呂樂　杜靜

關(guān)鍵詞：DNA提取；鑒定；實(shí)驗(yàn)優(yōu)化

? 一、研究背景

生物學(xué)是以提高學(xué)生生物學(xué)科核心素養(yǎng)為宗旨的學(xué)科課程?！镀胀ǜ咧猩飳W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)2017版》明確指出：生物學(xué)課程要求學(xué)生主動(dòng)參與學(xué)習(xí)過程，在親歷提出問題、獲取信息、尋找證據(jù)、檢驗(yàn)假設(shè)和發(fā)現(xiàn)規(guī)律等過程中習(xí)得生物學(xué)知識(shí)，養(yǎng)成理性思維的習(xí)慣，形成積極的科學(xué)態(tài)度，發(fā)展終身學(xué)習(xí)及創(chuàng)新實(shí)踐的能力[1]。“DNA的粗提取與鑒定”是人教版生物教材選修一模塊中的實(shí)驗(yàn)課題，是一個(gè)定性的鑒定實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)的主要教學(xué)流程是：學(xué)生了解DNA的物理化學(xué)性質(zhì)，在理解DNA提取與鑒定原理的基礎(chǔ)上，嘗試對(duì)動(dòng)植物組織中的DNA進(jìn)行粗提取和鑒定。教材中詳細(xì)介紹了DNA粗提取與鑒定的原理，并結(jié)合原理介紹了提取DNA的方案，但所提供的實(shí)驗(yàn)步驟繁瑣，實(shí)驗(yàn)操作較為復(fù)雜。如何在普通高中實(shí)驗(yàn)室條件下做好這個(gè)實(shí)驗(yàn)？筆者在許多高中教師實(shí)驗(yàn)“簡(jiǎn)化”的基礎(chǔ)上，對(duì)實(shí)驗(yàn)材料、實(shí)驗(yàn)條件和過程進(jìn)行了探索，對(duì)相關(guān)步驟進(jìn)行簡(jiǎn)化，在實(shí)際教學(xué)中進(jìn)行了反復(fù)試驗(yàn)和總結(jié)，解決了教學(xué)課堂時(shí)間緊張，操作困難，實(shí)驗(yàn)效果不明顯等問題[2]～[5]。現(xiàn)將實(shí)驗(yàn)改進(jìn)介紹如下。

? 二、實(shí)驗(yàn)方案

? （一）目的要求

1.了解DNA的物理化學(xué)性質(zhì)，理解DNA粗提取和鑒定的原理。

2.學(xué)會(huì)DNA粗提取的方法以及用二苯胺試劑對(duì)DNA進(jìn)行鑒定。

? （二）材料用具

黃洋蔥、氯化鈉、無水乙醇、復(fù)合蛋白酶（源葉Cat.S10155）、1.5%二苯胺試劑（雷根Cat.NT0002）、洗滌靈、料理機(jī)、電陶爐、玻璃棒、燒杯、量筒、紗布等。

? （三）方法步驟

1.將黃洋蔥剝皮，切丁后放入料理機(jī)中，充分打碎以破壞細(xì)胞壁。

2.量取打好的洋蔥混合物50mL于燒杯中，加入5mL洗滌靈。用玻璃棒單向攪拌2分鐘使其混合均勻（目的：洗滌劑可以破壞細(xì)胞膜及核膜，但對(duì)DNA無影響）。

3.再加入6g氯化鈉，用玻璃棒單向緩慢攪拌均勻（目的：DNA在2mol/L氯化鈉中溶解度最大）。

4.再加入5mL10%復(fù)合蛋白酶液，緩慢攪拌均勻，靜置5分鐘（目的：復(fù)合蛋白酶液可分解部分蛋白質(zhì)，但對(duì)DNA無影響）。

5.以四層濕紗布過濾上述混合液，收集濾液，此時(shí)DNA存于過濾下來的溶液中。

6.取濾液30mL轉(zhuǎn)移至干凈的燒杯中。

7.再沿著燒杯邊緣慢慢倒入60～70mL的冰浴無水乙醇。此時(shí)在無水乙醇和水溶液的交界處就會(huì)慢慢出現(xiàn)如棉絮般的白色物質(zhì)，靜置2分鐘。用玻璃棒沿一個(gè)方向攪拌，卷起白色絮狀物（目的：DNA因不溶于乙醇而析出）。

8.取兩支試管，各加入2mL2mol/L氯化鈉溶液，將上述白色絮狀物緩慢挑出，放入其中一支試管中，用玻璃棒攪拌，使其溶解，作為實(shí)驗(yàn)組；另一支試管不加白色絮狀物，作為對(duì)照組。然后向兩支試管中各加入5mL1.5%的二苯胺試劑，混合均勻后，將兩支試管置于沸水中加熱15min，待試管冷卻后，觀察并比較兩支試管中溶液顏色的變化（原理：DNA在酸性條件下加熱，其嘌呤堿與脫氧核糖間的糖苷鍵斷裂，生成嘌呤堿、脫氧核糖和脫氧嘧啶核苷酸，而脫氧核糖在酸性環(huán)境中加熱脫水生成ω-羥基-γ-酮基戊醛，與二苯胺試劑反應(yīng)生成藍(lán)色物質(zhì)）。

? （四）注意事項(xiàng)：

1.洋蔥切丁盡量小，料理機(jī)處理時(shí)間亦短不宜長(zhǎng)。

2.攪拌過程中單向、緩慢攪拌，避免DNA鏈斷裂。

3.使用濕紗布過濾，避免濾液吸附而造成浪費(fèi)。

4.冰浴乙醇加入時(shí)應(yīng)緩慢且穩(wěn)定不斷流，白色絮狀物盡量完全挑取干凈。

5.二苯胺鑒定過程中有乙酸等刺激氣味，建議于通風(fēng)櫥中進(jìn)行。

? 三、實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)：

? 1.實(shí)驗(yàn)材料簡(jiǎn)單易得

黃洋蔥物美價(jià)廉，且處理過程簡(jiǎn)單、安全，僅需用料理機(jī)快速絞碎即可，教師可在課前提前處理洋蔥，以節(jié)省學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作時(shí)間。

? 2.簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)步驟，縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間

優(yōu)化后的實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單易行，整個(gè)實(shí)驗(yàn)約30min即可完成，省時(shí)省力。每位學(xué)生都親自操作，大大增加了學(xué)習(xí)積極性。

? 3.增加實(shí)驗(yàn)安全性

優(yōu)化后的實(shí)驗(yàn)不需要離心機(jī)、酒精燈、三角架等儀器，危險(xiǎn)化學(xué)品濃硫酸、冰乙酸和乙醛等也不再單獨(dú)準(zhǔn)備，只需采購(gòu)商品化的1.5%二苯胺試劑，既降低危化品儲(chǔ)存和使用風(fēng)險(xiǎn)，增加學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作安全性，又減輕教師工作量，同時(shí)降低實(shí)驗(yàn)成本。

? 4.提高實(shí)驗(yàn)成功率

優(yōu)化后的實(shí)驗(yàn)可操作性強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)效果理想，按步驟正常進(jìn)行，學(xué)生幾乎都能提取出大量的DNA，顯色反應(yīng)也很明顯，成功率達(dá)100%。

綜上所述，以黃洋蔥為實(shí)驗(yàn)材料的“DNA粗提取與鑒定”，實(shí)驗(yàn)材料簡(jiǎn)便，成本低廉，實(shí)驗(yàn)步驟簡(jiǎn)單，可操作性強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯且成功率高，一堂課即可完成教學(xué)任務(wù)，效果顯著。學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)操作增加了感性認(rèn)識(shí)，提高了動(dòng)手能力，同時(shí)有效地激發(fā)了求知欲望，調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)生物學(xué)的積極性，對(duì)提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)有一定的價(jià)值。本方案能達(dá)到預(yù)期教學(xué)目標(biāo)，因此易于在普通中學(xué)中普及和推廣。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉恩山等.普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）解讀[M].高等教育出版社，2018.

[2]姚燕.“DNA的粗提取與鑒定”實(shí)驗(yàn)優(yōu)化和研究[J].教學(xué)儀器與實(shí)驗(yàn)，2014，30（11）：30-32.

[3]韓曉靜.“DNA的粗提取與鑒定”實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)[J].中學(xué)生物學(xué)，2017，33（6）：50-51.

[4]姚燕.在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)——“DNA的粗提取與鑒定”實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施的改進(jìn)[J].生物學(xué)通報(bào)，2018，53（11）：29-32.

[5]李偉.基于實(shí)際問題解決的生物智慧課堂——以“DNA的粗提取與鑒定”為例[J].中學(xué)生物學(xué)，2019，35（5）：22-24.

（作者單位：1.北京科技大學(xué)化學(xué)與生物工程學(xué)院；2.首都師范大學(xué)附屬育新學(xué)校）