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2019-2020年高中生物 5.1《DNA的粗提取與鑒定》教案 新人教版選修1(1) ★課題目標(biāo) （一）知識(shí)與技能 1、通過嘗試對(duì)植物或動(dòng)物組織中的DNA進(jìn)行粗提取，了解DNA的物理化學(xué)性質(zhì)。 2、理解DNA粗提取與鑒定的原理 （二）過程與方法 　　掌握DNA如提取計(jì)數(shù)，能利用DNA的性質(zhì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和操作 （三）情感、態(tài)度與價(jià)值觀 通過對(duì)DNA的粗提取的實(shí)驗(yàn)過程的設(shè)計(jì)及操作，鍛煉科學(xué)的思維方法，培養(yǎng)實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。 ★課題重點(diǎn) DNA的粗提取和鑒定方法 ★課題難點(diǎn) 　DNA的粗提取和鑒定方法 ★教學(xué)方法 啟發(fā)式教學(xué) ★教學(xué)工具 多媒體課件 ★教學(xué)過程 （一）引入新課 無論是果膠酶還是加酶洗衣粉中的酶制劑，都是從細(xì)胞中提取出來的。從今天開始，我們學(xué)習(xí)生物化學(xué)成分的提取與改造技術(shù)。 （二）進(jìn)行新課 1．基礎(chǔ)知識(shí) 1．1DNA粗提取的原理 提取DNA的原理包括DNA的溶解性和耐受性兩個(gè)方面。問：提取DNA的溶解性原理包括哪些方面？ DNA在不同濃度NaCl溶液中溶解度不同；DNA不溶于酒精。 1．1．1 分析圖5－1。DNA在不同濃度NaCl溶液中溶解度有何特點(diǎn)？要使DNA溶解，需要使用什么濃度？要使DNA析出，又需要使用什么濃度？ 在0.14mol/L時(shí)溶解度最??；較高濃度可使DNA溶解；0.14mol/L可使DNA析出。 1．1．2 在溶解細(xì)胞中的DNA時(shí)，人們通常選用2mol/LNaCl溶液；將DNA分子析出的方法是向溶有DNA的NaCl溶液中緩慢注入蒸餾水，以稀釋NaCl溶液。酒精是一種常用有機(jī)溶劑，但DNA卻不能溶于酒精（特別是95％冷卻酒精），但細(xì)胞中蛋白質(zhì)可溶于酒精。問：采用DNA不溶于酒精的原理，可以達(dá)到什么目的？ 將DNA和蛋白質(zhì)進(jìn)一步分離。 1．1．3提取DNA還可以利用DNA對(duì)酶、高溫和洗滌劑的耐受性原理。利用該原理時(shí)，應(yīng)選用怎樣的酶和怎樣的溫度值？ 蛋白酶，因?yàn)槊妇哂袑Ｒ恍?，蛋白酶只水解蛋白質(zhì)而不會(huì)對(duì)DNA產(chǎn)生影響。溫度值為60～80℃，因?yàn)樵摐囟戎档鞍踪|(zhì)變性沉淀，而DNA不會(huì)變性。 補(bǔ)充：DNA的變性是指DNA分子在高溫下解螺旋，其溫度在80℃以上，如在PCR技術(shù)中DNA變性溫度在95℃。 思考：觀察圖5-2，洗滌劑在提取DNA中有何作用？ 洗滌劑將細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)，從而瓦解細(xì)胞膜。 1．2DNA的鑒定原理 當(dāng)鑒定提取出的物質(zhì)是否是DNA時(shí)，需要使用什么指示劑進(jìn)行鑒定？ 在沸水浴條件下，DNA遇二苯胺呈現(xiàn)藍(lán)色。 原理總結(jié)。通過利用不同濃度NaCl溶液溶解或析出DNA，可以從細(xì)胞中提取和提純DNA；再利用酒精進(jìn)一步將DNA與蛋白質(zhì)分離開來，達(dá)到提純的目的；最后利用二苯胺試劑鑒定提取的物質(zhì)是否是DNA。 2．實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 2．1實(shí)驗(yàn)材料 2.1.1不同生物的組織中DNA含量不同。在選取材料時(shí)，應(yīng)本著DNA含量高、材料易得、便于提取的原則。你認(rèn)為教材提供的材料中哪些不適合提取DNA？ 哺乳動(dòng)物的血液和液體培養(yǎng)基中的大腸桿菌。 2.1.2從核DNA數(shù)目來看，豬38條，雞78條，哺乳動(dòng)物血0條，獼猴桃58條，洋蔥16條，豌豆14條，菠菜12條，大腸桿菌1條。請(qǐng)選擇動(dòng)植物材料各一種。 雞血、獼猴桃。 2．2破碎細(xì)胞，獲取含DNA的濾液 若選用雞血和洋蔥作實(shí)驗(yàn)材料，則怎樣獲取含DNA的濾液？ 在雞血細(xì)胞液中加入一定量蒸餾水并用玻棒攪拌，過濾后收集濾液；切碎洋蔥，加入一定量洗滌劑和食鹽，攪拌研磨，過濾后收集濾液。 在以上實(shí)驗(yàn)中，加入蒸餾水、洗滌劑和食鹽的作用分別是什么？過濾時(shí)應(yīng)當(dāng)選用（濾紙、尼龍布）。 血細(xì)胞在蒸餾水中大量吸水而張裂；洗滌劑瓦解細(xì)胞膜；食鹽溶解DNA物質(zhì)；選用尼龍布進(jìn)行過濾。 在處理植物組織時(shí)需要進(jìn)行研磨，其目的是什么？研磨不充分產(chǎn)生什么結(jié)果？ 破碎細(xì)胞壁，使核物質(zhì)容易溶解在NaCl溶液中；研磨不充分會(huì)使DNA的提取量減少。 具體做法。10mL雞血＋20mL蒸餾水→同方向攪拌→3層尼龍布過濾→濾液 2．3去除濾液中的雜質(zhì) 最初獲得的DNA濾液含有蛋白質(zhì)、脂質(zhì)等雜質(zhì)，需要進(jìn)一步提純DNA。閱讀教材提供的三種方法，分析其中的原理。 方案一的原理是DNA在不同濃度NaCl溶液中溶解度不同；方案二的原理是蛋白酶分解蛋白質(zhì)，不分解DNA；方案三的原理是蛋白質(zhì)和DNA的變性溫度不同。 具體做法。 方案一：30mL濾液＋35gNaCl→同方向攪拌，DNA溶解→加入蒸餾水→DNA析出→過濾得到過濾物→放到2mol/LNaCl溶液中溶解→DNA-NaCl溶解液 方案二：30mL濾液＋嫩肉粉（木瓜蛋白酶）→靜置10～15分鐘→DNA濾液 方案三：30濾液→60～67℃處理→過濾獲得DNA濾液 2．4DNA析出與鑒定 在濾液中仍然含有一些雜質(zhì)，怎樣除去這些雜質(zhì)呢？得到的DNA呈何顏色？ 濾液與等體積的冷卻酒精混合均勻，靜置2～3分鐘，析出的白色絲狀物就是DNA。DNA呈白色。 怎樣鑒定析出的白色絲狀物就是DNA呢？閱讀教材。 閱讀。簡(jiǎn)述DNA的鑒定過程。 具體做法。試管2支，編號(hào)甲乙→各加等量5mLNaCl溶液→甲中放入少量白色絲狀物，使之溶解→各加4mL二苯胺，混合均勻→沸水浴5min→觀察顏色變化 3．實(shí)驗(yàn)操作 制備雞血細(xì)胞液…………加檸檬酸鈉，靜置或離心 ↓ 破碎細(xì)胞，釋放DNA… 加蒸餾水，同一方向快速通方向攪拌 ↓→過濾，除去細(xì)胞壁、細(xì)胞膜等。 溶解核內(nèi)DNA………… 加入NaCl至2mol/L，同一方向緩慢攪拌 ↓ DNA析出……………… 加蒸餾水至0.14mol/L，過濾，在溶解到2mol/L溶液中 ↓→除去細(xì)胞質(zhì)中的大部分物質(zhì)。 DNA初步純化………… 與等體積95％冷卻酒精混合，析出白色絲狀物 ↓→除去核蛋白、RNA、多糖等。 DNA鑒定……………… 二苯胺，沸水浴，呈現(xiàn)藍(lán)色 其它注意事項(xiàng)：在雞血中加入檸檬酸鈉防止凝固；雞血靜置或離心以提高細(xì)胞懸液濃度；使用塑料燒杯；使用尼龍布過濾；玻棒沿同一方向攪拌；玻棒攪拌要緩慢（細(xì)胞破裂快速攪拌）；玻棒不要碰到燒杯壁；二苯胺試劑要現(xiàn)用現(xiàn)配等。為了提高DNA純度，在科學(xué)實(shí)驗(yàn)中通常使用的洗滌劑有十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）、十二烷基硫酸鈉（SDS）。 （三）課堂總結(jié)、點(diǎn)評(píng) DNA的粗提取與鑒定 實(shí)驗(yàn)原理 DNA在不同濃度NaCl溶液中溶解度不同 DNA與其他細(xì)胞成分在酒精中溶解度不同 DNA和蛋白質(zhì)對(duì)酶、高溫和洗滌劑耐受性不同 DNA與二苯胺呈現(xiàn)藍(lán)色反應(yīng) DNA粗提取 選擇適宜材料 破碎細(xì)胞 DNA的溶解和析出 DNA的純化 鑒定DNA 與二苯胺混合，沸水浴，呈現(xiàn)藍(lán)色反應(yīng) （四）實(shí)例探究 例1 在DNA分子的粗提取實(shí)驗(yàn)中，兩次向燒杯中加入蒸餾水的作用是（ ） A. 稀釋血液、沖洗樣品 B. 使血細(xì)胞破裂，降低NaCl濃度使DNA析出 C. 使血細(xì)胞破裂，增大DNA溶解度 D. 使血細(xì)胞破裂，提取含雜質(zhì)較少的DNA 解析：在該實(shí)驗(yàn)過程中，第一次加入蒸餾水的目的是使血細(xì)胞過度吸水而破裂，以便核物質(zhì)溶解。第二次加入蒸餾水是為了降低NaCl濃度至0.14mol/l，因?yàn)榇藭r(shí)的DNA溶解度最小，可使DNA析出。 例2 在制備雞血細(xì)胞液的過程中，加入檸檬酸鈉的目的是（ ） A. 防止凝血 B. 加快DNA析出 C. 加快DNA溶解 D. 加速凝血 解析：檸檬酸鈉的作用是利用檸檬酸根離子與血漿中Ca2+離子結(jié)合成檸檬酸鈉，降低Ca2+離子濃度，使有關(guān)凝血酶活性降低。因此檸檬酸鈉是抗凝血物質(zhì)，防止凝血，有利于雞血細(xì)胞液的制備。 答案：A ☆綜合應(yīng)用 例3 DNA在NaCl溶液中溶解度有二重性，隨著NaCl溶液的變化而變化。 （1）請(qǐng)?jiān)谙铝蠳aCl溶液中選出溶解度能使DNA析出最徹底的一種（ ）和溶解度最高的一種（ ） A. 0.14mol/l B. 2mol/l C. 0.15mol/l D. 0.3mol/l （2）DNA不溶于酒精溶液，但細(xì)胞中的某些物質(zhì)卻可以溶于酒精溶液，利用這一原理可以____________，可以推測(cè)溶于酒精中的物質(zhì)可能有____________。 （3）利用DNA與_____變藍(lán)色的特性，將該物質(zhì)作為鑒定______的試劑。其實(shí)驗(yàn)過程要點(diǎn)是向放有_____的試管中加熱4ml的____?；旌暇鶆蚝?，將試管置于___5min，待試管______，觀察試管中溶液顏色的變化，這個(gè)實(shí)驗(yàn)也說明DNA耐___溫。 解析：根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理可知DNA在0.14mol/l的NaCl溶液中溶解度最低，在高濃度2mol/l中，溶解度最高。DNA存在于染色體上，為了把DNA和其他物質(zhì)分開，采取DNA不溶于酒精的方法，目的是除去雜質(zhì)；利用DNA與二苯胺（沸水?。┏伤{(lán)色的特性，可以鑒定提取的DNA。 答案：（1）A；B （2）除去雜質(zhì)；某些脂類、蛋白質(zhì)、糖類或其他大分子物質(zhì) （3）二苯胺；DNA；DNA；二苯胺試劑；沸水中水浴加熱；冷卻后；高 （五）鞏固練習(xí) 1.在研究DNA的基因樣本前，采集來的血樣需要蛋白水解酶處理，然后用有機(jī)溶劑除去蛋白質(zhì)。用蛋白水解酶處理血樣的目的是（ ） A.除去血漿中的蛋白質(zhì) B.除去染色體上的蛋白質(zhì) C.除去血細(xì)胞表面的蛋白質(zhì) D.除去血細(xì)胞中的所有的蛋白質(zhì)，使DNA釋放，便于進(jìn)一步提純 2．與析出DNA粘稠物有關(guān)的敘述，不正確的是（ ） A.操作時(shí)緩緩滴加蒸餾水，降低DNA的溶解度 B.在操作A時(shí)，用玻璃棒輕緩攪拌，以保證DNA分子完整 C.加蒸餾水可同時(shí)降低DNA和蛋白質(zhì)的溶解度，兩者均可析出 D.當(dāng)絲狀粘稠物不再增加時(shí)，此時(shí)NaCl的濃度相當(dāng)于0.14mol/L 3．洗滌劑能夠瓦解（ ），但對(duì)DNA沒有影響。 A.細(xì)胞壁 B.細(xì)胞膜 C.細(xì)胞核 D.細(xì)胞質(zhì) 4．在沸水浴的條件下，DNA遇（ ）會(huì)被染成藍(lán)色。 A.斐林試劑 B.蘇丹Ⅲ染液 C.雙縮脲試劑 D.二苯胺 5．在DNA提取過程中，最好使用塑料試管和燒杯，目的是（ ） A.不易破碎 B.減少提取過程中DNA的損失 C.增加DNA的含量 D.容易洗刷 6．下列操作中，對(duì)DNA的提取量影響最小的是（ ） A.使雞血細(xì)胞在蒸餾水中充分破裂，放出DNA等核物質(zhì) B.攪拌時(shí)，要使用玻璃棒沿一個(gè)方向輕緩攪拌 C.在“析出DNA粘稠物”時(shí)，要緩緩加蒸餾水，直至溶液中粘稠物不再增加 D.在用酒精沉淀DNA時(shí)，要使用冷酒精，甚至再將混合液放入冰箱中冷卻 E在DNA的溶解和再溶解時(shí)，要充分?jǐn)嚢? 7．DNA的粗提取中，將與濾液體積相等的、冷卻的（ ），靜置2—3min，溶液中會(huì)出現(xiàn)白色絲狀物。 A.0．9%的NaCl B.0.14mol/L的NaCl溶液 C.質(zhì)量分?jǐn)?shù)15%的HCl D.體積分?jǐn)?shù)為95%的酒精溶液 8.以血液為實(shí)驗(yàn)材料時(shí)，需要向血液中加入（ ），防止血液凝固。 A.醋酸鈉 B.龍膽紫 C.檸檬酸鈉 D.醋酸洋紅 9.在向溶解DNA的NaCl溶液中，不斷加入蒸餾水的目的是（ ） A.加快溶解DNA的速度 B.加快溶解雜質(zhì)的速度 C.減少DNA的溶解度，加快DNA析出 D.減小雜質(zhì)的溶解度，加快雜質(zhì)的析出 10.去除濾液中的雜質(zhì)時(shí)，直接在濾液中加入嫩肉粉，利用嫩肉粉中的（ ）分解蛋白質(zhì)。 A.胃蛋白酶 B.胰蛋白酶 C.木瓜蛋白酶 D.腸肽酶 答案：DCBDB BDCCC ★課余作業(yè) 1、為什么加入蒸餾水能使雞血細(xì)胞破裂？ 2．加入洗滌劑和食鹽的作用分別是什么 ★教學(xué)體會(huì) 生物體的性狀之所以能夠遺傳給后代，是由于生物體內(nèi)具有DNA或RNA這些遺傳物質(zhì)。在教學(xué)過程中，教師應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生分析插圖，通過圖像理解DNA的溶解度，并且掌握分離DNA的原理。教材在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中關(guān)于去除濾液中雜質(zhì)的第二、第三個(gè)方案，正是利用了上述不同的特性，從而達(dá)到分離DNA和蛋白質(zhì)的目的。 ★資料袋 解開DNA的秘密 當(dāng)發(fā)現(xiàn)基因就是DNA后，人們還是想知道，這個(gè)DNA是怎么樣的一種東西，它又是通過什么具體的辦法把生命的那么多信息傳遞給新的接班人的呢？ 首先人們想知道DNA是由什么組成的，人類總是愛這樣刨問底。結(jié)果有一個(gè)叫萊文的科學(xué)家通過研究，發(fā)現(xiàn)DNA是由四種更小的東西組成，這四種東西的總名字叫核苷酸，就像四個(gè)兄弟一樣，它們都姓核苷酸，但名字卻有所不同，分別是腺嘌呤(A)、鳥嘌呤(G)、胞嘧啶(C)和胸腺嘧啶(T)，這四種名字很難記，不過只要記住DNA是由四種核苷酸只是隨便聚在一起的、而且它們相互的連接沒有什么規(guī)律，但后來核苷酸其實(shí)不一樣，而且它們相互組合的方式也千變?nèi)f化，大有奧秘。 現(xiàn)在，人們已基本上了解了遺傳是如何發(fā)生的。20世紀(jì)的生物學(xué)研究發(fā)現(xiàn)：人體是由細(xì)胞構(gòu)成的，細(xì)胞由細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核等組成。已知在細(xì)胞核中有一種物質(zhì)叫染色體，它主要由一些叫做脫氧核糖核酸（DNA）的物質(zhì)組成。 生物的遺傳物質(zhì)存在于所有的細(xì)胞中，這種物質(zhì)叫核酸。核酸由核苷酸聚合而成。每個(gè)核苷酸又由磷酸、核糖和堿基構(gòu)成。堿基有五種，分別為腺嘌呤（A）、鳥嘌呤（G）、胞嘧啶（C）、胸腺嘧啶（T）和尿嘧啶（U）。每個(gè)核苷酸只含有這五種堿基中的一種。 單個(gè)的核苷酸連成一條鏈，兩條核苷酸鏈按一定的順序排列，然后再扭成“麻花”樣，就構(gòu)成脫氧核糖核酸（DNA）的分子結(jié)構(gòu)。在這個(gè)結(jié)構(gòu)中，每三個(gè)堿基可以組成一個(gè)遺傳的“密碼”，而一個(gè)DNA上的堿基多達(dá)幾百萬，所以每個(gè)DNA就是一個(gè)大大的遺傳密碼本，里面所藏的遺傳信息多得數(shù)不清，這種DNA分子就存在于細(xì)胞核中的染色體上。它們會(huì)隨著細(xì)胞分裂傳遞遺傳密碼。 人的遺傳性狀由密碼來傳遞。人大概有2.5萬個(gè)基因，而每個(gè)基因是由密碼來決定的。人的基因中既有相同的部分，又有不同的部分。不同的部分決定人與人的區(qū)別，即人的多樣性。人的DNA共有30億個(gè)遺傳密碼，排列組成約2.5萬個(gè)基因。