《DNA的粗提取與鑒定》實(shí)驗(yàn)是人教版《生物·選修一·生物技術(shù)實(shí)踐》中分子生物學(xué)水平的實(shí)驗(yàn)課題之一。該課題通過嘗試對(duì)植物或動(dòng)物組織中的DNA進(jìn)行粗提取，了解DNA的物理化學(xué)性質(zhì)，理解DNA粗提取及DNA鑒定的原理，開展該實(shí)驗(yàn)也有助于學(xué)生了解分子生物學(xué)的基本實(shí)驗(yàn)方法。教材給出的實(shí)驗(yàn)方法是將雞血細(xì)胞破碎后粗提取核DNA并純化、鑒定，筆者在教學(xué)過程中不斷實(shí)踐和摸索，在材料選擇、處理及除雜方法上做了不同于教材實(shí)驗(yàn)方案的幾點(diǎn)改進(jìn)，現(xiàn)將探究點(diǎn)介紹如下：

1 ?理想實(shí)驗(yàn)材料選擇的探究

要讓生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)順利開展并取得良好效果，選擇理想實(shí)驗(yàn)材料是取得成功的第一步。

實(shí)驗(yàn)課前一周，筆者首先讓各生物興趣小組的學(xué)生分別就雞血、豬血、鯉魚的精巢、菠菜、花椰菜、香蕉等6種實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行了DNA的粗提取與鑒定的預(yù)實(shí)驗(yàn)，并要求他們對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中特別關(guān)注各種材料在操作難易、耗時(shí)長(zhǎng)短、實(shí)驗(yàn)結(jié)果明顯與否等方面的差異。預(yù)實(shí)驗(yàn)后，師生做了總結(jié)（表1）。

表1 ?六種實(shí)驗(yàn)材料的特點(diǎn)

實(shí)驗(yàn)材料	特點(diǎn)
雞血	細(xì)胞吸水脹破釋放DNA，易操作。需另配抗凝劑，實(shí)驗(yàn)前需將血液靜置于冰箱24h或離心，若靜置時(shí)間不夠，血細(xì)胞沉淀液中含有較多雜質(zhì)，實(shí)驗(yàn)效果不好。
豬血	豬血中紅細(xì)胞是哺乳動(dòng)物成熟紅細(xì)胞，無核DNA。
鯉魚的 精巢	鯉魚精巢大，染色體數(shù)為100條，含有的DNA量多[1]。研磨攪拌后黏性強(qiáng)，不易過濾。注：研討課上各興趣小組學(xué)生一起動(dòng)手操作，需要的鯉魚精巢多，給整個(gè)實(shí)驗(yàn)室充滿難聞的魚腥味。因此學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)有反感與排斥的情緒。
菠菜	研磨時(shí)需去除葉脈，菠菜的綠色會(huì)干擾學(xué)生對(duì)析出的白色黏稠物的觀察。
花椰菜 ?	材質(zhì)硬、水分少，研磨歷時(shí)長(zhǎng)，獲得提取液少。加入的洗滌劑使提取液中泡沫多，不易過濾，還需離心。
香蕉	材質(zhì)柔軟，水分多，去皮即可研磨，研磨歷時(shí)短，加入洗滌劑不會(huì)產(chǎn)生很多泡沫，提取液量多，析出的白色黏稠物也多，鑒定時(shí)顯色反應(yīng)明顯。

通過該預(yù)實(shí)驗(yàn)的嘗試，筆者最終決定選用香蕉作為理想實(shí)驗(yàn)材料。在實(shí)驗(yàn)課上，筆者向?qū)W生展示表1內(nèi)容，讓學(xué)生自主總結(jié)選擇理想實(shí)驗(yàn)材料的依據(jù)。經(jīng)過思考和討論，學(xué)生總結(jié)為以下5點(diǎn)：（1）含DNA多；（2）細(xì)胞易分散、易研碎，核中DNA易釋放；（3）選擇淺顏色材料，減少實(shí)驗(yàn)中無關(guān)現(xiàn)象的干擾；（4）材料成本低廉；（5）盡量減少實(shí)驗(yàn)環(huán)境污染，保持干凈整潔的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，營(yíng)造輕松愉悅的實(shí)驗(yàn)氛圍。學(xué)生自主總結(jié)得出的結(jié)論為其他提取鑒定類實(shí)驗(yàn)過程中如何進(jìn)行理想材料的選擇奠定了基礎(chǔ)，如色素的提取與分離；還原糖、蛋白質(zhì)的鑒定；過氧化氫酶的提取等。該探究活動(dòng)增強(qiáng)了學(xué)生靈活運(yùn)用已有知識(shí)自主選擇實(shí)驗(yàn)材料的能力，讓學(xué)生真正體會(huì)選擇合適材料對(duì)完成實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)思維形成的重要意義，也培養(yǎng)了學(xué)生勇于探索的科學(xué)精神。

2 ?不同溫度條件下的實(shí)驗(yàn)材料對(duì)DNA粗提取影響的探究

筆者準(zhǔn)備了新鮮的香蕉10根，5根在常溫下放置，5根置于冰箱2℃環(huán)境下,24h后去皮各稱取30g香蕉瓤并置于不同的研缽中研磨，分別加入蒸餾水10mL、廚房用洗潔精3滴、食鹽2g，充分研磨后過濾，沿?zé)谙驗(yàn)V液中緩緩注入預(yù)冷的體積分?jǐn)?shù)為95%的酒精，各自析出的白色黏稠物分別如圖1A和B所示。實(shí)驗(yàn)表明，經(jīng)過低溫處理的實(shí)驗(yàn)材料比常溫下的實(shí)驗(yàn)材料所得析出物多。

為什么會(huì)出現(xiàn)這樣的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象呢？帶著這個(gè)問題，筆者查閱了相關(guān)文獻(xiàn)資料，發(fā)現(xiàn)所有生物的細(xì)胞都含有與核酸代謝有關(guān)的酶類，這些酶能夠分解細(xì)胞內(nèi)各種核酸。其中，DNA酶含量在不少種類的細(xì)胞中都很高^[2]。根據(jù)酶的特性，低溫下DNA酶的活性降低，降解DNA較少，故低溫香蕉比常溫香蕉析出的白色黏稠物多。

各取5mL 2mol/L的NaCl溶液溶解圖1及圖2所示的白色黏稠物，分別加入新配置的二苯胺試劑4mL，沸水浴加熱10min后冷卻，觀察顯色反應(yīng)。?實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，低溫下香蕉析出物（DNA）的顯色反應(yīng)比常溫下的顏色更深一些。

????實(shí)驗(yàn)課上筆者將全班學(xué)生分為6大組，第1、2、3組學(xué)生用常溫下的香蕉做實(shí)驗(yàn)，第4、5、6組學(xué)生用低溫處理后的香蕉做實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生進(jìn)行對(duì)照比較，思考不同實(shí)驗(yàn)結(jié)果背后的原因。該探究活動(dòng)激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，擴(kuò)充了學(xué)生的信息量，學(xué)生在知識(shí)、技能及情感等方面都獲得了充分的發(fā)展。

3 ?不同的除雜方法對(duì)DNA粗提取影響的探究

筆者用二苯胺鑒定白色黏稠物時(shí)呈現(xiàn)淺藍(lán)色，但有時(shí)不甚清晰，說明黏稠物中含有較多雜質(zhì)。因?yàn)檎婧松镏械娜旧wDNA與堿性蛋白（組蛋白）結(jié)合成核蛋白形式存在于核內(nèi)^[3]，故白色黏稠物中大部分雜質(zhì)為蛋白質(zhì)，用雙縮脲試劑鑒定呈現(xiàn)紫色，如圖3所示（1號(hào)試管為實(shí)驗(yàn)組，呈紫色，2號(hào)試管為對(duì)照組，不變色。）

?如果降低析出物中蛋白質(zhì)含量，使DNA純度更高，那么鑒定時(shí)藍(lán)色是否更明顯或更深一點(diǎn)呢？帶著這個(gè)問題，筆者在實(shí)驗(yàn)課中先讓學(xué)生回顧了教材中純化DNA的相關(guān)原理：（1）大多數(shù)蛋白質(zhì)不能忍受60—80℃的高溫，而DNA在80℃以上才會(huì)變性；（2）嫩肉粉中的木瓜蛋白酶能分解蛋白質(zhì)但不分解DNA，且作用的最適溫度是55—60℃^[4]。學(xué)生經(jīng)過討論后提出可以利用DNA和蛋白質(zhì)對(duì)高溫和酶的耐受性不同來純化DNA，并給出了兩種除雜方法。筆者讓不同小組進(jìn)行不同除雜操作，比較實(shí)驗(yàn)效果。具體安排見表2，各組實(shí)驗(yàn)所用香蕉量及研磨液量一致。

表2 ?實(shí)驗(yàn)材料及除雜方法分組表

? 除雜方法	分組編號(hào)
	常溫材料			低溫材料
	第①組	第②組	第③組	第④組	第⑤組	第⑥組
直接析出法（研磨后過濾，向?yàn)V液中加入兩倍體積預(yù)冷的95%酒精）	√			√
高溫加熱除雜法（研磨后過濾，將濾液放在70℃恒溫水浴鍋加熱10min，冷卻后向?yàn)V液中加入兩倍體積預(yù)冷的95%酒精）		? √			? √
加酶分解除雜法（研磨后過濾，向?yàn)V液中加入2g嫩肉粉，輕搖燒杯充分混勻。將燒杯置于60℃恒溫水浴鍋中加熱10min，冷卻后向?yàn)V液中加入兩倍體積預(yù)冷的95%酒精）			? √			? √

所有學(xué)生都參與到動(dòng)手操作的過程中，他們興趣盎然地比較著各自不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果：同種除雜方法處理溫度不同的香蕉提取液，低溫下比常溫下析出的白色黏稠物多，二苯胺鑒定藍(lán)色更深；同一溫度下的研磨濾液經(jīng)高溫除雜或加入蛋白酶除雜后析出的白色黏稠物比未經(jīng)除雜析出的白色黏稠物少，但是二苯胺鑒定呈現(xiàn)藍(lán)色更明顯。可見經(jīng)過兩種除雜操作，使析出物中蛋白質(zhì)含量下降，DNA純度更高。該探究過程讓學(xué)生對(duì)教材介紹的實(shí)驗(yàn)原理有了更深刻理解，也增強(qiáng)了學(xué)生靈活運(yùn)用教材實(shí)驗(yàn)原理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、分析問題、解決問題的能力；整個(gè)過程要求學(xué)生操作細(xì)致、動(dòng)作規(guī)范、取量嚴(yán)謹(jǐn)、思維縝密、他們真正體會(huì)了按照對(duì)照原則、單一變量原則做實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)性與科學(xué)性；各小組各成員要互相協(xié)作，共同探討實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的各種問題，提升了他們團(tuán)隊(duì)合作的意識(shí)。

參考文獻(xiàn)

[1] ?李立珺.“DNA的粗提取與鑒定”實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)[J].實(shí)驗(yàn)教學(xué)與儀器，2008（7—8）：46—47.

[2] ?王鏡巖，朱圣庚，徐長(zhǎng)法.生物化學(xué)：下冊(cè)[M].3版.北京：高等教育出版社，2002：387—388.

[3] ?王鏡巖，朱圣庚，徐長(zhǎng)法.生物化學(xué)：上冊(cè)[M].3版.北京：高等教育出版社，2002：513.

[4] ?唐曉明，林子杰，滕慰群.“香蕉細(xì)胞中DNA粗提取與鑒定”簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)的研究[J].生物學(xué)通報(bào)，2013，48（2）：58—59.