关于几种植物材料DNA含量差异性的研究

刘涛

1研究背景与思路

DNA，即脱氧核糖核酸，是遗传信息的携带者之一。大多数细胞都含有DNA，但是不同生物细胞中DNA含量有差异么？利用DNA与RNA、蛋白质等在物理和化学性质方面的差異，选取生活中常见的洋葱、香蕉和马铃薯作为研究材料，利用DNA粗提取方法分别提取它们的DNA，比较这几种研究材料中DNA的含量是否具有差异性？研究思路如下：

提出问题、确定研究课题一查阅资料、确定研究材料及方案一课题成员分组并进行预实验一分为洋葱组、香蕉组和马铃薯组，并同时展开研究一研究结果比较，得出结论一查阅资料，讨论分析结果一确定下阶段研究任务及研究思路。

2研究原理

DNA主要分布于细胞核，并与蛋白质相缠绕结合在一起。提取DNA时，在切碎的材料中加入一定量的洗涤剂进行充分的搅拌和研磨，之后再加入适量的物质量浓度为2 mol/L的NaCl溶液，过滤并收集滤液。其中洗涤剂可以破坏细胞膜，而DNA在2 mol/L的NaCl溶液中溶解度最大。利用DNA和蛋白质等其他成分在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同，选择适当的浓度就可以使DNA和其他物质分离开。最后，DNA不溶于酒精，而细胞中的某些蛋白质溶于酒精，在过滤液中加入适量酒精可以将DNA和蛋白质进一步分离，提取出含杂质较少的DNA。

3材料与方法

（1）研究材料：准备新鲜的洋葱、马铃薯和香蕉3种材料。

（2）器材与试剂：不同容量烧杯若干;玻璃棒;研钵;铁架台;漏斗;纱布;天平;量筒;试管;洗涤剂;氯化钠;无水乙醇;物质量浓度为2mol/L的NaCl溶液;蒸馏水。

4研究步骤

（1）分组制取研磨液。将小组成员分为洋葱组、香蕉组和马铃薯组，每组约4人。各小组将研究材料洗净擦干后分别称量15g，切碎放入研钵中分别加入等量的洗涤剂进行充分研磨。

（2）过滤收集滤液。研磨充分后再分别加入15 mL2 mol/L的NaCl溶液。用四层纱布过滤研磨液，收集滤液于小烧杯中。洋葱和马铃薯过滤较快，香蕉研磨后较黏，过滤时间较长。

（3）析出DNA。将3种研究材料的过滤液静置几分钟，分别加入与滤液等体积的体积分数为95%的酒精，不久就会看到烧杯中有白色丝状物析出。用玻璃棒沿着一个方向轻轻搅拌并挑起，这就是析出的DNA。

（4）溶解DNA。取2支干净试管编号后各加入2mol/L的NaCl溶液5mL，将挑起的DNA缓慢放入溶液中并轻轻搅拌，溶解DNA。

5研究结果

香蕉中DNA含量最多，洋葱中DNA含量较少，而马铃薯没有DNA析出。再将洋葱和香蕉中提取的DNA轻轻挑起放入2mol/L的NaCl溶液中缓慢搅拌，发现DNA溶解了。

6讨论

各小组成员分析了实验结果并提出问题：洋葱提出的DNA含量为什么较少？学生讨论后，认为导致以上研究结果差异的原因可能是：洋葱切碎后研磨得不充分。将洋葱切碎后进行研磨时，就发现，相比于香蕉，洋葱更难充分研磨，这样就会导致洋葱中提出的DNA含量较少。学生讨论后，提出改进方案：进行更充分研磨。依照这种方案进行研磨后，发现洋葱中提取的DNA依旧较少。

小组成员查阅资料后发现：不同植物细胞中染色体含量不同，洋葱细胞中含有16条染色体，香蕉细胞中含有33条染色体，马铃薯细胞中含有48条染色体。最终，学生得出结论：由于洋葱细胞中DNA含量本就较少，再加上研磨得不充分，所以提出的DNA含量较少。

马铃薯为什么没有DNA析出呢？马铃薯细胞中含有48条染色体，理论上来说提取的DNA含量应该比香蕉更多，结果却没有DNA析出。学生讨论后，认为很有可能是;小组成员实验过程中操作不当造成的;马铃薯切碎后研磨的不充分。对于这两种可能原因，各小组也提出了改进方法：由洋葱组或香蕉组成员进行更充分研磨。按照改进方法进行实验，结果马铃薯过滤液中仍然没有DNA析出。到底是什么原因造成这种结果呢？有学生提出：导致马铃薯滤液中没有DNA析出的原因可能并不是小组成员操作不当或研磨的不充分引起的，或许是研究材料本身造成的。马铃薯中含有大量淀粉，那么这些大量淀粉会不会对DNA的析出有影响？各小组经过讨论后，决定下阶段研究任务：探究马铃薯中的淀粉对DNA析出是否有影响？并确定研究思路：①取适量马铃薯提取液加入香蕉提取液中，观察对香蕉的DNA析出是否有影响？②用适量淀粉酶将马铃薯提取液中的淀粉水解，再加入酒精，观察马铃薯的DNA是否析出？

通过此次活动，学生对DNA有了更深刻的认识，而以小组合作形式开展研究有利于培养学生的团队意识，有利于培养学生的自学能力，有利于培养学生思维创造的能力。在合作学习过程中，小组中每个成员都积极参与到研究活动中，并且每个成员都带有极大的热情，研究任务由大家共同分担，集思广益，人人都尽其所能。教师选用了生活中常见的3种研究材料，能使学生感受到生物的生活化。理论与实践相结合，激发学生对生物学的兴趣。而对这三种材料DNA含量的比较，学生提出了新的疑问，激发了其创造性，对提高学生生物学学科素养有着积极作用。