探究生物实验课堂实效性

1、542三±:i7“工5厶4i课题研习论文掠九生物糜進旳头效佳ux dna也雄取为例2012年12月 摘要：dna粗提取是屮学生物实验屮的一个探究性实验，木文通过讲述前人的研究进程， 包括肺炎双球菌转化实验、噬菌体侵染实验，引出dna是生物遗传物质，重点讲述了 dna 粗提取的过程，以及在过程中的一些改进，使得实验课堂的时效性得以提高，同时采用小 组学习法提高课堂时效性。关键词：dna；粗提取；时效性1前言32人类对dna的认识过程32.1人类对遗传物质的探索过程32.2肺炎双球菌的转化实验42.3噬菌体的侵染实验43dna粗提取及简单染色53.1 dna粗提取的课堂实验前准备53.1

2、.1实验材料5312用具53.1.3鸡血细胞液制备53.1.4实验原理63.2 dna粗提取的课堂实验过程63.2.1破碎细胞，释放dna63.2.2溶解细胞核内的dna63.2.3 dna 的析出63.2.4 dna的初步纯化73.3 dna粗提取的课堂实验结果73.4 dna粗提取的课堂实验的分析78889错误！未定义书签。3.5粗提取的dna染色. 4rna的简单介绍 5提高课堂时效性 6课堂时效性探究结论 参考文献dna粗提取是中学生物实验中的一个探究性实验，实验过程比较繁琐，实验现象难以 得出，容易失败（同。通过学习前人对此实验的做法，本次试验采用鸡血作为细胞材料，在 时间和用水上稍

3、作了修改，用以提高课堂的时效性。为了让学生更易了解dna这种物质， 课前进行讲述人类对遗传物质的探索过程、肺炎双球菌的转化实验和噬菌体侵染实验，使 同学了解dna是什么，怎么来的，再通过做实验让学生知道dna并不神秘，它就在我们身 边。实验过程中采取分小组的形式进行，在老师指导下合作学习，实验步骤也稍稍做了修 改，以保证在一定时间内完成这个实验，提高课堂的时效性。2人类对dna的认识过程2.1人类对遗传物质的探索过程最初在19世纪，孟徳尔提出遗传因子概念，这也是遗传学的起点。1903年，美国遗 传学家萨顿观察蝗虫精子和卵细胞形成时，在显微镜卜-看到了孟徳尔所说的遗传因子，确 实是成对存在的。1

4、909年摩尔根做的果蝇实验证明了基因在染色体上。此时的人们还不知 道基因到底是怎样一种物质。直到1928年，格里菲思以小鼠为实验材料做了著名的肺炎 双球菌实验，证明了遗传物质是dna。但是仍有相当一部分人不相信dna是遗传物质。在 1931年，道森和西亚成功的在体外进行了转化实验。1935年一1944年，经历了 10年不断 的研究，美国洛克菲勒学院的三位免疫学家艾弗里，麦克劳德，麦卡提证明了 dna是肺炎 球菌的遗传物质。1952年,赫尔希和蔡斯做了噬菌体侵染细菌实验，进一步证明了 dna是 遗传物质。1953年，沃森与克里克发现了 dna的双螺旋结构。20世纪90年代，人类基因 工程计划启动

5、。格里菲斯的帅炎双球菌转化实验、艾弗里证明dna是遗传物质的实验、噬菌体侵染细 菌的实验，既包含了科学家在研究过程中的创造性思维，将dna和蛋门质分开研究，又反 映了科学家敢于质疑，不断探索的宝贵精神。随着科学技术的发展，今天的认识和结论也 在不断的修正发展z中。2.2肺炎双球菌的转化实验肺炎双球菌是一种病原菌，存在着光滑型（简称s型）和粗糙型（简称r型）两种 不同类型。其屮光滑型的菌株产生荚膜，有毒，在人体内它导致帅炎，在小鼠体屮它 导致败血症，并使小鼠患病死亡，其菌落是光滑的；粗糙型的菌株不产生荚膜，无毒, 在人或动物体内不会导致病害，其菌落是粗糙的。格里菲斯以r型和s型菌株作为实验材料进

6、行遗传物质的实验，他将活的、无毒 的r-ii型（无荚膜，菌落粗糙型）肺炎双球菌或加热杀死的有毒的s-iii型肺炎双球 菌注入小白鼠休内，结果小口鼠安然无恙；将活的、有毒的s-iii型（有荚膜，菌落 光滑型）肺炎双球菌或将大量经加热杀死的有毒的s-iii型肺炎双球菌和少量无毒、 活的r-ii型肺炎双球菌混合后分别注射到小白鼠体内，结果小门鼠患病死亡，并从 小门鼠体内分离出活的s-iii型菌。格里菲斯称这一现象为转化作用，实验表明，s- iii型死菌体内有一种物质能引起r-ii型活菌转化产生s-iii型菌，这种转化的物质（转 化因子）是什么？格里菲斯对此并未做出冋答。为了搞清楚榕里菲斯实验中的转化

7、物质是什么，之后美国科学家艾弗里和他的同 事从s型活细菌中提収出了 dna、蛋白质和多糖等物质，然后将它们分別加入已培养 了 r型细菌的培养基中，结果发现：只有加入了 dna, r型细菌才能转化为s型细菌, 而月.dna的纯度越高，转化就越有效。艾弗里还发现：如果用dna酶处理从s型活细 菌中提取的dna,使dna分解，就不能使r型细菌发生转化。艾弗里等人的实验的主 要目的在于确定导致细菌转化的物质，或者说在于确定基因的化学成分。实验结果表 明，这种导致转化的物质是dna6o2.3噬菌体的侵染实验经过格里菲斯和艾死里实验，证明了 dna分子是遗传物质，然而，由于当时技术水平 有限，提纯的dna

8、中仍有少量（0. 02%）蛋白质，因而少数人仍然坚持认为dna是遗传物 质的证据不充分。于是在1952年，赫尔希和蔡斯做了噬菌体侵染实验。因为t2噬菌体结 构简单，只有dna分子和蛋白质外壳，在侵染细菌是完全分离开，所以选择它作为实验材 料。因为蛋白质的组成是c、ii、0、n、s,所以用吟标记噬菌体外壳，而dna有一个磷酸 基团，所以用即标记噬菌体dna。实验过程分两组，第一组用标记的噬菌体侵染大肠 杆菌，过一段时间后进行离心，结果发现上清屮含有放射性的物质，这说明放射性物质是 存在于大肠杆菌外；第二组用32p标记的噬菌体侵染大肠杆菌，过一段时间后进行离心， 结果发现放射性物质主要存在于人肠杆

9、菌内，即沉淀中有放射性。由于噬菌体侵染人肠杆 菌是采用注入的方式，所以外壳留在人肠杆菌外，注入到人肠杆菌只有dnao而人肠杆菌 本身是没有放射性的，噬菌体利用大肠杆菌的物质合成自身成分，所以大肠杆菌裂解后， 产生的噬菌体没有,只有噬菌体本身（亲代）所带的两条dna （母链）含有沖，所以能 检测到放射性磷。因此，相对来说，对比沉淀、上清，子代噬菌体屮的放射性（同位素示踪）更能说明 dna是遗传物质。3 dna粗提取及简单染色3.1 dna粗提取的课堂实验前准备3.1.1实验材料鸡血细胞液；预冷的95%的酒精溶液，蒸馆水；质量浓度为0.1 g/ml的柠檬酸钠溶 液;物质的量浓度分别为2 mol/l

10、和0.015mol/l的氯化钠溶液。3丄2用具铁架台、铁环、银子、三角架、酒精灯、石棉网、载玻片、玻璃棒、滤纸、滴管、量 筒、烧杯、试管、漏斗、试管夹、纱布。313鸡血细胞液制备教师可以到市场售活鸡处索取鸡血，所带烧杯中必须提前放入抗凝剂柠檬酸钠溶液。 具体制备方法如下：取质量浓度为o. 1 g/ml的柠檬酸钠溶液100 ml,置t 500 ml烧杯中, 注入新鲜的鸡血（约180 ml）,同时用玻璃棒搅拌，使血液与柠檬酸钠溶液充分混合，以 免血液凝结。将烧杯屮的血液置于冰箱内，静置1 d,使血细胞自行沉淀。有条件的学校 也可以将血液倒入离心管内进行离心,用2 000 r/min或3 000 r

11、/min的转速,离心2 min, 使血细胞沉淀于离心管底部，这样可以使血细胞沉淀更完全。用吸管除去上部的澄清液， 就可以得到鸡血细胞液。值得注意的是鸡血细胞破碎以后释放出的dna,容易被玻璃容器 吸附，所以在提取过程屮为了减少dm的损失，最好使用塑料的烧杯和试管盛放鸡血细胞液。3.1.4实验原理dna在氯化钠溶液屮的溶解度，是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. 14 mol/l时，dm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，但细胞中的某些物质则可以溶于酒精。利用这一原理，可以进 一步提取出含杂质较少的dnao3.2

12、dna粗提取的课堂实验过程3.2.1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从细胞核屮释放岀来，需要向鸡血细胞液屮加入蒸馆水，并月.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510汕的鸡血细胞液加入30皿蒸憎水 搅拌5 mino释放出來的人量dna和rna往往与蛋门质结合在一起，应用两层纱布进行过 滤，除去一些颗粒较人的杂质。3.2.2溶解细胞核内的dna在浓度较高的nacl溶液屮核蛋白容易解聚，游离出的dna溶解在溶液屮。在溶

13、液屮 加入60ml的浓度为2 mol/l的nacl溶液，搅拌1.5 min。注意应沿一个方向搅拌，使dna 充分溶解。3.2.3 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。加蒸憎水降低nacl 溶液浓度，使dna析出。实验中应该缓慢贴壁加入蒸憾水，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0.10. 2 moi/lo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分子乂重新溶解。用34层纱布对dna稀释液进行过滤，滤去蛋白质，收集dna的黏

14、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），留下的沉淀物屮含有dna。此时注意观察dna黏稠物的颜色。3.2.4 dna的初步纯化如果提取的dna屋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的本色口色。 将dna黏稠物再溶解，继续用2 mol/l的nacl溶液20 ml溶解dna黏稠物，仍旧沿一个 方向不停搅拌3 min,使dna充分溶解，以免损失。用34层纱布进行过滤（或离心）， 滤去朵质，收集含有dna的滤液。向滤液中贴壁缓慢加入5

15、0讥预冷的体积分数为95%的 乙醇，并用玻璃棒朝一个方向缓慢、均匀地搅拌，溶液中会出现dna丝状物。3.3 dna粗提取的课堂实验结果实验过程屮若是各个数量都控制的恰当的话应当可以看到有大量的白色絮状物产生。3.4 dna粗提取的课堂实验的分析在课堂实验中，因为要用到酒精灯，所以教师应该注意学生使用酒精灯的安全问题， 指导学生正确使用酒精灯。实验过程中涉及到多次搅拌，搅拌充分与否，会影响细胞的破 裂程度，进而影响到dna的提収量。还有在提取含杂质较少的dna时，必须用冷酒精，即 酒精在冰箱内（5°c以下）至少存放24h。在用玻璃棒搅拌时，玻璃棒不要直插烧杯底部，搅 拌要轻缓，以便获得

16、完整的dna分子。实验屮会用到大量的蒸馆水，经过前人的探索实验发现，改用自来水不会彩响实验效 果，所以在课堂上可以用口来水代替蒸憾水。步骤3.2. 1中用到两层纱布，这是为了获取 dna滤液，步骤3. 2. 3屮为了得到从低浓度氯化钠溶液屮析出含dna的黏稠物，所用的纱 布层数为多层。步骤3. 2. 1与步骤3.2.3中均需加水，这两步加水的原理、h的是不和同的。步骤3. 2. 1 加水是为了使红细胞在低渗液中吸水膨胀破裂，步骤3. 2. 3加水是为了使溶液中氯化钠的 物质的量浓度约为0. 14mol/l,此时dna的溶解度最低，使dnaff!lltlo3.5粗提取的dna染色根据dna遇到二

17、苯胺会被染成蓝色，可以用二苯胺作为鉴定dna的试剂。实验过程如 下：现将提取好的丝状物放入盛有物质的量浓度为0.015mol/l的n“c1溶液的试管屮，使 dna溶解。再在其屮加入二苯胺，将试管进行沸水浴加热5min后再冷却。过一会后会发现 试管内溶液出现蓝色反应。需要注意的是，进行沸水浴时，先将水煮沸，然后倒入人烧杯 中进行酒精加热，水再次沸腾后再把试管放进去加热，这样实验效果会更好。4rna的简单介绍随着对核酸研究的深入，科学家们发现有些病毒含有dna,有些病毒却不含有dna只 含有rnao这些只含有rna的病毒也能够口我复制并繁衍后代。经过试验研究，发现rna 是某些病毒的遗传物质。烟草

18、花叶病毒（简称tmv）是最早发现的一种只含有rna的病毒，它有一个圆筒状的 蛋白质外壳，内含有rna分子。1956年，格勒和施拉姆把tmv放在水和苯酚屮震荡，使 rna和蛋白质分离开，然后用rna和蛋白质分别去感染正常烟草，结果发现只有rna感染 的烟草的叶片发病了。这表明rna起着控制性状的作用而不是蛋白质。1957年，佛兰科尔康拉特等用tmv与hrv （车前草病毒）进行的病毒重建实验进一 步证明，在只有rna而不含有dna的病毒中，遗传物质是rna。5提高课堂时效性在屮学实验课程屮，实验课的时间是比较紧张的，要在短时间内做出实验现象明显的 实验，前期准备必须充分。课堂上所用的试剂药品、操作

19、用具都要事先准备好，以节省课 堂上的使用时间。另外，要使学生了解本节课的实验是什么，采用什么样的方法做，为什 么要用这个方法，过程是如何，我们耍达到什么样的fl的。学生只有了解了这些fl的、原 理、步骤，才能进行快速的操作，节省实验用时。此外，若是实验材料可以让学生自己准 备，那就尽量让学生口己准备，这样可以让学生体会到实验就在身边，它并不生神秘，在 过程中体会到实验的乐趣，激发学习的兴趣，口主学习更多的知识。同时学生的准备也就 可以减少老师的工作量。在进行实验时，学生都是要亲自动手参与的，一个人做一个实验是不现实的，所以分 工合作是必要的。我们常以小组的形式进行实验，这样每个人都会有机会参与

20、实验，在实 验过程中也能更好地和同学交流，既锻炼了学生的合作能力，也锻炼了学生的交际能力。 合作才能共赢。中学生物实验大多属于探究性试验，探究的过程中不仅靠自己的钻研与思 考，述需耍群体合作进行智力启辿和互补，通过多种分t协作充分发挥群体作用，促使 整体创新精神和实践能力的发展。在进行小组分配时，也耍注意分配的方法。首先要优化实验小组结构。实验课上小组 成员的组合应该是合理的。针对学生的个性差异和学习水平、学习热情搭配组合，各小组 的竞争水平相当，出那些思维活跃、善于表达的同学带动学习积极性不高或不善言谈的同 学，使全班同学都能以饱满的热情，全身心地投入到实验活动中。第二要加强实验小组间 的合

21、作交流与适度竞争。实验的猜想、设计、完善以及实验结果的分析等都需要小组内成 员合作完成，但小纟n.间的互助也不能忽视。每次小组设计实验完成后，都要安排小纟n.间的 讨论与完善计划这一环节。由每组成员陈述本组设计方案并解释设计原因，其他小组的成 员对本方案质疑，找出不足，提出自己的意见。这样，小组间各抒己见，取长补短，在交 流中自我认识，自我反省，进一步完善实验方案。同时适度的竞争有助于激发和加强学生 的学习动机，使学生产生成就感，增强自信心，形成竞争意识和培养竞争能力，这对学生 在未來社会中的生存和发展都是极其重要的。每次实验课后，再由老师评出最佳实验设计 小组、最具创意小组。通过这样的评比激发学生的积极情绪，体验到集体成功的快怎具有 巨大的情绪力量，激励集体屮的每个学生奋发向上。6课堂时效性探究结论通过讲解、动手操作，学生会掌握以下实验流程:破碎细胞,释放dna510ml鸡血加入30ml蒸馆水搅拌5min, 用两层纱布过滤取清液溶解细胞核内的dna清液中加入60ml 2mol/l nacl搅拌