“DNA的粗提取与鉴定”的实验探究

“DNA的粗提取与鉴定”是人教版高中生物学教材（2019）选择性必修3《生物技术与工程》模块第三章第一节的内容，本节课以发展学生生物学学科核心素养为宗旨精心设计。笔者通过对实验中的材料用具和过程进行改进和创新，旨在激发学生实验操作能力，引导学生开展科学探究活动，进一步发展学生的科学思维，培养学生科学探究的能力和创新精神。

1. 探究不同实验材料的提取DNA的差异

对于实验取材的问题，鸡血因取材不便，易传播疾病被排除。植物材料取材方便，成本较低，因此选择了文献中经常提到的洋葱、香蕉、菜花进行实验探究。

不同实验材料取材时的处理方法也不同。因菜花顶部花的部分细胞分裂旺盛，DNA含量丰富，而梗细胞分裂不太旺盛，DNA含量也少，所以在实验中要去梗取花。洋葱刺激性气味强，但冷冻后气味大大减少，因此实验时取用冷冻处理过的洋葱碎块。香蕉去皮，切成2cm左右小块，直接称量研磨就可。

分别称取20g实验材料，经过破碎细胞、获得滤液、去除杂质等一系列操作后，获得了DNA的粗提物，将实验结果填写入评价量表中，结果如下。

对比这三种材料发现，从研磨的角度分析，洋葱刺激性气味强，研磨过程相对艰难；香蕉黏性较大，不易研磨，而且提取效果不明显；菜花含水量小易分散，很容易研磨破碎。鉴定结果显示效果最好的为洋葱，在滤液中加入酒精后能很快出现大量丝状体，经二苯胺鉴定，蓝色也最明显。其次是香蕉，最次是菜花，菜花出现的絮状物比较分散，不容易取出，而且粗提物含量较少，显色亦不明显。

2.探究不同破碎细胞的方法的提取效果

关于破坏细胞壁的方法，小组通过课前查阅资料，收集到以下几种破碎方法：Tris-EDTA-SDS、体积分数为20%的洗洁精、体积分数为40%的洗洁精、二氧化硅。因此本组学生以洋葱为实验材料，对实验进行了设计和探究，以下是实验评价量表。

实验结果显示，Tris-EDTA-SDS和体积分数为20%的洗洁精效果较好，40%的洗洁精研磨时，泡沫太多，而且比较滑，研磨时会有大量的泡沫产生，材料研磨不充分。查阅资料时，发现洗洁精等去污剂可以溶解细胞的细胞壁，破坏细胞膜，同时也能使蛋白质变性。因此，选用洗洁精作为研磨液不仅符合实验的基本原理，其效果和用Tris-EDTA-SDS缓冲液一样，而且洗洁精相对比较安全，其来源也非常容易。

3.比较不同去杂方法的提取效果

由于蛋白酶能水解蛋白质，但对DNA没有影响，所以在获得的滤液中加入嫩肉粉（主要成分为木瓜蛋白酶），之后再次过滤，获得的滤液中蛋白质的含量会减少，从而提高DNA的纯度。另外大多数蛋白质不能忍受60-80 ℃的高温，而DNA在90 ℃以上才会变性。因此将获得的滤液置于80℃恒温水浴锅中加热一段时间，再过滤，获得的滤液中蛋白质含量也会减少，达到了去除杂质的目的。基于以上分析，制定了以下实验方案并获得了实验结果，实验记录如下。

经过比较，得出高温法和酶解法的去杂质效果都很明显，但酶解法操作简单方便，鉴定结果蓝色也清晰可见，并无杂物，效果更好。

经过实验探究和比较，体积分数为20%的洗洁精研磨充分，泡沫适中，且配制简单；酶解法和高温法去除杂质的效果都很明显，尤其是酶解法，溶液显色为清晰透明的蓝色，几乎没有杂质，而对照组的试管中溶液浑浊，杂质很多。

本实验是依据"核心素养为宗旨""教学过程重实践""学业评价促发展"等高中生物学课程基本理念及学生的认知规律设计的，旨在引导学生开展科学探究活动，提高学生的实验操作能力、探究能力和创新精神。

主要参考文献

[1]姚燕. 在实验教学中发展学生核心素养——“DNA粗提取与鉴定”实验教学设计与实施 《生物学通报》2018.11.29

[2]刘志春.“DNA的粗提取与鉴定”实验的改进和分析  《实验教学与仪器》2008.3.37-38