高中生物《DNA的粗提取与鉴定》学案3 新人教版选修1

用心 爱心 专心 高二高二年级年级生物选修生物选修 1 导学提纲 五 导学提纲 五 专题 5 DNA 和蛋白质技术 课题 1 DNA 的粗提取与鉴定 一 课题目标 本课题通过尝试对植物或动物组织中的 DNA 进行粗提取 了解 DNA 的物理化学性质 尤其是 DNA 的溶解性 理解 DNA 粗提取以及 DNA 鉴定的原理 二苯胺法鉴定 DNA 的方 法和原理 二 课题重点和难点 课题重点 DNA 的粗提取和鉴定方法 课题难点 DNA 的粗提取和鉴定方法 三 学习过程 A A 自主学习 自主学习 一 基础知识 1 DNA 的溶解性 思考题 1 DNA 在氯化钠溶液中的溶解度有什么特点 对此有什么应用 思考题 2 利用什么原理来将 DNA 与蛋白质分离开 2 DNA 对酶 高温和洗涤剂的耐受性 蛋白酶能水解 但对 没有影响 大 多数蛋白质不能忍受 的高温 而 DNA 在 以上才会变性 能够 瓦解细胞膜 但对 DNA 没有影响 3 细胞在 中易吸水而导致细胞膜和细胞核膜的破裂 据此可得到含有核 DNA 的溶 液 4 DNA 的鉴定 思考题 3 依据什么原理来鉴定 DNA 三 实验材料 鸡血细胞液 思考题 4 生活在牧区的人们 采集牛 羊和马血比较方便 他们能否选用牛 羊 马血做 实验材料 为什么 四 实验步骤 1 制备鸡血细胞液 在鸡血中加入质量浓度为 0 1g mL 的 溶液 离心处理 2 提取鸡血细胞的细胞核物质 向鸡血细胞液中加入蒸馏水 搅拌 过滤过滤 思考题 5 加入蒸馏水的目的是什么 为什么能达到此目的 3 溶解细胞核内的 DNA 加入 2mol L 的氯化钠溶液 搅拌 使 DNA 呈溶解状态 用心 爱心 专心 4 析出含 DNA 的黏稠物 加入蒸馏水 用玻璃棒搅拌 思考题 6 此时加入蒸馏水的目的是什么 5 滤取含 DNA 的黏稠物 过滤过滤 思考题 7 这次过滤与上次过滤的目的一样吗 为什么 6 将 DNA 的黏稠物再溶解 加入 2mol L 的氯化钠溶液 搅拌 使 DNA 呈溶解状态 7 过滤含有 DNA 的氯化钠溶液 过滤过滤 思考题 8 这一步骤的目的是什么 思考题 9 为什么反复地溶解与析出 DNA 能够去除杂质 8 提取含杂质较少的 DNA 加入冷却的 95 的酒精 搅拌 思考题 10 这一步骤的目的是什么 思考题 11 为什么加入的酒精需要冷却的 9 DNA 的鉴定 取两支试管 各加入 0 015mol L 的氯化钠溶液 5mL 一支加入提取的 DNA 两支各加入 4mL 的二苯胺试剂 混合均匀后置于沸水中加热 思考题 12 为什么要设置对照组 实验中能观察到什么现象 B B 重点 难点突破 重点 难点突破 1 实验原理 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 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和 化学性质方面的差异 提取 DNA 去除其他成分 DNA 在氯化钠溶液中的溶解度 是随着氯化钠浓度的变化而改变的 当氯化钠的物质的 量浓度为 0 14mol L 时 DNA 的溶解度最低 利用这一原理 可以使溶解在氯化钠溶液中的 DNA 析出 DNA 不溶于酒精溶液 但是细胞中的某些物质则可以溶于酒精溶液 利用这一原理 可 以进一步提取出含杂质较少的 DNA DNA 遇二苯胺 沸水浴 会染成蓝色 因此 二苯胺可以作为鉴定 DNA 的试剂 用心 爱心 专心 3 实验步骤分析 破碎细胞 释放 DNA 鸡血细胞中的 DNA 与核蛋白结合 位于鸡血细胞的细胞核中 正常情况下是不会释放出 来的 为了使 DNA 从细胞核中释放出来 需要向鸡血细胞液中加入蒸馏水 并且搅拌 从而 使血细胞膜和核膜胀破 用玻璃棒搅拌可以加速细胞的破裂 注意应沿一个方向快速搅拌 但也不能太快太猛 防止打碎 DNA 一般 5 10 mL 的鸡血细胞液加入 20 mL 蒸馏水搅拌 5 min 释放出来的大量 DNA 和 RNA 往往与蛋白质结合在一起 应用 3 4 层纱布进行过滤 除 去一些颗粒较大的杂质 溶解细胞核内的 DNA 用心 爱心 专心 在浓度较高的 NaCl 溶液中核蛋白容易解聚 游离出的 DNA 溶解在溶液中 在溶液中加 入两倍体积的浓度为 2 mol L 的 NaCl 溶液 搅拌 1 min 注意应沿一个方向搅拌 使 DNA 充 分溶解 DNA 的析出 将溶液中的 DNA 与其他杂质分离 这一步骤是实验成败的关键 本案例选取方案一 加 蒸馏水降低 NaCl 溶液浓度 使 DNA 析出 实验中应该缓慢贴壁加入蒸馏水 并轻轻地沿一 个方向不停地均匀搅拌 以利于 DNA 分子的附着和缠绕 同时应注意控制加水量 使 NaCl 溶液的终浓度为 0 1 0 2 mol L 加水过程一般分三次进行 当总加水量为 300 mL 左右时 DNA 已基本析出 加水太多 溶液过稀 会使 DNA 分子又重新溶解 用 3 4 层纱布对 DNA 稀 释液进行过滤 滤去蛋白质 收集 DNA 的黏稠物 如果采用离心法 效果更好 用 4 000 r min 转速的离心机 离心 15 min 除去上清液 含有蛋白质 留下的沉淀物中含有 DNA 此时注意观察 DNA 黏稠物的颜色 DNA 的初步纯化 如果提取的 DNA 量不够多且其中含有较多杂质 或者加入溶液和搅拌等操作过程不规范 都会导致实验现象不明显 常常使制取的 DNA 粗制品不能显示出 DNA 的本色 白色 为了 增进实验效果 需要对 DNA 粗制品进行简单的提纯 3 课题成果评价 是否提取出了 DNA 观察你提取的 DNA 颜色 如果不是白色丝状物 说明 DNA 中的杂质较多 二苯胺鉴定出 现蓝色说明实验基本成功 如果不呈现蓝色 可能所提取的 DNA 含量低 或是实验操作中出 现错误 需要重新制备 分析 DNA 中的杂质 本实验提取的 DNA 粗制品有可能仍然含有核蛋白 多糖等杂质 不同实验方法的比较 对于不同的实验方法 本课题可以采用分组的方法进行研究 首先选取不同的实验材料 其次同种材料还可以采用不同方法 从多方面比较实验结果 如 DNA 的纯度 DNA 的颜色 二苯胺显色的深浅等 看看哪种实验材料 哪种提取方法的效果更好 4 DNA 的溶解度与 NaCl 溶液浓度的关系 当 NaCl 溶液浓度低于 0 14mol L 时 随浓度的升高 DNA 的溶解度降低 当 NaCl 溶液浓 度高于 0 14mol L 时 随浓度升高 DNA 的溶解度升高 5 制备鸡血细胞液时 要在新鲜的鸡血中加入柠檬酸钠的原因 制备鸡血细胞液时 要在新鲜的鸡血中加入抗凝剂 柠檬酸钠 防止血液凝固 其原 理是柠檬酸钠能与血浆中 Ca2 发生反应 生成柠檬酸钙络合物 血浆中游离的 Ca2 大大减少 血液便不会凝固 因为鸡血红细胞 白细胞都有细胞核 DNA 主要存在于细胞核中 所以在 离心或静置沉淀后 要弃出上层清液 血浆 6 提取 DNA 的第一步是材料的选取 其目的是一定要选取 DNA 含量较高的生物材料 否则会由于实验过程中或多或少的损失 而造成检测的困难 第二步是 DNA 的释放和溶解 这一步是实验成功与否的关键 要尽可能 使细胞内的 DNA 全部溶解 第三步是 DNA 的纯化 即根据 DNA 的溶解特性 对酶及高温的耐 受性的不同等特性 最大限度地将 DNA 与杂质分开 最后一步是对 DNA 进行鉴定 这是对整 个实验的结果的检测 7 盛放鸡血细胞液的容器 最好是塑料容器 鸡血细胞破碎以后释放出的 DNA 容易被玻璃容器吸附 由于细胞内 DNA 的含量本来就 比较少 再被玻璃容器吸附去一部分 提取到的 DNA 就会更少 因此 实验过程中最好使用 塑料的烧杯和试管 这样可以减少提取过程的 DNA 的损失 8 答案和提示 一 旁栏思考题 1 为什么加入蒸馏水能使鸡血细胞破裂 答 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 使血细胞胀裂 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 加入洗涤剂和食盐的作用分别是什么 用心 爱心 专心 答 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 如果研磨不充分 会对实验结果产生怎样的影响 答 研磨不充分会使细胞核内的 DNA 释放不完全 提取的 DNA 量变少 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 此步骤获得的滤液中可能含有哪些细胞成分 答 可能含有核蛋白 多糖和 RNA 等杂质 5 为什么反复地溶解与析出 DNA 能够去除杂质 答 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 6 方案二与方案三的原理有什么不同 答 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 二 练习 1 答 提取 DNA 的第一步是材料的选取 其目的是一定要选取 DNA 含量较高的生物材料 否则会由于实验过程中或多或少的损失而造成检测的困难 第二步是 DNA 的释放和溶解 这 一步是实验成功与否的关键 要尽可能使细胞内的 DNA 全部溶解 第三步是 DNA 的纯化 即 根据 DNA 的溶解特性 对酶及高温的耐受性的不同等特性 最大限度地将 DNA 与杂质分开 最后一步是对 DNA 进行鉴定 这是对整个实验的结果的检测 2 答 提取蛋白质比提取 DNA 的难度大 这是因为 与 DNA 相比 蛋白质对温度 盐浓度 pH 等条件要敏感得多 很容易失活 并且蛋白质的空间结构多种多样 理化性质各不相同 使得蛋白质的提取没有一种统一的方法 只能根据特定蛋白质的特性摸索提取的条件 设计 特定的方法 例 l 下图为 DNA 的粗提取与鉴定 的实验示意图 其正确的操作顺序是 解析 DNA 位于鸡血细胞的细胞核中 采用加蒸馏水并且搅拌的方法 可使鸡血细胞大 量吸水胀破 细胞膜 核膜破坏 搅拌的机械作用更加速了细胞的破裂 释放出的核物质其 实是 DNA RNA 和蛋白质的混合物 在浓度较高的氯化钠溶液中核蛋白质容易解聚 DNA 的溶 解度也很高 经过滤便分离出含少量杂质的 DNA 根据 DNA 在冷却的 95 的酒精中凝集反应 强烈的性质 进一步纯化 DNA 将 DNA 溶解于较高浓度的氯化钠溶液中 加入冷却的 95 的 酒精溶液 可使 DNA 沉淀 浓缩 形成含杂质较少的 DNA 丝状物 答案 D C C 反馈矫正 反馈矫正 1 在破碎血细胞时 要先加入 20 mL 的蒸馏水 其作用是 A DNA 溶解水中 B 血细胞破裂 DNA 释放 C 稀释血液 防止凝固 D 有利于搅拌 2 以血液为实验材料时 需要向血液中加入 防止血液凝固 用心 爱心 专心 A 醋酸钠 B 龙胆紫 C 柠檬酸钠 D 醋酸洋红 3 用过滤的方法得到细胞中的氯化钠溶液后 还要用酒精处理 可以得到较纯化的 DNA 这 是因为 A DNA 易溶于酒精 而滤液中某些杂质不易溶于酒精 B DNA 不易溶于酒精 而滤液中某些杂质易溶于酒精 C DNA 和滤液中其他成分更易溶于酒精 D DNA 和滤液中其他成分都不溶于酒精 4 DNA 在下列浓度的 NaCl 溶液中 溶解度最低的是 A 2mol LB 0 015mol L C 0 14mol LD 5mol L 1 1 1 1 5 与析出 DNA 粘稠物有关的叙述 不正确的是 A 操作时缓缓滴加蒸馏水 降低 DNA 的溶解度 B 在操作 A 时 用玻璃棒轻缓搅拌 以保证 DNA 分子完整 C 加蒸馏水可同时降低 DNA 和蛋白质的溶解度 两者均可析出 D 当丝状粘稠物不再增加时 此时 NaCl 的浓度相当于 0 14mol L 6 洗涤剂能够瓦解 但对 DNA 没有影响 A 细胞壁 B 细胞膜 C 细胞核 D 细胞质 7 在向溶解 DNA 的 NaCl 溶液中 不断加入蒸馏水的目的是 A 加快溶解 DNA 的速度 B 加快溶解杂质的速度 C 减少 DNA 的溶解度 加快 DNA 析出 D 减小杂质的溶解度 加快杂质的析出 8 去除滤液中的杂质时 直接在滤液中加入嫩肉粉 利用嫩肉粉中的 分解蛋白 质 A 胃蛋白酶 B 胰蛋白酶 C 木瓜蛋白酶 D 肠肽酶 9 DNA 不溶解于 A NaCl 溶液 B KCl 溶液 C C2H5OH D MgCl2溶液 10 多选 下表是关于 DNA 粗提取与鉴定实验中所使用的材料 操作及其作用的表述 正 确的是 试剂操作作用 A柠檬酸钠溶液与鸡血混合防止血液凝固 B蒸馏水与鸡血细胞混合保持细胞形状 C蒸馏水加入到溶解有 DNA 的 NaCl 中析出 DNA 丝状物 D冷却的酒精加入到过滤后 DNA 的 NaCl 中产生特定的颜色反应 11 在进行 DNA 粗提取实验时 为得到含 DNA 的黏稠物 某同学进行了如下操作 在新鲜鸡血中加入适量的柠檬酸 经离心后 除去血浆留下血细胞备用 取 5 10ml 血细胞放入 50ml 的塑料烧杯中 并立即注入 20ml 0 015mol L 的氯化 钠溶液 快速搅拌 5 分钟后经滤纸过滤 取得其滤液 滤液中加入 40ml 2mol L 的氯化钠溶液 并用玻璃棒沿一个方向快速搅拌 1 分钟 上述溶液中缓缓加入蒸馏水 同时用玻璃棒沿一个方向不停地轻轻搅拌 直到溶液 中出现丝状物为止 再进行过滤而得到含 DNA 的黏稠物 实验结果是 所得到的含 DNA 的黏稠物极少 导致下一步试验无法进行 1 指出并改正上述实验操作中的错误 用心 爱心 专心 2 要进一步提取 DNA 时 需加入冷却的酒精 其作用是 和 12 在 DNA 粗提取与鉴定的实验中 选择适当浓度 的 NaCl 溶液就能充分溶解 DNA 而使杂质沉淀 或析出 DNA 过滤去除溶液中的可溶性杂质 请 在右图中作出 DNA 在 NaCl 溶液中的溶解度曲线 13 DNA 的粗提取与鉴定的实验 如下图 1 本实验材料选用鸡血细胞液而不是用鸡的全血 主要原因是由于鸡血细胞液中含有较高 含量的 2 图 A 中加入蒸馏水的目的是 3 通过图 B 所示步骤取得滤液后 再向滤液中加入 2 mol LNaCl 溶液的目的是 1 4 图 C 所示加入蒸馏水的目的是 5 为鉴定实验所得丝状物的主要成分是 DNA 可用 试剂进行检验 颜色 反应为 色 14 关于 DNA 粗提取的实验材料的选择 也经过了多次实验效果的比较 最终选择鸡血做实 验材料的原因是什么 请回答下列问题 鸡血细胞中红细胞 家鸡属于鸟类 新陈代谢旺盛 因而血液中 细胞数目较多 可以提供丰富的 生活在牧区的人们 采集牛 羊和马血比较方便 若他们按实验要求完成实验步骤后 结果是提取的 DNA 很少或提取不到 这是因为这些动物和人一样 成熟的红细胞中 但若改用动物肝脏做实验材料 实验能顺利进行 这是因为 若选用动物肝脏做实验材料 在提取之前 最好增加 程序 使组织细胞 更易分离 15 填写本实验完成下列实验操作时所用试剂 提取鸡血细胞中核物质 溶解核内 DNA 析出 2mol LNaCl 溶液中的 DNA 提取杂质较少的 DNA 白色乳状丝状物 DNA 的鉴定 用心 爱心 专心 附 课题 3 酵母细胞的固定化的参考答案 A A 自主学习 自主学习 一 基础知识 1 能否有一种方法使酶发挥它的优点 而没有这些缺点 酶既能与反应物接触 又能与 产物分离 同时 固定在载体上的酶还可以被反复利用 细胞中有多种酶 能否用固定 化酶类似的技术来处理细胞 成本低 操作更容易 2 果糖含量为 42 的糖浆 葡萄糖异构酶 颗粒状的载体上 筛板 葡萄糖异构酶 3 物理 化学 包埋 化学结合法 物理吸附法 化学结合法 物理吸附法 包埋 法 化学结合 吸附 包埋料 均匀 多孔性载体 明胶 琼脂糖 海藻酸钠 醋酸 纤维素和聚丙烯酰胺等 思考 1 吸附法 思考 2 细胞 酶 4 干酵母 CaCl2 海藻酸钠溶液 休眠 微火加热并不断搅拌 防止海藻酸钠焦糊 CaCl2 30 分钟 蒸馏水 25 24h 思考 3 防止海藻酸钠焦糊 思考 4 防止高温杀死酵母细胞 思考 5 酵母菌的酒精发酵需要缺氧条件 思考 6 酵母菌进行无氧呼吸产生的 思考 7 需 要 5 气泡 酒味 C C 反馈矫正 反馈矫正 1 A 2 C 3 C 4 D 5 C 6 C 7 C 8 D 9 A 10 A 11 B 12 D 13 B 14 A 15 D 16 D 17 D 18 A 19 C 20 C 21 1 反应柱 固定化酶 分布着小孔的筛板 2 既能与反应物接触 又能与反 应物分离 能被反复利用 成本更低 操作更容易 3 酶颗粒无法通过筛板上的小孔 而反应溶液却可以自由出入 4 将酶相互连接起来 将酶吸附在载体表面上 5 反应 物溶液从反应柱上端注入 使反应物溶液流过反应柱 与固定化酶接触 得到产物 从反应 柱下端流出 22 1 缺水 正常生活状态 体积增大 2 配制海藻酸钠溶液 3 少 4 固定化酵母细胞数目较少 海藻酸钠浓度偏高 制作失败 5 因为酶分子很小 容易从包埋材料中漏出 附 课题 1 DNA 的粗提取与鉴定的参考答案 A A 自主学习 自主学习 一 基础知识 思考题 1 DNA 在氯化钠溶液中的溶解度 随着氯化钠的浓度的变化而改变的 当氯化钠的 物质的量浓度为 0 14mol L 时 DNA 的溶解度最低 利用这一原理 可以使溶解在氯化钠溶 液中的 DNA 析出 思考题 2 DNA 不溶于酒精 但细胞中的某些蛋白质则溶于酒精 利用这一原理 可以将 DNA 与蛋白质进一步地分离 2 蛋白质 DNA 60 80 80 洗涤剂 3 蒸馏水 思考题 3 DNA 遇二苯胺 沸水浴 被染成蓝色 所以可用二苯胺作鉴定 思考题 4 不能 因为哺乳动物成熟的红细胞中无细胞核 仅靠白细胞和淋巴细胞中的少数 DNA 在实验中很难提取到 柠檬酸钠 用心 爱心 专心 思考题 5 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 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 使血细胞胀裂 思考题 6 使氯化钠溶液浓度接近 0 14mol L 使 DNA 最大限度地析出 思考题 7 不一样 这次过滤是为了去除溶于氯化钠溶液的杂质 而上次过滤是为了去除破 裂的细胞膜等物质 思考题 8 除去含有 DNA 滤液中的杂质 思考题 9 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 思考题 10 去除溶于酒精的杂质 思考题 11 可抑制核酸水解酶的活性 防止降解 DNA 降低分子的运动 易于形成沉淀析出 低温有利于增加 DNA 分子柔韧性 减少断裂 思考题 12 确定二苯胺不与氯化钠发生颜色反应 实验组试管中可看到溶液变蓝色 C C 反馈矫正 反馈矫正 1 B 2 C 3 B 4 C 5 C 6 B 7 C 8 C 9 C 10 AC 11 1 中 20ml 0 015mol L 的氯化钠溶液 错误 应改为 20ml 蒸馏水 中 经滤纸过滤 错误 应改为 经纱布过滤 中 直到溶液中出现丝状物为止 错误 应改为 直到溶液中丝状 物不再增加时为止 2 凝集 DNA 溶解其他细胞物质 12 13 1 DNA 2 使血细胞吸水涨破 释放出核物质 DNA 3 使 DNA 溶解于 NaCl 溶液中 4 使 DNA 的溶解度下降而析出 5 二苯胺 蓝色 14 含细胞核 红 DNA 无细胞核 肝细胞有细胞核 研磨 15 蒸馏水 2mol LNaCl 溶液 蒸馏水 冷却的 95 的酒精 二苯胺 附 课题 1 DNA 的粗提取与鉴定的参考答案 A A 自主学习 自主学习 一 基础知识 思考题 1 DNA 在氯化钠溶液中的溶解度 随着氯化钠的浓度的变化而改变的 当氯化钠的 物质的量浓度为 0 14mol L 时 DNA 的溶解度最低 利用这一原理 可以使溶解在氯化钠溶 液中的 DNA 析出 思考