课题1 DNA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：
沸水浴
DNA＋二苯胺――→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：
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方案一 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 方案二 直接在滤液中加入嫩肉粉，反应10～15 min，嫩肉粉中的木瓜蛋白酶能够分解蛋白质 方案三 将滤液放在60～75_℃的恒温水浴箱中保温10～15 min，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5 mL物质的量浓度为2_mol/L的NaCl溶液中，再加入4 mL的二苯胺试剂，沸水中加热5 min，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100 mL血液中需要加入3 g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0.14 mol/L，滤去析出物。 (2)将丝状物溶解在2 mol/L NaCl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0.14 mol/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10～15 min的目的是( )
A．使DNA变性 C．使DNA和蛋白质变性
B．使蛋白质变性 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10～15 min，目的是使蛋白质变性，然后分离得到DNA。]
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[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0.14 mol/L的NaCl溶液可溶解DNA，用物质的量浓度为0.14 mol/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 2 mol/L的NaCl溶液 0.14 mol/L的NaCl溶液 DNA粗提取的原理和鉴定方法 DNA 溶解 析出 蛋白质 部分发生 盐析沉淀 溶解 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； 总结 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 蛋白酶 高温 洗涤剂 DNA 没影响 80 ℃以上才会变性 没影响
蛋白质 水解 60～80 ℃会变性 瓦解细胞膜 - 3 -
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0.14 mol/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DNA
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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
B [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0.14 mol/L的NaCl溶液中的溶解度最小，因此最适合析出DNA。]
[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 DNA粗提取和鉴定的实验设计 一、制备鸡血细胞液 取0.3 g/mL的柠檬酸钠溶液10 mL，与100 mL新鲜防止血液凝固，使血细胞与血的鸡血混匀，然后静置一天或离心机离心约2～3 min，浆分离 除去上清液 二、提取细胞 使细胞过度吸水而破裂 核物质 取20 mL蒸馏水与5～10 mL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
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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
