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        洋蔥DNA粗提取與鑒定實(shí)驗(yàn)優(yōu)化

        2023-09-08 12:40:25呂樂杜靜
        科學(xué)導(dǎo)報(bào) 2023年55期
        關(guān)鍵詞:研究背景鑒定

        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)

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