高中生物专题5DNA和蛋白质技术第13课时DNA的粗提取与鉴定同步备课教学案新人教版选修.docx

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高中生物专题5DNA和蛋白质技术第13课时DNA的粗提取与鉴定同步备课教学案新人教版选修.docx

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高中生物专题5DNA和蛋白质技术第13课时DNA的粗提取与鉴定同步备课教学案新人教版选修

第13课时　DNA的粗提取与鉴定

[学习导航]　1.通过阅读教材P54“基础知识”，掌握提取并检验DNA的原理和方法。

2.结合教材P55“实验设计”，掌握DNA粗提取的选材、析出及鉴定。

3.结合教材P56“操作提示”，掌握实验过程中需注意的问题。

4.分析教材P57“结果分析与评价”中的问题，掌握DNA粗提取与鉴定的技术。

[重难点击]　1.理解DNA的理化特性及根据其理化特性而提取和鉴定的原理。

2.初步掌握DNA的粗提取和鉴定方法。

一、DNA的理化特性、提取及鉴定的原理

1.提取DNA的方法和原理

（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物理或化学性质的生物大分子。

（2）提取DNA的方法：

利用DNA与RNA、蛋白质和脂质等在物理和化学性质方面的差异，提取DNA，去除其他成分。

2.DNA的溶解性

（1）DNA在NaCl溶液中的溶解度

DNA在不同浓度的NaCl溶液中的溶解度不同，其中在0.14mol/LNaCl溶液中溶解度最低。

（2）在酒精溶液中的溶解性：

DNA不溶于酒精溶液，但是细胞中的某些蛋白质溶于酒精溶液。

3.DNA对酶、高温和洗涤剂的耐受性

（1）对酶的耐受性：

蛋白酶能水解蛋白质，但对DNA没有影响。

（2）对温度的耐受性：

大多数蛋白质不能忍受60～80℃的高温，而DNA在80℃以上才会变性。

（3）对洗涤剂的耐受性：

洗涤剂能够瓦解细胞膜，但对DNA没有影响。

4.DNA的鉴定

在沸水浴的条件下，DNA与二苯胺反应呈现蓝色。

1.DNA溶解性原理

（1）结合DNA在NaCl溶液中的溶解度曲线，分析DNA在不同浓度NaCl溶液中的溶解度有何特点。

项目

溶解规律

2mol/LNaCl溶液

0.14mol/LNaCl溶液

DNA

溶解

析出

蛋白质

蛋白质在NaCl溶液浓度从2mol/L降低过程中，溶解度逐渐增大

部分发生盐析沉淀

溶解

①低于0.14mol/L时：

DNA的溶解度随NaCl溶液物质的量浓度增加而逐渐降低。

②高于0.14mol/L时：

DNA的溶解度随NaCl溶液物质的量浓度增加而逐渐升高。

（2）结合图表分析，如何通过控制NaCl溶液的浓度使DNA在盐溶液中溶解或析出，以达到去除杂质的目的？

答案　提取获得的DNA滤液中含有蛋白质、多糖和RNA等多种杂质，用2mol/L的NaCl溶液溶解DNA，然后过滤获得滤液，能够去除该条件下不能溶解的杂质；调节NaCl溶液的物质的量浓度为0.14mol/L，使DNA析出，然后过滤获得析出物，能够去除该条件下仍然能够溶解的杂质。

（3）DNA不溶于酒精溶液，而细胞中的某些蛋白质则溶于酒精溶液，此特点对于提取DNA有什么作用？

答案　可以将DNA和蛋白质进一步分离。

2.DNA的耐受性原理

DNA变性和蛋白质变性的实质相同吗？

请说明原因。

答案　不同。

原因如下：

（1）蛋白质变性是指蛋白质在某些物理或化学因素作用下其特定的空间构象被改变，从而导致其理化性质的改变以致生物学活性丧失。

（2）DNA变性是指DNA分子在高温等条件下，由稳定的双螺旋结构解聚为无规则线性结构的现象，变性时维持双螺旋稳定性的氢键断裂，当温度等条件恢复正常后，DNA的结构尚能恢复。

归纳总结　DNA粗提取的三个原理

（1）利用DNA随NaCl溶液浓度的不同而溶解度不同的原理可粗提取DNA。

（2）利用DNA不溶于酒精，而细胞内的其他许多物质可溶于酒精的原理可进一步提纯DNA。

（3）利用DNA对酶和高温的耐受性可以去除蛋白质杂质。

1.在“DNA的粗提取与鉴定”实验中，实验原理是利用DNA在不同浓度的NaCl溶液中的溶解度不同来提取的，DNA的溶解度与图示曲线的对应点相符合的是（　　）

A.a点浓度最适合析出DNAB.b点浓度最适合析出DNA

C.c点浓度最适合析出DNAD.d点浓度最适合析出DNA

答案　B

解析　用高浓度的NaCl溶液溶解DNA，能除去在高盐溶液中不能溶解的杂质，用低浓度的NaCl溶液使DNA析出，能除去溶解在低盐溶液中的杂质，因此，反复溶解、析出DNA，能除去与DNA溶解度不同的杂质。

从题图可以看出，DNA在浓度为0.14moL/L的NaCl溶液中的溶解度最小，因此最适合析出DNA。

随着NaCl溶液浓度的增大或减小，溶解度均逐渐增大。

2.下列有关“DNA的粗提取与鉴定”实验的叙述，正确的是（　　）

A.利用DNA能溶于酒精溶液，而蛋白质不溶于酒精溶液，可将DNA与蛋白质分离

B.利用高温能使DNA变性，却对蛋白质没有任何影响的特性，可将DNA与蛋白质分离

C.利用DNA在0.14mol/LNaCl溶液中溶解度最大的特点，可将DNA与蛋白质分离

D.在DNA滤液中加入嫩肉粉，通过木瓜蛋白酶的作用，可将DNA与蛋白质分离

答案　D

解析　DNA不溶于酒精，而蛋白质等杂质溶于酒精，A项不正确。

蛋白质比DNA对温度的耐受性更差，因此更容易变性，B项不正确。

DNA在0.14mol/LNaCl溶液中溶解度最小，而蛋白质在该浓度的NaCl溶液中溶解度较大，因此可将DNA与蛋白质分离，C项不正确。

嫩肉粉中的木瓜蛋白酶只能催化蛋白质水解，而对DNA没有影响，因此，可将DNA与蛋白质分离，D项正确。

一题多变

在DNA的粗提取过程中，使用嫩肉粉分离DNA与蛋白质的原理是什么？

答案　利用了酶的专一性，嫩肉粉中的木瓜蛋白酶只能催化蛋白质水解，不能催化DNA水解。

二、“DNA粗提取与鉴定”实验设计与操作提示

（一）实验设计

1.实验材料的选取

选用DNA含量相对较高的生物组织。

2.破碎细胞，获取含DNA的滤液

（1）动物细胞的破碎

①选材及方法：

选用动物细胞作为实验材料时，由于其无细胞壁，因此可直接采用吸水涨破的方法。

②过程：

以鸡血为例

在鸡血细胞液中加入一定量的蒸馏水，同时用玻璃棒搅拌，细胞会吸水涨破，然后用纱布过滤，过滤后收集滤液即可。

（2）植物细胞的破碎

①方法：

需要先用洗涤剂溶解细胞膜。

②过程：

以提取洋葱的DNA为例。

在切碎的洋葱中加入一定的洗涤剂和食盐，进行充分地搅拌和研磨，过滤后收集研磨液。

3.去除滤液中的杂质

方案一

利用DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同，通过控制NaCl溶液的浓度去除杂质

方案二

直接在滤液中加入嫩肉粉，反应10～15min，嫩肉粉中的木瓜蛋白酶能够分解蛋白质

方案三

将滤液放在60～75℃的恒温水浴箱中保温10～15min，注意严格控制温度范围

4.DNA的析出

利用DNA不溶于冷却的酒精溶液这一原理，可从DNA溶液中析出比较纯净的DNA，此时DNA的状态为白色丝状物。

5.DNA的鉴定

将白色丝状物溶解于5mL物质的量浓度为2mol/L的NaCl溶液中，再加入4mL的二苯胺试剂，沸水浴加热5min，冷却后观察溶液的颜色，同时设计不含DNA的NaCl溶液作为对照。

（二）操作提示

1.以血液为实验材料时，每100mL血液中需要加入3g柠檬酸钠，防止血液凝固。

2.加入洗涤剂后，动作要轻缓、柔和，否则容易产生大量的泡沫，不利于后续步骤的操作。

加入酒精和用玻璃棒搅拌时，动作要轻缓，以免加剧DNA分子的断裂，导致DNA分子不能形成絮状沉淀。

3.鉴定DNA用的二苯胺试剂要现配现用，否则会影响鉴定的效果。

1.实验材料的选取

教材中所给的生物材料中，选取哺乳动物的红细胞与鸡血提取DNA哪个效果更好？

答案　用鸡的血液。

因为鸡血细胞核DNA含量丰富，材料易得，而哺乳动物的红细胞无细胞核，不含DNA。

2.实验操作分析

（1）实验中应采用什么方法使鸡血细胞破裂？

答案　在鸡血细胞液中加入蒸馏水，使鸡血细胞吸水涨破。

（2）提取菜花的DNA时，加入洗涤剂和食盐的作用分别是什么？

答案　洗涤剂能瓦解细胞膜，有利于DNA的释放；食盐的主要成分是NaCl，有利于DNA的溶解。

（3）实验过程要充分地搅拌和研磨，如果研磨不充分，会对实验结果产生怎样的影响？

答案　研磨不充分会使细胞核内的DNA释放不完全，提取的DNA量变少，导致看不到丝状沉淀物，用二苯胺鉴定不显示蓝色。

（4）实验过程中应如何使用玻璃棒搅拌？

为什么？

答案　搅拌时玻璃棒不能直插烧杯底部，并且搅拌要轻缓，以便获得较完整的DNA分子。

规律方法　DNA粗提取与鉴定实验中四个关键操作的目的

（1）两次加入蒸馏水

次数

目的

第一次

使鸡血细胞吸水涨破

第二次

稀释NaCl溶液，使DNA逐渐析出

（2）三次加NaCl溶液

次数

目的

第一次

溶解DNA，析出蛋白质等杂质

第二次

使DNA再溶解，为了获得含杂质较少的DNA

第三次

溶解DNA，以便DNA与二苯胺反应

（3）三次过滤

次数

目的

第一次

单层

除去细胞破碎后的细胞膜、核膜、糖类、蛋白质等，获得含核物质的滤液

第二次

两层

除去不溶于2mol/LNaCl溶液中的蛋白质等杂质，获得含DNA的滤液

第三次

多层

除去溶于0.14mol/LNaCl溶液中的杂质，获得含DNA的丝状物

（4）六次搅拌

次数

实验操作

目的

第一次

搅拌加蒸馏水的鸡血细胞液

加速细胞破裂

第二次

搅拌含DNA的高浓度盐溶液

加速DNA的溶解

第三次

搅拌加蒸馏水的NaCl溶液

析出DNA

第四次

搅拌含DNA的高浓度盐溶液

加速DNA的溶解

第五次

搅拌含DNA的酒精溶液

提取含杂质较少的DNA

第六次

搅拌含DNA的白色丝状物的盐溶液

加速DNA的溶解

3.在DNA的粗提取实验过程中，对DNA提取量影响较小的是（　　）

A.使鸡血细胞在蒸馏水中充分破裂，释放出DNA等核物质

B.搅拌时要用玻璃棒沿一个方向轻缓搅动

C.在析出DNA黏稠物时，要缓缓加入蒸馏水，直至黏稠物不再增多

D.要用冷酒精沉淀DNA，甚至可将混合液再放入冰箱中冷却

答案　B

解析　A项的做法是为了充分释放出核中的DNA分子，使进入滤液中的DNA尽量的多；C项是让DNA充分沉淀，保证DNA的量；D项的道理同C项；而B项的操作并不能使DNA增多或减少。

4.下图所示为DNA的粗提取与鉴定实验的实验步骤，请据图回答下列问题：

（1）请写出①②③④的实验步骤名称

①；

②；

③；

④。

（2）A、B两支试管中，试管中含有DNA，试管起对照作用。

答案　

（1）①提取细胞核物质　②析出DNA的黏稠物　③用冷却的酒精析出DNA　④DNA的鉴定　

（2）B　A

解析　在解答本题时，一定要先将图中的每一步操作都看清楚，然后根据图中的有关文字提示判断每一步实验操作的名称。

一题多变

（1）步骤②是如何操作的？

为什么能将DNA析出？

答案　在滤液中加入2mol/L的NaCl溶液，然后再加入蒸馏水，直到黏稠物不再增加为止。

能将DNA析出的原因是，DNA在NaCl溶液中的溶解度随着NaCl溶液浓度的改变而改变，在0.14mol/L时溶解度最低。

（2）步骤③的实验原理是什么？

答案　步骤③是根据DNA和某些蛋白质在酒精中的溶解度不同而进行操作的，DNA不溶于酒精，但某些蛋白质能溶于酒精，据此可以溶解一些杂质，析出含杂质较少的DNA。

1.蛋白酶能将蛋白质水解而使染色质中的DNA分离出来。

下列药品可达到上述同一目的的是（　　）

A.蒸馏水B.NaCl溶液C.NaOH溶液D.盐酸

答案　B

解析　蛋白酶是利用酶的专一性将DNA和蛋白质分离，而NaCl溶液则是利用DNA和蛋白质在该溶液中的溶解度不同将其分离。

2.下表有关“DNA粗提取和鉴定”的相关操作中所选取的试剂，不正确的是（　　）

选项