2020-2021学年高二生物人教版选修1学案：专题5　课题1　DNA的粗提取与鉴定 Word版含解析

2020-2021学年高二生物人教版选修1学案：专题5　课题1　DNA的粗提取与鉴定 Word版含解析

www.ks5u.com 专题5　DNA和蛋白质技术 课题1　DNA的粗提取与鉴定 知识点一　　　　　　　　DNA的粗提取与鉴定原理 ‎1．DNA粗提取的概念与原理 ‎(1)概念：利用DNA与RNA、蛋白质和脂质等在物理和化学性质方面的差异，提取DNA，去除其他成分。‎ ‎(2)提取DNA的原理 ‎①DNA和蛋白质等其他成分在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同。2 mol/L的NaCl溶液使DNA充分溶解，而使杂质析出；0.14 mol/L的NaCl溶液使DNA析出，而杂质溶解。‎ ‎②DNA不溶于酒精溶液，但细胞中的某些蛋白质则溶于酒精，利用这一原理可以将DNA与蛋白质进一步分离。‎ ‎③DNA与其他成分对酶、高温和洗涤剂的耐受性不同。蛋白酶能水解蛋白质，但是对DNA没有影响；大多数蛋白质不能忍受60～‎80 ℃‎的高温，而DNA在‎80 ℃‎以上才会变性；洗涤剂能够瓦解细胞膜，但对DNA没有影响。‎ ‎2．鉴定DNA的原理 DNA＋二苯胺蓝色。‎ 说明：‎ 二苯胺试剂要现配现用，否则二苯胺会变成浅蓝色，影响鉴定效果。‎ ‎3．实验材料选取的原则 ‎(1)组织中DNA的含量比较丰富，适合大量提取。‎ ‎(2)组织中所含化合物种类应比较单一，避免由于其他物质的理化性质与DNA相近而对实验现象产生干扰。‎ ‎(3)实验材料的价格便宜，以降低实验成本。‎ ‎(4)实验材料在实验过程中的可操作性较强，在相对简单的条件下能大量提取出DNA，便于进行实验操作。‎ 提取思路及选材注意事项 ‎1．提取生物大分子的基本思路是选用一定的物理或化学方法分离具有不同的物理或化学性质的生物大分子。‎ ‎2．不同生物的组织中DNA的含量不同。在选取材料时，应依据“DNA含量高、材料易得、便于提取”的原则。例如，植物细胞有细胞壁的支持和保护，不能吸水涨破，难以使其释放出核物质，不适合作本实验的材料；哺乳动物成熟的红细胞无细胞核和细胞器，不含DNA，也不适合作本实验的材料。‎ ‎【典题精练1】　在“DNA的粗提取与鉴定”实验中，实验原理是利用DNA在不同浓度的NaCl溶液中的溶解度不同来进行提取的。DNA的溶解和析出与下图所示曲线的对应点符合的是(　　)‎ A．a点浓度最适合析出DNA B．b点浓度最适合析出DNA C．c点浓度最适合溶解DNA D．d点浓度最适合析出DNA ‎【答案】　B ‎【解析】　用高浓度的NaCl溶液溶解DNA，能除去在高盐溶液中不能溶解的杂质，用低浓度的NaCl溶液使DNA析出，能除去溶解在低盐溶液中的杂质，因此，反复溶解、析出DNA，能除去与DNA溶解度不同的杂质。从题图可以看出，DNA在浓度为0.14 mol/L的NaCl溶液中的溶解度最小，因此最适合析出DNA，但是随着NaCl溶液浓度的增大或减小，溶解度均逐渐增大。‎ 解题归纳 DNA与蛋白质的溶解性 项目 溶解规律 ‎2 mol/L的 NaCl溶液 ‎0.14 mol/L 的NaCl 溶液 DNA 溶解 析出 蛋白质 NaCl溶液的浓度从2 mol/L逐渐降低的过程中，蛋白质的溶解度逐渐增大 部分发生 盐析沉淀 溶解 ‎【典题精练2】　下列关于DNA对高温耐受性的说法，不正确的是(　　)‎ A．DNA对高温的耐受性一般要比蛋白质强 B．超过‎80 ℃‎后DNA将变性，即使恢复到常温，生物活性也不能恢复 C．不同生物DNA的“变性”温度不一定相同 D．深海热泉附近生活的生物的DNA对高温的耐受性更强，其DNA中鸟嘌呤所占的比例更高 ‎【答案】　B ‎【解析】　DNA变性温度在‎80 ℃‎以上，而蛋白质变性温度为60～80 ℃，且蛋白质高温变性后生物活性不可恢复，而DNA变性后，温度缓慢降低时，其生物活性可以恢复。生活在深海热泉中的生物的DNA对高温耐受性强，原因之一是其DNA中的鸟嘌呤、胞嘧啶碱基对含量高，所形成的氢键多，稳定性高，其DNA聚合酶的稳定性也较高。‎ 知识点二　　　　　　　　实验步骤及注意事项 ‎1．提取鸡血细胞中的DNA的方法步骤 ‎2.其他说明 ‎(1)破碎细胞，获取含DNA的滤液 项目 原理 方法 动物细胞 ‎(鸡血细胞)‎ 在低浓度溶液中会吸水甚至涨破 在鸡血细胞液中加入一定量的蒸馏水，同时用玻璃棒搅拌，过滤后收集滤液 植物细胞 ‎(洋葱细胞)‎ 洗涤剂能够瓦解细胞膜 在切碎的洋葱中加入一定的洗涤剂和食盐，进行充分地搅拌和研磨，过滤后收集研磨液 提示：加入洗涤剂后，动作要轻缓、柔和，否则易产生大量泡沫，不利于后续步骤的操作。‎ ‎(2)去除滤液中的杂质 项目 原理 方法 方案一 DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同 在滤液中加入NaCl，使NaCl溶液物质的量浓度为2 mol/L，过滤除去不溶的杂质；再调节NaCl溶液物质的量浓度为0.14 mol/L，析出DNA，过滤除去溶液中的杂质，再用物质的量浓度为2 mol/L的NaCl溶液溶解DNA 方案二 DNA对酶的耐受性 直接在滤液中加入嫩肉粉，反应10～15 min，嫩肉粉中的木瓜蛋白酶能够分解蛋白质 方案三 DNA对高温的耐受性 将滤液放在60～75 ℃的恒温水浴箱中保温10～15 min，注意严格控制温度范围，使蛋白质沉淀而DNA分子还未变性，可将DNA与蛋白质分离 实验过程注意事项 ‎1．在鸡血细胞液中加入蒸馏水后，必须充分搅拌，否则血细胞的细胞核不会充分破碎，释放出的DNA量就会减少。‎ ‎2．酒精必须充分预冷后才能使用。‎ ‎3．要鉴定实验所得的丝状物的主要成分是DNA，除了可用二苯胺做鉴定试剂外，还可用甲基绿试剂鉴定，将甲基绿试剂直接滴在玻璃棒的丝状物上，甲基绿与DNA的亲和力较强，若丝状物被染成蓝绿色，则证明所得丝状物的主要成分是DNA。‎ ‎4．盛放鸡血细胞液的容器最好是塑料器具，因为DNA易被玻璃制品吸附，影响最终的DNA提取量。最后提取DNA用于鉴定时，可用玻璃棒将DNA卷出。‎ ‎5．搅拌动作要轻缓，并沿同一方向，防止破坏DNA分子。‎ ‎【典题精练3】　DNA的粗提取与鉴定实验中有三次过滤：(1)过滤用蒸馏水稀释过的鸡血细胞液；(2)过滤含黏稠物的0.14 mol/L的NaCl溶液；(3)过滤溶解有DNA的2 mol/L的NaCl溶液。以上三次过滤分别为了获得(　　)‎ A．含核物质的滤液、纱布上的黏稠物、含DNA的滤液 B．含核物质的滤液、滤液中的DNA黏稠物、含DNA的滤液 C．含核物质的滤液、滤液中的DNA黏稠物、纱布上的DNA D．含较纯的DNA滤液、纱布上的黏稠物、含DNA的滤液 ‎【答案】　A ‎【解析】　从DNA的粗提取的三次过滤的作用入手解答该题。用蒸馏水稀释鸡血细胞液，使血细胞的细胞膜、核膜破裂，释放出核物质，此时过滤可得到含核物质的滤液。第二次过滤是因DNA在0.14 mol/L的NaCl溶液中溶解度最小，DNA析出成丝状黏稠物，经过滤留在纱布上。第三次过滤，是将第二次获得的黏稠物溶解在2 mol/L的NaCl溶液中，过滤除去杂质获得含DNA的滤液。‎ 解题归纳 DNA的粗提取与鉴定中的“234”‎ 加蒸馏水2次 ‎①加到鸡血细胞液中，使血细胞吸水破裂 ‎②加到含DNA的2 mol/L的NaCl溶液中，使NaCl溶液的物质的量浓度下降到0.14 mol/L，使DNA析出 用纱布过滤3次 ‎①过滤血细胞破裂液，得到含细胞核物质的滤液 ‎②滤取0.14 mol/L的NaCl溶液中析出的DNA(黏稠物)‎ ‎③过滤溶有DNA的2 mol/L的NaCl溶液 用NaCl溶液4次 ‎①加2 mol/L的NaCl溶液，溶解提取的细胞核物质 ‎②用0.14 mol/L的NaCl溶液使DNA析出 ‎③用2 mol/L的NaCl溶液，溶解滤取的DNA黏稠物 ‎④用2 mol/L的NaCl溶液，溶解丝状物用于鉴定DNA ‎【典题精练4】　回答下列有关“DNA的粗提取与鉴定”实验的问题。‎ ‎(1)由于鸡血较难找到，某学生试图用人血代替，结果没有成功，其原因最可能是________。‎ A．操作方法不对 B．人血含DNA太少 C．NaCl溶液浓度太高 D．加二苯胺太少 ‎(2)下图为DNA粗提取实验过程中的一些重要操作示意图：‎ ‎①正确的操作顺序是______________________________。‎ ‎②上图中步骤C、E都加入蒸馏水，但它们的目的不同，分别是______________和______________。‎ ‎③上图中步骤A中所用的酒精必须经过______________才能使用，该步骤的目的是______________。‎ ‎④‎ 为鉴定步骤A中所得到的丝状物的主要成分为DNA，可向溶解有该丝状物的NaCl溶液中滴加______________试剂，沸水浴，如果溶液变______________，则说明该丝状物的主要成分为DNA。‎ ‎【答案】　(1)B ‎(2)①C→B→E→D→A　②加速血细胞的破裂　降低NaCl溶液的浓度，使DNA析出　③充分预冷处理　提取含杂质较少(或较纯净)的DNA　④二苯胺　蓝色 ‎【解析】　(1)由于人属于哺乳动物，哺乳动物血液的血细胞中红细胞含量很高，成熟的红细胞中不含细胞核、线粒体，所以几乎不含DNA，因此很难从中提取到DNA。(2)DNA粗提取的过程：鸡血细胞涨破后过滤―→用2 mol/L的NaCl溶液溶解―→过滤除去不溶杂质析出含DNA的黏稠物―→过滤―→黏稠物溶解在2 mol/L的NaCl溶液中―→过滤―→溶于95%酒精中进一步提纯。根据图示及以上分析，正确的操作顺序为C→B→E→D→A。‎ 一、选择题 ‎1．向溶有DNA的物质的量浓度为2 mol/L的NaCl溶液中不断加入蒸馏水，在这个过程中DNA和杂质蛋白质的溶解度变化情况分别是(　C　)‎ A．减小；减小 B．增大；增大 C．先减小后增大；增大 D．减小；增大 解析：在向溶有DNA的2 mol/L NaCl溶液中不断加入蒸馏水时，DNA的溶解度先减小后增大，而蛋白质在高浓度盐溶液中会沉淀，随盐浓度降低，蛋白质的溶解度升高。‎ ‎2．在NaCl溶液中反复溶解、析出并过滤，就能除去DNA溶液中的杂质的理由不包括(　D　)‎ A．用高浓度盐溶液溶解DNA，能除去在高浓度盐溶液中不能溶解的杂质 B．用低浓度盐溶液使DNA析出，能除去溶解在低浓度盐溶液中的杂质 C．反复操作就能够除去与DNA溶解度不同的多种杂质 D．反复操作就能够使各种杂质变性而沉淀析出 解析：在NaCl溶液中反复溶解、析出并过滤，主要是利用杂质与DNA盐溶液中溶解规律不同，而将杂质除去，反复操作并不一定能够使各种杂质变性，也不一定使杂质沉淀，如在0.14 mol/L NaCl溶液中，蛋白质、RNA等溶解度较高，而DNA析出。‎ ‎3．在采用鸡血为材料对DNA进行粗提取的实验中，若需进一步提取杂质较少的DNA，可以依据的原理是(　C　)‎ A．在物质的量浓度为0.14 mol/L的氯化钠溶液中DNA的溶解度最小 B．DNA遇二苯胺在沸水浴的条件下会染成蓝色 C．DNA不溶于酒精而细胞中的一些物质易溶于酒精 D．质量浓度为‎0.1 g/mL的柠檬酸钠溶液具有抗凝血作用 解析：DNA粗提取原理有：DNA在物质的量浓度为0.14 mol/L的NaCl溶液中溶解度最小和DNA不溶于体积分数为95%的冷酒精。进一步提取杂质较少的DNA时用后者。B选项用于DNA鉴定。D选项中柠檬酸钠是抗凝血剂。‎ ‎4．下列叙述中错误的是(　A　)‎ A．改变NaCl溶液的浓度只能使DNA溶解而不能使其析出 B．在沸水浴中，DNA遇二苯胺试剂会呈现蓝色 C．用电泳法可分离带电性质、分子大小和形状不同的蛋白质 D．用透析法可去除蛋白质样品中的小分子物质 解析：在不同浓度的氯化钠溶液中DNA的溶解度不同。在物质的量浓度为0.14 mol/L的氯化钠溶液中溶解度最小，DNA析出。‎ ‎5．下列实验中所用试剂错误的是(　D　)‎ A．在观察植物细胞有丝分裂实验中，使用醋酸洋红溶液使染色体着色 B．在提取叶绿体色素的实验中，使用丙酮提取色素 C．在“DNA的粗提取与鉴定”实验中，使用氯化钠溶液析出DNA D．在蛋白质的鉴定实验中，使用苏丹Ⅲ染液鉴定蛋白质 解析：在观察植物细胞有丝分裂的实验中，可以用醋酸洋红或龙胆紫染液对染色体进行染色。叶绿体中色素不溶于水而溶于有机溶剂，所以实验室通常用丙酮来提取叶绿体中的色素。DNA粗提取实验中，利用DNA在不同浓度的氯化钠溶液中溶解度不同来提取DNA。在蛋白质鉴定实验中用双缩脲试剂，苏丹Ⅲ染液是用来鉴定脂肪的试剂。‎ ‎6．下列有关“DNA的粗提取与鉴定”实验的叙述，正确的是(　D　)‎ A．利用DNA溶于酒精，而蛋白质不溶于酒精，可将DNA与蛋白质分离 B．利用高温能使蛋白质变性，却对DNA没有影响的特性，可将DNA与蛋白质分离 C．在溶有DNA的物质的量浓度为2 mol/L的氯化钠溶液中缓缓加入蒸馏水，轻轻搅拌后过滤，取滤液进行以后的实验 D．在DNA滤液中加入嫩肉粉，通过木瓜蛋白酶的作用，可将DNA与蛋白质分离 解析：利用DNA不溶于酒精，而蛋白质溶于酒精，可将DNA和蛋白质分开。温度过高也会影响DNA的特性。在物质的量浓度为2 mol/L的氯化钠溶液中DNA溶解度最大，但加入蒸馏水后，DNA溶解度降低，DNA析出，过滤后应取其黏稠物进行以后的实验。蛋白酶能分解蛋白质，而不能分解DNA。‎ ‎7．下列关于“DNA粗提取与鉴定”的说法，正确的是(　B　)‎ A．NaCl溶液的浓度越低，DNA的溶解度越大 B．人的血液不能代替鸡血进行该实验 C．柠檬酸钠的主要作用是加速血细胞破裂 D．利用DNA易溶于酒精的特点可除去DNA中的部分杂质 解析：人是高等哺乳动物，其成熟的红细胞中没有细胞核，不能进行该实验。NaCl溶液物质的量浓度在小于0.14‎ ‎ mol/L时，溶液的浓度越低，对DNA的溶解度越大是正确的，没有这一前提条件，这种说法是错误的；柠檬酸钠的作用是抗凝血；DNA不能溶于酒精。‎ ‎8．如图为“DNA的粗提取与鉴定”实验的部分操作过程示意图，下列有关分析不正确的是(　A　)‎ A．图①④中加入蒸馏水的目的相同 B．图①中向鸡血细胞液内加入少许嫩肉粉有助于去除杂质 C．图②操作的目的是纯化DNA，去除溶于95%酒精中的杂质 D．图③中2 mol/L的NaCl溶液能溶解黏稠物中的DNA 解析：图①中加入蒸馏水是为了使鸡血细胞吸水涨破，图④中加入蒸馏水是为了降低NaCl溶液的浓度，使DNA析出，A错误；嫩肉粉中含有木瓜蛋白酶，能够水解蛋白质，因此图①中向鸡血细胞液内加入少许嫩肉粉有助于去除杂质，B正确；DNA不溶于酒精溶液，但是细胞中的某些蛋白质则溶于酒精，因此图②所示操作的目的是纯化DNA，去除溶于95%冷酒精中的杂质，C正确；图③中2 mol/L的NaCl溶液能溶解黏稠物中的DNA，D正确。‎ 二、非选择题 ‎9．用鸡血作为DNA粗提取的实验材料，是经过多次实验结果的比较，最终才选定的。请回答：‎ ‎(1)最终选择鸡血作为实验材料，是因为家鸡属于鸟类，新陈代谢旺盛，因而血液中红细胞数目较多，且这类细胞具有细胞核，可以提供丰富的DNA。‎ ‎(2)实验前可以通过离心或静置两种方法使鸡血细胞沉淀于试管底部，以便除去血清。‎ ‎(3)在牧区采集牛、羊和马血比较方便，但若用这些实验材料完成实验，则很难提取到DNA，这是因为哺乳动物血液中红细胞在结构上无细胞核，而白细胞数量少。‎ ‎(4)若改用哺乳动物的肝脏作为DNA粗提取的实验材料是否可行？若可行，应对材料做怎样的处理，使其核物质释放出来？可行。先将肝脏切碎、研磨，然后加入蒸馏水。‎ 解析：由于哺乳类动物成熟的红细胞没有细胞核，而白细胞的数量又少，所以一般不用其血液作为提取DNA的材料，而鸡血中的红细胞数目较多且有细胞核，可以提供丰富的DNA，所以可以用来做DNA粗提取的实验材料。如用哺乳动物的肝脏来做实验，要先将肝脏切碎、研磨，再加入蒸馏水使细胞吸水涨破，将DNA释放出来。‎ ‎10．DNA在NaCl溶液中的溶解度随着NaCl浓度的变化而变化。‎ ‎(1)请在下列NaCl溶液中选出能使DNA析出最彻底的一种(　A　)和溶解度最高的一种(　B　)。(在括号内填选项)‎ A．0.14 mol/L　B．2 mol/L　C．0.15 mol/L　D．0.3 mol/L ‎(2)DNA不溶于酒精溶液，但细胞中的某些物质却可以溶于酒精溶液，利用这一原理可以除去杂质，由此推测溶于酒精中的物质可能有某些脂质、蛋白质、糖类或其他大分子物质。‎ ‎(3)利用DNA遇二苯胺呈蓝色的特性，将该物质作为鉴定DNA的试剂。其实验过程中要向放有DNA的试管中加入4 mL的二苯胺试剂；混合均匀后，将试管置于沸水浴中加热 5 min，待试管冷却后，观察试管中溶液颜色的变化，这个实验也说明DNA耐高温。‎ 解析：根据实验原理可知，DNA在0.14 mol/L的NaCl溶液中溶解度最低；在高浓度2 mol/L NaCl溶液中，溶解度最高。DNA存在于染色体上，为了把DNA与其他物质分开，利用DNA不溶于酒精的特性，可除去杂质；利用DNA遇二苯胺(沸水浴)呈蓝色的特性，可以用二苯胺试剂鉴定提取的DNA。‎ ‎【旁栏思考题】点拨(教材P55)‎ ‎1．蒸馏水对于鸡血细胞来说是一种低渗液体，水分可以大量进入血细胞内，使血细胞膨胀破裂，再加上搅拌的机械作用，就加速了鸡血细胞的破裂(细胞膜和核膜的破裂)，从而释放出DNA。‎ ‎2．洗涤剂是一些离子去污剂，能溶解细胞膜，有利于DNA的释放；食盐的主要成分是NaCl，有利于DNA的溶解。‎ ‎3．研磨不充分会使细胞核内的DNA释放不完全，提取的DNA量变少，影响实验结果，导致看不到丝状沉淀物、用二苯胺鉴定不显示蓝色等。‎ ‎4．可能含有核蛋白、多糖和RNA等杂质。‎ ‎5．用高盐浓度的溶液溶解DNA，能除去在高盐中不能溶解的杂质；用低盐浓度的溶液使DNA析出，能除去溶解在低盐溶液中的杂质。因此，通过反复溶解与析出DNA，就能够除去与DNA溶解度不同的多种杂质。‎ ‎【旁栏思考题】点拨(教材P56)‎ 方案二是利用蛋白酶分解杂质蛋白，从而使提取的DNA与蛋白质分开；方案三利用的是DNA和蛋白质对高温耐受性的不同，从而使蛋白质变性，与DNA分离。‎ ‎1．提取DNA的第一步是材料的选取，其目的是一定要选取DNA含量较高的生物材料，否则会由于实验过程中或多或少的损失而造成检测的困难；第二步是DNA的释放和溶解，这一步是实验成功与否的关键，要尽可能使细胞内的DNA全部溶解；第三步是DNA的纯化，即根据DNA的溶解特性、对酶及高温的耐受性不同等特性，最大限度地将DNA与杂质分开；最后一步是对DNA进行鉴定，这是对整个实验结果的检测。‎ ‎2．提取蛋白质比提取DNA的难度大。这是因为，与DNA相比，蛋白质对温度、盐浓度、pH等条件要敏感得多，很容易失活；并且蛋白质的空间结构多种多样，理化性质各不相同，使得蛋白质的提取没有一种统一的方法，只能根据特定蛋白质的特性摸索提取的条件，设计特定的方法。‎