“DNA的粗提取與鑒定”實驗改進及教學設計

周海旸

摘要 通過帶領興趣小組進行預實驗，創(chuàng)新實驗器材，簡化實驗方法，并采用多種動植物材料，以小組合作課題探究的形式使學生在課堂上體驗了植物和動物DNA的粗提取與鑒定。

關鍵詞 DNA的粗提取與鑒定 興趣小組 合作學習

中圖分類號 G633.91

文獻標志碼B

1 教學目標

（1）了解DNA的物理化學性質，理解DNA粗提取及DNA鑒定的原理;

（2）嘗試對植物或動物組織中的DNA進行粗提取;

（3）感受遺傳物質的神奇，體會小組合作學習以及實驗成功的喜悅。

2 實驗設計思路

2.1 創(chuàng)新實驗器材

（1）創(chuàng)新使用研磨過濾器（圖1）和塑封袋，從而簡化研磨過濾的過程，節(jié)約實驗材料。

對于菜花、洋蔥等較硬的實驗材料，可選擇研磨過濾器進行實驗。首先將材料與藥品裝入外套筒，然后裝配好研磨頭、過濾網和研磨桿塞入外套筒中，用力旋轉，進行充分研磨，最后直接打開頂蓋吸取濾液。研磨過濾器最初是用于色素的提取與分離，很好地簡化了研磨過濾的過程，而且所需要的實驗材料非常少，操作簡單且效果明顯。對于香蕉、獼猴桃等果肉松軟的實驗材料，由于受到研磨過濾器中過濾網的限制，過濾的過程不能很好地控制，因此可裝入塑封袋中封口后擠壓，然后用紗布過濾。

（2）配制DNA研磨液，簡化提純過程，提高實驗成功率。

將10.1gTris加入到50 mL蒸餾水中使其溶解，接著用物質量濃度為2 mol/L的HCl溶液調節(jié)pH至8.0，再加入8.76g NaCl、37.2g EDTA、20g SDS。待上述藥品全部溶解后，再用蒸餾水定容至1000 mL，即可獲得DNA研磨液。研磨液中Tris/HCl可起到緩沖作用，EDTA是DNA酶的抑制劑，SDS可使蛋白質變性，NaCl可溶解DNA。研磨過濾液將提純DNA的諸多因素都綜合起來，將原本需要多種試劑多個步驟的實驗操作，簡化為只需要添加DNA研磨液就可以達到目的，有助于提高實驗的成功率。

2.2 精選實驗材料

（1）植物材料：洋蔥、菜花、香蕉、獼猴桃。

洋蔥、菜花DNA的提取方法：撥開洋蔥外部的鱗片葉，取內部幼嫩的白色部分切碎進行實驗。此部分材料無顏色干擾，且細胞數目相對較多，DNA含量較豐富。可用小刀刮取菜花，裝入研磨過濾器，加入DNA研磨液，將研磨桿裝入外套筒中，用力按壓至底部旋轉，確保研磨充分，再打開頂蓋吸取濾液放入燒杯中，加入等體積的冷酒精，可見白色絮狀DNA粗提物。

香蕉、獼猴桃DNA的提取方法：取一段香蕉或半個獼猴桃裝入塑封袋中，加入DNA研磨液封口擠壓揉搓充分，將其置于60℃水浴中保溫15 min，用紗布過濾，取濾液置于試管中，加等體積冷酒精。可見液體呈現分層現象，最上層為澄清的液體，下層液體為綠色，中層有果凍樣的物質即為DNA粗提物。

用吸管吸取DNA粗提物溶于物質量濃度為2 moVL的NaCl溶液中，加入二苯胺沸水浴加熱，即可發(fā)現溶液由無色變?yōu)樗{色。

（2）動物材料：口腔上皮細胞。

提取方法：冷水漱口1 min，期間充分摩擦口腔，將漱口水裝入燒杯中，加適量DNA研磨液以及冷酒精，可見絮狀DNA粗提物?？谇簧掀ぜ毎唵我椎?，而且效果非常明顯，但是在取材時需注意不能連續(xù)漱口，因為掉落的口腔上皮細胞有限，且漱口時需用手反復摩擦口腔，確保掉落足夠的細胞，收集足夠多的DNA。

2.3 優(yōu)化實驗過程

由于興趣小組進行了預實驗，對本實驗有充分的了解并形成初步探究的課題。課堂教學過程中，興趣小組的成員可作為小組長起到引領作用，同時借助預實驗積累的經驗教訓和預實驗確定的實驗課題充分展開探究活動。

3 教學過程設計

3.1 進行預實驗

教師挑選學生成立興趣小組，指導學生研讀提取DNA的相關文獻資料，向學生介紹研磨過濾器等實驗器材，提供一定的實驗材料，組織學生以菜花、洋蔥、香蕉、獼猴桃和人口腔上皮細胞為材料對實驗進行摸索，幫助學生確定探究課題，如“低溫對提取洋蔥細胞DNA的影響”“鹽水漱口和純凈水漱口對提取口腔上皮細胞DNA的影響”等。

3.2 組織課堂教學

（1）興趣小組成員介紹實驗原理。

教師出示資料卡（圖1）——提純DNA的藥品。

首先，學生根據資料卡，思考討論可用于提純DNA的藥品及作用原理。接著，興趣小組的一位學生向同學介紹本節(jié)課所涉及的提取DNA和分離DNA的原理。

（2）興趣小組成員招募各自課題組成員。

興趣小組的成員根據自己的預實驗已經確定了自己的課題：課題1——低溫對提取洋蔥細胞DNA的影響;課題2——嫩肉粉對提純香蕉細胞DNA的影響;課題3-用物質量濃度為0.14 mol/L的NaCl溶液對提純菜花細胞DNA的影響;課題4——鹽水漱口和純凈水漱口對提取口腔上皮細胞DNA的影響;課題

5——氯仿對提純獼猴桃細胞DNA的影響。

在眾多植物、動物實驗材料和眾多藥品中，每個課題都只涉及了其中的一部分，興趣小組的學生根據自己的預實驗，向同學介紹自己的探究課題，并向全班招募課題組成員。為確保該過程有序迅速開展，每個課題領導者需要做好充分的準備工作，例如本課題組預期多少人，選擇條件，事先尋找好助手幫助記錄和統計工作等。在雙向選擇的基礎上，全班按課題分好組并有序就座。

（3）根據課題分組，進行探究實驗。

每個課題領導者向本課題組的成員分發(fā)實驗報告單，內含實驗原理和實驗流程等，引導本組成員分析實驗的自變量，介紹實驗的流程及操作過程中的注意事項。每組內兩人合作探究一個實驗，討論交流實驗現象，完成實驗報告。

（4）各小組討論、交流實驗結果。

每個課題組匯報實驗結果，呈現二苯胺鑒定DNA的結果，并就實驗過程中發(fā)現的問題進行反思和總結，其他小組的成員進行提問和補充。

教師需提前對組長進行實驗培訓，幫助組長確定課題，完善課題方案，指導組長如何組織同學進行實驗探究。在整個實驗操作過程中，教師應當幫助學生規(guī)范操作技能，給予適當的指導并客觀評價。

3.3 進一步探究

若學生有新的問題或設想，課后可進行進一步的探究。教師先準備好必須的實驗材料，在近一周內向學生開放實驗室。所有想繼續(xù)探究的學生可提前向老師預約。

4 教學反思與自我評價

4.1 課堂實驗的效率有效提高

通過簡化實驗器材及實驗過程，成立興趣小組進行預實驗，使得課堂上開展探究活動的進行更從容，更有效。

預實驗中口腔上皮細胞和菜花細胞都沒有得到絮狀DNA粗提物，香蕉細胞的DNA粗提物經鑒定也沒有呈現藍色。分析原因，發(fā)現興趣小組的學生在實驗操作過程中出現了許多問題，如研磨過濾器不能正確使用，取材部位不對，取材量過少。經過反復的操作和思考。這些問題可以在預實驗的過程中得到有效的解決。在課堂實驗操作過程中，有了興趣小組成員的引領，可以有效地避免許多操作性失誤，從而大大提高了課堂實驗的效率。

4.2 用課題的形式組織探究活動，有利于進一步探究的進行。

課題1——低溫對提取洋蔥細胞DNA的影響：自變量可設置為是否冷凍處理洋蔥24h，也可設置為研磨過濾之后是否冷藏處理。

課題2——嫩肉粉對提純香蕉細胞DNA的影響：自變量可設置為研磨過濾時或研磨過濾后是否添加嫩肉粉。

課題3——用物質量濃度為0.14 mol/L的NaCl溶液對提純菜花細胞DNA的影響：只提供了物質量濃度為2 mol/L的NaCl溶液，興趣小組的學生需計算出加蒸餾水的量。

課題4——鹽水漱口和純凈水漱口對提取口腔上皮細胞DNA的影響：學生需考慮怎樣的鹽水溶液濃度對提取DNA有效且可操作性強。

課題5——氯仿對提純獼猴桃細胞DNA的影響：自變量可設置為研磨過濾后是否添加等體積氯仿。

不同的小組合作探究不同的課題，在設計自變量和實驗操作的過程中學生可以有更多的思考和靈感。例如對于口腔上皮細胞的提取，究竟用鹽水還是蒸餾水的問題，學生發(fā)現物質量濃度為2 mol/L的鹽水實在太咸了，就有學生提出用0.015 mol/L的鹽水。另有學生提出蒸餾水可以直接使動物細胞破裂，也許效果本來就比鹽水好。學生在這些爭論的基礎上進行實驗，對本實驗的認識將更加深入，也更加生活化。

4.3 注重實驗與現實生活的聯系

在引導學生完成探究實驗的基礎上，學生可利用家中的日常用品提取DNA。學生可用家中的洗潔精和冷酒精等進行簡單的DNA粗提取實驗。冷水漱口1mm，期間充分摩擦口腔，將漱口水裝入燒杯中，加洗潔精，輕輕攪拌，否則會有很多泡沫，然后加冷酒精，可見絮狀DNA粗提物。用筷子取出來裝入漂亮的裝有酒精的小瓶子里，就能擁有屬于自己獨一無二的DNA小飾品。

改進后的DNA粗提取與鑒定的實驗操作起來更加簡單，學生很容易看到實驗現象。教師在此基礎上可以更多地設計一些實驗探究，讓生物實驗課更加生動，也更大程度地調動學生學習和做科學實驗的積極性。

參考文獻：

[1]陸奇，吳紅漫.“DNA的粗提取與鑒定”的教學設計及實施[J].生物學通報，2015，50（3）：48-49.

[2]唐曉明，林子杰，滕慰群.“香蕉細胞中DNA粗提取與鑒定”簡化實驗的研究[J].生物學通報，2013，48（2）：58-59.