 滤液→60~67℃处理→过滤获得 DNA 滤液 2.4DNA 析出与鉴定 在滤液中仍然含有一些杂质,怎样除去这些杂质呢?得到的 DNA 呈何颜色? 滤液与等体积的冷却酒精混合均匀,静置 2~3 分钟,析出的白色丝状物就是 DNA。 DNA 呈白色。 怎样鉴定析出的白色丝状物就是 DNA 呢?阅读教材。 阅读。简述 DNA 的鉴定过程。

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具体做法。试管 2 支,编号甲乙→各加等量 5mLNaCl 溶液→甲中放入少量白色丝状物, 使之溶解→各加 4mL 二苯胺,混合均匀→沸水浴 5min→观察颜色变化 3.实验操作 制备鸡血细胞液????加柠檬酸钠,静置或离心 ↓ 破碎细胞,释放 DNA? 加蒸馏水,同一方向快速通方向搅拌 ↓→过滤,除去细胞壁、细胞膜等。 溶解核内 DNA???? 加入 NaCl 至 2mol/L,同一方向缓慢搅拌 ↓ DNA 析出?????? 加蒸馏水至 0.14mol/L,过滤,在溶解到 2mol/L 溶液中 ↓→除去细胞质中的大部分物质。 DNA 初步纯化???? 与等体积 95%冷却酒精混合,析出白色丝状物 ↓→除去核蛋白、RNA、多糖等。 DNA 鉴定?????? 二苯胺,沸水浴,呈现蓝色 其它注意事项:在鸡血中加入柠檬酸钠防止凝固;鸡血静置或离心以提高细胞悬液 浓度;使用塑料烧杯;使用尼龙布过滤;玻棒沿同一方向搅拌;玻棒搅拌要缓慢 (细胞破 裂快速搅拌);玻棒不要碰到烧杯壁;二苯胺试剂要现用现配等。为了提高 DNA 纯度, 在科学实验中通常使用的洗涤剂有十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、十二烷基硫酸钠 (SDS)。 (三)课堂总结、点评 实验原理 DNA 同 DNA 和蛋白质对酶、高温和洗涤剂耐受 性不同 破碎细胞 选择适宜材料 DNA 与二苯胺呈现蓝色反应 DNA 的溶解和析 出 与二苯胺混合,沸水浴,呈现蓝色反应 DNA 的纯化 DNA 在不同浓度 NaCl 溶液中溶解度不同 DNA 与其他细胞成分在酒精中溶解度不

的 粗 提 取 与 鉴 定

DNA 粗提 取

鉴定 DNA

(四)实例探究 例 1 在 DNA 分子的粗提取实验中,两次向烧杯中加入蒸馏水的作用是( ) A. 稀释血液、冲洗样品 B. 使血细胞破裂,降低 NaCl 浓度使 DNA 析出
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C. 使血细胞破裂,增大 DNA 溶解度 D. 使血细胞破裂,提取含杂质较少的 DNA 解析:在该实验过程中,第一次加入蒸馏水的目的是使血细胞过度吸水而破裂,以 便核物质溶解。第二次加入蒸馏水是为了降低 NaCl 浓度至 0.14mol/l,因为此时的 DNA 溶解度最小,可使 DNA 析出。 例 2 在制备鸡血细胞液的过程中,加入柠檬酸钠的目的是( ) A. 防止凝血 B. 加快 DNA 析出 C. 加快 DNA 溶解 D. 加速凝血 解析:柠檬酸钠的作用是利用柠檬酸根离子与血浆中 Ca2+离子结合成柠檬酸钠,降 低 Ca2+离子浓度,使有关凝血酶活性降低。因此柠檬酸钠是抗凝血物质,防止凝血,有 利于鸡血细胞液的制备。 答案:A ☆综合应用 例 3 DNA 在 NaCl 溶液中溶解度有二重性,随着 NaCl 溶液的变化而变化。 (1)请在下列 NaCl 溶液中选出溶解度能使 DNA 析出最彻底的一种( )和溶解度 最高的一种( ) A. 0.14mol/l B. 2mol/l C. 0.15mol/l D. 0.3mol/l (2) DNA 不溶于酒精溶液,但细胞中的某些物质却可以溶于酒精溶液,利用这一原理 可以____________,可以推测溶于酒精中的物质可能有____________。 (3)利用 DNA 与_____变蓝色的特性,将该物质作为鉴定______的试剂。其实验过程 要点是向放有_____的试管中加热 4ml 的____。混合均匀后,将试管置于___5min,待试 管______,观察试管中溶液颜色的变化,这个实验也说明 DNA 耐___温。 解析:根据实验原理可知 DNA 在 0.14mol/l 的 NaCl 溶液中溶解度最低,在高浓度 2mol/l 中,溶解度最高。DNA 存在于染色体上,为了把 DNA 和其他物质分开,采取 DNA 不 溶于酒精的方法,目的是除去杂质;利用 DNA 与二苯胺(沸水浴)成蓝色的特性,可以鉴 定提取的 DNA。 答案:(1)A;B (2)除去杂质;某些脂类、蛋白质、糖类或其他大分子物质 (3)二苯胺;DNA;DNA;二苯胺试剂;沸水中水浴加热;冷却后;高 (五)巩固练习 1.在研究 DNA 的基因样本前,采集来的血样需要蛋白水解酶处理,然后用有机溶剂 除去蛋白质。用蛋白水解酶处理血样的目的是( A.除去血浆中的蛋白质 质 D.除去血细胞中的所有的蛋白质,使 DNA 释放,便于进一步提纯 2.与析出 DNA 粘稠物有关的叙述,不正确的是( A.操作时缓缓滴加蒸馏水,降低 DNA 的溶解度 ) ) C.除去血细胞表面的蛋白

B.除去染色体上的蛋白质

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B.在操作 A 时,用玻璃棒轻缓搅拌,以保证 DNA 分子完整 C.加蒸馏水可同时降低 DNA 和蛋白质的溶解度,两者均可析出 D.当丝状粘稠物不再增加时,此时 NaCl 的浓度相当于 0.14mol/L 3.洗涤剂能够瓦解( A.细胞壁 B.细胞膜 ),但对 DNA 没有影响。 C.细胞核 D.细胞质 )会被染成蓝色。 D.二苯胺 ) D.容易洗刷

4.在沸水浴的条件下,DNA 遇( A.斐林试剂 B.苏丹Ⅲ染液

C.双缩脲试剂

5.在 DNA 提取过程中,最好使用塑料试管和烧杯,目的是( A.不易破碎 B.减少提取过程中 DNA 的损失

C.增加 DNA 的含量 )

6.下列操作中,对 DNA 的提取量影响最小的是(

A.使鸡血细胞在蒸馏水中充分破裂,放出 DNA 等核物质 B.搅拌时,要使用玻璃棒沿一个方向轻缓搅拌 C.在“析出 DNA 粘稠物”时,要缓缓加蒸馏水,直至溶液中粘稠物不再增加 D.在用酒精沉淀 DNA 时,要使用冷酒精,甚至再将混合液放入冰箱中冷却 E 在 DNA 的溶解和再溶解时,要充分搅拌 7.DNA 的粗提取中,将与滤液体积相等的、冷却的( 中会出现白色丝状物。 A.0.9%的 NaCl 95%的酒精溶液 8.以血液为实验材料时,需要向血液中加入( A.醋酸钠 B.龙胆紫 C.柠檬酸钠 ),防止血液凝固。 B.0.14mol/L 的 NaCl 溶液 C.质量分数 15%的 HCl D.体积分数为 ),静置 2—3min,溶液

D.醋酸洋红 )

9.在向溶解 DNA 的 NaCl 溶液中,不断加入蒸馏水的目的是( A.加快溶解 DNA 的速度 析出 B.加快溶解杂质的速度

C.减少 DNA 的溶解度,加快 DNA

D.减小杂质的溶解度,加快杂质的析出

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10.去除滤液中的杂质时,直接在滤液中加入嫩肉粉,利用嫩肉粉中的( 蛋白质。 A.胃蛋白酶 B.胰蛋白酶 C.木瓜蛋白酶 D.肠肽酶

)分解

答案:DCBDB BDCCC ★课余作业 1、为什么加入蒸馏水能使鸡血细胞破裂? 2.加入洗涤剂和食盐的作用分别是什么 ★教学体会 生物体的性状之所以能够遗传给后代,是由于生物体内具有 DNA 或 RNA 这些遗传物 质。在教学过程中,教师应当引导学生分析插图,通过图像理解 DNA 的溶解度,并且掌 握分离 DNA 的原理。教材在实验设计中关于去除滤液中杂质的第二、第三个方案,正是 利用了上述不同的特性,从而达到分离 DNA 和蛋白质的目的。 ★资料袋 解开 DNA 的秘密 当发现基因就是 DNA 后,人们还是想知道,这个 DNA 是怎么样的一种东西,它又是 通过什么具体的办法把生命的那么多信息传递给新的接班人的呢? 首先人们想知道 DNA 是由什么组成的,人类总是爱这样刨问底。结果有一个叫莱文 的科学家通过研究,发现 DNA 是由四种更小的东西组成,这四种东西的总名字叫核苷酸, 就像四个兄弟一样,它们都姓核苷酸,但名字却有所不同,分别是腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、 胞嘧啶(C)和胸腺嘧啶(T),这四种名字很难记,不过只要记住 DNA 是由四种核苷酸只是随 便聚在一起的、而且它们相互的连接没有什么规律,但后来核苷酸其实不一样,而且它 们相互组合的方式也千变万化,大有奥秘。 现在,人们已基本上了解了遗传是如何发生的。20 世纪的生物学研究发现:人体是 由细胞构成的,细胞由细胞膜、细胞质和细胞核等组成。已知在细胞核中有一种物质叫 染色体,它主要由一些叫做脱氧核糖核酸(DNA)的物质组成。 生物的遗传物质存在于所有的细胞中,这种物质叫核酸。核酸由核苷酸聚合而成。 每个核苷酸又由磷酸、核糖和碱基构成。碱基有五种,分别为腺嘌呤 (A) 、鸟嘌呤 (G) 、 胞嘧啶(C)、胸腺嘧啶(T)和尿嘧啶(U)。每个核苷酸只含有这五种碱基中的一种。
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单个的核苷酸连成一条链,两条核苷酸链按一定的顺序排列,然后再扭成“麻花” 样,就构成脱氧核糖核酸(DNA)的分子结构。在这个结构中,每三个碱基可以组成一个 遗传的“密码”,而一个 DNA 上的碱基多达几百万,所以每个 DNA 就是一个大大的遗传 密码本,里面所藏的遗传信息多得数不清,这种 DNA 分子就存在于细胞核中的染色体上。 它们会随着细胞分裂传递遗传密码。 人的遗传性状由密码来传递。人大概有 2.5 万个基因,而每个基因是由密码来决定的。 人的基因中既有相同的部分,又有不同的部分。不同的部分决定人与人的区别,即人的 多样性。人的 DNA 共有 30 亿个遗传密码,排列组成约 2.5 万个基因。

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