2019_2020学年高二人教版生物选修一课件：5.1 DNA的粗提取与鉴定 .pdf

第13课时 DNA的粗提取与鉴定 专题5 DNA和蛋白质技术 学习导航 1.通过阅读教材P54“基础知识”，掌握提取并检验DNA的原理和方法。 2.结合教材P55“实验设计”，掌握DNA粗提取的选材、析出及鉴定。 3.结合教材P56“操作提示”，掌握实验过程中需注意的问题。 4.分析教材P57“结果分析与评价”中的问题，掌握DNA粗提取与鉴定的 技术。 重难点击 1.理解DNA的理化特性及根据其理化特性而提取和鉴定的原理。 2.初步掌握DNA的粗提取和鉴定方法。 一、DNA的理化特性、提取及鉴定的原理 当堂检测 二、“DNA粗提取与鉴定”实验设计与操作提示 内容索引 一、DNA的理化特性、提取及鉴定的原理 基础梳理 1.提取提取DNA的方法和原理的方法和原理 (1)提取生物大分子的基本思路：选用一定的 方法分离具有不 同物理或化学性质的生物大分子。 (2)提取DNA的方法：利用DNA与 、 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。 物理或化学 RNA 蛋白质 2.DNA的溶解性的溶解性 (1)DNA在NaCl溶液中的溶解度 DNA在不同浓度的NaCl溶液中的溶解度不同，其中在 NaCl溶 液中溶解度最低。 (2)在酒精溶液中的溶解性： 不溶于酒精溶液，但是细胞中的某些 溶于酒精溶液。 0.14 mol/L DNA 蛋白质 3.DNA对酶、高温和洗涤剂的耐受性对酶、高温和洗涤剂的耐受性 (1)对酶的耐受性：蛋白酶能水解 ，但对 没有影响。 (2)对温度的耐受性：大多数蛋白质不能忍受 的高温，而DNA 在 以上才会变性。 (3)对洗涤剂的耐受性：洗涤剂能够瓦解 ，但对 没有影响。 4.DNA的鉴定的鉴定 在 的条件下，DNA与 反应呈现蓝色。 蛋白质DNA 6080 80 细胞膜DNA 沸水浴二苯胺 问题探究 1.DNA溶解性原理 (1)结合DNA在NaCl溶液中的溶解度曲线，分析DNA在不同浓度NaCl溶 液中的溶解度有何特点。 项目溶解规律2 mol/L NaCl溶液0.14 mol/L NaCl溶液 DNA溶解析出 低于0.14 mol/L时：_ 。 高于0.14 mol/L时：_ 。 蛋白质 蛋白质在NaCl溶液浓度从2 mol/L 降低过程中，溶解度逐渐增大 部分发生盐析沉淀溶解 DNA的溶解度随NaCl溶液物质的量浓度增加而逐 渐降低 DNA的溶解度随NaCl溶液物质的量浓度增加而逐 渐升高 答案 答案 提取获得的DNA滤液中含有蛋白质、多糖和RNA等多种杂质，用 2 mol/L的NaCl溶液溶解DNA，然后过滤获得滤液，能够去除该条件下 不能溶解的杂质；调节NaCl溶液的物质的量浓度为0.14 mol/L，使 DNA析出，然后过滤获得析出物，能够去除该条件下仍然能够溶解的杂 质。 (2)结合图表分析，如何通过控制NaCl溶液的浓度使DNA在盐溶液中溶 解或析出，以达到去除杂质的目的？ 答案 答案 可以将DNA和蛋白质进一步分离。 (3)DNA不溶于酒精溶液，而细胞中的某些蛋白质则溶于酒精溶液，此特 点对于提取DNA有什么作用？ 答案 答案 答案 不同。原因如下： (1)蛋白质变性是指蛋白质在某些物理或化学因素作用下其特定的空间构 象被改变，从而导致其理化性质的改变以致生物学活性丧失。 (2)DNA变性是指DNA分子在高温等条件下，由稳定的双螺旋结构解聚 为无规则线性结构的现象，变性时维持双螺旋稳定性的氢键断裂，当温 度等条件恢复正常后，DNA的结构尚能恢复。 2.DNA的耐受性原理 DNA变性和蛋白质变性的实质相同吗？请说明原因。 答案 归纳归纳 总结总结 DNA粗提取的三个原理 (1)利用DNA随NaCl溶液浓度的不同而溶解度不同的原理可粗提取DNA。 (2)利用DNA不溶于酒精，而细胞内的其他许多物质可溶于酒精的原理可 进一步提纯DNA。 (3)利用DNA对酶和高温的耐受性可以去除蛋白质杂质。 拓展应用 1.在“DNA的粗提取与鉴定”实验中，实验原理是利用DNA在不同浓度 的NaCl溶液中的溶解度不同来提取的，DNA的溶解度与图示曲线的对应 点相符合的是 A.a点浓度最适合析出DNA B.b点浓度最适合析出DNA C.c点浓度最适合析出DNA D.d点浓度最适合析出DNA 答案解析 解析 解析 用高浓度的NaCl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NaCl溶液使DNA析出，能除去溶解在低盐溶液中的杂质， 因此，反复溶解、析出DNA，能除去与DNA溶解度不同的杂质。从题图可 以看出，DNA在浓度为0.14 moL/L的NaCl溶液中的溶解度最小，因此最适 合析出DNA。随着NaCl溶液浓度的增大或减小，溶解度均逐渐增大。 2.下列有关“DNA的粗提取与鉴定”实验的叙述，正确的是 A.利用DNA能溶于酒精溶液，而蛋白质不溶于酒精溶液，可将DNA与蛋 白质分离 B.利用高温能使DNA变性，却对蛋白质没有任何影响的特性，可将DNA 与蛋白质分离 C.利用DNA在0.14 mol/L NaCl溶液中溶解度最大的特点，可将DNA与蛋 白质分离 D.在DNA滤液中加入嫩肉粉，通过木瓜蛋白酶的作用，可将DNA与蛋白 质分离 答案解析 解析 解析 DNA不溶于酒精，而蛋白质等杂质溶于酒精，A项不正确。 蛋白质比DNA对温度的耐受性更差，因此更容易变性，B项不正确。 DNA在0.14 mol/L NaCl溶液中溶解度最小，而蛋白质在该浓度的NaCl溶 液中溶解度较大，因此可将DNA与蛋白质分离，C项不正确。 嫩肉粉中的木瓜蛋白酶只能催化蛋白质水解，而对DNA没有影响，因此， 可将DNA与蛋白质分离，D项正确。 答案 答案 利用了酶的专一性，嫩肉粉中的木瓜蛋白酶只能催化蛋白质水解， 不能催化DNA水解。 一题多变一题多变 在DNA的粗提取过程中，使用嫩肉粉分离DNA与蛋白质的原理是什么？ 答案 二、“DNA粗提取与鉴定”实验设计与操作提示 基础梳理 (一一)实验设计实验设计 1.实验材料的选取 选用DNA含量 的生物组织。 2.破碎细胞，获取含DNA的滤液 (1)动物细胞的破碎 选材及方法：选用动物细胞作为实验材料时，由于其无 ，因此 可直接采用吸水涨破的方法。 过程：以鸡血为例 在鸡血细胞液中加入一定量的 ，同时用 搅拌，细胞会吸 水涨破，然后用纱布过滤，过滤后收集滤液即可。 相对较高 细胞壁 蒸馏水玻璃棒 (2)植物细胞的破碎 方法：需要先用 溶解细胞膜。 过程：以提取洋葱的DNA为例。 在切碎的洋葱中加入一定的 ，进行充分地搅拌和 ， 过滤后收集研磨液。 洗涤剂 洗涤剂和食盐研磨 3.去除滤液中的杂质 方案一 利用DNA在不同浓度的NaCl溶液中 不同，通过控制 NaCl溶液的 去除杂质 方案二 直接在滤液中加入 ， 反应1015 min， 嫩肉粉中的_ 能够分解蛋白质 方案三 将滤液放在 的恒温水浴箱中保温1015 min，注意 严格控制温度范围 溶解度 浓度 嫩肉粉木瓜 蛋白酶 6075 4.DNA的析出 利用DNA不溶于 这一原理，可从DNA溶液中析出比较 纯净的DNA，此时DNA的状态为 。 5.DNA的鉴定 将白色丝状物溶解于5 mL物质的量浓度为 中，再加入 4 mL的 试剂，沸水浴加热5 min，冷却后观察溶液的颜色，同时设 计不含DNA的NaCl溶液作为对照。 冷却的酒精溶液 白色丝状物 2 mol/L的NaCl溶液 二苯胺 (二二)操作提示操作提示 1.以血液为实验材料时，每100 mL血液中需要加入3 g柠檬酸钠，防止 。 2.加入洗涤剂后，动作要轻缓、柔和，否则容易产生 ，不利 于后续步骤的操作。加入酒精和用玻璃棒搅拌时，动作要轻缓，以免加 剧 ，导致DNA分子不能形成絮状沉淀。 3.鉴定DNA用的二苯胺试剂要 ，否则会影响鉴定的效果。 血液凝固 大量的泡沫 DNA分子的断裂 现配现用 问题探究 1.实验材料的选取 教材中所给的生物材料中，选取哺乳动物的红细胞与鸡血提取DNA哪个 效果更好？ 答案 答案 用鸡的血液。因为鸡血细胞核DNA含量丰富，材料易得，而哺乳 动物的红细胞无细胞核，不含DNA。 答案 2.实验操作分析 (1)实验中应采用什么方法使鸡血细胞破裂？ 答案 答案 在鸡血细胞液中加入蒸馏水，使鸡血细胞吸水涨破。 答案 答案 洗涤剂能瓦解细胞膜，有利于DNA的释放；食盐的主要成分是 NaCl，有利于DNA的溶解。 (2)提取菜花的DNA时，加入洗涤剂和食盐的作用分别是什么？ 答案 (3)实验过程要充分地搅拌和研磨，如果研磨不充分，会对实验结果产生 怎样的影响？ 答案 答案 研磨不充分会使细胞核内的DNA释放不完全，提取的DNA量变少， 导致看不到丝状沉淀物，用二苯胺鉴定不显示蓝色。 答案 答案 搅拌时玻璃棒不能直插烧杯底部，并且搅拌要轻缓，以便获得较 完整的DNA分子。 (4)实验过程中应如何使用玻璃棒搅拌？为什么？ 答案 规律规律 方法方法 DNA粗提取与鉴定实验中四个关键操作的目的 (1)两次加入蒸馏水 次数目的 第一次使鸡血细胞吸水涨破 第二次稀释NaCl溶液，使DNA逐渐析出 (2)三次加NaCl溶液 次数目的 第一次溶解DNA，析出蛋白质等杂质 第二次使DNA再溶解，为了获得含杂质较少的DNA 第三次溶解DNA，以便DNA与二苯胺反应 (3)三次过滤 次数目的 第一次单层 除去细胞破碎后的细胞膜、 核膜、 糖类、 蛋白质等， 获得含核物质的滤液 第二次两层 除去不溶于2 mol/L NaCl溶液中的蛋白质等杂质， 获得含DNA的滤液 第三次多层 除去溶于0.14 mol/L NaCl溶液中的杂质，获得含 DNA的丝状物 (4)六次搅拌 次数实验操作目的 第一次搅拌加蒸馏水的鸡血细胞液加速细胞破裂 第二次搅拌含DNA的高浓度盐溶液加速DNA的溶解 第三次搅拌加蒸馏水的NaCl溶液析出DNA 第四次搅拌含DNA的高浓度盐溶液加速DNA的溶解 第五次搅拌含DNA的酒精溶液提取含杂质较少的DNA 第六次搅拌含DNA的白色丝状物的盐溶液加速DNA的溶解 拓展应用 3.在DNA的粗提取实验过程中，对DNA提取量影响较小的是 A.使鸡血细胞在蒸馏水中充分破裂，释放出DNA等核物质 B.搅拌时要用玻璃棒沿一个方向轻缓搅动 C.在析出DNA黏稠物时，要缓缓加入蒸馏水，直至黏稠物不再增多 D.要用冷酒精沉淀DNA，甚至可将混合液再放入冰箱中冷却 解析 解析 A项的做法是为了充分释放出核中的DNA分子，使进入滤液中的 DNA尽量的多； C项是让DNA充分沉淀，保证DNA的量； D项的道理同C项； 而B项的操作并不能使DNA增多或减少。 答案解析 (1)请写出的实验步骤名称 ； ； ； 。 (2)A、 B两支试管中， 试管中含 有DNA， 试管起对照作用。 解析 解析 在解答本题时，一定要先将 图中的每一步操作都看清楚，然后 根据图中的有关文字提示判断每一步实验操作的名称。 提取细胞核物质 析出DNA的黏稠物 用冷却的酒精析出DNA DNA的鉴定 B A 4.下图所示为DNA的粗提取与鉴定实验的实验步骤， 请据图回答下列问题： 答案解析 答案 答案 在滤液中加入2 mol/L 的NaCl溶液，然后再加入蒸馏水，直到黏 稠物不再增加为止。能将DNA析出的原因是，DNA在NaCl溶液中的溶 解度随着NaCl溶液浓度的改变而改变，在0.14 mol/L时溶解度最低。 一题多变一题多变 (1)步骤是如何操作的？为什么能将DNA析出？ 答案 答案 步骤是根据DNA和某些蛋白质在酒精中的溶解度不同而进行操 作的，DNA不溶于酒精，但某些蛋白质能溶于酒精，据此可以溶解一些 杂质，析出含杂质较少的DNA。 (2)步骤的实验原理是什么？ 答案 课堂小结 溶解度 冷却的酒精 洗涤剂 蓝色 蓝色 当堂检测 23451 1.蛋白酶能将蛋白质水解而使染色质中的DNA分离出来。下列药品可达 到上述同一目的的是 A.蒸馏水 B.NaCl溶液 C.NaOH溶液 D.盐酸 答案 解析 解析 蛋白酶是利用酶的专一性将DNA和蛋白质分离，而NaCl溶液则是 利用DNA和蛋白质在该溶液中的溶解度不同将其分离。 解析 2.下表有关“DNA粗提取和鉴定”的相关操作中所选取的试剂，不正确 的是 23415 答案 选项相关操作选取的试剂 A破碎鸡血细胞蒸馏水 B溶解核内DNA2 mol/L NaCl溶液 C提取杂质较少的DNA冷却的95%的酒精 DDNA的鉴定双缩脲试剂 解析 解析 鉴定DNA的试剂是二苯胺，用双缩脲试剂鉴定蛋白质。 解析 3.在DNA的粗提取和鉴定实验中， 有两次DNA的沉淀析出， 其依据的原理是 DNA在NaCl溶液物质的量浓度为0.14 mol/L时溶解度最低 DNA在 冷却的体积分数为95%的酒精溶液中能沉淀析出 A.两次都是 B.两次都是 C.第一次是，第二次是 D.第一次是，第二次是 23415 答案 解析 解析 第一次沉淀析出是利用浓NaCl溶液溶解核内DNA之后，加蒸馏水 稀释NaCl溶液至物质的量浓度为0.14 mol/L，使DNA溶解度降低而析出； 第二次沉淀析出是用冷酒精溶液使DNA凝集并溶解非DNA物质，达到提 纯DNA的目的。 解析 4.下列关于“DNA的粗提取与鉴定”实验的叙述中，正确的是 A.用鸡血作为材料，原因是鸡血红细胞有细胞核，其他动物红细胞没有 细胞核 B.用不同浓度的NaCl溶液进行DNA粗提取，原因是DNA在其中溶解度不同 C.用酒精进行提纯，原因是DNA溶于酒精，蛋白质不溶于酒精 D.用二苯胺试剂进行鉴定，原因是DNA溶液中加入二苯胺试剂即呈蓝色 23415 答案解析 23415 解析 解析 只有哺乳动物的成熟红细胞没有细胞核，A选项错误； DNA不溶于酒精，蛋白质溶于酒精，所以可用冷却的酒精来对DNA进行 提纯，C选项错误； DNA溶液中加入二苯胺试剂后要在水浴加热的情况下才能出现蓝色，D选 项错误。 5.下图为“DNA的粗提取与鉴定”实验的相关操作。 23415 (1)图中实验材料A可以是 等，研磨前加入的B应该是_ 。 (2)通过上述所示步骤得到滤液C后，再向滤液中加入2 mol/L的NaCl溶液 的目的是 ，再过滤得到滤液D，向滤液D中加入蒸馏水的目 的是 。 答案 洋葱(菜花等)洗涤剂 和食盐 使DNA溶解 使DNA(溶解度下降而沉淀)析出 (3)在“DNA的粗提取与鉴定”实验中，将含有一定杂质的DNA丝状物分 别放入体积为2 mL的4种溶液中，经搅拌后过滤，获得如表所示的4种滤 液，含DNA最少的是滤液 。 23415 H 1研磨液搅拌后过滤滤液E 22 mol/L NaCl溶液搅拌后过滤滤液F 30.14 mol/L NaCl溶液搅拌后过滤滤液G 4冷却的95%的酒精溶液搅拌后过滤滤液H (4)DNA鉴定的原理是 。 在沸水浴条件下，DNA与二苯胺反应呈现蓝色 答案