DNA的粗提取与鉴定教案

Sy-9 DNA的粗提取与鉴定
一、教材分析
本实验既是对组成细胞化合物的验证，也是加强学生对细胞中化合物的提取原理、方法、技巧的理解掌握，同时还是历年来各种考核的热点。因此，本实验的成功与否关系重大。
教材首先介绍了该实验的“实验原理”:
(1)DNA在氯化钠溶液中的溶解度，是随着氯化钠的浓度变化而改变进行提取。
(2)利用DNA不溶于酒精而细胞中的某些物质能溶于酒精进行提纯。
(3)利用DNA遇二苯胺(沸水浴)会染成蓝色进行鉴定。
教材接着说明了DNA的粗提取与鉴定的“目的要求”:
要求学生初步掌握DNA的粗提取和鉴定的方法,观察提取出来的DNA物质。
教材第三部分清楚地列出了该实验的 “材料用具”:
特别是所列酒精、蒸馏水、柠檬酸钠溶液、氯化钠溶液、二苯胺试剂，在实验中一定要搞清楚它们的作用。
教材第四部分更为详细地介绍了该实验的“方法和步骤”。
从取鸡血细胞、DNA的提取过程，一直到用二苯胺进行鉴定点滴不漏地作了说明。
为此，我们从如下几方面对该实验做了本质性的准备:
1.知识结构的联系:明确鸡血细胞的结构和物质组成，它是由细胞膜、细胞质、细胞核构成；细胞核又包括核膜、核液、核仁、染色质(染色体)；染色质主要是由DNA和蛋白质组成的，所以要想对DNA进行提取，必须把细胞弄破，然后采用相应的原理和方法才能提取出来。
2.相关知识的迁移:掌握该实验的知识点，对巩固《生命的物质基础》(核酸)、《生物的生殖和发育》(减数分裂、受精作用过程中DNA含量的变化)、《遗传和变异》以及“基因工程”打下较好的理论基础。
3.实验操作的关键:该实验成败的关键是提取。
一则选材:鸡血细胞核DNA含量丰富且易得；鸡血细胞很易吸水胀破。
二则氯化钠浓度变化: DNA的粗提取中必须通过几次准确的氯化钠浓度变化方可，否则提取的量不足。所以教师必须精心设计，认真组织，否则，实验难以成功。
二、教学目标
1.知识目标：
(1)获得鸡血细胞的方法(B:识记)；
(2)提取鸡血细胞核物质的方法(C:理解)；
(3)提取含杂质较少的DNA的方法(C:理解)；
(4)DNA鉴定的方法(C:理解)。
2.能力目标：
(1)理解相关溶液的作用机理，培养学生的分析能力；
(2)通过DNA的粗提取，培养学生的动手能力。
三、重点·实施方案
重点：
1.掌握DNA的粗提取与鉴定的技术；
2.理解各步骤中的实验原理。
实施方案：
1.对每小组进行关键步骤的指导；
2.对每关键步骤的原理进行分析讲解。
四、难点·突破策略
难点：
DNA的粗提取
突破策略：
1.板书DNA的粗提取程序和重要环节；
2.诱导学生理解各种溶液的用途或作用。
五、实验原理：
1.血细胞在蒸馏水中会渗透吸水过度而导致细胞膜和细胞核膜的破裂。利用此特性可得到含有DNA的溶液；
2.DNA在氯化钠溶液中的溶解度，是随着氯化钠的浓度的变化而改变的。当氯化钠的物质的量浓度为0.14 mol／L时，DNA的溶解度最低。利用这一原理，可以使溶解在氯化钠溶液中的DNA析出；
3.DNA不溶于酒精溶液，但细胞中的某些物质则可以溶于酒精，利用这一原理，可以进一步提取出含杂质较少的DNA；
4.DNA遇二苯胺(沸水浴)会染成蓝色，因此，二苯胺可以作为鉴定DNA的试剂。
六、材料用具
1.材料：
鸡血细胞液；预冷的95%的酒精溶液；蒸馏水；质量浓度为0.1 g／mL的柠檬酸钠溶液；物质的量浓度分别为2 mol/L和0.015 mol/L的氯化钠溶液；二苯胺试剂。
2.用具：
铁架台、铁环、镊子、三角架、酒精灯、石棉网、载玻片、玻璃棒、滤纸、滴管、量筒、烧杯(不同大小)、试管、漏斗、试管夹、纱布。
七、操作指导
指导学生预习:结合教材的知识结构和实验目标预习该实验内容，从理论上掌握鸡血细胞的获取；鸡血细胞核物质的提取及纯化和鉴定方法。
指导学生提取:
(1)让鸡血细胞在低渗溶液中吸水胀破、释放最多的DNA。
(2)让DNA处在0.14 mol/L的氯化钠溶液中尽可能地析出。
(3)用预冷的95%的酒精尽可能除去其他细胞物质，得到更纯化的DNA。
八、课时安排：l课时
十、教学过程
导言
提问:
1.DNA的化学组成和主要功能是什么
2.DNA主要存在于细胞的什么结构中
3.为什么说染色体是遗传物质的主要载体
上一节课我们学习了染色体是遗传物质的主要载体，且通过两个经典实验证明了DNA是遗传物质。那么细胞中是否有DNA呢 这节课通过实验证明。
教学目标达成
实验十一 DNA的粗提取和鉴定
教师展示:制鸡血细胞液(加抗凝剂)→获得鸡血细胞(离心或静置)→获得鸡血细胞核物质(提核物质→溶解→析出→溶解→析出)→鉴定DNA(用二苯胺)
I.提取血细胞(柠檬酸钠、离心) Ⅱ.提取核物质(蒸馏水、过滤)
Ⅲ.用NaCl提取DNA(NaCl、过滤) Ⅳ.用酒精提取DNA(酒精、过滤)
V.用二苯胺鉴定DNA(二苯胺试剂) 整个实验共“三次过滤，两次析出，五次搅拌”
注意事项
(1)血细胞液加水后，必须充分搅拌(不少于5 min)，否则血细胞核不会充分破碎，溶解出的DNA就会减少。过滤时采用单层纱布。
(2)当NaCl溶液加入至血细胞滤液中之后，必须充分晃动烧杯，使二者混合均匀。这样才能使DNA充分溶解于浓NaCl溶液中。
(3)所用酒精必须是充分预冷(在冰箱中5℃以下冷却24h以上)才能使用。冷酒精与含DNA的NaCl溶液的体积比是2：1。提取DNA丝状物的方法是缓缓旋转玻棒。
(4)做步骤Ⅲ时加入蒸馏水的量应充足。
由于被稀释的原液体积仅为60mL左右，学生担心蒸馏水加过量，往往加到大半烧杯时就终止了。
预防措施有二:①布置学生计算需加的蒸馏水量(V×0.14=2×0.04 V=0.571L=571L)；②使用有500 mL刻度的烧杯。
(5)盛放鸡血细胞液的容器和实验中的烧杯及试管最好也是塑料制的，因为玻璃制品表面带电荷，DNA中的磷酸基带相反的电荷，会被吸附于玻璃表面，减少DNA含量。
学生操作:依黑板程序和教材的具体步骤进行操作，强调要把握浓度。
教师指导:集体提示结合分组指导。
1.制鸡血细胞。由教师课前完成，但要明确柠檬酸钠溶液的作用和离心、静置的目的。
2.获得鸡血细胞核物质。
a.应用低渗原理和机械搅拌使细胞破裂并过滤。这是关键步骤,直接决定提出的核物质多少及实验结果，教师指导操作。
b.溶解细胞核内的DNA:用2 mol/L的氯化钠溶液。
c.析出含DNA的黏稠物并过滤。这又是一关键步骤，教师亲自指导:
(1)要慢慢注入蒸馏水，防止加入过量再重新溶解(即把握浓度达到0.14 mo1／L)。
(2)轻轻沿一方向搅拌，有利于DNA的析出、附着、缠绕。
d.再溶解DNA的黏稠物并过滤。用浓度为2 mol/L的氯化钠溶液。
e.提取含杂质较少的DNA。用预冷的95%的酒精，原因:
(1)可抑制核酸水解酶活性，防止降解。
(2)降低分子运动，易于形成沉淀析出。
(3)低温有利于增加DNA分子柔韧性，减少断裂。
注意观察丝状物的颜色。
3.DNA的鉴定。用二苯胺在沸水浴与DNA出现蓝色。
注意设立对照实验。
注:多年的教学经验得出:
(1)学生在操作中常常产生不能形成粘稠物，制取的DNA粗制品有红色(血红蛋白的颜色)或由于加入溶液和搅拌过程不科学导致实验现象不明显等现象，所以在关键步骤中教师要亲自指导。
(2)实验过滤时用两层纱布效果较好。
(3)使用玻璃棒时用细玻璃棒效果更佳。
为了加深学生理解本实验过程各步骤使用的溶液，投影显示如下表格并讨论:
方法步骤 加入物质 目的
1.制备鸡血细胞液 柠檬酸钠溶液 ①
2.提取鸡血细胞细胞核物质 20 m1蒸馏水 ②
3.溶解细胞核内的DNA 2 m1／L的NaCI溶液40mL ③
4.析出含DNA的黏稠物 蒸馏水 ④
5.滤取含DNA的黏稠物 ⑤
6.将DNA的黏稠物再溶解 2 mol／L的NaCl溶液20 mL ⑥
7.过滤含DNA的NaCl溶液 ⑦
8.提取含有杂质较少的DNA 冷却的95％的酒精50 mL ⑧
9.DNA的鉴定 A:(1)向试管中加入0.015 mol／L的NaCl溶液5mL(2)加入DNA(3)4 mL二苯胺试剂 ⑨
B:(1)向试管中加入0.015mol／L 的NaCl溶液5mL(2)4 mL二苯胺试剂
学生活动:讨论、回忆并回答。
①加入柠檬酸钠溶液的目的是防止血凝固
②加速血细胞破裂
③溶解DNA
④使2 mol／L的NaCl溶液稀释至0.14 mol／L使得DNA最大限度地析出
⑤使含DNA的黏稠物被留在纱布上
⑥使含DNA的黏稠物尽可能多的溶解于溶液中
⑦除去含DNA的滤液中的杂质
⑧提取DNA
⑨A:出现蓝色 B:无变化
4.结论与讨论
教师出示投影片，给出如下讨论提纲，供学生讨论。
(1)DNA的粗提取过程中关键有哪几步
(2)提取鸡血中的DNA时，为什么要除去血液中的上清液
(3)DNA的直径约为2nm，实验中出现丝状物的粗细是否表示一个DNA分子直径的大小
学生活动:七嘴八舌展开讨论
师生归纳:(答案)
(1)a.提取鸡血细胞的细胞核物质，应用低渗原理和机械搅拌得到最大量的DNA。
b.析出含DNA的黏稠物，加蒸馏水要慢慢，搅拌要轻轻，否则实验会失败。
c.沉淀DNA时必须用冷酒精。
(2)DNA的提取，关键是对杂质的去除，由于上清液是血液中的血浆部分，不含DNA，所以要除去上清液(含有蛋白质)。
(3)实验中出现的丝状物是肉眼可以观察到的，这种丝状物的直径要比DNA分子的直径2 nm大许多倍，所以实验中出现的丝状物的粗细并不表示一个DNA分子直径的大小。
实验结论:细胞中有DNA，DNA与二苯胺试剂在沸水浴中变蓝色。
思维拓展
1.实验材料除鸡血细胞外，从理论上讲只要有细胞核的生物组织均可，如菜花、动物肝脏等，只是操作较复杂，有兴趣的同学也可以试一试。
2.缩短实验操作时间的建议:
(1)在实验中有三次用放有纱布的漏斗过滤(分别是单层、多层和两层纱布)，改用直接将纱布覆盖在烧杯口过滤。
(2)在鉴定DNA时，可用二苯胺试剂直接滴在玻棒上的丝状物上，呈现蓝绿色，即证明DNA的存在。
3.DNA遇二苯胺试剂呈蓝色，遇甲基绿呈绿色，都是特异性显色反应，故二苯胺和甲基绿均可用于鉴定DNA。
教学目标巩固
l.实验中步骤1和步骤3都需要加入蒸馏水，两次加入的作用相同吗 为什么
2.实验中NaCl的物质的量浓度为2 mol／L和0.14 mol／L对DNA有何影响
3.DNA遇二苯胺(沸水浴)会染成( ) A.砖红色 B.橘黄色 C.紫色 D.蓝色
4.在DNA的粗提取实验过程中，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溶解量 D.使血细胞破裂、提取含杂质较少的DNA
学生回答:(略)
布置作业 将实验中观察到的现象和得出的结论填写在《实验报告册》上。
总结 这节课我们验证了细胞是由化合物按照一定的方式组成的这一结论。从知识结构角度来说，一要加深对生物的物质性理解；二要掌握一般的物质提取方法；三要注意不同的化学物质要用不同的原理鉴定。从实验过程角度来说，要理解各种溶液和试剂的作用和目的。
板书设计
Sy-11 DNA的粗提取与鉴定
实验原理:(略)材料用具:(略)方法步骤:1.制备鸡血细胞液：加柠檬酸钠溶液2.获得鸡血细胞：离心或静止 3.获得鸡血细胞核物质:提核物质→溶解→析出→溶解→析出4.DNA鉴定:用二苯胺(沸水浴)结沦:DNA是构成细胞的成分讨论:①②③
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