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

1 ?理想實驗材料選擇的探究

要讓生物實驗教學順利開展并取得良好效果，選擇理想實驗材料是取得成功的第一步。

實驗課前一周，筆者首先讓各生物興趣小組的學生分別就雞血、豬血、鯉魚的精巢、菠菜、花椰菜、香蕉等6種實驗材料進行了DNA的粗提取與鑒定的預實驗，并要求他們對實驗過程中特別關注各種材料在操作難易、耗時長短、實驗結果明顯與否等方面的差異。預實驗后，師生做了總結（表1）。

表1 ?六種實驗材料的特點

實驗材料	特點
雞血	細胞吸水脹破釋放DNA，易操作。需另配抗凝劑，實驗前需將血液靜置于冰箱24h或離心，若靜置時間不夠，血細胞沉淀液中含有較多雜質，實驗效果不好。
豬血	豬血中紅細胞是哺乳動物成熟紅細胞，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，不易過濾。注：研討課上各興趣小組學生一起動手操作，需要的鯉魚精巢多，給整個實驗室充滿難聞的魚腥味。因此學生對實驗有反感與排斥的情緒。
菠菜	研磨時需去除葉脈，菠菜的綠色會干擾學生對析出的白色黏稠物的觀察。
花椰菜 ?	材質硬、水分少，研磨歷時長，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	材質柔軟，水分多，去皮即可研磨，研磨歷時短，加入洗滌劑不會產生很多泡沫，提取液量多，析出的白色黏稠物也多，鑒定時顯色反應明顯。

通過該預實驗的嘗試，筆者最終決定選用香蕉作為理想實驗材料。在實驗課上，筆者向學生展示表1內容，讓學生自主總結選擇理想實驗材料的依據(jù)。經過思考和討論，學生總結為以下5點：（1）含DNA多；（2）細胞易分散、易研碎，核中DNA易釋放；（3）選擇淺顏色材料，減少實驗中無關現(xiàn)象的干擾；（4）材料成本低廉；（5）盡量減少實驗環(huán)境污染，保持干凈整潔的實驗環(huán)境，營造輕松愉悅的實驗氛圍。學生自主總結得出的結論為其他提取鑒定類實驗過程中如何進行理想材料的選擇奠定了基礎，如色素的提取與分離；還原糖、蛋白質的鑒定；過氧化氫酶的提取等。該探究活動增強了學生靈活運用已有知識自主選擇實驗材料的能力，讓學生真正體會選擇合適材料對完成實驗和實驗思維形成的重要意義，也培養(yǎng)了學生勇于探索的科學精神。

2 ?不同溫度條件下的實驗材料對DNA粗提取影響的探究

筆者準備了新鮮的香蕉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，沿燒杯壁向濾液中緩緩注入預冷的體積分數(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。實驗表明，經過低溫處理的實驗材料比常溫下的實驗材料所得析出物多。

為什么會出現(xiàn)這樣的實驗現(xiàn)象呢？帶著這個問題，筆者查閱了相關文獻資料，發(fā)現(xiàn)所有生物的細胞都含有與核酸代謝有關的酶類，這些酶能夠分解細胞內各種核酸。其中，DNA酶含量在不少種類的細胞中都很高^[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。?實驗結果表明，低溫下香蕉析出物（DNA）的顯色反應比常溫下的顏色更深一些。

????實驗課上筆者將全班學生分為6大組，第1、2、3組學生用常溫下的香蕉做實驗，第4、5、6組學生用低溫處理后的香蕉做實驗，讓學生進行對照比較，思考不同實驗結果背后的原因。該探究活動激發(fā)了學生的學習興趣，擴充了學生的信息量，學生在知識、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DNA粗提取影響的探究

筆者用二苯胺鑒定白色黏稠物時呈現(xiàn)淺藍色，但有時不甚清晰，說明黏稠物中含有較多雜質。因為真核生物中的染色體DNA與堿性蛋白（組蛋白）結合成核蛋白形式存在于核內^[3]，故白色黏稠物中大部分雜質為蛋白質，用雙縮脲試劑鑒定呈現(xiàn)紫色，如圖3所示（1號試管為實驗組，呈紫色，2號試管為對照組，不變色。）

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

表2 ?實驗材料及除雜方法分組表

? 除雜方法	分組編號
	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，向濾液中加入兩倍體積預冷的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，冷卻后向濾液中加入兩倍體積預冷的95%酒精）		? √			? √
加酶分解除雜法（研磨后過濾，向濾液中加入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，冷卻后向濾液中加入兩倍體積預冷的95%酒精）			? √			? √

所有學生都參與到動手操作的過程中，他們興趣盎然地比較著各自不同的實驗結果：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，二苯胺鑒定藍色更深；同一溫度下的研磨濾液經高溫除雜或加入蛋白酶除雜后析出的白色黏稠物比未經除雜析出的白色黏稠物少，但是二苯胺鑒定呈現(xiàn)藍色更明顯?？梢娊涍^兩種除雜操作，使析出物中蛋白質含量下降，DNA純度更高。該探究過程讓學生對教材介紹的實驗原理有了更深刻理解，也增強了學生靈活運用教材實驗原理設計實驗、分析問題、解決問題的能力；整個過程要求學生操作細致、動作規(guī)范、取量嚴謹、思維縝密、他們真正體會了按照對照原則、單一變量原則做實驗的嚴謹性與科學性；各小組各成員要互相協(xié)作，共同探討實驗過程中出現(xiàn)的各種問題，提升了他們團隊合作的意識。

參考文獻

[1] ?李立珺.“DNA的粗提取與鑒定”實驗的改進[J].實驗教學與儀器，2008（7—8）：46—47.

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

[3] ?王鏡巖，朱圣庚，徐長法.生物化學：上冊[M].3版.北京：高等教育出版社，2002：513.

[4] ?唐曉明，林子杰，滕慰群.“香蕉細胞中DNA粗提取與鑒定”簡化實驗的研究[J].生物學通報，2013，48（2）：58—59.