洋葱DNA粗提取与鉴定实验优化

吕乐　杜静

关键词：DNA提取；鉴定；实验优化

  一、研究背景

生物学是以提高学生生物学科核心素养为宗旨的学科课程。《普通高中生物学课程标准2017版》明确指出：生物学课程要求学生主动参与学习过程，在亲历提出问题、获取信息、寻找证据、检验假设和发现规律等过程中习得生物学知识，养成理性思维的习惯，形成积极的科学态度，发展终身学习及创新实践的能力[1]。“DNA的粗提取与鉴定”是人教版生物教材选修一模块中的实验课题，是一个定性的鉴定实验。该实验的主要教学流程是：学生了解DNA的物理化学性质，在理解DNA提取与鉴定原理的基础上，尝试对动植物组织中的DNA进行粗提取和鉴定。教材中详细介绍了DNA粗提取与鉴定的原理，并结合原理介绍了提取DNA的方案，但所提供的实验步骤繁琐，实验操作较为复杂。如何在普通高中实验室条件下做好这个实验？笔者在许多高中教师实验“简化”的基础上，对实验材料、实验条件和过程进行了探索，对相关步骤进行简化，在实际教学中进行了反复试验和总结，解决了教学课堂时间紧张，操作困难，实验效果不明显等问题[2]～[5]。现将实验改进介绍如下。

  二、实验方案

  （一）目的要求

1.了解DNA的物理化学性质，理解DNA粗提取和鉴定的原理。

2.学会DNA粗提取的方法以及用二苯胺试剂对DNA进行鉴定。

  （二）材料用具

黄洋葱、氯化钠、无水乙醇、复合蛋白酶（源叶Cat.S10155）、1.5%二苯胺试剂（雷根Cat.NT0002）、洗涤灵、料理机、电陶炉、玻璃棒、烧杯、量筒、纱布等。

  （三）方法步骤

1.将黄洋葱剥皮，切丁后放入料理机中，充分打碎以破坏细胞壁。

2.量取打好的洋葱混合物50mL于烧杯中，加入5mL洗涤灵。用玻璃棒单向搅拌2分钟使其混合均匀（目的：洗涤剂可以破坏细胞膜及核膜，但对DNA无影响）。

3.再加入6g氯化钠，用玻璃棒单向缓慢搅拌均匀（目的：DNA在2mol/L氯化钠中溶解度最大）。

4.再加入5mL10%复合蛋白酶液，缓慢搅拌均匀，静置5分钟（目的：复合蛋白酶液可分解部分蛋白质，但对DNA无影响）。

5.以四层湿纱布过滤上述混合液，收集滤液，此时DNA存于过滤下来的溶液中。

6.取滤液30mL转移至干净的烧杯中。

7.再沿着烧杯边缘慢慢倒入60～70mL的冰浴无水乙醇。此时在无水乙醇和水溶液的交界处就会慢慢出现如棉絮般的白色物质，静置2分钟。用玻璃棒沿一个方向搅拌，卷起白色絮状物（目的：DNA因不溶于乙醇而析出）。

8.取两支试管，各加入2mL2mol/L氯化钠溶液，将上述白色絮状物缓慢挑出，放入其中一支试管中，用玻璃棒搅拌，使其溶解，作为实验组；另一支试管不加白色絮状物，作为对照组。然后向两支试管中各加入5mL1.5%的二苯胺试剂，混合均匀后，将两支试管置于沸水中加热15min，待试管冷却后，观察并比较两支试管中溶液颜色的变化（原理：DNA在酸性条件下加热，其嘌呤碱与脱氧核糖间的糖苷键断裂，生成嘌呤碱、脱氧核糖和脱氧嘧啶核苷酸，而脱氧核糖在酸性环境中加热脱水生成ω-羟基-γ-酮基戊醛，与二苯胺试剂反应生成蓝色物质）。

  （四）注意事项：

1.洋葱切丁尽量小，料理机处理时间亦短不宜长。

2.搅拌过程中单向、缓慢搅拌，避免DNA链断裂。

3.使用湿纱布过滤，避免滤液吸附而造成浪费。

4.冰浴乙醇加入时应缓慢且稳定不断流，白色絮状物尽量完全挑取干净。

5.二苯胺鉴定过程中有乙酸等刺激气味，建议于通风橱中进行。

  三、实验优点：

  1.实验材料简单易得

黄洋葱物美价廉，且处理过程简单、安全，仅需用料理机快速绞碎即可，教师可在课前提前处理洋葱，以节省学生实验操作时间。

  2.简化实验步骤，缩短实验时间

优化后的实验操作简单易行，整个实验约30min即可完成，省时省力。每位学生都亲自操作，大大增加了学习积极性。

  3.增加实验安全性

优化后的实验不需要离心机、酒精灯、三角架等仪器，危险化学品浓硫酸、冰乙酸和乙醛等也不再单独准备，只需采购商品化的1.5%二苯胺试剂，既降低危化品储存和使用风险，增加学生实验操作安全性，又减轻教师工作量，同时降低实验成本。

  4.提高实验成功率

优化后的实验可操作性强，实验效果理想，按步骤正常进行，学生几乎都能提取出大量的DNA，显色反应也很明显，成功率达100%。

综上所述，以黄洋葱为实验材料的“DNA粗提取与鉴定”，实验材料简便，成本低廉，实验步骤简单，可操作性强，实验现象明显且成功率高，一堂课即可完成教学任务，效果显著。学生通过实验操作增加了感性认识，提高了动手能力，同时有效地激发了求知欲望，调动了学生学习生物学的积极性，对提高学生的科学素养有一定的价值。本方案能达到预期教学目标，因此易于在普通中学中普及和推广。

参考文献：

[1]刘恩山等.普通高中生物学课程标准（2017年版）解读[M].高等教育出版社，2018.

[2]姚燕.“DNA的粗提取与鉴定”实验优化和研究[J].教学仪器与实验，2014，30（11）：30-32.

[3]韓晓静.“DNA的粗提取与鉴定”实验的改进[J].中学生物学，2017，33（6）：50-51.

[4]姚燕.在实验教学中发展学生核心素养——“DNA的粗提取与鉴定”实验教学设计与实施的改进[J].生物学通报，2018，53（11）：29-32.

[5]李伟.基于实际问题解决的生物智慧课堂——以“DNA的粗提取与鉴定”为例[J].中学生物学，2019，35（5）：22-24.

（作者单位：1.北京科技大学化学与生物工程学院；2.首都师范大学附属育新学校）