2019-2020学年高中生物 专题5 课题1 DNA的粗提取与鉴定教案 新人教版选修1

课题1DNA的粗提取与鉴定学习目标：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)1．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：ⅰDNA不溶于酒精溶液，但是细胞中的某些蛋白质则可溶于酒精。ⅱ蛋白酶能水解蛋白质，但对DNA没有影响。ⅲ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。ⅳ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――→沸水浴蓝色。2．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：ⅰ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。ⅱ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④DNA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。⑤DNA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。1．判断对错(1)用蒸馏水将NaCl溶液浓度调至0.14mol/L，滤去析出物。()(2)将丝状物溶解在2mol/LNaCl溶液中，加入二苯胺试剂即呈蓝色。()(3)用菜花替代鸡血作为实验材料，其实验操作步骤相同。()(4)调节NaCl溶液浓度或加入木瓜蛋白酶，可去除部分杂质。()提示：(1)×用蒸馏水将NaCl溶液浓度调至0.14mol/L后，过滤并收集析出物。(2)×利用二苯胺试剂鉴定DNA时，需沸水浴加热几分钟，才呈蓝色。(3)×用菜花为实验材料，需加入洗涤剂和食盐，并对材料进行研磨。(4)√2．在DNA粗提取与鉴定实验中，除去杂质时将滤液放在60～75℃的恒温水浴箱中保温10～15min的目的是()A．使DNA变性B．使蛋白质变性C．使DNA和蛋白质变性D．分解蛋白质B[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。在60～75℃的恒温水浴箱中保温10～15min，目的是使蛋白质变性，然后分离得到DNA。]DNA粗提取的原理和鉴定方法[合作交流]1．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。2．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。[归纳总结]1．DNA与蛋白质在NaCl溶液中的溶解度项目溶解规律2mol/L的NaCl溶液0.14mol/L的NaCl溶液DNA溶解析出蛋白质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；②选择适当的盐溶液就能使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特别提醒：高温和盐溶液对DNA和蛋白质的影响不同(1)盐析过程中DNA的空间结构不变，没有变性，只是溶解度在不同盐浓度下溶解度不同，因此改变盐浓度，可重新使DNA溶解。(2)高温使DNA和蛋白质变性时破坏的键不同。DNA变性时，氢键被破坏；降温时DNA能复性，是可逆过程。而蛋白质变性时往往是二硫键被破坏，因此蛋白质变性是不可逆的。[典题通关]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B[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沸水浴的情况下才能出现蓝色，D选项错误。](1)哺乳动物的成熟红细胞为什么适合用于制备细胞膜？(2)将NaCl溶液控制在0.14mol/L、将滤液溶解于冷却的酒精中，以上两种处理方法的目的是什么？提示：(1)因为哺乳动物的成熟红细胞中无细胞核和其他细胞器，只有细胞膜一种生物膜，所以适合用于制备细胞膜。(2)析出DNA。1．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A[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。]2．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DNAC．c点浓度最适合析出DNAD．d点浓度最适合析出DNAB[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。]DNA粗提取和鉴定的实验设计[合作交流]1．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。2．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。3．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。[归纳总结]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.实验操作分析(1)实验中有2次加入蒸馏水，第一次加入的目的是使鸡血细胞吸水涨破，第二次加入的目的是稀释NaCl溶液至0.14mol/L，从而析出DNA。(2)实验中有3次加入NaCl，作用均为溶解DNA。(3)实验中有4次过滤：第一次过滤第二次过滤第三次过滤第四次过滤滤液中含DNA的核物质DNA溶于0.14mol/LNaCl溶液的杂质DNA纱布上细胞膜、核膜等残片不溶于2mol/LNaCl溶液的杂质DNA不溶于2mol/LNaCl溶液的杂质过滤前加入的物质蒸馏水NaCl溶液蒸馏水NaCl溶液过滤目的去除细胞膜、核膜等杂质去除不溶于2mol/LNaCl溶液的杂质去除溶于0.14mol/LNaCl溶液的杂质去除不溶于2mol/LNaCl溶液的杂质特别提醒：DNA的粗提取与鉴定中的注意事项(1)过滤含DNA的黏稠物时不能用滤纸代替纱布，否则会因DNA被吸附到滤纸上，而导致DNA大量损失。(2)用玻璃棒搅拌时，动作要缓慢且沿同一方向进行，目的是防止DNA被破坏。(3)盛放鸡血细胞液的容器最好是塑料器具，因为DNA易被玻璃制品吸附，影响最终的DNA提取量。最后提取DNA用于鉴定时，可用玻璃棒将DNA卷出。(4)二苯胺试剂要现配现用，否则二苯胺会变成浅蓝色，影响鉴定效果。(5)鉴定DNA还可使用甲基绿染液，甲基绿染液可将DNA染成绿色。[典题通关]如图所示为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。[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。[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DNA④DNA的鉴定(2)BA(1)步骤②是如何操作的？为什么能将DNA析出？(2)步骤③的实验原理是什么？提示：(1)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