常見水果中DNA粗提取的對比研究

葉超 張宣 劉螢 蔣雨嫻 張旭梅

本文以常見水果為實驗材料，對比了不同酒精溫度、不同酒精濃度對常見水果中DNA粗提取的影響，結果顯示，常溫狀態下75%的酒精處理最佳，選擇檸檬作為材料，提取出的DNA沉淀狀態好，絲狀結構清晰、顏色淺且透明，故檸檬是最佳的實驗材料，其次是沃柑、夏橙、芒果、草莓等材料。

1.引言

“DNA的粗提取與鑒定”是高中生物學選擇性必修3《生物技術與工程》第3章第1節“重組DNA技術的基本工具”中的探究實踐實驗，該實驗的開展可幫助學生在必修2“DNA的結構和功能”的學習基礎上，進一步認識DNA的物理和化學性質，建構《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》中強調的“基因工程賦予生物新的遺傳特性”與“遺傳信息控制生物性狀，并代代相傳”等概念，亦是開展分子生物學研究的基礎。

教材中，該實驗以新鮮洋蔥、香蕉、菠菜、菜花和豬肝等作為實驗材料，以研磨液、體積分數為95%的酒精、2mol/L的氯化鈉溶液、二苯胺試劑和蒸餾水等為實驗試劑。實驗材料雖然種類較多，但是不同實驗材料的提取方法卻不完全一樣；需要使用冷藏且濃度較高的酒精，在材料獲取上不夠便利；研磨液配制較難，且酒精燈的使用存在一定的安全隱患。為此，選擇水果作為實驗材料，以酒精、洗滌精、食鹽、純凈水等常見試劑，探索何種酒精條件下，常見水果中提取DNA的最佳實驗方法。

由于不同季節常見的水果種類不同，研究選擇了17種水果，有春季常見的菠蘿，夏季常見的西瓜、芒果、番茄等，秋季常見的雪梨、沃柑等，冬季常見的金桔、血橙等，進行水果中DNA提取的對比研究。以期為中學生物學實驗教學、家庭實驗在不同季節的開展提供參考。

2.實驗原理

洗潔精對DNA沒有破壞作用，但洗潔精中的SDS（十二烷基磺酸鈉）能裂解細胞膜和核膜，使細胞解體，DNA被釋放出來；同時，能使蛋白質變性，與DNA分離。適當濃度的氯化鈉溶液能使DNA充分溶解，使雜質沉淀。酒精能抑制核酸水解酶的活性，防止DNA降解。

3.材料與方法

3.1實驗準備

實驗材料：西瓜、香蕉、沃柑、雪梨、夏橙、血橙、菠蘿、紅心火龍果、白心火龍果、芒果、哈密瓜、草莓、檸檬、蘋果（紅蘋果）、獼猴桃、番茄、金桔。

實驗試劑：無水乙醇、75%的酒精、洗滌精、加碘食鹽、純凈水。

實驗器材：紗布、漏斗、燒杯電子秤稱、玻璃棒、量筒、玻璃杯、橡皮繩、密封袋、小型榨汁機。

3.2實驗步驟

每一種水果中DNA提取的實驗步驟如下：

①制作水果泥：用電子秤稱取四份水果，每份40g，分別裝入密封袋中，并壓成泥狀。部分不易壓成泥的水果，如檸檬、金桔、哈密瓜、菠蘿、蘋果、雪梨等，需要在稱取后使用小型榨汁機將其榨成果泥。

②配制提取液：取4個100mL的燒杯，每個燒杯中均加入8g洗滌精、80mL純凈水、3.2g加碘食鹽，并用玻璃棒緩慢攪拌均勻。

③配制混合溶液：將4份提取液分別倒入裝有水果泥的密封袋中，并按壓1分鐘左右，使之混合均勻。

④過濾：取4個玻璃杯，并編號標記為1、2、3、4號；取4個漏斗，在漏斗中分別墊上一層紗布，將混合溶液分別過濾到1號、2號、3號、4號燒杯中，靜置2分鐘。

⑤加入酒精：沿著玻璃杯壁，分別向1號-4號燒杯中緩慢地加入與濾液等體積的75%的常溫酒精、75%的冷藏酒精、常溫的無水乙醇、冷藏的無水乙醇。

⑥觀察實驗現象：靜置幾分鐘，觀察實驗現象。

4.實驗注意事項

步驟①中水果要盡可能壓成泥狀。通過外界壓力物理破壞細胞壁，使細胞盡可能彼此分離，以便在過濾時得到更多的果汁。制作不同水果的果泥制取均可使用榨汁機，為后期提取更多的DNA提供可能。

步驟②中提取液中加鹽是為了促進DNA的溶解，使DNA溶解聚集。當加入的鹽溶液濃度過低時，只有部分DNA形成DNA鈉鹽而聚合，會造成DNA沉淀不完全；當加入的鹽溶液濃度過高時，其效果同樣不佳，故而需要控制鹽的濃度，適當的鹽濃度能使DNA充分溶解，使雜質沉淀。

步驟③中芒果、香蕉等水果組織勻漿黏稠，過濾較慢。玻璃杯可替換為燒杯等，研究選取玻璃杯是為了便于拍攝實驗現象。

步驟④加入酒精時一定注意緩慢將酒精倒入玻璃杯中，目的為使其與上清液作用；緩慢倒入可減少下層沉淀對實驗的影響，若下層沉淀明顯也可再過濾一次，或者將上清液移至另一玻璃杯中后再加入酒精。

5.實驗現象與分析

在不同酒精處理條件下，17種常見水果中DNA的析出情況匯總見表1。

實驗發現17種不同水果中，香蕉、沃柑、夏橙、血橙、紅心火龍果、白心火龍果、芒果、草莓、檸檬、獼猴桃、番茄、金桔等12種水果在四種不同條件下的酒精的作用下均可提取出明顯的DNA，其中沃柑、夏橙、芒果、草莓、檸檬5種水果在四種不同條件下的酒精的作用下提取的DNA量較大（見表2）；而西瓜、雪梨、蘋果等3種水果在四種不同條件下的酒精的作用下提取DNA均失敗，菠蘿在75%的酒精作用下無明顯DNA析出，哈密瓜只在冷藏的75%的酒精作用下無明顯DNA析出。

基于實驗現象可以看出不同溫度的酒精和不同濃度的酒精對于水果中DNA提取有一定的影響。

從酒精溫度來看，是否冷藏對于水果中DNA提取的影響不明顯。可以推斷雖然低溫有利于增加DNA分子柔韌性，減少斷裂，但是酒精對于核酸水解酶活性的抑制作用更明顯，能有效防止DNA降解，促進DNA的呈現。故水果中DNA的提取實驗可直接使用常溫狀態下的酒精，不用冷藏，更便于實驗試劑的準備。

從酒精濃度來看，與75%的酒精相比，無水乙醇對水果中DNA的提取效果更佳，但是差距不大，故水果中DNA的提取建議選擇75%的酒精，實驗試劑更便于獲取。

對比分析常溫狀態下75%的酒精處理的實驗結果，由表1可知：檸檬、沃柑、夏橙、血橙、芒果、草莓等水果提取的DNA沉淀狀態好，DNA沉淀的絲狀結構清晰；檸檬、草莓、紅心火龍果、番茄、白心火龍果、哈密瓜等水果提取的DNA顏色淺且透明；草莓、血橙、獼猴桃、香蕉、紅心火龍果、番茄、白心火龍果、哈密瓜等水果提取的DNA沉淀，狀態為絮狀且碎片多；夏橙、沃柑、血橙、芒果、金桔等水果提取的DNA沉淀有顏色。

6.討論交流

綜上所述，水果中DNA粗提取較佳實驗材料為檸檬，草莓、沃柑、夏橙、芒果等材料次之，但是沃柑、夏橙、芒果等提取的DNA沉淀有顏色。為方便實驗試劑的獲取和準備，對于酒精的準備，推薦選取常溫狀態下75%的酒精。

改進以后的實驗，方法簡單、易操作，取材便利、不需要使用危險試劑和藥品，普通中學的實驗室即可進行該實驗。學生在家亦可進行，燒杯、玻璃杯、量筒等可以用水杯、紙杯、帶有刻度的杯子等代替；漏斗可用礦泉水瓶制作，或直接將紗布套在玻璃杯上進行過濾。另外，研究只是就水果這一類實驗材料進行對比研究，實際教學中還可以根據情況對其他材料，如不同蔬菜、植物、動物組織中DNA的粗提取進行探究。本實驗中發現有一部分水果無法提取出明顯的DNA或提取出的DNA量很少，猜測出現這種情況可能是由于洗滌精類型或濃度問題導致的，故還可以對洗滌精的類型與濃度等因素進行研究。

基金項目：

大學生創新創業訓練計劃項目“基于微信公眾號的愛心免費家教”，項目編號202110649045 ；樂山市科技局軟科學項目“創新-創業-創客——科學教育產學合作的實踐研究”，項目編號21ZRK215。

作者簡介：

葉超，研究方向：生物科學教育與科學教育。

*通訊作者：

張旭梅，研究方向：生物科學教育與科學教育。