2019-2020学年高中生物 专题5 DNA和蛋白质技术 5-1 DNA的粗提取与鉴定课件 新人教

05DNA和蛋白质技术专题导航本专题分三个课题：“DNA的粗提取与鉴定”“多聚酶链式反应扩增DNA片段”“血红蛋白的提取和分离”。生物体的基本组成物质中都有核酸和蛋白质，核酸是遗传信息的携带者，生命活动的控制者；蛋白质是生命活动的主要承担者，生命活动的体现者。本专题将两大生命物质化抽象为具体，利用三个探究性实验，定性或定量地探究了从生物体内直接提取DNA的体外扩增技术、从生物体内直接提取血红蛋白。在这三个课题中渗透了探究实验设计的原则要求，渗透了物质提取、分离、纯化的一些基本技术。做好这些课题，会提高学生的动手操作能力。学法指导该专题以有关DNA和蛋白质的有关知识为基础，以探究实验的原则为背景，培养学生的实验思想和动手能力。学习时应先回顾相关知识，了解提取生物大分子的基本思想和方法，然后预习相关课题，并根据课题需要，广泛查阅搜索相关资料，理解实验原理，熟悉操作步骤，达到独立完成实验的目的。课题1DNA的粗提取与鉴定课标解读知识目标1．了解DNA的物理、化学性质2．理解DNA粗提取以及DNA鉴定的原理能力目标1．尝试对植物或动物组织中的DNA进行粗提取及鉴定2．尝试用二苯胺鉴定DNA情感态度与价值观培养学生崇尚科学的探索精神，养成实事求是的科学态度，树立科学的世界观课前导学1．提取生物大分子的基本思路是选用一定的________或______方法分离具有不同______或__________的生物大分子。2．DNA与蛋白质、RNA和脂质的化学性质不同。DNA能溶于NaCl溶液，DNA在不同浓度的NaCl溶液中的溶解度不同，在________mol/L的NaCl溶液中溶解度最小。DNA不溶于酒精，但______________溶于酒精，利用这一原理，可以将DNA与蛋白质进一步分离。3．__________能水解蛋白质，但是对DNA没有影响；大多数蛋白质不能忍受______________的高温，而DNA在________以上才会变性；洗涤剂能瓦解________，但对DNA没有影响。4．在__________条件下，DNA遇________会被染成蓝色。因此，________可以作为鉴定DNA的试剂。5．进行DNA的粗提取实验，选用_______的生物组织，成功的可能性更大，动物细胞的破碎比较容易，以鸡血为例，在鸡血细胞液中加入一定量的________，同时________，过滤后收集滤液即可。如果是植物细胞，需要先用__________溶解__________。答案1．物理化学物理化学性质2．0.14细胞中的某些蛋白质3．蛋白酶60～80℃80℃细胞膜4．沸水浴二苯胺二苯胺5．DNA含量相对较高蒸馏水用玻璃棒搅拌洗涤剂细胞膜知识点解读知识点一DNA提取与鉴定的原理1．DNA的理化性质DNA是由单体脱氧核苷酸聚合而成的多聚体，是生命的基础物质之一，是白色黏状物。其物理性质包括溶解性，对酶、高温和洗涤剂的耐受性。(1)溶解性①DNA能溶解于NaCl溶液，在不同浓度的NaCl溶液中，DNA的溶解度不同。当NaCl溶解浓度为0.14mol/L时，其溶解度最小。利用这一特点，选择适当的食盐浓度，就能使DNA充分溶解，使杂质沉淀(或者使DNA析出而杂质溶解)，以达到提取DNA的目的。②DNA不溶于酒精，但细胞中的某些蛋白质则可溶于酒精，利用这一原理，可以将DNA与蛋白质进一步分离，得到较为纯净的DNA。(2)DNA对酶、高温和洗涤剂的耐受性蛋白酶能水解蛋白质，但是对DNA没有影响。大多数蛋白质不能忍受60～80℃的高温，而DNA在80℃以上才能变性。洗涤剂能够瓦解细胞膜，但对DNA没有影响，这是破碎细胞、释放DNA的前提。2．DNA的鉴定二苯胺鉴定法在沸水浴条件下，DNA遇二苯胺会被染成蓝色，可以用二苯胺作为鉴定DNA的试剂。【例1】下图中能反映DNA溶解度与NaCl溶液浓度之间关系的是()【解析】DNA在NaCl溶液中的溶解度，是随着NaCl浓度的变化而改变的。当NaCl的物质的量浓度为0.14mol/L时，DNA的溶解度最低。【答案】C知识点二DNA的粗提取与鉴定的实验设计本实验是一个鉴定性实验，最重要的是理解实验的思路和方法。1．实验材料选取凡是含有DNA的细胞，都可作为提取DNA的材料，但一般选择DNA含量高的生物组织。有些材料不宜选用，如哺乳动物的红细胞无细胞核，无法提取DNA，实验中一般选用鸡血或菜花作为实验材料，也可用蒜黄、鲜豌豆种子、香蕉、洋葱、菠菜、马铃薯、动物肝脏，甚至是培养液中高浓度的大肠杆菌等微生物。【例2】下列各项中不宜选作DNA提取材料的是()A．洋葱表皮细胞B．鲜豌豆种子C．人的红细胞D．猪肝【解析】DNA提取材料的首要条件是细胞要含有DNA，次要条件是DNA的含量丰富，A、B、D选项都符合要求。而哺乳动物成熟的红细胞无细胞核，所以不宜选作实验材料。【答案】C本实验中如选用鸡血作为实验材料，需注意以下两点：(1)实验材料必须准备充足。本实验所用的实验材料是鸡血细胞液，由活鸡的鲜血经沉淀后获得。每班至少需要390mL鸡血。(2)盛放鸡血细胞液的容器，最好是塑料容器。鸡血细胞破碎以后释放出的DNA，容易被玻璃容器吸附。实验过程中最好使用塑料的烧杯和试管，这样可以减少提取过程中DNA的损失。2．破碎细胞，获取含DNA的滤液(1)动物细胞的破碎及过滤(以鸡血细胞为例)鸡血细胞的DNA位于细胞核中，正常情况下不会释放出来，而实验中通常采用向鸡血细胞液中加入蒸馏水并搅拌的方法。鸡血细胞渗透吸水，使血细胞破裂，释放DNA，同时用玻璃棒快速搅拌，加速鸡血细胞的破裂。在血细胞释放出的内含物中含有DNA、RNA、蛋白质等。(2)植物细胞作为实验材料(以菜花为例)如果实验材料是菜花等植物细胞，需要先用洗涤剂溶解细胞膜。在提取菜花的DNA时，首先在切碎的菜花中加入一定洗涤剂和食盐，进行充分的搅拌和研磨，然后过滤收集研磨液。加入洗涤剂可以瓦解细胞膜，从而释放出DNA，加入食盐能够使DNA溶解，并与蛋白质分离。3．去除滤液中的杂质根据DNA、蛋白质、RNA在不同浓度食盐水中的溶解度不同，不同的酶对蛋白质、DNA等的作用不同，以及温度对蛋白质结构的影响，来使DNA溶解沉淀或相反，以达获取较纯净的DNA的目的。常用的方法有NaCl溶液溶解洗涤法，嫩肉粉中木瓜蛋白酶水解法，60～75℃的恒温水浴箱保温法。(见实验思路及原理)【例3】关于DNA粗提取的实验材料的选择，也经过了多次实验效果的比较，最终选择鸡血作实验材料。请回答下列问题：(1)鸡血细胞中红细胞含__________，家鸡属于鸟类，新陈代谢旺盛，因而血液中__________细胞数目较多，可以提供丰富的__________。(2)实验前老师以鸡血细胞液供同学们作实验材料，而不用鸡血，主要原因是______________________________。(3)在牧区采集牛、羊和马血比较方便，若用该材料按实验要求完成实验步骤后，结果是____________________，这是因为这些动物和人类一样，____________________。但若改用动物肝脏做实验材料，实验能顺利进行，这是因为________________________________________________________________________。(4)若选用动物肝脏做实验材料，在提取之前，最好增加__________程序，使组织细胞更易分离。【解析】(1)鸡红细胞中含有成形的完整的细胞核，而且红细胞数量比较多，因而DNA量也较丰富。(2)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的相对含量提高了。(3)哺乳动物成熟的红细胞中无细胞核，在实验中很难提取到DNA，但肝细胞中有细胞核，并且肝组织易破坏，有利于DNA的提取。(4)若使肝脏组织易分离，将肝脏组织剪碎，研磨是一种简便易行的方法。【答案】(1)细胞核红DNA(2)鸡血细胞液中DNA相对含量高(3)很难提取到DNA成熟红细胞中无细胞核肝细胞有细胞核(4)研磨【例4】若选择的实验材料为植物细胞，破碎细胞时要加入一定量的洗涤剂和食盐。加入食盐的目的是()A．利于DNA的溶解B．分离蛋白质C．溶解细胞膜D．溶解蛋白质【解析】在以植物细胞为实验材料，破碎细胞时加入洗涤剂的目的是瓦解细胞膜，使DNA释放出来；而加入食盐的目的是溶解DNA。【答案】A知识点三实验操作1．以鸡血为实验材料进行DNA的粗提取整个实验共“三次过滤、三次溶解、二次析出”具体过程如下表：方法步骤加入物质目的1.制备鸡血细胞液柠檬酸钠溶液防止血液凝固2.提取鸡血细胞核物质20mL蒸馏水加速血细胞破裂3.溶解细胞核内的DNA2mol/L的NaCl溶液40mL溶解DNA4.析出含DNA的黏稠物蒸馏水将2mol/L的NaCl溶液稀释至0.14mol/L，使得DNA最大限度地析出5.滤取含DNA的黏稠物使含DNA的黏稠物被留在纱布上6.将DNA的黏稠物再溶解2mol/L的NaCl溶液20mL使DNA的黏稠物尽可能多地溶解于溶液中7.过滤含DNA的NaCl溶液除去含DNA的滤液中的杂质8.提取含有杂质较少的DNA冷却的95%的酒精50mL提取DNA9.DNA的鉴定A：(1)向试管中加入2mol/L的NaCl溶液5mL(2)加入DNA(3)4mL二苯胺试剂，将试管置于沸水中加热5minB：(1)向试管中加入2mol/L的NaCl溶液5mL(2)4mL二苯胺试剂，将试管置于沸水中加热5minA出现蓝色，B无变化2.以菜花为实验材料进行DNA的粗提取(1)取材：称取30g菜花，去梗取花，切碎。(2)研磨：将碎菜花放入研钵中，倒入10mL研磨液，充分研磨10min。(3)过滤：在漏斗中垫上尼龙纱布，将菜花研磨液过滤到烧杯中(有条件的学校可将滤液倒入塑料离心管中进行离心，用1000r/min的转速，离心2～5min，取上清液放入烧杯中)。在4℃冰箱中放置几分钟后，再取上清液。(4)沉淀：将一倍体积的上清液倒入两倍体积的体积分数为95%的预冷乙醇溶液中，并用玻璃棒缓缓、轻轻地搅拌溶液(玻璃棒不要直插到烧杯底部)。沉淀3～5min后，可见白色的DNA絮状物出现。用玻璃棒缓缓旋转，将絮状物缠绕在玻璃棒上。(5)DNA的鉴定：利用二苯胺法对提取的DNA进行定性鉴定。亦可利用比色法对提取的DNA进行定量检测。【例5】下图为“DNA的粗提取与鉴定”实验装置：(1)该实验依据的原理是()A．DNA在NaCl溶液中的溶解度随NaCl溶液浓度的不同而不同B．利用DNA不溶于酒精的性质，可除去细胞中溶于酒精的物质而得到较纯的DNAC．DNA是大分子有机物，不溶于水而溶于某些有机物溶剂D．在沸水浴中DNA遇二苯胺会出现蓝色反应(2)在图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，再在溶液中加入2mol/L的NaCl溶液的目的是__________；图C所示实验步骤中加蒸馏水的目的是__________。(3)鉴定DNA的方法是，向溶有DNA丝状物的试管中加入__________试剂，混合均匀后，将试管置于沸水浴中加热5min，冷却后可观察到溶液呈__________；也可取少许DNA丝状物置于载玻片上，滴一滴__________溶液，片刻后用水冲洗，可见丝状物被染成__________。【解析】(1)本实验依据的原理是A、B、D三个方面，必须明确的是当NaCl的浓度为0.14mol/L时DNA的溶解度最低，具体操作时用2mol/L的NaCl溶液，再加水稀释至黏稠物不再增多时，表明该溶液浓度即为0.14mol/L。(2)图A、B、C所示为本实验的三个关键步骤。图A通过添加蒸馏水，血细胞与蒸馏水相混合而使血细胞处于极度低渗的环境之中，细胞因大量吸水而致最终破裂，并释放出胞内物。图B通过纱布过滤使血细胞释放出的D