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“DNA的粗提取与鉴定”实验教学的改进

摘要：依据生物学科核心素养的科学思维和科学探究目标，对“DNA的粗提取和鉴定”实验教学进行改进，由学生自主选择材料、合作探究比较不同材料的提取方法，在传统的二苯胺法检测ＤＮＡ含量的实验基础上新增紫外光分光光度计检测、比对提取量，对经典实验进行拓展、升级。此外，针对实验中二苯胺试剂的用量进行改进，以实现用最少量的试剂出现明显现象。

关键词：实验教学改进；DNA粗提取；紫外线分光光度计；吸光度

引言：“DNA的粗提取与鉴定”是人教版高中生物选修1“生物技术实践”第5章的课题。DNA的分离提取是分子生物学研究最基础的技术，DNA的提取质量直接影响到PCR扩增基因片段、限制性酶切分析以及基因测序等下游实验的成败。教材以鸡血作为实验材料，但在实际操作时存在取材困难，操作繁琐，所用时间长，成功率较低等问题。所以多数教师会直接给学生选定实验材料，并提供现成的实验步骤，加上实验数据多为“正结果”，往往也没有要求学生对实验结果进行汇报和评价等。学生缺少反思的“原动力”，不利于发现问题、分析问题和解决问题能力的培养，学生的学习积极主动性不高，实验课的收获甚微，这也违背了生物学科核心素养的科学思维和科学探究的目标。因此，笔者对本实验教学进行改进，将验证性实验转变为探究性实验，由学生自主选择材料，合作探究提取DNA，比较不同提取材料和方法的差异，并增加了采用紫外线分光光度计检测DNA的实验内容，使相关知识的联系更紧密，让学生能从简单材料中提取DNA，体验和比较动植物DNA粗提取的过程及其差异并检测提取量。学生通过主动参与学习过程，激发了对生物学的兴趣，养成科学思维的习惯，形成积极的科学态度。

课前梳理实验步骤如下：破碎细胞，获得含DNA的滤液→去除滤液中的杂质→DNA的析出→DNA的鉴定。

一、DNA粗提取实验的改进

1.实验原理

（1）如果实验材料是植物细胞，可使用洗涤剂（含SDS）裂解细胞膜，使蛋白质变性，以利于蛋白质和DNA的分离。如果在研磨时加入适量的洗涤剂，既可促进DNA释放，又有助于DNA提取。

（2）DNA和蛋白质在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同，当NaCl的物质
2的量浓度为2mol/L时，DNA的溶解度最大，浓度为0.14mol/L时，DNA的溶解度最低。因此在研磨时加入一定量的食盐，有利于DNA的溶解。

（3）根据酶的专一性，利用嫩肉粉中的木瓜蛋白酶分解蛋白质。

（4）由于DNA分子带有负电荷容易吸附在玻璃器皿上，可以将烧杯、玻璃棒换做塑料烧杯、木筷或牙签以提取较多的DNA。.植物材料的预实验探究

（1）材料用具

草莓、香蕉、猕猴桃、菜花、体积分数为20%的洗洁精、NaCl、嫩肉粉、研磨液、二苯胺试剂、预冷的体积分数为95%的乙醇、计时器、试管、量筒、研钵、塑料烧杯、木筷、药勺、塑封袋、天平。

（2）方法步骤

释放DNA：①学生通过查阅资料，选择了草莓、香蕉、猕猴桃、菜花[2]等多种植物材料进行实验。称取上述4种植物材料各20g，剪碎置于研钵中。

加入相应处理试剂（食盐、洗涤剂、嫩肉粉），研磨10min。③用双层纱布②过滤研磨液，将滤液置于塑料烧杯中。

粗提取DNA：在研磨过滤之后，沿木筷从烧杯壁缓慢加入预冷的两倍体积的95%的乙醇，即可静置观察丝状物的析出情况。

2食盐+洗涤剂+嫩肉粉

3食盐+洗涤剂

4食盐+洗涤剂+嫩肉粉

猕猴桃

5食盐+洗涤剂

6食盐+洗涤剂+嫩肉粉

菜花

7食盐+洗涤剂

8食盐+洗涤剂+嫩肉粉

说明：析出DNA的量以及颜色变化用+表示量化情况，+++表示非常多，++表示比较多，+表示多。

预实验显示加入洗涤剂和嫩肉粉的顺序对DNA的析出量影响不大，所以建议在正式实验时可以同时加入这两种试剂以节约实验时间，提高效率。

实验中发现，菜花含水量少、细胞难破裂、DNA溶出量少，而香蕉、草莓果实松软，易于研磨，有利于DNA的释放（见图1、图2）；而香蕉在所选的几种水果中价格低廉，不受季节限制，故建议选择香蕉作实验材料较为合适。

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此外有学生提出，如果采用香蕉作为实验材料，能否有更为方便和有效的方法来破碎细胞呢？有学生想到用二氧化硅来帮助破碎细胞，另有学生有哪些信誉好的足球投注网站到国外科学家采用塑封袋揉挤的方法。在实施实验时发现加二氧化硅的一组难以彻底过滤杂质，而塑封袋揉挤法更快捷方便。

综合以上实验分析，最终选择香蕉作为植物实验材料，配以使用塑封袋揉挤和同时加入洗涤剂和嫩肉粉的方法作为最佳课堂实验材料和方法组合。

3.动物材料的预实验探究

教材推荐的动物材料是鸡血，其优点是鸡血细胞易破裂、现象明显，然而对于中学学校来说，鸡血取材并不方便、成本高，而且实验操作步骤多、耗时长，很难在一节课内完成实验，此外鸡血可能携带有一些未知病菌，所以学生查阅资料发现鱼白（即鲫鱼、鲤鱼的精巢）含有大量精细胞，