“DNA的粗提取与鉴定”实验改进及教学设计

周海旸

摘要 通过带领兴趣小组进行预实验，创新实验器材，简化实验方法，并采用多种动植物材料，以小组合作课题探究的形式使学生在课堂上体验了植物和动物DNA的粗提取与鉴定。

关键词 DNA的粗提取与鉴定 兴趣小组 合作学习

中图分类号 G633.91

文献标志码B

1 教学目标

（1）了解DNA的物理化学性质，理解DNA粗提取及DNA鉴定的原理;

（2）尝试对植物或动物组织中的DNA进行粗提取;

（3）感受遗传物质的神奇，体会小组合作学习以及实验成功的喜悦。

2 实验设计思路

2.1 创新实验器材

（1）创新使用研磨过滤器（图1）和塑封袋，从而简化研磨过滤的过程，节约实验材料。

对于菜花、洋葱等较硬的实验材料，可选择研磨过滤器进行实验。首先将材料与药品装入外套筒，然后装配好研磨头、过滤网和研磨杆塞入外套筒中，用力旋转，进行充分研磨，最后直接打开顶盖吸取滤液。研磨过滤器最初是用于色素的提取与分离，很好地简化了研磨过滤的过程，而且所需要的实验材料非常少，操作简单且效果明显。对于香蕉、猕猴桃等果肉松软的实验材料，由于受到研磨过滤器中过滤网的限制，过滤的过程不能很好地控制，因此可装入塑封袋中封口后挤压，然后用纱布过滤。

（2）配制DNA研磨液，简化提纯过程，提高实验成功率。

将10.1gTris加入到50 mL蒸馏水中使其溶解，接着用物质量浓度为2 mol/L的HCl溶液调节pH至8.0，再加入8.76g NaCl、37.2g EDTA、20g SDS。待上述药品全部溶解后，再用蒸馏水定容至1000 mL，即可获得DNA研磨液。研磨液中Tris/HCl可起到缓冲作用，EDTA是DNA酶的抑制剂，SDS可使蛋白质变性，NaCl可溶解DNA。研磨过滤液将提纯DNA的诸多因素都综合起来，将原本需要多种试剂多个步骤的实验操作，简化为只需要添加DNA研磨液就可以达到目的，有助于提高实验的成功率。

2.2 精选实验材料

（1）植物材料：洋葱、菜花、香蕉、猕猴桃。

洋葱、菜花DNA的提取方法：拨开洋葱外部的鳞片叶，取内部幼嫩的白色部分切碎进行实验。此部分材料无颜色干扰，且细胞数目相对较多，DNA含量较丰富。可用小刀刮取菜花，装入研磨过滤器，加入DNA研磨液，将研磨杆装入外套筒中，用力按压至底部旋转，确保研磨充分，再打开顶盖吸取滤液放入烧杯中，加入等体积的冷酒精，可见白色絮状DNA粗提物。

香蕉、猕猴桃DNA的提取方法：取一段香蕉或半个猕猴桃装入塑封袋中，加入DNA研磨液封口挤压揉搓充分，将其置于60℃水浴中保温15 min，用纱布过滤，取滤液置于试管中，加等体积冷酒精。可见液体呈现分层现象，最上层为澄清的液体，下层液体为绿色，中层有果冻样的物质即为DNA粗提物。

用吸管吸取DNA粗提物溶于物质量浓度为2 moVL的NaCl溶液中，加入二苯胺沸水浴加热，即可发现溶液由无色变为蓝色。

（2）动物材料：口腔上皮细胞。

提取方法：冷水漱口1 min，期间充分摩擦口腔，将漱口水装入烧杯中，加适量DNA研磨液以及冷酒精，可见絮状DNA粗提物。口腔上皮细胞简单易得，而且效果非常明显，但是在取材时需注意不能连续漱口，因为掉落的口腔上皮细胞有限，且漱口时需用手反复摩擦口腔，确保掉落足够的细胞，收集足够多的DNA。

2.3 优化实验过程

由于兴趣小組进行了预实验，对本实验有充分的了解并形成初步探究的课题。课堂教学过程中，兴趣小组的成员可作为小组长起到引领作用，同时借助预实验积累的经验教训和预实验确定的实验课题充分展开探究活动。

3 教学过程设计

3.1 进行预实验

教师挑选学生成立兴趣小组，指导学生研读提取DNA的相关文献资料，向学生介绍研磨过滤器等实验器材，提供一定的实验材料，组织学生以菜花、洋葱、香蕉、猕猴桃和人口腔上皮细胞为材料对实验进行摸索，帮助学生确定探究课题，如“低温对提取洋葱细胞DNA的影响”“盐水漱口和纯净水漱口对提取口腔上皮细胞DNA的影响”等。

3.2 组织课堂教学

（1）兴趣小组成员介绍实验原理。

教师出示资料卡（图1）——提纯DNA的药品。

首先，学生根据资料卡，思考讨论可用于提纯DNA的药品及作用原理。接着，兴趣小组的一位学生向同学介绍本节课所涉及的提取DNA和分离DNA的原理。

（2）兴趣小组成员招募各自课题组成员。

兴趣小组的成员根据自己的预实验已经确定了自己的课题：课题1——低温对提取洋葱细胞DNA的影响;课题2——嫩肉粉对提纯香蕉细胞DNA的影响;课题3-用物质量浓度为0.14 mol/L的NaCl溶液对提纯菜花细胞DNA的影响;课题4——盐水漱口和纯净水漱口对提取口腔上皮细胞DNA的影响;课题

5——氯仿对提纯猕猴桃细胞DNA的影响。

在众多植物、动物实验材料和众多药品中，每个课题都只涉及了其中的一部分，兴趣小组的学生根据自己的预实验，向同学介绍自己的探究课题，并向全班招募课题组成员。为确保该过程有序迅速开展，每个课题领导者需要做好充分的准备工作，例如本课题组预期多少人，选择条件，事先寻找好助手帮助记录和统计工作等。在双向选择的基础上，全班按课题分好组并有序就座。

（3）根据课题分组，进行探究实验。

每个课题领导者向本课题组的成员分发实验报告单，内含实验原理和实验流程等，引导本组成员分析实验的自变量，介绍实验的流程及操作过程中的注意事项。每组内两人合作探究一个实验，讨论交流实验现象，完成实验报告。

（4）各小组讨论、交流实验结果。

每个课题组汇报实验结果，呈现二苯胺鉴定DNA的結果，并就实验过程中发现的问题进行反思和总结，其他小组的成员进行提问和补充。

教师需提前对组长进行实验培训，帮助组长确定课题，完善课题方案，指导组长如何组织同学进行实验探究。在整个实验操作过程中，教师应当帮助学生规范操作技能，给予适当的指导并客观评价。

3.3 进一步探究

若学生有新的问题或设想，课后可进行进一步的探究。教师先准备好必须的实验材料，在近一周内向学生开放实验室。所有想继续探究的学生可提前向老师预约。

4 教学反思与自我评价

4.1 课堂实验的效率有效提高

通过简化实验器材及实验过程，成立兴趣小组进行预实验，使得课堂上开展探究活动的进行更从容，更有效。

预实验中口腔上皮细胞和菜花细胞都没有得到絮状DNA粗提物，香蕉细胞的DNA粗提物经鉴定也没有呈现蓝色。分析原因，发现兴趣小组的学生在实验操作过程中出现了许多问题，如研磨过滤器不能正确使用，取材部位不对，取材量过少。经过反复的操作和思考。这些问题可以在预实验的过程中得到有效的解决。在课堂实验操作过程中，有了兴趣小组成员的引领，可以有效地避免许多操作性失误，从而大大提高了课堂实验的效率。

4.2 用课题的形式组织探究活动，有利于进一步探究的进行。

课题1——低温对提取洋葱细胞DNA的影响：自变量可设置为是否冷冻处理洋葱24h，也可设置为研磨过滤之后是否冷藏处理。

课题2——嫩肉粉对提纯香蕉细胞DNA的影响：自变量可设置为研磨过滤时或研磨过滤后是否添加嫩肉粉。

课题3——用物质量浓度为0.14 mol/L的NaCl溶液对提纯菜花细胞DNA的影响：只提供了物质量浓度为2 mol/L的NaCl溶液，兴趣小组的学生需计算出加蒸馏水的量。

课题4——盐水漱口和纯净水漱口对提取口腔上皮细胞DNA的影响：学生需考虑怎样的盐水溶液浓度对提取DNA有效且可操作性强。

课题5——氯仿对提纯猕猴桃细胞DNA的影响：自变量可设置为研磨过滤后是否添加等体积氯仿。

不同的小组合作探究不同的课题，在设计自变量和实验操作的过程中学生可以有更多的思考和灵感。例如对于口腔上皮细胞的提取，究竟用盐水还是蒸馏水的问题，学生发现物质量浓度为2 mol/L的盐水实在太咸了，就有学生提出用0.015 mol/L的盐水。另有学生提出蒸馏水可以直接使动物细胞破裂，也许效果本来就比盐水好。学生在这些争论的基础上进行实验，对本实验的认识将更加深入，也更加生活化。

4.3 注重实验与现实生活的联系

在引导学生完成探究实验的基础上，学生可利用家中的日常用品提取DNA。学生可用家中的洗洁精和冷酒精等进行简单的DNA粗提取实验。冷水漱口1mm，期间充分摩擦口腔，将漱口水装入烧杯中，加洗洁精，轻轻搅拌，否则会有很多泡沫，然后加冷酒精，可见絮状DNA粗提物。用筷子取出来装入漂亮的装有酒精的小瓶子里，就能拥有属于自己独一无二的DNA小饰品。

改进后的DNA粗提取与鉴定的实验操作起来更加简单，学生很容易看到实验现象。教师在此基础上可以更多地设计一些实验探究，让生物实验课更加生动，也更大程度地调动学生学习和做科学实验的积极性。

参考文献：

[1]陆奇，吴红漫.“DNA的粗提取与鉴定”的教学设计及实施[J].生物学通报，2015，50（3）：48-49.

[2]唐晓明，林子杰，滕慰群.“香蕉细胞中DNA粗提取与鉴定”简化实验的研究[J].生物学通报，2013，48（2）：58-59.