“DNA粗提取与鉴定”实验的简易方法

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  摘要:“DNA粗提取与鉴定”实验是学生认识与构建DNA相关知识的重要内容,本文通过对实验材料与方法的改进,简化了实验的操作步骤,解决了原实验材料难得,操作繁琐,学生难以完成,且效果不佳的问题,拓宽了高中生物教材DNA粗提取实验的取材途径,并且还提高了学生的实验兴趣,提高了实验成功率,获得了较好实验效果。
  关键词:DNA粗提取;实验材料;实验方法
  
  现行的《全日制普通高级中学教科书》(必修)中的“DNA粗提取与鉴定”是高中学生必做实验。该实验的目标是让学生学会DNA粗提取与鉴定的方法,并观察提取出的DNA物质,但我们在实验教学中,发现学生会碰到许多难以解决的问题,限制了该实验的开展。如:
  ⑴实验操作步骤繁琐,学生对实验技能很难掌握:如该实验共有8个步骤,需加不同浓度的NaCl溶液有3次,需加蒸馏水的有2次,需对液体过滤的有3次,需搅拌的有6次。
  ⑵实验时间过长:在一节课即45min内根本无法完成,并且实验的成功率也很低。
  ⑶实验材料不易获得,而且实验成本较高,实验效果也不很理想。
  由于上述原因,现在许多中学尤其是城镇农村中学无法开设此实验,而DNA粗提取与鉴定的实验能为中学生学习遗传与进化及后续的生物学知识提供感性认识,是生物科学知识构成的重要内容,是一个不可忽视的重要实验。为此我们生物教研组的教师进行多次讨论与研究,并组织学生进行探究性实验,用多种不同的材料与不同的方法进行探索与实践,摸索总结出一套比较简单的“DNA粗提取与鉴定”的实验方法。此方法简化了实验操作的方法步骤,仅用3个步骤就可完成“DNA粗提取与鉴定”的整个实验;降低了实验成本,实验材料在市场上常年有供,极易获得;实验时间缩短,一节课足可完成;实验效果明显,成功率高,对实验操作的技能学生易于掌握,不会产生畏难心理,完全能达到实验的目的与要求。因此,一般中学都能采用这一简易的实验方法,有推广与普及的意义。
  
  1.实验的基本原理:
  
  植物细胞中有细胞壁、细胞膜和核膜。而实验中所用的洗洁精,因含有十二烷基磺酸钠,可除去细胞壁、细胞膜和核膜,同时还可使蛋白质变性,易于DNA的提取。DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同,其原理是DNA在溶液中略带负电荷,而NaCl溶液中的正离子可被吸收到DNA的负电荷上,中和这些负电荷,因此只要控制NaCl溶液的浓度就可控制DNA的聚合。DNA在细胞中都是和蛋白质结合形成的DNA蛋白质复合物,蛋白质能溶于酒精,DNA不溶于酒精,因此可用冰酒精处理蛋白质,使DNA得到初步纯化。利用DNA遇二苯胺(沸水溶)会染成蓝色的特性来鉴定提取出来的DNA。
  
  2.实验的器材:
  
  新鲜的植物器官如菜花、韭菜、洋葱等均是理想的实验材料,家用洗洁精、食用盐、体积分数为95%的冰酒精(至少冰24小时)、200ml、100ml、50ml的烧杯各1只、10ml量筒1个,20ml试管2支,研钵1个、玻璃棒、滴管、过滤纸、纱布、0.015mol/L的NaCl溶液,二苯胺试剂、酒精灯、三角架等。
  
  3.实验方法步骤:
  
  第一步制取DNA研磨液:每组约取10g菜花(冷藏后更佳)或韭菜、洋葱等,剪碎放入研钵,加入1—2滴洗洁精和5ml蒸馏水,充分研磨。研磨充分后用二层纱布过滤至100ml的烧杯中。
  第二步:提取DNA:向装有DNA滤液的烧杯中加入1gNaCl固体,振荡使其溶解,然后沿烧杯壁缓慢加入95%的冰酒精,一边加冰酒精,一边用玻璃棒缓缓地沿一个方向搅拌,随即可看到烧杯内有丝状物(即DNA)出现,随着酒精量的增加,丝状物也随之增多,当冰酒精加至50ml左右后就停止,同时继续用玻璃棒缓慢地沿一个方向搅拌,使丝状物吸附在玻璃棒上,轻轻地拿出后用过滤纸吸去水分,这样得到的丝状物主要就是DNA物质。
  第三步:鉴定提取得到的DNA:
  根据教学进度,做该实验时绝大多数地区的温度还是较低,冰乙酸遇空气就会立刻结冰,给二苯胺试剂的配制与使用带来了不便,同时也会直接影响实验现象的观察,为此我们采用下列方法解决:
  (1)二苯胺试剂的配制:
  A液:取1.5g二苯胺于100ml冰乙酸中,再加1.5ml浓硫酸,用棕色瓶保存,使用前放入30℃的恒温箱中备用(若室温较高,冰乙酸不结冰,则可以不放入恒温箱)。
  B液:配制乙醛体积分数为0.2%的溶液,用棕色瓶保存。
  取1滴B液滴于2mlA液中,混合均匀后即可使用(要现配现用)。
  注意:A液与B液用棕色瓶分装密封可长期保存,不影响实验效果(要用时就可现配)。
  (2)DNA的显色鉴定过程:
  ①取2支试管分别编为1号、2号,各加入0.015mol/L的NaCl溶液2ml。
  ②将丝状物放入1号试管内,用玻璃棒搅拌,使之溶解。
  ③向1号、2号试管中各加入2ml二苯胺试剂,摇匀。
  ④将2支试管置于沸水中加热8min左右。
  ⑤取出放置冷却后,观察2支试管的颜色变化,1号试管(内有DNA)变为蓝色,而2号试管不变色,说明实验成功。在变色反应中,颜色的深浅变化由DNA量的多少决定,DNA量多则其颜色变得就较深。
  
  4.结果讨论:
  
  实验中较关键的一步是对实验材料的研磨要充分,在十二烷基磺酸钠的作用下,使植物细胞的细胞壁、细胞膜与核膜完全被破坏才能得到较多的DNA物质。
  经过我们多次实验表明,该实验的优越性体现在提取DNA过程中,植物的菜花、韭菜、洋葱作为实验材料比教材中的实验材料鸡血更容易获得,效果也十分明显,而且本实验的方法快速简易,操作方便。由于实验操作步骤少,避免了过程繁多而导致操作的过多误差,进而提高了实验的成功率,符合大多数中学生的实验操作水平。
  
  参考文献
  {1]希扬:文汇出版社《高考大捷径》——直击考点?[生物实验]。2001.7
  {2]于长云:北方妇女儿童出版社《生物实验指导、改进与设计》。2001.6
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