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退出目录专题5DNA和蛋白质技术退出目录课题1DNA的粗提取与鉴定退出目录课前预习导学目标导航学习目标重点难点1.说出DNA的物理、化学性质。2.说明DNA粗提取的思路以及DNA鉴定的原理。3.设计并用流程图表示DNA粗提取及鉴定的步骤。4.尝试对植物或动物组织中的DNA进行粗提取。重点:DNA粗提取和鉴定。难点:DNA粗提取和鉴定的方法。退出目录预习导引一、提取DNA的方法1.DNA的粗提取利用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。2.DNA的理化性质(1)DNA的溶解性:①DNA和蛋白质等其他成分在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同。利用这一特点,选择适当的盐浓度就能使DNA充分溶解,而使杂质沉淀。②DNA不溶于酒精溶液,但是细胞中的某些物质则可以溶于此溶液。退出目录(2)DNA对酶、高温和洗涤剂的耐受性:①蛋白酶能水解蛋白质,但是对DNA没有影响。②大多数蛋白质不能忍受60~80℃的高温,而DNA在80℃以上才会变性。③洗涤剂可以瓦解细胞膜,去除脂质和蛋白质,但对DNA没有影响。3.DNA的鉴定在沸水浴条件下,DNA遇二苯胺会被染成蓝色。因此,二苯胺可以作为鉴定DNA的试剂。退出目录二、DNA粗提取与鉴定实验设计1.过程(1)实验材料的选取①选用DNA含量相对较高的生物组织②取材时注意安全问题③取材时注意保护环境,不要选择珍稀濒危生物(2)破碎细胞,获取含DNA的滤液①动物细胞的破碎(以鸡血为例):在鸡血细胞液中加入一定量的蒸馏水,同时用玻璃棒搅拌,过滤后收集滤液。退出目录②植物细胞的破碎方法:用洗涤剂溶解细胞膜延伸实验a.探究生物材料与洗涤剂、食盐用量的最佳比例b.探究不同洗涤剂的作用效果(3)去除滤液中的杂质方案一:通过控制NaCl溶液的浓度去除杂质。方案二:直接在滤液中加入嫩肉粉,反应10~15min,其中的木瓜蛋白酶能够分解蛋白质。方案三:将滤液放在60~75℃的恒温水浴箱中保温10~15min。退出目录(4)DNA的析出与鉴定①析出在滤液中加入同体积、冷却的酒精溶液(体积分数为95%)↓静置(2~3min)↓溶液中出现白色丝状物↓用玻璃棒沿一个方向搅拌,卷起丝状物,并吸去水分退出目录②鉴定退出目录2.操作提示(1)防止血液凝固:每100mL血液需加入3g柠檬酸钠。(2)减少产生泡沫:加入洗涤剂后,动作要轻缓、柔和。(3)避免DNA断裂:加入酒精和用玻璃棒搅拌时,动作要轻缓。(4)二苯胺试剂要现配现用。退出目录预习交流——如何观察DNA和RNA在细胞中的分布?(1)你能总结一下DNA、RNA在细胞中的分布规律吗?提示:对真核生物而言,DNA主要存在于细胞核(染色质)中,线粒体、叶绿体中也有少量的DNA。RNA主要存在于细胞质(细胞质基质、核糖体、叶绿体、线粒体)中,细胞核中也有少量的RNA。(2)你能列举不能用来提取DNA的细胞吗?请给出必要的解释。提示:哺乳动物成熟的红细胞、植物的筛管细胞等,因为它们失去了细胞核,而DNA分子主要存在于细胞核中。(3)观察DNA、RNA在细胞中分布实验的原理是什么?提示:用吡罗红甲基绿的混合染色剂对细胞染色,然后用显微镜观察。绿色区域代表DNA的分布区域,红色区域代表RNA的分布区域。退出目录课堂合作探究问题导学一、提取DNA的思路和DNA的理化性质活动与探究11.对DNA粗提取的思路是什么?提示: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,选用一定的物理或化学方法提取DNA,去除其他成分。退出目录2.根据教材第54页图51DNA在NaCl溶液中的溶解度曲线,思考下列问题。(1)描述DNA在NaCl溶液中的溶解度的变化情况。提示:在物质的量浓度为0.14mol/L的NaCl溶液中,DNA的溶解度最小,高于或低于此浓度,DNA的溶解度都增大。(2)要使DNA溶解或析出,应如何操作?提示:用物质的量浓度高于或低于0.14mol/L的NaCl溶液可溶解DNA,用物质的量浓度为0.14mol/L的NaCl溶液可析出DNA。退出目录3.DNA和蛋白质在酒精中的溶解性有何特点?根据该特点如何将DNA与蛋白质进一步地分离?提示:DNA不溶于酒精溶液(体积分数为95%),某些蛋白质能溶于酒精溶液(体积分数为95%)。向溶解有DNA和蛋白质的溶液中加入冷却的酒精溶液(体积分数为95%),溶液中会出现白色丝状物即DNA。4.提取DNA还可以利用DNA对酶、高温的耐受性原理,利用该原理如何将DNA与蛋白质分离?提示:使用蛋白酶,因为酶具有专一性,蛋白酶只水解蛋白质而不会对DNA产生影响;控制温度范围为60~80℃,因为此温度下蛋白质变性沉淀,而DNA不变性。退出目录5.利用颜色反应的原理可以鉴定DNA,鉴定DNA应选用哪种试剂,反应的结果是怎样的?提示:选用二苯胺试剂。在沸水浴的条件下,DNA遇二苯胺试剂会被染成蓝色。迁移与应用1DNA在下列物质的量浓度的NaCl溶液中,溶解度最低的是()。A.2mol/LB.0.014mol/LC.0.14mol/LD.5mol/L解析:在物质的量浓度为0.14mol/L的NaCl溶液中,DNA溶解度最小。答案:C退出目录1.DNA粗提取的原理、方法和目的基本原理方法目的DNA在不同的物质的量浓度的NaCl溶液中的溶解度不同,在物质的量浓度为0.14mol/L的NaCl溶液中的溶解度最低溶于NaCl溶液中并稀释NaCl溶液的物质的量浓度为2mol/L时,DNA溶解,而部分蛋白质发生盐析生成沉淀,过滤可除去部分蛋白质及不溶于NaCl溶液的杂质。当NaCl溶液的物质的量浓度稀释至0.14mol/L时DNA析出,过滤可除去溶于NaCl溶液中的部分蛋白质和其他杂质退出目录DNA不被蛋白酶水解加入嫩肉粉嫩肉粉中含木瓜蛋白酶,水解蛋白质DNA不溶于酒精溶液加入冷却酒精(体积分数为95%)DNA析出,除去溶于酒精的蛋白质DNA可被二苯胺试剂染成蓝色加入二苯胺试剂并沸水浴鉴定DNA退出目录2.DNA和蛋白质在不同的物质的量浓度的NaCl溶液中的溶解度溶解规律2mol/L的NaCl溶液0.14mol/L的NaCl溶液DNA溶解析出蛋白质NaCl溶液的物质的量浓度在从2mol/L降低的过程中,溶解度逐渐增大部分发生盐析沉淀溶解退出目录二、DNA粗提取的实验步骤及注意事项活动与探究21.讨论在做DNA的粗提取与鉴定实验时,实验材料用鸡血而不用羊血的原因。提示:羊属于哺乳动物,哺乳动物的成熟红细胞没有细胞核,仅靠少量有细胞核的白细胞,不易提取到DNA。2.提取鸡血细胞的核物质时,需向鸡血细胞液中加入蒸馏水,并搅拌和过滤,请分析加入蒸馏水能使鸡血细胞破裂的原因。提示: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,使血细胞涨破(细胞膜和核膜破裂),从而释放出DNA。退出目录3.提取洋葱的DNA时,需在切碎的洋葱中加入一定量的洗涤剂和食盐,并进行充分的搅拌和研磨。请思考下列问题。(1)加入洗涤剂和食盐的作用分别是什么?提示:洗涤剂能瓦解细胞膜,释放出DNA;食盐有利于DNA的溶解。(2)如果研磨不充分,会对实验结果产生怎样的影响?提示:提取的DNA量少,导致看不到丝状沉淀物,用二苯胺试剂鉴定结果不明显等。退出目录4.最初获得的DNA滤液含有蛋白质、多糖和RNA等杂质,为了初步纯化DNA,请探究为什么反复地溶解与析出DNA,能够去除杂质?提示:用高浓度的盐溶液溶解DNA,能除去在高盐溶液中不能溶解的杂质;用低浓度的盐溶液使DNA析出,能除去溶解在低盐溶液中的杂质。因此,通过反复地溶解与析出DNA,就能够除去与DNA溶解度不同的多种杂质。退出目录5.阅读教材提供的三种去除滤液杂质的方案,分析各自原理。名称原理方案一方案二方案三提示:DNA在不同物质的量浓度的NaCl溶液中溶解度不同蛋白酶分解蛋白质,而不分解DNA蛋白质和DNA的变性温度不同退出目录6.做DNA的鉴定实验时,需要设置对照实验:取两支试管,一支加入物质的量浓度为2mol/L的氯化钠溶液5mL,一支加入溶有DNA的物质的量浓度为2mol/L的氯化钠溶液5mL。然后两支试管各加入4mL的二苯胺试剂,混合均匀后置于沸水中加热。思考为什么要设置对照组?实验中能观察到什么现象?提示:设置对照实验的目的是确定二苯胺试剂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。退出目录7.用流程图表示粗提取和鉴定DNA的步骤。提示:选取富含DNA的实验材料↓选择相应的方法破碎细胞,获取含DNA的滤液↓去除滤液中的杂质↓析出DNA并鉴定退出目录迁移与应用2若选择的实验材料为植物细胞,破碎细胞时要加入一定量的洗涤剂和食盐。加入食盐的目的是()。A.利于DNA的溶解B.分离DNA和蛋白质C.溶解细胞膜D.溶解蛋白质解析:实验材料是植物细胞,需先用洗涤剂溶解细胞膜,再加入食盐利于DNA的溶解。答案:A退出目录1.DNA粗提取实验的关键步骤(1)制备鸡血细胞液时,要在新鲜鸡血中加入抗凝剂如柠檬酸钠,使血液分层,取下层血细胞沉淀。(2)获取较多DNA的关键是向鸡血细胞液加入足量的蒸馏水,以便使细胞膜和核膜破裂,核内物质释放出来。(3)实验中共有三次过滤。过滤时使用的纱布层数与过滤的目的(是得到其滤液还是黏稠物)有关。破碎细胞,获取DNA的滤液和析出DNA并鉴定时,要用其滤液,使用1~2层纱布。去除滤液中杂质时,要用其滤出的黏稠物,使用多层纱布。退出目录(4)实验中有两次使用蒸馏水。第一次加水是在获取DNA滤液时,是为了使血细胞吸水膨胀破裂,加水后必须充分搅拌,应不少于5min,使血细胞充分破裂;第二次加蒸馏水是在去除滤液中杂质时,加水是为了稀释氯化钠溶液,使DNA逐渐析出。(5)实验中有三次加氯化钠溶液。第一次是在破碎植物细胞获取DNA滤液时,加入氯化钠溶液是为了提高DNA的溶解度。第二次和第三次都是在去除滤液中的杂质的步骤中。第二次加入氯化钠溶液,是为了调节氯化钠溶液物质的量浓度为2mol/L,过滤除去不溶的杂质。第三次加入氯化钠溶液是为了将析出的DNA丝状物溶解。(6)在DNA的析出与鉴定中,必须使用冷酒精(至少在5℃以下存放24h),并且将一份含DNA的氯化钠溶液加入到两份冷酒精中,如果悬浮在溶液中的DNA丝状物较少,可将混合液放入冰箱中再冷冻几分钟。退出目录2.实验现象不明显的原因分析(1)材料中核物质没有充分释放出来,如研磨不充分或蒸馏水的量不够。(2)加入酒精后摇动或搅拌时过猛,DNA被破坏。(3)二苯胺配制时间过长,变成浅蓝色,影响鉴定效果。(4)析出含DNA的黏稠物时,蒸馏水一次快速加入,影响实验结果。(5)实验中有多次搅拌,但是其目的及操作方法是不同的,操作时不注意区分,影响实验结果。退出目录当堂检测1.用蛋白酶对细胞核中能被碱性染料染色的物质进行处理,得到了一些细丝,这些细丝状物可能是()。A.蛋白质B.DNA和蛋白质C.RNAD.DNA解析:细胞核中能被碱性染料染色的物质是染色质,其主要成分是DNA和蛋白质,用蛋白酶处理后蛋白质被水解,剩余的物质是DNA。答案:D退出目录2.在DNA的粗提取实验过程中,两次向烧杯中加入蒸馏水的作用分别是()。A.稀释血液、冲洗样品B.使血细胞破裂、降低NaCl溶液物质的量浓度使DNA析出C.使血细胞破裂、增大DNA溶解量D.使血细胞破裂、提取含杂质较少的DNA解析:第一次加蒸馏水的目的是使鸡血细胞吸水胀破;第二次加蒸馏水的目的是将物质的量浓度为2mol/L的NaCl溶液稀释至物质的量浓度为0.14mol/L左右,从而使DNA析出。答案:B退出目录3.在破碎鸡血细胞时,要先加入20mL的蒸馏水,其作用是()。A.使DNA溶解于水中B.使血细胞破裂,释放DNAC.稀释血液,防止凝固D.有利于搅拌解析:实验中首先要将细胞中的DNA释放出来,一般用低渗溶液如蒸馏水使细胞过度吸水而破裂,而不是采取机械破碎。答案:B退出目录4.(多选)探究用不同的洗涤剂来提取DNA会产生什么不同的效果时,不同的组别应进行的相同处理是()。