1、DNA和蛋白质技术专题五 教学目标 本专题的三个课题均依照课程标准制定的具体内容标准编排，其对应关系如下。本专题的学习中，学生需了解提取生物大分子的基本思路和方法，尝试DNA和蛋白质的提取，学生应当理解PCR扩增DNA片段的原理，尝试PCR技术的基本操作和应用。具体内容标准对应课题尝试蛋白质的提取和分离课题3尝试PCR技术的基本操作和应用课题2 内容提要 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”和“血红蛋白的提取和分离”。生物体的基本组成都有核酸和蛋白质，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
2、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和血红蛋白。在这三个课题中渗透了探究实验设计的原则和要求，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。要点聚焦 本专题是高考命题的重点内容之一。该专题内容是教材中操作最复杂，要求最严格的生物技术实践内容之一，与必修教材的基础知识联系密切，命题会以选择题、简答题的形式出现，或者与其他题目交融在一起，以综合题的形式出现。学法建议 该专题以有关DNA和蛋白质的相关知识为基础，以探究实验的原则为背景，以培养学生的实验思想、动手能力为主线，对生命的两大基本物质从实验层面上作了一些探索。
3、学习时应先回顾相关基础知识，然后预习相关课题，并根据课题所需，广泛查阅搜索相关资料，真正做到了解实验原理、熟悉操作步骤后，再动手操作具体实验步骤。课题1DNA的粗提取与鉴定专题五课 堂 合 作 探 究2思 维 创 新 升 华3知 识 体 系 构 建4课时作业5课 前 预 习 导 学1课 前 预 习 导 学 1.了解DNA的物理和化学性质。(重点)2尝试粗提取植物或动物组织中的DNA。3理解DNA粗提取与DNA鉴定的原理。(重、难点)一、提取生物大分子的基本思路 1基本思路：选择用一定_方法分离具有_的生物大分子。2提取DNA的方法(1)概念：利用DNA与_、_和_等在物理和化学性质方面的_，提
4、取DNA，去除其他成分。物理或化学不同物理或化学性质RNA 蛋白质脂质差异(2)原理 分离 DNA和_等其他成分在不同浓度的_溶液中溶解度不同，利用这一特点选择适当的_就能使DNA充分溶解，而使_沉淀，或者相反，以达到分离目的。提纯 aDNA不溶于_，但是某些_则可溶于其中。b_能水解蛋白质，但是对_没有影响。蛋白质NaClNaCl浓度蛋白质酒精溶液蛋白质蛋白酶DNA c大多数蛋白质不能忍受_的高温而发生变性，而DNA在_以上才会变性。利用以上原理可以将DNA与蛋白质进一步分离。鉴定 在沸水浴的条件下，DNA被二苯胺染成蓝色。(3)_能够瓦解细胞膜，但对_没有影响。608080洗涤剂DNA 二
5、、实验设计 1实验材料的选取：凡是含有_的生物材料都可以考虑，但是选用含_的生物组织，成功的可能性更大。2破碎细胞，获取含DNA的滤液：在鸡血细胞液中加入一定量的_，过滤后收集滤液即可。如果实验材料是植物细胞，需要先用_溶解细胞膜。如果以洋葱做实验材料，先将洋葱切碎，然后加入一定的_和_，进行充分搅拌和研磨，过滤后收集研磨液。DNADNA含量相对较高蒸馏水洗涤剂洗涤剂食盐 3去除滤液中的杂质(1)方案一：通过控制_的浓度去除杂质。(2)方案二：直接向滤液中加入_，反应1015min，添加物中的_能够分解蛋白质。(3)方案三：将滤液放在_的恒温水浴箱中保温1015min，注意严格控制温度范围。N
6、aCl溶液嫩肉粉木瓜蛋白酶6080 4DNA的析出与鉴定：将处理后的溶液过滤，加入与滤液体积相等的、冷却的_，静置，溶液中会出现_，这就是粗提取的DNA。取两支试管，各加入物质的量浓度为_的NaCl溶液5mL，将丝状物放入其中一支试管中。向两支试管中各加入4mL_，置于_中加热5min，待试管冷却后，看溶解有DNA的溶液是否变_色。酒精溶液白色丝状物mol/L二苯胺试剂沸水蓝 根据下图分析，要使DNA溶解，需要使用什么浓度？要使DNA析出，又需要使用什么浓度？在0.14 mol/L时DNA溶解度最小。较高(或较低)浓度可使DNA溶解；0.14 mol/L可使DNA析出。教材P55“旁栏思考题”
7、1蒸馏水对于鸡血细胞来说是一种低渗液体，水分可以大量进入血细胞内，使血细胞胀破，再加上搅拌的机械作用，就加速了鸡血细胞的破裂(细胞膜和核膜的破裂)，从而释放出DNA。2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。3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，导致看不到丝状沉淀物、用二苯胺鉴定不显示蓝色等。4可能含有核蛋白、多糖和RNA等杂质。5用高盐浓度的溶液溶解DNA，能除去在高盐中不能溶解的杂质；用低盐浓度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
8、度不同的多种杂质。教材P56“旁栏思考题”方案二是利用蛋白酶分解杂质蛋白，从而使提取的DNA与蛋白质分开；方案三利用的是DNA和蛋白质对高温耐受性的不同，从而使蛋白质变性，与DNA分离。课 堂 合 作 探 究 1.DNA的溶解性 DNA粗提取的原理溶解规律2mol/LNaCl溶液0.14mol/LNaCl溶液总结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。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；选择适当的盐浓度就能使DNA充分
9、溶解，而使杂质沉淀，或者相反，以达到分离目的 2.DNA与蛋白质对蛋白酶、高温、洗涤剂的耐受性的区别DNA蛋白质蛋白酶无影响水解高温80以上才会变性6080会变性洗涤剂无影响瓦解细胞膜(破坏膜中的蛋白质分子)温馨提示：利用DNA随NaCl溶液浓度的不同而溶解度不同作为原理可粗提取DNA。利用DNA不溶于酒精，而细胞内的其他许多物质则溶于酒精作为原理可进一步提纯DNA。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和杂质蛋白质溶解度变化情况分别是()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
10、小，至0.14mol/L时达到最小，继续加入蒸馏水，DNA溶解度增大。蛋白质等杂质随着氯化钠溶液的浓度降低而增大。答案为C。答案C 图中能反映DNA溶解度与NaCl溶液浓度之间关系的是()答案C 解析DNA在NaCl溶液中的溶解度，是随着NaCl的浓度的变化而改变的，当NaCl的物质的量为0.14mol/L时，DNA的溶解度最低。1.方法步骤(以鸡血细胞为例)DNA的粗提取与鉴定实验的过程分析(2)实验步骤1号试管2号试管加入2mol/L NaCl溶液5mL5mL丝状物(DNA)不加加入用玻璃棒搅拌无丝状物溶解加入二苯胺试剂4mL4mL沸水浴5min5min观察现象不变蓝变蓝 温馨提示：获取材
11、料时，选取含DNA多的材料，如鸟类的红细胞，不用哺乳动物的红细胞(无细胞核)。盛放鸡血细胞的容器最好用塑料容器，玻璃容器容易吸附DNA。在以植物细胞为原料获取DNA时，要使用洗涤剂和食盐，洗涤剂的作用是瓦解细胞壁，释放DNA；食盐的作用是溶解DNA。在提取DNA时，用玻璃棒搅拌含有悬浮物的溶液时，不要直插烧杯底部，而且搅拌要轻缓，以便获得较完整的DNA分子。二苯胺试剂要现配现用，否则会影响鉴定结果。在DNA粗提取与鉴定实验中，将第二次过滤获得的纱布上含有的DNA的黏稠物(含有较多杂质)分别处理如下：上述操作正确的是()AB CD序号操作过程放入2mol/L的NaCl溶液，搅拌后过滤再加入0.1
12、4mol/L的NaCl溶液，搅拌后过滤再加入冷却的、同体积的95%酒精溶液，用玻璃棒沿一个方向搅拌，卷起丝状物 解析第二次过滤后纱布上的是粗提取的DNA，此DNA还含有杂质，因此将其溶于2mol/L的NaCl溶液中，再进行过滤，以除去不溶于2mol/L的NaCl溶液的杂质。然后向滤液中加入同体积的、冷却的95%酒精即可析出DNA。然后挑出DNA进行鉴定。答案为C。答案C DNA的粗提取中，加入与滤液体积相等的、冷却的A溶液，静置2min3min，溶液中会出现白色丝状物。上面的A溶液是指()A0.9%的NaCl溶液 B0.14mol/L的NaCl溶液 C质量分数15%的HCl D体积分数为95%
13、的酒精溶液 答案D 解析DNA不溶于酒精溶液，但细胞中的某些蛋白质则溶于酒精溶液，故滤液与体积分数为95%的冷却的酒精溶液混合后，就会得到白色的丝状物。思 维 创 新 升 华 1实验操作步骤中三次过滤的比较过滤液过滤后纱布上滤液中1加蒸馏水的细胞滤液细胞膜、核膜、糖类、蛋白质等含杂质的DNA2浓度为2mol/L的NaCl溶液不溶于2mol/LNaCl溶液的杂质含杂质较少的DNA3浓度为014mol/L的NaCl溶液DNA溶于0.14mol/LNaCl溶液的杂质 2.DNA粗提取与鉴定的原理、方法、目的基本原理方法目的DNA在不同浓度的NaCl溶液中的溶解度不同，在0.14mol/L的NaCl溶
14、液中的溶解度最低溶于NaCl溶液中并稀释NaCl浓度为2mol/L时，DNA溶解，而部分蛋白质发生盐析而生成沉淀，通过过滤可除去部分蛋白质及不溶于NaCl溶液的杂质当NaCl溶液稀释至0.14mol/L时，DNA析出，过滤可除去溶于NaCl中的部分蛋白质和其他杂质基本原理方法目的DNA不被蛋白酶所水解加入嫩肉粉嫩肉粉中含木瓜蛋白酶，水解蛋白质DNA不溶于酒精溶液加入冷却酒精(95%)DNA析出，除去溶于酒精的蛋白质DNA可被二苯胺染成蓝色加入二苯胺，并沸水浴鉴定DNA 3.实验操作的关键及注意事项 1选用鸡血做实验材料(不能用哺乳动物成熟红细胞)(1)鸡血经济且易制得，鸡血中的红细胞、白细胞都
15、具有细胞核，含大量DNA。(2)制备鸡血细胞液时，离心后要除去上清液。因为血液分两部分，一部分是血浆，一部分是血细胞。离心后除去的是血浆。2实验中两次加入蒸馏水的作用不同(1)第一次加蒸馏水的目的是为了使外界溶液浓度低于血细胞内的浓度，使血细胞胀破，释放出DNA。(2)第二次加蒸馏水的目的是降低NaCl溶液的浓度，使DNA的溶解度达到最低点，尽量析出溶液中的DNA。3实验中共有三次过滤 过滤时，使用的纱布层数与获取滤液或黏稠物有关。第一、第三次要获取滤液，使用12层纱布；第二次要获取黏稠物，应使用多层纱布。4实验中有六次搅拌 除最后一次搅拌外，前五次搅拌都应朝一个方向，并且在析出DNA、DNA
16、再溶解和提取过程中，各步搅拌都要轻缓，玻璃棒不要直插烧杯底部，防止DNA分子断裂。5实验中出现的丝状物 实验中出现的丝状物是DNA，但它的直径比DNA分子的直径大许多倍。实际上丝状物中的每一根“丝”，都是由许多DNA分子聚集在一起形成的，所以丝状物的直径大小并不表示一个DNA分子直径的大小。特别提示：为防止血液凝固，可在鸡血中加入柠檬酸钠。沉淀DNA时必须用冷酒精。实验前必须准备好大量95%的酒精，并在冰箱中(5以下)至少存放24h。为减少DNA的损耗，所有过滤过程一般均使用纱布过滤，而非滤纸过滤。每次搅拌都要轻而充分。DNA的鉴定试剂一般用二苯胺，而在观察细胞中DNA分布时则用到的是甲基绿作为DNA的染色剂。知 识 体 系 构 建 答案溶解度 酒精 洗涤剂 蓝色课 时 作 业（点此链接）
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