DNA粗提取与鉴定

“DNA 的粗提取与鉴定”实验研究综述

摘要：“DNA 的粗提取与鉴定”的实验，实验原理较抽象复杂，实验步骤多，实验效果不理想，因此目前我国在实验材料的选择、实验试剂的处理和用具的选择、实验方法的优化和实验教学设计的创新等方面有较多的研究。本文试对DNA 的粗提取与鉴定的实验研究进展和教学作一综述。 关键词：DNA 的粗提取与鉴定 实验改进 教学设计 中图分类号：G633.91

“DNA 的粗提取与鉴定”实验是人教版高中生物选修1《生物技术实践》专题五课题1 的实验内容，教材中详细介绍了动植物细胞DNA 提取、分离、提纯所涉及到的一般原理、方法和实验材料的选取，但并没有以哪一种材料为例具体介绍其操作过程。且在DNA 分离、提纯过程中理想的方法应该是通过离心来不断分离、提纯，而一般中学的实验室又不具有离心设备，这就对本实验的可行性带来了一定的影响。为了使实验变得简单、可行，许多学者对该实验进行了研究与改进。

1.实验原理

真核生物DNA 核蛋白的溶解度随NaCl 浓度的变化而改变。在0.14 mol/L时,溶解度最小, 而在纯水或1 ～ 2 mol/L的盐溶液中, 溶解度则较大。利用这一原理, 可以将DNA 溶于NaCl 溶液中, 而与其他物质分开。在DNA 的提取物中常常含有蛋白质及其他一些杂质, 而使DNA 提取物呈黄色。为了去除这些杂质(主要是蛋白质), 利用十二烷基磺酸钠(SDS)使蛋白质变性的原理, 使蛋白质与DNA 分开。DNA 不溶于酒精, 而细胞中有些物质则可溶于酒精。在中等浓度单价阳离子(2 mol/L1NaCl)存在下,酒精易使

DNA 形成沉淀, 这也是教材实验使用2 mol/LNaCl 溶液来溶解DNA, 而不用蒸馏水来溶解DNA的原因。

2.实验材料的选择

2.1原料需要改进的原因

根据教材的介绍，该实验的材料可以选择动物材料( 如鸡血) ，也可以选择植物材料( 如菜花、洋葱等) 。但是，选用DNA含量相对较高的生物组织，实验成功的可能性更大。课本推荐使用的实验材料是鸡血, 优点是细胞易破裂, DNA 含量大, 现象明显; 缺点一是费用太高, 对普通学校来说, 买活鸡显然不现实, 与市场上的小商贩联系购买新鲜鸡血, 很难定时、定量地保证供应; 二是实验步骤烦琐, 操作要求高, 学生一堂课很难完成实验。而选用植物组织最大的好处是取材简便, 极大地降低了费用, 而且在实验过程中能始终保持清洁。

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三是消耗的蒸馏水和酒精量大。改进后的实验材料易得，价格低廉。

解决了实验经费不足的问题，保证了实验课能够正常开出， 特别是对经费紧张的农村学校而言更有推广价值。另一方面，教师课前的准备时间减少了，也减少了学生的操作步骤，缩短了操作时间。

2.2实验材料的探索历程

关于DNA 的粗提取与鉴定这一实验所用材料的探索在不断的持续创新。郑仲贤黄、鲜豌豆种子匀浆做实验效果较好。陈国梁

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在2004年提出用蒜

用植物叶片做为材料进行了研究。发现用于做D N A 的

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粗提取与鉴定实验以鲜龙爪槐叶、鲜月季叶为最好, 鲜芹菜叶、鲜枣树叶、干枣树叶次之, 鲜筒篙叶、鲜卫矛叶、鲜芍药叶亦可。张叶在2006年提出用洋葱代替鸡血。同年，郑焕强

比较了洋葱和香蕉。发

现以香蕉为使用材料操作最为简单．易于研磨，既没有鸡血的血腥味，也没有洋葱的刺激性。同时成功率高，显色反应十分明显，是理想的替代实验材料。董明波在2007年时提出用鲤鱼鱼白作为实验材料优于用香蕉、葱头、菜花等材料。同年，郑杰

{5}

通过对比洋葱鳞茎叶、花菜、三叶草幼叶、黄豆芽、萝卜、

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胡子绘鱼肝脏、胡子鳃鱼精巢、新鲜菠菜叶、三叶草几种实验材料得出用鱼精巢为材料做“ DNA 的粗提取与鉴定” 最好, 其次是用洋葱鳞茎叶、三叶草幼芽幼叶。钱敏艳、赵海龙确定哪种材料是最适合本实验的。

在2011年通过比较菜花、

洋葱、香蕉三种植物材料进行DNA 的粗提取，得出了香蕉是三者中最好的材料。但尚未有研究达成一致，

3.实验试剂的处理和用具的选择

3.1蒸馏水或者洗涤剂的选用。若选用动物细胞，鸡血红细胞可在低渗液（蒸馏水）中吸水膨胀破裂。若选用植物细胞，植物细胞有细胞膜，洗涤剂可以溶解细胞的细胞壁,去除脂质和蛋白质。

3.2改变提取液。选择市售洗涤灵和加酶洗衣粉取代原提取液，利用其中含有的苯磺酸钠促使蛋白质变性。

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蛋白酶能水解蛋白质，但对DNA没有影响。因此在滤液中加入嫩肉粉也是一个可行的去除杂质

的方法。

3.3 二苯胺试剂的配制。张叶提出将15m L 浓硫酸沿烧杯内壁缓慢倒人100 m L冰醋酸中, 边倒边搅拌, 不要让溶液温度升得太高, 待溶液冷却后, 称取2g二苯胺加人其中, 搅拌至二苯胺完全溶解, 倒人棕色瓶保存。二苯胺的配制非常关键,冰醋酸导致显色时间过长, 甚至根本不显色,在反复试验的基础上, 大幅度增加浓硫酸的比例, 效果非常理想, 沸水浴5 m in 即出现象, 至10 m in 现象非常明显。

3.4酒精的温度。教材中使用冷的酒精是因为一是抑制核酸水解酶活性, 防止降解; 二是降低分子运动, 易于形成沉淀析出; 三是低温有利于增加D N A 分子柔韧性, 减少断裂。的酒精代替冷冻的酒精, 析出的D N A的量无明显差异

3.5用塑料杯代替玻璃烧杯。因为DNA中的磷酸基带负电荷，会吸附于玻璃表面。含量本来很少,为防止吸附于玻璃上,可使用塑料杯代替。

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但有研究者提出用室温

细胞中的D N A

4.实验方法的优化

4.1教材中实验方法的不足。

教材以鸡血为材料的实验中主要有以下三方面的因素导致提取到的DNA含量较少，杂质较多，最后实验不能成功或结果不明显。

4.1.1血细胞因低渗而破裂的效率低。提取鸡血细胞的细胞核物质时, 加入的鸡血细胞液与蒸馏水的体积比过小, 导致红细胞破裂较少( 镜检发现只破裂20%左右) , 不能获得足够的DNA。

4.1.2过滤过程中血细胞释出的DN A并未全部滤入收集的滤液之中。

4.1.3溶解细胞核内的DNA 和析出含DNA 的黏稠物及提取含杂质较少的DNA 时, 用玻璃棒搅拌易使DNA 分子断裂, 不易提取。

4.2实验方法的改进

针对实验中出现的两个问题，有以下几个改进办法。

4.2.1将鸡血细胞液和蒸馏水的体积比改为1:10或1:15，便于细胞膜和核膜充分裂解，核内物质释放出来。可以辅以快速而有力的搅拌,使之受机械震荡而更易破裂。

4.2.2过滤时应用湿纱布，过滤溶液倒入纱布的速度应缓慢,以免沉积于溶液下层的胶状物一下就把纱布堵住,使过滤不能完成。一旦出现大量胶状物使过滤不能进行下去,切忌用力挤压而使胶状物也滤入滤液之中,可以把胶状物重新用适量2mol/LNaCl进行搅拌,使其中的DNA得到溶解,然后再进行过滤。竹筷代替玻璃棒进行轻搅，使丝状DNA粘稠物直接附着在竹筷上。

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4.2.3搅拌时注意均要朝一个方向搅拌，玻璃棒不要直插烧杯底部，而且搅拌要轻缓。用表面粗糙的

4.2.4提取杂质较少的DNA时将DNA的析出提取法改为洗涤提取法，即用酒精溶液洗涤含的粘稠物。因为在滤液中加入95%的酒精，酒精浓度由95%降到68%，导致DNA的析出量降低；在滤液中加入酒精后，溶液中氯化钠的浓度发生改变。也导致DNA的析出量降低。拌1-2min。

5.实验教学设计的创新

5.1.采用科学探究的实验方法。孟咸荣理，对实验内容进行优化。

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具体方法是取一个100ml的塑料杯，注入

25ml，95%酒精（常温），持竹筷连同吸附的粘稠物转移到注入酒精的塑料杯中，沿顺（逆）时针方向搅

尝试采用“发现、提出问题→作出假设→设计探究方案→

完成探究，得到结果→分析结果→得出结论→反思”的科学探究模式。同时运用教育信息理论的相关原

5.2 导学---讨论式教学法的应用。胡雪芬

[15]

采用了导学---讨论式教学法, 以提高课堂教学效果,

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调动学生的学习主动性, 培养学生的自学能力、创新能力。

5.3引进微型实验思想，改进生物学实验教学。金松涛生人人能动手做实验。

5.4概念图在“DNA 粗提取与鉴定”教学中的运用。杨洁琼升的问题为载体，引导学生对主题进行学习和探究。

5.5过程图在“DNA 粗提取与鉴定”教学中的运用。洪长根

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提出采用微型实验的点滴板或小试管进行

操作,不仅能大量减少药品用量,而且能达到相近的实验效果。由此也可以达到将实验随堂化的目的,使学

利用概念图，指导学生有目的的阅读

和理解实验原理、步骤和结论，获得学生的前概念认知。结合维果斯基的最近发展区理论，以螺旋式上

尝试用过程图辅助教学，并取得了较

好的效果。其过程为：构建过程图，展示实验的主要步骤；分析过程图，掌握实验的操作要求；扩展过程图，获得实验的知识网络：修改过程图，完成实验的全部任务。

6.研究展望

经过众多学者的研究，使得用鸡血为材料的实验操作步骤变得简单高效，更将鸡血改进为植物材料，解决了经济、教学条件等方面造成的制约。从而使在中学生里普遍开展这项实验成为可能。目前为止，DNA 的粗提取与鉴定的实验研究，教学设计已取得了较多成果，但还有一些地方需要改进和创新才能使本实验在高中教学中更好的开展。一方面，可以进一步探究究动物性材料与植物性材料在实验中的适用性。另一方面，教师在上课之前可以根据教学条件将实验优化后再开展教学。

参考文献

[1]张叶. “DNA 粗提取与鉴定”实验的几点改进[J]. 生物学通报，2006，52（4） [2][7]郑仲贤.”DNA的粗提取与鉴定”实验的优化方案[J].生物学通报，2004，39（11）

[3] 陈国梁, 张向前, 刘勇等.DNA 的粗提取与鉴定实验材料的选择及实验步骤的改进[J].生物学通报,2005，40(3) [4]郑焕强 .DNA的粗提取与鉴定实验改进 [J].生物学通报 ,2006,41(5)

[5] 郑杰。DNA提取与鉴定实验的环保 、节材改进[J].生物学通报，2007，42（8） [6] 钱敏艳，赵海龙.不同植物材料粗提取DNA的比较研究[J].中学生物学，2011，27（1） [8]杨晓玲，D N A 的粗提取与鉴定实验的改进与分析[J].中学生物学，2003（5）

[9] 姜先荣 ,周衍茂, 鲁红侠.“DNA粗提取与鉴定” 实验的探究[J]. 生物学通报. 2006,46(7)期 [10]周际海. “D N A 的粗提取与鉴定”实验改进[J].中学生物教学，2003(4) [11]朱善良. “DNA的粗提取与鉴定”实验的初步研究[J].生物学通报，2000，35（5） [12] 赖洪道. “DNA的粗提取与鉴定”实验[J].实验教学与仪器，2000（11） [13]董素珍.“DNA的粗提取与鉴定”实验的改进[J]. 实验教学与仪器,2003(1) [14]孟咸荣. “DNA的粗提取与鉴定”实验的教学设计[J].科学教育，2004,10（6）

[15]胡雪芬. “导学—讨论式”教学在DNA 的粗提取与鉴定实验中运用[J].生物学杂志,2005,22(2) [16] 金松涛. 引进微型实验思想 改进生物学实验教学[J].生物学教学，2008，33（3） [17] 杨洁琼. 《DNA 的粗提取与鉴定》实验教学设计[J].科学教育，2013（8）

[18] 洪长根.过程图在“DNA 粗提取与鉴定”教学中的运用[J],生物学通报，2014,49（3）

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