学年人教版选修1 专题5 课题1 DNA的粗提取与鉴定 学案.docx

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学年人教版选修1专题5课题1DNA的粗提取与鉴定学案

课题1　DNA的粗提取与鉴定

1．了解DNA的物理、化学性质。

（重点）

2．理解DNA粗提取以及DNA鉴定的原理。

（重点）

3．尝试对植物或动物组织中的DNA进行粗提取。

（难点）

提取DNA的思路及原理

1．基本思路

（1）提取生物大分子的基本思路是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）对于DNA的粗提取而言，就是要利用DNA与RNA、蛋白质和脂质等在物理或化学性质方面的差异，提取DNA，去除其他成分。

2．实验原理

（1）分离原理：

DNA和蛋白质等其他成分在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同，利用这一特点，选择适当的盐浓度就能使DNA充分溶解，而使杂质沉淀，或者相反，以达到分离的目的。

（2）提纯原理：

①DNA不溶于酒精溶液，但是细胞中的某些蛋白质则可溶于酒精。

②蛋白酶能水解蛋白质，但对DNA没有影响。

③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。

④洗涤剂能够瓦解细胞膜，但对DNA没有影响。

（3）鉴定原理：

DNA＋二苯胺蓝色。

探讨：

如何通过控制NaCl溶液的浓度使DNA在盐溶液中溶解或析出？

提示：

用物质的量浓度高于或低于0.14mol/L的NaCl溶液可溶解DNA，用物质的量浓度为0.14mol/L的NaCl溶液可析出DNA。

探讨：

DNA和蛋白质在酒精中的溶解性有何特点？

根据该特点如何将DNA与蛋白质进一步分离？

提示：

DNA不溶于酒精溶液，某些蛋白质能溶于酒精溶液。

向溶解有DNA和蛋白质的溶液中加入冷却的酒精溶液，溶液中会出现白色丝状物即DNA。

1．DNA粗提取的原理

溶解规律

2mol/L

NaCl溶液

0.14mol/L

NaCl溶液

DNA

溶解

析出

蛋白质

NaCl溶液浓度从2mol/L降低的过程中，蛋白质溶解度逐渐增大

部分发生盐析沉淀

溶解

总结

①DNA和蛋白质等其他成分在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同。

在NaCl溶液浓度低于0.14mol/L时，DNA的溶解度随NaCl溶液浓度的增加而逐渐降低；在0.14mol/L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

②选择适当的盐浓度就能使DNA充分溶解，而使杂质沉淀，或者相反，以达到分离目的

2.利用耐受性提取DNA

项目

DNA

蛋白质

蛋白酶

没影响

水解

高温

80℃以上才会变性

60～80℃会变性

洗涤剂

没影响

瓦解细胞膜

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DNA

B．b点浓度最适合析出DNA

C．c点浓度最适合析出DNA

D．d点浓度最适合析出DNA

【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。

【答案】　B

2．在混合物中提取DNA分子的基本思路是（　　）

A．根据各种大分子的理化性质的差异

B．根据各种大分子的理化性质的共性

C．根据各种大分子在细胞内的功能

D．根据各种大分子的结构和在细胞内的位置

【解析】　提取DNA分子是将DNA与其他物质分开，因此利用的是大分子的理化性质的差异。

【答案】　A

DNA的粗提取与鉴定的实验设计

1．方法步骤

（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——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，过滤后收集滤液即可。

②植物细胞的破碎——以洋葱为例：

先将洋葱切碎，然后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

方案二

方案三

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

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

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的进一步提纯：

利用DNA不溶于酒精溶液这一原理，可从溶液中析出较纯净的DNA，此时DNA的状态为白色丝状物。

（5）DNA的鉴定：

将呈白色丝状物的DNA溶解于5mL物质的量浓度为2_mol/L的NaCl溶液中，再加入4mL的二苯胺试剂，沸水中加热5min，冷却后观察溶液的颜色，注意要同时设置对照实验。

2．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用的染色剂二苯胺试剂要现配现用，否则会影响鉴定的效果。

探讨：

可否选用哺乳动物成熟红细胞作实验材料，为什么？

提示：

不可以，因为哺乳动物成熟红细胞无细胞核。

探讨：

提取DNA时，要加入洗涤剂和食盐并充分研磨，作用分别是什么？

提示：

洗涤剂是一些离子去污剂，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。

研磨不充分会使细胞核内的DNA释放不完全，提取的DNA量少，影响实验结果。

探讨：

为什么反复地溶解与析出DNA?

提示：

用高盐浓度的NaCl溶液溶解DNA，能除去在高盐中不能溶解的杂质；用低盐浓度的NaCl溶液使DNA析出，能除去溶解在低盐溶液中的杂质。

因此，通过反复溶解与析出DNA，就能够除去与DNA溶解度不同的多种杂质。

1．DNA的粗提取与鉴定的实验过程

步骤

操作方法

原理

一、制备鸡

血细胞液

取0.3g/mL的柠檬酸钠溶液10mL，与100mL新鲜的鸡血混匀，然后静置一天或离心机离心约2～3min，除去上清液

防止血

液凝固，

使血细

胞与血

浆分离

二、提取细

胞核物质

取20mL蒸馏水与5～10mL的鸡血细胞液混合并充分搅拌，然后用3～4层纱布过滤，取滤液于烧杯中

使细胞

过度吸

水而破

裂

三、溶解

DNA

取2mol/L的NaCl溶液40mL与上述滤液混合后，用玻璃棒沿一个方向搅拌1min，然后过滤

DNA在

高浓度

NaCl溶

液中溶

解度较

大

四、析出

DNA

并过滤

沿烧杯内壁慢慢加入蒸馏水并轻轻搅拌，至白色丝状黏稠物不再增加时停止加水，然后用多层纱布过滤

在一定

范围内

DNA的

溶解度

随NaCl

溶液浓

度的降

低而降

低

五、DNA

的再溶解

用镊子夹取纱布上的黏稠物放入20mL浓度为2mol/L的NaCl溶液中，搅拌至完全溶解，然后用两层纱布过滤，取其滤液放入小烧杯中

DNA在

高浓度

NaCl溶

液中溶

解度较大

六、提取较

纯净的

DNA

取体积分数为95%的冷却酒精溶液50mL，与滤液混合搅拌，待出现丝状物时用玻璃棒将其卷起

DNA不

溶于酒

精，出现

沉淀

七、DNA

的鉴定

取两支20mL的试管，各加入物质的量浓度为2mol/L的NaCl溶液5mL，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4mL的二苯胺试剂，混合均匀后，将试管置于沸水中加热5min，等试管冷却后，观察并且比较两支试管中溶液颜色的变化

DNA遇

二苯胺

（沸水浴）

会被染

成蓝色

2.实验过程中各操作的目的

（1）实验中两次加入蒸馏水的目的不同

①在第二步中，目的是使鸡血细胞吸水涨破，加蒸馏水后必须充分搅拌，不应少于5min，使血细胞充分吸水涨破。

②在第四步中，目的是为了稀释NaCl溶液，使DNA逐渐析出。

（2）实验中三次加入NaCl溶液的目的

①在第三步中，加入NaCl溶液后必须充分搅拌，加速染色质中DNA与蛋白质的分离，使DNA充分游离并溶解在NaCl溶液中。

②在第五步中，加入NaCl溶液的目的是使DNA溶解。

③在第七步（即DNA鉴定环节）中，加入NaCl溶液的目的是溶解DNA。

3．实验中三次过滤的比较

比较项目

第一次过滤

第二次过滤

第三次过滤

过滤前加入物质

蒸馏水

NaCl

蒸馏水

加入物质后NaCl

溶液浓度（mol/L）

0

2

0.14

滤液中

含DNA

的核物质

DNA

溶于0．14mol/L

NaCl溶液的杂质

纱布上

细胞膜、

核膜等残片

不溶于2mol/L

NaCl溶液的杂质

DNA

过滤目的

去除细胞膜、

核膜等杂质

去除不溶于2mol/L

NaCl溶液的杂质

去除溶于0．14mol/L

NaCl溶液的杂质

1．将粗提取的DNA丝状物分别加入0.14mol/LNaCl溶液、2mol/LNaCl溶液、体积分数为95%的酒精溶液中，然后用放有纱布的漏斗过滤，分别得到滤液P、Q、R以及存留在纱布上的黏稠物p、q、r，其中由于含DNA少可以丢弃的是（　　）

A．P、Q、R　　　　　　B．p、q、r

C．P、q、RD．p、Q、r

【解析】　DNA在0.14mol/LNaCl溶液中溶解度最小，过滤后DNA在黏稠物p中，可以丢弃P；DNA在2mol/LNaCl溶液中溶解过滤后，DNA在滤液中，可以丢弃q；DNA不溶于体积分数为95%的酒精溶液，所以过滤后DNA在黏稠物r中，可以丢弃R。

【答案】　C

2．与析出DNA黏稠物有关的叙述，不正确的是（　　）

A．操作时缓缓滴加蒸馏水，降低DNA的溶解度

B．在操作时，用玻璃棒轻缓搅拌，以保证DNA分子的完整性

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．当丝状黏稠物不再增加时，此时NaCl溶液的浓度相当于0.14mol/L

【解析】　向含有DNA的溶液中加入蒸馏水后，NaCl溶液的浓度会变小，当NaCl溶液的浓度为0.14mol/L时，DNA的溶解度最小而析出。

【答案】　C

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

【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沉淀析出的量；D项的道理同C项；而B项的操作并不能使DNA增多或减少。

【答案】　B

1．在“DNA的粗提取与鉴定”实验过程中，有两次DNA沉淀析出，其依据的原理是（　　）

①DNA在物质的量浓度为0.14mol/L的NaCl溶液中溶解度最低

②DNA在冷却的体积分数为95%的酒精中能沉淀析出

A．两次都是①

B．两次都是②

C．第一次是①，第二次是②

D．第一次是②，第二次是①

【解析】　本题考查DNA粗提取的原理，DNA的第一次析出是利用DNA的溶解度在0.14mol/LNaCl溶液中最小而析出沉淀的。

第二次析出是利用DNA不溶于冷却的体积分数为95%的酒精，而蛋白质等杂质可溶解于冷却的体积分数为95%的酒精这一原理，达到对第一次析出的DNA进一步分离提纯的目的。

【答案】　C

2．向溶有DNA的2mol/L的氯化钠溶液中不断加入蒸馏水，在这个过程中DNA和杂质蛋白等溶解度变化情况分别是（　　）【导学号：

05520036】

A．减小，减小　　　　　　B．增大，增大

C．先减小后增大，增大D．减小，增大

【解析】　加入蒸馏水后，DNA溶解度随着氯化钠溶液的浓度降低而减小，至0.14mol/L时达到最小，继续加入蒸馏水，DNA溶解度增大。

蛋白质等杂质的溶解度随着氯化钠溶液的浓度降低而增大。

【答案】　C

3．下列关于“DNA的粗提取与鉴定”实验的叙述中，正确的是（　　）

A．用鸡血作为材料，原因是鸡血红细胞有细胞核，其他动物红细胞没有细胞核

B．用不同浓度的NaCl溶液进行DNA粗提取，原因是DNA在其中溶解度不同

C．用酒精进行提纯，原因是DNA溶于酒精，蛋白质不溶于酒精

D．用二苯胺试剂进行鉴定，原因是DNA溶液中加入二苯胺试剂即呈蓝色

【解析】　只有哺乳动物的成熟红细胞没有细胞核，A选项错误；DNA不溶于酒精，蛋白质溶于酒精，所以可用冷却的酒精来对DNA进行提纯，C选项错误；DNA溶液中加入二苯胺试剂后要在水浴加热的情况下才能出现蓝色，D选项错误。

【答案】　B

4．“DNA的粗提取和物理性状观察”实验装置如图所示，分析回答：

（1）实验材料选用鸡血细胞液，而不用鸡全血，主要原因是鸡血细胞液中含有较高含量的________。

（2）在图中A所示的实验步骤中加蒸馏水的目的是_____________________，通过图B所示的步骤取得滤液，再在滤液中加入2mol/LNaCl溶液的目的是_______________________。

图中C所示实验步骤中加蒸馏水的目的是________。

【解析】　根据DNA的粗提取与鉴定的原理：

血细胞在蒸馏水中易吸水而导致细胞膜和核膜的破裂。

利用此特性可得到含有核DNA的溶液。

鸡的全血包括血浆和血细胞，血浆中无DNA，全血中除去血浆后即是浓缩的血细胞液，DNA的含量相对提高了。

分析该实验的步骤可知，只有向血细胞液中加蒸馏水时血细胞才吸水破裂，得到DNA，为了使DNA呈溶解状态，应将物质的量浓度为2mol/L的NaCl溶液加入滤液中。

在实验中进行A图的操作时，必须充分搅拌不少于5min；B图过滤时采用3～4层纱布；当NaCl溶液加入血细胞滤液中后，必须充分晃动烧杯，使二者混合均匀。

【答案】　

（1）DNA　

（2）加速细胞膜和核膜破裂　　使滤液中的DNA溶于浓盐溶液　使DNA析出

课堂小结：

网络构建

核心回扣

1.DNA在0.14mol/LNaCl溶液中溶解度最低。

2．DNA不溶于酒精，但是细胞中的某些蛋白质溶于酒精，可利用酒精将DNA和蛋白质分开。

3．DNA对蛋白酶、高温和洗涤剂有耐受性。

4．在加热条件下，DNA遇二苯胺会被染成蓝色。

5．哺乳动物成熟的红细胞不含细胞核，不能作为提取DNA的实验材料。

若选取肝脏细胞或植物细胞，则必须充分研磨。

6．实验中加入柠檬酸钠的作用：

作为抗凝剂，防止血液凝固。