专题5 DNA与蛋白质技术
课题5.1 DNA的粗提取与鉴定
一、【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。
二、【课题重点】
DNA的粗提取和鉴定方法
三、【课题难点】
DNA的粗提取和鉴定方法
四、【教学方法】
启发式教学
五、【教学工具】
多媒体课件
六、【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
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℃
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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。
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。
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阅读。简述DNA的鉴定过程。
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
DNA的粗提取与鉴定
实验原理
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同
DNA和蛋白质对酶、高温和洗涤剂耐受性不同
DNA与二苯胺呈现蓝色反应
DNA粗提取
选择适宜材料
破碎细胞
DNA的溶解和析出
DNA的纯化
鉴定DNA
与二苯胺混合，沸水浴，呈现蓝色反应
（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
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
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☆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 B.除去染色体上的蛋白质 C.除去血细胞表面的蛋白质
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
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（ ），但对DNA没有影响。
A.细胞壁 B.细胞膜 C.细胞核 D.细胞质
4．在沸水浴的条件下，DNA遇（ ）会被染成蓝色。
A.斐林试剂 B.苏丹Ⅲ染液 C.双缩脲试剂 D.二苯胺
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 D.容易洗刷
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（ ），静置2—3min，溶液中会出现白色丝状物。
A.0．9%的NaCl B.0.14mol/L的NaCl溶液 C.质量分数15%的HCl D.体积分数为95%的酒精溶液
8.以血液为实验材料时，需要向血液中加入（ ），防止血液凝固。
A.醋酸钠 B.龙胆紫 C.柠檬酸钠 D.醋酸洋红
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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 B.加快溶解杂质的速度 C.减少DNA的溶解度，加快DNA析出 D.减小杂质的溶解度，加快杂质的析出
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（ ）分解蛋白质。
A.胃蛋白酶 B.胰蛋白酶 C.木瓜蛋白酶 D.肠肽酶
答案：DCBDB BDCCC
七、【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
八、【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。
九、【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。
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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